DE3428820C2

DE3428820C2 - Schwingungsisolator

Info

Publication number: DE3428820C2
Application number: DE3428820A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Ing. 8156 Otterfing Braun
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 1984-08-04
Filing date: 1984-08-04
Publication date: 1986-11-06
Also published as: US4619349A; IN164115B; JPS6145132A; IT8521789A0; DE3428820A1; FR2568647B1; IT1185336B; FR2568647A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsisolator (1) mit zwei Freiheitsgraden, der nach dem Antiresonanzprinzip arbeitet und zwischen einem ersten Körper (Hubschrauberzelle 13) und einem zweiten, mit einer vorherrschenden Frequenz vibrierenden Anregungskörper (Rotor-Getriebe-Einheit 12) angeordnet ist. Zwischen den Befestigungspunkten (14, 15) der beiden Körper ist eine Federanordnung (2) vorgesehen, die mit einem Pendelstab (3) zusammenwirkt, der über sphärische Pendellager (5, 10) mit den beiden Körpern (12, 13) verbunden ist. Um einen kompaktbauenden Schwingungsisolator mit niedriger Eigendämpfung zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Federanordnung mehrere in einer Ebene (x-y-Ebene) halbkreis- oder spiralförmig gewundene Blattfedern (7-1 bis 7-4) aufweist, die sich zwischen einem Innenring (4) und einem Außenring (6) erstrecken. Der Pendelstab ist in einem sphärischen Pendellager (5) in dem Innenring und in einem weiteren sphärischen Pendellager (10) gelagert, das über einen Flansch (9) mit dem Außenring verbunden ist. Der Pendelstab (3), der auf der einen Seite in den beiden Pendellagern (5, 10) gelagert ist, trägt an seinem freien Ende ein Pendelgewicht (11).

Description

40

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsisolator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Schwingungsisolator ist in der DE-OS 34 533 beschrieben. Mindestens drei, vorzugsweise jedoch vier Schwingungsisolatoren können dazu verwendet werden, eine Hubschrauberzelle mit dem Hauptgetriebe für den Hubschrauberrotor zu verbinden. Bei Hubschraubern werden Vibrationen der Hubschrauberzelle hauptsächlich durch periodische Kräfte und Momente hervorgerufen, die von den Hubschrauberrotorblättern über Rotorkopf und Hauptgetriebe in die Hubschrauberzelle übertragen werden. Die Frequenz dieser Kräfte und Momente ist abhängig von der Anzahl der Rotorblätter und der Drehzahl des Hubschrauberrotors. Die Übertragung dieser sogenannten Rotorerregungen auf die Hubschrauberzelle werden durch die Schwingungsisolatoren mittels der in Antiresonanz schwingenden Pendelgewichte weitgehend verhindert.

Bei dem bekannten Schwingungsisolator ist die Pendelstange in zwei sphärischen Pendellagern gehalten, wobei das eine sphärische Pendellager direkt mit dem Hauptgetriebe und das andere Pendellager mit der Hubschrauberzelle verbunden sind. Das eine Ende der Pendelstange ist mit einem trimmbaren Pendelgewicht versehen, während das andere Ende der Pendelstange, das durch die Lageranordnung hindurchragt, an seinem Ende mit Hilfe eines weiteren sphärischen Lagers mit der Hubschrauberzelle verbunden ist und als Isolierfeder dient. Die beiden sphärischen Pendellager für das Hauptgetriebe und die Hubschrauberzelie liegen dabei direkt benachbart, wobei die von dem Rotor ausgehenden Kräfte über das Pendellager in die Pendelstange eingeleitet werden. Die Pendellager müssen dabei so ausgelegt sein, daß sie nicht nur dynamische, sondern auch hohe statische Lasten aufnehmen könne.;. Hiermit erhöht sich jedoch zwangsläufig die interne Dämpfung des Schwingungsisolators, so daß nur eine teilweise Isolation von Erregerkräften möglich isu

