CN1761536A - 具有旋转配重物的防振动设备 - Google Patents

Abstract

一种具有旋转配重物的防振动设备，根据本发明，所述设备包括：两个组(2、3)由两个具有偏心配重物(4A、5A；6A、7A)的相同的旋转体(4、5；6、7)构成，所述的组对应于对称轴对称布置，并且所述旋转体的旋转轴彼此相互平行且正交于该对称轴；和使所述旋转体旋转的驱动系统(18)。有利地，该设备包括承载所述驱动系统(8)的特定的可控移动装置(11)，其能沿着所述对称轴滑动，以改变这些组的偏心配重物旋转体之间的相位偏移。

Description

具有旋转配重物的防振动设备

本发明涉及一种防振动设备。

更具体地说，尽管不是排他地，但在其优选的用途中，本发明的设备被设计用于安装在飞行器的舱内，特别是带螺旋桨的飞行器，例如直升机的机舱内，但是自然地，其可以用于在需要减少甚至消除由运动体而引起振动的任何其他用途。

法国专利号2770825(US6067853)中详细描述了控制直升机机舱内振动的问题。简而言之，存在的主要振动是由用于升起和推进直升机的主旋转体的旋转以及沿着直升机机身的气流引起的。

试图吸收机舱内出现的这种振动，提出了能对预定频率起谐振作用的谐振防振动设备，其目的是减少所述频率下出现的振动。然而，由于它们只能对预定频率，而不能对其它频率的振动起作用，所以其有效性受限。

此外，当被减少的振动的频率变化时，那种类型的设备变得不起作用。

如前面专利中所述的那种类型的具有一个可控制的谐振器的防振动设备能够使变化频率振动被处理。出于此目的，该谐振器被用作一闭环系统中的激励器，来自安装在直升机上的传感器的振动测量数据通过控制单元的分析，该控制单元将控制信号传送到各个激励器，通过这种方式使该测量点的振动水平最小化。尽管给出了有利的结果，但是那种防振动设备依然存在一定的缺点，比如重量大(每个谐振器有大约10公斤重)，这在航空领域经常是不利的，如果要使它对解决直升机中遇到的振动水平有效，则需要高的能量消耗。

为解决这些缺点，设计开发了另一种防振动设备，其使用旋转平衡重物来产生抵抗振动的力而使振动被减少。美国专利5903077和欧洲专利0337040公开了这种设备。

该美国专利中描述的防振动设备或模块振动力发生器包括模块或组件，其各具有一个马达并齿轮传动一对分别具有偏心轮的相互啮合的旋转体，如此各旋转体的重心就不是处于其旋转轴上。从而，各旋转体的旋转会产生旋转不平衡，并且由于这些旋转体都设置在同一个平面上，它们产生相同的但是以不同方向转动的不平衡。这导致一种正弦曲线的力，力的方向垂直于包括旋转体旋转轴的平面，由于该平面内的这些不平衡分力是相反的从而相互抵消。

通常，该发生器包括两个同样的模块，其联合在一起得到可调节的合力，该合力的值取决于这两个模块之间的相位差和等于旋转体旋转速度的频率。

指令单元控制和调节模块之间的相位差和旋转体旋转速度，从而任何频率的振动都可以减少。

上述欧洲专利所述的防振动设备包括类似方式的两个同样组件，各个组件都包括两个分别具有偏心配重物的旋转体，这两个组件对称于对称轴布置，并且所述的偏心配重物旋转体具有相互平行并正交于该对称轴的轴，其由各自的马达带动并被伺服控制以同样的速度旋转。从而这种设备能容易地适应将要被削弱的振动的振幅、相位和频率的波动。

尽管这些具有旋转不平衡重物的防振动装置在解决振动方面提供了相当大的进步，然而它们呈现出缺点，特别是：

·如果发生故障时振动水平将增加(而不是减少)。无论什么原因，当该两个模块停止以同样速度旋转时，所导致的振动力将不再受控制，从而立即导致舒适度明显下降，将变得比没有任何处理手段时更差；

·当这些马达加速时，由于控制单元需要使这些模块保持同步，该控制单元就非常复杂，从而使运算法则复杂化并相应地增加了出故障的危险；

·和相对高的费用，因为它包括了大量的昂贵部件：多个马达、多组齿轮和复杂的控制单元，该控制单元复杂是因为需要使马达的速度保持同步并伺服控制它们的相位差以实现系统的有效工作。

