CN110953288B - 基于非线性弹性装置的阻尼器及其载荷控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直升机旋翼系统阻尼器技术领域，公开了一种基于非线性弹性装置的阻尼器及其载荷控制方法，阻尼器为非线性弹性装置和阻尼发生装置的串联结构；阻尼发生装置包含：壳体和活塞，活塞设置在壳体内部，将壳体分为左右两个腔体，两个腔体内充满液压油；非线性弹性装置包含：第一弹簧、第二弹簧、第一预紧螺塞、第二预紧螺塞以及活塞杆体，第一弹簧和第二弹簧设置在活塞杆体的通孔中，阻尼器的左右两端分别设置第一接头和第二接头，且第二接头的一端与第一弹簧和第二弹簧连接，为旋翼系统的桨叶摆振运动提供较大的阻尼，同时限制载荷的进一步剧烈增长，防止载荷过大导致结构破坏或寿命缩短。

Description

基于非线性弹性装置的阻尼器及其载荷控制方法
技术领域
本发明属于直升机旋翼系统阻尼器技术领域，尤其涉及一种基于非线性弹性装置的阻尼器及其载荷控制方法。
背景技术
现有的直升机旋翼系统常用的阻尼器为粘弹阻尼器和液压阻尼器。粘弹阻尼器的结构简单，可等效为理想弹簧和理想阻尼的并联，提供相同阻尼时载荷较大。液压阻尼器提供相同阻尼时的载荷较小，但液压阻尼器的阻尼性能调整过程复杂，需要反复的调整、测试。
发明内容
针对上述背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种基于非线性弹性装置的阻尼器及其载荷控制方法，为旋翼系统的桨叶摆振运动提供较大的阻尼，同时限制载荷的进一步剧烈增长，防止载荷过大导致结构破坏或寿命缩短。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种基于非线性弹性装置的阻尼器，所述阻尼器为非线性弹性装置和阻尼发生装置的串联结构；
其中，所述阻尼发生装置包含：壳体和活塞，所述活塞设置在壳体内部，将壳体分为左右两个腔体，两个腔体内充满液压油；
所述非线性弹性装置包含：第一弹簧、第二弹簧、第一预紧螺塞、第二预紧螺塞以及活塞杆体，所述第一弹簧和第二弹簧分别设置在活塞杆体的通孔中，且在第一弹簧和活塞杆体之间设置第一预紧螺塞，在第二弹簧和活塞杆体之间设置第二预紧螺塞；
所述阻尼器的左右两端分别设置第一接头和第二接头，且所述第二接头的一端与所述第一弹簧和所述第二弹簧连接。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)在所述活塞上还设置有节流孔。
(2)所述活塞杆体的通孔中设置有凸缘，所述第一弹簧和第二弹簧分别位于凸缘的两侧。
(3)所述第二接头的一端设置有轴肩，所述轴肩卡在第一弹簧和第二弹簧之间，且所述轴肩与所述凸缘在同一位置。
(4)所述第一弹簧和第二弹簧为环形弹簧、螺旋弹簧或者蝶形弹簧。
技术方案二：
一种基于非线性弹性装置的阻尼器的载荷控制方法，所述方法应用于技术方案一所述的阻尼器，所述方法为：
第一预紧螺塞将第一弹簧预压缩至第一预设载荷，第二预紧螺塞将第二弹簧预压缩至第二预设载荷，当第二接头上的载荷不大于预压缩载荷时阻尼器等效为刚体，当第二接头上的载荷大于预压缩载荷时阻尼器等效为弹性体。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)当第二接头上的载荷不大于预压缩载荷时，第二接头和活塞之间没有相对位移；当第二接头上的载荷大于预压缩载荷时，第二接头和活塞之间有相对位移。
