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Einrichtung zum Vermeiden von Drehschwingungen bei Flugmotoren Die
Erfindung betrifft eine federnde Luftschraubenkupplung oder -nahe zur Vermeidung
von Drehschwingungen und besteht im wesentlichen in -einem ausreichend federnden
Glied: mit geringem Massenträgheitsmoment an der an die Kurbelwelle anschließenden
Seite.
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Es ist bekannt, Drehschwingungsresonanzen bei Kolbenmaschinen dadurch
zu vermeiden, daß in die Wellenleitung große zusätzliche Drehfederungen eingefügt
werden. Die erforderlichen Drehfederungen können beispielsweise durch besondere
drehfedernde Kupplungen oder durch Verdrehstäbe verwirklicht werden. Wenn zwischen
den federnd zu verbindenden Maschinenteilen, beispielsweise zwischen Kurbelwelle
und Getriebe, nicht ausreichender Abstand vorhanden ist; um die geforderte, oft
erhebliche Länge des Verdrehstabes unterzubringen, kann dieser in bekannter Weise
als rückkehrende Hohlwelle ausgebildet werden.
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Bei Flugmotoren wird die Federung zwischen Kurbelwelle und Luftschraube
eingefügt. Dabei ist es in den meisten Fällen möglich, die Grundschwingung des Drehschwingungssystems
Kurbelwelle-Luftschraube genügend herabzusetzen. Dagegen haben im allgemeinen die
drehfedernden Kupplungen so große Massenträgheitsmomente, daß der II. Schwingungsgrad,
der bei starrer Verbindung hoch genug liegt und keine gefährlichen Kritischen im
Drehzahlbereich liefert, stark heruntergedrückt wird und daher gefährlich werden
kann. Demgegenüber ist bei der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
das federnde Glied ohne wesentliches Massenträgheitsmoment an die Kurbelwelle angeschlossen,
Dadurch wird erreicht, daß die Eigenschwingungszahl Il. Grades höher liegt und ihre
Schwingungsform innerhalb der Kurbelwelle etwa. symmetrisch wird mit einem Knoten
in der Mitte. Die symmetrische Schwingungsform bewirkt, daß einige sonst stark erregte
Kritische (Hauptkritische) nicht oder nur schwach erregt werden.
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Die Vorteile einer Federung gemäß der Erfindung seien an der Darstellung
der Schwingungsformen beispielsweise eines Sechs.-zylinderreihenmotors erläutert;
die Betriebsdrehzahl des Motors sei 25oo U/min für den Reiseflug, die Höchstdrehzahl
280o U/min. Abb. 1 stellt das Drehschwingungssystem des unmittelbar mit der Luftschraube
a gekuppelten Motors mit den Schwingungsformen der ersten beiden Schwingungsgrade
dar. Die Eigenschwingungszahlen seien stet neI = 6ooo. neII = 16 oool/min. Es liegen
-also die kritischen Drehzahlen n,13 = 2ooo bis zt.erlz = 3000 U/min und
za,lig = 2ooo bis 2e115 - 3200U/min im bzw. nahe beim Drehzahl-
Bereich,
so daß eine Dämpfung der Kritischen erforderlich wird.
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In Abb.2 ist das Schwingungssystem mit den Schwingungsformen der ersten
beiden Schwingungsgrade für den Fall dargestellt, daß eine zusätzliche Drehfederung,
dargestellt beispielsweise durch: eine übliche, aber sehr weiche drehfedernde Kupplung,
zwischen Kurbelwelle und Luftschraube eingefügt ist. Dabei habe die an die Kurbelwelle
anschließende Kupplungsseite c ein Massenträgheitsmoment, das etwa gleich dem von
zwei Kröpfungsmassen U sei. In diesem Falle ergibt sich zwar die gewünschte niedrige
Grundschwingung von beispielsweise etwa 2ool/min, so daß selbst die niedrigste Erregung
1/2 Ordnung bei Leerlauf noch oberhalb dieser Eigenschwingungszahl liegt;
aber der IL Grad ist jetzt durch die an der Kurbelwelle angebrachte Kupplungsmasse
auf etwa nII = 95oo herabgedrückt. Die kräftige Hauptkritische neIi; 3 = 3 i 65
U /min liegt jetzt in gefährlicher Nähe über dem Drehzahlbereich. Demgegenüber zeigt
Abb.3 die Verhältnisse für eine Kupplung, die gemäß der Erfindung nur :ein ganz
geringes Massenträgheitsmoment an der Kurbelwellensieite d besitzt, beispielsweise
in der Größenordnung von :etwa 1/4 Kröpfungsmasse. Während die Schwingung I. Grades
fast die gleiche ist wie bei Abb.2, sind die Verhältnisse für den Il. Grad wesentlich
gebessert. Die Eigenschwingungszahl liegt jetzt bei etwa neII = 14 ooo l/min, so
daß nur Erregungen mit Ordnungszahlen über 4,5 im Drehzahlbereich Resonanzen bewirken.
Zudem werden jetzt die Hauptkritischen, in diesem Fall 111i/6 /11i/9 usw. nicht
:erregt. Eine symmetrische Schwingungsform wird dann am weitgehendsten erreicht,
wenn die Kupplung oder die Nahe an der Seite der Federung, wo sie das Drehmoment
von der Kurbelwelle übernimmt, eine möglichst geringe Drehmasse besitzt. Bei Motoren
mit Untersetzungsgetrieben muß zu diesem Zweck die Elastizität möglichst `in der
Verbindung der Kurbelwelle mit dem Getrieberad angeordnet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel :einer federnden Nabe ist in Abb.4 dargestellt.
An die Kurbehvelle i ist ein Rohrkörper 2 angeflanscht, der auf seinem vorderen
kräftigen Ende auf Nadel- und Kugellagern drehbar, die Nabe 5 mit den Luftschraubenblättern
6 trägt. Am Sitz der Nabe ist daher :eine Relativbewegung möglich; es wird hier
also kein Drehmoment von dem Rohrkörper 2 auf die Nabe 5 übertragen. Die Drehmomentübertragung
erfolgt vielmehr über den hinteren Rohransatz des Rohrstückes 2, der bis zur ersten
Kröpfung in das Kurbelwellenende hineinragt, weiter über den durch Verzahnung mit
dem Rohrstück 2 verbundenen dünnen Verdrehstab 3 und über das mit ihm wiederum durch
Verzahnung verbundenen Flanschrohr 4 auf die Nabe 5. Durch diese Anordnung, bei
der die ganze Länge von der ersten Kröpfung bis zur Vorderseite der Nabe für die
Unterbringung der erforderlichen Drehelastizität ,ausgenutzt ist, wurde beispielsweise
bei einer ausgeführten Nabe eine solche Weichheit erzielt, daß die Verdrehung der
Nabe gegenüber dem Kurbelwellenende bei dem mittleren Betriebsdrehmoment etwa 26'-
beträgt. Es ist hierbei auch die Forderung verwirklicht, daß die Nabe an der Seite,
wo sie das Drehmoment von der Kurbelwelle übernimmt, ein kleines Massenträgheitsmoment
besitzen soll.
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Außer der Vermeidung von Drehschwingungen in der Kurbelwelle wird
durch die drehelastische Verbindung der Luftschraube mit der Kurbelwelle noch verhindert,
daß die gefährlichen Luftschraubenblattbiegeschwingungen durch die Drehkraftharmonischen
des Motors erregt werden. Die durch die Erfindung gekennzeichnete Maßnahme bedeutet
somit auch :einen äußerst wirksamen Schutz gegen die Resonanzschwingungen der Luftschraube.