CN1821611A - 具有旋转飞轮和行星齿轮系的防振装置 - Google Patents

Abstract

用于减小结构振动的防振装置(D)，该装置包括安装在结构上的固定壳体(C)及第一和第二组(E1，E2)，每组包括两个具有偏心飞轮(12，22；32，42)的转向相反的转子(11，21；31，41)，该飞轮和转子布置在相互平行的第一和第二平面(100，200)中，该转向相反的转子(11，21，31，41)的旋转中心表示第二平面(200)中一个矩形(300)的角，且该转向相反的转子的旋转轴线(AX1，AX2，AX3，AX4)相互平行且与第一平面(100)正交。还包括固定在壳体(C)上的主电机(M1)，具有贯通轴(AM)，该轴具有第一端(EX1)，驱动第一组(E1)转向相反的转子(11，21)，第二端(EX2)，驱动第二组(E2)的转向相反的转子(31，41)。

Description

具有旋转飞轮和行星齿轮系的防振装置

技术领域

本发明涉及一种适用于飞行器上的偏心式防振装置，例如，尤其是用在旋翼飞机的机舱中。但是，当希望减小甚至消除由运动物体而引起的振动时，该装置也可以用于任何其它场合。

背景技术

旋翼飞机机舱中存在的振动基本上是由提供推力和升力的主旋翼旋转所造成，还因为空气沿着旋翼飞机的机身表面流动而造成。

美国专利No.5903077公开了一种防振装置，该装置使用偏心飞轮以产生用于减小结构振动的力。其包括两组飞轮(flyweight)，每组飞轮都具有一个电机，该电机驱动一对偏心飞轮转子，偏心也就是说这些转子的重心不在其旋转轴线上。每一转子的旋转都能产生旋转不平衡。从而，该装置在垂直于包含每组转子旋转轴线的平面的方向上产生正旋的合力。

通过使用两组飞轮，可以产生可调节的合力，该合力的频率等于这些转子的转速，转速用每分钟转动的圈数(rpm)表示，合力的振幅与两组飞轮之间的角相位差有关。

然而，当这些电机中的一个发生故障时，两组飞轮将不再以相同速度旋转，这意味着合力不受控制。因此，该结构乘员的舒适性会大大降低，甚至比没有任何防振装置时的还差。

文献FR2852648公开了一种用于补偿物体所承受振动力的装置，该装置的主要目的是克服上文提及的缺点。该装置具有两组相同的、分别具有偏心飞轮的两个转子，这两组相对于对称轴线对称布置，且这些转子的旋转轴线互相平行，并与所述对称轴线正交。

轴线布置成与所述对称轴线垂直的一个单独的电机，通过驱动环形链使转子旋转，该环形链穿过共轴安装在转子上的链轮，使得链穿过所述两组的长度相等。此外，该电机由可控制的移动设备支撑，该设备能沿着所述对称轴线滑动，以控制两组偏心飞轮转子之间的相位差。

从而，通过使支撑电机的可控制移动设备沿着对称轴线的移动，该装置可以产生具有预定振幅和方向的稳定振动合力，所述运动通过所述链作用，以逐渐改变两组转子之间的角相位差，从而使偏心重锤处于所期望的位置。

此外，电机故障或环形链断裂会导致该装置完全停止，从而不会使情况变得更糟。

但是，由于该装置很精确，因此要求支撑电机的可控制移动设备沿着对称轴线的移动运动范围较大。不幸的是，由于这种移动的运动与链轮的直径直接相关，因此链轮的尺寸必须很大。从而，很难将该装置布置在诸如旋翼飞机机舱的狭小空间中，在机舱范围内其占用的空间没有完全优化。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有旋转飞轮的防振装置，该装置精确、坚固，且足够紧凑，使其能装在诸如旋翼飞机机舱的受限制空间中。

根据本发明，一种防振装置，用于产生振幅可调节的合力以降低结构，特别是旋翼飞机的振动，该装置包括布置在该结构上的固定壳体以及第一和第二组，每组包括两个具有偏心飞轮的转向相反的转子，四个飞轮和四个转子分别布置在相互平行的第一和第二平面中，转向相反的转子的旋转中心表示第二平面中一个成直角的平行四边形的多个角，且转向相反的转子的旋转轴线互相平行且与第一平面正交。该装置的特征在于其包括一个固定在壳体上的固定主电机并且该电机具有一个贯通轴，该轴通过其第一端驱动第一组的转向相反的转子，并且通过其第二端驱动第二组的转向相反的转子。

