DE2739617C2

DE2739617C2 - Schwingungsisoliervorrichtung

Info

Publication number: DE2739617C2
Application number: DE2739617A
Authority: DE
Inventors: Rene Augustin Media Pa. Desjardins; Charles Warren Newtown Square Pa. Ellis; Vlademir West Chester Pa. Sankewitsch
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1977-09-02
Publication date: 1984-10-04
Also published as: DE2760119C2; US4088042A; JPS5336899A; CA1067876A; JPH0134839B2; GB1586786A; FR2363737A1; FR2363737B1; GB1586785A; DE2739617A1; IT1084440B

Description

3. Vorrichtung nach Ansprucn I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von jeweils gleich ausgebildeten Verbindungseinrichiiingen (16. 18. 24. 26) die schwingende Masse (10) mil dem Körper (12) an einer Vielzahl von Stellen 128. M). 32. 34) verbindet.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schwingungsisoliervorrichiung nach dem Oberbegnll des

Anspruchs I.

Aus der US-PS 33 22 374 i>i bereits eine Sehwingungsisoliervorrichtung /um Verbinden eines Korpers mit einer schwingenden Masse hei minimaler Seins ingungsübertragung bekannt. Die Seins ingiingMSoliervorrichtunc hat eine Verbindungseinrichtung, die die schwingende Masse mit dem Körper koppelt Die Verbindungseinrichtung enthält einen gesvichlsbelasieien !lebelarm, eine erste Schssenkeinriehumg /um schwenkbaren Verbinden der Masse mit dem Hebelarm an einer ersten Drehslelle. die /um Sehsserpunkl des Annes versetzt licüt. eine /weite Schssenkeinrichtung /um schwenkbaren verbinden des Körpers mit dem Hebelarm an einer /sseiten Drehstelle, und cine I-edereinrichlung. die einerseiis die Masse gegenüber dem Körper abstützt und andererseits eine NulNielle im (ibenragimgsmal.Wler Sclissinüimüssorrichliing bei dei bestimmten Seinsinüungsfrequen/ fesilegt. Die l-edereinriehtiing des bekannten Schssingungsisolierssslems heslehl aus einer Vielzahl son schraubenförmigen Druekledern. du.· an ihrem jesseiligen einen Ende lest mit dem Körper und an ihrem jeweiligen anderen F.ndc fest mit der schwindenden Masse verbunden sind. Wenn die bekannte Schwingungsisoüervorrichtung zur Übertragung hoher statischer und dynamischer Kräfte ausgelegt wird, muß sie mit hochsteifen Schraubenfeder!» großer Abmessungen versehen werden, was zu einer sperrigen Bauweise der Schwinguniisisoliervorrichiung führt.

Die DE-AS 17 73526 zeigt eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung eines Rotors gegenüber einem Helikopterrumprund zur Befestigung des Rotors an dem Helikopterrumpf, die jedoch keine Nullstelle im Schwingungsübenragungsmaß zwischen Rotor und Helikopterruinpl" aufweist und somit keine völlige Schwingungsisolalion ermöglicht.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Hrfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schwingungsisülicrvorrichtiing nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß sie zur Schwingungsisolaiion in räumlich beengten Bereichen, insbesondere zwischen einem Rotor und einem Helikopterrumpf. einses/bar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Schwingungsisoliervorrichiung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teilsdes Anspruchs 1

, gelöst.

Die in Anspruch 2 angegebene Ausbildung der Torsionslakrcinrichiunf erlaubt bei minimalem Bauaufwand eine besonders leichte und kompakte Bauweise der Schwingungsisoliervorrichiung. ι Nachfolgend werden Ausführungsbcispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

I'ig. 1 in Vorderansicht einen Teil des Rumpfes von

einem Helikopter, sowie einen Teil der oberhalb des

< Rumpfes mittels einer erfindungsgemäß aufgebauten

Schwingungsisoliervorrichiung angeordneten Rotor- und Transmissitinseinheit.

I ig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf das in Hg. 1 gezeigte lielikoptersystem

,Μ I ig. 3 eine perspektivische Ansicht von einer Ausführungsform einer erfindiingijicmaB aufgebauten Schwingungsisoliervorrichiung.