本发明的目的在于消除这些缺点。此外，为了能安装在飞行器，例如直升机上，该防振动设备的尺寸和重量都应该减少。

为了达到该目的，该类型的防振动设备包括至少两个组，每个组都包括分别具有偏心配重物(flyweight)的两个相同的旋转体，所述组相对于一对称轴对称布置，并且所述旋转体的旋转轴彼此平行并正交于所述对称轴，和用于使所述旋转体旋转的驱动系统。根据本发明，该设备是显著的：

在于它包括了承载所述驱动系统的可控移动装置，它能够沿所述对称轴滑动，以改变各组偏心配重物旋转体之间的相位偏移。

在于所述驱动系统包括用于旋转所述旋转体的单马达，其轴正交于所述对称轴布置，且通过绕在所述旋转体上的环形连接带驱动，因此通过所述两组装置上的环形连接带皮带的长度相等。

因而，通过本发明的方法，该设备仅通过沿对称轴移动承载着单马达的可控移动装置就能产生一个确定振幅和方向的稳定的振动力，从而通过所述环形连接带的作用来渐进地改变各组的旋转体之间的相位差，如此以使偏心配重物位于需要的位置。当该单马达旋转并且该可控移动装置固定时，绕在这些组上的两根对称的皮带呈现出相同的速度，但是相同模块中的方向是相反的，由于对称，当其中绕在这些组上的一根皮带远离该单马达时，另一根皮带就朝向该单马达前进。结果是，当连接着所述单马达的该移动装置以给定速度被移动时，它将自身的移动传送给这两根皮带，从而该移动装置的移动速度增加到其中一根皮带的速度，同时从另一根皮带的速度中减去该移动装置的移动速度。结果是，当该移动装置被移动时，给定组件中的两个旋转体以不同于另一组件中的旋转体的速度被驱动，从而导致这些偏心配重物相位偏移发生渐进变化。

通过改变所述偏心配重物的相位偏移，同时其频率由该单独马达的旋转速度决定，这样使该振动力合力的振幅和方向变得容易调节，以作为被减轻的振动的函数被传送。

此外，由于该移动装置具有单马达，由该单马达带动的所有的旋转体都以同样的速度旋转。从而，该振动力合力非常稳定并且完全受控。此外，如果该环形连接带断裂或该单马达停机时，所有的四个旋转体都同时停止，从而该结构的振动水平将升到没有任何防振动设备的初始值，但是不会像上述现有技术的设备那样超过该值。

此外，在该移动装置已经停止后得到的最后相位偏移取决于所述移动装置在比如其沿着该对称轴移动的时间长度。有利地，相对于该对称轴彼此面对对称布置的该偏心配重物旋转体之间的相位偏移等于2d/r，其中d对应于所述移动装置沿所述对称轴的线性移动，r对应于以绕在所述旋转体为中心的环形连接带的相同缠绕半径。

更具体地说，所述移动装置线性移动行程受限于两个极限位置，第一个位置在该偏心配重物旋转体之间相位偏移为零的位置，第二个位置在当其相位偏移等于180°的位置。

从而，该振动力合力的振幅能够从最大值变化到零值，其中该最大值是在当该第一组件配重物旋转体和第二组件该配重物旋转体之间相位偏移为零时，零值是在当它们之间的相位偏移为180°时，同时，所述振动力的频率等于由该单独马达驱动的旋转体的共同旋转速度。

此外，优选地，该设备包括：至少一个用于控制所述移动装置位置的伺服马达；和多个用于检测所述旋转体位置的传感器，其目的是确定所述组之间的相位偏移，和一个用于所述单马达旋转的规则和伺服控制关系。

在优选实施例中，所述可控移动装置是一个承载着所述单马达并沿着所述对称轴滑动的滑动架。此外，所述环形连接带是一根皮带，其绕安装在所述旋转体和所述单独马达轴上的皮带轮上，所有这些皮带轮都在一个平面内。可见，无需伺服控制的由驱动皮带和皮带轮的单一马达组成的该设备系统是非常简单的，从而可靠性高和维护少。

