DE3207609C2

DE3207609C2 -

Info

Publication number: DE3207609C2
Application number: DE19823207609
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. 6901 Wiesenbach De Auer
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1981-04-11
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1989-04-13
Also published as: DE3207609A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwung- oder Reaktionsrad, bestehend aus einer Lagereinheit, aus einer Schwungmas se, aus die Lagereinheit mit der Schwungmasse verbin denden Verbindungsmitteln, insbesondere Speichen, und aus Mitteln zur Herabsetzung der Beanspruchung der Lager einheit durch die bei der Resonanzfrequenz auftretenden Resonanzüberhöhungen.The invention relates to a flywheel or reaction wheel, consisting of a storage unit, a flywheel se, from the bearing unit with the flywheel end connecting means, in particular spokes, and Means for reducing the load on the bearings unit by the occurring at the resonance frequency Resonance peaks.

Mit einem derartigen Schwungrad soll bei einer bestimm ten Drehzahl ein vorgeschriebener Drall erreicht werden, wobei die z. B. für die Raumfahrttechnik wesentlichen Forderungen nach geringem Gewicht und hoher Zuverläs sigkeit erfüllt werden müssen. Da bei einem rotierenden Körper das Trägheitsmoment und somit der Drall vom Qua drat des Abstandes der drehbaren Masse abhängig ist, wird die Schwungmasse am äußeren Radius des Rotors vor gesehen; diese ist mittels Verbindungselementen, bei spielsweise Speichen, mit dem Lager verbunden. Ein solcher Rotor stellt jedoch aufgrund der, wenn auch ge ringen, elastischen Verformbarkeit von Schwungring und Verbindungselementen ein schwingungsfähiges System dar. Insbesondere beim Start des Raumfahrzeuges können bei Auftreten von äußeren Anregungen mit der Resonanzfre quenz des Systems sehr große Belastungsspitzen auftre ten, die zu Beschädigungen des Lagers, wenn nicht gar zu völliger Unbrauchbarkeit des gesamten Schwungrades führen können.With such a flywheel is said to be one a specified swirl are reached where the z. B. essential for space technology Requirements for low weight and high reliability must be fulfilled. As with a rotating one Body the moment of inertia and thus the twist of the qua third of the distance of the rotatable mass is dependent, is the flywheel mass on the outer radius of the rotor seen; this is by means of connecting elements for example spokes, connected to the bearing. A such rotor, however, due to the, albeit ge rings, elastic deformability of flywheel and Fasteners are an oscillatory system. In particular, when launching the spacecraft Appearance of external stimuli with the resonance frequency very high load peaks occur damage to the bearing, if not at all to total uselessness of the entire flywheel being able to lead.

Aus der DE-OS 22 25 925 ist ein Schwungrad bekannt, bei dem zur Reduzierung dieser Lagerbeanspruchungen Dämp fungsvorrichtungen in bzw. an den Verbindungselementen vorgesehen sind.A flywheel is known from DE-OS 22 25 925, at the damper to reduce this bearing stress tion devices in or on the connecting elements are provided.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine weitere und gegebenenfalls zusätzlich an wendbare Maßnahme anzugeben, mit der die große Lager beanspruchung durch die Resonanzüberhöhung vermindert wird.The object underlying the invention is in adding another and possibly additional to indicate applicable measure by which the large bearing stress reduced by the excessive resonance becomes.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 ange gebenen Merkmale.This problem is solved by the in claim 1 given characteristics.

Durch die erfindungsgemäße Lösung tritt immer nur für ein Teilsystem, bestehend aus Teilschwungmasse und zu gehörigen Verbindungsmitteln, bei äußeren Anregungen, z. B. Vibrationen, eine Resonanzüberhöhung auf; damit ist auch die Lagerbelastung entsprechend herabgesetzt bzw. man kann kleinere Lager verwenden, die dann entsprechend eine kleinere Reibung aufweisen.The solution according to the invention always occurs only for a subsystem consisting of a flywheel mass and appropriate lanyards, for external suggestions, e.g. B. Vibrations, an increase in resonance; with that is also the bearing load is reduced accordingly or one can use smaller bearings, which then accordingly have less friction.

