CN110107646A - 一种高径向稳定长寿命粘弹阻尼器 - Google Patents

一种高径向稳定长寿命粘弹阻尼器 Download PDF

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赖亮庆
陈高升
苏正涛
刘嘉
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/08—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with rubber springs ; with springs made of rubber and metal

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Abstract

本发明属于粘弹阻尼器技术领域，涉及对圆筒式粘弹阻尼器的改进。该粘弹阻尼器由金属壳体和粘弹阻尼器硫化件构成，其中粘弹阻尼器硫化件是由金属内筒、金属外筒和高阻尼硅橡胶层通过高温硫化粘接成一体的。金属壳体和粘弹阻尼器硫化件通过温差装配进行组装成一体。本发明的优点是通过金属外筒和金属内筒结构提高了粘弹阻尼器抗径向载荷的稳定性、降低了粘弹阻尼器橡胶层两端的应变能密度，从而大幅提高粘弹阻尼器的整体寿命。

Description

一种高径向稳定长寿命粘弹阻尼器
技术领域
本发明属于粘弹阻尼器技术，涉及对圆筒式粘弹阻尼器的改进。
背景技术
直升机是国民经济建设的重要力量，尤其在抗震救灾、应急救援中发挥着不可替代的作用。旋翼是直升机的关键动部件，提供直升机飞行所需的升力和操纵力。旋翼技术直接影响直升机的性能，代表直升机的先进程度，也是直升机划代的重要标志。直升机地面共振和空中共振会导致机体解体。摆振阻尼是克服旋翼系统地面共振和空中共振的主要方法。摆振阻尼器是旋翼系统的关键功能构件。摩擦阻尼器首先被用于直升机提供摆振阻尼，但是摩擦阻尼器结构复杂，可靠性很差。之后摩擦阻尼器被液压阻尼器替代，液压阻尼器比摩擦阻尼器可靠性高，至今还在使用。但是液压阻尼器存在着易受风沙影响和密封件磨损漏油等问题。为了克服液压阻尼器的不足，随后粘弹阻尼器得到发展。粘弹阻尼器不受风沙影响，没有密封问题，具有更高可靠性；弹性体(橡胶)的阶段破坏模式允许粘弹阻尼器目视检查和视情更换，而不用定期特别检查。粘弹阻尼器已在国内外多种轻型、中型直升机上得到广泛使用。
粘弹阻尼器的结构形式很多，它由金属件和高阻尼硅橡胶夹层构成。粘弹阻尼器在为桨叶摆振运动提供阻尼的同时，还为桨叶摆振运动附加了摆振刚度，对桨叶的一阶摆振固有频率进行合理的匹配，以避免直升机的地面共振和空中共振，是旋翼系统的关键功能构件。
随着直升机吨位增大，旋翼摆振载荷会增大，粘弹阻尼器受到的径向与轴向载荷也均会增大。现有圆筒式粘弹阻尼器在径向载荷增大情况下会导致内外筒偏心失稳，从而引起粘弹阻尼器内部橡胶层受力不均，以致橡胶层性能迅速下降而提前疲劳失效。因此可以说，现有圆筒式粘弹阻尼器抗径向和轴向载荷的能力较差，其寿命会因径向与轴向载荷增大而大幅降低。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供了一种高径向稳定、承载能力大、寿命较长的圆筒式粘弹阻尼器结构。
本发明的技术方案是：一种高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，包括金属壳体1、金属内筒3、金属外筒4、橡胶层5，其中金属内筒3位于金属外筒4的空腔内，金属内筒3和金属外筒4之间通过橡胶层5粘接成粘弹阻尼器硫化件2，金属壳体1和粘弹阻尼器硫化件2过盈配合装配成一体，其中金属内筒3的外柱面上设置有第一凸台3a，金属外筒4内柱面上设置有第二凸台4a。
优选地，所述第一凸台3a设置在金属内筒3的外柱面的中部。
优选地，所述第二凸台4a设置在金属外筒4内柱面的中部。
优选地，金属内筒3和金属外筒4之间填充橡胶形成中间薄、两端厚的橡胶层5。
优选地，橡胶层5两端的厚度DO是橡胶层5中间的厚度Di的1.05～2倍。
优选地，橡胶层5两端的长度LO是橡胶层5总长度L的5％～25％。
优选地，橡胶层5由高阻尼硅橡胶制成。
优选地，金属内筒3和金属外筒4均为圆筒。
本发明的优点是：本发明通过改进金属内筒和金属外筒的结构使得它们中间填充形成高阻尼硅橡胶层两端胶层厚度大于中间胶层厚度，提高了圆筒式粘弹阻尼器的抗径向载荷能力和抗轴向载荷能力，并降低了圆筒式粘弹阻尼器橡胶层两端的应变能密度，从而大幅提高圆筒式粘弹阻尼器的整体寿命。
附图说明
图1是现有圆筒式粘弹阻尼器对比方案剖面图。
图2是本发明高径向稳定长寿命粘弹阻尼器结构实施方案的等轴测视图。
图3是图2的俯视图。
图4是图3的A-A剖视图，其中，1－金属壳体，2－粘弹阻尼器硫化件，3－金属内筒，4－金属外筒，5－橡胶层。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
参见图2～图4，其中，图2是本发明高径向稳定长寿命粘弹阻尼器实施方式的结构示意图，图3是图2的俯视图，图4是图3的A-A剖视图。本实施方式中，所述高径向稳定长寿命粘弹阻尼器由金属壳体和粘弹阻尼器硫化件构成，金属壳体和粘弹阻尼器硫化件通过温差装配进行组装成一体。所述粘弹阻尼器硫化件是由金属内筒、金属外筒和橡胶层通过高温硫化粘接成一体的。
首先设计粘弹阻尼器内部不同的橡胶层结构形状方案，通过有限元计算不同结构形状方案的粘弹阻尼器刚度特性和橡胶层在不同受力状态下的应变分布曲线，查看不同设计方案的刚度值是否满足设计指标要求，在满足刚度技术指标的结构方案中对橡胶层的应变分布曲线进行综合比较，最终确定橡胶层的基本结构参数。
所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，金属内筒3外柱面设置凸台3a，金属外筒4内柱面设置凸台4a，金属内筒3和金属外筒4之间填充橡胶形成橡胶层5，橡胶层5两端的胶层厚度DO是橡胶层5中间部的胶层厚度Di的1.05～2倍。
所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，橡胶层5两端的胶层长度LO是橡胶层5总长度L的5％～25％。
所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，橡胶层5由高阻尼硅橡胶制成。
本发明的工作原理是：圆筒式粘弹阻尼器两端装有带柄轴承，安装于直升机旋翼的两个桨叶支臂之间。旋翼工作运动时，圆筒式粘弹阻尼器承受旋翼高速旋转产生的离心力，即径向力；同时主要还承受着桨叶摆振运动产生的轴向剪切力。圆筒式粘弹阻尼器刚度可调整桨叶一阶摆振频率，使其避开发生地面共振的区域；其阻尼可确保在地面及飞行中叶摆振运动的稳定性；停机状态约束叶摆振方向的运动。当圆筒式粘弹阻尼器采用同样的高阻尼硅橡胶时，减小粘弹阻尼器高阻尼硅橡胶层的胶层厚度，粘弹阻尼器的径向刚度和轴向刚度均将增大。粘弹阻尼器在相同位移承载条件下，随着橡胶层厚度增加，胶层的应变能密度将下降。采用两端胶层厚中间胶层薄的橡胶层结构形状设计，一方面提高了圆筒式粘弹阻尼器的径向刚度和轴向刚度，即提高了抗径向载荷和轴向载荷的能力，另一方面降低了橡胶层两端的应变能密度。对于同样的橡胶材料来说，其受到的应变能密度越小则疲劳性能越好，即到达疲劳失效的时间越长，对于粘弹阻尼器则是疲劳寿命越长。
实施例一
一种粘弹阻尼器,如图2～图4所示。金属壳体1、金属内筒3及金属外筒4为铝合金材料。高阻尼硅橡胶层5采用SE1055高阻尼硅橡胶胶料。
高阻尼硅橡胶层5两端厚度Do为16mm，中间厚度Di为10mm，高阻尼硅橡胶层总长度L为240mm，两端胶层长度Lo为25mm。
为了便于比较本技术对提高粘弹阻尼器抗径向和轴向能力的改善，提供一般粘弹阻尼器对比方案与本实施方案进行对比，其中高阻尼硅橡胶层5采用SE1055高阻尼硅橡胶胶料。高阻尼硅橡胶层为等厚度的圆筒状，总长度L为240mm，胶层厚度为16mm。表1是对比方案与本实施方案的各项刚度和疲劳寿命的比较结果，从表1中可看出各项刚度均提高，且疲劳寿命也大幅提高。表1对比方案与本实施方案的各项刚度和疲劳寿命的比较结果

