DE19711846C2

DE19711846C2 - Mechanical vibration damper

Info

Publication number: DE19711846C2
Application number: DE19711846A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Seidl
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2017-03-22
Also published as: FR2761438B1; FR2761438A1; DE19711846A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mechanischen Schwingungstilger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a mechanical vibration damper according to the Preamble of claim 1.

Ein mechanischer Schwingungstilger dieser Bauart ist aus der DE 692 00 561 T2 bekannt. Bei dieser vorbekannten Anordnung umfaßt die Federanordnung aus einer Vielzahl von Federscheiben (vergl. Fig. 3, 4 der genannten Druckschrift) oder aus einem Riemen (vergl. Fig. 9, 10, 14 der vorgenannten Druckschrift). Die Gestaltung der Federanordnung mit Tellerfedern bringt insoweit Nachteile mit sich, als dadurch die Masse der Federanordnung unzulässig hoch wird und außerdem großen Bauraum beansprucht. Die alternativ im Stand der Technik aufgezeigte Lösung mit Riemen ist deshalb von Nachteil, weil sie, was die Lebensdauer der Vorrichtung anlangt, erheb liche Einschränkungen in Kauf nehmen muß.A mechanical vibration damper of this type is known from DE 692 00 561 T2. In this known arrangement, the spring arrangement comprises a plurality of spring washers (cf. FIGS . 3, 4 of the cited document) or a belt (cf. FIGS. 9, 10, 14 of the cited document). The design of the spring arrangement with disc springs has disadvantages insofar as the mass of the spring arrangement becomes impermissibly high and also takes up large installation space. The alternative solution shown in the prior art with a belt is disadvantageous because it must accept considerable restrictions in terms of the life of the device.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungstilger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er über eine große Lebensdauer, eine hohe Tilgungswirkung und eine große Schwingungsfestigkeit verfügt und zugleich ein sehr geringes Einbauvo lumen besitzt.The object of the invention is a vibration damper of the type mentioned train that it has a long lifespan, a high amortization effect and has a high vibration resistance and at the same time a very low installation vo owns lumen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 gekennzeich neten Schwingungstilger gelöst.This object is characterized by the in claim 1 neten vibration damper solved.

Durch die Verwendung eines Federbalgs aus Titan wird das gewünschte günstige Elastizitätsverhalten mit hoher Schwingungsfestigkeit bei geringem Baugewicht er reicht. Eine kleine Federsteifigkeit wird durch die Wahl eines geringen Innen- zu Au ßendurchmesserverhältnisses des Federbalgs erzielt. Trotz hoher Federweichheit und Schwingungsfestigkeit kann der Federbalg sehr kompakt ausgeführt sein und trägt dementsprechend den beengten Platzverhältnissen, etwa bei Hubschraubern zwischen Rotorgetriebe und Zellstruktur problemlos Rechnung.By using a titanium bellows, the desired cheap one Elasticity behavior with high vibration resistance with low construction weight enough. A small spring stiffness is achieved by choosing a low inside to Au achieved the outside diameter ratio of the bellows. Despite high feather softness and vibration resistance, the bellows can be made very compact and accordingly carries the confined space, for example in helicopters between rotor gear and cell structure.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die Erfindung dadurch, daß der Federbalg aus miteinander elektronenstrahlverschweißten Metallronden hergestellt ist. Durch diese Herstellart wird hohe Festigkeit und Lebensdauer gewährleistet.The invention experiences an advantageous embodiment in that the bellows is made of is produced with electron beam welded metal blanks. Through this Manufacturing method ensures high strength and durability.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Pendelmasse im Hinblick auf eine weitere Verringerung des Einbauvolumens als einseitig offener, den Feder balg auf der Außenfläche mit radialem Abstand in Längs- und Umfangsrichtung teil weise umgreifender Ringkörper ausgebildet.In a further advantageous embodiment of the invention, the pendulum mass is in view to a further reduction in the installation volume than the spring which is open on one side Bellows on the outer surface with a radial distance in the longitudinal and circumferential direction wise encircling ring body formed.

