CN103429928B - 具有模块化柔性纽带和可变间隙的阻尼器 - Google Patents

Abstract

模块化的柔性纽带阻尼器包括带有中心轴线和圆柱形外表面的圆柱形内结构。带有圆柱形内表面的外壳体放置在该内结构的周围。在该内结构和该壳体之间放置带有由辐板连接的内法兰和外法兰的模块化的纽带。该内法兰与该内结构连接，以及该外法兰与该壳体连接，以便在该壳体内支承该内结构，和使该内结构在与该内结构的轴线垂直的平面上作自由的轨道运动。在一个实施例中，该幅板是直的，但不与该内结构的轴线相交，以便在径向方向挠曲。在其它实施例中，该幅板是弯曲的，可径向挠曲。

Description

具有模块化柔性纽带和可变间隙的阻尼器

相关申请的交互参考

本申请对2011年1月13日提出的美国专利申请13/005997号有优先权，这里全部引入供参考。

发明的背景

1.技术领域

本发明涉及阻尼器，更具体地说，涉及阻尼回转轴的轨道运动的阻尼器。

2.背景技术

阻尼器用于阻尼回转轴的振动运动和减小传递至壳体或地基的不平衡力的量。挤压薄膜阻尼器利用在支承该回转轴的结构和具有内圆柱形直径的壳体之间的小的充有油的环形间隙。该轴的轨道运动造成该结构和该壳体之间的相对运动，该运动挤压在该间隙内的油膜，使该间隙的形状改变。这就造成产生阻尼力的压力。该壳体和结构通常被补偿该回转轴的静态重量的对中弹簧隔开。在通常的阻尼器中，该弹簧由连接该壳体和该结构的鼠笼构成。这种弹簧不是最优的，因为非常长的阻尼器必须装在非常短的轴向长度内。

称为整体式对中弹簧挤压薄膜阻尼器的装置通过利用金属丝EDM技术可解决轴向空间限制的问题。该壳体，该结构和该对中弹簧都由一块整体材料制成。这种设计可大大节约成本，但由于该弹簧本身的应力，需要特殊的材料。另外，由于EDM工艺的实际限制，该挤压薄膜环形空间的尺寸限制在0.012英寸或更大。还有，除去该材料和所包括的特性方面要求薄的部分往往造成扭曲，这使得控制该油环的尺寸和形状，进而控制该结构和该壳体的相对位置困难。还由于是一个件的结构和狭窄的环形空间，该整体式对中弹簧的检查困难。再者，在该狹窄的环形空间内，该弹簧的应力高度集中的区域凹下很深，以致不可能使用NDT方法喷丸处理或检查它。另外，在扩展使用后，由于可进入的空间限制，很难清洁该狭窄的油路。此外，由金属丝EDM工艺产生的残余应力可使该结构相对于该壳体错位。为了避免过度的扭曲，必需在切出孔的轮廓之前提供消除应力的一个松弛期间。该金属丝EDM工艺使阻尼器丧失同心性，因为在该松弛期间过程中，该内部结构的运动使得难以找到该孔的中心。这就造成需要另外的制造步骤，以加工或磨削阻尼器的外径，使与其内径同心。这还使修理这些阻尼器困难。

发明内容

因此，需要可增加制造性和维护性，并改善可检查性，容易请洁，改善调整能力和设计自由度的回转轴阻尼器。

因而，本发明的模块化柔性纽带阻尼器包括一个圆柱形的内结构和一个外壳体。该内结构具有中心轴线和圆柱形外表面。该外壳体具有圆柱形内表面。该结构由至少一个模块化纽带支承。该纽带具有由至少一个幅板连接的内法兰和外法兰。该内法兰与该结构连接，以及该外法兰与该壳体连接，以便在该壳体内支承该结构并容许该结构有基本上自由的轨道运动。该支承和容许的运动在基本上与该结构的轴线垂直的平面内。

