DE2350965A1

DE2350965A1 - Bifilare schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE2350965A1
Application number: DE19732350965
Authority: DE
Inventors: James Edwin Saunders; Alan Henry Vincent
Original assignee: Westland Aircraft Ltd
Current assignee: Westland Group PLC
Priority date: 1972-10-19
Filing date: 1973-10-11
Publication date: 1974-05-09
Also published as: GB1443148A; FR2203951B1; US3874818A; FR2203951A1

Description

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Westland Aircraft Idmited, Xeovil, Somerset, England

Bifilare Schwingungsdämpfer

Die Erfindung bezieht sich auf bifilare Schwingungsdämpfer, und insbesondere auf solche Schwingungsdämpfer, die zur Aufhebung von Schwingungen in einem Hub schrauberrot or syst em geeignet sind«

Unter einem bifilaren Schwingungsdämpfer wird ein Schwingungsdämpfer verstanden, der eine Masse besitzt, die über zwei Bolzen mit einer Halterung so verbunden ist, daß während des Betriebes die fiasse sich gegenüber der Halterung pendelförmig bewegt. Wenn die Pendeleigenfrequenz gleich einer von außen aufgegebenen Erregungsfrequenz ist, übt das Pendel eine Kraft auf die Halterung aus, die gleich und entgegengesetzt gerichtet der Kraft ist, die durch die äußere Erregung aufgegeben wird, so daß die Dämpfung entweder vermindert oder aufgehoben wird.

Einer der Seile, üblicherweise die fiasse in vorhandenen Konstruktionen, besitzt ü-förmigen Querschnitt und ist so ausgelegt, daß er den anderen i'eil, z.B. die Halterung, zwiscnen parallelen

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Seitenteilen aufnimmt« Die pendelförmigen .Bewegungen der Masse werden durch. Abrollen, der beiden Bolzen längs der Oberflachen von kreisförmigen Öffnungen in beiden. Armen der U-förmigen Masse und in der Halterung ermöglicht. Zwei große Beilagen sind auf .jedem Bolzen "befestigt und zwischen den inneren Flächen der Öeitenteile der U-förraigen Masse und der "benachbarten flächen der Halterung angeordnet, uh die Bolzen in ihren Betriebssteilungen zu halten.

die Verwendung in einem Hubschrauberrotorsystem sind wenigstens drei bifilare Schwingungsdämpfer symmetrisch um die Rotationsachse des Hauptrot or syst ems an den Enden der Halterungen in Form von Armen angeordnet, die radial von einer Eotornabe ausgehen. Die Schwingungsdämpfer rotieren mit dem Rotorsystem in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse und können entweder oberhalb, unterhalb oder in der Rotationsebene der Hauptrotorblätter angeordnet sein. Die Schwingungsdämpfer können so ausgelegt und abgestimmt sein, daß sie entweder in der Ebene wirkende oder Rotormoment- und Abscherkräfte aufheben, die auf den Rotorkopf bei einer bestimmten Frequenz einwirken.

Gemäß der Erfindung wird ein bifilarer Schwingungsdämpfer vorgeschlagen, der eine Masse besitzt, die über zwei Bolzen mit einer Halterung so verbunden ist, daß die Masse in der Lage ist, Pendelbewegungen relativ zu der Halterung auszufünren, wobei entweder die Masse oder die Halterung U-förmigen Querschnitt aufweisen und so ausgelegt sind, daß sie den anderen Teil zwischen ihren parallelen Seitenteilen aufnehmen, und wobei die Bolzen so in gegenüberliegenden gekrümmten Bahnen in der Masse und der Halterung angeordnet und gehalten sind, daß pendeiförmige Bewegungen der Masse relativ zu der Halterung dadurch ermöglicht werden, daß die Bolzen über die Länge der gekrümmten Bahnen abrollen.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Die Figuren zeigen:

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Figur 1 im Schnitt eine Seitenansicht einer bekannten Aus form einer bifilaren Dämpfungsvorrichtung,

Figur 2 eine Aufsicht auf eine bifilare Dämpfungsvorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung und

Figur 3 eine Schnittansicht längs der Linie A-A der Figur 2.

Ein "bekannter bifilarer Schwingungsdämpfer ist in Figur 1 geseigfe er besitzt eine Masse in Form eines U-förmigen Gewichtes 11_s das über zwei Bolzen 12 am einen Ende eines Haltearmes 13 verbunden ist. In der Zeichnung ist nur einer der Bolzen 12 gezeigt, an ge Bolzenstelle ist die Anordnung der Teile jedoch identisch.

