DE2760119C2

DE2760119C2 - Schwingungsisoliervorrichtung

Info

Publication number: DE2760119C2
Application number: DE2760119A
Authority: DE
Inventors: Rene Augustin Media Pa. Desjardins; Charles Warren Newtown Square Pa. Ellis; Vladimir West Chester Pa. Sankewitsch
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1977-09-02
Publication date: 1984-10-18
Also published as: FR2363737A1; GB1586785A; IT1084440B; FR2363737B1; GB1586786A; CA1067876A; JPH0134839B2; JPS5336899A; DE2739617A1; DE2739617C2; US4088042A

Description

35

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schwingungsisoliervorrichtung nach dem Oberbegriff des : Hauptanspruchs.

j,, ίο Aus der US-PS 33 22 379 ist bereits eine Schwingungsisoliervorrichtung zur Verbindung sines Körpers mit einer ft schwingenden Masse bei minimaler Schwingungsübertragung bekannt. Die bekannte Schwingungsisoliervorrich-

Il tung hat einen gewichtsbelasteten Hebelarm, eine erste Schwenkeinrichtung, die die schwingende Masse mit dem

Ij Hebelarm an einer ersten Drchstelle schwenkbar verbindet, eine zweite Schwenkeinrichtung, die schwenkbar den

fs Körper mit dem Hebelarm an einer zweiten, auf dem Arm gegenüber dessen Schwerpunkt versetzten Drehstelle

Pi 4} verbindet und eine erste Federeinrichtung für eine Verbindung der schwingenden Masse mit dem Körper. Der

$ Körper ist gegenüber der schwingenden Masse mittels einer Vielzahl von an diesen beiden Teilen befestigten

j Schraubenfedern verbunden. Ein derartiges Schwingungsisoliersystem bzw. eine derartige Schwingungsisoliervor-

■; richtung hat ein Übertragungsmaß, d. h. ein Verhältnis von Schwingungshub der schwingenden Masse zum Schwingungshub des zu isolierenden Körpers, das neben einer Resoiianzstelle eine sogenannte Antiresonanzstelle bzw. ;] so einen theoretischen Nullpunkt des Übcriragungsmaßcs bei Jcr Antiresonanzfrequenz einer Schwingung der schwin-

i'■■'■■■ genden Masse hat. Damit unterscheidet sich diese Schwingungsisoliervorrichtung wesentlich von den üblichen

U Feder-Dämpfer-Sysiemcn. deren Übertragungsmaß zwar ebenfalls bei einer Resonanzfrequenz eine Überhöhung

;| aufweist, das jedoch bei keiner Frequenz (abgesehen von der Frequenz oo) den Wert 0 erreicht. Somit ermöglicht ein

% derartiges Schwingungsisolationssystem bereits eine von der Theorie her fast 100 %ige Schwingungsisolierung einer

il 55 schwingenden Masse gegenüber einem Körper bei einer bestimmten Frequenz. Das bedeutet, daß bei dieser

*J Frequenz eine Schwinguitgsbewegung der schwingenden Masse nicht zu einer Sehwingungsbewegung des Körpers

j':-· führt. Die bekannte Schwingungsisoliervorrichlung hat jedoch den Nachteil, daß sie systembedingt nur zur Schwin-

' gungsisolierung bei einer einzigen Schwingungsfrequenz der schwingenden Masse geeignet ist. Bei Anwendung des

_i{] bekannten Schwingungsisoliersystems in einem Helikopter zur Schwingungsisolation der Rotorschwingungen

^: Ni gegenüber dem Helikopterrumpf hat dieses System jedoch den erheblichen Nachteil, daL' Schwingungsfrequenzen

der Masse, die außerhalb der Antiresoniinzfrequenz des Sysicmcs liegen, praktisch ungedämpft auf den Helikopterrumpf übertragen werden.

Ausder FR-PS 1181 260 ist ein Schwingungsdämpfungssystem, insbesondere zur Dämpfung der Schwingung von Achsschenkeln von Kraftfahrzeugen bekannt. Dieses System dient zur Hrgänzung eines konventionellen Fedcr-65 Dämpfer-Systemes zur Dämpfung der Radsehwingung und besteht aus einem an der Radnabe bzw. am Achsschenkel befestigten Hebel, gegenüber dem ein hchclartigcs Gewicht elastisch verschwenkbar ist. Das System dient dazu, die Schwingung des Achsschenkels bzw. des damit verbundenen Rades dus Kraftfahrzeuges bei einer bestimmten Freuuenz. die der Resonanzfrequenz des Hebelsystcms entspricht, zu dämpfen. Genauer gesagt, hat dieses System

veder die Aufgabe noch die Wirkung, eine Schwingungsisolierung zwischen zwei Körpern zu erreichen, sondern lienl lediglich der Resonanzdämpfung eines schwingenden Teiles, an das das System direkt angeschraubt ist.