如下文中将说明的，第二组飞轮相对于第一组飞轮的角相位差不是通过直线移动主电机而改变，这种布置能使该装置相对更加紧凑。

另外，由于在每组中的两个转子是相对于纵向对称轴线对称布置，因此该主电机沿着对称轴线布置在该矩形的内侧。这种布置使该装置相应地更加紧凑。

此外，第一正交齿轮，中心位于主电机旋转轴线上，当主电机使该第一正交齿轮旋转时，该第一正交齿轮驱动第一组带偏心飞轮的旋向相反的转子。由此，第一正交齿轮的旋转轴线布置在第二平面内，同时与第一组旋向相反的转子的旋转轴线正交，从而与本文中为了简便起见而采用的术语“正交齿轮”相符。

最后，主电机贯通轴的第一端具有一个第一太阳轮，用于使第一外环形齿轮运动，第一外环形齿轮被限制成与第一正交齿轮一起旋转。由于主电机的转速可能很高，因此本发明中的装置包括减速齿轮，也就是说，至少一个布置在第一固定行星架上并设置在第一太阳齿轮和第一外环形齿轮之间的第一行星齿轮。行星齿轮的数量尤其是取决于主电机的转速和第一组中具有偏心飞轮的转子达到的转速。

类似地，当主电机使第二正交齿轮旋转时，该第二正交齿轮驱动第二组带偏心飞轮的旋向相反的转子。第二正交齿轮的旋转轴线也布置在第二平面内，同时与第二组旋向相反的转子的旋转轴线正交。

主电机贯通轴的第二端具有一个第二太阳轮，用于使第二外环形齿轮运动，第二外环形齿轮被限制成与第二正交齿轮一起旋转。

为了能够调节该装置的合力，第二组带偏心飞轮的旋向相反的转子可以相对于第一组带偏心飞轮的旋向相反的转子进行角相位偏移。为了使合力可以作为需求的函数，从最大值到最小值变化，相位差可以处于0°-180°范围内。由此，本发明中的装置包括相位偏移装置，用于至少临时，减速或加速第二组带偏心飞轮的旋向相反的转子转速，从而改变第二组带偏心飞轮的旋向相反的转子相对于第一组带偏心飞轮的旋向相反的转子之间的角相位差。一旦达到了期望的相位差，则相位偏移装置停止作用，且全部四个带偏心飞轮的旋向相反的转子以相同的与主电机转速成正比的转速旋转。

相位偏移装置是旋转的且包括至少一个布置在第二行星架上的第二行星齿轮，第二行星架可以相对于第二端旋转运动，且该第二端布置在第二太阳齿轮和第二外环形齿轮之间。通过采用固定的辅助电机使第二行星架与相关的第二行星齿轮一起顺时针或逆时针旋转，可以降低或增大包括第二外环形齿轮，第二正交齿轮和第二组带偏心飞轮的旋向相反的转子在内的组的转速，从而改变这些飞轮和第一组偏心飞轮之间的角相位差。

取决于该装置周围的可用空间，可以实现两个实施例，第一实施例中，主电机和辅助电机是同心的，而第二实施例中，主电机和辅助电机沿着上述纵向对称轴依次布置。

为了使该装置自动化，作为来自多个传感器的信号的函数及结构振动范围的函数，一个计算机改变第二组带偏心飞轮的旋向相反的转子相对于第一组带偏心飞轮的旋向相反的转子之间的角相位差。

最后，飞轮的形状也经过优化，使该装置的尺寸最小。由此每组具有一个带厚偏心飞轮的转子，该厚偏心飞轮具有由凹槽分离的两个相同的盘部分，另一个转子具有薄偏心飞轮，该薄偏心飞轮具有一个厚度稍小于所述凹槽宽度的单独的盘部分，薄飞轮和厚飞轮重量相同。这样，一组转子的偏心飞轮可以彼此交叠，从而减小了该装置的总尺寸。此外，薄飞轮重心及其旋转轴线之间的距离优选地与所述厚飞轮重心及其旋转轴线之间的距离相等。

