DE69631871T2

DE69631871T2 - Schwingungsdämpfer für Hubschrauberrotor-System

Info

Publication number: DE69631871T2
Application number: DE69631871T
Authority: DE
Inventors: Ajay Sehgal; Hurst Covington Cecil E.; Mithat Yuce; Bryan W. Marshall
Original assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Current assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: US5647726A; EP0790180B1; JPH109341A; KR100465560B1; CA2192405A1; CA2192405C; JP4000342B2; EP0790180A1; DE69631871D1

Description

Technisches Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Schwingungsdämpfersysteme und insbesondere ein System zur Verringerung von Schwingungen in der Rotornabe eines Hubschraubers.
Hintergrund der Erfindung
Die Drehflügelblätter des Hauptrotors eines Hubschraubers unterliegen bei der Bewegung der Blätter durch die Luft einer Schwingungsbelastung. Diese Schwingungsbelastung wird bei Blattdurchgangsfrequenz entlang dem Blatt zu der Nabe des Hauptrotors geleitet. Diese Schwingungskräfte werden in drei Richtungen zu dem Rotormast geleitet, vertikal entlang der Achse des Rotormasts, in Längsrichtung (in einer Ebene) in Flugrichtung und in Längsrichtung (in einer Ebene) in eine Richtung senkrecht zu der Flugrichtung. Durch Installieren eines Schwingungsdämpfers an der Nabe kann man die Erregung minimieren, die einem Querluftstrom zu einem Drehflügel praktisch an der Quelle eigen ist.
Frühere bifilare Vorrichtungen haben den Nachteil, dass ein grober Teil des installierten Gewichts unwirksam ist. Weiterhin basieren solche Vorrichtungen auf gleitenden oder rollenden Metalloberflächen in starken Zentrifugalfeldern, was vom Gesichtpunkt der Zuverlässigkeit und Wartungsfähigkeit nicht erwünscht ist.
Ein anderes verwendetes System ist ein auf der Oberseite des Rotorkopfes angebrachtes Gewicht, wobei das Gewicht an einer in dem Mast angebrachten Kugelgelenkverbindung befestigt ist. Federn zentrieren die Masse und erlauben es dem Gewicht, in die horizontale Ebene zu klappen. Diese Vorrichtungen basieren auf dem Kugelgelenk, um eine vertikale Rückhaltung zur Verfügung zu stellen, die der hohle Rotormast abblockt. Ein großer Teil des installierten Gewichts steht nicht für die Reduzierung der Schwingungen zur Verfügung. Eine ähnliche Konstruktion verwendet Federarme, wobei die inneren Enden mit dem Mast und die äußeren Enden mit dem Gewicht verschraubt sind. Das ist ein kompliziertes System, das ebenfalls einen wesentlichen Teil des Gewichts nicht wirksam nutzt.
In einer anderen Vorrichtung ist eine Gruppe von gefüllten Balgen und mechanischen Federn zum Abstützen einer Masse zu verwenden. Der Druck in den Balgen kann variiert werden, um die Vorrichtung abzustimmen. Wenn auch solche Vorrichtungen in der Literatur beschrieben sind, sind sie kommerziell nicht verwendet worden.
Um effektiver zu sein, sollte ein Schwingungsdämpfungssystem in allen fünf Richtungen reagieren (in einer Ebene nach vorn und zur Seite, vertikal, in Längs- und in Querneigungsrichtung). Die vorliegende Erfindung stellt in einem Aspekt ein System zur Verfügung, bei dem das Gewicht die Schwingungen in allen fünf Richtungen wirksam kompensiert. Die vorliegende Erfindung hat auch als einen Vorteil zu verzeichnen, dass sie so aufgebaut werden kann, dass sie eine Öffnung entlang des Rotormastes aufweist. Eine solche Öffnung hat den Vorteil, dass sie es erlaubt, dass elektrische Verkabelung und andere Leitungen durch die Innenseite des Rotormasts oberhalb der Rotorblätter und über den Schwingungsdämpfer hinaus verlaufen. Das ermöglicht die bequeme Verbindung mit dem Bereich über der Rotorausrüstung, wie zum Beispiel einer am Mast montierten Visiereinrichtung und eines Schleifrings. In einem anderen Aspekt hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass sie ausgestaltet ist, die Schwingungen in einem individuellen Rotorsystem durch Variieren der Masse des Schwingungsdämpfers zu minimieren. In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Bewegungsbegrenzer, der es erlaubt, eine kleinere Masse effektiver als herkömmliche Schwingungsdämpfer bei der Reduzierung von Schwingungen zu verwenden. In einem anderen Aspekt ist das System einfach zu warten und einfach zu inspizieren. Der Dämpfer hat auch den Vorteil dass Mehrfachlastwege vorgesehen werden können, um das System redundant zu gestalten.
US-A-4,255,084 offenbart eine Vorrichtung zum Dämpfen der Schwingungen des Rotors eines Drehflügel-Flugzeugs. Sie weist eine Grundplatte, zwei oder mehr Federhalteteile, einen Bewegungsbegrenzer, ein Massenelement, das den Bewegungsbegrenzer umgibt und eine oder mehr in einer Ebene liegende Federn auf, die zwischen jedem der Halteteile und einer der nicht in der Ebene liegenden Seiten des Massenelements liegen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdämpfer, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung sieht das Aufhängen einer Masse durch Federn vor, die in einer Ebene positioniert sind und welche die Masse halten, wenn sie statisch von dem Halterahmengestell beabstandet ist und die es erlauben, sie in alle Richtungen zu bewegen und sie sieht einen Bewegungsbegrenzer vor, um die Bewegung der Masse zu begrenzen, wenn sie in Funktion ist und um zu bewirken, dass sich die Masse um den Begrenzer bewegt.
In einer Ausführung weist die vorliegende Erfindung eine Grundplatte mit einer Achse auf, die senkrecht zu dieser verläuft und mit einem Bewegungsbegrenzer, der um die Achse herum angeordnet ist, und mit zwei oder mehr in einer Ebene liegenden Endplatten, die sich davon erstrecken, mit einem Massenelement, das zwischen den Endplatten angeordnet ist, mit einer unteren Seite, einer oberen Seite und nicht in der Ebene liegenden Seiten, zumindest eine in einer Ebene liegende Feder, die zwischen jeder der Endplatten und einer nicht in der Ebene liegenden Seite der Masse angeordnet ist, um das Massenelement zwischen und von den Endplatten und von der Grundplatte beabstandet zu halten, wenn es statisch von der Grundplatte beabstandet ist, wobei die Masse an der Unterseite eine Zylinderoberfläche aufweist, welche den Bewegungsbegrenzer umgibt. In der bevorzugten Ausführung ist der Bewegungsbegrenzer ein Kontaktring, der um die Achse drehbar ist. Die Zylinderoberfläche an der Masse berührt den Kontaktring, wenn das Massenelement schwingt und bewegt sich nach dem Kontakt um den Bewegungsbegrenzer. Eine Deckplatte kann über dem Massenelement positioniert und an der Grundplatte angebracht werden. Vorzugsweise weisen die Deckplatte, die Grundplatte und das Massenelement Öffnungen durch ihre Mitten auf, die mit der nicht in der Ebene liegenden Achse ausgerichtet sind. In einer alternativen Ausführung werden eine oder mehr nicht in der einen Ebene liegende untere Federn, von denen jedes Ende in einem Schraubenaufnehmer gehalten wird und die das Massenelement von der Grundplatte beabstandet halten und einige oder mehr nicht in der einen Ebene liegende obere Federn in Schraubenaufnehmern aufgenommen, die zwischen dem Massenelement und der Deckplatte positioniert sind und die Masse von der Deckplatte beabstandet halten.
