BR112014024460B1

BR112014024460B1 - Articulação mecânica, e, método para fabricar um membro estrutural de amortecimento

Info

Publication number: BR112014024460B1
Application number: BR112014024460-0A
Authority: BR
Inventors: Edward V. White
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2021-11-16
Also published as: JP2015522142A; BR112014024460A8; KR20150024808A; EP2867558B1; CN104334914B; US9353819B2; JP6434403B2; CN104334914A; AU2013281123B2; CA2866703C; WO2014003940A1; US8827586B2; KR102052779B1; CA2866703A1; EP2867558A1; AU2013281123A1; US20140001310A1; US20150308535A1; BR112014024460A2

Abstract

ARTICULAÇÃO MECÂNICA, E, MÉTODO PARA FABRICAR UM MEMBRO ESTRUTURAL DE AMORTECIMENTO. É descrita uma articulação mecânica (100) que inclui primeiro e segundo membros de extremidade (104a, 104b) e um par de vigas arqueadas no geral paralelas (106), interconectando os membros de extremidade e definindo um espaço lateral (108) entre eles. Uma pluralidade de dedos alternados (110) estende-se de cada viga até o espaço lateral, e um membro de amortecimento é afixado entre cada adjacente par de dedos no espaço lateral.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0001] A presente revelação refere-se a articulações mecânicas. Mais particularmente, a presente revelação refere-se a uma articulação mecânica que tem alta rigidez e alto amortecimento. Esta articulação pode ser usada em aeronave e outras aplicações nas quais tais características são desejáveis.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] As declarações nesta seção meramente fornecem informação de fundo relacionada com a presente revelação e podem não constituir tecnologia anterior.

[0003] Existe uma variedade de situações nas quais é desejável ter membros estruturais com características de amortecimento tanto de alta rigidez quanto de alta energia. Por exemplo, aeronaves de asa fixa e asa rotativa modernas incluem mecanismos de controle que passam tanto por alta tensão e forças vibracionais significantes. Essas podem incluir atuadores para controlar superfícies, por exemplo. Embora seja desejável amortecer forças vibracionais, materiais e membros que são efetivos para amortecimento de energia frequentemente têm baixa rigidez mecânica, tornando-os inadequados para as forças do membro particular. A maioria dos materiais tem ou alta rigidez ou alto amortecimento, mas não ambos. Materiais de alta rigidez, tal como aço, por si próprios são muito insuficientes quanto ao amortecimento de forças vibracionais.

[0004] Existe uma variedade de tipos de mecanismos de amortecimento que foram desenvolvidos para uso em máquinas e partes que passam por forças vibracionais e de impacto, tais como motores, aeronave, etc. Muitos desses, entretanto, são relativamente complicados e/ou caros. Alto amortecimento pode ser provido pela adição de amortecedores (que, algumas vezes, têm efetividade limitada) ou pelo controle de circuito fechado ativo. Por exemplo, alguns dispositivos de amortecimento conhecidos usam um fluido, e incluem foles e vedações, e assim apresentam a possibilidade de vazamentos. Muitos mecanismos de amortecimento que são conhecidos incluem um grande número de partes e pode envolver significante manutenção, ou eles podem envolver materiais exóticos ou caros.

[0005] A presente revelação está voltada para um ou mais dos problemas supramencionados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] Em uma modalidade, a presente revelação fornece uma articulação mecânica com primeiro e segundo membros de extremidade e um par de vigas no geral paralelas, interconectando os membros de extremidade e definindo um espaço lateral entre eles. Uma pluralidade de dedos alternados estende-se de cada viga até o espaço lateral, e um membro de amortecimento é afixado entre cada par adjacente de dedos no espaço lateral.

[0007] Em uma modalidade específica, o membro de amortecimento compreende um elastômero.

[0008] Em uma outra modalidade específica, as vigas são modeladas para causar uma deflexão em uma direção predeterminada quando sob carga axial.

[0009] Em uma outra modalidade específica, as vigas definem arcos orientados de forma oposta com uma razão de corda de cerca de 0,03 a cerca de 0,10.

[00010] Em uma modalidade, as vigas são ligadas por pinos nos membros de extremidade, enquanto, em uma outra modalidade específica, as vigas, dedos e membros de extremidade são formados integralmente.

[00011] Em uma outra modalidade específica, os membros de extremidade, vigas e dedos são de um material selecionado do grupo consistindo em aço, titânio, alumínio e ligas destes, epóxi de fibra de vidro, compósito de fibra de carbono e combinações de quaisquer dos expostos. Em várias modalidades, as vigas podem ter uma seção transversal de uma barra chata, um canal, um ângulo e uma viga de caixa.

[00012] De acordo com uma outra modalidade, a presente revelação fornece um veículo aeroespacial com um membro estrutural, adaptado para ser submetido a tensão axial e vibração. Uma articulação de amortecimento é provida no membro estrutural, e inclui primeiro e segundo membros de extremidade e um par de vigas arqueadas orientadas de forma oposta, interconectando os membros de extremidade e definindo um espaço lateral entre eles. Uma pluralidade de dedos alternados estende-se de cada viga arqueada, e um membro de amortecimento é ligado entre dedos adjacentes no espaço lateral.

[00013] De acordo com também uma outra modalidade, a presente revelação fornece um método de fabricar um membro estrutural de amortecimento de um sistema de aeronave. O método inclui afixar um par de vigas arqueadas opostamente curvas entre membros de extremidade de uma articulação de amortecimento e afixar pelo menos um dedo em cada viga arqueada. Os dedos estendem-se até um espaço lateral entre o par de vigas em uma configuração entrelaçada alternada, e um membro de amortecimento viscoelástico é afixado entre os dedos.

[00014] Em uma modalidade específica, o método inclui prover uma cobertura em torno das vigas, dos dedos e dos membros de amortecimento.

