DE2615692A1

DE2615692A1 - Bifilarer schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE2615692A1
Application number: DE19762615692
Authority: DE
Inventors: Larry Bruce Eastman; Irwin Jeffrey Kenigsberg
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1976-11-11
Also published as: US3988073A; IT1059707B; JPS51126699A; FR2306876B1; CA1037451A; FR2306876A1; USB567158I5; GB1537683A; IL49335A0

Description

patentanwälte Menges & Prahl

Erhardtstrasse 12, U-8000 München 5

Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr. 12, D-8000 München 5 Dipl.-Ing. Rolf Menges

Dipl.-Chem.Dr. Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

IhrZeichen/Yourref.

Unser Zeichen/Our ref. U 311

Datum/Date 8. April 197

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut,
V.St.A.

Bifilarer Schwingungsdämpfer

Die Erfindung bezieht sich auf einen bifilaren Schwingungsdämpfer welcher an einem Hubschrauberrotor zur Rotation mit demselben in einer zur Drehachse des Rotors senkrechten Ebene angeordnet ist zur Dämpfung von Schwingungen in der Rotorebene. · ^

In der US Patentschrift 3 540 809 ist ein Hubschrauber beschrieben, der mit bifilaren Schwingungsdämpfer versehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung dieser bekannten Schwingungsdämpfer.

In der US Patentschrift 3 540 809 hat der bifilare Dämpfer einen Pendel oder ein Gegengewicht, das an dem Dämpfertragteil am Rotorkopf durch Abstimmstifte befestigt ist, welche durch vergrösserte Bohrungen in dem Tragteil und dem Pendel verlaufen. Diese Abstimmstifte gestatten eine rollende Pendelbewegung zur Schwingungsdämpfung zwischen dem Pendel und dem Tragteil.

In einem bifilaren Dämpfer können durch die Reibung zwischen dem Pendel und dem Tragglied die Dämpfungseigenschaften vollständig verloren gehen und zum Vermeiden einer Berührung zwischen den Seiten des Pendels und den benachbarten Seiten seines Traggliedes war es bei der genannten US Patentschrift erforderlich Abstands-

I scheiben mit schrägen Seitenflächen zwischen diesen benachbarten i Flächen zu verwenden. Mit Hilfe dieser Abstandsscheiben konnte j die unerwünschte Reibung während dem normalen Betrieb des j Dämpfers etwas vermindert werden. Die vorliegende Erfindung ', betrifft eine Verbesserung des Abstimmstiftes und gewährleistet i eine Zentrierung des Dämpferpendels in bezug auf das Tragglied ; unter der Wirkung der Zentrifugalkraft und dabei wird jede ι Berührung zwischen den beweglichen Dämpferbauteilen vermieden, ' ohne dass besondere Abstandsscheiben erforderlich wären.

i Die Aufgabe der Erfindung liegt darin einen bifilaren Dämpfer S zu schaffen wobei der Dämpferpendel während der Rotation des , Dämpfers in bezug auf das zugeordnete Tragglied zentriert bleibt,

ohne dass dabei die Pendelbewegung durch-Reibberührung zwischen • den relativ zueinander beweglichen Dämpferbauteilen abgedämpft I wird.

' Die Erfindung schafft einen bifilaren Dämpfer zur Verwendung an !

■ Hubschrauberrotorköpfen wobei alle Kräfte, die am Dämpfer !

ΐ senkrecht zu den Zentrifugalkräften angreifen, z.B. Kräfte in- J

I folge des Gewichtes, der Fluglagensteuerung, der gyroskopisehen j

. Momente oder der vertikalen Schwingungen durch Schlagbewegungen J

! der bifilaren Masse in vertikaler Ebene übertragen werden. i

I i

i ;

1 !