附图说明

通过下面参考附图，对不带任何限定特性的优选实施例的说明，本发明及其优点将表现得更加详细，其中：

图1、2和3是表示本发明操作的原理图；

图4表示本发明装置的第一实施例；

图5表示本发明装置的第二实施例；

图6是本装置的透视图；以及

图7是表示飞轮形状的图。

具体实施方式

在多个不同附图中表示的元件在所有附图中用相同附图标记表示。

图1、2和3表示本发明具有偏心飞轮的防振装置D的操作原理。

装置D包括两组E1和E2。第一组E1具有两个旋向相反的转子11和21，这些转子11和21分别具有偏心飞轮12和22。相似地，第二组E2具有两个旋向相反的转子31和41，而这些的转子31和41分别具有偏心飞轮32和42。

优选地，四个转子是相同的，且四个飞轮的重量相等。

此外，四个转子及相应的四个飞轮分别排列在相互平行的第二和第一平面200和100上，且具有偏心飞轮12，22，32，42的转子11，21，31，41各自的旋转轴线AX1，AX2，AX3，AX4互相平行，且与第一和第二平面100和200正交。而且，由于每一转子11，21，31，41及其相应的偏心飞轮12，22，32，42同轴布置，旋转轴线AX1，AX2，AX3，AX4不仅分别表示转子11，21，31，41的旋转轴线，还表示相应偏心飞轮12，22，32，42的旋转轴线。

此外，转子11，21，31，41的旋转中心在第二平面200上构成了成直角的平行四边形300的多个角。

而且，一组中具有偏心飞轮12，22和32，42的转子11，21和31，41相对于纵向对称轴线AL对称分布，且如箭头FS所示，以相反方向旋转，而面对第一和第二组E1和E2之间的轴线AR的转子11，31和21，41具有相同的旋转方向。

结果，每一飞轮12，22，32和42产生旋转偏心力F。

仅使用组E1或E2中的一个，这些组具有旋转速度相同的两个旋转方向相反的飞轮12，22或32，42，可以得到一个正旋力发生器，该发生器产生垂直于该组两个飞轮旋转轴线并与第一平面100中包含的纵向对称轴线AL成一条直线的合力。该力发生器可以用于减小甚至消除结构的振动程度。但是，其无法使合力的振幅可调。

为了实现这一点，从而需要使用两组E1和E2，每一组两个旋向相反的飞轮12，22和32，42都位于一条直线上，全部四个飞轮12，22，32，42以相同转速旋转。通过改变第二组E2飞轮和第一组E1飞轮之间的角相位差，可以使合力在最大值和零之间变化。

参考图1，相位差为180°，使合力为零。

参考图2，相位差为90°。从而相应的合力对应为一个飞轮偏心力的两倍。

最后，参考图3，相位差为0°。合力对应为其最大值，从而为一个飞轮偏心力的四倍。

图4表示装置D的第一实施例。

其包括一个固定到图中未表示的结构上的壳体C。主电机M1固定到壳体C上，且沿着纵向对称轴线AL布置在两组E1和E2之间，该主电机M1用于旋转这些转子11，21，31，和41。

从而，一个在其第一端和第二端EX1和EX2上分别设置有第一和第二太阳齿轮P1和P2的贯通轴AM沿着纵向对称轴AL穿过主电机M1。

第一太阳齿轮P1驱动第一外环形齿轮CE1，第一外环形齿轮CE1限制成与第一正交齿轮30一起旋转，第一正交齿轮30将旋转运动向第一组E1的带有偏心飞轮12，22的转子11，21传递。由于主电机的转速较高，因此设置有行星式减速齿轮装置。该齿轮装置包括至少一个布置在行星架PS1上的第一行星齿轮S1，行星架PS1是固定的并且固定在壳体C上。该第一行星齿轮S1与第一太阳齿轮P1和第一外环形齿轮CE1配合。

行星齿轮的数量直接与主电机的功率相关。

此外，第二太阳齿轮P2驱动第二外环形齿轮CE2，该第二外环形齿轮CE2限制成与第二正交齿轮30一起旋转，该第二正交齿轮30将旋转运动向带有偏心飞轮32，42的第二组E2的转子31，41传递。

此外，用于改变相位差的相位偏移装置使得第二组E2转子31和41的转速能相对于第一组E1转子11和21的转速临时地增大或减小，从而改变由装置D产生的合力振幅。一旦相位差被改变，该相位偏移装置保持固定，使得第二组E2的转子31和41与第一组E1的转子11和21都以相同速度旋转。

这些相位偏移装置包括至少一个安装在第二行星架PS2上的第二行星齿轮S2，第二行星架PS2围绕贯通轴AM的第二端EX2旋转，且第二行星架PS2与第二太阳齿轮P2和第二外环形齿轮CE2配合。

