DE2645981C2 - Bifilarer Schwingungsdämpfer - Google Patents

Description

θ = tan-' -£-

W C

bestimmt ist; dabei sind Wdas Gewicht des Pendels (34) und die Zentrifugalkraft Cdas Produkt aus dem Quadrat der Drehzahl und dem Abstand von der Rotordrehachse (12) zum Schwerpunkt des Pendels sowie aus der Masse des Pendels (34).

Die Erfindung bezieht sich auf Hubschrauber, in welchen Schwingungen in der Ebene des Rotors auf den Hubschrauberrumpf übertragen werden und dort unerwünschte Vibrationen in der Pilotenkanzel sowie in dem Passagierabteil hervorrufen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen verbesserten bifilaren Dämpfer, der vom Hubschrauberrotor zur Rotation mit demselben getragen wird.

Aus der US-PS 35 40 809 ist ein Hubschrauber mit bifilaren Dämpfern bekannt. Entsprechend dieser US-Patentschrift haben die bifilaren Schwingungsdämpfer ein Pendel am Ende eines Arms, der sich von der Rotornabe in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors erstreckt. Das Pendel eines jeden Dämpfers ist an seinem Tragarm mittels Stiften angeordnet, die durch größere öffnungen in dem Tragarm und in dem Pendel des Dämpfers ragen. Die Stifte gewährleisten eine rollende Pendelbewegung zur Schwingungsdämpfung zwischen dem Pendel und seinem Tragarm. Bei einem bifilaren Schwingungsdämpfer kann eine zu starke innere Reibung zwischen dem Pendel und seiner Tragvorrichtung die Wirksamkeit des Dämpfers vollständig aufheben, und zur Vermeidung einer Flächenberührung zwischen den Seiten des Pendels und den benachbarten Flächen des Tragarms sind entsprechend der US-PS 35 40 809 abgeschrägte Ringe zwischen diesen benachbarten Flächen vorgesehen, wobei diese Ringe die innere Reibung herabsetzen sollen. Diese Ringe haben sich als nützlich erwiesen, sie können jedoch die Reibung nicht vollständig beseitigen, um einen zufriedenstellenden Komfort für die Besatzung und die Passagiere des Hubschraubers zu erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen verbesserten bifilaren Schwingungsdämpfer zu schaffen, um Schwingungen in der Ebene des Hubschrauberrotors zu unterdrücken, so daß sie nicht auf den Rumpf übertragen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die Dämpfungswirkung der bifilaren Dämpfer wird dabei durch Vermeidung einer Flächenberührung zwischen den relativ zueinander beweglichen Bauteilen des

ίο Dämpfers verbessert Dies wird durch eine berechnete Neigung des radialen Dämpfertragarms nach unten erreicht Der Neigungswinkel ist derart gewählt daß die Resultierende der am Pegel des Dämpfers angreifenden Zentrifugalkraft und des Gewichtes des Pendels senkrecht zu den schrägen Stiften des Dämpfers gerichtet ist.

Auf diese Weise wird die resultierende Kraft vollständig über die Rollstifte des Dämpfers übertragen, und die erwähnte störende innere Reibung ist beseitigt

Be! dieser Bauweise werden die Besatzung des Hubschraubers und die Passagiere durch Vibrationen nicht belästigt und es ist auch keine Einwirkung der Vibrationen auf die Festigkeit der Bauteile des Hubschraubers zu befürchwn.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlicher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 in Draufsicht eine Teildarstellung eines bekannten Hubschrauberrotors mit bifilaren Schwingungsdämpfern,

Fig.2 eine Schnittansicht nach den Linien 2-2 in Fig. 1,

Fig.3 eine Schnittansicht nach den Linien 2-2 in F i g. 1, wobei jedoch der Schwingungsdämpfer in seiner Betriebsstellung gezeigt ist,

F i g. 4 und 5 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Aufbaus und der Wirkungsweise des verbesserten bifilaren Schwingungsdämpfers und

Fig.6 den nach unten abgewinkelten Dämpfertragarm. (Der Neigungswinkel ist sehr gering und deshalb nur in den F i g. 5 und 6 dargestellt.)