Wird der Schwingungstilger in einem Hubschrauber zum Reduzieren der Schwin gungsübertragung vom Rotorsystem an die Zellstruktur verwendet, so ist der Feder balg zweckmäßigerweise mit seinem rotorseitigen Ende an die Zellstruktur und sei nem gegenüberliegenden Ende an das Rotorsystem angeschlossen, wodurch sicher gestellt wird, daß der Federbald während des Flugs unter der Wirkung der vom Ro torsystem an die Zellstruktur übertragenen Auftriebskräfte druckbelastet ist und daher seine Funktionsfähigkeit selbst bei einem Ermüdungsriß oder einer anderen örtlichen Bruchstelle zumindest noch in beschränktem Umfang beibehält.The vibration damper is used in a helicopter to reduce the vibration transmission used by the rotor system to the cell structure, so is the spring expediently bellows with its rotor-side end to the cell structure and connected at the opposite end to the rotor system, making it safe it is set that the feather spring during the flight under the effect of the Ro gate system to the cell structure transmitted buoyancy forces is pressurized and hence its operability even in the event of a fatigue crack or other local fracture remains at least to a limited extent.

Eine weitere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die wirksame Hebellänge zwischen Pendelmasse und Gelenkverbindung des Über setzungshebels und somit die Antriresonanzfrequenz des Schwingungstilgers moto risch veränderbar ist, wie dies vor allem bei modernen Hubschraubern, die mit einer variablen Rotordrehzahl betrieben werden, erwünscht ist. Zwar ist aus der DE 31 34 533 A1 eine Verstelleinrichtung bekannt, bei der die wirksame Hebellänge nach dem gleichen Prinzip verändert wird, die Änderung dieses Prinzips auf eine Merkmalskombination nach Anspruch 1 soll hier aber als besonders vorteilhaft her ausgestellt sein.A further, particularly preferred embodiment of the invention is that the effective lever length between the pendulum mass and the articulation of the over setting lever and thus the anti-resonance frequency of the vibration damper moto is changeable, especially with modern helicopters that use a variable rotor speed are operated, is desired. Although is from the DE 31 34 533 A1 discloses an adjusting device in which the effective lever length is changed according to the same principle, changing this principle to one Combination of features according to claim 1 is said to be particularly advantageous here be issued.

Schließlich bestehen die beanspruchten Gelenkverbindungen im Hinblick auf eine verschleißarme Ausbildung vorzugsweise aus dämpfungsarmen Elastormerlagern. Finally, the articulated connections claimed exist with regard to Low-wear training, preferably from low-damping elastomer bearings.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbin dung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:The invention is now based on an embodiment in Verbin dung explained in more detail with the drawings. It show in a highly schematic Presentation:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines mechanischen Schwingungstilgers; und Figure 1 is a partially sectioned side view of a mechanical vibration damper. and

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1. Fig. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1.

Der in den Figur gezeigte Schwingungstilger ist zwischen einem dynamisch erregten Bauteil 2 und einer Tragstruktur 4, z. B. dem Rotor-Getriebesystem und der Zellstruktur eines Hubschraubers, angeordnet und dient dazu, die statischen Lastanteile L1, also die während des Flugs vom Rotorsystem er zeugten Auftriebskräfte, an die Zellstruktur 4 zu übertragen, die dyna mischen Lastanteile L2 hingegen von der Zellstruktur 4 fernzuhalten. Zu diesem Zweck enthält der Schwingungstilger ein insgesamt mit 6 bezeichne tes Hebel-/Pendelsystem sowie eine lastübertragend zwischen Rotorgetriebe 2 und Zellstruktur 4 angeordnete Feder in Form eines Federbalgs 8, der an seinem getriebeseitigen Ende 10 an der Zellstruktur 4 befestigt und an seinem gegenüberliegenden Ende 12 über eine Zugstrebe 14 an das Rotor getriebe 2 angeschlossen ist, so daß er während des Flugs unter der Wirkung der dann vom Rotor-Getriebesystem 2 an die Zellstruktur 4 übertragenen Auftriebskräfte ständig druckbelastet ist.The vibration absorber shown in the figure is between a dynamically excited component 2 and a support structure 4 , for. B. the rotor gear system and the cell structure of a helicopter, arranged and serves to transfer the static load components L1, i.e. the buoyancy forces generated during the flight by the rotor system, to the cell structure 4 , the dynamic load components L2, on the other hand, from the cell structure 4 keep away. For this purpose, the vibration damper contains a lever / pendulum system, designated overall by 6 , and a spring in the form of a bellows 8 , which is arranged between the rotor gear 2 and the cell structure 4 and which is attached to the cell structure 4 at its end 10 on the transmission side and at its opposite end 12 is connected via a tension strut 14 to the rotor gear 2 , so that it is constantly under pressure during the flight under the effect of the then transmitted from the rotor gear system 2 to the cell structure 4 buoyancy forces.