[00015] De acordo com também uma outra modalidade, é revelado um veículo aeroespacial, compreendendo: um membro estrutural, adaptado para ser submetido a tensão axial e vibração; uma articulação de amortecimento no membro estrutural, incluindo primeiro e segundo membros de extremidade; um par de vigas arqueadas orientadas de forma oposta, interconectando o primeiro e segundo membros de extremidade e definindo um espaço lateral entre eles; uma pluralidade de dedos alternados, estendendo-se de cada viga arqueada; e um membro de amortecimento ligado entre dedos adjacentes no espaço lateral.

[00016] Vantajosamente, o primeiro e segundo membros de extremidade, as vigas arqueadas e os dedos são integralmente formados; em que as vigas arqueadas têm uma forma seccional transversal substancialmente constante; em que as vigas definem curvas orientadas de forma oposta com uma elevação de arco de cerca de 0,1 a cerca de 3; e em que o membro de amortecimento compreende um elastômero selecionado do grupo consistindo em Soundcoat Dyad 601, Hypalon 30 e Neoprene®.

[00017] Os recursos, funções e vantagens que foram discutidos podem ser obtidos independentemente em várias modalidades ou podem ser combinados em ainda outras modalidades, cujos detalhes adicionais podem ser vistos com referência à descrição seguinte e desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00018] Os desenhos descritos aqui têm propósitos apenas de ilustração e não visam limitar o escopo da presente revelação de maneira nenhuma.

[00019] FIG. 1 é uma vista frontal de uma modalidade de uma articulação de amortecimento mecânica de acordo com a presente revelação com conexões ligadas por pinos das vigas arqueadas e dedos transversais;FIG. 2 é uma vista em perspectiva da articulação mecânica de amortecimento da FIG. 1;FIG. 3 é uma vista frontal de uma modalidade de uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com a presente revelação em que as vigas arqueadas e dedos são integralmente afixados nos membros de extremidade;FIG. 4 é uma vista em perspectiva da articulação mecânica de amortecimento da FIG. 3;FIG. 5 é um diagrama ilustrando os parâmetros que definem a elevação de arco das vigas arqueadas; FIG. 6 é uma vista seccional transversal lateral de uma porção de uma asa de aeronave com uma articulação mecânica de amortecimento integrada em um sistema de atuação de superfície de controle da asa; eFIG. 7 é uma vista lateral de uma porção de um conjunto de cabeça de rotor de helicóptero com uma articulação mecânica de amortecimento integrada em um elo de passo;FIG. 8 é um fluxograma de um método para fabricar um membro estrutural de amortecimento de acordo com a presente revelação;FIG. 9 é um fluxograma de uma metodologia de produção e serviço de aeronave;FIG. 10 é um diagrama de blocos de uma aeronave;FIG. 11 é um diagrama de blocos mais detalhado da porção do sistema hidráulico da FIG. 10, mostrando os elementos de uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com a presente revelação; eFIG. 12 é um fluxograma de etapas em um método de usar uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com a presente revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00020] Modalidades ilustrativas são descritas a seguir da maneira que elas podem ser empregadas em uma articulação mecânica com alta rigidez e alto amortecimento. Por questão de clareza, nem todos os recursos de uma implementação real são descritos nesta especificação. Certamente, deve-se perceber que, no desenvolvimento de qualquer de tal modalidade real, inúmeras decisões específicas da implementação devem ser feitas para atingir as metas específicas dos desenvolvedores, tal como conformidade com restrições relacionadas com sistema e relacionadas com negócios, que variarão de uma implementação para outra. Além disso, deve-se perceber que um esforço de desenvolvimento como este pode ser complexo e lento, mas, no entanto, seria um empreendimento de rotina para versados na técnica com o benefício desta revelação.

[00021] Aspectos e vantagens adicionais das várias modalidades ficarão aparentes a partir de consideração da descrição seguinte e desenhos. Essas modalidades são descritas com detalhes suficientes para permitir que versados na técnica pratiquem a invenção, e deve-se entender que modificações nas várias modalidades reveladas podem ser feitas, e outras modalidades podem ser utilizadas, sem fugir do espírito e escopo da presente invenção. A descrição detalhada seguinte, portanto, não deve ser considerada em um sentido limitante.

[00022] Qu Vgtoqu “gnq” g “crtkewnc>«q” u«q wucfqu kpfkfgtgpVgogpVg aqui, e devem ter seus significados ordinários usados no campo de mecânica.

[00023] Como anteriormente notado, a maioria dos materiais tem ou alta rigidez ou alto amortecimento, mas não ambos. A fim de prover um membro de alta rigidez com alto amortecimento, mecanismos de amortecimento que são conhecidos podem ser complexos e basear-se na adição de amortecedores (que frequentemente têm eficiência limitada) ou pelo controle de circuito fechado ativo. Consequentemente, muitos mecanismos de amortecimento conhecidos incluem uma grande quantidade de partes, alta complexidade, e podem envolver significante manutenção, ou eles podem envolver materiais exóticos ou caros.

[00024] Vantajosamente, a presente revelação fornece uma articulação mecânica que tem tanto alta rigidez quanto alto amortecimento, ainda evitando algumas das desvantagens de outros mecanismos de amortecimento conhecidos. Provida na FIG. 1 é uma vista frontal de uma modalidade de uma articulação mecânica de amortecimento 100 de acordo com a presente revelação, e a FIG. 2 fornece uma vista em perspectiva da mesma. A articulação mecânica de amortecimento 100 revelada aqui é mostrada integrada em um membro estrutural 102, e formando uma parte deste, tal como uma articulação do atuador de aeronave. A articulação mecânica de amortecimento 100 no geral inclui primeiro e segundo membros de extremidade 104a, 104b que são adaptados para ser afixados em um segmento do membro estrutural 102. Um par de vigas no geral paralelas 106 interconecta os membros de extremidade 104 e define um espaço lateral 108 entre eles. Uma pluralidade de dedos alternados 110 estende-se de cada viga 106 até o espaço lateral 108. Ou seja, os dedos 110 estendendo-se de uma viga 106 são entrelaçados com os dedos 110 estendendo-se da viga oposta 106. Afixado entre os pares alternados de dedos 110 (por exemplo, via adesivo) está uma pluralidade de membros de amortecimento 112 compreendendo material viscoelástico. Uma cobertura 114 pode também ser provida para proteger a articulação mecânica de amortecimento 100, A articulação mecânica de amortecimento 100 assim fornece dedos alternados 110 que são afixados nas duas vigas 106 estendendo-se ao longo de um eixo comum e afixados nos membros de extremidade 104.