In einer anderen Ausführung stellt die vorliegende Erfindung einen Schwingungsdämpfer zu Verfügung, mit einer Grundplatte und mit einem Bewegungsbegrenzer, der sich nach oben um eine Achse erstreckt, die senkrecht zu der Grundplatte angeordnet ist, mit Federstellgliedern, zwei oder mehr Endplatten, die sich von der Grundplatte erstrecken, einem Massenelement, das zwischen den Endplatten angeordnet ist, einem oder mehr in einer Ebene liegenden zusammengedrückten Federn zwischen jeder Endplatte und dem Massenelement, zwei oder mehr unteren nicht in der einen Ebene liegenden Federn, die zwischen der Grundplatte und dem Massenelement angeordnet sind, einer Deckplatte, die an der Grundplatte und/oder an der Endplatte angebracht ist, und zwei oder mehr oberen nicht in der einen Ebene liegenden Federn, die zwischen der Deckplatte und dem Massenelement positioniert sind. Das Massenelement wird, wenn es sich im statischen Zustand befindet, von der Grundplatte, der Deckplatte und den Endplatten beabstandet gehalten, so dass es nur durch die Federn gehalten wird. Vorzugsweise weist jeder der nicht in der einen Ebene liegenden Federn an jedem Ende einen Federaufnehmer auf.
In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung eine Federanordnung mit einer Schraubenfeder zur Verfügung, die an beiden Enden einen tangentialen Fortsatz aufweist und einem Federaufnehmer an dem Ende der Feder, wobei der Aufnehmer einen Schraubenkanal aufweist, der' so dimensioniert ist, dass er mit dem Ende der Feder zusammenpasst. Vorzugsweise weist der Federdraht einen gleichmäßigen Querschnitt über seine Länge auf.
In einem anderen Aspekt ist die Grundplatte mit einer mittleren Öffnung versehen und die Bewegungsbegrenzeranordnung ist um die Öffnung herum angebracht. Die Bewegungsbegrenzeranordnung weist in einer bevorzugten Ausführung ein Lager und einen an dem Lager befestigten Kontaktring auf, um eine Drehbewegung des Kontaktrings in Bezug auf die Grundplatte zu erlauben.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Massenabstimmgewicht zur Verfügung, das dem Massenelement hinzuzufügen oder von ihm zu entfernen ist, um die Gesamtmasse zu vergrößern oder zu verringern. Das unterstützt das Abstimmen des Dämpfers auf individuelle Flugzeugkennwerte.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung ist unter Bezug auf die bevorzugten Ausführungen, die in der ausführlichen Beschreibung beschrieben sind, und durch die nachfolgenden Zeichnungen besser zu verstehen.
1A und 1B stellen zusammen eine Explosionsansicht einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dar;
2 ist eine Seitenansicht einer herkömmlichen Feder;
3A ist eine Endansicht einer Feder, die in der vorliegenden Erfindung besonders nützlich ist;
3B ist eine Seitenansicht einer Feder, die in der vorliegenden Erfindung besonders nützlich ist;
4 ist eine Seitenansicht einer Feder, die in der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
5A ist eine Endansicht einer Ausführung eines Federaufnehmers;
5B ist eine Querschnittsansicht von 5A;
5C ist eine Seitenansicht von 5A;
6A ist eine Ansicht einer Ausführung eines Massenelements, zusammen mit nicht in der einen Ebene liegenden Federn von oben;
6B ist eine Querschnittsansicht von 6A;
6C ist eine Seitenansicht von 6A;
6D ist eine Ansicht von 6A von unten;
7A ist eine Ansicht des Massenabstimmgewichts von oben;
7B ist eine Querschnittsansicht von 7A;
8 ist eine partielle Querschnittsansicht einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, befestigt an einem Rotormast und einer Blatthalterung;
9 ist eine partielle Querschnittsansicht, die eine Bewegungsbegrenzeranordnung darstellt;
10A ist eine schematische Zeichnung der Federn und der Masse;
10B ist eine Seitenansicht der schematischen Zeichnung der Feder und der Masse;
10C ist eine Zeichnung, welche die Bewegungsrichtungen darstellt;
11 ist ein Diagramm, das die Wirkung der Vorkompression auf die Quer-Federkonstante darstellt;
12A ist eine Ansicht einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung ohne Deckplatte von oben;
12B ist eine Querschnittsansicht von 12A;
13 ist eine Feder-Masse-Schematik der Schwingflächen;
14 ist ein Diagramm, welches die Amplitude des Massenelements und die Amplitude der Nabe bei verschiedenen Frequenzen darstellt;
15 ist eine grafische Darstellung der Phase der sich bewegenden Masse und der Nabenbewegungen;
16A zeigt eine Ausführung für ein Fünf-Blatt-System;
16B ist eine Querschnittsansicht von 16A;
17 ist eine Ausführung, die für ein Drei-Blatt-System geeignet ist; und
18 ist ein Diagramm der Bewegung um den Bewegungsbegrenzer.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung ist ein Schwingungsdämpfer mit einem Feder-Masse-System, dass dynamisch abgestimmt ist, um die Schwingungen je Umdrehung in dem Rotormast zu verringern. Der Schwingungsdämpfer der vorliegenden Erfindung kann abgestimmt werden, um die durch die Rotorblätter hervorgerufenen Schwingungen je Umdrehung zu verringern. So ist zum Beispiel an einem Vier-Blatt-System der Schwingungsdämpfer abgestimmt, um vier Schwingungen je Umdrehung zu reduzieren und in einem Drei-Blatt-System ist er abgestimmt, um drei Schwingungen je Umdrehung zu reduzieren. Gleichermaßen kann das System abgestimmt sein, um die Schwingungen je Umdrehung für Systeme mit einer anderen Anzahl von Blättern zu verringern. Die Erfindung verwendet eine bewegbare Masse, die, wenn sie sich im statischen Zustand befindet, durch mindestens zwei in einer Ebene liegende Federn aufgehängt ist. "In einer Ebene liegend" wird hierin allgemein so verwendet, dass es sich auf die Ebene der Rotorblätterbewegung oder um eine Ebene parallel dazu bezieht. Im Ergebnis dessen, ist es der Masse erlaubt, sich in alle fünf Richtungen zu bewegen und dadurch eine wirksame Schwingungsdämpfung zur Verfügung zu stellen. Der Schwingungsdämpfer kann durch Wahl der Federn, der Federkonstanten sowie durch Vergrößern oder Verringern der aufgehängten Masse abgestimmt werden. Das Gewicht der Masse ist vorzugsweise variabel, indem ein Massenelement vorgesehen ist, das dazu ausgestaltet ist, Massenabstimmgewichte aufzunehmen, die zu dem Massenelement hinzugefügt oder von ihm entfernt werden können. In einer alternativen Ausführung kann die Masse auch nicht in der einen Ebene liegend (in einer Ebene, die in einem Winkel zu "in einer Ebene liegend" geneigt ist) gehalten werden, indem Federn oberhalb und unterhalb der Masse verwendet werden.
Die Erfindung wird unter der Annahme beschrieben, dass die Grundplatte das Bodenstück ist. Es sollte jedoch klar sein, dass die Vorrichtung mit der Grundplatte als oberstes Teil ausgeführt werden kann und in einer Position betrieben wird, die umgekehrt zu der beschriebenen ist.