¹ Entsprechend der US Patentschrift 3 540 809 sind grosse Führungs-, bohrungen in dem Pendel und in seinem Tragglied vorgesehen und

; j

Abstimmstifte ragen durch diese Bohrungen. In den Bohrungen sind : dabei Manschetten angeordnet, in welchen rohrförmige, zylindrische \ Abstimmbuchsen des Abstimmstiftes bei Pendelbewegungen des Dämpfer- : gegengewichtes abrollen. Bei dieser bekannten Ausführung haben ' ^; die Abstimmbuchsen das Bestreben an den Manschetten entlang zu ' '■ laufen falls sich während dem Betrieb der bifilare Pendel in bezug' auf das Tragglied bewegt. Die dabei entstehende Reibung zwischen i

[ den kegelförmigen Abstandsscheiben und den Manschetten dämpft [ j i

i die Bewegung des Pendels und verursacht eine Gleitbewegung der _; i Abstimmbuchsen anstatt der erwünschten Rollbewegung in den Man- : schetten der Führungsböhrungen. Dies hat einen unerwünschten Reii bungswiderstand in dem Dämpfer zur Folge. Entsprechend der vor-

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liegenden Erfindung sind verbesserte Abstimmbuchsen für einen j bifilaren Dämpfer vorgesehen wobei diese Buchsen sphärische Flä- I chen aufweisen, welche mit Manschetten zusammenwirken, die Führungs-I nuten mit entsprechenden bogenförmigen Flächen aufweisen. Unter
; der Wirkung der Zentrifugalkraft wird der Dämpferpendel in bezug
auf das Tragglied zentriert und in Abstand von demselben gehalten.

Die Erfindung schafft dementsprechend einen bifilaren Dämpfer, bei! welchem der Pendel in bezug auf sein Tragglied zentriert bleibt
und zwar unter der Wirkung der Zentrifugalkraft, durch Verwenden ' von Abstimmstiften mit sphärischen Abstimmbuchsen, die mit zu- \

geordneten Umfangsnuten in den Manschetten zusammenwirken, welche j im Querschnitt bogenförmig sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden ausführlicher beschrieben, es zei- j gen:

!Figur 1 eine teilweise Draufsicht eines Hubschrauberrotprs, der I I mit den verbesserten bifilaren Dämpfer entsprechend der Erfindung :

versehen ist. " I

J Figur 2 eine vergrösserte Ansicht, teilweise in Schnitt, des
Rotorkopfes nach Figur 1 mit dem verbesserten Dämpfer.

;Figur 3 eine vergrösserte Darstellung des Dämpfers nach Figur 2. ^:

! I

I Figur 4 eine ähnliche Ansicht wie Figur 3 eines Dampfers, der ! für eine höhere Schwingung pro Umdrehung des Rotors abgestimmt
ist.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Hubschrauberrotor dargestellt,
der eine Antriebswelle 10 aufweist, welche um eine Achse 11 drehbar ist. Die Welle 10 hat einen ringförmigen, konischen Sitz 12
für einen Rotorkopf 14. Die Welle 10 hat ausserdem einen oberen
iGewindeansatz 16, auf welchen eine Mutter 18 aufgeschraubt ist.
I Schrauben 20 sind in die Mutter 18 eingeschraubt und stützen sich
! an ihrem unteren Ende unter der Mutter an einer ringförmigen

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I Druckscheibe 22 ab, die auf der Oberfläche des Rotorkopfes 14 liegt. Beim Festziehen dieser Schrauben 20 wird der Rotorkopf 14 nach unten gegen den schrägen Sitz 12 gepresst und an der

i Antriebswelle 10 festgelegt. Eine Verkeilung 24 am Rotorkopf 14 und an der Welle 10 vervollständigt die Antriebsbindung zwischen

I der Welle 10 und dem Rotorkopf 14.

i Mehrere bifilare Dämpfer 26 sind vorzugsweise zwischen den Stellen' : 28 der Rotorblätter vorgesehen, siehe Figur 1. Der Rotorkopf hat ! ieine Nabe 30 (Figur 2) mit einem radialen Gehäuse 32 (Figur 1) :

an jeder Stelle 28 eines Rotorblattes. Jedes radiale Gehäuse 32 I trägt eine Blattspindel 34.

! Wie in Figur 1 dargestellt ist sind die Gewichte über den Rotor-

;blättern an einem Tragkreuz 36 befestigt, das auf einem Abstands- \ ring 38 (Figur 2) auf dem Rotorkopf 14 befestigt ist. Das Trag-I kreuz ist mittels Schrauben 40 festgehalten, welche durch dasselbe

^!und den Ring 38 verlaufen und in die Nabe 30 eingeschraubt sind. ■ Das Kreuz 36 hat für ^den Dämpfer 26 eine radial verlaufende, Iplattenförmige Verlängerung 42, die im wesentlichen in einer I horizontalen Ebene 44 liegt, in welcher die Gewichte beweglich sind. Die Verlängerungen sind die Tragglieder für die verschiedenen Gewichte.