为了避免在该环形连接带和旋转体之间出现滑动，所述皮带为齿形皮带并与形成在所述皮带轮上的相应齿共同作用。

此外，所述可控移动装置也包括至少一个用于拉紧所述环形连接带的张紧轮。

在优选实施例中，两个组的旋转体都承载在适合被固定到的振动结构的框架上，为了能使所述可控移动装置沿这该两个组的对称轴滑动，其滑动地安装在所述框架上。

此外，对于每组的旋转体来说，所述防振动设备包括一个过渡旋转轮，其与环形连接带共同作用，以驱动该两个旋转体反转，这两个过渡旋转轮位于框架上并分别位于所述对称轴的两边。

附图清楚地显示了如何实现本发明。在这些附图中，同样的附图标记表示同样的元件。

图1为依照本发明的防振动设备实施例的透视图。

图2至图6为示意图，示出了为减少振动，该防振动设备随着该移动装置和该驱动系统动作占据的不同位置。

图1所示的该防振动设备1包括两个同样的模块或组2和3，各自都分别包括两个旋转体或旋转轴，分别标记为4、5和6、7，其各自都结合有相对于该旋转体旋转轴偏心的配重物4A、5A和6A、7A。在该实施例中，这两个组2、3布置在公共的垂直平面内，并被水平的对称轴A彼此分开。这些旋转体4、5、6和7的轴彼此平行(在本例子中为水平)并正交于这两个同样的组2和3的对称轴A，从而使这些旋转体成对地相对，旋转体4、5和6、7离对称轴B(在图2至图6中是垂直的)的距离相等，对称轴B垂直于对称轴A。

驱动系统8用于驱动旋转体4、5、6和7。

此外，所述组的旋转体通过轴承(未示出)承载在框架9上，框架由板件9A装配组成，并具有适合于通过紧固件10固定到直升机(未示出)的振动结构上的基板9B。

根据本发明，为了改变这些偏心配重物旋转体的相位偏移，并从而调节作为将被“处理”振动的函数的该振动力合力的振幅，该设备1包括承载驱动系统8的移动装置11，其能够沿对称轴A滑动，该驱动系统8为所有旋转体所公用，每个组具有两个旋转体4、5和6、7，它们相对彼此以相反方向旋转，因此，彼此对称面对的两个旋转体4和6以同一个方向转动的同时，而另外两个旋转体5和7以相反的方向转动。

特别地，该公用驱动系统8包括一个位于这两个组之间中心位置的单马达12，其具有平行于旋转体4、5、6和7并垂直于对称轴A的旋转输出轴12A。该单马达12驱动绕在这些旋转体上构成封闭循环的环形连接带14，使得它们进行运动。在该实施例中，该环形连接带14由绕在皮带轮上的皮带组成，其中皮带轮装配在旋转体轴上。所有这些皮带轮尺寸都相等，从而相对于该设备的对称轴，皮带14绕在装置2上的皮带14A的长度等于绕在装置3上的皮带14B的长度。

自然地，这些皮带轮15都位于同一个垂直平面内。为了避免旋转时产生滑动，皮带14为齿形皮带并与形成在皮带轮15外围上的相应齿15A啮合。驱动系统也可以使用链条或链轮等种种方式。

如图1所示，该齿形皮带14同样还绕在两个作为自由皮带轮的过渡轮16上，其与之前的皮带轮一样被分别布置在对称轴A的两边。这两个过渡皮带轮16位于该单马达12和各自的组2、3之间并承载在框架9上。连接在对应组或模块中的每个过渡轮都能使一个组中的两个旋转体4、5或6、7通过相应的皮带轮以相反的方向转动。此外，该可控移动装置11具有两个相同的张紧轮或皮带轮17，其彼此对称于对称轴A布置，从而能够调节皮带14的张紧力。

如本实施例中所示，该可控移动装置11包括滑动架18，该滑动架18布置在这两个组2、3之间并能在设备的沿对称轴A垂直平面滑动。该滑动架18在结构上通过滑轨或类似连接(未示出)以滑动的方式连接到框架，并承载张紧轮17以及驱动皮带14的单马达12。沿着该对称轴A的该滑动架的移动优选地受控于位于框架9和滑动架18之间的伺服马达19，并形成设备的一部分，用于控制该防振动设备1产生的全部振动力的频率和振幅。由伺服马达19组成的控制装置伺服控制滑动架18的位置，作为第一电信号的函数，例如，为了控制该设备1产生的振动力的振幅，通过多个传感器(未示出)检测每个组2、3中旋转体的角度位置，从而这两个组之间需要产生的相位偏移作为将被吸收振动的函数能够被确定，并且通过关系调节和伺服控制该单独马达12的旋转速度，其作为第二信号的函数用于控制频率。