Die Bolzen 12 sind in kreisförmigen Öffnungen 14 in beiden parallelen. Seitenteilen des Gewichtes 11 und in der Halterung angeordnet, damit eine pedelförmige Bewegung des Gewichtes 11 relativ zur Halterung 13 durch Abrollen der Bolzen 12 über den Oberflächen der Öffnungen 14 möglich ist„ Die Bolzen 12 werden durch zylindrische Beilagen 15 gehalten, die zwischen den Oberflächen der parallelen Seitenteile des Gewichtes 11 und den Oberflächen der Halterung 13 angeordnet sind, wobei die Beilagen 15 durch ringförmige Abstandsbauteile 16, welche durch Seiiraubezi.-muttera 17 gehalten sind, festgelegt sind»

In bezug auf die typische, bekannte bifilare Dämpfervorrichtuag nach Figur 1 ergibt sich, daß der Außendurchmesser der Beilagen. 15 stets größer als der Durchmesser der Öffnungen 14 sein moß₃ um die Bolzen 12 in ihrer einwandfreien Betriebsstellung festgehalten. Dies ergibt, daß. die Beilagen ein verhältnismäßig groSes !Trägheitsmoment haben, was für die Betriebsleistung bekannter bifilarer Dämpfer nachteilig ist, wie weiter unten noch ausgefüllt wird.

Der verbesserte bifilare Schwingungsdämpfer nach dea Figuren. 2

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5 weist ebenfalls eine Masse in Form eines U-fömigen Gewichtes 11 auf, das über zwei Bolzen 12 am einen Ende eines Haltearmes 13 verbunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung aind die

en Bolzen in entgegengesetzte^ gekrümmten Bahn/18 und 19 angeordnet, die entsprechend in beiden Seitenteilen des Gewichtes 11 und in der Halterung 13 vorgesehen sind,mn die erforderliche Pendelbewegung des Gewichtes 11 gegenüber der Halterung 13 zu ermöglichen. Die Bolzen 12 werden in ähnlicher Weise durch zylindrische Beilagen 15 festgehalten«, die durch ringförmige, die Aforollflachen bildende Abstandsbauteile 16 (Figur 3) festgelegt und durch Schraubenmuttern 1? festgehalten sin&i bei dieser Anordnung jedoch ergibt sich, daß der Außendurehmesser der Beilagen 15 wesentlich geringer- ist als bei "bekannten Anordnungen (Figur 1). Diese Verringerung ist möglich., weil bei der erfindLungsgemäßea Anordnung die Bolzen 12 nur in einem Saum festgehalten werden siissen, der durch die Breite der Bahnen 18 und 19 "bestimmt ist_s im Gegensatz su dem Kaum, der durch den Durchmesser der Öffnungen 14 bei bekannten Anordnungen (!Figur 1) dargestellt ist. Dies bedeutet, daß bei dein erfinäungsgemäßen Vorschlag der Durchmesser der Beilagen 15 Ώ-ur geringfügig größer als die Breite der Bahnen 18 und 19 sein muß, wodurch, das feaglieitsisoiEent der Beilagen 15 wahrend des Abrollens der Bolzen 12 entscheidend verringert werden kann, was eine verbesserte !Leistung ia Betrieb ergibt·

Bei der speziellen Aizeführuiigsform der Erfindung nach den Figuren 2 und 3 verlaufen die gekrümmten Bahnen 18 und 19 über einen Bogen von etwa 180°. immL sind in plattenförmigen Bauteilen HO ausgebildet, die mit den Oberflächen der Seitenteils des-Gewichtes 11 und mit den Oberflächen der Halterung 13 über kreisförmige Öffnungen 14- vernietet sind., welche im Gewicht ii und in der Halterung I3 vorgesehen siacL Die Platten 20 siz.5. s^ntrisch durch ringförmige Abstandebsuteil© 21 gehslt©s_? lie swissSiesi den .Platter. vernietet sind, üiese Eonstralrfeion hat dea Vorteil _s daß sie das Einbringen von ringförmiges Belägen 22 in die Üffaimgen 14 zur-Ausbildung der Abrollflächsa vereinfacht ₅ miß. Isedsutst "beispiels-

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weise, daß eine Abrollfläche aus hochwertigem Stahl in ein/Gewicht 11 und einer Halterung 13 aus einem Material geringerer Qualität vorgesehen werden kann. Um zu gewährleisten, daß die ELng£äraaxge. ringförmigen Abstandsbauteile 16 längs der Oberfläche der Beläge 22 und nicht an den Enden der gekrümmten Bahnen 18 und 19 in den Platten 20 abrollen, ist der äußere Radius der Bahnen 18 und 19 etwas größer ausgebildet als der innere Badius der Beläge, wie in Figur 3 gezeigt.