(2)第一接头、壳体和活塞构成两个腔体，这两个腔体之间充满液压油，阻尼器的第一接头和第二接头相对运动，带动活塞和壳体相对运动，液压油通过节流孔流过产生阻尼。
本发明为基于非线性弹性装置的阻尼器载荷控制方法及阻尼器，可应用于直升机旋翼系统，为旋翼系统的桨叶摆振运动提供阻尼以增强旋翼系统的稳定性，并控制阻尼器的载荷幅值以防止发生结构破坏或寿命偏低。基于非线性弹性装置的阻尼器载荷控制方法及阻尼器也可用于任何需要应用阻尼器的机构。弹簧预压缩至一定载荷值，非线性弹性装置在载荷不大于预压缩载荷时可等效为刚体，在载荷大于预压缩载荷时刻等效为弹性体。非线性弹性装置与基于液压的阻尼发生装置串联，载荷不大于预压缩载荷时输入输出特性与单纯的阻尼发生装置一致，当载荷大于预压缩载荷时利用弹性变形限制载荷进一步剧烈增大。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于非线性弹性装置的阻尼器的结构示意图；
图2为在非线性弹性装置的作用下，第二接头与活塞之间相对位移与载荷的关系示意图；
图3为典型频率下活塞与壳体相对运动时，运动幅值与载荷幅值的关系示意图；
图4为典型频率下第一接头和第二接头相对运动时，运动幅值与载荷幅值的关系示意图；
其中，1-壳体，2-活塞，3-第一环形弹簧，4-第二环形弹簧，5-第一预紧螺塞，6-第二预紧螺塞，7-第一接头，8-第二接头，9-节流孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明涉及到基于非线性弹性装置的阻尼器载荷控制方法及阻尼器。如图1所示，阻尼器为非线性弹性装置(包括两个弹簧、两个预紧螺塞以及活塞杆体，)与基于液压的阻尼发生装置(壳体和活塞组成的左右两个空腔以及节流孔)的串联结构，阻尼器一端接头(即第二接头8)与非线性弹性装置的两个弹簧连接。
阻尼器，包括壳体，活塞设置在壳体内部，将壳体分为左右两个腔体(腔体内装满液压油)，当活塞相对壳体运动时，会挤压两个腔体内的液压油，使其通过节流孔流出，会产生阻尼效应，随着相对运动速度的增加，壳体与活塞之间的载荷剧增。
具体的，两个弹簧分别设置在活塞杆的通孔中，通孔中设置有凸缘，两个弹簧分别位于凸缘的两侧，第二接头8的一端设置有轴肩，所述轴肩卡在两个弹簧之间。
节流孔设置在活塞上，节流孔的大小根据需要的阻尼效应来设置。
在左侧弹簧(即第一环形弹簧3)的左端设置第一预紧螺塞5；
在右侧弹簧(即第二环形弹簧4)的右端设置第二预紧螺塞6。
非线性弹性装置基于环形弹簧或螺旋弹簧或蝶形弹簧等构成。
两组环形弹簧位于活塞的通孔内，紧贴活塞的通孔中部的凸缘结构，也紧贴第二接头8的轴肩结构，凸缘结构与轴肩结构在同一位置，环形弹簧被预紧螺塞预压缩到一定载荷。
当第二接头8上的载荷不大于预压缩载荷时，第二接头8和活塞之间没有相对位移，当第二接头8上的载荷大于预压缩载荷时，第二接头8和活塞之间有相对位移。
第一接头7、壳体和活塞构成两个腔体，这两个腔体之间充满液压油，阻尼器的两个接头相对运动，带动活塞和壳体相对运动，液压油通过节流孔高速流过产生阻尼，载荷近似和运动的平方呈正比。当第二接头8上的载荷不大于预压缩载荷时，第二接头8与活塞之间没有相对位移。当第二接头8上的载荷大于预压缩载荷时，第二接头8与活塞之间相对位移，从而降低了活塞与壳体之间的相对运动，防止载荷的进一步增大。