[00025] Os membros de extremidade 104, vigas 106 e dedos 110 podem ser feitos de uma variedade de materiais. Materiais adequados incluem aqueles que são normalmente usados em aplicações aeroespaciais, tais como metais, incluindo aço, titânio, alumínio e ligas dos mesmos. Outros metais podem também ser usados. Onde os membros de extremidade 104, vigas 106 e dedos são feitos de metal, eles podem ser forjados, estampados, prensados ou produzidos por qualquer outro processo adequado, quer eles sejam formados separadamente ou integralmente como uma unidade simples. Os membros de extremidade 104, vigas 106 e dedos 110 podem também ser feitos de materiais não metálicos, tal como compósito de fibra de carbono (por exemplo, fibra de alto módulo unidirecional), e podem ser fabricados de acordo com métodos que são bem conhecidos pelos versados na técnica.

[00026] Em algumas modalidades, os dedos 110 compreendem aletas rígidas entrelaçadas que são afixadas alternadamente nas vigas 106, os lados de cada dedo 110 sendo afixados no material de amortecimento 112. O número de dedos 110 pode variar. Na modalidade mostrada nas FIGS. 1 e 2, a articulação mecânica de amortecimento 100 inclui cinco dedos 110 estendendo-se de cada viga 106. Um número maior ou menor de dedos 110 pode ser usado, desde que exista pelo menos um dedo 110 estendendo-se de cada viga 106 e afixando no material de amortecimento 112. Um número igual de dedos 110 pode estender-se de cada viga 106, e os dedos 110 podem ser arranjados em uma configuração alternada ou entrelaçada, de maneira a minimizar forças assimétricas na articulação mecânica de amortecimento 100.

[00027] Os dedos 110 estendem-se de cada viga 106 e são fixamente afixados no material de amortecimento 112 que fica disposto no espaço lateral 108 entre as vigas arqueadas 106. Os dedos 110 podem ser ligados no material de amortecimento 112 via um adesivo químico, por exemplo. Adesivos adequados para unir um dedo de metal em um material viscoelástico são comercialmente disponíveis, e incluem epóxi e adesivos de contato, por exemplo. Adicionalmente, o próprio material de amortecimento pode ser autoadesivo em alguns casos. Outros adesivos e outros métodos de afixação podem também ser usados, dependendo dos materiais da articulação mecânica de amortecimento 100 e outros fatores. Qualquer que seja o método de afixação é desejável que os dedos 110 sejam afixados de forma que eles transmitam adequadamente força de cisalhamento para o material de amortecimento 112 sem danificar o membro de amortecimento.

[00028] O material de amortecimento 112 pode compreender um material viscoelástico que é bom para absorver e dissipar forças mecânicas por meio de deformação. Em geral, materiais de bom amortecimento têm um alto fator de perda, por meio do que energia mecânica que é aplicada no material causa deformação do material, que leva a dissipação de energia por meio de calor. O fator de perda desses tipos de materiais é expresso como um número adimensional (algumas vezes como %). Para a articulação mecânica de amortecimento 100 revelada aqui, materiais com um fator de perda de 0,1 a 2 são típicos para materiais viscoelásticos atualmente disponíveis, e acredita-se que são adequados para o material de amortecimento 112. Materiais com maiores fatores de perda podem também ser usados, e acredita- se que tais materiais são disponíveis ou encontram-se em desenvolvimento. Em geral, quanto maior o fator de perda, tanto melhor. Deve-se também perceber que materiais de alto fator de perda podem ser sensíveis a uma variedade de fatores ambientais, tal como temperatura. Esses materiais podem ter propriedades mecânicas muito diferentes a diferentes temperaturas, por exemplo. Versados na técnica serão capazes de selecionar um material de amortecimento adequado 112 para a articulação mecânica de amortecimento 100 dependendo de detalhes da aplicação, tais como temperatura operacional, envelhecimento e exposição ambiental, etc.

[00029] Com esses fatores em mente, existe uma ampla variedade de materiais de amortecimento viscoelásticos comercialmente disponíveis que pode ser usada em uma articulação mecânica de amortecimento 100 de acordo com a presente revelação, dependendo da aplicação. Um material particular que pode ser usado em muitas condições é Soundcoat Dyad 601, que é um polímero de amortecimento de camada restrito, disponível pela The Soundcoat Company of Deer Park, New York. Outros materiais que podem ser usados incluem Hypalon 30 e vários graus de policroropreno vendidos com o nome comercial Neoprene®, que são disponíveis pela E. I. du Pont of Nemours and Company de Wilmington, Delaware. Existem muitos outros materiais de amortecimento comercialmente disponíveis que podem também ser usados.

[00030] Em algumas modalidades, a articulação mecânica de amortecimento 100 é para ser uma parte do que de outra forma seria normalmente um membro estrutural contínuo ou ininterrupto. O membro estrutural pode ser praticamente qualquer tipo de membro estrutural. Em uma aplicação, mostrada na FIG. 6, o membro estrutural compreende um elo do atuador da superfície de controle de aeronave. Nesta modalidade, um atuador 600 é afixado em um braço de alavanca 602 de uma superfície de controle 604 (por exemplo, um aileron, leme de direção, etc.) de um membro de aeronave 606. O atuador 600 é afixado no braço de alavanca 602 via uma articulação mecânica 608, que inclui um membro de amortecimento 610 configurado de acordo com a presente revelação. Nesta aplicação, impacto e vibração de forças aerodinâmicas que agem na superfície de controle 604 serão amortecidos de maneira a reduzir desgaste no atuador 600 e na estrutura da aeronave em volta 606.