Eine fast identische Problematik mit fast analoger Lösung ist in der F-R-PS 1142684 angegeben. Auch hier ist ein lirekt mit einem schwingenden Teil verbundenes SchwingungsdämpfersystCin beschrieben, das die Schwingung des ichwingenden Teiles bei zwei Frequenzen unterdrücken soll. Auch dieses System dient nicht dazu, eine Schwinningsisolierung zwischen einer schwingenden Masse und dem die schwingende Masse tragenden Körper zu :rreichen. Dies ist von vornherein systembedingt bei dieser Vorrichtung unmöglich, da die Hauptverbindung zwischen der schwingenden Masse und dem Körper immer aus einem Feder-Dämpfer-System bestellt. Das durch die verschiedenen Ausführungsformen verfolgte Ziel liegt also nicht in der Schwingungsisolierung, sondern in der Schwingungsverhinderung der schwingenden Masse.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Schwingungsisoliervorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so weiterzubilden, daß bei Schwingungsbewegungen der schwingenden Masse bei zwei verschiedenem Frequenzen eine völlige Schwingungsisolation des die schwingende Masse tragenden Körpers erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei ehier Schwingungsisoliervorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs gelöst.

Dadurch, daß der gewichtsbtlastcie Hebelarm mit einem zweiten Schwingungssystem ausgerüstet ist, ergibt sich eine doppelte Nuüstelle im Übertragungsmaß der Schwingungsisoliervorrichtung. Entscheidend für dieses Verhalten ist, daß im Gegensatz zu den Zwei-Frequenz-Schwingungsdämpfern nach dem Stand der Technik nicht die schwingende Masse an ihrer Bewegung gehindert wird, sondern daß die schwingende Masse frei beweglich bleibt und die durch die schwingende Masse auftretenden Kräfte durch entgegengesetzte Kräfte gleicher Größe mittels eines Trägheilssysiems kompensiert werden, daß aus dem Hebelarm der ersten und zweiten Federeinrichtu;.^ sowie dem sekundären Gewicht besteht. Durch das EigenscNwingungsverhalten dieses zwischen der schwingenden Masse und dem Körper angeordneten Systems, das in seiner Schwingung durch die Relativbewegung der schwingenden Masse zum Körper angeregt wird, erreicht man, daß die von der schwingenden Masse ausgeübten Kräfte bei zwe· voneinander unabhängigen und einstellbaren Frequenzen kompensiert wird.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausbildungen der Schwingungsisoucrvorrichtung sind in den nachfolgenden Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend werden Beispiele zur Erläuterung des technischen Hintergrundes der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Vorderansicht einen Teil des Rumpfes von einem Helikopter sowie einen Teil des oberhalb des Rumpfes mittels einer Schwingungsisoliervorrichtung angeordneten Rotor- und Transmissionseinheit, Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigten Helikoptersystem, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von einer Ausführungsform einer Schwingungsisoliervorrichtung, Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 5 ein schematisches Schaubild mit Darstellung der Arbeitszustände der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4, während eines Schwingungszyklus in Verbindung mit der Beschreibung der grundlegenden Arbeitsweise der Vorrichtung,

F i g. 6a eine Draufsicht auf einen gegliederten Hebelarm zum Austausch gegen den bei der Vorrichtung nach F i g. 3 und 4 verwendeten starren Hebelarms, um gemäß der vorliegenden Erfindung ein System mit isolierende? 40 Eigenschaft fur zwei Frequenzen zu schaffen,

Fig. 6b eine geschnittene Ansicht des in Fig. 6a gezeigten Hr.belarms.

Fig. 7 eine andere Ausführungsform für einen Schwingungsarm zur Isolierung von zwei Frequenzen und zur Verwendung bei der Vorrichtung nach F i g. 3 und 4,

Fig. 8 eine dritte Ausführungsform von einem Hebelarmmechanismus zur Isolierung von zwei Frequenzen und zur Verwendung bei der Vorrichtung nach Fig 3 und 4.

Fig. 9 eine grafische Darstellung de» Übertragungsverhaltens als Funktion der Schwingungsfrequenz für die in Fig. 3 und 4 gezeigte Vorrichtung zum Isolieren von Schwingungen mit einfacher Frequenz,

F i g. 10 eine grafische Daistellung des Ubertragungsverhaltens als Funktion der Schwingungsfrequenz für die mit Hebelarmen gemäß Fig. 6a, 6b, 7 und 8 ausgestattete Vorrichtung zum Isolieren von Schwingungen zweifacher Frequenz,

Fig. 11 ein schematisches Schaubild von einem Schwingungsisolator für zweifache Frequenz einer Bauart, wie sie sich in Verbindung mit Fig. 7 und 8 ergibt.

Fig. 1 und 2 zeigen in Vorder- bzw. Draufsicht ein Schwingungs'soliersyslem für einen Helikopter. Eine Rotor- und Transmissionsanordnung 10 ist mit der Oberseite des Rumpfes 12 über ein Rahmenelement 14 und vier Schwingungsisolatoren 16,18,24 und 26 verbunden. Der Rahmen 14 ist an vier Stellen 28,30,32 und 34 mi* den vier Schwingungsisolatoren 16,18,24 bzw. 26 verbunden. Diese Isolatoren sind wiederum mit dem Rumpf 1? durch acht Aufhängeböcke 20 (zwei pro Isolator) gekoppelt.