Claims (8)

1.一种高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，其特征在于：包括金属壳体(1)、金属内筒(3)、金属外筒(4)、橡胶层(5)，其中金属内筒(3)位于金属外筒(4)的空腔内，金属内筒(3)和金属外筒(4)之间通过橡胶层(5)粘接成粘弹阻尼器硫化件(2)，金属壳体(1)和粘弹阻尼器硫化件(2)过盈配合装配成一体，其中金属内筒(3)的外柱面上设置有第一凸台(3a)，金属外筒(4)内柱面上设置有第二凸台(4a)。
2.根据权利要求1所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，其特征在于：所述第一凸台(3a)设置在金属内筒(3)的外柱面的中部。
3.根据权利要求1所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，其特征在于：所述第二凸台(4a)设置在金属外筒(4)内柱面的中部。
4.根据权利要求1所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，其特征在于：金属内筒(3)和金属外筒(4)之间填充橡胶形成中间薄、两端厚的橡胶层(5)。
5.根据权利要求4所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，其特征在于：橡胶层(5)两端的厚度DO是橡胶层(5)中间的厚度Di的1.05～2倍。
6.根据权利要求5所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，其特征在于：橡胶层(5)两端的长度LO是橡胶层(5)总长度L的5％～25％。
7.根据权利要求1所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，其特征在于：橡胶层(5)由高阻尼硅橡胶制成。
8.根据权利要求1所述的高径向稳定长寿命粘弹阻尼器，其特征在于：金属内筒(3)和金属外筒(4)均为圆筒。
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