[00031] Em uma outra aplicação, mostrada na FIG. 7, uma articulação mecânica de amortecimento 700 de acordo com a presente revelação compreende parte de um elo de passo de rotor de helicóptero 702. O elo de passo do rotor 702 estende-se de um conjunto de prato oscilante 704 até um pivô da pá do rotor 706, e opera para ajustar o passo dos rotores 708 bem como o giro dos rotores, de acordo com entradas do sistema de controle. Nesta aplicação, impacto e vibração da rápida rotação do conjunto do prato oscilante 704 e de forças aerodinâmicas que agem nos rotores 708 serão amortecidos de maneira a reduzir desgaste no conjunto do prato oscilante 704 e a estrutura da aeronave em volta. Além das aplicações mostradas nas FIGS. 6 e 7, uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com esta revelação pode também ser usada em outras aplicações, tal como um suporte de montagem para um sistema de rotor de helicóptero, componentes de montagem da caixa de engrenagem, componentes do trem de acionamento, equipamento de pivotagem de precisão, atuadores, etc. Esses componentes podem ser parte da aeronave, espaçonave, automóveis e caminhões, trens, navios, maquinário industrial e muitos outros dispositivos.

[00032] Referindo-se novamente às FIGs. 1 e 2, a articulação mecânica de amortecimento 100 é projetada basicamente para lidar com forças axiais - tanto tensão quanto compressão - mas pode também suportar alguma força de dobramento e torsional dentro de certos limites estruturais. Ela é projetada para prover amortecimento onde as forças no membro estrutural 102 variam ou são acompanhadas por impacto ou vibração. O amortecimento provido por este membro pode ajudar impedir dano e desgaste em outras partes mecânicas que são afixadas na articulação.

[00033] As vigas 106 são vigas arqueadas opostamente curvas. Ou seja, cada viga 106 define um arco raso que curva para fora um do outro. Os arcos rasos rígidos opostos amplificam essa flexão elástica das vigas 106 sob cargas, e assim aplicam tensão de cisalhamento no material de amortecimento 112. Por causa de sua forma curva, as vigas 106 passam por deflexão em uma direção predeterminada quando sob tensão. Quando uma carga compressiva é aplicada nos membros de extremidade 104, como ilustrado pelas setas 116 na FIG. 1, as vigas 106 flexionarão para fora (isto é, uma para fora da outra), assim puxando os dedos entrelaçados 110 um para fora do outro e impondo tensão de cisalhamento no material de amortecimento 112. Sob uma carga de tração, as vigas 106 tenderão endireitar, assim empurrando os dedos 110 um em direção ao outro e novamente aplicando uma tensão de cisalhamento no material de amortecimento 112. O material de amortecimento 112 assim absorve parte da força aplicada na articulação mecânica 100, e dissipa esta força (essencialmente como calor). Desta maneira, a articulação mecânica 100 fornece tanto alta rigidez quanto alto amortecimento.

[00034] Versados na técnica perceberão que as características de rigidez e deflexão de uma viga ou coluna são diretamente relacionadas com sua forma. As vigas 106 podem ter uma forma seccional transversal e espessura constantes, ou a forma seccional transversal pode variar. Por exemplo, as vigas 106 mostradas nas FIGS. 1 e 2 têm uma espessura constante de extremidade a extremidade. Entretanto, as vigas 106 mostradas nas FIGS. 3 e 4 tem uma espessura que varia de uma extremidade da viga 106 para a outra. Neste caso, as vigas 106 são mais espessas em direção ao meio da forma arqueada e mais finas nas extremidades, onde as vigas 106 afixam nos membros de extremidade 104. Esta configuração fornece uma viga que comporta mais como uma viga ligada por pinos. Alternativamente, as vigas 106 podem ser mais espessas nas extremidades e mais finas em direção ao meio do arco (não mostrado), provendo uma viga que se comporta mais como uma viga com conexões de extremidade rígidas.

[00035] A forma seccional transversal das vigas 106 pode ser praticamente qualquer forma. Mostradas nas FIGS. 1 e 2, as vigas 106 podem ser barras sólidas com uma seção transversal retangular. Entretanto, outras formas seccionais transversais podem também ser usadas, tais como circular, octogonal ou hexagonal, canais, vigas I, ângulos, vigas de caixa, tubos e outras. É desejável que as forças aplicadas nas vigas 106 caiam dentro da faixa elástica de resistência das vigas e, mais particularmente, que forças compressivas na articulação mecânica de amortecimento 100 não sejam altas o bastante para causar empeno das vigas 106.

[00036] A curvatura das vigas 106 pode ser definida pela elevação do arco, ilustrada na FIG. 5. Em geometria, uma corda é uma linha reta entre dois pontos em um arco. Na FIG. 3, duas vigas de arco raso opostamente curvas 300 são mostradas. Uma corda base 302 é mostrada atravessando a linha de centro das vigas 300 nas suas extremidades. A curvatura das vigas 300 pode ser definida por um parâmetro conhecido como a elevação do arco. A elevação do arco da viga 300 é a altura (ou deflexão) f da linha de centro do arco no meio do arco (indicada pela linha tracejada 304), dividida pela metade da espessura h da viga. Este parâmetro é algumas vezes denominado lambda (そ) na literatura, e a elevação do arco é escrita como:

[00037] A seleção de そ tem um efeito direto na rigidez da articulação de amortecimento. A rigidez relativa de uma viga curva (comparada com uma viga reta equiparável) pode ser dada pela razão de rigidez S, de acordo com a fórmula seguinte:

[00038] Percebe-se pela equação anterior que onde そ é zero, S sera articulação de amortecimento que fornece maior rigidez, mas ognqu coqtvgckognvq. Gnvtgvcnvq. qnfg 1 fi ocior, S será menor, e a articulação de amortecimento assim fornecerá menos rigidez e mais amortecimento. Deve-se perceber que a razão de rigidez dada na equação [2] ignora a contribuição do material de amortecimento (112 na FIG. 1) para a rigidez geral do mecanismo de amortecimento. Entretanto, esta contribuição provavelmente deve ser relativamente pequena, e assim provavelmente não aumentará significativamente a rigidez geral da articulação de amortecimento.