Die bei der erfindungsgemäßen Auslegung auftretende Ei genschaft des Gesamtsystems, daß nämlich, wenn ein Teil system Resonanzüberhöhungen zeigt, das andere entweder weitgehend in Ruhe ist (im überkritischen Fall) oder praktisch nur mit der Erregeramplitude schwingt (im unterkritischen Fall), läßt sich zur dämpfenden Ein wirkung auf das stark schwingende Teilsystem nutzen, in dem man z. B. Dämpfungselemente, z. B. einen Reibbelag, zwischen den Teilsystemen vorsieht. Eine weitere Mög lichkeit besteht darin, benachbarte Teilsysteme so an zuordnen, daß sie sich normalerweise nicht berühren, daß aber das in Resonanz befindliche System am anderen System anschlägt und damit eine Begrenzung der Schwing amplitude erfolgt. Die sich dabei berührenden Flächen der Verbindungsmittel und/oder der Teilmassen müssen schlagfest ausgebildet sein.The egg occurring in the design according to the invention property of the overall system, namely that if a part system shows resonance peaks, the other either is largely at rest (in the supercritical case) or vibrates practically only with the excitation amplitude (in subcritical case), can be used as a damping input use the effect on the strongly vibrating subsystem, in which one z. B. damping elements, for. B. a friction lining, between the subsystems. Another possibility possibility is to look at neighboring subsystems assign that they do not normally touch each other but the resonating system on the other System strikes and thus a limitation of the vibration amplitude occurs. The touching surfaces the connecting means and / or the partial masses be impact-resistant.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1 shows a section through an embodiment of the invention,

Fig. 2 ein Diagramm, das das Verhalten der Teilsysteme des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 bei sich ändernder Frequenz der Vibrationen zeigt. Fig. 2 is a diagram showing the behavior of the subsystems of the embodiment of Fig. 1 with changing frequency of the vibrations.

In Fig. 1 ist mit 1 der Stator des Schwungrades bezeich net, mit 2 eine daran gelagerte Radnabe. Es sind zwei nebeneinanderliegende Teilschwungmassen 3 und 4 gezeigt, die aufgeschnitten sind und mittels Speichen mit der Radnabe 2 verbunden sind. Es ist hier für jedes Teilsystem nur jeweils eine Speiche 5 bzw. 6 gezeigt. Diese Speichen können in der in der DE-OS 22 25 925 beschrie benen Weise dämpfend ausgebildet bzw. dämpfend mit den Teilmassen verbunden sein.In Fig. 1, the stator of the flywheel is designated 1 , with 2 a wheel hub mounted thereon. Two side-by-side flywheels 3 and 4 are shown, which are cut open and connected to the wheel hub 2 by means of spokes. Only one spoke 5 or 6 is shown here for each subsystem. These spokes can be designed in the manner described in DE-OS 22 25 925 benen damping or damping connected to the partial masses.

Eine der Teilschwungmassen 3 oder 4 trägt einen Reibbelag 7, an dem die andere Teilmasse anliegt. Treten Schwingungen in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung auf, so werden diese durch die auftretende Reibung gedämpft. Auslenkungen in axialer Richtung werden begrenzt und gedämpft.One of the flywheel masses 3 or 4 carries a friction lining 7 , on which the other part mass lies. If vibrations occur in the circumferential direction and / or in the radial direction, these are damped by the friction that occurs. Deflections in the axial direction are limited and damped.

Durch unterschiedliche Ausbildung der Speichen 5, 6 und/ oder der Teilschwungmassen 3, 4 werden bewußt Teilsysteme gebildet, die unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf weisen. By designing the spokes 5, 6 and / or the partial flywheels 3, 4 differently, subsystems are deliberately formed which have different resonance frequencies.