;Wie in Figur 3 dargestellt ist besteht jeder Dämpfer aus einem schweren Gewicht 46, mit U-förmigem Querschnitt. Jedes Gewicht _that zwei parallele, plattenförmige Arme 48 von wesentlicher ^!Länge, wobei auf jeder Seite des Dämpfertraggliedes 42 jeweils ieine Platte 48 liegt. Die Masse 46 ist das pendelnde Gegengewicht ; des Dämpfers. Jeder Arm 48 hat zwei Führungslöcher 50 von grossem j Durchmesser, welche Seite an Seite liegen (Figur 1) und jede :Bohrung hat eine Manschette 52, die durch einen Flansch 54 an j ihrem einen Ende und durch einen Schnappring 56 an ihrem anderen Ende festgehalten ist.

• Das Dämpfertragglied 42 ragt zwischen die Arme 48 und es ist ^:ebenfalls mit zwei Führungsbohrungen 58 mit grossem Durchmesser ' versehen und Manschetten 60 sind auch in diese Bohrung eingesetzt.

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Der Dämpfer wird mittels zwei Abstimmstiften 62 und 63 (Figur 1)
festgehalten, die durch die miteinander fluchtenden Manschetten : 52 in den Armen 48 der Masse 46 und die Manschetten 60 des j Traggliedes 42 verlaufen. Die Abstimmstifte sind identisch und J deshalb wird im folgenden nur der Abstimmstift 62 beschrieben, ' welcher in Figur 3 dargestellt ist. Der Abstimmstift 62 besteht
aus einem Bolzen 63a mit einem Kopf 64 und einer Kiemmutter 66,
zwischen welchen sich drei Abstimmbuchsen 68, 70 und 72, Abstandshülsen 74 und 76 und zwei Scheiben 79 mit grossem Durchmesser befinden, j

Entsprechend der Erfindung sind die Abstimmbuchsen 68, 70 und 72
sphärisch ausgebildet und haben diametral verlaufende Bohrungen ; damit sie auf den Bolzen 63a aufgepresst werden können und ; dort durch die Abstandshülsen 74 und 76 axial festgehalten werden. Entsprechend dem Durchmesser der Kugelform können die Abstimm-

büchsen mehr oder weniger abgestumpft sein, wie in Figur 3 dargestellt ist. In dieser Beschreibung werden die mehr oder weniger
stark abgestumpften Abstimmbuchsen als sphärische Abstimmbuchsen

; oder als Abstimmbuchsen mit sphärischen Flächen bezeichnet. Die

grossen Scheiben 79, welche in der Nähe der Arme 48 und ausserhalb

ι derselben angeordnet sind vermeiden ein Herausfallen der Abstimm-

stifte falls der Rotor still steht und der Dämpfer nicht durch

j Zentrifugalkraft belastet ist. ■

Die sphärischen Flächen der Abstimmbuchsen wirken mit entsprechend geformten, bogenförmigen Führungsnuten 80, 82 und 83 zusammen,
die in den Manschetten 52 der Arme 48 und in der Manschette 60
des Dämpfertraggliedes 42 ausgebildet sind. Die Länge der Hülsen , 74, welche die Buchsen 68, 70 und 72 in Abstand halten und die
Länge der Hülsen 76, welche die Buchsen 68 und 72 von den Scheiben 79 in Abstand halten sind derart gewählt, dass die sphärischen Flächen der Abstimmbuchsen an die Stellen der bogenförmigen Nuten in den Manschetten zu liegen kommen. Dementsprechend bleiben die j Arme 48 und ihre Manschetten 52 in Abstand von den Manschetten 60 j des Traggliedes 42 und auch in Abstand von den Scheiben 79. Dies j j verhindert eine Reibungsberührung zwischen diesen in bezug auf- ! ! einander beweglichen Dämpferbauteilen.

