JPH05263858A - 粘性ダンパー - Google Patents
粘性ダンパーInfo
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- JPH05263858A JPH05263858A JP4309801A JP30980192A JPH05263858A JP H05263858 A JPH05263858 A JP H05263858A JP 4309801 A JP4309801 A JP 4309801A JP 30980192 A JP30980192 A JP 30980192A JP H05263858 A JPH05263858 A JP H05263858A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/023—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F13/00—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs
Abstract
る粘性ダンパーを得る。 【構成】 ベローズの態様の弾性的に変形可能な部材1
1,13の2つの動作容積が、ダンピング流体を充たさ
れた制限された環状流体通路20を支持するベース16
により結合されている組み合わされた構造内に設けられ
る。第1の容積11へ加えられる圧縮力がダンピング流
体により制限環を通じて第2の容積13へ伝えられ、そ
の結果としてエネルギー消費がダンピング作用を行う。
密閉されている構造によって、摩擦面が磨耗することな
しに、多軸ダンピングと分離が行われる。広いダイナミ
ックレンジにわたって大きいダンピング値が得られる。
流体が弾性的に変形可能な部材の一方から流体通路を通
って他の弾性的に変形可能な部材へ動くにつれて、変形
可能な部材は逆容積関係を有する。
Description
装置に関するものであり、更に詳しく言えば、宇宙衛星
応用のための小型の折り返し構造を有する粘性ダンパー
に関するものである。
増大している。そのような装置は、回転する機械のよう
なダイナミックの動作するハードウェアから発生される
震動を減少する必要があり、また鋭敏なハードウェア
を、発進時の震動や宇宙船の外乱から保護する必要があ
る。非常に低い外乱レベルで広い範囲にわたって分離す
る構造が、本願出願人が所有する米国特許第4,76
0,996号明細書に記載されている。その構造は粘性
流体ダンピング要素と並列に作用する金属ばねを用いて
いる。金属ベローズと並列に動作するコイルばねにより
剛性が保たれていた。ペイロード運動中に環状ダンピン
グ室を通るダンピング流体の粘性のある流れによりダン
ピングが行われる。しかし、この構造は、温度変化によ
るダンピング流体の膨脹収縮を補償するために、温度補
償器を頭に載せたベローズの積み重ねのアレイを必要と
するから、十分な長さを必要としていた。従来の構造の
別の欠点は、1つのベローズが膨脹させられたとき他の
ベローズが収縮させられて一定の全容積を維持するため
にベローズ内に包まれた長手方向の棒を必要としてい
た。これは第1のベローズと、第2のベローズおよび温
度補償器を長手方向に整列させるために十分な高さを設
けることを必要とする。全容積は一定に保たれるから、
温度によるダンピング流体の膨脹を行えるようにするた
めの補助温度補償器を設けることが必要である。
度変化とは十分に独立して第1のベローズと第2のベロ
ーズが膨脹または収縮できるようにする構造により、構
造を「折り返し」、とすることで一層小型とし、かつ容
積を制限する軸および温度補償器の必要性を無くすこと
が見出されている。本発明は、クーロン力を受けること
がなく、摩擦表面が磨耗することなしに、小型で、密閉
されたパッケージ内に多軸ダンパーまたは分離システム
を形成する際に使用する設計の融通性を提供するもので
ある。本発明は、小さい震動擾乱を含めて、広いダイナ
ミック範囲にわたって直線的な性能と、大きいダンピン
グ値を提供する。簡単にされた機械的設計によって、従
来の構造と比較してより低いコストで製作できる。
は、第1の開口部と第2の開口部、およびそれら第1の
開口部と第2の開口部の間で流体を連絡させるための流
体通路を形成され、構造部材へ取り付けるようにされた
ベースを備える。ベースの上には、ペイロードを支持す
るようにされ、第1の開口部を介して流体通路に通じる
可変容積の流体室を有する弾力的に変形可能な第1のダ
ンピング部材が配置される。第2の弾力的に変形可能な
ダンピング部材が、ベースへ取り付けられ、流体通路と
流体室に粘性ダンピング流体が充たされる。流体が弾力
的に変形可能な部材から流体通路を通って他の変形可能
な部材へ動かされるにつれて、それらの弾力的に変形可
能な部材は十分な逆容積関係で変形させられ、2つの部
材の総容積はほとんど変化せず、2つの部材は流体の温
度変動に従って生ずる粘性流体の膨張収縮による独立の
変形に対して自由である。好適な実施例においては、第
1の弾力的に変形可能なダンピング部材と第2の弾力的