Diese spezielle Ausgestaltung ist jedoch, nur eine Ausführungsform, und die Erfindung ist hierauf in keiner Weise beschränkt. Beispielsweise können die gekrümmten Bahnen 18 und 19 i& dem Gewicht 11 und der Halterung 13 so bearbeitet sein, daß die Oberflächen der Bahnen die Abrollflächen ergeben, wodurch die Beläge 22, die Abstandshalter 21 und die Platten 20 entfallen.

Im Betrieb ist ein bifilarer Dämpfer so abgestimmt, daß er Abgleichkräfte einer bestimmten frequenz ausschaltet«

Im !"alle bekannter bifilarer Dämpfer nach Figur 1 bewirkt eine Drehung der Bolzen 12 während der Pendelbewegungen des Gewichtes 11 auch eine Drehung der verhältnismäßig großen Beilagen 15* wodurch ein hohes Erägheismoment in den Beilagen 15 erzeugt wird, die eine Verringerung der Betriebsfrequenz ergibt, was zu einer Verstimmung des Dämpfers führt. Eine solche Verstimmung hat einen nachteiligen Effekt auf die Betriebseigenschaften und kann eine solche Größe erreichen, daß vorhandene Konstruktionen unwirksam werden.

Im Falle vorliegender Erfindung wird ein bifilarer Schwingungsdämpfer vorgeschlagen, bei dem der Außendurchmesser und damit das Trägheitsmoment der Beilagen 15 gegenüber bekannten Anordnungen erheblich verringert wird, so daß die Trägheitseffekte der Beilagen 15 ₅ die durch Hollbewegungen der Bolzen I2 verursacht werden, auf ein Minimum herabgesetzt werden, um die Betriebsleistung des

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Dämpfers wesentlich zu erhöhen. Die Verkleinerung des Außendurclmessers der Beilagen 15 wird bei einen bifilaren Dämpfer nach vorliegender Erfindung aufgrund der Ausgestaltung erreicht, in. der die Bolzen 12 gezwungen werden, sich in gekrümmten Bahnen 18 und 19 in dem Gewicht 11 und in der- Halterung 13 au bewegen. Dies bedeutet, daß die Beilagen 15 einsn Durchmesser besitzen," der nur wenig größer ist als die Abrolif-läsnen der ringförmigen Äbstandsbauteile auf de® Bolzen 12, im ü-egensatz zu einem Durchmesser, der größer sein rnuß als der Durchmesser der Öffnungen in vorhandenen Konstruktionen.

Bei einem speziellen Anwendungsfall sind wenigstens drei der bifiiaren Schwingungsdämpfer symmetrisch um die Rotationsachse eines Hubschrauber- Hauptrotorsysteits angeordnet; jeder Dämpfer wird an dem Ende eines Armes aufgenommen, der in radialer Richtung von einer Hauptrotomafoe ausgeht. Bie Dämpfer rotieren in einer Ebene senkrecht sur Rotationsachse oder parallel zur Rotationsebene der Rotoren, und sind so orientiert und abgestimmt, daS sie in der Ebene auftretende Tibrationskräfte, die auf den Rotorkopf wirken, ausschalten, B©i anderen. Anlagen können die Dämpfer um 90° gedreht und so abgestimmt werden., daß sie Rotormoment- und/oder Abscherkräfte ausschalten, die auf das spezielle Hubschrauberrotorsystem einwirken, in welchem sie eingebaut sind.

Vorstellend ist lediglich eine Ausführungsform eines erfindungsgeffiäßen Mfilaren Schwingitsgsäämpfers besciiriefe-en und dargestellt worden! im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind jedoch eine Beine von Abänderungen möglich,- von denen einige vorstehend angesprochen worden sind. Die Teile der Anordnung können vertauscht werden, so daß die Halterung ein ü-för-miges Bauteil und die Hasse ein Gewicht, das zwischen den beiden Armen der Halterung angeordnet ist, sein kann.