I ig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansieht der in I ig. 3 gezeigten Vorrichtung, κ Hg. 5 ein schematischcs Schaubild mit Darstellung der Arbeiiszusiändc der Vorrichtung nach Hg. 3 und 4. während eines Schwingungs/.yklus in Verbindung mit der Beschreibung der grundlegenden Arbeitsweise der Vorrichtung.

mi I ig. h eine grafische Darstellung des Übertragungsserhaltens als Funktion der Schwingungsfrequenzen für «lie in Hg. 3 und 4 gezeigte Vorrichtung zum Isolieren von Schwingungen mil einfacher Frequenz.

1 ig. I und 2 /eigen in Vorder- bzw. Draufsicht ein « Seinsingiingsisoliersysiem für einen Helikopter gemäß einem ersten Aiisführungsbcispiel der Erfindung. Eine Rotor- und Transmissionsanordnung IO ist mit der Oberseite des Rumpfes 12 über ein Rahmcnclcment und vier Schwingungsisolalorcn 16. 18. 24 und 26 vcr-Mi bunden. Der Rahmen 14 ist an sier Stellen 28. 30. und 34 mit den vier Schwingungsisolalorcn 16. 18. bzw. 26 verbunden. Diese Isolatoren sind wiederum mit dem Rumpf 12 durch acht Aufhängeböcke 20 (zwei pro Isolatoren) gekoppelt.

ίο Fig. 3 /eigt den vorderen rechtsseitigen Isolator 18 im Detail. I-ig. 4 stellt eine auseinandergezogene Ansicht tier gleichen Anordnung dar. um deutlicher die inneren I eile der Anordnung wiederzugeben. Da sämtliche vier

Isolatoren gleichartig sind, wird nachfolgend im Detail nur eine Anordnung 18 beschrieben. Die wesentlichen Teile der Isolaiorvorriehmng umfassen einen Hebelarm 40 mit einem an einem Ende angeordneten einstellbaren Gewicht und einem Paar am anderen Ende angeordnete Schwenkbefesiigungen 44 und 46. Das die Rotor- und TransmissionsanordnunL' tragende Rahmenelemeni 14 ist schwenkbar mit dem gewichtsbelastetcn Hebelarm 40 durch einen Gabelkopf 56 verbunden, der über einen Schwenk block 60 mit den Schwenkbefesiigungen 44 und 46 gekoppelt ist. Letztere weisen Schwenklagergehäuse 44" bzw. 46" auf. die Lagerelement 47 tragen, so da3 der Hebelarm 40 frei auf den Zapfen 60' und 60" am Schwenkblock 60 gedreht werden kann.

Der Gabelkopf 56 und der Block 60 sind durch einen Stift 57 drehbar miteinander verbunden. Hin Zapfenelement 58 ist integral ati der Oberseite des Gabelkopfes 56 angeordnet, um diesen mit dem Rahmen 14 verbinden zu können. Die Kombination der durch den Stift 57 und den Zapfen 60' und 60" geschaffenen Drehachsen führt in Verbindung mit der Rotor- und Transrnissionsanordnung zu einer kardanischcn Wirkung.

Ein zweites Paar Schwcnklagergchäuse <?_!' und 46' ist als integraler Bestandteil der Elemente 44 und 46 vorgesehen. Ein Paar Torsionsstäbe 52 und 64 ist starr mit den Elementen 44 bzw. 46 verbunden und ragt davon längs der Mittellinie der Lagergehäuse 44' und 46' nach außen ab.

Ein Hülsenteil 50 ist an einem Ende durch Befestigungselemente 54 mit dem Torsionsstab 52 verbunden. Das andere Ende der Hülse 50 ist frei drehbar im Lager 48. Auf ähnliche Weise ist ein Hülsentcil 62 an einem Ende mit dem Torsionsstab 64 verbunden und an seinem anderen Ende frei drehbar in dem im Lagergehäuse 46 vorgesehenen Lager. Die Tragböcke 20. die die Isolatoranordnung mit dem Hclikoptcrrumpf verbinden, stehen integral in Verbindung mit den Hülsenteilen 50 und 62. Wie in Fig. 3 gezeigt, befindet sich die Drehachse der Schwenkverbindung zwischen dem gewichtsbelasteten Hebelarm 40 und dem Rahmen 14 bei 70. Die Drehachse für die Schwenkverbindung zwischen dem Hebelarm 40 und dem Rumpf ist bei 72 angedeutet. Die beiden Drehachsen sind lings des Hebelarms um die Wegstrecke D voneinander versetz!. Der Schwerpunkt des Hebelarms 40 kann durch Änderung der Lage des mit CJewinde versehenen Gewiehtselementes42aufdem Hebelarm verlagert werden und befindet sich links von der Achse 72. d.h. an der der Achse 70 gegenüberliegenden Seite.