Das Hebel-/Pendelsystem 6 besteht aus einem den Federbalg 8 diametral übergreifenden Übersetzungshebel 16, der an seinem freien Hebelende mit einer Pendelmasse 18 versehen ist, welche - wie am deutlichsten aus Fig. 2 ersichtlich - den Federbalg 8 mit radialem Abstand kreisbogenförmig um greift. An seinem anderen Ende ist der Übersetzungshebel 16 über ein Dreh gelenk in Form eines Elastomerlagers 20 und einen Zwischenlenker 22 in Richtung der statischen und dynamischen Lastanteile L1, L2 mit der Zell struktur 4 und über ein weiteres Elastomerlager 24 mit dem Rotorgetriebe 2 schwenkbeweglich verbunden. Um den Abstand der Gelenkverbindungen 20, 24 im Hinblick auf ein großes Übersetzungsverhältnis des Hebels 16 kleinzuhalten, befindet sich das Elastomerlager 24 an einem an der Zugstrebe 14 befestigten, seitlich bis über den Rand des Federbalgs 8 auskragenden Tragarm in Form eines Vierkant-Hohlrohres 26, dessen Innen querschnitt ausreichend groß für die Pendelbewegungen des Übersetzungs hebels 16 bemessen ist.The lever / pendulum system 6 consists of a bellows 8 diametrically overlapping translation lever 16 , which is provided at its free lever end with a pendulum mass 18 , which - as can be seen most clearly from FIG. 2 - engages the bellows 8 in a circular arc at a radial distance. At its other end, the transmission lever 16 is pivotally connected via a rotary joint in the form of an elastomer bearing 20 and an intermediate link 22 in the direction of the static and dynamic load components L1, L2 with the cell structure 4 and via a further elastomer bearing 24 with the rotor gear 2 . In order to keep the distance between the articulated connections 20 , 24 small in view of a large transmission ratio of the lever 16 , the elastomer bearing 24 is located on a support arm in the form of a square hollow tube 26 , which is attached to the tension strut 14 and projects laterally beyond the edge of the bellows 8 . whose inner cross section is sufficiently large for the pendulum movements of the translation lever 16 .

Die Eigenfrequenz des durch das Hebel-/Pendelsystem 6 und den Federbalg 8 gebildeten Feder-Massesystems ist so abgestimmt, daß die dabei erzeug ten Pendelkräfte gleich groß wie, aber entgegengesetzt zu den Erreger kräften L2 gerichtet sind (Antiresonanzfall). Hierfür muß der Federbalg 8 eine geringe Federsteifigkeit, zugleich aber aus Lebensdauergründen eine hohe Schwingungsfestigkeit und im Hinblick auf einen niedrigen Platzbedarf ein kleines Einbauvolumen besitzen. Dies wird dadurch er reicht, daß der Federbalg 8 eine möglichst große Faltentiefe, d. h. ein großes Außen- zu Innendurchmesserverhältnis aufweist und wegen der hinsichtlich Elastizitätsmodul und Schwingungsfestigkeit günstigen Werkstoffeigenschaften aus Titan in der Weise hergestellt ist, daß er aus ringförmigen Titanronden 28 zusammengesetzt ist, die jeweils einzeln mit großer radialer Breite maschinell vorgefertigt und an ihren Innen- und Außenrändern (bei 30) elektronenstrahlverschweißt werden. Zur Verringerung des Baugewichts können die Titanronden 28 mit einer dem Biegespannungsverlauf entsprechend ungleichförmigen Wandstär ke hergestellt werden.The natural frequency of the spring-mass system formed by the lever / pendulum system 6 and the bellows 8 is adjusted so that the pendulum forces generated are the same size as, but opposite to the excitation forces L2 are directed (anti-resonance case). For this purpose, the bellows 8 must have a low spring stiffness, but at the same time have a high vibration resistance for reasons of service life and, in view of a small space requirement, a small installation volume. This is achieved by the fact that the bellows 8 has the greatest possible depth of folds, that is to say a large external to internal diameter ratio, and because of the material properties which are favorable in terms of elastic modulus and vibration resistance, it is made of titanium in such a way that it is composed of annular titanium blanks 28 which individually prefabricated with a large radial width and electron beam welded at their inner and outer edges (at 30 ). To reduce the structural weight, the titanium blanks 28 can be produced with a non-uniform wall thickness corresponding to the bending stress curve.