在本发明的另一个结构中，为了调整该壳体和该结构的相对位置，在该内法兰和该结构之间放置至少一个垫片。

在本发明的另一个结构中，为了调整该壳体和该结构的相对位置，在该外法兰和该壳体之间放置至少一个垫片。

在本发明的另一个结构中，在该结构的圆柱形外表面和该壳体的圆柱形内表面之间形成一个环形空间。该环形空间充有阻尼该结构的轨道运动的流体。

在本发明的另一个结构中，紧固件和定位件使该内法兰与该结构，以及该外法兰与该壳体连接和对准，从而容许拆卸和精确重新装配该阻尼器。

在本发明的另一个结构中，该定位件为与该结构的轴线垂直的圆柱形销。

在本发明的另一个结构中，该外法兰，内法兰和该至少一个幅板是整体形成的。

本发明达到的一个优点是，该模块化纽带的设计可容许在现场互换和更换支承纽带。而且，这个设计可容许使用较软和较弱的衬垫材料，而使用强固的很耐久的极限钢制的模块化纽带作为支承。

本发明达到的另一个优点是，可用对成本有效的方式制造大尺寸的带有这些纽带的阻尼器。

另一个优点是，该环形空间的形状在制造后可以改变，而对于整体设计这是不可能的。

另一个优点是，可将调整垫片插入该纽带下面，从而可精确控制间隙和偏心度。

另一个优点是，可以接近该纽带进行检查，释放应力的喷丸处理和去除所有的尖锐边缘。

另一个优点是，该纽带的特殊结构可容许轴向倾斜，这在许多回转设备应用中是必需的，或至少是有利的。

另一个优点是，该轴向倾斜的量有一个可调节的极限。该纽带也可设计成限制在圆周方向的倾斜。

另一个优点是，该纽带可提供多个不同的弹簧比值。

另一个优点是，在该纽带和该壳体或支承结构之间的这个界面还可容许在径向方向热膨胀。

另一个优点是，由于该纽带不是由金属丝EDM工艺制造的，因此不需要金属丝切割和可避免残余应力。

另一个优点是，尽管零件较多，但该纽带的设计可使制造公差的叠加较小，从而可降低总的成本。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的部分在截面上表示的末端视图，

图2A为本发明的纽带组件的剖视图，

图2B为沿着图2A的2B-2B线所取的该纽带组件的剖视图，

图3为本发明的另一实施例的剖视图，

图4为本发明的另一实施例的剖视图，

图5为本发明的另一实施例的剖视图，

图6为本发明的另一实施例的剖视图，

图7为本发明的另一实施例的剖视图，

图8A为本发明的另一实施例的剖视图，

图8B为沿着8B-8B线所取的图8A中的另一实施例的截面图，

图8C为表示图8A中的实施例的锥度的放大的剖视图，

图9为本发明的另一实施例的末端视图。

具体实施方式

根据图1的本发明的第一实施例，阻尼器20包括模块化的柔性纽带22，内结构24和外壳体26。该内结构24具有中心轴线30和圆柱形外表面32。该外壳体26具有圆柱形内表面34。该结构24由该模块化的纽带22支承。该纽带22分别具有由幅板42连接的内法兰36和外法兰40。该内法兰36与该内结构24连接和该外法兰40与该壳体26连接，以便在该壳体内支承该内结构，并使该结构有基本上自由的轨道运动。该纽带22提供的支承和容许的运动都在基本上与该结构24的中心轴线30垂直的阻尼平面48内。

该纽带22最好由疲劳强度高的材料制成，例如经过热处理，改善了疲劳强度的高强度优质的飞机合金钢。该纽带经过磨削，以便精确控制其高度和厚度。

如图2A所示，垫片50可放置在该外法兰40和壳体26之间，如图所示，或放置在该内法兰36和该结构24之间，以调节该壳体和该结构的相对位置，以便精确控制间隙，预加载荷，轴向锥度和预倾斜。这种模块化的纽带22可以现场更换，利用通常的制造方法加工，或取下作NDT检查。另外，纽带22可以容易地被喷丸处理，以除去由金属丝EDM，激光或通常的加工方法造成的残余应力。

