CN103380311A - 一种温度自适应流体减振系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度自适应流体减振系统。温度自适应流体减震系统的一个实施例包括两个流体腔，与流体腔流体连通的活塞，以及位于流体腔之间的流路。邻近于流路的弹性体保持元件被约束成在基本上垂直于流路的方向上发生变形，以使得保持元件可操作地与温度变化相反地改变流路的横截面积。

Description

一种温度自适应流体减振系统

技术领域

本申请大体上涉及振动衰减的领域，并且更具体地涉及一种温度自适应流体减振系统。

背景技术

减振系统经常被用于防止机械系统中的过度运动。一种这样的减振系统为减振器（或者流体减振器），其通常包括活塞和充注有流体的筒体。筒体中的流体随着其围绕活塞移动或者移动通过活塞中的小孔而抵消活塞和筒体之间的相对运动。这种类型的减振器吸收机械能并且将其转换为热能而扩散掉。另一种常见的减振系统依靠弹性体元件通过剪切形变而扩散能量。流体减振器相对于弹性体减振器通常具有较高的减震性能，但是对温度更加敏感。因此，设计出具有足够的减振性能并且相反地不会受到温度变化影响的减振系统对于工程师和机械系统的制造商来说具有巨大的挑战，尤其是在航天和汽车工业领域中，减振系统通常会经受极端的温度变化。

附图说明

被认为是温度自适应流体减振系统的特点和新颖性的特征在所附的权利要求中提出。然而，系统，优选的应用模式，以及其进一步的目标和优点将在参照后面的详细描述并结合附图之后获得最好的理解，其中：

图1为根据本说明书的热自适应流体减振器的一个实施例的等距局部剖视图；

图2为图1的减振器的局部剖视图；

图3为根据本说明书的热自适应流体减振器的一个替代实施例的剖视平面图；

图4为根据本说明书的旋翼桨毂具有四个桨叶时的等距视图；

图5为根据本说明书的旋翼桨毂具有三个桨叶时的分解部分视图；

图6为图5的旋翼桨毂的部分剖视图；

图7为图5的旋翼桨毂的部分剖视平面图。

尽管本申请的系统允许具有各种改变和替代形式，但是其具体实施例通过附图中的例子而被示出并且在这里对其进行了详细描述。然而，应该理解的是，这里对具体实施例的描述并不是要将该方法限定于公开的特定形式，恰恰相反，本发明旨在覆盖落入由所附的权利要求所限定的本申请的精神和范围之内的全部的修改，等同以及替代。

具体实施方式

本申请系统的示意性实施例将在下面描述。为了清楚起见，在该说明书中并没有描述实际产品的全部特征。当然还应该意识到的是在任何实际的具体产品的发展中，必须视情况而做出各种具体的决定以实现研发者的具体目标，例如与系统相关以及商业相关的规定相符，从一种产品变换到另一种产品。此外，可以意识到这种发展的结果可能是复杂并且耗时的，但是无疑是得益于本公开的本领域普通技术人员的常规任务。

在说明书中，如在附图中描绘的，参考标记用于标示各种组件之间的空间关系以及组件的各种方位的空间指向。然而，如本领域技术人员在完整地阅读了本申请之后能够认识到的，这里描述的装置，元件，设备，等等可以设置成任何期望的指向。因此，诸如“上方”，“下方”，“上部”，“下部”或其它类似的用于描述各种组件之间的空间关系或者用于描述这些组件的方位的空间指向的术语的使用应当理解为描述组件之间的相对关系或这些组件的方位的空间指向，而这里描述的装置可以指向任何期望的方向。