[00039] Qnfg 1 fi ockqt swg 4.7. c xkic 522 vgtá woc tkikfgz U ognqt swg 32' fg woc xkic tgvc gswkrctáxgn. Ockqtgu xcnqtgu rctc 1 rqfgo também ser usados, com o entendimento de que rigidez diminui drasticamente com o cwmgnVo gm 1. EonugswgnVgmgnVg, c fckzc de eleva>«o f o ctco 1 swg provavelmente será usada para as vigas em uma articulação mecânica de amortecimento aqui revelada é em geral pequena, e depende em parte da faixa de carga que se prevê para o dispositivo. Em uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com a presente revelação, acredita-ug swg 1 rofg ugt na faixa de 0 a cerca de 4 e, mais particularmente, na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 3. Em uma modalidade exemplar, uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com a presente revelação foi projetada com vigas Swg Vêm 5” *98.4 mm+ fg comrtkmgnVo, com wmc fgflgz«o fo ctco f fg 2,394” *6.59 mm+ g wmc gurguuwtc j fg 2.65” *32.;4 mm+. KuVo fotngcg wmc gngxc>«o fg ctco 1 fg 2.: g wmc taz«o fg tkikfgz U fg 2.6;. Gmdotc c discussão apresentada de geometria de arco especificamente discuta arcos circulares, deve-se perceber que vigas com curvatura não circular podem também ser usadas em uma articulação mecânica de amortecimento aqui revelada, e as características geométricas e rigidez de tais curvas podem também ser determinadas pelos versados na técnica.

[00040] Referindo-se novamente às FIGs. 1 e 2, as vigas 106 podem ser afixadas nos membros de extremidade 104 e nos dedos 110 de uma variedade de maneiras. Na modalidade das FIGS. 1 e 2, as vigas 106 são ligadas por pinos nos membros de extremidade 104 em pinos 118. Similarmente, os dedos 110 podem também ser conectados por pinos nas vigas 106 nos pinos 120. O uso de conexões ligadas por pinos para as vigas 106 e dedos 110 ajuda aumentar o amortecimento, mas também tende reduzir a rigidez e, se a articulação mecânica 100 for altamente carregada, as conexões ligadas por pinos podem tender desgastar.

[00041] Alternativamente, as vigas e os membros de extremidade podem ser integralmente conectados ou integralmente formados. Afixação fixa das vigas 106 nos membros de extremidade 104 aumenta a rigidez e resistência da articulação mecânica de amortecimento 100, mas também reduz o amortecimento. Além disso, conexões fixas podem potencialmente produzir concentrações de tensão que levam a trincas por fadiga se as cargas forem grandes. A escolha entre uma conexão fixa ou ligada por pinos em geral depende do carregamento da articulação mecânica 100, Para uma articulação altamente carregada, pode ser desejável ter uma conexão fixa, e vice-versa. Mostrada nas FIGS. 3 e 4 é uma outra modalidade de uma articulação mecânica de amortecimento 200 de acordo com a presente revelação em que as vigas arqueadas 206 são integralmente afixadas nos membros de extremidade 204 e os dedos 210 são integralmente afixados nas vigas 206. Como com a modalidade das FIGS. 1 e 2, esta articulação mecânica de amortecimento 200 é projetada para ser integrada em um membro estrutural 202, e inclui primeiro e segundo membros de extremidade 204a, 204b, com um par de vigas no geral paralelas 206 que interconecta os membros de extremidade 204 e define um espaço lateral 208 entre eles. Uma pluralidade de dedos alternados 210 estende-se de cada viga 206 até o espaço lateral 208 e é entrelaçada com os dedos 210 estendendo-se da viga oposta 206. Afixada entre os pares alternados de dedos 210 está uma pluralidade de membros de amortecimento viscoelásticos 212. Prover as vigas 206, membros de extremidade 204 e dedos 210 como uma única unidade integralmente formada reduz o número de partes para a articulação mecânica de amortecimento 200 e pode aumentar sua resistência geral relativa ao seu peso. As vigas 206, membros de extremidade 204 e dedos 210 podem ser integralmente afixados de outras maneiras, tal como por solda, etc. Os materiais e características das vigas 206, dedos 210, membros de extremidade 204 e membros de amortecimento 212 podem ser selecionados de acordo com os mesmos parâmetros que são discutidos anteriormente com relação à modalidade das FIGS. 1 e 2. Mais em geral, deve-se entender que a discussão aqui da modalidade das FIGS. 1 e 2 aplica-se igualmente a modalidade das FIGS. 3 e 4, a menos que especificamente declarado de outra forma.

[00042] Deve-se perceber que uma combinação de conexões ligadas por pinos e fixas pode ser usada para as vigas 106, membros de extremidade 104 e dedos 110, e uma ampla variedade de métodos de afixação pode ser usada. Por exemplo, as vigas 106 e membros de extremidade 104 podem ser afixados com conexões ligadas por pinos 118, como mostrado na FIG. 1, enquanto os dedos 110 são soldados ou de outra forma integralmente afixados nas vigas 106. Alternativamente, as vigas 106 e membros de extremidade 104 podem ser integralmente afixados, como mostrado na FIG. 3, enquanto os dedos 110 são conectados por pinos nas vigas 106 nas conexões ligadas por pinos 120, como mostrado na FIG. 1. Outras combinações podem também ser usadas.