Das Verhalten der Teilsysteme bei sich ändernder Fre quenz der äußeren Anregung (Vibration) zeigt Fig. 2. Dort ist über der Frequenz f die Amplitude der Schwin gungen der Teilsysteme bzw. der Erregung aufgetragen. Der Verlauf des einen Teilsystems ist mit 20, der des anderen mit 21 bezeichnet. Unterhalb ihrer Resonanz frequenz schwingen die beiden Teilsysteme entsprechend der Erregeramplitude 24 (unterkritischer Bereich). In der Nähe ihrer Resonanzfrequenzen f ₁ und f ₂ steigen die Schwingungsamplituden stark an, um danach sich asymp totisch der O-Amplitude zu nähern (überkritischer Be reich). Die Resonanzfrequenzen der Systeme sind ausein andergelegt, so daß bei diesen Frequenzen f ₁ bzw. f ₂ nur jeweils ein Teilsystem das Lager wesentlich belastet. Es ergeben sich für die beiden Teilsysteme bei diesen Fre quenzen f ₁ und f ₂ große Amplitudenunterschiede 22 bzw. 23, die ein Indiz für diese getrennte Belastung durch die Teilsysteme darstellen, die jedoch zur Dämpfung mit ausnutzbar sind, da große Relativbewegungen zwischen den Teilsystemen entstehen.The behavior of the subsystems with changing frequency of the external excitation (vibration) is shown in FIG. 2. There, the amplitude of the oscillations of the subsystems or the excitation is plotted against the frequency f . The course of one subsystem is denoted by 20 , that of the other by 21 . Below their resonance frequency, the two subsystems vibrate according to the excitation amplitude 24 (subcritical range). In the vicinity of their resonance frequencies f ₁ and f ₂ , the oscillation amplitudes rise sharply in order to then asymptotically approach the O-amplitude (supercritical range). The resonance frequencies of the systems are set apart, so that at these frequencies f ₁ and f _2, only one subsystem places a significant load on the bearing. There are large amplitude differences 22 and 23 for the two subsystems at these frequencies f ₁ and f ₂ , which are an indication of this separate load by the subsystems, but which can also be used for damping, since large relative movements occur between the subsystems .

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist der geschnitten gezeigte Stator mit 31, die Rad nabe mit 32 und zwei Kugellager mit 30 bezeichnet. Die hier anders ausgebildeten Speichen tragen die Bezugszeichen 35 und 36. Die beiden Massen 33 und 34 haben eine solche Form, daß sie, da die Systeme 35 und 33 bzw. 36 und 34 wieder unterschiedliche Resonanzschwingungen aufweisen, so wohl bei axialen als auch bei radialen Schwingungen in Be rührung kommen, und zwar aneinander anschlagen, wenn ein axialer und/oder radialer Zwischenraum - wie dargestellt - vorgesehen ist, oder aneinander reiben, wenn die Massen so ausgebildet sind, daß sie sich auch ohne Anregung be rühren und eventuell sogar einen speziellen Reibbelag für beide Bewegungsrichtungen aufweisen, der z. B. eine geschwin digkeitsabhängige Dämpfung bewirkt.In Fig. 3, another embodiment is shown. Here is the cut stator shown with 31 , the wheel hub with 32 and two ball bearings with 30 . The spokes which are designed differently here have the reference numerals 35 and 36 . The two masses 33 and 34 have such a shape that, since the systems 35 and 33 or 36 and 34 again have different resonance vibrations, they come into contact with both axial and radial vibrations, and strike each other when an axial and / or radial space - as shown - is provided, or rub against each other if the masses are designed so that they move without excitation and may even have a special friction lining for both directions of movement, the z. B. causes a speed-dependent damping.

Claims

1. flywheel or reaction wheel, consisting of a bearing unit, a flywheel, from the bearing unit with the flywheel connecting connecting means, in particular spokes, and from means for reducing the stress on the bearing unit by the resonance frequencies occurring at the resonance frequency, characterized that the inertial mass consists of at least two partial compositions is that separate both mass parts connecting means are provided and that the connecting means and / or the partial masses are designed such that they show at a periodic external excitation, with equal union frequencies resonant peaks.

2. flywheel or reaction wheel according to claim 1, characterized characterized in that the partial masses and / or Ver binders with each other via damping links are connected.

3. flywheel or reaction wheel according to claim 2, characterized characterized in that between the partial masses and / or Connection means a friction lining is provided.

4. flywheel or reaction wheel according to claim 1, characterized characterized in that the connecting means and the Partial masses are constructed such that they are nor sometimes do not touch, but with resonance increases in a subsystem periodically in contact with each other come and that the interfaces of the subsystems are impact-resistant.