图1为根据本说明书的热自适应流体减振器100的局部等距剖视图。弹性体密封件105和110密封连接到壳体120的内表面115，并且密封连接到活塞130的外表面125。弹性体密封件105和110优选地为高容量层压密封件，具有交替设置的弹性体材料层107和刚性、非弹性体材料，例如金属层109。壳体120内部的内壁135将弹性体密封件105和110分开，并且形成流体腔140和145。活塞130穿过内壁135的孔150。活塞130的横截面积小于孔150的横截面积，由此产生将活塞130与孔150的内表面分开并且沿着活塞130在流体腔140和流体腔145之间形成流路的孔隙155。内壁135包括保持元件165和阀元件170。保持元件165通常为弹性体元件，被内壁135的内表面固定并且约束。阀元件170通常为非弹性固体，例如金属，通过保持元件165的压缩力被固定。阀元件170可以被分割以在流体腔140和145之间提供附加的流路。第一紧固组件175刚性地连接到活塞130的一端，并且第二紧固组件180刚性地连接到壳体120。第一紧固组件175和第二紧固组件180可以用于将减振器100连接到移动元件上。

图2为流体减振器100的局部剖视图。弹性体密封件105和110密封地连接到壳体120的内表面115，并且密封地连接到活塞130的外表面125。在减振器100中，弹性体密封件105和110通常包括交替设置的弹性体材料层107和金属层109。壳体120内部的内壁135将弹性体元件105和110分开，并且形成流体腔140和145。活塞130穿过内壁135的孔150。孔隙155将活塞130与孔150的内表面分开。内壁135包括保持元件165和阀元件170。保持元件165通常为弹性体元件，而阀元件170为非弹性固体，例如金属。阀元件170可以被分割开。第一紧固组件175刚性地连接到活塞130的一端，并且第二紧固组件180刚性地连接到壳体120。

在运行中，每个流体腔140和145包括不可压缩流体，例如液压流体或油。响应于施加在紧固组件175或180上的外力，活塞130沿着其纵向轴相对于壳体120移动。活塞130的位移使得弹性体密封件105和110发生变形，由此改变流体腔140和145的容积和流体的压力。因此，流体可以在腔140和145之间通过孔隙155流通。减振器100还可以包括垫圈或其它连接到活塞130，以促进或增强流动的桨元件。在流体腔140和145之间的流体流动抵消了活塞130的位移，并且提供所期望的施加在活塞130上的减振力。弹性体密封件105和110的剪切力为流体减振器100提供期望的弹簧比率k。

弹性体材料通常对温度变化很敏感。因此，保持元件165为随着温度的升高而膨胀，并且随着温度的降低而收缩的温度敏感元件。由于保持元件165被内壁135在除了一个方向之外的所有方向上约束，因此保持元件仅在该方向上随着温度变化而变形。在减振器100的实施例中，保持元件165被约束在基本上垂直于孔隙155所提供的流路的方向上变形。随着保持元件的膨胀和收缩，阀元件170也相应地被移动而邻近于活塞130，由此膨胀和收缩孔隙155来改变由孔隙155所提供的流路的横截面积的大小。因此，随着温度降低，孔隙155被膨胀，允许更多的流体在腔140和145之间流动。类似地，随着温度升高，孔隙155收缩，限制腔140和145之间的流体流动。

图3为根据本说明书的热自适应流体减振器300的替代实施例的剖视平面图。弹性体密封件305和310密封地连接到壳体320的内表面315，并且密封地连接到活塞330的外表面325。弹性体密封件305和310优选地为高容量层压密封件，具有交替设置的弹性体材料层307和刚性，非弹性体材料，例如金属层309。弹性体密封件305和310形成位于壳体320内部的流体腔340和345。活塞330包括孔350，保持元件365，和阀元件370。孔350提供位于流体腔340和流体腔345之间的流路。保持元件365通常为弹性体元件，内置在活塞330中并且被活塞330的内表面约束。阀元件370优选地为非弹性固体，例如金属，内置在保持元件365中，以使得其通过保持元件365的压缩力保持在合适的位置。阀元件370可以被分割开，以提供位于流体腔340和345之间的附加流路。杆组件375可以刚性地连接到活塞330用于将减振器300连接到移动元件。

在操作中，每个流体腔340和350包括不可压缩流体，例如液压流体或油。响应于施加在杆组件375上的外力，活塞330沿着其纵向轴相对于壳体320移动。活塞330的位移使得弹性体密封件305和310发生变形，由此改变流体腔340和345的容积以及流体的压力。因此，流体可以在流体腔340和345之间通过孔350流动，抵消活塞330的位移并且在活塞330上提供期望的减振力。弹性体密封件305和310的剪切力为流体减振器300提供期望的弹簧比率k。