F i g. 1 zeigt einen Teil eines Hubschrauberrotors 10, welcher am oberen Ende einer Antriebswelle 11 zur Rotation um die Achse 12 befestigt ist. Der Rotor 10 hat einen inneren Teil bzw. eine Nabe 14 mit mehreren in Radialrichtung verlaufenden Armen oder Platten 16, an welchen Rotorblätter 18 mittels einer Hülsen· und Spindelanordnung 20 befestigt sind.

Die Schwingungsdämpfer 22 sind an der Nabe 14 befestigt und deshalb mit dem Rotor 10 drehbar. Jeder Schwingungsdämpfer 22 hat einen Tragteil 24, der aus einem mittleren Ring 26 besteht, welcher konzentrisch in bezug auf die Achse 12 angeordnet ist, sowie ein bifilares Pendel 34. Arme 28 ragen von dem Ring 26 radial nach außen und sind in Umfangsrichtung um den Ring 26 in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Ansätze 30 ragen von dem Ring 26 des Tragteils 24 nach unten und sind an der Platte 16 mittels Bolzen 32 festgeschraubt. Der Tragteil 24 der Schwingungsdämpfer 22 ist dementsprechend mit der Nabe 14 drehbar.

Das bifilare Pendel 34 entsprechend unserem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich am äußeren Ende eines jedem Arms 28 des Tragteils 24. Der Ring 26 des Tragteils 24, welcher die Schwingungsdämpfer 22 trägt, liegt in einer zur Achse 12 senkrechten Ebene. Die

b5 Arme 28 des Tragteils 24 sind jedoch entsprechend der Erfindung in geringem Maße nach unten aus der Ebene des Ringes 26 abgewinkelt, was weiter unten noch ausführlicher beschrieben ist. Der Neigungswinkel Θ ist

sehr klein und nur in den F i g. 5 und 6 dargestellt

F i g. 2 zeigt einen Schnitt nach einer der beiden Li nien 2-2 in F i g. 1. Die Pendel 34 befinden sich während des Betriebes nicht in der in Fig.2 dargestellten Lage. F i g. 2 dient nur zum Zweck der Beschreibung, da in dieser Figur der Aufbau der Pendel 34 sehr deutlich wird. Der radial nach außen weisende Arm 28 des Tragteils 24 hat im wesentlichen kreisförmige öffnungen 36, welche mit Buchsen 38 versehen sind. Es sind zwei solche mit Buchsen versehene öffnungen 36 in jedem Arm 28 vorgesehen, da das Pendel 34 mit dem Tragteil 24 mittels zwei Rollstiften 42 und 44 verbunden ist. In F i g. 2 ist nur der Roilstift 44 dargestellt Die Rollstifte 42 und 44 sind baugleich und in gleicher Weise am Tragteil 24 befestigt

Das Pendel 34 ist im Schnitt U-förmig und hat zwei plattenförmige Schenkel 46,48, welche über einen Steg 5P miteinander verbunden sind. Ein Schenkel greift über den Arm 28 und der andere greift unter den. Arm 28. Die Schenkel 46, 48 haben im wesentlichen kreisförmige öffnungen 52,54, welche im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die öffnungen 36 aufweisen. In diesen öffnungen 52, 54 sind Führungshülsen 56, 58 bzw. die Buchsen 38 angeordnet Der Rollstift 44 ragt durch die öffnungen 52,54 in den Schenkeln 46,48 und durch die öffnungen 36 in dem Arm 28 des Tragteils 24. Die Rollstifte 42 und 44 dienen zur Verbindung des Pendels 34 mit dem Tragteil 24 und können in den Führungshülsen 56,58 und der Buchse 38 rollen. Die Rollstifte 42 und 44 bestehen jeweils aus einem Bolzen 60, der an einem Ende eine Mutter 62 aufweist, um abgeschrägte Ringe 64, 66 und ringförmige Abstandsstücke 68, 70 und 72 einzustellen.

In F i g. 3 ist der Schwingungsdämpfer 22 in seiner Betriebsstellung dargestellt, die er bei Rotation mit dem Rotor 10 um die Achse 12 einnimmt In dieser Lage ist das Pendel 34 infolge der Zentrifugalkraft nach außen verstellt und über die Rollstifte 42, 44 am Tragteil 24 festgehalten. Die rollende Bewegung des Pendels in bezug auf das Tragteil 24 bewirkt eine Unterdrückung der Schwingungen.