Fig. 3 zeigt den vorderen rechtsseitigen isolator 18 im Detail. Fig. 4 stellt eine auseinandergezogene Ansicht der gleichen Anordnung dar, um deutlicher die inneren Teile der Anordnung wiederzugeben. Da sämtliche vier to Isolatoren gleichartig sind, wird nachfolgend im Detail nur eine Anordnung 18 beschrieben. Die wesentlichen Teile der Isolatorvorrichtung umfassen einen Hebelarm 40 mit einem an einem Ende angeordneten einstellbaren Gewicht und einem Paar am anderen Ende angeordneten Schwenkbefestigungen 44 und 46. Das die Rotor- und Transmissionsanordnung tragende Rahmcnelemenl 14 ist schwenkbar mit dem gewichtsbclaslctcn Hebelarm 40 durch einen Gabelkopf 56 verbunden, der über einen Schwenkblock 60 mit den Schwenkbefestigungen 44 und 46 gekoppelt ist. Letztere weisen Schwenklugergehäuse 44" bzw. 46" auf, die Lagcrelemente 47 tragen, so daU der Hebelarm 40 frei auf den Zapfen 60' und 60" am Schwenkblock 60 gedreht werden kann. Der Gabelkopf 56 und der Block 60 sind durch pinen Stift 57 drehbar miteinander verbunden. Ein Zapfenelement 58 ist integral an der Oberseite des Gabelkopfes 56

angeordnet, um diesen mit dem Rahmen 14 verbinden zu können. Die Kombination der durch den Stift 57 und den Zapfen 60' und 60" geschaffenen Drehachsen führt in Verbindung mit der Rotor- und Transmissionsanordnung zu einer kardanischen Wirkung.

Ein zweites Paar Schwenklagergehäusc 44' und 46' ist als integraler Bestandteil der Elemente 44 und 46

j vorgesehen. Ein Paar Torsionsstäbe 52 und 64 ist starr mit den Elementen 44 bzw. 46 verbunden und ragt davon längs der Mittellinie der Lagergehäuse 44' und 46' nach außen ab.

Ein HUlsenteil 50 ist an einem Ende durch Befestigungselemente 54 mit dem Torsionsstab 52 verbunden. Das andere Ende der Hülse 50 ist frei drehbar im Lager 48. Auf ähnliche Weise ist ein Hülsenteil 62 an einem Ende mit dem Torsionsstab 64 verbunden und an seinem anderen Ende frei drehbar in dem im Lagergehäuse 46 vorgesehenen

ίο Lager. Die Tragböcke 20, die die Isolatoranordnung mit dem Helikopterrumpf verbinden, stehen integral in Verbindung mit den Hülsenteilen 50 und 62. Wie in Fig. 3 gezeigt, befindet sich die Drehachse der Schwenkverbindung zwischen dem gewichtsbelasteten Hebelarm 40 und dem Rahmen 14 bei 70. Die Drehachse für die Schwenkverbindung zwischen dem Hebelarm 40 und dem Rumpf ist bei 72 angedeutet. Die beiden Drehachsen sind längs des Hebelarms um die Wegstrecke D voneinander versetzt. Der Schwerpunkt des Hebelarms 40 kann durch Änderung

υ der Lage des mit Gewinde versehenen Gewichiselementes42 auf dem Hebelarm verlagert werden und befindet sich links von der Achse 72. d.h. an der der Achse 70 gegenüberliegenden Seite.

Nach Fig. 1 ist der Rumpf 12 am Rahmen 14 an vier nachgiebigen Verbindungsstellen, die durch die vier, gemäß Fig. 3 und 4 aufgebauten. Isolutoranordnungen gebildet sind, aufgehängt. Die Torsionsstäbe 52 und 64 der !2c!2icrancrd"^%M"i^ortr* «»·ί*»Λίΐΐ·ηΚβΛ «-in«- a»u/iccp f*»Hprmln Vi»rtili»Ihru/ruunc 7u/isrhpn R iimnf lind RnlnranordnunQ

:o Durch den Rotor und die Transmissionsanordnung erzeugte vertikal gerichtete Schwingungen stehen mit dem Rumpf durch die Torsionsfedern der Isolatoren in Verbindung, und bei Relativbewegung von Rumpfund Rotoranordnung in vertikaler Richtung schwenken die gewichlsbelasteten Hebelarme 40 der Isolatoren um ihre betreffenden Drehachsen 70 aus. Ferner ermöglicht die kardanische, an den vier Aufhängungspunkten durch die Gabelkopfanordnung 56 geschaffene Wirkung ein Kippen der Rotoranordnung um sowohl die Nick- als auch Rollachse, so daß

:5 das Aufhängungssystem den winkelmäßig angreifenden Sehwingungskräftcn um die Nick- und Rollachse und auch den vertikal angreifenden Kräften Rechnung tragen kann. Diese winkelmäßig angreifenden Kräfte erscheinen an den vier Isolatoranordnungen als Vertikalschwingungen von unterschiedlichem Phasenverlauf.

Die in Fig. 1 bis 4 gezeigten Schwingungsisolatoren haben die Aufga'js, den Rumpfgegenüber den Schwingungen zu isolieren, die im Rotorsystem auftreten, indem den vibratorischen Kräften, die durch die Isolatortorsionsfedern

Μ mit den durch die schwingungsinduziertc Versetzung der gcwichtsbelasteten Hebelarme 40 hervorgerufenen Trägheitskräften gekoppelt sind, entgegengewirkt wird. Die Arbeitsweise ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.