保持元件365为随着温度升高而膨胀并且随着温度降低而收缩的温度敏感元件。由于保持元件365被活塞330在除了一个方向之外的全部方向上约束，保持元件365仅在该方向上根据温度改变而变形。在流体减振器300的实施例中，这种变形被限制在基本上垂直于由孔350提供的流路的方向上。随着保持元件365的膨胀和收缩，阀元件370也相应地移动到邻近于活塞330，由此改变由孔350提供的流路的横截面积。因此，随着温度降低，孔350的有效直径变大，允许更多的流体在腔340和345之间流动。类似地，随着温度升高，孔350的有效直径减小，限制了流体在腔340和345之间的流动。

图4为根据本说明书的旋翼桨毂400的等距视图。如图所示，桨毂400配置成用作倾转旋翼飞机的推进旋翼桨毂的四桨叶桨毂。旋翼桨毂可以具有更多或更少的桨叶并且还可以配置成用在其它旋转翼飞机上，包括直升机。

桨毂400具有中心元件413，其适于固定地容纳桅杆415。桅杆415通过来自驱动单元的扭矩而旋转，其可以通过传动装置（未示出）被传递，并且扭矩通过桅杆415传递给中心元件413用于旋转桨毂400。桨叶（未示出）通过桨叶连接组件417连接到桨毂400，每个组件417包括桨叶连接带419和桨叶夹具421。带419为环状面并且垂直地指向以延伸出旋转平面。带419在挥舞铰423上铰接地连接到中心元件413，并且桨叶夹具421可旋转地且可枢转地连接到带419的外端。挥舞铰423允许每个桨叶围绕大致平行于桨毂400的旋转平面的轴进行平面外挥舞运动。桨叶夹具421相对于带419围绕径向俯仰轴旋转，径向俯仰轴大致上平行于桨毂400的旋转平面，并且俯仰摇臂425从每个夹具421的前缘延伸用于控制相关联的桨叶的俯仰。俯仰摇臂425与相关联的挥舞铰423结合用于产生期望的delta-3倾角与扑动偶合（pitch-flap coupling）。此外，每个桨叶夹具421通过领先/滞后轴承（未示出）连接到带419，并且夹具421相对于相关联的带419围绕大致与桨毂400的旋转平面正交的领先/滞后轴枢转。这种结构提供在桨毂400的旋转平面中的桨叶围绕领先/滞后轴，沿翼弦方向的领先和滞后运动。用于挥舞铰423的轴承和领先/滞后轴承位于带419内部。挥舞铰轴位于内侧，并且领先/滞后轴位于外侧，这些轴并不是一致的。桨叶根427被示出安装在夹具421的外端内部。为了控制桨叶围绕领先/滞后轴的沿翼弦方向的运动，根据本说明书的减振器429安装在每个带419中并且可操作地连接到相关联的桨叶夹具421。

图5到图7示出根据本说明书的旋翼桨毂具有三个桨叶的替代实施例的简化视图。图5为分解视图，图6为组件的局部剖视图，并且图7为组件的剖视平面图。参照这些图，桨毂500包括中心元件533，桨叶带535，以及桨叶夹具537。中心元件533适于固定地容纳桅杆534。带535为环状面并且在挥舞铰539处铰接地连接到中心元件533。这允许连接到桨叶夹具537的桨叶（未示出）进行平面外的挥舞运动。每个桨叶夹具537在夹具537的外端容纳桨叶的根端，并且每个夹具537的内端通过俯仰摇臂支架541连接到相关联的带535的外端。每个夹具537能够围绕相关联的俯仰轴543旋转，并且桨叶的俯仰使用支架541上的俯仰摇臂545进行控制。弹性体轴承547容纳在每个支架541的凹处549中，用于提供支架541和夹具537围绕穿过每个轴承547的中心点的领先/滞后轴551的平面内，沿翼弦方向的枢转。弹性体轴承547和挥舞铰539设置在带535内部，这些铰链的轴是不一致的。这种结构允许桨毂500的部件具有更好的装配，尤其是在倾转旋翼机中。