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Claims

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Pat ent ansprüch e

Bifilarer Scliwingungs dämpf er mit einer Masse „ die durch zwei Bolzen mit einer Halterung verbunden ist_? sodaß die Masse pen« deliörmige Bewegungen relativ zu der Halterung ausführen lzäwi₉ wobei die Masse oder Halterung einen U-förmigen Querschnitt auf« weist_y und die Masse die Halterung zwischen ihren parallelen. Sei« tenteilen aufnehmen kann oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet;? daß die Bolzen (12) in entgegengesetzten,, gekrümmten Bahnen (18« 19) in der Masse (11) und der Halterung (13) angeordnet sind ^ derart, daß pendelförmige Bewegungen der Masse (11) relativ zur Halterung (13) durch Abrollen der Bolzen (12) über die Länge öer gekrümmten Bahnen (18, 19) ausgeführt werden können_s

2s Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 ₉ dadurch gekennzeichnet _ΰ daß jeder Bolzen (12) durch zwei Beilagen (15) gehalten ist, die auf dem Bolzen (12) starr befestigt sind und von denen jeweils einer zwiseiien jeder der Innenflächen der parallelen Seitenteile äes U«förmigen Teiles und der benachbarten Flächen des anderen 5?ei« les angeordnet ist, wobei die Beilagen (15) einen !Durchmesser aufweisen, der geringfügig größer ist als die Breiteder gekrümmt ten Bahnen (18, 19)«

3ο Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Beilagen (15) .auf den Bolzen (12) über ringförmige Abstandst bauteile (16) starr befestigt sind, die durch eine Mutter (17} festgeklemmt sind, wobei die äußere Fläche der Abstandsbauteile (16) die Abrollflächen der Bolzen (12) bildet_β

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4ο Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnetj daß die gegenüberliegenden, gekrümmten Bahnen £18, 19) in plattenförmigen Bauteilen. (20) ausgebildet sind, die mit den Flächen der Seitenteile des TJ-förmigen Teiles (11 bzw· 13) und mit den Oberflächen des anderen Teiles (13 bzw«, 11) befestigt sind, wobei die Platten (20) über kreisförmige Öffnungen (14) durch die Seitenteile des U—fönsigen Teiles und des anderen Teiles hindurch festgelegt sind«,

5ο Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Belag (22) in jeder der Öffnungen (14) vorgesehen ist β

ο S chwingung s dämpf er nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Radius der gekrümmten Bahnen (18, 19) eine geringfügig größere Abmessung besitzt als der Innenradius der Beläge (22) so daß gewährleistet ist, daß während des Betriebes die Bolzen (12) längs der Oberflächen der Beläge abrollen»

ο Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge (22) aus einem Material bestehen, das verschieden von dem des TJ-förmigen Teiles und des anderen Teiles ist«,

Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 4 bis I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (20) ζ entrisch in bezug auf die kreisförmigen Öffnungen (14) durch Abstandsbauteile (21) aufgennommen sind, die zwischen den Platten (20) und innerhalb der Öffnungen (14) befestigt sindo

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ο Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden gekrümmten Bahnen (18, 19) durch die Seitenteile des U-förmigen Teiles und durch den anderen Teil hindurchgearbeitet sind«

1Oo Schwingunsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Bahnen (18, 19) sich über einen Bogen von etwa 80° erstrecken

ο Anordnung bestehend aus mindestens drei bifilaren Schwingungsdämpfern nach einem der vorausgehenden Ansprüche, die symmetrisch um eine Rotationsachse eines Hubschrauberhauptrotorsystems angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder bifilare Schwingungsdämpfer an dem Ende eines Armes befestigt ist, der in radialer Richtung von einer Rotornabe ausgeht und drehbar um das Rotorsystem in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse drehbar befestigt ist_o

12o Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die bifilaren Schwingungsdämpfer so orientiert und abgestimmt sind, daß sie in der Ebene wirksame Vibrationskräfte, die auf das Rotorsystem einwirken, aufheben*,

13o Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die bifilaren Schwingungsdämpfer so orientiert und abgestimmt sind, daß sie Rotormoment- und / oder Abscherkräfte, die auf das Rotorsystem einwirken, aufheben,,

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