在该结构24的圆柱形外表面32和该壳体26的圆柱形内表面34之间形成一个环形空间52。该环形空间52充有阻尼该结构24的轨道运动的流体54。紧固件56和定位件60使该内法兰36与该结构24，和该外法兰40与该壳体26连接和对准，从而可容许拆卸和精确重新装配该阻尼器20。该定位件60最好为一般与该结构24的轴线30垂直的圆柱形销。该外法兰40，内法兰36和幅板42是整体形成的。

如图2B的剖面侧视图所示，该纽带22可由二个或更多的隔开一个距离X的幅板42A和42B构成，容许流体在其间流动和改变阻尼的大小量。该幅板42A和42B从该内法兰36向外伸出至该外法兰40，以便在该壳体26中支承该结构24。每一块幅板42A和42B具有径向长度L和圆周宽度W。该径向长度L比该圆周宽度W大。在阻尼器20工作过程中的负荷作用下，每一块幅板42A和42B挠曲，使得轴28可相对于该壳体26振动。通过在每一个纽带22中改变该幅板42的长度，宽度和数目，可使振动的自由度或阻尼变化。在幅板42A和42B之间的隔开可以为一个穿孔，它容许油或其它流体在该幅板的相对侧之间通过，以改善在轴承工作过程中从该内结构的热区域的热传出。该穿孔最好在该幅板42上对称地作出，以形成一致的和可预测的挠曲特性。这个实施例的优点是不增加装配成本可增加挠性。另外，该穿孔可为可自然地减小该幅板42中的应力的圆孔。

如图1所示，幅板42的挠曲和能对每一个纽带22加垫片，在形成轴承的最优的会聚楔(convergingwedge)中极重要，并且对于与轴28接合和支承该轴的倾斜的垫片轴承62的工作也很重要。在平面48中的幅板42的弹性越大，与在从轴28的轴线30径向延伸的第二平面64中的压缩刚性综合一起考虑，则加在轴28上的流体动力学力越小。加在轴28上的力越小，则轴28的偏转或挠曲越小。轴28的动态偏转或挠曲是不希望的，因为这会使轴承62过早磨损。另外，给纽带22加垫片可在轴承62之间形成更优的会聚的楔。

在图3所示的另一实施例中，提供了带有双重阻力和由多个层叠片72构成的纽带70。层叠片72具有基本上与衬垫表面的切线垂直的主表面。一端74固定在壳体26的槽76中，另一端75固定在该结构24的槽80中。在第一阻力模态中，纽带70对偏转的弹簧阻力小。在产生一定量的扭曲或偏转后，纽带70的中间部分与扭曲限块82接触，这样可增加在第一扭曲模态中进一步扭曲或偏转的阻尼器的阻力。限块82可由图示的挡块构成，以限制向着该限块的扭曲，或可由带有穿过该纽带的中间部分的增大的头部的紧固件构成，以限制在偏离该限块的相反方向的扭曲。还可设置另外的限块以控制第二扭曲模态。通过形成另一条刚性较低的偏转通道，该纽带70可减小在中心跨度的转子偏转，这样可增加它所支承的轴承的寿命。这个实施例的优点是可减小该纽带70对挠曲的阻力，以形成刚性较高或双线性的弹簧支承，同时保持对屈曲的高阻力。

在图4中，本发明的另一实施例包括一个手风琴形状的纽带84。这进一步增加该纽带84的挠性，这样可增加在轴承中形成最优的会聚的幅板的能力。另外，该纽带可以为Z形，L形，S形，或可在径向方向相对于该内结构24的轴线挠曲的任何其它形状。在该纽带具有直的幅板的实施例中，例如图1，为了可挠曲，该幅板不与阻尼器的轴线相交。如果该幅板是直的和与该阻尼器的轴线相交，则该幅板不能在径向方向挠曲，从而不能使该内结构作轨道运动。在其它实施例中，该纽带是弯曲的，可容许挠曲。这种纽带还可吸收由于容许热膨胀引起的尺寸改变。

在图5中，本发明的另一实施例包括由层叠片90和91构成的纽带86。层叠片90最好为弹簧材料，而层叠片91最好为弹性体。这种复合材料进一步增加该纽带86的挠性和通过该层叠片90和91之间的内部摩檫的阻尼，和便于在轴承62中形成会聚的幅板。