1A und 1B zeigen eine Explosionsansicht des Schwingungsdämpfers 20 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung weist eine Grundplatte 22 auf, die eine Öffnung 24 dadurch um eine Achse 26 herum definiert, die im Wesentlichen senkrecht zu der Grundplatte 22 verläuft. Die Grundplatte 22 kann jede gewünschte Form aufweisen und kann flach oder von sich veränderndem Umriss sein. Die Grundplatte kann auch Schraubenlöcher 28 definieren, durch welche Schrauben verlaufen, um den Dämpfer an den an den Blattdämpfern angebrachten Schrauben zu befestigen.
Ein zylindrischer Bewegungsbegrenzer 30 erstreckt sich von der Grundplatte um die Achse 26 nach oben. Der Bewegungsbegrenzer 30 ist aus einem zylindrischen Innenrohr aus Metall hergestellt, mit einem äußeren konzentrischen Ring aus selbstschmierendem Material, wie zum Beispiel Polytetrafluoräthylen (Teflon). Da jedoch die Leistungsfähigkeit solcher Materialien durch kalte Temperaturen beeinträchtigt wird, ist die bevorzugte Konstruktion des Bewegungsbegrenzers in 9 dargestellt und wird nachfolgend ausführlicher erläutert. Von der Grundplatte 22 erstrecken sich Haltewände 34 nach oben, die mit Löchern 35 darin versehen sind, durch welche Federn 36 verlaufen können. Klemm-Endplatten 33 können integrierte Federaufnehmer 37 aufweisen (wie auf der linken Seite von 1B dargestellt ist). Alternativ können die Klemm-Endplatten 33 Federpositionierungsaufnehmer 39 in der Form von Öffnungen aufweisen, welche den Einraststift 41 der Federaufnehmer aufnehmen (auf der rechten Seite von 1B dargestellt). Die Klemm-Endplatten 33 bilden nicht in der einen Ebene liegende Oberflächen, gegen die die in einer Ebene liegenden Federn 36 stoßen. In einer bevorzugten Ausführung sind alle Federn zusammengedrückt, wenn der Dämpfer zusammengesetzt ist. Diese Federn können bei Anwendung zusammengedrückt sein, da sich das Massenelement gegenüber einer Feder in Reaktion auf Schwingungsbelastungen verschiebt.
Vorzugsweise sind die Haltestrukturen für die in einer Ebene liegenden Federn (die Haltewand 34 und die Klemm-Endplatte 33, wie sie in der dargestellten Ausführung zusammengebaut sind) symmetrisch um die Achse positioniert. Vorzugsweise ist die Anzahl der Haltestrukturen 45 gleich der Anzahl der Blätter oder einem Vielfachen der verwendeten Blätter. Ein Drei-Blatt-System würde vorzugsweise drei, sechs oder neun Haltestrukturen verwenden.
Sich zwischen den Haltewänden 34 erstreckend, kann eine Seitenwand 38 vorgesehen sein, die sich von der Grundplatte erstreckt. Die Seitenwände 38 sind nicht unbedingt erforderlich, sind jedoch vom Standpunkt der Sicherheit erwünscht, um gebrochene Federn zu halten und um den Eintritt von Fremdkörpern in den Schwingungsdämpfer 20 zu minimieren. Die Seitenwände 38 können mit einer oder mit mehreren Inspektionsöffnungen 42 versehen sein, die es dem Wartungspersonal gestatten, die Einheit ohne Demontage des Schwingungsdämpfers 20 zu inspizieren.
In einer alternativen Konstruktion kann der Dämpfer nicht in der einen Ebene liegende Federn aufweisen. Der Dämpfer ist vorzugsweise unter Verwendung von nur in einer Ebene liegenden Federn aufgebaut. Die Grundplatte 22 kann auch Positionierungsaufnehmer 32 für die in einer Ebene liegenden Federn aufnehmen. Wie in der vorliegenden Ausführung gezeigt sind die Feder-Positionierungsaufnehmer 32 Öffnungen.
Die in einer Ebene liegenden Federn 36 haben ein Außenbordende 44 und ein Innenbordende 46. Das Außenbordende 44 der in einer Ebene liegenden Feder 36 stößt gegen die Klemm-Endplatte 33, die mit Aufnehmern für die in einer Ebene liegenden Federn 37 oder 43 oder mit Federführungen versehen ist. Das Innenbordende 46 der Federn 36 stößt gegen das Massenelement 48, das mit Führungen für die in einer Ebene liegenden Federn 50 versehen sein kann. Die Federführungen 50 können Vorsprünge sein, die in die Feder hineinpassen oder sie können Löcher sein, die den Außendurchmesser der Feder umgeben oder sie können Federaufnehmer sein, wie sie in den 5A, 5B und 5C dargestellt sind. In der bevorzugten Ausführung ist das Massenelement 48 symmetrisch und definiert eine Öffnung 52 um die nicht in der einen Ebene liegende Achse 26 des Dämpfers, die im Wesentlichen senkrecht zu "in der Ebene liegend" verläuft. Die untere Seite des Massenelements 48 definiert eine sich davon erstreckende zylindrische Wand mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Bewegungsbegrenzers (in 1A nicht dargestellt). Das Massenelement kann an seiner Unterseite auch untere, nicht in der einen Ebene liegende und die Federn positionierende Aufnehmer 54 aufweisen. In der bevorzugten Ausführung sind die Positionierungsaufnehmer 54 Öffnungen (nicht dargestellt) für das Aufnehmen eines Einraststifts 56, der auf einem Federaufnehmer an dem oberen Ende der nicht in der einen Ebene liegenden Feder 58 positioniert ist. Der Einraststift 60 an dem unteren Aufnehmer, der an dem unteren Ende der nicht in der einen Ebene liegenden Feder 56 positioniert ist, wird durch die Federpositionierungsaufnehmer 32 in der Grundplatte 22 aufgenommen. Es ist so zu verstehen, dass die Federpositionierungsaufnehmer die Federaufnehmer sein können, die einen Schraubenkanal in dem Massenelement aufweisen, um das Ende der Feder aufzunehmen, was nachfolgend erläutert wird. In diesem Fall sind separate Federaufnehmer, die in den 5A, 5B und 5C dargestellt sind, nicht erforderlich. Vorzugsweise sind die nicht in der einen Ebene liegenden Federn senkrecht zu der Ebene der Basis, d.h. senkrecht zu "in der Ebene liegend" positioniert.
Wenn der Dämpfer nur mit in einer Ebene liegenden Federn aufgebaut ist, halten die in der Ebene liegenden Federn den Mast, wenn er sich im statischen Zustand befindet, so aufgehängt, dass er von der Grundplatte, von der Deckplatte und von den Haltestrukturen beabstandet ist. Daher kann sich die Masse in fünf Richtungen frei bewegen.
