CN109268426B - 一种反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器 - Google Patents

一种反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，属于减振设计技术领域。包括外筒、内筒、弹性薄膜组件以及调频配重块，外筒(4)一端封闭，用于连接振源；内筒(2)设置在外筒(4)内，并与外筒(4)之间设置有橡胶(3)，橡胶(3)粘合在内筒外壁及外筒内壁上，内筒(2)的背离振源的一端封闭且连接固定机构；弹性薄膜组件(8)形成封闭内筒(2)的端面，该端面与外筒(4)的封闭端共同形成容纳腔，用于容纳流体；调频配重块(9)连接在弹性薄膜组件(8)的背离所述容纳腔的一面上。本申请能够通过改变调频配重的质量调节反共振频率，以适应旋翼振动载荷频率的波动，克服了传统动力吸振频率选择性强的缺点。

Description

一种反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器
技术领域
本申请属于减振设计技术领域，具体涉及一种反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器。
背景技术
直升机在飞行过程中，旋翼受到气动载荷作用从而形成频率为f＝NΩ的旋翼振动载荷，其中N为旋翼桨叶片数、Ω为旋翼转速。旋翼振动载荷通过旋翼轴、主减速器及主减安装结构传递到直升机机体，引起机体强烈振动，影响武器装备的作战效能，降低乘坐舒适度。对主减安装结构进行隔振设计的目的在于阻断频率为f＝NΩ的旋翼振动载荷向机体传递，从而降低直升机机体振动水平。
为保障直升机的操纵性，直升机主减安装结构不仅要隔断频率为f＝NΩ的旋翼振动载荷向机身传递，而且要满足一定的静承载力要求。传统隔振方法要求系统的固有频率fn远小于激振力频率f，即这样势必会造成系统的刚度过低，难以满足静承载能力要求。公开号为US6431530B1的美国专利提供了一种立式惯性液体隔振装置(VerticalLiquid Inertia Vibration Isolator)，克服了传统隔振方法的局限性，该专利利用动力反共振隔振原理阻断频率为f＝NΩ的旋翼振动载荷向机身的传递，并且具有一定的静承载能力。该专利采用高密度、低粘度的流体起压力传递和调频作用，然而在工程实践中很难获得无毒、无腐蚀且密度高、粘度低的流体，并且该专利涉及的隔振器的结构一旦确定，反共振频率便不可调节,在外激励频率发生波动时无法有效实施动力反共振隔振。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，可以应用于直升机旋翼系统，增强直升机旋翼系统桨叶在摆振运动方向的阻尼，以防止“地面共振”等风险。该电磁阻尼器也可用于任何需要增强阻尼效应的机械结构。
本申请反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，设置在振源与固定机构之间，包括：
外筒，所述外筒一端封闭，并连接所述振源；
内筒，设置在所述外筒内，并与所述外筒之间设置有橡胶，所述橡胶粘合在所述内筒外壁及所述外筒内壁上，所述内筒的背离所述振源的一端连接所述固定机构；
弹性薄膜组件，设置在所述内筒的背离所述振源的一端，并形成封闭所述内筒的端面，所述端面与所述外筒的封闭端共同形成容纳腔，所述容纳腔内容纳有流体；
调频配重块，可拆卸连接在所述弹性薄膜组件的背离所述容纳腔的一面上。
根据本申请的至少一个实施方式，所述外筒通过上端盖连接所述振源，所述上端盖成碗状并扣合在所述外筒端部，碗底设置有第一关节轴承。
根据本申请的至少一个实施方式，所述上端盖与所述外筒通过螺纹连接，所述外筒内壁在螺纹连接处设置有第一密封圈。
根据本申请的至少一个实施方式，所述上端盖的碗底设置有通孔，以连通所述容纳腔，所述通孔处适配安装有螺塞。
根据本申请的至少一个实施方式，所述内筒、橡胶以及外筒一体热硫化成型。