在图6中，设有套装的阻尼器20A和20B，以增加在阻尼平面中的挠性和从而改善所形成的会聚的楔的质量和减小阻尼器所具有的非线性。另外的支承结构24A位于支承24内，形成该纽带的二个层。可以使用该纽带的任何实施例。这种结构大大增加组件的总的阻尼能力。为了保证均匀和对称的阻尼，该纽带均匀地分布在该内结构的周边周围和该壳体的内径上。

在图7中表示阻尼器20在工作中。垫片50可放置在该纽带22和壳体26之间，以调节该结构24的相对位置，形成改善的会聚的楔。因为该纽带22不需要像该整个阻尼器20一样长，所以流体可在相邻的腔89之间流动。还可钻通过该纽带22的孔（没有示出），使流体可流动通过。

在图8A和8B中，表示另外的实施例，其带90分别沿着在支承24和壳体26中的有锥度的槽92和94放置。有锥度的槽92和94提供可调节性和不需要垫片去控制该支承在该壳体内的位置。通过用紧固件93将该纽带90固定在与槽92和94对准的槽96中，再在轴向相对于该结构24移动该壳体26可以侧向重新定位。如为该纽带90和有锥度的槽92或94之间的界面的放大图的图8C所示，沿着有锥度的槽的侧向运动可使该组件的高度变化。这可关闭或打开挤压薄膜间隙或游隙。对于先前技术的整体设计，这种调节是不可能的。

在图9中表示阻尼器100包括模块化的柔性纽带102的另一个实施例。该阻尼器100包括一个内结构104和一个外壳体106。该内结构104具有中心轴线108和圆柱形外表面110。该外壳体106具有圆柱形的内表面112。该内结构104由纽带102支承。每一个该纽带102的外端114与外壳体106的圆柱形内表面112整体地连接，其内端116用螺钉或其它方法与该内结构104的圆柱形外表面110连接。纽带102的外端114和内端116由最好为S形的弹性幅板118连接。该纽带102放置在外壳体106的圆柱形内表面112上的凹部120中，以减小外壳体106和内结构104之间的间隙122。该内端116与该内结构104连接，和该外端114与该壳体106连接，以便在该壳体106内支承该结构104和使该结构104有基本上自由的轨道运动。在这个实施例中，该外端114只与外壳体或基座圆环106成一整体，而垫片50可插入该内圆柱110和该纽带的法兰116之间。垫片（如图2A所示）可加在内端116和内结构104的外表面110之间，以补偿转子和内结构104的静态重量，或调节间隙122。另外，该内端116可与该内结构104成一整体，和该垫片可放置在该内端116和外壳体106之间。

本发明的一个优点是，模块化的纽带22是可除去的，并可在现场互换该纽带。这可容许用对成本有效的方式制造该阻尼器20，特别是大尺寸的阻尼器。对于先前技术的整体设计，由于尺寸限制和与金属丝EDM或切割大的轴承支承结构（比6英寸大的内径）的激光相关的成本，经济的制造很困难。利用模块化的纽带22，该壳体26或该倾斜式衬垫轴承62不需要用与该纽带相同的疲劳强度高的材料制造。相反，该内结构24和壳体26可用更经济的材料制造。

另一个优点是，该纽带22使工具，例如应变仪和温度检测器容易进入，这对于通常的一件式设计是不可能或非常困难的。

另一个优点是，可以取出和再处理单个的纽带22，并且一旦装配好后，可以立即加工全部内结构24。因此，本阻尼器更容易修理。

另一个优点是，虽然该模块化的纽带22有较多的零件，但它们可使制造该阻尼器20有较小的制造公差堆叠，因此可降低总的成本。在装配了所有零件后，在最后的步骤中切削该内结构24的孔，从而消除所有的制造公差。

另一个优点是，该纽带22可以轴向挠曲，与轴28更好地对准。

另一个优点是，该内结构24的偏移或相对位置在制造后可以改变，这对先前技术的整体的阻尼器是不可能的。这点可通过将该内结构24从该壳体26取出和重新用暗销接合该纽带22，以达到所希望的偏移或重新对准来实现。