In einer alternativen Ausführung können auch nicht in der einen Ebene liegende Federn verwendet werden und die Federn 58 sind von ausreichender Länge, um die Masse 48 von der Grundplatte 22 beabstandet zu halten und es der Masse zu erlauben, sich in Reaktion auf Schwingungsbelastungen nach unten in Richtung auf die Grundplatte zu bewegen. Die Masseneinheit 48 kann auch mit oberen Federpositionierungsaufnehmern 62 gewünschter Form versehen sein. Wie in 1 dargestellt, sind diese Öffnungen zum Aufnehmen des unteren Einraststifts 64 der Federaufnehmer, die an dem unteren Ende der nicht in der einen Ebene liegenden Feder 56 positioniert sind. Die oberen Einraststifte 68, die an der Oberseite der Feder 66 angeordnet sind, werden in Federpositionierungsaufnehmern (nicht dargestellt) der Deckplatte 70 aufgenommen. In der bevorzugten Ausführung definiert die Deckplatte 70 eine Öffnung 72, die sich um die Achse 26 dadurch erstreckt. Die Deckplatte 70 kann auch mit einer Reihe von Löchern 74 versehen sein, um den Durchgang von Schrauben für die Verbindung der Deckplatte mit der Grundplatte 22 und/oder mit den Haltestrkturen und/oder Seitenwänden zu erlauben. Im zusammengebauten Zustand sind die oberen nicht in der einen Ebene liegenden Federn 66 von ausreichender Länge, um das Massenelement 48 von der Deckplatte 70 beabstandet zu halten, so dass sich die Masseneinheit nach oben bewegen kann.
Wenn der Schwingungsdämpfer 20 zusammengebaut ist, sind die in einer Ebene liegenden Federn 36, die nicht in der einen Ebene liegenden Federn 58, wenn sie zur Anwendung kommen, und die oberen nicht in der einen Ebene liegenden Federn 66, wenn sie zur Anwendung kommen, vorzugsweise zusammengedrückt. Somit wird Druck in allen drei Achsen gegen die Masseneinheit 48 ausgeübt, der ihrer Bewegung entgegensteht.
Es ist ermittelt worden, dass, wenn nicht in der einen Ebene liegende Federn verwendet werden, die Ausgestaltung der nicht in der einen Ebene liegenden Federn und die Art und Weise ihres Haltens für die Konstruktion des Schwingungsdämpfers wichtig sind. Die Hauptkräfte, die auf das Massenelement ausgeübt werden, wirken in der einen Ebene. Der Bewegung des Massenelements wird hauptsächlich durch die in der einen Ebene liegenden Federn Widerstand entgegengesetzt, wenn ebenfalls nicht in der einen Ebene liegende Federn verwendet werden. Die nicht in der einen Ebene liegenden Federn widerstehen jedoch ebenfalls der Bewegung des Massenelements in der einen Ebene. Eine Schraubenfeder, die bei Kompression ausgelenkt ist, ist wegen der Torsionsbewegung des Federdrahts hauptsächlich Scherbeanspruchungen ausgesetzt. Wenn sie für Scherbeanspruchungen korrekt dimensioniert sind, haben herkömmliche geschlossene/an der Endwindung angeschliffene Federn, eine ausreichende Ermüdungslebensdauer, solange ein Fressen an dem Ende minimiert ist. Solche Federn sind nützlich für die in einer Ebene liegenden Federn. An einer Schraubenfeder, die einer Scherbewegung ausgesetzt ist (insbesondere "Nutationen", wie im Fall der sich bewegenden Masse und des Rotorsystems), werden zusätzlich zu den Scherbeanspruchungen auf Grund allein der Kompression beträchtliche Biegespannungen an beiden Enden der nicht in der einen Ebene liegenden Federn induziert. Nutation bedeutet eine taumelnde Drehbewegung einer Scheibe. Für herkömmliche geschlossene/an der Endwindung angeschliffene Federn hat sich eine sehr kurze Lebensdauer ergeben, wenn sie als nicht in der einen Ebene liegende Federn in der alternativen Ausführung der Erfindung verwendet werden. Es wurde ermittelt, dass das Vorsehen einer Fressverhütungs-Federaufnahme das Fressen minimiert und die Lebensdauer der Feder drastisch erhöht. 3A und 3B zeigen eine nicht an der Endwindung angeschliffene Feder mit offenem Ende 80, die besonders für die dicht in der einen Ebene liegenden Federn nützlich sind. Die nicht an der Endwindung angeschliffene Feder mit offenem Ende 80 weist an jedem Ende einen tangentialen Fortsatz 82 auf. Der tangentiale Fortsatz 82 verhindert, wenn er in einem korrekten Aufnehmer aufgenommen ist, das Drehen der Feder und minimiert dadurch das Fressen und eliminiert die Veränderung der Kompression durch die Schraubgewindewirkung. 4 zeigt die Feder mit offenem Ende 80 und einen Schraubenfederaufnehmer 84, der an jedem Ende angeordnet ist. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die nicht in der einen Ebene liegenden Federn 58, 66 an jedem Ende positionierte Federaufnehmer 84 auf. Der Federaufnehmer kann ein separates Stück sein, wie es dargestellt ist, oder er kann in der Grundplatte, dem Massenelement und der Deckplatte integriert sein. Die Schraubenfederaufnehmer können auch für die in einer Ebene liegenden Federn verwendet werden, sind jedoch in der bevorzugten Ausführung nicht erforderlich.
In 5A, 5B und 5C ist der Schraubenfederaufnehmer 84 im Detail dargestellt. 5A ist eine Ansicht des Schraubenfederaufnehmers 84 von oben (gleiche Bezugszahlen in gleichen Figuren beziehen sich auf gleiche Elemente). Der Schraubenfederaufnehmer 84 weist einen Körper 88 auf, der eine Schraubennut 90 definiert. Die Schraubennut 90 ist so dimensioniert, dass sie das Ende der nicht angeschliffenen Feder mit offenem Ende 80 aufnimmt und den Fortsatz 82 an dem Ende der Feder hält. Der Fortsatz 82 verhindert, wenn er in die Nut 90 aufgenommen ist, das Drehen der Feder in Bezug auf den Aufnehmer 84. Von dem Körper 88 erstreckt sich eine Innenseiten-Federführungsoberfläche 92 nach oben, die so dimensioniert ist, dass sie in den Innendurchmesser der Feder passt, um das Festhalten an ihrem Platz zu unterstützen. In die entgegengesetzte Richtung erstreckt sich der Einraststift 94 von dem Körper. In der bevorzugten Ausführung ist der Einraststift 94 in die Federpositionierungsaufnehmer an der Masseneinheit, der Grundplatte und der Deckplatte eingesetzt. Alternativ kann der Federaufnehmer integriert mit der Grundplatte, dem Massenelement und der Deckplatte ausgebildet sein. Zwecks eines leichteren Zusammenbaus wird jedoch der separate Federaufnehmer 84 bevorzugt.
Die herkömmlichen geschlossenen/an der Endwindung angeschliffenen Federn 76 sind in 2 dargestellt. An dem Ende 78 einer solchen Feder weist die Endwindung eine variable Dicke auf, so dass sie eine flache Oberfläche 79 darstellt. Solche herkömmlichen Federn sind für die in einer Ebene liegenden Federn 36 nützlich. In dem Schwingungsdämpfer 20 liegt die Hauptrichtungskraft, die auf den Dämpfer ausgeübt wird, in der Rotorebene. Die Kräfte die in die Richtung ausgeübt werden, die nicht in der einen Ebene liegt, sind viel kleiner. Somit weisen allgemein die in einer Ebene liegenden Federn 36 eine viel größere Kompression auf, als die nicht in der einen Ebene liegenden Federn 56 und 66. In einer Ebene liegende Federn können entweder herkömmliche geschlossene, am Ende angeschliffene Federn sein, oder Federn, wie sie in den 3A, 3B und 4 dargestellt sind. Beim Widerstehen der Bewegung in der einen Ebene muss man auch die Wirkungen der nicht in der einen Ebene liegenden Federn beim Widerstehen der in der einen Ebene liegenden Verschiebung der Masse berücksichtigen.