F i g. 5 zeigt die Arbeitsweise des Isolators bei fünf unterschiedlichen Zuständen während eines Rotorvibrationszyklus. Die an der Oberseite des Diagramms wiedergegebene Eingangswellenform stellt die Verlagerung von Rotortransmission 10 und Rahmen 14 dar. Die an der Unterseite des Diagramms gezeigte Ausgangswellenform gibt die Verlagerung des Rumpfes 12 wieder. Der Zustand des Isolators an fünf unterschiedlichen Punkte A bis £ ist ebenfalls gezeigt. In den mechanischen Schemaskizzen ist der Isolatoruufbau durch einen die Anordnung aus Rotortransmission und Rahmen wiedergegebenen Block 10.14. einen den Rumpf wicdcrgcgcbenen Block 12, ein den gewichtsbelasteten Hebelarm wiedergebendes Element 40,42 und ein Federclcmcnt angedeutet, das die Torsionsstäbe 52 und 64 darstellt, die in der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 an der Drehachse 72 zwischen Grundkörper und Hebelarm

■«ι angeordnet sind. Die Linearfeder hat die gleiche Funktion wie die Torsionsfedern 52,6-1. wobei die Federkonstante für die Feder durch die Gleichung K₁. = K_rjr^z in Beziehung zur Torsionsfederkonstanten steht. In dieser Gleichung bedeuten K₁ und K_T die Federkonstanten für die Linear- bzw. Torsionsfeder und r den Abstand zwischen den beiden Drehachsen am Hebelarm.

An der Stelle A befindet sich der Rotorschwingungseingang an der neutralen Stelle, so daß die Rotoranordnung.

•15 der Rumpf, die Feder und der Hebelarm sämtlich ihre neutralen Lagen einnehmen. Da an dieser Stelle keine Verlagerung der Feder vorliegt, wird auf den Rumpf 12 keine Schwingungskraft übertragen.

An der Stelle B geht die Rotorschwingung nach oben, so daß sich die Rotoranordnung 10,14 unter Ausdehnung der Feder 52,64 ebenfalls nach oben bewegt. Der Hebelarm 40.42 dreht sich in Uhrzeigerrichtung. Da der Punkt B die Stelle maximaler Aufwärtsverlagerung wiedergibt, hat der gewichtsbelastete Hebelarm das Ende seines Bewegungsweges erreicht und damit eine Winkelgeschwindigkeit von Null. Dagegen ist die Beschleunigung an diesem Umkehrpunkt maximal und die nach unten gerichtete von dem Hebelarm auf den Rumpf über die Drehachse 50 aufgegebene Trägheitskraft entgegengesetzt gleich der nach oben gerichteten, von der ausgedehnten Feder aufgebrachten Kraft. Daher wird der Rumpf mit einer Kraft der Größe Null beaufschlagt, so daß er. wie am Punkt β auf der Ausgangswellenform gezeigt, keine Verlagerung erfährt.

Punkt C gibt erneut die neutrale Stellung der Vorrichtung wieder, bei der sich die Feder im entspannten Zustand befindet und der Hebelarm unter maximaler Geschwindigkeit bei einer Beschleunigung von Null entgegen der Uhrzeigerrichtung dreht. Die auf den Rumpf wirkende Kraftdifferenz ist wiederum gleich Null. Am Punkt D erreicht die Feder den Zustand maximaler Kompression und übt eine maximale Abwärtskraft auf den Rumpf aus. wobei dieser Kraft durch die gleich große nach oben gerichtete Trägheitskraft entgegengewirkt wird, die auf den

«) Rumpf durch den Hebelarm über die Drehachse 70 ausgeübt wird.

An der Stelle E befindet sich die Vorrichtung wieder in der neutralen Lage. Daher bleibt bei einer bestimmten Schwingungsfrequenz der Rumpf oder Körper 12 in Ruhe und ist vollständig gegenüber der Schwingung des Körpers 10. 14 getrennt oder isoliert.
Die Wirkung von einem solchen sogenannten »nodalen« Isolator unterscheidet sich beträchtlich von einem

f-y konventionellen Isolator aus einer parallel geschalteien Feder-Dämnfer-Anordnung. Das Übertragunesdiagramm für einen konventionellen Isolator zeigt eine Resonanzfrequenz und dann bei höheren Schwingungen eine Isolierwirkung bei einem Frequen7\erhältnis von < \ 2, wobei sich die Isolierwirkung mit zunehmender Frequenz verbessert und einen Wert von 100% bei unendlich hohen Frequenzen erreicht.

Dies ist durch die gestrichelte Kurve in Fig. 6 wiedergegeben, die das Übertragungsverhalten über der Frequenz darstellt. Der erfindungsgemäßc nodale Isolator hat eine ähnliche Resonanzfrequenz, jedoch danach eine spezifische Antiresonanzfrequenz, bei der eine Schwingungsisolierung von 100% erhalten wird. Dies ist in Fig. 6 durch ausgezogene Linien wiedergegeben. Die Resonanzfrequenz ist auf der Abszisse an der mit <», bezeichneten Stelle angedeutet. Die Antiresonanzfrequenz tritt bei einer höheren mit «„ bezeichneten Frequenz auf.