Da außerdem die beiden mit der Hubschrauberzelie verbundenen LagersteJIen des kombinierten Pendel/Federelements einen relativ großen Abstand zueinander haben, ist nicht auszuschließen, daß dynamische Momente trotz der Isolation dynamischer Kräfte auf die Hubschrauberzelie übertragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsisolator der in Rede stehenden Art anzugeben, bei dem die Übertragung dynamischer Lasten verbessert und die Lagerbelastung verringert wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Wesentliches Merkmal eines Schwingungsisolators gemäß der Erfindung ist die zwischen einem Innenring und einem Außenring vorgesehene Federeinheit die aus mindestens drei ineinandergreifenden halbkreis- oder spiralförmigen Blattfederelementen zusammengesetzt ist Eine solche Federeinheit hat die Eigenschaft, daß sie bei einer sehr kompakten Bauweise in der Windungsebene eine definierte, in allen Richtungen gleiche Steifigkeit aufweist und hohe statische Lasten bei sehr geringen Federwegen übertragen kann.

Zur Isolation der Rotorerregung von der Hubschrauberzelie wird die Hubschrauberzeile jeweils mit dem Innenring und das Hauptgetriebe jeweils mit dem Außenring von mehreren solchen Schwingungsisolatoren verbunden. Die Pendelstange ist in einem sphärischen Lager im Innenring und in einem mit dem Außenring verbundenen sphärischen Lager gelagert. Durch diese Konstruktion werden statische Lasten nicht über die Pendellager übertragen. Diese sphärischen Pendellager, vorzugsweise Elastomerlager, können aus diesem Grunde auch kleiner dimensioniert werden als bisher. Hieraus ergibt sich eine geringere interne Isolatordämpfung und damit eine bessere Schwingungsisolation.

Bei der beschriebenen Anordnung des Schwingungsisolators zwischen Hubschrauberzelie und Rotor-Getriebe-Einheit fallen der zellenseitige Befestigungspunkt der Isolatorfedereinheit und der zellenseitige Anlenkpunkt des Trägheitspendels annähernd zusammen. Hierdurch wird weitgehend vermieden, daß dynamische Momente auf die Hubschrauberzelie übertragen werden. Der getriebeseitige Anlenkpunkt des Trägheitspendels mit Hilfe des sphärischen Pendellagers, das mit dem Außenring verbunden ist, liegt zwischen dem Pendellager im Innenring und dem Pendelgewicht in unmittelbarer Nachbarschaft des Pendellagers im Innenring. Insgesamt ergibt sieh dadurch eine höhere Isolationseffektivität. Der Abstand zwischen der Resonanz- und Antiresonanzstelie innerhalb der Transmissibilitätskurve des Schwingungsisolators wird dadurch größer. Ebenso sind die Relativbewegungen innerhalb des Schwingungsdämpfers bei dynamischen Anregungen geringer.

3 4

μι Zwischen dem getriebeseitigen zellenseitigen An- daß er sich in z-Richtung durchbiegen kann, in radialer

fe schlußpunkten des Schwingungsisolators müssen ReIa- Richtung jedoch sehr steif ist Der Pendelstab 3, der auf

?! tivbewegungen in Längsrichtung der Pendelstange zu- seiner einen Seite in den beiden Pendel'agem 5 und 10

p gelassen werden. Diese werden bei dem Schwingungs- gehalten ist, weist an seinem freien Ende ein Pendelge-

~;^j isolator gemäß der Erfindung bereits durch die Form 5 wicht 11 auf, das wie üblich zur Abstimmung der Eigen-

'Yg der Federeinheit zwischen Innen- und Außenring er- frequenz des Schwingungsisolators in z-Richtung ver-

'ψ. möglicht da diese Federeinheit senkrecht zu der Win- schiebbar ist

χ dungsebene erheblich weicher ist als in der Windungs- Der beschriebene Schwingungsisolator wird gemäß

ψ._ ebene. Diese Weichheit der Federeinheit senkrecht zu F i g. 3 zur Verbindung eines Hauptgetriebes 12 der Ro-

:i der Windungsebene kann durch Schlitzen der Federn in 10 tor-Getriebe-iiinheit eines Hubschraubers mit der Hub-

,:- Längsrichtung erhöht werden. Das Außenring und schrauberzelle 13 verwendet Hierzu sind am Innenring