Nach Fig. I ist der Rumpf 12 am Rahmen 14 an vier nachgiebigen Verbindungsstellen, die durch die vier, gemäß Fig. 3 und 4 aufgebauten. Isolatoranordnungen gebildet sind, aufgehängt. Die Torsionsstäbe 52 and 64 der Isolatoraliordnungen ermöglichen eine gewisse ledernde Vertikalbewegung zwischen Rumpf und Rotoranordnung. Durch den Rotor und die Transmissionsanordnung erzeugte vertikal gerichtete Schwingungen stehen mit dem Rumpf durch die Torsionsfedern der Isolatoren in Verbindung, und bei Rela'ivbewegung von Rumpf und Rotoranordnung in vertikaler Richtung schwenken die gewjchtsbelastcten Hebelarme 40 der Isolatoren um ihre betreffenden Drehachsen 70 aus. Ferner ermöglicht die kardanische. an den vier AuI-hängungspunkten durch die Gubclkopfanordnung 56 geschaffene Wirkung ein Kippen der Rotoranordnung um sowohl die Nick- u!s auch Rollachse, so daß das Auf härtgungssystem den winkelmäßig angreilenden Schwinuunuskrüftcn um die Nick- und Rollachsc und auch den vertikal angreifenden Krallen Rechnuni: tragen kann. Diese ivinkelmäbig angreilenden Kräfte erscheinen an den vier Isolaioranordnungen als VeriikaKehwingungen von unterschiedlichem Phasemerlauf.

Die in Fig. I bis 4 gezeigten Sehwingungsisolaioren haben die Aufgabe, den Rumpf gegenüber den Schwingungen /u isolieren, die im Rotorsystem auftreten, indem den vibnuorischen Kräften, die durch die Isolalonorsionsfedern mit den durch die schwingungsind u-/iene Vernetzung der gewichtsbelasteten Hebelarme 40 hervorgerufenen Trägheitskruften gekoppelt sind, entgegengewirkt wird. Die Arbeitsweise ist in Fig. 5 schemalisch dargestellt.

Fig. 5 zeigt die Arbeitsweise des Isolators bei fünf unterschiedlichen Zuständen während eines Rotorvibrationszyklus. Die an der Oberseite des Diagramms wiedergegebene Fingangswellenform stellt die Verlagerung von Rotortransmission 10 und Rahmen 14 dar. Die an der Unterseite des Diagramms gezeigte Ausgangswellenform gibt die Verlagerung des Rumpfes 12 wieder. Der Zustand des Isolators an für¹' unterschiedlichen Punkten .! bis !. ist ebenfalls gezeigt, in der. mechanischen Schemaskizzen ist der Isolatoraulbau durch einen die Anordnung aus Rotoriransmission und Rahmen wiedergebenden Block 10. 14. einen den Rumpf wiedergebenden Block 12. ein den gcwichtsbelasteien Hebelarm wiedergebendes Element 40. 42 und ein Federelement angedeutet, das die Torsionsstäbe 52 und 64 darstellt, die in der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 an der Drehachse 72 /wischen Grundkörper und Hebelarm angeordnet sind. Die Linearfeder hat die gleiche Funktion wie die Torsionsfeder 52. 64. wobei die Federkonstante für die Feder durch die Gleichung K₁ = K₁ r¹ in Beziehung zur Torsionslederkonstanten steht. In

< dieser Gleichung bedeuten K₁ und K₁ die Federkonstanten für die Linear- bzw. Torsionsfeder und r den Abstand /wischen den beiden Drehachsen am FIebelarm.

An der Stelle I befindet sich der Rotoischwhgungs- ) eingang an der neutralen Stelle, so daß die Rotoranordnung, der Rumpf, die Feder und der Hebelarm sä.iulich ihre neutralen Lagen einnehmen. Da an dieser Stelle keine Verlagerung der Feder vorliegt, wird auf den Rumpf 12 keine Schwingungskrul't übertragen.