6A bis 6D stellen das Massenelement 48 dar. 6A ist eine Ansicht des Massenelements 48 von oben. Der Massenkörper 96 kann jede gewünschte Form aufweisen und er weist, wie dargestellt, einen Bereich auf, in dem Massenabstimmgewichte hinzugefügt werden können. 6B ist eine Querschnittsansicht von 6A. Von dem Körper 96 erstrecken sich Schrauben 98. Diese Schrauben 98 werden verwendet, um die Massenabstimmgewichte an dem Massenelement 48 zu befestigen. Das Massenelement 48 hat einen unteren Steg 97 mit einer zylindrischen inneren Oberfläche 99. 6C stellt eine Seitenansicht des Massenelements 48 mit den unteren nicht in der einen Ebene liegenden Federn 58 und den oberen nicht in der einen Ebene liegenden Federn 66 dar. 6D ist eine Ansicht von 6A von unten. 6D zeigt das Massenelement 48 mit dem Steg 97, der eine innere zylindrische Oberfläche 99 konzentrisch zu der Achse und der Öffnung 52 bildet.
7A stellt das Massenabstimmgewicht 102 dar, das so dimensioniert ist, dass es an dem Massenelement 48 befestigt werden kann. Das Massenabstimmgewicht 102 definiert Schraubendurchgangswege 104. In der bevorzugten Ausführung definiert das Gewicht 102 eine zentrale Öffnung 106, die mit der Mittelachse der Schwingungsdämpferanordnung übereinstimmt. In der bevorzugten Ausführung weisen die Öffnungen in der Grundplatte, in der Deckplatte und im Massenelement eine gemeinsame Achse auf, wenn der Dämpfer sich im statischen Zustand befindet. 7B zeigt eine Querschnittsansicht des Gewichts 102, geschnitten entlang der Linie B-B in 7A. Die Gewichte 102 sind Abstimmgewichte, die an dem Massenelement 48 befestigt werden, wie sie benötig werden. In der dargestellten Ausführung sind die Gewichte befe stigt, indem die Schrauben 98 durch die Öffnungen 104 verlaufen. Die Gewichte müssen dem Massenelement hinzugefügt oder von ihm entfernt werden, um den Schwingungsdämpfer auf jedes spezielle Flugzeug abzustimmen.
8 ist eine partielle Querschnittsansicht des Schwingungsdämpfers 20, befestigt an der Schraube 112 der elastomeren Dämpferanordnung 114 der Rotornabenanordnung 125. Der Rotormast 110 definiert eine Öffnung 116 durch ihn. An der Oberseite des Mastes ist die Rotormastmutter 118 angebracht, die eine Öffnung 120 durch sie aufweist. Wie ersichtlich ist, sind mehrere Abstimmgewichte 102 an dem Massenelement 48 befestigt, die eine zusätzliche Masse zur Verfügung stellen, die hinzugefügt ist, um den Schwingungsdämpfer auf das spezielle Flugzeug abzustimmen.
8 stellt die bevorzugte Ausführung des Bewegungsbegrenzers 130 des Schwingungsdämpfers 20 dar. Die Bewegungsbegrenzeranordnung, allgemein mit 130 bezeichnet (die Anordnung ist in 9 detaillierter dargestellt), kann durch die Schraube 132 an der Grundplatte 22 befestigt werden oder sie kann integriert mit der Grundplatte ausgebildet sein. Zusätzlich kann das Massenelement 48 mit einem Gummipuffer 134 versehen sein.
9 ist eine partielle Querschnittsansicht, welche das Massenelement 48, eine Reihe von Abstimmgewichten 102 und die Grundplatte 22 darstellt. Der Bewegungsbegrenzer ist allgemein mit 130 bezeichnet. Die Grundplatte 122 weist in der bevorzugten Ausführung einen Flanschbereich 136 auf, der eine Öffnung 138 definiert, durch welche die Schraube 132 verläuft. Eine Lageraufnahmeoberfläche 131 erstreckt sich von der Grundplatte 22 nach oben und eine untere Schulter 139 erstreckt sich nach außen. Das Lager 133 wird entlang der Oberfläche 131 nach unten gedrückt, bis es die Schulter 139 berührt. Das Lager 133 hat einen inneren Laufring 142 und einen äußeren Laufring 146, Kugeln 148 und Dichtungen 150. Ein Klemmring 140 wird dann über die Oberfläche 131 gedrückt, um das Lager 133 gegen die Schulter 139 zu halten. Der Kontaktring 144 wird über die Außenseite des Lagers 133 gedrückt. Der Kontaktring 144 weist eine sich nach innen erstreckende Lippe 147 auf, die gegen den äußeren Laufring 146 des Lagers stößt. An der Unterseite des Kontaktrings 144 sind Senkniete 149 angebracht, um ein Verschieben des Kontaktrings 144 von dem Lager 133 weg zu verhindern. Der Flansch 145 des Klemmrings 140 erstreckt sich nach außen in Richtung auf den Kontaktring 144, um Schmutz und Partikel von dem Lager 133 fern zu halten. Das Massenelement 48 kann mit einem auswechselbaren Ring 143 versehen sein. Ein Gummipuffer 134 kann an der inneren Oberfläche des Rings 143 befestigt sein. Der auswechselbare Ring 143 ist nützlich, um das Auswechseln des Gummipuffers 134 zu erlauben, nachdem er verschlissen ist. In Betrieb, wenn sich das Massenelement 48 bewegt oder in ausreichendem Maße verschoben wird, um zu bewirken, dass der Gummipuffer 134 in Kontakt mit dem Kontaktring 144 kommt, bewirkt der Stoß, dass der Kontaktring 144 sich mit dem sich bewegenden Massenelement 48 bewegt, und dadurch ein Zerkratzen und Beschädigen des Bewegungsbegrenzers minimiert. Während des Betriebs stößt das sich bewegende Massenelement 48 nach oben im Wesentlichen kontinuierlich, in einer schnell schwingenden Art und Weise, wie es als Beispiel in 18 dargestellt ist, gegen den Bewegungsbegrenzer.
18 zeigt den Kontaktring 144 und stellt die Position des Puffers 134 dar, wenn das Massenelement schwingt. In einer ersten Position 250 hat der Puffer an dem Punkt 252 Kontakt mit dem Ring 144. Wenn sich das Massenelement um den Bewegungsbegrenzer bewegt, verschiebt sich der Kontaktpunkt und, zum Beispiel, hat in einer zweiten Position 254 der Puffer Kontakt an dem Punkt 256. Das Massenelement 48 dreht sich nicht um den Bewegungsbegrenzer, weil die in einer Ebene liegenden Federn das verhindern. Das Massenelement kann jedoch eine geringfügige Drehbewegung ausführen, wenn sich die Federn biegen. Hauptsächlich bewegt sich das Massenelement so um den Bewegungsbegrenzer, dass sich der Kontaktpunkt zwischen dem Bewegungsbegrenzer und der Masse konstant verändert oder derselbe bleibt, wenn der Kontaktring sich mit der Bewegung der Masse dreht. Bei einem herkömmlichen Schwingungsdämpfer hat ein korrekt abgestimmter Dämpfer kein Massenelement, das sich ausreichend verschiebt, um in Kontakt mit den Überschwinganschlägen zu kommen.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich in ihrer Funktion von den herkömmlichen Schwingungsdämpfern. Ein herkömmlicher Schwingungsdämpfer minimiert die Schwingungen in einem örtlichen Bereich rund um den Befestigungspunkt an der schwingenden Struktur und seine Auslegerfrequenz ist auf die Frequenz der Schwingung abgestimmt, die verringert werden soll. Andererseits ist die vorliegende Erfindung an einer Hubschrauber-Rotornabe in einem sich drehenden System befestigt und ist dazu bestimmt, die Schwingungen nicht an ihrem Befestigungspunkt zu verringern, sondern an dem Rumpf, der weit von der Nabe entfernt ist. Daher ist sie Auslegerfrequenz des vorliegenden Dämpfers so abgestimmt, dass er bei oder rund herum um eine Systemresonanzfrequenz arbeitet, wo die Schwingungen des Dämpfers und des Befestigungspunkts (im vorliegenden Fall der Nabe) maximiert sind (im Gegensatz zum herkömmlichen Dämpfer), und trotzdem die Rumpfschwingungen minimiert werden.