*:; zweites sphärisches Pendellager miteinander verbin- 4 zwei Laschen 14 und am Außenring 6 ein Befesti-

;.': dende, vorzugsweise plattenförmige Bauteil kann der gungspunkt 15, z. B. eine Bohrung oder ebenfalls La-

\^: Relativbewegung folgen, da es in Längsrichtung der sehen vorgesehen. Das Hauptgetriebe 12 wird über den

ν Pendelstange elastisch ist; in radialer Richtung ist das 15 Befestigungspunkt 15 im Außenring 6, die Hubschrau-

S/ Bauteil jedoch zur Übertragung der Kräfte steif. Alter- berzelle 13 über die Lasche 14 an den Schwingungsiso-

ΐ^:> nativ oder zusätzlich können zylinderförmige Elasto- lator 1 angeschlossen.

V] merschichten in die Pendellager integriert werden. Zur Verbindung des Hauptgetriebes 12 mit der Hub-

■ GernäÖ der Erfindung wird eine kompakt bauende schrauberzelle 13 werden vier Schwingungsisolatoren

v_s dämpfungsarme Federeinheit aus Innen-, Außenring 20 verwendet wobei die Achse des Pendelstabes 3 jeweils

If und Blattfedern, die in der Windungsebene eine Defi- zweier gegenüberliegender Schwinpnrigsisolatoren par-

j§ nierte Steifigkeit und senkrecht zu dieser Ebene eine alle! zur Flugrichtung und die Achse des Pendelsiafoes

f| wesentlich niedrigere Steifigkeit besitzt :2h einem der beiden anderen gegenüberliegenden Schwingungs-

I! Trägheitspendel unter Verwendung von lediglich zwei isolatoren senkrecht zu der Flugrichtung liegen. Selbst-

p dämpfungsannen, durch statische Kräfte nicht belaste- 25 verständlich sind auch andere Lagen der Schwingungs-

p| ten sphärischen Pendellagern zu einem hochwirksamen isolatoren möglich. So können z. B. die Achsen der Pen-

|f Antiresonanz-Schwingungsisolator kombiniert delstäbe radial vom Mittelpunkt des Hauptgetriebes

|i Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus nach außen weisen.

ff den Unteransprüchen hervor. Durch den symmetrischen Aufbau der Federeinheit 2 I) Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläu- 30 und des Trägheitspendels 3,11 verhindert der Schwingt tert In der Zeichnung stellt dar gungsisolator 1 die Übertragung dynamischer Kräfte in F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Schwingungs- der x-y-Ebene, die Übertragung von dynamischen Kräfisolator gemäß der Erfindung; ten in Richtung der z-Achse wird durch die entspre-F i g. 2 eine Aufsicht auf den in F i g. 1 gezeigten chend niedrige Steifigkeit des Federelementes in dieser Schwingungsisolator; 35 Richtung gering gehalten. Die erwähnten Relationsbe-F i g. 3 eine schematische Darstellung der Verbindung wegungen zwischen getriebe- und zellenseitigen Aneiner Rotor-Getriebe-Einheit und einer Hubschrauber- schiußpunkten des Schwingungsisolators in z-Richtung, zelle mit Hilfe von vier Schwingungsisolatoren gemäß die durch den membranartigen Aufbau des Flansches der Erfindung. ermöglicht werden, können auch dadurch erreicht wer-In der F i g. 1 ist ein Schwingungsisolator dargestellt, 40 den, daß in die sphärischen Pendellager 5 oder 10 zuder aus einur Federeinheit 2 und einem Pendelstab 3 sätzliche zylinderförmige Elastomerschichten integriert zusammengesetzt ist Die Federeinheit 2 weist einen werden. Die Anordnung der Pendellager 5 und 10 in der Innenring 4 z. B. aus Metall auf, der den P«ndelstab 3 gezeigten Weise stellt sicher, daß die für eine einwandkonzentrisch umfaßt und in dem der Pendelstab mittels freie Funktion erforderliche hohe radiale Lagersteifigeines sphärischen Elastomer-Pendellagers 5 gelagert ist 45 keit problemlos zu verwirklichen ist
Zu dem Innenring ist ein koaxialer Außenring 6 eben- Für einen kleineren zweisitzigen Hubschrauber hafalls aus Metall vorgesehen. Zwischen Innen- und Au- ben ζ. B. die Blattfedern 7 zu beiden Seiten des Schlitzes ßenring erstrecken sich vier jeweils halbkreisförmige eine Breite von 1 cm in z-Richtung, ihre Dicke ist eben-Blattfedern 7-1 bis 7-4, die aus Metall, eventuell auch aus falls 1 cm, während der Kreisdurchmesser der Blattfefaserverstärkten Werkstoffen hergestellt sind. Die 50 dem in Windungsebene etwa 15 cm ist. Bei Verwendung Blattfedern sind jeweils &« ihren beiden Enden fest mit eines üblichen Federstahles ergibt sich damit eine Federn Innenring 4 bzw. dem Außenring 6 verbunden. Die derkonstante in x- bzw. y-Richtung von etwa Windungsebene der Blattfedern 7 ist die x-y-Ebene, die 6,5 χ 10⁶NZm, wohingegen die Federkonstante in zsomit senkrecht zu der z-Richtung entsprechend der Richtung etwa 3 χ 10⁵Wm beträgt.