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2 ο 1o b y 2 j

Die Abstimmung des Dämpfers erfolgt durch Veränderung des Durchmessers der sphärischen Abstimmbuchsen und natürlich der züge- j ordneten, bogenförmigen Führungsnuten in den Manschetten. In ■

Figur 3 ist ein Dämpfer dargestellt, der auf drei Schwingungen j je Umdrehung des Rotors abgestimmt ist. ⁱ

Der Dämpfer nach Figur 4 ist auf 5 Schwingungen je Umdrehung ' des Rotors abgestimmt. Bei der Aus führungs form der Figur 4 haben

ι die Abstimmkugeln 68a, 70a und 72a einen grösseren Durchmesser

und durch Abschneiden dieser Kugeln an der richtigen Stelle können die Abstandshülsen 74, 76 nach Figur 3 entfallen. Die bogenförmigen Nuten in den Manschetten 80a, 82a und 83a sind den sphärischen Flächen der grösseren Abstimmbuchsen 68a, 70a und 72a angepasst.
Auch bei dieser Ausführungsform werden die relativ aufeinander
beweglichen Dampferbauteile in Abstand voneinander gehalten, so
dass kein Reibungswiderstand des Dämpf er pendeis auftritt und die
Abstimmstifte frei abrollen können. Ein Puffer 85 wird bei beiden Ausführungsformen verwendet, um Beschädigungen des Dämpfers durch
Berührungen mit dem Arm 42 zu vermeiden. . ^ ■

Im Betrieb wird das Pendelgewicht 46 in Folge der Rotation des
Rotors in die Stellung nach Figur 3 bewegt, worin die Abstimmbuchsen 68, 72 an den inneren Führungsflächen 80 und 83 der Manschetten 52 der Arme 48 liegen und die Buchse 70 liegt an dem
äusseren Teil der Führungsfläche 82 der Manschette 60 des
Tragarmes 42. Es sind für jedes Dämpfergewicht zwei Abstimmstifte
vorgesehen wie in Figur 1 dargestellt ist. Während der Rotation
werden durch die an den Gewichten 46 angreifenden Zentrifugalkräfte die Abstimmbuchsen fest gegen die bogenförmigen Fürungsnuten gedrückt und dadurch werden die Pendel genau in Abstand von ' den Dämpfertragglieder 42 eingestellt, so dass keine unerwünschte
Reibungsdämpfung zwischen den benachbarten Flächen der relativ '

aufeinander beweglichen Dämpferbauteile auftreten kann. j

■ In Figur 3 ist der Dämpfer 26 in seiner üblichen Betriebsstellung ' ; dargestellt, d.h., bei Rotation des Rotors um die Achse 11 der j ; Rotorantriebswelle 10. In dieser Stellung ist der Bauteil 46 j in der Ebene 44 nach aussen gepresst und der Pendel, ist an dem ^!

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-- — ⁷ - 26 1 bυy2 ;

Tragglied 42 durch die zwei Abstimmstifte 62, 63 gehaltert, so j dass eine Pendelbewegung zur Schwingungsdämpfung zwischen dem ; iGewicht 46 und seines Traggliedes 42 durch Abrollen der Abstimmj büchsen 68, 70 und 72 in den Führungsnuten 80, 82 und 83 erfolgen

:kann. Die Abstimmbuchsen 68, 70 und 72 sind durch die Mutter 66 und die Abstandstücke 74, 76 festgeklemmt, so dass sie nicht auf dem Bolzen 63a drehen können. Der Abstimmstift kann dementsprechend, als Ganzes auf den Manschetten abrollen, ohne Reibungsberührung mit anderen Dämpferbauteilen.