Die Isoliercharaktcristik von einem konventionellen Isolator ändert sich mit Änderung des aufgehängten Gesamtgewichts. Beim oben beschriebenen Isolator wird dagegen eine l(X)%igc Isolierung, unabhängig von einer Änderung in den GcwichisverhältniSsen, erhalten. Ferner kann im Vergleich zu der Feder von einem konventionellen Isolüf^r die Federsteifigkeit sehr hoch sein. Die Antiresonanzfrequenz ι O₁₁ ist durch folgende Gleichung bestimmt:

R(R

Darin bedeuten: K₁. Federkonstante der Linearfeder S, m₂ Masse des gewichtsbelastelen Hebelarms 40,42 und der Schwenkbefestigung 44, 46, R der Abstand längs des Hebelarmes zwischen der Drehachse 70 und dem Schwerpunkt des gewichtsbelasteten Hebelarms, r der Abstand D (vgl. Fig. 3) zwischen den beiden Hebelarm-Drehachsen, und / das rviassenirägheiismcmiciii de» gcwicnisbelastctcn Hebelarms um seinen Schwerpunkt in einer senkrecht zu den Drehachsen liegenden Ebene.

Aus Fig. 1 bis 4 folgt, daß das gezeigte Beispiel zum technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung eine Kopplungseinrichtung vorsieht, um eine schwingende Masse mit einem zu isolierenden Körper an einer Vielzahl von Stellen zu verbinden, wobei das System an jedem Verbindungspunkt einen gcwichtsbelasteten Hebelarm 40,42, in Verbindung mit einer ersten und zweiten Schwenkeinrichtung und Torsionsfedern aufweist. Wie dargestellt, umfaßt die erste Schwenkeinrichtung den Gabelkopf 56 und den Schwenkblock 60, um die schwingende Masse mit dem Hebelarm an einer ersten, durch die Achse 70 definierten Schwcnkstelle schwenkbar miteinander zu verbinden. Wie weiter dargestellt, umfaßt die zweite Schwenkeinrichtung die in den Gehäusen 44' und 46' vorgesehenen Lager 48. die Befestigungshülsen 50 und 64, sowie die Tragböcke 20. um den Rumpf mit dem Hebelarm an einer zweiten, durch die Achse 72 definierten Schwenkstelle drehbar miteinander zu verbinden, wobei die zweite Schwenkstelle zwischen der ersten und dem Schwerpunkt des Hebelarms liegt.

Die rorsionsfedereinrichtung umfaßt, wie erwähnt, die Torsionssläbe 52 und 64. die die Aufgabe haben, die Schwingungskräfte auf den Rumpf von dem schwingenden Massensystem über die Schwenkeinrichtungen zu übertragen, so daß durch die schwingungsinduzierte Verlagerung des Hebelarms erzeugte Trägheitskräfte auf den Rumpf über die zweite Schwenkeinrichtung einwirken, welche den auf den Rumpf über die Torsionsfedern einwirkenden Schwingungskräften von einer ersten bestimmten Frequenz entgegengesetzt sind. Das System isoliert damit weitestgehend den Rumpf gegenüber einer Schwingungsbewegung bei Vorliegen von Schwingungskräften ucfäfugcf ucStiiTiiTticr ι rcqucnz.

Wie schon erwähnt, gibt es bei einem System, wie einem Helikopter, gewöhnlich eine zweite ausgeprägte Schwingungsfrequenz. Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das vorstehend beschriebene Schwingungsisoliersystem derart modifiziert, daß weitestgehend beide überwiegend vorliegende Schwingungsfrequenzen ausgeschaltet werden. Zusammengefaßt wird dies dadurch erzielt, indem dem System eine sekundäre Feder-Massen-Anordnung zusätzlich zu dem gewichtsbelasteten Hebelarm und den Hauptverbindungsfedern zugefügt wird. Die Masse und die Federkonstante von dieser weiteren Feder-Massen-Anordnung wird so gewählt, daß die kombinierte Wirkung von der Isolatorbasisanordnung mit der zusätzlichen Feder-Massen-Anordnung ein Doppelfrequenzsystern von Trägheitskräften erzeugt, die auf den Rumpf einwirken, um ihn gegenüber den beiden vorliegenden Schwingungsfrequenzen zu isolieren.

Fig. 6a zeigt einen gegliederten gewichtsbelasteten Hebelarm, der so aufgebaut ist. daß er anstelle des starren Hebelarms 40,42, in das in Fig. 3 und 4 gezeigte System eingefügt werden kann. Fig. 6a ist eine Draufsicht auf den gegliederten Hebelarm und Fig. 6b eine zentral geschnittene Ansicht mit Darstellung der inneren Elemente. Der so gewichtsbelastete, in Fig. 6a und 6b gezeigte Hebelarm (101) weist einen steifen Bereich mit einem Ansatzstück an seinem linken Ende, das eine Verbindung mit der Anordnung nach Fig. 3 und 4 ermöglicht, auf. Ein gewichtsbelastetes rohrförmiges Element 103 ist als zweiter Hebelarm schwenkbar mit dem Arm 101 über eine federnde Schwenkverbindung verbunden. Ein Hülsenteil 117 ist starr am Ann 101 an dessen rechtem Ende befestigt. Ein Paar Lager 107 stützt sich auf der Hülse 117 ab und schafft die notwendige Schwenkhalterung für das rohrförmige Teil 103.