< An der Stelle Ii gehl die Rotorschwingung nach oben, st) dab sich die Rotoranordnung 10. 14 unter Ausdehnung der leder 52. 64 ebenfalls nach oben bewegt. Der Hebelarm 40. 42 dreht sich in Uhrzeigcrriehtung. Da der Punkt Ii die Stelle maximaler Aufwäilsve:la-

(i gerting wiedergibt, hat der gewichtsbelasteic Hebelarm das Fnde seines Bewegungsweges erreicht und damit eine Winkelgeschwindigkeit von Null. Dagegen ist die Beschleunigung an diesem Umkehrpunkt maximal und die "a;h unten gerichtete von dem Hebelarm auf den Rumpf über die Drehachse 70 aufgegebene Trägheitskraft cntgegenges^zt gleich der n;'ch oben gcriehteien. von der ausgedehnten Feder aufgebrachten Kraft. Daher wird der Rumpf mit einer Kraft der Größe Null beaufschlagt, so daß er. wie am Punkt Ii auf tier Atisi gangswellenform gezeigt, keine Verlagerung erfährt.

Punk! (' uibi erncui die neutrale Siellunu der Vorrichtung wieder, beider sich die leder im entspannten Zustand befindet und der Hebelarm unter maximaler Geschwindigkeit bei einer Beschleunigung von Null entgegen der l.'hr/eigcrrichtiing dreht. Die Mulden Rumpf wirkende KraftdilTerenz ist wiederum gleich Null. Am Punkl A) erreicht die Feder den Zustand maximaler Kompression und übt eine maximale Abwartskrali auf

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den Rumpf aus. wobei dieser Kral! durch die gleich häuscn 44 ιιικΙ 46 vorgesehenen Lager 48. die Beiiroße nach oben geriehieie Triiglieiiskrafi eiugcgengc- festigungshülseii 50 und 64, sowie die Tragböcke wirkt wird, die aiii den Rumpf durch den I lcbelarin um den Rumpf mn dem Hebelarm an einer zweiten, über die Drehachse 70 ausgeübt wird. durch die Achse 72 definierten Schwenksteile drehbar

An der Stelle /. befindet sich die Vorrichtung wieder ·> miteinander zu verbinden, wobei die zweite Schwcnkstelle m der neutralen lage. Daher bleibt bei einer bestimmten /wischen der ersten und dem Schwerpunkt des Hcbel-Schwingiingsfrequen/der Rumpl'oder Körper 12 in Ruhe arms liegt.

und ist vollständig gegenüber der Schwingung des Kör- Die I orsionsfedereinriclitiing umfaßt, wie erwähnt,

pers 10. 14 getrennt oder isoliert. die Torsionsstäbe 52 und 64. die die Aufgabe haben.

Die Wirkung von einem solchen sogenannten m die Schwingungskräfte auf den Rumpf von dem schwin-■•nodalen« Isolator unterscheidet sich bei nie hl lieh von genden Masseiisyslcm über die Schwenkeinrichtungen einem konventionellen Isolator .ms einer parallel ge- /u übertragen, so dall durch die schwingungsinduzicrie schalteten Feder-Daniplei-Anordnung. Das Übertra- Verlagerung des I lehelarms erzciigic Trägheitskrafte auf gungsdiagramm für einen konventionellen Isolator zeigt den Rumpf über die zweite Schwenkeinrichtung eineine Resonanzfrequenz, und dann bei höheren Schwin- i< wirken, weiche den auf den Rumpf über die Torsionsgungen eine Isolierwirkung bei einem Frequen/ver- federn einwirkenden Schwingungskräften von einer behältnis \on <| 2. wobei sich die Isolierwirkiing mit zu- summten Frequenz entgegengcscizi sind. Das System nehmender Frequenz verbessert und einen Wen von isoliert damit weiiesigehcnd den Rumpf gegenüber einer !!H!",.. I_x.; M.nenJli,.·!; hohen !■η.··.ΐ'κ·η/ι·η erreicht. Dies Schwingungsbewegung bei Vorliegen von Schwingungsist durch die gestrichelte Kurve" in Fig. i> wiederge- -" kräften derartiger bestimmter Frequenz.

geben, die das Übertragungsverhalten über der Frequenz

darstellt. Der erfindungsgemäße nodale Isolator hat eine Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

ähnliche Resonanzfrequenz, jedoch danach eine spezi-

fische Antiresonanzfrequenz. bei der eine Sehwingungsisolierung von HMI"/,', erhalten wird. Dies im in Fig. 6 ^;4 durch ausgezogene linien wiedergegeben. Die Resonanzfrequenz ist auf der Abszisse an der mit <■>, bezeichneten Stelle angedeuiet. Die Aniiresonanzfrequenz Irin bei einer höheren mit O₁₁ bezeichneten Frequenz aiii.