根据本申请的至少一个实施方式，所述内筒通过下端盖连接所述固定机构，所述下端盖成碗状并扣合在所述内筒端部，碗底设置有第二关节轴承。
根据本申请的至少一个实施方式，所述下端盖与所述内筒外壁通过螺纹连接。
根据本申请的至少一个实施方式，所述弹性薄膜组件包括弹性薄膜片、与所述内筒螺纹连接的接头部分以及调整螺栓，所述调整螺栓设置在所述弹性薄膜组件的背离所述容纳腔的一面，并螺接所述调频配重块。
根据本申请的至少一个实施方式，所述弹性薄膜片中心部分向背离所述容纳腔的一面凹陷，形成盆腔，所述调整螺栓设置在所述盆腔背面。
根据本申请的至少一个实施方式，所述流体为水。
本发明的有益效果是：
1.本发明的一种反共振频率可调节的液压式动力反共振隔振器能够很好地阻断频率为f＝NΩ的旋翼振动载荷向机身传递，在隔振频率附近具有较高的隔振效率，并且能够满足静态承载要求。
2.本发明的一种反共振频率可调节的液压式动力反共振隔振器的隔振频率稳定，不随负载的变动而变化，可靠性高。
3.本发明的隔振装置能够通过改变调频配重的质量调节反共振频率，以适应旋翼振动载荷频率的波动，克服了传统动力吸振频率选择性强的缺点。
4.本发明的隔振装置可以采用密度低、粘度低的流体，流体的获得更容易，且成本更低。
5.在针对特定频率振源的隔振应用中，均可以使用本发明的隔振装置，可应用于海洋平台、船舶、汽车等工程对象中。
附图说明
图1是本申请反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器的一优选实施例的隔振器结构示意图。
图2是本申请反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器的一优选实施例的内筒底端橡胶膜弹性组件结构示意图。
图3是本申请反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器的一优选实施例的上端盖结构示意图。
其中，1-下端盖；2-内筒；3-橡胶；4-外筒；5-第一密封圈；6-上端盖；7-第二密封圈；8-橡胶膜弹性组件；9-调频配重块；10-螺塞。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本申请涉及到的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器设置在振源与固定机构之间，如图1及图2所示，包括：
外筒4，所述外筒4一端封闭，并连接所述振源；
内筒2，设置在所述外筒4内，并与所述外筒4之间设置有橡胶3，所述橡胶4粘合在所述内筒外壁及所述外筒内壁上，所述内筒2的背离所述振源的一端连接所述固定机构；
弹性薄膜组件8，设置在所述内筒2的背离所述振源的一端，并形成封闭所述内筒2的端面，所述端面与所述外筒4的封闭端共同形成容纳腔，所述容纳腔内容纳有流体；
调频配重块9，可拆卸连接在所述弹性薄膜组件8的背离所述容纳腔的一面上。
本实施例中，内筒2设置在外筒4内部，并通过粘合的橡胶3提供弹性力，橡胶3为具有弹性的橡胶弹簧，其通过设置在内筒2及外筒4之间，橡胶3的一侧粘合在内筒外壁上，另一侧粘合在外筒内壁上，防止两者刚性连接带来的振动所产品的破坏，外筒4的顶端连接的振源这里指直升机旋翼的主减速器，内筒2的底端连接的固定机构这里指直升机机体，本申请能够通过该隔振器有效阻断旋翼振动载荷由主减速器向机身的传递。内筒2与外筒4相互之间运动，拉动或压缩设置在两者之间的弹簧橡胶，一定程度上起到了减振作用。
本实施例中，内筒2具有内腔，其底端通过弹性薄膜组件8封闭，顶端连通至外筒4，而外筒4的顶端也是封闭的，这就构成了图1所示的容纳腔，该容纳腔内容纳有流体，流体在受向下的加速度运动时，冲击内筒2底部的弹性薄膜组件，使的弹性薄膜组件向外膨胀，可以理解的是，这种运动同样起到了减振作用。