在该第一实施例中，第二行星架PS2由与主电机M1同心的辅助电机M2驱动。

应该注意到，第二组E2飞轮角相位的改变例如180°，不需要相应地使第二行星架PS2转过180°。必须考虑不同齿轮的直径。这样，为了得到180°的相位改变，例如，可能必须使第二行星架转过几圈。

为了使装置D能在稳定条件下正常操作，由单个主电机M1驱动的四个转子11，21，31和41必须全部以相同转速旋转。从而第一和第二太阳齿轮P1和P2优选地相同(既在数量上相同，又在尺寸上相同)，第一和第二行星齿轮S1和S2，第一和第二外环形齿轮CE1和CE2，以及正交齿轮30也是一样的。

此外，多个传感器(图中未表示)发送与飞轮相位和/或主电机和辅助电机M1和M2位置有关的信号，特别是如果这些电机是无刷型电机时，这些信号由计算机(图中未表示)接收。计算机还接收与装置安装于其上的结构振动有关的信息，然后能够控制主电机和辅助电机M1和M2，从而优化由该装置产生的合力，以减小所述振动。

图4是一个示意图。因此其没有表示出该装置中的全部机械部件。但是，可以理解，采用了常用装置(螺钉、轴颈、球轴承等)，以使下列元件围绕其旋转轴线旋转：主电机M1的贯通轴AM、第一和第二太阳齿轮P1和P2、第一和第二行星齿轮S1和S2、第一和第二外环形齿轮CE1和CE2、正交齿轮30，和具有偏心飞轮12，22，32，42的转子11，21，31，41。其它元件通过常用装置固定到壳体C上。

参考图5，在第二实施例中，主电机和辅助电机M1和M2不同心，而是直线分布，即，它们沿着纵向对称轴AL依次分布。

而且，多个传感器向计算机(图中未表示)发送与飞轮相位有关以及主电机和辅助电机M1和M2有关的信号。

图6是一个透视图，清楚地表示出了装置D的紧凑性。

四个转子11，21，31，41定位在同一第二平面200上。相似地，相应的偏心飞轮12，22，32，42定位在第一平面100上。

此外，转子11，21，31，41各自的旋转轴线AX1，AX2，AX3，AX4相互平行，且与第一和第二平面100和200正交。

每组E1和E2中的两个转子11，21和31，41由一个正交齿轮30驱动而沿相反方向旋转。正交齿轮30的旋转轴线与位于第二平面200中的纵向对称轴线AL相应。

而且，为了确保高质量的驱动，正交齿轮30和转子11，21，31，41的齿45相对于其各自的旋转轴线成一定的夹角，即与具有垂直轴线的螺旋齿相对应。

此外，壳体C优选地表示一个覆盖该装置，特别是其旋转元件的顶部(图中未表示)。

图7是一个表示一组中飞轮形状的图。

该图更详细地表示了具有转子11，21的组E1，这些转子11，21带有偏心飞轮12，22。但是，下面的说明同样适用于第二组E2转子31，41的偏心飞轮32，42。

该组E1包括一个厚飞轮，具体地为偏心飞轮12，和一个薄飞轮-偏心飞轮22。

该厚飞轮12具有两个由凹槽G分离的盘部分121，122。该薄飞轮22包括一个厚度稍小于所述凹槽G宽度的单独的盘部分221，从而该厚飞轮12和薄飞轮22可以部分交叠，该盘部分221容纳在凹槽G中。从而，带有偏心飞轮12和22的转子11和21的旋转轴线AX1和AX2之间的距离可以最小化，使得装置D的总尺寸相应地减小。

但是，任意一组中两个飞轮的重量保持相等。这样，薄飞轮22盘部分221的厚度优选地基本上与厚飞轮12的两个盘部分121和122厚度的和相等。

此外，薄飞轮22的重心与其旋转轴线AX2之间的距离与厚飞轮12的重心与其旋转轴线AX1之间的距离相等。

当然，本发明能以多种方式实现。尽管上面讨论了多种实施例，但应该理解，不可能列出所有可能的实施例。当然能够在不超出本发明范围的前提下，设想用等同的装置替换上述任何装置。

Claims (15)