随着桨毂500被桅杆534所转动，来自桨叶的离心载荷通过夹具537传递到支架541，并且从支架541传递给轴承547。这些载荷接着从轴承547传递给带535，并且从带535传递给中心元件533。杆553从每个轴承547的内端突伸出来，杆553延伸通过对应的支架541的凹处549中的孔555。杆553的内端557接合减振器559，杆553延伸进入减振器559的外壁563的开口561中并且啮合活塞565。尽管图示的具有弹性体轴承547，桨毂500可以以任意合适的结构构造，包括采用销或用于领先/滞后铰链的类似连接。

桨叶围绕相关联的领先/滞后轴551的平面内运动使得杆553发生成比例的水平运动。由于杆553设置在轴551内部，杆553的平面内运动的方向与桨叶的移动方向相反。这种运动使得活塞565沿着轴567发生位移，这种位移通过弹性体密封件569和571的剪切变形被限制。活塞565的位移还使得弹性体密封件569和571发生变形，从而改变流体腔575和580的容积以及流体的压力。因此，流体可以在流体腔575和580之间通过孔585流动，抵消活塞565的位移并且在活塞565上提供期望的减振力。

保持元件590为随着温度升高而膨胀并且随着温度降低而收缩的温度敏感元件。由于保持元件590在除了一个方向之外的所有方向上受到活塞565的限制，因此温度变化使得保持元件590仅在该方向上发生变形。在流体减振器559的实施例中，这种变形被限定在基本上垂直于由孔585提供的流路的方向上。随着保持元件590膨胀和收缩，阀元件595还相应地移动到邻近于活塞565的位置，由此改变由孔585提供的流路的横截面积。因此，随着温度降低，孔585的有效直径变大，允许更多的流体在腔575和580之间流动。类似地，随着温度升高，孔585的有效直径变小，限制流体在腔575和580之间的流动。

这里描述的系统和设备具有显著的优点，包括（1）提供一种减振系统能够被动地适应温度变化而不会产生任何另外的失败模式，以及（2）提供一种用在旋翼桨毂中的小的，轻质的温度自适应减振器。

具体的实施例已经在上面的图和说明书进行了图示和描述，但是这些实施例的变形对于本领域技术人员来说是显而易见的。这里公开的原理可以容易地适用于各种机械系统，包括许多类型的旋转翼，倾转旋翼，以及固定翼飞机。前述说明只是用于示例性的目的，并且下面的权利要求不应该被认为限定于图示和说明的具体实施例。

Claims (19)