如本实施例所示，相对于对称轴A彼此相对对称布置，具有偏心配重物4A、6A和5A、7A的旋转体4、6和5、7的两个组，它们之间的相位偏移由下面关系式给出

         ＝2d/r

其中为相位偏移，d对应于滑动架沿该对称轴移动的线性行程，r对应于以绕在这些相同的旋转体为中心的环形连接带的相同缠绕半径。

下面将参照附图2至6，对该防振动设备1，特别是该驱动系统8和移动装置11的工作进行描述。

首先，在这些附图中，示出的用于皮带14的为只有一个张力皮带轮或轮17，在这种情形下它被布置在对称轴A上并被连接到该移动装置11。该移动装置的滑动架18由一个矩形表示。假如该驱动系统8的单马达12以图2所示的S方向旋转，从而该皮带14以逆时针方向绕在该自由皮带轮16上。这两个组的相面对的旋转体之间的相位偏移为零时，旋转体的四个偏心配重物4A、5A、6A和7A都在同样的角度位置，本例子中的滑动架18位于图2右端的两个行程末端极限位置当中的一个位置。

当该单马达12旋转时(以标称正常速度旋转)，皮带14的两根皮带，分别为上部皮带14A(在对称轴A的上面)和底部皮带14B(在对称轴A的下面)以相同的模数V速度被驱动，但是方向相反。

这两个组2、3的旋转体4-5和6-7以同样的速度被驱动，并且在组内以相反方向旋转，但是沿对称于轴A布置的组的一对旋转体，即，旋转体对4-6和5-7相同的方向。

经由例子可知，为了获得位于两对相面对的旋转体之间的传感器提供的等于45°的相位偏移，该移动装置11的滑动架18在伺服马达19的驱动下以速度v移动到左边，如图3所示，该滑动架沿着对称轴A移动并将其移动传送给皮带14的两根皮带14A和14B。由于其路线的长度未变(该单独马达的移动补偿了该滑动架的移动)，所以其张力保持恒定，从而相等。由于上部皮带14A受到该滑动架18的牵引，其皮带的速度变为V-v，而底部皮带14B由于受到该滑动架的推动，其皮带的速度为V+v。

然而，由于组2的两个旋转体4-5以不同于组3的两个旋转体6-7的速度被驱动，随后这些偏心配重物4A、5A、6A和7A之间的相位偏移将逐渐发生变化，从而将会导致一个振动力，其作用在设备1上的强度和方向取决于将用于克服的振动结构。

特别地，在本实施例中，当该上部组2的两个旋转体4-5位于如图2所示一样的位置时(它们的偏心配重物4A和5A彼此仍然对称于图中的垂直轴B)，因为速度V+v和V-v不同，该底部组3的两个旋转体6-7将已经额外转过了45°(它们的偏心配重物6A和7A彼此仍然对称于图中的垂直轴B)。

相对于轴A对称的旋转体对4、6和旋转体对5、7之间获得的45°相位偏移，以及由此的偏心配重物相位偏移，传送振动力合力的振幅和方向到该设备1，同时其频率为该单独马达12的旋转速度的函数。

图4至6举例示出了用于该防振动设备1的一些具体相位偏移，分别为等于90°、135°和180°，由于该滑动架沿轴A移动到左面，并具有对应于滑动架另一个行程终点极限位置的180°相位偏移，达到如图6的左边。用于获得这些不同的相位偏移，在组2、3中偏心配重物旋转体的运转没有进行更详细的描述是因为它从图中看是显而易见的。自然地，尽管只示出了特殊的相位偏移值，但是在0°到180°范围内的任何相位偏移值都能得到。

因而可以这样理解，本发明的设备1能够使任何被传递的振动力合力(任何振幅和方向)位于对应于滑动架的两个极限行程的两个极限相位偏移之间(0到180°)，即，位于零和最大振动力之间，其中当这些偏心配重物的影响抵消时振动力为零，而当这些偏心配重物的影响累加起来时振动力最大。