本领域技术人员可以理解的是，流体的密度及粘稠力度越大，这种减振效果越好，例如汞，然而汞是具有毒性的，密度及粘稠力大且经济无毒的流体并不容易找到，本申请为此在弹性薄膜组件8的底部设置了一个调频配重块9，参考图2，该调频配重块9能够代替这种密度且粘稠力大的液体，如此，在一些可选实施方式中，这种流体可以采用低密度、低粘性液体，比如水等。
外筒4可以直接焊接到振源处，也可以采取诸如可拆卸连接的方式与振源连接，例如在一些可选实施方式中，所述外筒4通过上端盖6连接所述振源，所述上端盖6成碗状并扣合在所述外筒4端部，碗底设置有第一关节轴承。可以理解的是，上端盖6提供了封闭外筒4端部的目的，也提供了与振源连接的目的，上端盖6的底侧(背离容纳腔的一侧)固定有第一关节轴承，通过该第一关节轴承连接振源，能够一定程度上使振动沿着轴向传递给外筒。
在一些可选实施方式中，上述可拆卸连接例如是螺纹连接，外筒4具有外螺纹，上端盖敞口处具有内螺纹，将所述上端盖6转动套设在外筒4端部，所述外筒内壁在螺纹连接处设置有第一密封圈5，用于密封所述容纳腔。
在一些可选实施方式中，所述上端盖6的碗底设置有通孔，以连通所述容纳腔，所述通孔处适配安装有螺塞10，可以理解的是，设置阀门的目的在于向容纳腔填充流体，例如用于进水和排气，这种阀门优先采用通孔及螺塞的组合体，另外容纳腔一般被流体所充满，因此，向容纳腔内添加流体的通孔尤其适合开在整个容纳腔的最上端，即图1所示的上端盖6的槽底(当将上端盖6扣合在外筒4上时，通孔位于最上端)。
在一些可选实施方式中，所述内筒2、橡胶3以及外筒4一体热硫化成型。橡胶3既能给隔振系统提供静态刚度又起密封作用。
在一些可选实施方式中，所述内筒2通过下端盖1连接所述固定机构，所述下端盖成碗状并扣合在所述内筒2端部，碗底设置有第二关节轴承。与上端盖结构类似，内筒2底端一部分延伸到外筒4之外，并通过该延伸的连接下端盖，再通过设置在下端盖上的第二关节轴承连接至直升机机身。
在一些可选实施方式中，所述下端盖1与所述内筒外壁通过螺纹连接。参考图1，内筒2的延伸部分具有外螺纹，下端盖1具有内螺纹，两者通过螺纹连接的方式相互固定，可以理解的是，由于内筒2的底端是封闭的，内筒2与外筒4又是通过橡胶3密封，因此，内筒2与下端盖1的螺纹连接不需要增加密封垫。
参考图2，在一些可选实施方式中，所述弹性薄膜组件8包括弹性薄膜片、与所述内筒2螺纹连接的接头部分以及调整螺栓，所述调整螺栓设置在所述弹性薄膜组件8的背离所述容纳腔的一面，并螺接所述调频配重块9。
本实施例中，弹性薄膜片、接头部分以及调整螺栓通过热硫化工艺一体成型，弹性薄膜片作为封闭内筒的主体部分，为橡胶类弹性件，其与具有刚性的内筒通过螺纹连接，即通过接头部分连接内筒，该接头部分为具有外螺纹的刚性件，内筒2底端具有内螺纹以适配连接接头部分，可以理解的是，这里需要采用第二密封圈7进行密封，弹性薄膜片采用硫化工艺连接该接头部分，同样道理，弹性薄膜片与具有刚性的调整螺栓之间也需要通过硫化工艺加工为一体，调整螺栓例如可以是一根螺杆，调频配重块9可以是一个具有内螺纹的螺母，旋转设置在所述螺杆上，通过改变螺母重量即可实现改变隔振器配重的目的，或者通过旋转设置的多个螺母来改变隔振器配重。
可以理解的是，调整螺栓与调频配重块9还可以采用其它连接方式，例如卡接，更优的实施方式为：调频配重块9具有通孔，调整螺栓的螺杆穿过所述通孔后，两端通过螺母限位。
在一些可选实施方式中，参考图2，所述弹性薄膜片中心部分向背离所述容纳腔的一面凹陷，形成盆腔，所述调整螺栓设置在所述盆腔背面。设置盆腔的目的之一在于提供安装调整螺栓的一个过渡结构，本实施例中，调整螺栓安装在弹性薄膜片中心部位，设置锥形的过渡结构，能够有效防止冲击力过大时，调频配重块9撕开弹性薄膜片。
上述实施例中，上端盖6与下端盖1成同一轴线位置布置。
本申请公开的反共振频率可调节的液压式动力反共振隔振器主要应用在直升机振动控制领域，具体用途是隔离在直升机飞行过程中由旋翼传递到机身的旋翼振动载荷，现就其隔振原理进行如下阐述：直升机在飞行过程中主减安装结构受到与频率有关的旋翼桨毂力fsin(wt)的作用，连接在隔振器上端盖6上的质量为Mp的主减速器在激振力作用下的位移为up，连接在隔振器下端盖9上的质量为Mf的直升机机身的位移为uf，调频配重9的质量为m，橡胶弹簧3和橡胶膜弹性组件8的刚度分别为k1、k2，α为上端盖截面积和橡胶膜截面积的比值常数，那么该主减速器-机身隔振系统有如下动力学关系：