1.一种热自适应减振器，包括：

第一流体腔；

第二流体腔；

与第一流体腔和第二流体腔流体连通的活塞；

第一弹性体密封件，与第一流体腔流体连通并且密封地连接到活塞的第一端的外表面；

第二弹性体密封件，与第二流体腔流体连通并且密封地连接到活塞的第二端的外表面；

位于第一流体腔和第二流体腔之间的流路；以及

邻近于流路的弹性体保持元件，其被限定成在基本上垂直于流路的方向上发生变形，以使得保持元件可操作地与温度变化相反地改变流路的横截面积。

2.根据权利要求1所述的减振器，进一步包括内置在弹性体保持元件内部的阀元件，以使得阀元件可操作地与温度变化相反地改变流路的横截面积。

3.根据权利要求1所述的减振器，其中

弹性体保持元件被一个位于第一流体腔和第二流体腔之间的壁所约束；

该壁包括适于容纳活塞的孔；并且

流路包括位于阀元件和活塞之间的孔隙。

4.根据权利要求1所述的减振器，其中：

流路包括穿过活塞的孔；

并且弹性体保持元件内置在活塞中。

5.根据权利要求1所述的减振器，其中第一弹性体密封件和第二弹性体密封件为高容量层压密封件。

6.根据权利要求1所述的减振器，其中阀元件可以被分割以使得在第一流体腔和第二流体腔之间具有至少一个附加的流路。

7.一种热自适应减振器，包括：

第一弹性体密封件和第二弹性体密封件，密封地连接到壳体的内表面并且密封地连接到活塞的外表面；

位于壳体内部、第一和第二弹性体密封件之间的内壁，形成位于第一弹性体密封件和内壁之间的第一流体腔以及位于内壁和第二弹性体密封件之间的第二流体腔；

位于第一流体腔和第二流体腔之间的流路；

弹性体保持元件，被内壁固定和约束用于在基本垂直于流路的方向上发生变形；以及

阀元件，内置在弹性体保持元件的内部，以使得阀元件可操作地与温度变化相反地改变流路的横截面积；

其中活塞穿过内壁的孔，以使得流路为将活塞和阀元件分开的孔隙。

8.根据权利要求7所述的减振器，其中第一弹性体密封件和第二弹性体密封件为高容量层压密封件。

9.根据权利要求7所述的减振器，其中阀元件可以被分割，以使得在第一流体腔和第二流体腔之间具有至少一个附加的流路。

10.一种热自适应减振器，包括：

第一弹性体密封件和第二弹性体密封件，密封地连接到壳体的内表面并且密封地连接到活塞的外表面，由此在壳体、第一弹性体密封件、和活塞的第一端之间形成第一流体腔，并且在壳体、第二弹性体密封件、以及活塞的第二端之间形成第二流体腔；

流路，通过位于第一流体腔和第二流体腔之间的活塞；

弹性体保持元件，内置在活塞中，并且被活塞的内表面约束而在垂直于流路的方向上发生变形；以及

阀元件，内置在保持元件中，阀元件可操作地与温度变换相反地改变流路的横截面积。

11.根据权利要求10所述的减振器，其中第一弹性体密封件和第二弹性体密封件为高容量层压密封件。

12.根据权利要求10所述的减振器，其中阀元件可分割，以使得在第一流体腔和第二流体腔之间设置至少一个附加的流路。

13.一种飞机，包括：

可操作地连接到驱动单元的桅杆；

固定到桅杆的中心元件，

铰接地连接到中心元件的桨叶带；

固定在桨叶带内部的热自适应流体减振器；

固定到桨叶带的桨叶夹具；以及

弹性体轴承，固定在桨叶带中可操作地接合到桨叶夹具，并且接合到热自适应流体减振器；

其中热自适应流体减振器包括：

第一流体腔；

第二流体腔；

与第一流体腔和第二流体腔流体连通的活塞；

第一弹性体密封件，与第一流体腔流体连通并且密封地连接到活塞的第一端的外表面；

第二弹性体密封件，与第二流体腔流体连通并且密封地连接到活塞的第二端的外表面；

位于第一流体腔和第二流体腔之间的流路；以及

邻近于流路的弹性体保持元件，其被约束在垂直于流路的方向上发生变形，以使得保持元件可操作地与温度变化相反地改变流路的横截面积。

14.根据权利要求13所述的飞机，其中减振器进一步包括内置在弹性体保持元件中的阀元件，以使得阀元件可操作地与温度变化相反地改变流路的横截面积。

15.根据权利要求13所述的飞机，其中：

流路包括穿过活塞的孔；并且

弹性体保持元件内置在活塞中。

16.根据权利要求13所述的飞机，其中第一弹性体密封件和第二弹性体密封件为高容量层压密封件。

17.根据权利要求13所述的飞机，其中阀元件被分割，以在第一流体腔和第二流体腔之间设置至少一个附加的流路。

18.一种用于补偿减振系统中的温度变化的方法，该方法包括：

采用弹性体密封件密封地接合活塞相反的两个端部，以形成第一流体腔和第二流体腔；

在第一流体腔和第二流体腔中提供不可压缩流体；

在第一流体腔和第二流体腔之间设置流路；

将弹性体保持元件固定成邻近于流路；并且

约束弹性体元件，使其在基本上垂直于流路的方向上发生变形，以使得流路的横截面积与温度变化相反地改变。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

将非弹性体阀元件固定在保持元件内部，以使得阀元件随着保持元件的变形而可操作地改变流路的横截面积。

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