Die mit bogenförmigen Nuten versehenen Manschetten und die sphäri-

sehen Abstimmbuchsen gestatten eine Zentrierung des Dämpfertraggliedes in bezug auf die Arme 48 des Dämpferpendeis, so dass dieser nicht mit dem Tragglied in Berührung kommen kann. Der ; !erfindungsgemässe Dämpfer hat bei Verwendung an einem Hubschrauberjrotor noch einen weiteren Vorteil, der im folgenden beschrieben wird. Bei der bekannten Ausführung nach der US Patentschrift \ 3 540 809 erlauben die rohrförmigen, zylindrischen Abstimmbuchsen ■ j keine Auf- und Abbewegung, d.h. eine Bewegung der bifilaren. Masse . in vertikalen Ebenen senkrecht zur horizontalen Ebene 44, in ' welcher der Dämpfer umläuft. Bei der erfindungsgemässen Ausführung !bewirken Kräfte, welche senkrecht zu dieser Ebene gerichtet sind, iz.B. Kräfte in Folge des Gewichtes, der Fluglagensteuerung, der ! ι gyroskopischen Momente oder der vertikalen Schwingungen, eine Auf-■ und Abbewegung der bifilaren Masse um die Achsen der Manschetten I70, die in Folge ihrer sphärischen Form eine solche Auf-und Ab- : !bewegung gestatten . j

j i

!Durch die erfindungsgemässe Verwendung von sphärischen Abstimm- ^;

! i

büchsen, welche mit gekrümmten Führungsnuten der Manschetten zusammenwirken wird ein unerwünschtes Gleiten der Rollstifte in

!den Manschetten vermieden, wie dies in den bekannten Ausführungen j

zwischen den relativ aufeinander beweglichen Dämpferbauteilen der |

Fall war. Desweiteren erlaubt die Verwendung von sphärischen Ab- '

stimmbuchsen und der zugeordneten Nuten in den Manschetten eine '

ι Auf- und Abbewegung des Dämpferpendels. i

i . I

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Claims

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' PATENTANSPRÜCHE:

ί —^—————————————

! 1.,' Bifilarer Schwingungsdämpfer für einen Hubschrauberrotor ' mit einem Pendel und einem Dämpfertraggewicht, welches am Rotor ■ befestigt ist, wobei- der Pendel und das Tragglied Serien von ^: ¹ einander zugeordneten Führungsöffungen mit grossem Durchmesser j haben wobei ein Abstimmstift durch jede Serie der Führungsöff-I mangen verläuft,dadurch gekennzeichnet, dass Manschetten (52, . 60) mit inneren in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten ( 80, 82

83; 80a, 82a, 83a) mit bogenförmigen Querschnitt in die Führungs- '■· öffnungen (50, 58) eingesetzt sind und dass jeder Abstimmstift ;

(68, 70, 72) 68a, 70a, 72a) mehrere sphärische Abstimmbuchsen trägt j die mit den Nuten zusammenwirken. j
2. Bifilarer Schwingungsdämpfer· nach Anspruch 1, dadurch

i gekennzeichnet, dass der Pendel (46) zwei plattenförmige, in ι j

Abstand voneinander angeordnete Arme (48) aufweist und das j

: Tragglied eine plattenförmige Verlängerung (42) hat, welche

^[ zwischen die Arme ragt, dass die Führungsöffnungen (50, 58) in ^: den Armen und in der Verlängerung ausgebildet sind, und dass jeder Abstimmstift (62, 63) drei Abstimmbuchsen (68, 70, 72,. 68a,

ί 70a, 72a) trägt, welche mit den Nuten (80, 82, 83; 80a,'82a, 83a)

! zusammenwirken. j
3. Bifilarer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abstimmstift (62, 63) an jedem Ende mit einer Scheibe (79) versehen ist, die grosser ist als die Führungsöffnungen (50) in den Armen (48), und dass die Scheiben auf den Aussenseiten der Arme des Pendels (46) angeordnet sind.
4. Bifilarer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sphärischen Abstimmbuchsen (68, 70, 72Ϊ 68a, 70a, 72a) in Abstand voneinander an den Abstimmstiften ;

, (62, 63) angeordnet sind.

^;
5. Bifilarer Schwindungsdämpfer nach An'spruch 4, dadurch

^! gekennzeichnet, dass Abstandsstücke (74) auf den Abstimmstiften

"' (62, 63) zwischen den sphärischen Abstimmbuchsen (68, 70, 72)

¹ angeordnet sind.

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j
6. Bifilarer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch j gekennzeichnet, dass die sphärischen Abstimmbuchsen (68a, 70a, 72a) aneinanderliegend auf den Stiften (62, 63) angeordnet sind.
7. Bifilarer Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die sphärischen Abstimmbuchsen (68, 70, 72J 68a, 70a, 72a) abgestumpft sind.

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