Dieser Punkt ist in 13 dargestellt, in welcher das Frequenzverhalten eines Feder-Masse-Systems mit zwei Freiheitsgraden, den Dämpfer und die Nabe zeigend, dargestellt ist. Die Gleichungen für diese Berechnungen können in "Theory of Vibration with Applications" (Theorie der Schwingungen mit Anwendungen), von William, T. Thomson, veröffentlicht von Prentice-Hall, Inc. in Abschnitt 5.5 gefunden werden. In 13 stellen die kleine Masse (m) und die Feder (k) den Schwingungsdämpfer dar. Die große Masse (M) und die große Feder (K) stellen das dynamische Hauptsystem dar, dessen Reaktion die Nabenschwingung darstellt. Die Verschiebung der Nabe (M) ist durch X und die Verschiebung der Masse (m) durch Y dargestellt. In 14 sind die Amplituden der Verschiebung der kleinen Masse (Dämpfer) und der Hauptmasse (Nabe) zusammen aufgezeichnet. In gleicher Weise ist in 15 die Phaseninformation angegeben. In 15 ist die Frequenz, bei der die Rumpfschwingungen verringert werden sollen, d. h. die Betriebsfrequenz, mit ω₀ bzeichnet. Es ist ersicht lich, dass die Betriebsfrequenz bei oder sehr dicht an der Systemresonanzfrequenz liegt, wobei die Amplitude sowohl des Dämpfers als auch der Nabe maximiert sind. Andererseits ist bei der Frequenz ω_c (Auslegerfrequenz), die in 14 angegeben ist, und die kleiner als die Betriebsfrequenz ist, die Nabenfrequenz minimiert w_c entspricht der Auslegerfrequenz des Dämpfers und. wird ausgedrückt durch
Für herkömmliche Schwingungsdämpfer sollte ω_c gleich der Betriebsfrequenz sein, bei welcher die Nabenbewegung am kleinsten ist. Das trifft für die vorliegende Erfindung, wie in den 14 und 15 dargestellt, nicht zu, wo bei der Betriebsfrequenz die Nabenbewegung im Wesentlichen bei der Betriebsfrequenz maximiert ist. (bei n je Umdrehung (n = Anzahl der Blätter)).
Das Betreiben bei der Resonanzfrequenz des Systems macht die vorliegende Erfindung zu einer sehr wirksamen und leichten Schwingungsverringerungsvorrichtung, macht es jedoch schwierig, sie abzustimmen und zu stabilisieren. Sie würde gegenüber einer kleinen Veränderung der Frequenz sehr empfindlich sein. Das ist deswegen so, weil der Dämpfer an der Spitze eines leicht gedämpften Systems bei oder nahe der Resonanz arbeitet. Dieses Problem wurde durch einen Bewegungsbegrenzer gelöst, der als integrierter Bestandteil des Dämpfers in dem Drehsystem ausgestaltet ist. Das Massenelement hat zu jeder gegebenen Zeit einen Kontaktpunkt mit dem Bewegungsbegrenzer, so dass die Bewegung der Masse zu jeder gegebenen Zeit begrenzt und konstant ist. Der Bewegungsbegrenzer unterstützt die Stabilisierung des Systems. Bei Betreiben der vorliegenden Erfindung an der Resonanzspitze, wird eine höhere Schwingungsamplitude erzeugt, als bei einem herkömmlichen Schwingungsdämpfer und somit kann bei der vorliegenden Erfindung ein leichteres Gewichtssystem verwendet werden, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche Stabilisierungsvorrichtungen so ausgestaltet, dass die Masse selten, wenn überhaupt, die verwendeten Überschwinganschläge berührt.
Der Schwingungsdämpfer dreht sich mit der Rotornabe. Die Schwingungsbelastung an der Rotornabe bewirkt, dass die Masse sich bewegt und den Bewegungsbegrenzer an verschiedenen Punkten rund um den Bewegungsbegrenzer herum im Wesentlich kontinuierlich berührt.
Die Federn sind abgestimmt, um die geeignete gewünschte Dämpfung je Umdrehung zur Verfügung zu stellen. Das Abstimmen kann durch Messen der Scherkraft an der Nabe und Bestimmen der zu isolierenden Frequenz durchgeführt werden. Dann kann man das Gewicht und die Verschiebung bestimmen, die erforderlich ist, um dieser Kraft entgegenzuwirken. Danach kann die Federkonstante berechnet werden, um den Dämpfer an die zu isolierende Frequenz anzupassen. Die Dämpfung je Umdrehung hängt von der Blattfrequenz je Umdrehung für die Anzahl der in Frage kommenden Blätter ab. Die erste Abstimmstufe besteht im Abstimmen der Federn, um einen anfänglichen Sollwert zur Verfügung zu stellen. Die Feinabstimmung für spezielle Kennwerte jedes Flugzeugs kann dann durch Hinzufügen oder Entfernen der Abstimmgewichte 102 durchgeführt werden. Die nachfolgende Erörterung erläutert die Feder-Abstimmprozedur für ein vier-je-Umdrehung-System. Das Beispiel schließt eine Bezugnahme auf die nicht in der einen Ebene liegenden Federn ein, weil diese Federn in einer alternativen Ausführung verwendet werden können. Fachleute werden die Vereinfachung der Gleichungen für die bevorzugte Ausführung erkennen, die keine nicht in der einen Ebene liegende Federn aufweist. Das Abstimmen erfolgt allein durch Anpassen der Federkonstante von in der einen Ebene liegenden und nicht in der einen Ebene liegenden Federn und der anfänglichen Abstimmmasse. Die anfängliche Abstimmmasse kann das Massenelement allein oder das Massenelement mit einer gewünschten Anzahl von anfänglichen Abstimmgewichten sein. In jedem Fall ist die Abstimmmasse das anfängliche Gewicht der in dem Flugzeug zu installierenden Einheit. Wenn das anfäng liche Abstimmgewicht das Gewicht der Abstimmgewichte und der Masse einschließt, steht eine Gelegenheit zur Verfügung, später die Abstimmgewichte zu entfernen, wenn es erforderlich ist, um den Schwingungsdämpfer auf die Eigenarten des einzelnen Flugzeugs abzustimmen.
Die gewünschten Torsions-, Vertikal-, und Längsneigungs-/Seitenneigungs-Frequenzen werden durch Steuerung der radialen Position der Federn und durch das Abstimmgewicht und durch die Federkonstante erreicht. Die gewünschte Federkonstante des Systems wird durch Steuerung der Anzahl der Federn, des Federdurchmessers, des Federdrahtdurchmessers, der Anzahl der Windungen und der Größe der Vorkompression erreicht.