1.一种用于减小结构振动的防振装置(D)，该装置包括安装在该结构上的固定壳体(C)以及第一和第二组(E1，E2)，每组包括两个带有偏心飞轮(12，22；32，42)的转向相反的转子(11，21；31，41)，所述飞轮(12，22，32，42)和所述转子(11，21，31，41)分别布置在相互平行的第一和第二平面(100，200)中，所述转向相反的转子(11，21，31，41)的旋转中心表示在所述第二平面(200)中一个成直角的平行四边形(300)的角，且所述转向相反的转子(11，21，31，41)的旋转轴线(AX1，AX2，AX3，AX4)相互平行且与所述第一平面(100)正交，

该装置的特征在于：其包括一个固定在所述壳体(C)上的固定主电机(M1)，该电机带有一个贯通轴(AM)，该轴具有第一端(EX1)和第二端(EX2)，该第一端(EX1)驱动所述第一组(E1)的所述转向相反的转子(11，21)，该第二端(EX2)驱动所述第二组(E2)的所述转向相反的转子(31，41)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：每组(E1，E2)中的两个转子(11，21；31，41)相对于纵向对称轴线(AL)对称布置，且所述主电机(M1)沿着所述对称轴线(AL)布置在所述成直角的平行四边形(300)内部。

3.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于：其包括第一正交齿轮(30)，当所述主电机(M1)使该第一正交齿轮旋转时，该第一正交齿轮(30)驱动所述第一组(E1)的带有偏心飞轮(12，22)的所述旋向相反的转子(11，21)，所述第一正交齿轮的旋转轴线布置在所述第二平面(200)内，且与所述第一组(E1)的所述旋向相反的转子(11，21)的所述旋转轴线(AX1，AX2)正交。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述贯通轴(AM)的第一端(EX1)带有第一太阳轮(P1)，用于使第一外环形齿轮(CE1)运动，该第一外环形齿轮被限制成与所述第一正交齿轮(30)一起旋转。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：其包括减速齿轮装置，用于降低所述第一组(E1)的带有偏心飞轮(12，22)的所述转子(11，21)的转速。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述减速齿轮装置包括至少一个安装在第一固定行星架(PS1)上的第一行星齿轮(S1)，并且该第一固定行星架(PS1)布置在第一太阳齿轮(P1)和第一外环形齿轮(CE1)之间。

7.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于：其包括第二正交齿轮(30)，当所述主电机(M1)使该第二正交齿轮旋转时，该第二正交齿轮(30)驱动所述第二组(E2)的带有偏心飞轮(32，42)的所述旋向相反的转子(31，41)，所述第二正交齿轮(30)的旋转轴线布置在所述第二平面(200)内，且与所述第二组(E2)所述旋向相反的转子(31，41)的所述旋转轴线(AX3，AX4)正交。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述贯通轴(AM)的第二端(EX2)带有第二太阳轮(P2)，用于使第二外环形齿轮(CE2)运动，该第二外环形齿轮被限制成与所述正交齿轮(30)一起旋转。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：其包括相位偏移装置，用于至少临时，减速或加速所述第二组(E2)的带有偏心飞轮(32，42)的所述旋向相反的转子(31，41)的转速，从而改变它们相对于所述第一组(E1)的带有偏心飞轮(12，22)的所述旋向相反的转子(11，21)的角相位差。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述相位偏移装置包括至少一个布置在第二行星架(PS2)上并设置在第二太阳齿轮(P2)和第二外环形齿轮(CE2)之间的第二行星齿轮(S2)，其中第二行星架(PS2)可相对于所述第二端(EX2)旋转。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：所述第二行星架(PS2)由辅助电机(M2)带动。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述主电机和辅助电机(M1，M2)是同心的。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：每一组(E1，E2)的两个转子(11，21；31，41)相对于纵向对称轴线(AL)对称布置，且所述主电机和辅助电机(M1，M2)沿着所述纵向对称轴线(AL)依次布置。

14.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于：其包括一个计算机，用于作为来自多个传感器的信号的函数，改变所述第二组(E2)的带有偏心飞轮(32，42)的所述转子(31，41)相对于带有偏心飞轮(12，12)的所述第一组(E1)的所述转子(11，21)的角相位差。

15.根据上述任一权利要求所述的装置，其特征在于：每组(E1，E2)包括一个带有厚偏心飞轮的转子，该厚偏心飞轮具有由凹槽(G)分离的两个相同的盘部分(121，122)，另一个转子具有薄偏心飞轮，该薄偏心飞轮具有一个厚度稍小于所述凹槽(G)宽度的单独盘部分(221)，薄飞轮和厚飞轮重量相同。

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