Längsachse des Pendelstabes 3 liegt Diese Federeinheit 55

2 hat bei sehr kompakter Bauweise gleiche Steifigkeit in Hienci 2 Blatt Zeichnungen

Richtung der x- und y-Achse. Um die Steifigkeit in z-

Richtung zu verringern, können die Blattfedern mit
Schlitzen 8 in ihrer Längsrichtung versehen werden. Er-

strecken sich diese Schlitze über die gesamte Länge der 60
Blattfedern, so ergeben sich Doppelblattfedern.

Der Außenring 6 ist mit Hilfe eines plattenförmigen
Flansches 9 mit einem weiteren sphärischen ElastomerPendellager 10 verbunden, das direkt neben dem sphäri-

sehen Pendellager 5 in Richtung auf das freie Ende des 65
Pendelstabes 3 angeordnet ist. Um eine Relativbewegung zwischen Innen- und Außenring in z-Richtung zuzulassen, ist der Flansch 9 membranartig ausgebildet, so

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingungsisolator zur Unterdrückung der Übertragung der von einem Hubschrauberrotor ausgehenden Rotorerregung auf eine Hubschrauberzelle, der zwischen einer Rotor-Getriebe-Einheit und einer Hubschrauberzelle anzuordnen ist, mit einer mit der Rotor-Getriebe-Einheit und der Hubschrauberzelle verbundenen Federeinheit und mit einem Pendelstab, der an seinem einen Ende über zwei sphärische Pendellager mit der Rotor-Getriebe-Einheit und der Hubschrauberzelle verbunden ist, und auf dessen anderem, freien Ende ein Pendelgewicht gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinheit (2) mehrere in einer Ebene halbkreis- oder spiralförmig gewundene Blattfedern (7-1 bis 7-4) aufweist, die sich zwischen einem Innenring (4) und einem Außenring (6) erstrecken, daß die Hubschrauberzelle (13) mit dem Innfnring (4) und die Rotor-Getriebe-Einheit (12) mit dem Außenring ^gJi verbunden sind, daß der Innenring (4) eines der sphärischen Pendellager (5) aufnimmt und an dem einen äußersten Ende des Pendelstabes (3) angeordnet ist, und daß das zweite sphärische Pendellager (10) mit dem Außenring (6) über ein in Längsrichtung des Pendelstabes (3) elastisches und in radialer Richtung des Penddstabes (3) steifes Bauteil (9) verbunden ist

Z Schwingungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (7-1 bis 7-4) der Federeinheit (2) in Längsrichtung der Blattfedern (7-1 bis 7-4) verlaufende Schlitze (8) aufweisen.

3. Schwingungsisof itor ns^h Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwisehen Außenring (6) und zwei em Pendellager (10) ein plattenförmiges Bauteil (9) aus faserverstärkten Werkstoffen ist.