在一个变化中，由于滑动架沿着轴A的每一个位置都对应一个具体的相位偏移，所以该控制设备能够基于滑动架的实际位置判断组或模块之间的相位偏移(而不是来自旋转体上的传感器)。这样就需要在各组之间将滑动架的行程与相位偏移联系起来的预定的刻度。

尽管所描述的伺服控制操作为电控类型，同样地，也可设计使用机械的、液压的、光学的或其它类型的伺服控制操作，其取决于给定运用的具体限定。

此外，假如该防振动设备本身作为具有预定振动力水平来使用时，还可以通过使用调节滑动架沿轴的位置螺栓螺母类型连接进行替代伺服马达，并通过防松螺母简化该滑动架控制装置。

通过移动这两个偏心配重物旋转体的重心位置，来自各组的振动力的作用方向可以被调节。假如来自每个组的力的作用方向相同，那么来自装置所述方向上的全部振动力合力就是振幅值，其取决于组之间的相位偏移。由配重物的不平衡产生的这样变化可以通过人工进行配重物位置的预定调节或者通过特定的伺服控制系统自动调节。

Claims (10)

1.一种防振动装置，该装置包括至少两个由两个彼此相同的旋转体(4、5-6、7)组成的旋转体组(2、3)，该旋转体分别具有偏心的配重物(4A、5A-6A、7A)，所述旋转体组相对于对称轴对称地布置，所述旋转体的旋转轴彼此平行，并正交于所述对称轴，该装置还包括一个使所述旋转体转动的驱动系统(8)，

该装置的特征在于：

-它包括一个承载有所述驱动系统(8)并能够沿着所述对称轴滑动的可控移动装置(11)，用来带动该旋转体组具有偏心配重物的旋转体的相位偏移；以及

-所述驱动系统(8)包括一个使所述旋转体转动的单一马达(12)，该马达具有与所述对称轴垂直配置的轴，该马达带动经过所述旋转体(4、5-6、7)周围转动的环形皮带，使得经过所述旋转体组中的那段皮带的长度是相等的。

2.如权利要求1的装置，其特征在于，在对面相对于对称轴对称的具有偏心飞轮配重的旋转体(4、6；5、7)，其相位偏移等于2d/r，其中d相当于所述移动装置(11)沿着所述对称轴移动的线性位移，而r相当于在所述各旋转体中心的周围环形皮带相同的卷绕半径。

3.如权利要求1～2中之一的装置，其特征在于，所述移动装置(11)线性移动的行程受到两个极端位置的限定，对于第一个位置的在具有偏心配重物的旋转体之间的相位偏移是0，对于第二个位置的相位偏移是180°。

4.如权利要求1～3中之一的装置，其特征在于，该装置包括至少一个用来伺服控制所述移动装置(11)位置的伺服马达(19)、多个测量所述旋转体位置以计算出所述旋转体组之间相位偏移的传感器和用来控制和伺服所述独特马达转动的关系式。

5.如权利要求1～4中之一的装置，其特征在于，所述可控移动装置(11)是沿着所述对称轴滑动并承载所述单一马达(12)的滑动架(18)。

6.如权利要求1～5中之一的装置，其特征在于，所述环形皮带(14)是一根传动皮带，卷绕在同轴安装在所述旋转体和所述单一马达上并保持在同一平面上的多个皮带轮(15)的周围。

7.如前面各项权利要求中任一的装置，其特征在于，所述传动皮带(14)是齿形皮带，并与设置在所述皮带轮(15)上的相应的齿相配合。

8.如权利要求1～7中之一的装置，其特征在于，所述可控移动装置(11)还包括至少一个使所述环形皮带(14)处于张力下的小滚轮(17)。

9.如权利要求1～8中之一的装置，其特征在于，该两个旋转体组(2、3)被可以固定在振动结构上的框架(9)支撑，所述可控移动装置(11)沿着两个旋转体组(2、3)的对称轴可滑动地安装在所述框架(9)上。

10.如权利要求1～9中之一的装置，其特征在于，该装置对于每个旋转体组(2、3)包括一个与所述皮带(14)配合动作的过渡小滚轮(16)，以保证带动两个旋转体的反向旋转，这两个滚轮(16)安装在所述框架(9)上，分别配置在所述对称轴的两边。

Images