In der Erfindung wird die Verschiebung der Masse und die Schwingungsdämpfung durch Druck- und Scherkräfte auf die in einer Ebene liegenden Schraubenfedern bewirkt, die verwendet werden, um das Abstimmgewicht und die Scherkräfte der nicht in der einen Ebene liegenden Schraubenfedern zu zentrieren.
Die Federkonstante für jede Feder auf Grund der Kompression wird durch die nachfolgende Formel ausgedrückt:
P = Druckkraft, Pfund
δ_c = Federkompression, Inch (Zoll)
G = Schermodul, Pfund/Inch²
d = Drahtdurchmesser, Inch
D = mittlerer Durchmesser, Inch
K_c = Kompressions-Federkonstante, Pfund/Inch
N_a = Anzahl der aktiven Windungen
Die Federkonstante auf Grund der Scherkraft wird nach der folgenden Formel berechnet:
K_c = Kompressions-Federkonstante, Pfund/Inch
δ_sh = Scherbiegung, Inch
δ_pc = Vorkompression, Inch
K_sh = Scher-Federkonstante, Pfund/Inch
P = Scherkraft, Pfund
f(δ_pc) = Funktion der Vorkompression
Die Scherspannung auf Grund der Kompression wird nach der folgenden Formel bestimmt:
τ = Scherspannung, Pfund/Inch²
K_c = Kompressions-Federkonstante, Pfund/Inch
D = mittlerer Durchmesser der Feder, Inch
d = Drahtdurchmesser, Inch
K_w = Spannungskorrekturfaktor
δ = Auslenkung, Inch
Die Konstante der in einer Ebene liegenden Feder wird durch die folgende Formel bestimmt: K1 = nK1 + mK*1 + oK*v n = Anzahl der in der einen Ebene liegenden Federn in Verschiebungsrichtung
m = Anzahl der in der einen Ebene liegenden Federn in einer Richtung senkrecht zu der Verschiebung
o = Anzahl der nicht in der einen Ebene liegenden Federn
K_i = Kompressions-Federkonstante der in der einen Ebene liegenden Federn
K*₁ = Quer-Federkonstante der in einer Ebene liegenden Federn (in der Scherrichtung)
K*_v = Quer-Federkonstante der in nicht in der einer Ebene liegenden Federn
Für die in 1 dargestellte Ausführung nimmt die Formel folgende Form an: Ki = 4K1 + 4K*1 + 8K*v
Die vertikale Federkonstante wird nach der folgenden Formel bestimmt Kv = oKv + bK*1 K_v = Kompressions-Federkonstante der nicht in der einen Ebene liegenden Federn
K*₁ = Quer-Federkonstante der in einer Ebene liegenden Federn
o = Anzahl der nicht in der einen Ebene liegenden Federn
b = Anzahl der in einer Ebene liegenden Federn
Für die dargestellte Ausführung nimmt die Formel folgende Form an: Kv = 8Kv + 8K*1*
Die Torsions-Federkontante wird aus der folgenden Formel bestimmt:
K*₁ = Quer-Federkonstante der in einer Ebene liegenden Federn
j = Anzahl der in einer Ebene liegenden Federn
θ = Anzahl der nicht in der einen Ebene liegenden Federn
X₁ = Entfernung der langen Achse der in einer Ebene liegenden Feder um die sie von der Achse versetzt ist, welche durch den Mittelpunkt des Federanschlags verläuft
Y₁ = Entfernung des Endes der in einer Ebene liegenden Feder, um die sie von der vertikalen Achse des Schwingungsdämpfers versetzt ist
X₂ = Entfernung der unteren nicht in der einen Ebene liegenden Federn von der vertikalen Achse des Schwingungsdämpfers
Kv* = Quer-Federkonstante der nicht in der einen Ebene liegenden Federn
X₃ = Entfernung der oberen nicht in der einen Ebene liegenden Feder von der vertikalen Achse des Schwingungsdämfers
Y₂ = Entfernung der unteren nicht in der einen Ebene liegenden Federn von der Symmetrieachse
Y₃ = Entfernung der oberen nicht in der einen Ebene liegenden Federn von der Symmetrieachse
Diese Beziehungen sind grafisch in den 10A und 10B dargestellt. X₂ und X₃ und Y₂ und Y₃ können in Abhängigkeit von der konstruktiven Anordnung der Federn gleich sein. Für die in 1 dargestellte Ausführung nimmt die Formel die folgende Form an: Kτ = 4K*v(X2 2 + Y2 2 + X3 2 + Y3 2) + 8K*1(X1 2 + y1 2)
Die Längs- und Querneigungs-Federkostante wird durch die folgende Formel bestimmt: KLängsneig. = nK*1(X1 2 + Y1 2) + mKv(X2 2 + X3 2) KQuerneig. = nK*1(X1 2 + Y1 2) + mKv(Y2 2 + Y3 3)n = Anzahl der in einer Ebene liegenden Federn
m = Anzahl der nicht in einen Ebene liegenden Federn
10C zeigt die Richtungen, in welche die Kräfte auf das Massenelement wirken.
10A und 10B zeigen schematisch die Masse-Feder-Diagramme, die für die obigen Gleichungen anwendbar sind.
Wie in 11 dargestellt, beeinflusst die Vorkompression der Feder die Quer-Federkonstante. In den vorher angeführten Formeln sollten die durch die Vorkompression beeinflussten Konstanten entsprechend der Vorkompression der Feier in der Sollwertposition verwendet werden.
In der in 1 dargestellten Ausführung sind acht in einer Ebene liegende Federn vorgesehen. Vom Gesichtspunkt der Größe ist die Acht-Feder-Ausführung nützlich. Die acht Federn könnten jedoch durch vier Federn ersetzt werden. Wie ebenfalls in 1 dargestellt ist, werden in der alternativen Ausführung vier nicht in der einen Ebene liegende untere Federn und vier nicht in der einen Ebene liegende obere Federn verwendet. Es ist nicht erforderlich, vier Federn zu verwenden, eine oder mehr Federn können sowohl in der oberen Position als auch in der unteren Position verwendet werden, vorausgesetzt, dass die oberen Federn um die Achse an der Rotormasse symmetrisch angeordnet sind und dass die unteren nicht in der einen Ebene liegenden Federn symmetrisch zu der Achse der Rotormasse angeordnet sind. 12A ist eine Ansicht des Schwingungsdämpfers 160, die vier in einer Ebene liegende Federn 162 darstellt, die eine Masse 164 von den Federanschlägen 166 beabstandet halten. Die Masse 164 hat eine mit der Achse des Rotormasts konzentrische Öffnung 166 und kon zentrisch zu der Öffnung ist auch die nicht in der einen Ebene liegende Feder 168. Die Masse 164 wird durch die untere nicht in der einen Ebene liegende Feder 172 (dargestellt in 12B) und die obere nicht in der einen Ebene liegende Feder 168 und die Deckplatte (nicht dargestellt) von der Grundplatte 170 beabstandet gehalten.
12B ist eine Querschnittsansicht von 12A entlang der Linie BB. In 12B ist aus Gründen einer deutlichen Darstellung der Bewegungsbegrenzer nicht dargestellt. Er würde jedoch an der Außenseite der Feder 172 positioniert sein. Die Grundplatte 170 weist einen Schraubenfederaufnehmer 174 auf, der das untere Ende der Feder 172 aufnimmt. Die Form des Kanals oder des Schraubenfederaufnehmers 174 ist dieselbe, die in 5A und B dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass der Kanal in der Grundplatte selbst ausgebildet ist.