[00043] O tamanho da articulação mecânica de amortecimento 100 revelada aqui pode variar, dependendo de sua aplicação. Como anteriormente notado, uma modalidade deste dispositivo foi projetada com vigas 106 que Vêo 5” *98.4 oo+ fg eqortkogpVq. eqo woc cnvwtc fq cteq h fg 2.394” *6.59 oo+o PguVc oqfcnkfcfg. cu xkicu 328 u«q fg dcttc ejcVc fg c>q swg Vgo 2.65” (10,92 mm) de espessura. Qu fgfqu 332 u«q Vcodfio fg c>q. 2.7” *34.9 mm) fg eqortkogpvq. 3.2” *47.6 oo+ fg nctiwtc g 2.347” *5.3: oo+ fg gurguuwtc. e o material de amortecimento 112 é de Neoprene®, cada peça tendo cerca de 2.67” *33.65 oo+ fg eqortkogpvq. 3.2” *47.6 oo+ fg nctiwtc g fg 2.27” *3.49 oo+ c 2.47” *9.57 oo+ fg gurguuwtc. eqo 2.347” *5.3: oo+ fg espessura sendo uma dimensão provável. Esta espessura pode ser uma variável que é otimizada para cada dado caso. Os membros de extremidade 104 nesta modalidade são também de aço, g ogfgo egtec fg 3” fg nctiwtc. 3” fg cnvwtc g 3” *47.6 oo+ fg gurguuwtc0 Guugu membros de extremidade 104 são configurados para afixar em um membro estrutural 102 com uma seção vtcpuxgtucn swg fi egtec fg 3” *47.6 oo+ z 3” *47.6 oo+0 O desempenho analítico desta modalidade particular mostra é de se esperar uma rigidez de 4 milhão lb por polegada (25,4 mm) de deflexão das vigas, e deve suportar uma carga máxima de 30.000 lb tensão ou compressão.

[00044] O tamanho da modalidade da articulação mecânica de amortecimento 100 supradescrita torna a articulação mecânica de amortecimento egtec fg 7” *349 oo+ fg eqortkogpvq. 3.49” *54.48 oo+ fg nctiwtc g 3” *47.6 mm) de espessura. Esta modalidade particular foi projetada para um elo do atuador do leme de direção de aeronave. Modalidades reais deste dispositivo podem ser menores ou maiores que esta. Por exemplo, acredita-se que aplicações prováveis para este dispositivo podem ser muito maiores que o tamanho indicado aqui, e podem também ser menores em outras aplicações.

[00045] O projeto de uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com esta revelação pode envolver primeiro identificar as principais exigências de projeto, incluindo máximas cargas de tensão e compressão estáticas, rigidez exigida, definição das cargas dinâmicas e a atenuação exigida. Os arcos podem ser projetados para ter a maior elevação de arco, mantendo ainda uma rigidez desejada. O projetista pode verificar a capacidade de sustentação de carga sob tensão calculando a tensão atribuída ao dobramento máximo nos arcos, e também verificar que a carga de empeno dos arcos excede a máxima carga compressiva prevista. Finalmente, o projetista pode determinar a dimensão da separação para os dois arcos. Maior separação permite um maior volume de material de amortecimento, que pode melhorar a atenuação de vibração. Ao mesmo tempo, maior separação de viga tende aumentar as dimensões e peso do membro, que é um equilíbrio de projeto a ser considerado.

[00046] Vários métodos de fabricação podem ser usados para facilitar a fabricação e montagem do membro de amortecimento. Um fluxograma mostrando as etapas em uma modalidade de um método 800 para fazer um membro estrutural de amortecimento de acordo com a presente revelação é provido na FIG. 8. Em geral, o método envolve afixar as vigas nos membros de extremidade 802, afixar os dedos nas vigas 804 e afixar um membro de amortecimento entre dedos adjacentes 806.

[00047] Mais particularmente, com referência também à FIG. 1, o método envolve afixar os membros de extremidade 104 nas duas vigas arqueadas 106. Como anteriormente notado, os membros de extremidade 104 podem ser integralmente afixados ou integralmente formados com as vigas arqueadas 106, ou eles podem ser elementos separados nos quais as vigas 106 são então afixadas. Similarmente, os dedos 110 podem ser integrais com as vigas arqueadas 106, ou eles podem ser elementos separados que são então afixados nas vigas 106 para estender-se até o espaço lateral 108 entre as vigas. Por exemplo, os arcos e dedos podem ser usinados de uma única peça de material (por exemplo, aço, alumínio, titânio e ligas dos mesmos), provendo assim arcos com dedos combinados integrais. Diferentes métodos de fabricação podem ser usados para diferentes materiais. Vantajosamente, ambos os arcos podem ser idênticos no projeto, se desejado. Onde os dedos 110 são elementos separados que são afixados nas vigas 106, os dedos 110 podem ser afixados nas vigas 106 via conexões ligadas por pinos 120 mostradas nas FIGS. 1 e 2, ou eles podem ser afixados de outras maneiras, tal como via uma conexão tipo rabo de andorinha (não mostrada). membros de amortecimento 112 são afixados ou aderidos entre dedos adjacentes 110, tal como união via um adesivo químico, como discutido anteriormente. A ordem das etapas mostradas na FIG. 8 pode variar, dependendo do projeto. Por exemplo, onde os dedos 110 são conectados por pinos nos arcos 106, camadas de amortecimento 112 e dedos 110 alternados podem ser afixados entre si primeiro (etapa 806), e então o conjunto de dedos 110 e membros de amortecimento 112 pode ser instalado (isto é, afixado) nos arcos 106 via pinos de afixação. Com qualquer dos métodos de fabricação discutidos aqui, os dedos 110 estendem-se até o espaço lateral 108 em uma configuração alternada entrelaçada, e servem para transmitir tensão axial na viga - tanto tensão compressiva quanto de tração - como tensão de cisalhamento para o membro de amortecimento 112 em resposta a deflexão das vigas 106.