由以上关系可以得到主减速器-机身隔振系统位移传递率为：
进一步可以得到主减速器-机身隔振系统反共振频率wz为：
据此，可以看出其振动的有关参数，进而可以通过调整这些参数使其具有更好的减振效果。
本申请提供的一种反共振频率可调节的液压式动力反共振隔振器，除了能够有效阻断频率为f＝NΩ的旋翼振动载荷由主减速器向机身的传递外，还能够通过改变调频配重块9的质量来调节反共振频率，以阻断不同频率的旋翼振动载荷向机身传递，在满足静承载需求的情况下对频率为f＝NΩ的旋翼振动载荷具有较高的隔振效率。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，设置在振源与固定机构之间，其特征在于，包括：
外筒(4)，所述外筒(4)一端封闭，并连接所述振源；
内筒(2)，设置在所述外筒(4)内，并与所述外筒(4)之间设置有橡胶(3)，所述橡胶(3)粘合在所述内筒外壁及所述外筒内壁上，所述内筒(2)的背离所述振源的一端连接所述固定机构；
弹性薄膜组件(8)，设置在所述内筒(2)的背离所述振源的一端，并形成封闭所述内筒(2)的端面，所述端面与所述外筒(4)的封闭端共同形成容纳腔，所述容纳腔内容纳有流体；
调频配重块(9)，可拆卸连接在所述弹性薄膜组件(8)的背离所述容纳腔的一面上。
2.如权利要求1所述的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，其特征在于，所述外筒(4)通过上端盖(6)连接所述振源，所述上端盖(6)设置成碗状并扣合在所述外筒(4)端部，碗底设置有第一关节轴承。
3.如权利要求2所述的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，其特征在于，所述上端盖(6)与所述外筒(4)通过螺纹连接，在所述外筒内壁的螺纹连接处设置有第一密封圈。
4.如权利要求2所述的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，其特征在于，所述上端盖(6)的碗底设置有通孔，以连通所述容纳腔，所述通孔处适配安装有螺塞(10)。
5.如权利要求1所述的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，其特征在于，所述内筒(2)、橡胶(3)以及外筒(4)一体热硫化成型。
6.如权利要求1所述的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，其特征在于，所述内筒(2)通过下端盖(1)连接所述固定机构，所述下端盖成碗状并扣合在所述内筒(2)端部，碗底设置有第二关节轴承。
7.如权利要求6所述的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，其特征在于，所述下端盖(1)与所述内筒外壁通过螺纹连接。
8.如权利要求1所述的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，其特征在于，所述弹性薄膜组件(8)包括弹性薄膜片、与所述内筒(2)螺纹连接的接头部分以及调整螺栓，所述调整螺栓设置在所述弹性薄膜组件(8)的背离所述容纳腔的一面，并螺接所述调频配重块(9)。
9.如权利要求8所述的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，其特征在于，所述弹性薄膜片中心部分向背离所述容纳腔的一面凹陷，形成盆腔，所述调整螺栓设置在所述盆腔背面。
10.如权利要求1所述的反共振频率可调的液压式动力反共振隔振器，其特征在于，所述流体为水。
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