Das rohrförmige Teil 103 ist durch einen Torsionsstab 115 mit dem Arm 101 verbunden. Ein Ende des Torsionsstabes steht mit der Hülse 117 und das andere Ende über eine Büchse 113 mit einer rechtwinkligen Verlängerung 105 in Verbindung, die von der Seite des rohrförmigen Teils 103 absteht. Bei diesem Aufbau kann das rohrförmige Teil 103 eine Schwenkbewegung unter rechtem Winkel zur Zeichnungsebene vornehmen, wobei die Bewegung durch den μ Torsionsstab 115 federnd gehemmt wird.

Ein Paar mit Gewinde versehene Gewichtselemente 109 und 111 sind an der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Teils 103 vorgesehen, um sowohl das Massenträgheitsmoment als auch den Schwerpunkt des sekundären Feder-Massen-Systems einstellen zu können.

Wenn der gegliederte Hebelarm nach Fig. 6a und 6b anstelle des gewichtsbelasteten Hebelarms 40, 42 in der es isolatoranordnung nach Fig. 3 und 4 vorgesehen wird, wird eine zweifache- Frequenzschwingungsisoüerung erhalten. Die isolierung des Körpers (Rumpfes) gegenüber der Schwingungsbewegung bei der primären (unteren) Frequenz der beiden vorherrschenden Frequenzen wird durch die Trägheitskräfte erzielt, die durch die schwingungs-

induzierte Verlagerung des steifen Basistcils des Hebelarms 100 hervorgerufen werden. Der steife Tcii umfaßt den Arm 101, den Torsionsstab 115. die Hülse 117 und die Lager 107. Das Masscnlraghcitsmoment von diesem Teil der Konstruktion ist nicht einstellbar, und ferner liegt der Schwerpunkt fixiert an einer gewünschten Stelle irgendwo zwischen den Enden des Armes 101.

5 Die Trägheitskräfte zur Isolierung des Systems gegenüber der sekundären höheren) Schwingungsfrequenz werden durch das sekundäre Gewichtselement hervorgerufen, das das rohrförmige Teil 103 und seine einstellbaren Gewichte 109 und 111 cn.hall. Die Lage von letzterem auf dem rohrförmigen Teil 103 isi einstellbar, um die sekundäre Feder-Massen-Anordnung zur Erzielung einer optimalen Isolierung bei der unteren als auch bei der höheren Frequenz abstimmen zu können. Durch voneinander Wegbewegen der Gewichte 109 und 111 um gleiche Beträge ι» verändert sich das Masseniräghcitsmoment der sekundären Gewichtsanordnung und damit vorherrschend die Abstimmung der höheren Frequenz; eine Bewegung der Gewichte um gleiche Beträge in die gleiche Richtung verändert den Schwerpunkt der sekundären Gewichtsanordnung und damit vorherrschend die Abstimmung auf die niedrigere Frequenz.

Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel von einem für das Basissystem zur Erzielung einer Doppelfrequenzi-

15 solierung verwendbaren Hebelarm. Dieser Arm weist ein Teil 122 auf. das so ausgebildet ist, daß es in die Konstruktion nach Fig. 3 und 4 anstelle des Hebelarms 40 eingefügt werden kann. Ferner umfaßt dieser Arm ein Rahmenelement 124, das starr mit dem Teil 122 verbunden ist. Ein FUhrungszapfcn 126 ist im Rahmen 124 gehalten und dient der Bewegungsführung von einem federnd gehaltenen sekundären Gewichtselement 128. Das Gewicht 128 wird an dem Führungszapfen 126 gleitbar mittels eines Paars Linearlagcr 130 gehalten und durch einen Satz,

si bestehend aus vier Druckfedern 132, federnd festgelegt. Die oberen beiden Federn üben uüf d::s Gewicht 128 Kräfte aus, die gleich aber entgegengesetzt zu den Kräften der unteren beiden Federn 132 sind, so daß das Gewicht 128 unter statischen Verhältnissen in einer neutralen Lage gehalten wird.

ι Eine vibratorische Verlagerung des Hebelarms 120 ruft Trägheitskräfte hervor, die eine Schwingungsisolierung

bei zwei bestimmten Frequenzen in der gleichen Weise schafft, wie dies zuvor in Verbindung mit dem in Fig. 6 25 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

: .■;■ F i g. 8 gibt ein drittes Ausführungsbeispiel von einem gewichtsbelastctcn Hebelarm wieder, der eine Schwingungs-

isolierung bei doppelter Frequenz erzeugt, wenn er anstelle des steifen Hebelarmes 40, 42 in das in Fig. 3 und 4 gezeigte System eingesetzt wird. Der Doppelfrequenzhebclarm 140 weist einen Verbindungsabschnitt 142 auf, der so ausgebildet ist, daß eine Anordnung des Armes in dem Basisisolator möglich ist, und weiter weist der Arm einen

.ίο mittleren Abschnitt 144 und einen Gewichtsabschnitt 146 auf. Der mittlere Abschnitt 144 ist in Form von einem Paar

;■;. beanstandeter Seitenschienen ausgebildet, so daß ein sekundäres Gewichtsclement 150 und eine Blattfeder 152

,·· zwischen den Schienen des mittleren Abschnitts aufgenommen werden können. Die Feder 152 setzt sich aus einer

: Vielzahl von parallelen Federblättern zusammen, die an jedem Ende so eingespannt sind, daß sie sich in eine

S-Konfiguration verformen. Die einzelnen Blätter werden durch Abstandsscheiben voneinander in Abstand gehal-