另一个优点是，调节垫片50（图2A和7）可插入该内结构24或壳体26和该纽带22之间。这可以精确控制间隙和预加负荷。可以给阻尼器加垫片使现场调整简单，而这对先前技术的整体式阻尼器是不可能的。

另一个优点是，在该纽带22和壳体26（或轴承保持架）之间用暗销接合可容许拆卸作检查和精确的重新装配。

另一个优点是，在该内结构24和该纽带22之间用暗销接合容许互换和更换磨损或损坏的内结构，这对先前技术的整体式阻尼器是不可能的。对于大尺寸的轴承支承结构，这是关键性的。另外，该内结构24可以取出，修理和再安装。

另一个优点是，由于该纽带22是分开地制造和再装配在该壳体26中的，因此端密封（没有示出）不需要是分开的零件。

使用模块化的阻尼器可使阻尼器的内环或外环与端密封或推力轴承作成整体，以减少零件数目，从而可减小与EDM金属丝切割的阻尼器比较的成本。这是因为在EDM工艺中的切割金属丝，很像带锯，切割在视线中的每一种东西。下部切割是不可能的。另外，通过将该壳体26和推力盖或板（没有示出）作成一个件，可将阻尼器和推力轴承综合成整体的（不像金属丝切割EDM轴承支承）。

一个优点是，可以接近该纽带22进行检查和除去所有的尖锐边缘。可以容易地喷丸处理该纽带22，以释放由金属丝EDM工艺中形成的重铸层引起的或由通常的制造过程引起的应力。

另一个优点是，阻尼器20容许轴向倾斜，这在许多回转设备应用中是有利的。支承长和重的，轴承支承之间的下垂大的转子的长阻尼器需要该阻尼器有一定的轴向挠性或可轴向倾斜。可以使用二排带，一排较软，一排较硬，这样可沿着该较软的带的方向倾斜。

我的先前的美国专利6170989的图5表示了制造本发明的带22,42,70，72或90的毛坯的最优方法。车削工序同时加工园形的内径和同心的外径，从而形成一个环形件。再将该件放在铣床上，钻出内径和外径上所有的孔，再沿着半径线切开该件，形成纽带毛坯。最终的铣削除去由横剖面线表示的材料，这样形成柔性的中心部分或幅板42A和42B，并形成带22。再将精加工的纽带22,42,70,72或90与该内结构24装配和用暗销接合。再将该内结构24和纽带22,427072或90装配在壳体26或保持架上，并加工该内结构24的内径或孔，以保证该孔与壳26的外径同心。再拆卸该内结构24和纽带22,42,70,72或90，以插入垫片50。这可容许在该壳体26内精确控制和调整该内结构24的相对位置。

该纽带22，42,70,72或90包括一个内法兰36和一个外法兰40与幅板22，它们是垫片的一个邻近的层叠，形成Z形，L形S形或可挠曲的任何其它形状的零件。在该纽带的层叠片之间可以放置弹性体薄膜，通过增加对剪切力的阻力增加该垫片之间的内摩擦，从而增加该纽带的阻尼有效性。在一个优选的实施例中，该外法兰，内法兰和该至少一个幅板由柔性垫片的单个层叠构成，每一个垫片形成该Z形，L形，S形件的一部分。应当理解，该形状可以改变。例如，如图4所示，该层叠的纽带的内法兰，外法兰和幅板可以形成一个整体的手风琴形状的件。限制挡块可放置在任何数目的手风琴形或任何纽带之间，以控制偏转量和改变刚性。