Für Anwendungsfälle mit variabler Erregerfrequenz, also etwa für Ro torsysteme, die mit veränderlicher Rotordrehzahl betrieben werden, be steht die Möglichkeit, die Antiresonanzfrequenz des Schwingungstilgers der Erregerfrequenz nachzusteuern. Zu diesem Zweck ist am freien He belarm des Übersetzungshebels 16 eine Zusatzmasse 32 angeordnet, die mit Hilfe eines entsprechend der Erregerfrequenz gesteuerten Stell motors 34 in Hebel-Längsrichtung verschieblich ist, so daß die wirksa me Hebellänge zwischen der Gelenkverbindung 24 und dem Schwer punkt der aus Pendelmasse 18 und Zusatzmasse 32 bestehenden Ge samtmasse und dadurch die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers während des Betriebs in bestimmten Grenzen kontinuierlich veränder bar ist.For applications with a variable excitation frequency, for example for rotor systems that are operated with variable rotor speed, there is the option of adjusting the anti-resonance frequency of the vibration damper to the excitation frequency. For this purpose, on the free He belarm of the translation lever 16, an additional mass 32 is arranged, which is displaceable in the longitudinal direction of the lever 34 with the aid of an actuating frequency controlled according to the excitation frequency, so that the effective length of the lever between the articulated connection 24 and the center of gravity of the Pendulum mass 18 and additional mass 32 existing total mass and thereby the natural frequency of the vibration damper can be changed continuously during operation within certain limits.

Claims

1. Mechanical vibration damper, consisting of a spring mass system arranged between a dynamically excited component and a support structure with a load-transferring spring component ( 8 ) acting between the component and the support structure, and on the one hand with the component and on the other hand with the support structure in the direction of component excitation kig connected transmission lever ( 16 ), which has the spring arrangement overlapping on one side of the spring arrangement, the articulated connection ( 20 , 24 ) and on the opposite side the pendulum mass ( 18 ), characterized in that the spring arrangement is a bellows made of titanium, the has a low internal to external diameter ratio.

2. Vibration damper according to claim 1, characterized in that the Fe derbalg ( 8 ) is made of electron-beam welded metal blanks ( 28 ).

3. Vibration damper according to claim 1 or claim 2, characterized in that the pendulum mass ( 18 ) is designed as an open on one side, the bellows ( 8 ) on the outer surface with a radial distance in the longitudinal and circumferential direction partially encompassing ring body.

4. Vibration damper according to one of the preceding claims, for reducing the transmission of vibrations from the rotor system to the cell structure of a helicopter, characterized in that the bellows ( 8 ) with its rotor-side end ( 10 ) to the cell structure ( 4 ) and with its opposite end ( 12 ) is connected to the rotor system ( 2 ).

5. Vibration damper according to one of the preceding claims, characterized in that the effective lever length between the pendulum mass ( 18 ) and the articulated connection ( 24 ) of the transmission lever ( 16 ) can be changed by a motor via a displaceable additional mass ( 32 ).

6. Vibration damper according to one of the preceding claims, characterized in that the articulated connections ( 20 , 24 ) consist of low-damping elastomer bearings.