Das Massenelement 164 weist eine untere Oberfläche mit einem darin ausgebildeten Schrauben-Aufnahmekanal auf, um den oberen Abschnitt der unteren nicht in der einen Ebene liegende Feder aufzunehmen und er weist einen Schraubenfederaufnahmekanal 178 an der Oberfläche des Massenelements 164 auf, der die äußere obere Schraubenfeder aufnimmt. Ein gleicher Schraubenaufnahmekanal für die obere Feder würde an der Deckplatte vorgesehen sein. Die Anzahl der in einer Ebene liegenden Federn und der nicht in der einen Ebene liegenden Federn kann variiert werden. Die jeweiligen Federn sollten symmetrisch angeordnet werden, um das Abstimmen zu erlauben. Im Fall einer ungeraden Anzahl von Federn müssten die vorher angeführten Formeln unter Berücksichtigung der Geometrie und der Richtung der Kräfte angepasst werden. Das sollte zu den normalen Fähigkeiten derjenigen Fachleute gehören, die solche Anpassungen vornehmen.
16 und 17 zeigen die Ausführungen der vorliegenden Erfindung ohne Deckplatten. 16 zeigt eine Gestaltung, die für ein Fünf-Blatt-Rotor-System geeignet ist, wobei das Massenelement 200 fünf nicht in der einen Ebene liegende Seitenwände 202 aufweist, die symmetrisch um die nicht in der einen Ebene liegende Achse des Schwingungsdämpfers positioniert sind. Gleichermaßen sind fünf Haltestrukturen 204 symmetrisch so von der Masse 200 beabstandet, dass die Masse, wenn sie sich im statischen Zustand befindet, von den Haltestrukturen 204 und der Grundplatte 206 beabstandet gehalten wird. 16B ist eine Querschnittsansicht von 16A. In diesen Ausführungen werden keine nicht in der einen Ebene liegende Federn verwendet. Auch hier ist der Bewegungsbegrenzer aus einem Kontaktring 208 aus selbstschmierendem Material, wie zum Beispiel Polytetrafluoräthylen, konstruiert, der die sich nach oben erstreckende Halterung 210 der Grundplatte 206 umgibt. Der Ring 208 kann an der Halterung befestigt sein oder so dimensioniert sein, dass er sich um die Halterung dreht, ähnlich wie die vorher behandelte Lageranordndung. Vorzugsweise ist auch ein Pufferkissen aus selbstschmierendem Material an der inneren Oberfläche der Masse 200 vorgesehen, das den Ring 208 umgibt. Wenn sich das Massenelement 200 bewegt, berührt das Pufferkissen aus selbstschmierendem Material den Kontaktring 208 aus selbstschmierendem Material und erlaubt es der Masse, sich um den Bewegungsbegrenzer zu bewegen.
17 zeigt eine dreiseitige Masse 220 zusammen mit einer Grundplatte, die drei symmetrisch beabstandete Haltestrukturen 220 und drei in einer Ebene liegende Federn 224 aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist in Bezug auf die bevorzugten Ausführungen beschrieben worden und Variationen davon sind von Fachleuten leicht zu erkennen.

Claims

Schwingungsdämpfer (20) mit: (a) einer Grundplatte (22) mit einer Oberseite und einer Unterseite und mit einer Achse (26), die im Wesentlichen senkrecht darauf steht; (b) zwei oder mehr Federhalteilen(33, 34), die sich von der Platte nach oben erstrecken; (c) einem Bewegungsbegrenzer (30), der sich von der Grundplatte (22) um die Achse (26) nach oben erstreckt; (d) einem Massenelement (48), das eine vorgegebene Form besitzt und eine Oberseite, eine Unterseite und außerhalb einer Ebene liegende Seiten hat und dass eine zylindrische Oberfläche (52) besitzt, die sich davon nach unten erstreckt und den Bewegungsbegrenzer (30) umgibt; (e) einer oder mehreren in einer Ebene liegenden Federn (36), die zwischen jedem der Halteteile (33, 34) und einer der nicht in der Ebene liegenden Seite des Massenelements (48) liegen und das Massenelement (48) halten, wenn es von den Halteteilen (33, 34) statisch beabstandet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (36) so gewählt sind, dass sich das Massenelement (48) während des Betriebs im Wesentlichen kontinuierlich nach oben gegen den Bewegungsbegrenzer (30) bewegt, um eine geeignete Dämpfung je Umdrehung zu liefern.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die in einer Ebene liegenden Federn (36) zusammengedrückt sind.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei das Massenelement (48) außerdem ein oder mehrere Massenabstimmgewichte (102) aufweist, die an dem Massenelement (48) angebracht sind.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei der Bewegungsbegrenzer (30) einen Kontaktring (144) aufweist, der in Bezug auf die Grundplatte (22) drehbar ist.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei der Dämpfer (20) auf eine Frequenz abgestimmt ist, bei der eine Nabenbewegung einer Nabe (125) mit einer vorgegebenen Anzahl von Blättern maximiert ist.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bewegungsbegrenzeranordnung (30) eine Lageranordnung (133) aufweist, die mit einer Seite an der Grundplatte (22) und mit der anderen Seite an einem Kontaktring (144) angebracht ist, so dass der Ring (144) in Bezug auf die Grundplatte (22) drehbar ist.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und ferner mit: einer oder mehreren unteren, nicht in einer Ebene liegenden Federn (58), die ein oberes und ein unteres Ende haben, wobei die Enden in Aufnehmern (32) der Grundplatte (22) und des Massenteils (48) positioniert sind; einer oder mehreren obere, nicht in einer Ebene liegenden Federn (66), die ein oberes und ein unteres Ende haben, wobei die Enden in Aufnehmern der Deckplatte (70) und des Massenelements (48) liegen.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 6, wobei die Lageranordnung (133) aufweist: ein Lager (134) mit einem inneren (142) und einem äußeren Lagerlaufring (146) mit Lagerkörpern (148) dazwischen, wobei der innere Laufring (142) an der Grundplatte (22) angeordnet ist und sich von dieser erstreckt; und einen Kontaktring (144) benachbart zu dem äußeren Lagerlaufring (146), wobei der Kontaktring (144) in Bezug auf die Grundplatte (22) drehbar ist.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 1 und ferner mit Seitenwänden (38), die sich zwischen der Grundplatte (22) und der Deckplatte (70) erstrecken, wobei die Halteteile (34) zwischen den Seitenwänden (38) angeordnet sind.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei vier Halteteile (33) vorgesehen sind, und wobei zwei in einer Ebene liegende Federn (36) zwischen jedem Halteelement (33) und der außerhalb einer Ebene liegenden Seite des Massenelements (48) angeordnet sind.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei vier untere, nicht in einer Ebene liegende Federn (58) und vier obere nicht in einer Ebene liegende Federn (66) vorgesehen sind.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Federaufnehmer (32, 84) eine Schraubennut (90) aufweisen, um die Enden der Federn (58, 66, 80) aufzunehmen.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 12, wobei die Federn (58, 66) Schraubenfedern (80) mit tangentialen Fortsätzen (82) an jedem Ende sind.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 9, wobei die Seitenwände (38) die Halteteile (34) verbinden und Inspektionsöffnungen bilden.