[00048] A articulação mecânica de amortecimento 100 pode também incluir uma cobertura 114 afixada nos membros de extremidade 104 e envolvendo as vigas arqueadas 106, os dedos 110 e o material de amortecimento 112, a fim de proteger o elo mecânico de produtos químicos, luz do sol e outros elementos ou condições ambientais potencialmente degradantes. Esta cobertura pode ser configurada de uma variedade de maneiras. Por exemplo, a cobertura 114 pode ser um polímero termicamente contrátil ou um tubo termicamente contrátil que é colocado em volta da articulação mecânica de amortecimento 100, Acredita-se que praticamente qualquer cobertura 114 será adequada, desde que ela não seja tão rígida a ponto de restringir o dobramento das vigas 106. Ao mesmo tempo, a articulação mecânica de amortecimento 100 pode funcionar sem uma cobertura. Para completar sua instalação, a articulação mecânica de amortecimento 100 pode então ser afixada nas partes de um membro estrutural (102 na FIG. 1) para prover tanto amortecimento quanto sustentação de carga a esse membro.

[00049] A articulação mecânica de amortecimento 100 revelada aqui é compacta e opera passivamente sem componentes eletrônicos. Os dedos entrelaçados 110 são ligados em um material viscoelástico 110 que absorve vibrações. Os dedos 110 são conectados em vigas ou braços 106 que estão tipicamente sob tensão ou compressão, com dois membros de extremidade 104. A articulação 100 absorve força axial e vibrações impondo uma carga de cisalhamento através do material de amortecimento viscoelástico 112. Em uma modalidade, as vigas ou braços 106 são curvos, definindo uma forma de arco raso.

[00050] A geometria dos arcos rasos fornece diversos benefícios. Primeiro, fornece amplificação mecânica de deformação sob forças compressivas ou de tração, e converte essa deformação amplificada em uma forma bem adequada para dissipação de energia através do amortecimento do material viscoelástico. Diferente de alguns outros dispositivos de amortecimento, que fornecem amortecimento em linha com uma carga que fica sobre o membro, o presente dispositivo fornece amortecimento transversal à linha de carga. Usando arcos rasos rígidos opostos para amplificar a deformação e aplicar cisalhamento em um material de amortecimento, esta articulação mecânica fornece tanto alta rigidez quanto alto amortecimento. Ela usa a deformação natural do arco para amplificar mecanicamente o deslocamento em linha, e não somente aplica o movimento amplificado no material de amortecimento, mas também aplica-o de uma maneira efetiva (isto é, cisalhamento) para amortecimento usando este tipo de material de amortecimento.

[00051] Modalidades da revelação podem ser descritas no contexto de um método de fabricação e serviço de aeronave 900 como mostrado na FIG. 9 para uma aeronave 902 como mostrado na FIG. 10. Durante pré-produção, o método exemplar 900 pode incluir especificação e projeto 904 da aeronave 902 e aquisição de material 906. Durante produção, ocorre fabricação de componente e submontagem 908 e integração do sistema 910 da aeronave 902. Em seguida, a aeronave 902 pode passar por certificação e entrega 912 a fim de ser colocada em serviço 914. Enquanto em serviço por um cliente, a aeronave 902 é programada para manutenção e serviço de rotina 916 (que pode também incluir modificação, reconfiguração, recondicionamento e assim por diante).

[00052] Cada dos processos do método 900 pode ser realizado ou executado por um integrador do sistema, uma terceira parte e/ou um operador (por exemplo, um cliente). Com os propósitos desta descrição, um integrador do sistema pode incluir, sem limitação, qualquer de uma pluralidade de fabricantes de aeronave e subcontratantes do sistema principal; uma terceira parte pode incluir, sem limitação, qualquer uma pluralidade de vendedores, subcontratantes e fornecedores; e um operador pode ser uma linha aérea, empresa de arrendamento, entidade militar, organização de serviço e assim por diante.

[00053] Como mostrado na FIG. 10, um veículo aeroespacial tal como uma aeronave 902 produzida pelo método exemplar 900 pode incluir uma armação da aeronave 918 com uma pluralidade de sistemas 920 e um interior 922. Exemplos de sistemas de alto nível 920 incluem um ou mais de um sistema de propulsão 924, um sistema elétrico 926, um sistema hidráulico 928 e um sistema ambiental 930. Qualquer número de outros sistemas pode ser incluído. Embora uma aeronave seja dada como um exemplo de uma aplicação aeroespacial para a presente revelação, deve-se entender que esta é somente um exemplo de uma aplicação aeroespacial. Adicionalmente, embora esteja mostrado um exemplo aeroespacial, os princípios da invenção podem ser aplicados a outras indústrias, tal como a indústria automotiva, por exemplo.

[00054] Na modalidade particular mostrada na FIG. 11, a aeronave 902 é mostrada com uma articulação mecânica de amortecimento 932 que é parte de um membro estrutural 934 que é associado com o sistema hidráulico 926. Tal membro estrutural pode ser uma articulação do atuador para um leme de direção, aileron ou outra superfície de controle da aeronave 902, por exemplo. Deve-se perceber, entretanto, que isto é somente uma aplicação exemplar. Uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com esta revelação pode ser associada com outros sistemas 920, incluindo o sistema elétrico 926, sistema ambiental 930 ou sistema de propulsão 924 da aeronave 902, e adicionalmente, poderia ser usado na armação da aeronave 918 ou interior 922 da aeronave.

[00055] Como discutido aqui, a articulação mecânica de amortecimento 934 inclui membros de extremidade 936, que afixam no membro estrutural 934 e também interconectam as vigas arqueadas 938. Dedos 940 estendem-se das vigas arqueadas até o espaço lateral entre as vigas, e membros de amortecimento 942 são afixados entre os dedos.

[00056] O aparelho e métodos concebidos aqui podem ser empregados durante qualquer um ou mais dos estágios do método de produção e serviço 900, mostrado na FIG. 9. Por exemplo, componentes ou submontagens correspondentes ao processo de produção 908 podem ser fabricados ou produzidos de uma maneira similar aos componentes ou submontagens produzidos enquanto a aeronave 902 está em serviço. Também, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de método, ou uma combinação destas pode ser utilizada durante os estágios de produção 908 e 910. Por exemplo, despachando substancialmente o conjunto ou reduzindo o custo de uma aeronave 902. Similarmente, uma ou mais de modalidades de aparelhos, modalidades de método, ou uma combinação destas pode ser utilizada enquanto a aeronave 902 está em serviço, por exemplo, e sem limitação, para manutenção e serviço 916.