;■; 35 ten, so daß zwischen ihnen keine Reibungskraft vorliegt. Die Federkonstruktion ermöglicht eine Bewegung des

J] Gewichtes 150 längs eines geraden Weges, als ob es mit dem Basisarm durch ein viergiiedriges Gestänge verbunden

'■'■■ wäre. Bei Draufsicht haben die Federhalter die Gestall von einer Sanduhr, wobei die Schmalabmessung etwa auf

I halbem Weg zwischen den Enden liegt.

i\ Ersichtlich ist, daß die Arbeitsweise des Zweifrequenzhcbelarmes 140 nach Fig. 8 funktional identisch mit der

ä -to Anordnung nach F i g. 7 ist. bei der das sekundäre Gewichtselcment 128 ebenfalls federnd längs eines linearen Weges ■i beweglich gehalten ist.

}i Fig. 11 zeigt schematisch einen Zwcifrequenzisolator unter Verwendung eines gewichtsbelasteten Het-larmes,

J der in Fig. 7 und 8 ge/cigtcn Konstruktion und mit linear beweglich gehaltenem sekundären Gewicht. Die

;-j schematisch dargestellte Feder 160 ist eine Linearfeder im Gegensatz zu der Torsionsfederanordnung bei den

j,-; 45 Hauptfederverbindungen der zuvor beschriebenen Isolatoranordnungcn. Wie jedoch zuvor erwähnt, arbeiten die B beiden Federarten in äquivalenter Weise und stehen ihre Federkonstanten in folgender Beziehung zueinander:

;i K₁ = T¹Ki, worin bedeuten: K₁ Federkonstantc der Torsionsfeder. K₁ Federkonstante der Linearfeder und r den

p Abstand zwischen den Drehachsen 70 und 72.

|ij 50 l>ie beiden zu isolierenden Frequenzen für den Zweifrequcnzisolator nach Fig. 11, der wie in Verbindung mit

Ü Fig. 3, 4, 7 und 8 erwähnt aufgebaut ist, können mathematisch nach folgenden Gleichungen bestimmt werden.

,Ι; Bei diesen Gleichungen bedeuten die grafisch in Fig. 11 wiedergegebenen Parameter:

-5v W₁- Masse der schwingenden Anordnung (d.h. Rotor und Transmission)

i; AZ₂- Masse des zu isolierenden Körpers (Rumpfes)

•%\ K₁ - Federkonstante der Linearfeder äquivalent zu den Hauptlorsionskopplungsfedern

:): K₃ - Federkonstante für die sekundäre Feder-Massen-Anordnung

ί-· «ι M_B- Masse des primären (steifen) Teils des gewichtsbelasteten Hebelarms, z. B. der Elemente 122, 124, 126 nach

K Fig. 7

§ M₁- Masse des sekundären Gewichtselementes, z.B. 128, nach Fig. 7

fi^: R - Abstand zwischen der Drehachse 70 (Fig. 3) und dem Schwerpunkt der Masse M„

ti r - Abstand zwischen der Drehachse 70 und der Drehachse 72 längs des Hebelarmes

f|| 65 / - Abstand zwischen der Drehachse 70 und d'im Schwerpunkt der sekundären Masse M₁

% Z₁ - Verlagerung der Masse M₁ relativ zu einem stationären Bezugspunkt

f$ Z₂ - Verlagerung der Masse M₁ relativ zurr, gleichen stationären Bezugspunkt

^!gj Z₃ - Verlagerung der Masse M₁ relativ zum Hebelarm.

Bewegungsgleichungen lassen sich aufstellen:

+ M₃1 - -1 ) Z₃ + K₁ (Z, -Z₂) = F sin wl

Μ. Γ Ij 7. - M, Z₂ + M.2,+ K₁Z, =0.

V J
In Matrizeiiform umgewandelt ergibt sich (unter der Annahme einer sinusförmigen Bewegung mit Z = — W²Z):

"K₁-W²M₁₁ -(K₁-W²M₁₂) -orM.n i^Z'l [^F>

-(K₁-W²M₂₁) K₁-W²M₂₂ O²AZ₂₃ NzA = |o ^₃₁ W²M₃₂ K₃W²M₃₃J \z_s\ M)

worin bedeuten:

M₁ χ ^M₁ + M_B

j-Λ² + M₃C₁

= M₃₁-M₃ Ρ- JO .15

M₂₃ = M₃₂ = M₃' M₃₃ = M₃.

Die Lösung für Z₂ kann formal wie folgt geschrieben werden:

Ow²M₂ 50

worin A = Determinante der dynamischen Matrix.

Die notwendige und ausreichende Bedingung, daß Z₂ Null wird ist (bei & ungleich Null zum gleichen Zeitpunkt):

-K₁-W²M₁₁) W²M₁,

V-K₁-W² [-W²M₃₁

Dies ergibt:

ω*(Μ₃₃Μ_!2-M₃₁ oder, nach gewisser Kürzung

, K₃=O

60

65

+ K₁K₃=O.

Da es sich infolge von <o, bei dieser maßgebenden Gleichung um eine quadratische handelt, versteht es sich, daß bei geeigneter Auswahl der veränderlichen Parameter K₁. K₃. M₈. R. r. I zwei Frequenzen vorliegen, bei denen das gewünschte Ziel, daß Z₂ gleich Null wird, erhalten werden kann.