虽然已表示和说明了本发明的说明实施例，但在上述说明中可作大范围的改进，改变和替换，在一些情况下，可不相应地使用其它特点而使用本发明的一些特点。因此，所附的权利要求是广义的，并与本发明的范围一致。例如，还可以设想多个制造本发明的阻尼器的方法。具体的制造方法的选择在很大程度上取决于要制造的具体的阻尼器的容积和所用的材料。在低容积应用中，或当希望生产测试的原型和/或生产模型等时，可通过数字控制的放电制造方法，数字控制的激光切割方法或数字控制的水射流切割，由金属的圆柱形毛坯（例如厚壁管或其它可加工形成径向和/或端面加工的孔或槽和形成带有径向切口或槽的轴颈）制造该阻尼器。在中间容积下，本发明的阻尼器可利用根据本发明的熔模铸造方法制造。在高容积的应用中，本发明的阻尼器可利用各种材料（例如塑料，陶瓷，粉末和非粉末金属和复合材料）制造。在高容积应用中，可以经济地利用许多制造方法，包括注模法，铸造，粉末金属，压模铸造和挤压。本发明的阻尼器可以作成容易模塑的形状。简短地说，本发明涉及具有模块化的柔性纽带的阻尼器，该柔性纽带可使是该阻尼器的性能大大改善，比已知的阻尼方法更好，并且可以比这种阻尼器低的成本制造。

Claims (16)

1.一种模块化的柔性纽带阻尼器，它包括:

带有中心轴线和圆柱形外表面的内结构，其中，所述内结构的内表面设置成与轴承接合，使得所述轴承相对于所述阻尼器可移动，所述轴承设置成与转轴接合；

带有圆柱形内表面的壳体，其中，该壳体位于该内结构的周围，和

由-幅板连接的内法兰和外法兰构成的模块化纽带，

其中，该内法兰可选择性地接合该内结构，以及该外法兰可选择性地接合该壳体，以便在该壳体内支承该内结构，和使该内结构在基本上与该内结构的轴线垂直的平面上作基本上自由的轨道运动，其中，该模块化纽带仅绕该内结构的一部分周边延伸。

2.如权利要求1所述的阻尼器，其中，至少一个垫片放置在该内法兰和该内结构之间，以调整该壳体和该内结构的相对位置。

3.如权利要求1所述的阻尼器，其中，至少一个垫片放置在该外法兰和该壳体之间，以调整该壳体和该内结构的相对位置。

4.如权利要求1所述的阻尼器，其中，在该内结构的圆柱形外表面和该壳体的圆柱形内表面之间形成的环形空间充有阻尼该内结构的轨道运动的流体。

5.如权利要求1所述的阻尼器，其中，紧固件和定位件将该内法兰与该内结构连接和对准，并且将该外法兰与该壳体连接和对准，以容许拆卸和重新装配该阻尼器。

6.如权利要求1所述的阻尼器，其中，紧固件和定位件将该内法兰与该内结构连接和对准，并且将该外法兰与该壳体连接和对准，以容许拆卸和重新装配该阻尼器，其中，该定位件为与该内结构的轴线垂直的圆柱形销。

7.如权利要求1所述的阻尼器，其中，该外法兰，内法兰和该幅板整体地形成。

8.如权利要求1所述的阻尼器，其中，该幅板是直的和不与该内结构的轴线相交，可在径向方向相对于该内结构的轴线挠曲。

9.如权利要求1所述的阻尼器，其中，该幅板是弯曲的，可容许该幅板径向压缩。

10.如权利要求1所述的阻尼器，其中，所述的阻尼器还包括邻近该幅板的中间部分的固定的限位块，以限制该幅板的扭曲。

11.如权利要求1所述的阻尼器，其中，该纽带由多个层叠片构成。

12.如权利要求1所述的阻尼器，其中，该纽带包括多个可容许流体在其之间流动的隔开的幅板。

13.如权利要求1所述的阻尼器，其中，该纽带为Z形，以便相对于该内结构的轴线在径向方向挠曲。

14.如权利要求1所述的阻尼器，其中，该纽带为手风琴形，以便相对于该内结构的轴线在径向方向挠曲。

15.如权利要求1所述的阻尼器，其中，所述的阻尼器还包括在所述壳体的该内表面上的凹下部分，其中，该纽带放置在该凹下部分中，以减小该内结构和该壳体之间的间隙。

16.如权利要求1所述的阻尼器，其中，所述的阻尼器还包括围绕该内结构在径向均匀配置的多个另外的纽带，以便在该壳体内支承该内结构；和在该壳体的该内表面上的另外的凹下部分，其中，该另外的纽带的一部分位于该另外的凹下部分中，以减小该内结构和该壳体之间的间隙。