Die Isolierciiarakteristik um einem konventionellen '" Isolator ändert sich mil Änderung des aufgehängten Gesamtgewichts. Beim erfindungsgcmüßen Isolator wird dagegen eine K)II"'«ige Isolierung, unabhängig von einer Änderung in den Gewichtsverhältnisscn. erhallen. Ferner kann im Vergleich zu der Feder von einem kon- ^u \entionellen Isolator die ledersieifigkeit sehr hoch sein. Die Am !resonanzfrequenz <■>.. ist durch folgende Gleichung bestimmt ■.

/ RiR \ ι

Darin bedeuten: K₁ Federkonsiante der Linearfeder. α* >?;, Masse des gcwichthclasicicn I lebelarms 40. 42 und der Schwenkbelestigung 44. 46. R der Absland längs des Hebelarmes zwischen der Drehachse 70 und dem Schwerpunkt des gewichtsbelasteten Hebelarms, r der Abstand D (vgl. I ig. 3) zwischen den beiden Hebel- ~u arm-Drehachsen und /das Masseilträgheitsmoment des gewichtsbelasteten Hebelarms um seinen Schwerpunkt in einer senkrecht zu den Drehachsen liegenden Fbene.

Aus Fig. I bis 4 folgt, daß das erfindungsgemäUe Ausführungsbeispiel eines Schwingungsisoliersystems >< eine Kopplungseinrichtung vorsieht, um eine schwingende Masse mit einem /u isolierenden Körper an einer Vielzahl von Stellen zu verbinden, wobei das System an jedem Verbindiingspunki einen gewichtsbelasteten Hebelarm 40. 42. der über eine Schwenkbefestigung m> 44. 46 in Verbindung mit einer ersten und zweiten Schwenkeinriehtunu steht, und Torsionsledern aufweist. Wie dargestellt, umlaßt die erste Schwenkcinrichiung den Gabelkopf 56 und den Schwenkblock 60. um die schwingende Masse mit dem Hebelarm an einer ersten, to durch die Achse 70 definierten Schwenkstelle schwenkbar miteinander zu \erbinden. Wie weiter dargestellt, umfaßt die zweite Schwer.keinrichtuna die in den Ge-

Claims

Patentansprüche:

t. Schwingungsisoliervorrichiung zum Verbinden eines Körpers mit einer schwingenden Masse, mit einer Vcrbindungseinriehuing. die die schwingende Masse mit dem Körper koppch. und folgende Merkmale aufweist:

Einen gewichtsbclasteten Hebelarm, eine erste Schwenkeinrichtung zum schwenkbaren Verbinden ι der Masse mit dem Hebelarm an einer ersten Drehstelle, eine zweite Schsvenkeinrichtung zum schwenkbaren Verbinden des Körpers mil dem I lebclarm an einer zweiten Drehslelle. und eine Fedcreinricluung. die einerseits die Masse gegenüber dem Körper ab- ι stützt und andererseits eine Nullsielle im Übertratiuniismaß der Sehwingungsisoliervorrichuing bei einer bestimmten Schsvingungsfrequenz festlegt, dadurch cekennzeiehnet. daß die Federeinrichumu durch minüeitens eine Torsionsfeder (52. 64) ge- : bildet ist. die koaxial zur Drehachse der /weiter. Schwenkeinriehtung(48) angeordnet ist und an ihrem einen F.ndc mit dem Hebelarm (40) sossie an ihrem " anderen Ende mit dem Körper (12) verbunden isl.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder aus einem Torsionsstab (52. 64) sowie aus einer konzentrisch um den Torsionsstab (52. 64) angeordneten Befestigungshülse (50) besieht, die gegenüber dem Hebelarm (40) mittels einer Lagereinrichtung (48) sclnvenkbar gehalten ist. und .'.iü der Torsionsstab (52. 64) an seinem ersten Ende mit dem Hebelarm und an seinem zsveiten Ende mit der Belestigungshülse (50) verbunden