Experimentell wurde festgestellt, daß das Isolierverhalten für den vorgehend beschriebenen Zweifrequenzenisola-J tor faktisch unabhängig vom Wert M_s ist (solange wie K₃ entsprechend verändert wird), und daß die Isoliereigenschaften primär vom Wert T₈ abhängen, der durch die Gleichung

T_B=M_B{R-r)R

ίο definiert ist. Der Wert J₈ ist nämlich vorherrschend der Parameter, der die Resonanzfrequenz zwischen dor primären (unteren) und sekundären (höheren) Isolierfrequenz bestimmt. Eine Erhöhung der Werte für T_B verbreitert das Isolierfrequenzband nahe der primären Frequenz, da die Resonanzfrequenz oberhalb der Primärfrequenz näher an die sekundäre Frequenz nach oben verschoben wird.

Bei einem speziellen Beispiel wurde festgestellt, daß das Frequenzband nahe der primären Isolierfrequenz, bei dem

H d'.e Übertragbarkeit oder Durchlässigkeit bei 0.1 oder weniger gehalten werden kann, sich in einem gewissen Umfang steuern läßt und von etwa 20 auf 30 % zunimmt, indem 7„ von 56 auf 84 kp/cm² (800 auf 1200 psi) verändert wird. Eine solche Einstellung ist bei einem Einfachfrequenx-lsoliersystem nicht möglich, das im allgemeinen eine konstante Abstimmungsbandbreite von etwa 20 bei 25% besitzt.

Der Ausdruck für das Übertragungsmaß bei dem Zweifrequenzsystem wird aus den obigen Gleichungen erhalten

x> und beträgt

._ Z₂ (Λ| — (I

Z, (K₁-W¹ M₁₂) [K₃-W¹ Μ_3ί)—ω^ΛΜ\₃ Es gibt zwei Frequenzen, bei denen T= O ist. und zwei Resonanzen, da sowohl Zähler als auch Nenner Polynome

zweiter Ordnung von to₂ sind.

Fig. 10 zeigt die Übertragung bei einem Zweifrequenzsystem als Funktion der Frequenz. Das Diagramm nach Fig. !0zeigt zwei Resonanzfrequenzen io_rl und w,₂ und zwei Aniiresonanzfrequenzcn io„, und ω,₂. Somit ist bei den

er^ndungsgemäßen Ausführungen des Schwingungsiso!iersysicms mit einer Zwer^rrequenzisolierung eine Federein- ·'■' richtung zur Kopplung der vibratorischcn Kräfte zwischen einer schwingenden Masse und einem zu isolierenden

Körper vorgesehen. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingungsisoliervorrichtung zum Verbinden eines Körpers mit einer schwingenden Masse, mit einer Verbindungseinrichtung, die die schwingende Masse mit dem Körper koppelt, und folgende Merkmale aufweist:

s Einen mit einem ersten Gewicht belasteten Hebelarm, eine erste Schwenkeinrichtung zum schwenkbaren Verbinden der Masse mit dem Hebelarm an einer ersten Drehstelle, eine zweite Schwenkeinrichtung zum schwenkbaren Verbinden des Körpers mit dem Hebelarm an einer zweiten Drehslelle und eine erste Federeinrichtung, die einerseits die Masse gegenüber dem Körper abstützt und andererseits eine erste Nullstelle im Übertragungsmaß der Schwingungsisoliervorrichtung bei einer bestimmten, ersten Schwingungsfrequeni festge-

lo legt, gekennzeichnet durch ein zweites Gewicht (109. VA. :28. 150). und eine zweite Federeinrichtung (115. 132,152). die das zweite Gewicht (109, Ul. 128, 1*0) federnd mit dem Hebelarm (100. 120.140) verbindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Federeinrichtung eine Torsionsfeder (52,64) ist, die an ihrem einen Ende mit dem Körper (12) und an ihrem anderen Ende mit dem Hebelarm (100, 120,140) an der zweiten Drehstelle (72) verbunden ist.

15

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Federeinrichtung eine

Torsionsfeder (115) ist, die den Hebelarm (100) mit dem zweiten Gewicht (111) schwenkbar und federnd verbindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gewicht (128) gegenüber dem gewichtsbelasleien Hebelarm auf einem sich senkrecht zu diesem erstreckenden und an diesem befestigten

20 Führungszapfen (126) verschiebbar angeordnet ist.

5. Vorrichiung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Federeinrichtung aus einem Paar von Druckfedern (132) besteht, die das zweite Gewicht (128) in eine miuigc Siciiung gegenüber dem Führungszapfen (126) drücken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Federeinrichtung aus einer 25 Blattfeder (152) besteht, die an ihrem einen Ende mit dem Ende des Hebelarmes (140) verbunden ist und die an ihrem anderen Ende das zweite Gewicht (150) trägt.

7. Vorrichtung nach einem cLr Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als eine einer Vielzahl von Vorrichtungen zwischen dem Körper (12) und der schwingenden Masse (10) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Masse (10) 30 über eine senkrecht zur Schwenkachse des Hebelarmes (100,120,140) verlaufende weitere Drehachse (57) mit dem Hebelarm verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Drehachse (57) in der ersten Schwenkeinrichtung (SS. 60) s- jrgesehen ist.