Die abgeschrägten bzw. kegelförmigen Ringe 64, 66 sind vorgesehen, um die Flächenberührung zwischen den Flächen der Schenkel 46,48 und den zugewandten Flächen des Tragteils 24 herabzusetzen und somit die Reibung an diesen Stellen zu verringern. Ohne derartige Ringe würde die Reibung die Dämpfungswirkung herabsetzen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sogar trotz der Anordnung der Ringe 64, 66 noch eine Gleitberührung infolge des Eigengewichtes des Pegels 34 in den Nebenbei eichen der Ringe 64,66 auftritt, wodurch die Dämpfungswirkung vermindert wird.

Durch die Merkmale der Erfindung wird nun die innere Reibungsberührung in dem Schwingungsdämpfer 22 vollständig vermieden. Der innere Ring 26 des Tragteils 24 liegt in einer zur Drehachse 12 senkrechten Ebene, und gemäß der Darstellung in F i g. 5 sind die vom Ring 26 radial nach außen ragenden Arme 28 nach unten abgewinkelt.

Zur Bestimmung des Neigungswinkels θ wird das Gewicht des Pendels 34 berechnet, um die Dämpfungswirkung auf eine bestimmte Drehzahl des Rotors 10 — üblicherweise bei der Reisefluggeschwindigkeit des Hubschraubers — abzustimmen. Dann liegt auch die Zentrifugalkraft C fest, welche auf das Pendel 34 wirkt. Diese Kraft C wirkt senkrecht zur Rotorachse 12, und das Gewicht IV des Pendels 34 wirkt nach unten. Die Größe und die Richtung der resultierenden Kraft R können nun bestimmt werden. Die Kraft R bildet einen Winkel θ mit der horizontalen Ebene. Der Winkel θ kann rechnerisch bestimmt werden durch die Formel

Θ= tan-¹

Darin sind W das Gewicht des Pendels 34, L der Abstand von der Drehachse des Rotors 10 bis zu dem Schwerpunkt der Pendelmasse, g die Erdbeschleunigung und X? die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors.

Infolge der Neigung des Schwingungsdämpfers 22 sind die Achsen der Rollstifte 42,44 senkrecht zur Richtung der resultierenden Kraft R, und sämtliche am Schwingungsdämpfer 22 infolge seiner Rotation um die Rotorachse 12 infolge der Schwerkraft angreifenden Kräfte werden durch die RoJlstifte 42, 44 übertragen, so daß das Pendel 34 nicht gegen die konischen Ringe 64, 66 drückt Da zwischen den Rollstiften 42, 44 und den Führungshülsen 56,58 oder der Buchse 38 in den beiden Öffnungen 52,54 des Arms 28 und den Schenkeln 46 und 48 eine rollende Berührung vorliegt und die resultierende Kraft R senkrecht zu den Rollstiften 42,44 verläuft, erhält man keine Kraft senkrecht in Richtung auf die konischen Ringe 64,66, wodurch eine Reibung auftreten würde. Desweiteren wird eine wesentliche Vergrößerung der Hertzschen Pressung an den bifilaren Buchsen vermieden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wiegt jedes Pendel 34 113 kg, und der Neigungswinkel beträgt 1° 26' ±8,5'.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Bifilarer Schwingungsdämpfer für einen Hubschrauberrotorkopf, mit einem Tragteil, der am Hubschrauberrotorkopf befestigt ist und in einer zur Rotordrehachse senkrechten Ebene rotiert, wobei mehrere Arme sich radial nach außen von dem Tragteil erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (28) aus der Ebene des Tragteils (24) nach unten abgewinkelt ist

2. Bifilarer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, mit je einem über Rollstifte an jedem Arm angelenkten Pendel, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (0) der Arme (28) derart festgelegt ist, daß die Resultierende aus dem Gewicht (W) des Pende's (34) und der am Pendel (34) cngreifenden Zentrifugalkraft (C) senkrecht zu den Rollstiften (42 und 44) gerichtet ist

3. Bifilarer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinke! der Arme (28) durch die Formel