[00057] Como anteriormente notado, modalidades do dispositivo revelada aqui têm aplicação em sistemas da aeronave, tal como em atuadores de superfície de controle, suportes de montagem para sistema de rotor de helicópteros, conjuntos de articulação pivô de rotor em aeronave de asa rotativa, etc. Muitas outras aplicações são também possíveis. Por exemplo, acredita-se que uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com a presente revelação pode ser usada em espaçonave, tal como para a montagem de equipamento de apontamento de precisão, etc. Ela pode também ser usada em componentes de trem de acionamento, componentes de montagem da caixa de engrenagem, etc., e pode ser associada com uma ampla faixa de sistemas, incluindo aeronave, espaçonave, automóveis e caminhões, navios, trens, maquinário industrial, etc. Em geral, uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com esta revelação pode ser usada em qualquer aplicação onde tanto alta rigidez quanto alto amortecimento são desejados em uma articulação mecânica.

[00058] De acordo com a variedade de possíveis aplicações para a articulação mecânica de amortecimento 100, tais como aquelas anteriormente discutidas, um fluxograma mostrando etapas em um método exemplar 1200 de usar uma articulação mecânica de amortecimento de acordo com a presente revelação é provido na FIG. 12. Uma primeira etapa em uso do dispositivo é instalar o membro de amortecimento em um membro estrutural 1202. Este pode ser um membro de treliça estrutural, por exemplo, que espera-se passar por forças axiais (isto é, tensão e/ou compressão). A operação do membro de amortecimento é passiva, como um membro estrutural. Um usuário (por exemplo, pessoal de manutenção) pode inspecionar o membro periodicamente 1204 para verificar mecanismos com falha potencial tais como trincas por fadiga nos arcos ou degradação do material de amortecimento por causa de envelhecimento ou fatores ambientais. Inspeção pode também envolver a remoção ou troca de uma cobertura sobre o membro de amortecimento, caso esteja presente. Finalmente, um funcionário de manutenção pode trocar o membro de amortecimento 1206, se desejado. As etapas de substituição e troca podem ser repetidas, como indicado pela seta 1208.

[00059] Embora a articulação mecânica com alta rigidez e alto amortecimento revelada aqui tenha sido descrita em termos de certas modalidades específicas, deve-se entender que outras modalidades que são aparentes aos versados na técnica, incluindo modalidades que não fornecem todos os recursos apresentados aqui, são também dentro do escopo desta revelação. Versados na técnica perceberão que os preceitos contidos aqui podem ser praticados com várias modificações dentro do escopo das reivindicações. Dessa maneira, o escopo da presente revelação é definido somente pela referência às reivindicações afixas e seus equivalentes.

Claims

1. Articulação mecânica (100) compreendendo:primeiro e segundo membros de extremidade (104a/104b);um par de vigas no geral paralelas (106), interconectando o primeiro e segundo membros de extremidade (104a/104b) e definindo um espaço lateral (108) entre eles;uma pluralidade de dedos alternados (110), estendendo-se de cada viga (106) até o espaço lateral (108) e arranjada em pares adjacentes de dedos (110); eum membro de amortecimento (112), afixado entre cada dedo (110) de cada par adjacente de dedos (110), no espaço lateral (108);caracterizada pelo fato de que as vigas (106) são arqueadas.

2. Articulação mecânica (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o membro de amortecimento (112) compreende material viscoelástico.

3. Articulação mecânica (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o material viscoelástico é selecionado do grupo consistindo em Soundcoat Dyad 601, Hypalon 30 e Neoprene®.

4. Articulação mecânica (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que as vigas (106) são modeladas para causar uma deflexão em uma direção predeterminada quando sob carga axial.

5. Articulação mecânica (100), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que as vigas (106) definem arcos orientados de forma oposta com uma elevação de arco de cerca de 0,1 a cerca de 3.

6. Articulação mecânica (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que as vigas (106), dedos (110) e membros de extremidade (104a/104b) são integralmente formados.

7. Articulação mecânica (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que as vigas (106) são ligadas por pinos nos membros de extremidade (104a/104b).

8. Articulação mecânica (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o primeiro e segundo membros de extremidade (104a/104b), vigas (106) e dedos (110) são de um material selecionado do grupo consistindo em aço, titânio, alumínio e ligas destes, epóxi de fibra de vidro, compósito de fibra de carbono e combinações de quaisquer dos anteriores.

9. Articulação mecânica (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma cobertura (114), disposta em torno das vigas (106), dos dedos (110) e do membro de amortecimento (112).

10. Articulação mecânica (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que as vigas arqueadas (106) têm uma forma seccional transversal substancialmente constante.

11. Método para fabricar um membro estrutural de amortecimento, caracterizado pelo fato de que compreende:afixar um par de vigas arqueadas opostamente curvas (106) entre membros de extremidade (104a/104b) de uma articulação de amortecimento;afixar pelo menos um dedo (110) em cada viga arqueada (106), os dedos (110) estendendo-se até um espaço lateral entre o par de vigas (106) em uma configuração entrelaçada alternada; eafixar um material de amortecimento viscoelástico entre os dedos (110).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que afixar pelo menos um dedo (110) em cada viga arqueada (106) compreende afixar integralmente os dedos (110) na respectiva viga arqueada (106).

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que afixar as vigas arqueadas (106) nos membros de extremidade (104a/104b) compreende afixar integralmente as vigas arqueadas (106) nos membros de extremidade (104a/104b).

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que as vigas arqueadas (106) incluem cada qual um número igual de dedos (110) estendendo-se até um espaço lateral (108), e afixar o material de amortecimento viscoelástico entre os dedos (110) compreende unir adesivamente um material de amortecimento viscoelástico nos dedos adjacentes (110).

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente prover uma cobertura (114) em torno das vigas (106), dos dedos (110) e do material de amortecimento.