弹簧预压缩到预定载荷值，当阻尼器第二接头8上的载荷不大于预压缩载荷时，阻尼器第二接头8与阻尼发生装置等效为刚性连接，从而为旋翼系统桨叶摆振运动提供较大的阻尼。
当阻尼器第二接头8上的载荷大于预压缩载荷时，阻尼器第二接头8与阻尼发生装置等效为串联弹簧后的连接，弹簧的变形将限制载荷的进一步剧烈增大，从而防止相关承载结构发生破坏或寿命偏低。调整弹簧预压缩值就可以改变阻尼器性能，对于多个阻尼器可以通过弹簧预压缩值的调整提高它们的一致性。
在非线性弹性装置的作用下，第二接头8与活塞之间相对位移与载荷的关系如图2所示。典型频率下活塞与壳体相对运动时，运动幅值与载荷幅值的关系如图3所示。非线性弹性装置与阻尼发生装置串联后，典型频率下第一接头7和第二接头8相对运动时，运动幅值与载荷幅值的关系如图4所示。以上的图2、图3、图4的数据仅用于描述载荷的相对趋势，以不同设计参数实现的基于非线性弹性装置实现载荷控制的阻尼器具体位移、载荷数值不同，但相对趋势是类似的。
本发明实施例提供的阻尼器在旋翼系统的结构强度或疲劳寿命可承受的范围内，为旋翼系统的桨叶摆振运动提供较大的阻尼，同时限制载荷的进一步剧烈增长，防止载荷过大导致结构破坏或寿命缩短。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于非线性弹性装置的阻尼器，其特征在于，所述阻尼器为非线性弹性装置和阻尼发生装置的串联结构；
其中，所述阻尼发生装置包含：壳体和活塞，所述活塞设置在壳体内部，将壳体分为左右两个腔体，两个腔体内充满液压油；
所述非线性弹性装置包含：第一弹簧、第二弹簧、第一预紧螺塞、第二预紧螺塞以及活塞杆体，所述第一弹簧和第二弹簧分别设置在活塞杆体的通孔中，且在第一弹簧和活塞杆体之间设置第一预紧螺塞，在第二弹簧和活塞杆体之间设置第二预紧螺塞；
所述阻尼器的左右两端分别设置第一接头和第二接头，所述活塞杆体的通孔中设置有凸缘，所述第一弹簧和第二弹簧分别位于凸缘的两侧，所述第二接头的一端设置有轴肩，所述轴肩卡在第一弹簧和第二弹簧之间，且所述轴肩与所述凸缘在同一位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于非线性弹性装置的阻尼器，其特征在于，在所述活塞上还设置有节流孔。
3.根据权利要求1所述的一种基于非线性弹性装置的阻尼器，其特征在于，所述第一弹簧和第二弹簧为环形弹簧、螺旋弹簧或者蝶形弹簧。
4.一种基于非线性弹性装置的阻尼器的载荷控制方法，所述方法应用于如权利要求1-3中任一项所述的阻尼器，其特征在于，所述方法为：
第一预紧螺塞将第一弹簧预压缩至第一预设载荷，第二预紧螺塞将第二弹簧预压缩至第二预设载荷，当第二接头上的载荷不大于预压缩载荷时阻尼器等效为刚体，当第二接头上的载荷大于预压缩载荷时阻尼器等效为弹性体。
5.根据权利要求4所述的一种基于非线性弹性装置的阻尼器的载荷控制方法，其特征在于，当第二接头上的载荷不大于预压缩载荷时，第二接头和活塞之间没有相对位移；当第二接头上的载荷大于预压缩载荷时，第二接头和活塞之间有相对位移。
6.根据权利要求5所述的一种基于非线性弹性装置的阻尼器的载荷控制方法，其特征在于，第一接头、壳体和活塞构成两个腔体，这两个腔体之间充满液压油，阻尼器的第一接头和第二接头相对运动，带动活塞和壳体相对运动，液压油通过节流孔流过产生阻尼。
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