に変形可能なダンピング部材は第1の長手軸と第2の長
手軸にそれぞれ沿って配置され、それらの部材は軸線方
向に隔てられ、互いに平行に整列させられるが、ベース
に対しては角度を成して配置される。変形可能なダンピ
ング部材は、所定のばね定数を有するベローズで構成
し、追加のばね偏倚を与えるために、それらのベローズ
の少なくとも一方を同軸ばねにより強くすることが好ま
しい。
して説明する。粘性ダンパー10は、震動源を含むこと
がある構造部材12へ取り付けるためのベース16を含
む。このベース16には、ベローズの態様を取ることが
できる第1の弾力的に変形可能なダンピング部材11
と、第2の弾力的に変形可能なダンピング部材13とが
取り付けられる。この部材13もベローズの態様を取る
ことが好ましい。弾力的に変形可能なダンピング部材1
1はペイロード・アダプタ24へ固定できる。そのペイ
ロード・アダプタ24は震動および衝撃から分離すべき
ペイロード(図示せず)へ取り付けられる。したがっ
て、ベース16が結合されている震動源からの震動は粘
性ダンパー10で減衰させられ、ペイロードへ悪影響が
加えられることが阻止される。構造部材12とペイロー
ド・アダプタ24は本発明を構成しないから説明は省略
する。
面図が示されている図2と図3を参照する。ベース16
は、流体が加圧された時に変形せずに流体を保持してお
くために適当な、金属またはプラスチックのような適切
な硬い材料で製作でき、構造支持部材へ取り付けられる
ようにされる。部材11と13は、互いに軸線方向に隔
てられ、かつ互いに平行になって、ベース16に対して
直角に配置されて取り付けられる。部材11と13はベ
ースへ通常のやり方で固定できる。部材11の上面には
中央円形穴23が設けられる。ペイロードアダプタ24
へ固定するために穴23にはねじ溝その他の固定手段を
形成できる。部材11にはスリーブ25を形成できる。
部材11はスリーブ25とインサート27で形成でき
る。このスリーブ25は、ベローズで構成できる。その
ベローズは、ニッケル、チタン、または所定のばね定数
を有するベリリウム銅のような弾性的に変形可能な材料
で構成できる。インサート27は硬い円筒形をしてお
り、スリーブ25に組み合わされて封じられた流体室2
6を形成するように構成される。その流体室26はベー
ス16内の開口部14に通じる。したがって、流体室2
6は、ベースからペイロード・アダプタへ伝えられる震
動の大きさによってその容積を変化させる。すなわちス
リーブ25は膨脹または収縮する。流体32がダンピン
グ部材11から開口部14を通って動かされるにつれ
て、その流体は環状流体通路20へ押し出され、開口部
18を通ってダンピング部材13の流体室30の中へ流
れ込む。そのダンピング部材13はダンピング部材11
に類似するやり方で構成される。したがって、弾性的に
変形可能な部材11と13は、流体が一方の部材から流
体通路を通って他方の部材へ動かされて一方の部材が変
形させられるので、逆容積関係を持つことがわかる。ダ
ンピング部材の全容積はほとんど変わらず、ダンピング
部材は、流体の膨脹または収縮の独立な変形は流体の温
度変化に影響を受けない。
ダンピング流体32が、ベース16の端部まで延長して
流体通路20に通じている注入穴44を通じて注入され
る。弾性的に変形可能な部材11,13のそれぞれのス
リーブ25,31は、前記のように希望のばね定数を持
つように形成できる。あるいは、ばね定数を大きくする
ため、または変形可能なダンピング部材に力を予め加え
るために、補助ばね42をスリーブ25に同軸状に設け
ることができる。同様に、変形可能なダンピング部材1
3のばね定数を類似のやり方で大きくすることができ
る。
ぞれの長手軸34,36に沿って伸びる向きの応力をと
くに受けるようにされる。部材11の上端部はインサー
ト27の頂部で構成され、震動中は、長手軸34に対し
て、典型的には5度も角変位させることができる。粘性
流体を介して作用するスリーブ25の弾力は対応する角
度方向のダンピングをも行う。
れる流体は、温度係数が小さく、流体室を構成する材料
に対して化学的に中性であるような流体である。シリコ
ン液は非常に満足できる特性を示す。粘性流体を注入穴
44を通じて注入すること、および流体通路20の内部
に粘性流体を保持することができるように、栓その他の
種類のシールが求められる。図1においては、雄ねじ1
5およびガスケット(図示せず)によりシールが行われ
る。図3では、金属球46によりシールの別の構造が示
されている。その金属球46は圧入またはねじシール4
5による流体通路のシールを行う。
の別の好適な実施例を示す。ベース66は第1と第2の
曲げられて配置された面50,52を有する。面50
は、第1の弾性的に変形可能なダンピング部材22を長
手軸62に沿って受けるようにされる。ダンピング部材
22の他端部はペイロード・アダプタ63へ取り付けら
れるようになっている。ダンピング部材22と同様に構
成されている、第2の変形可能なダンピング部材54
は、ベース66の面52へ取り付けられ、長手軸65に
沿ってペイロード・アダプタ63へ取り付けられるよう
にされている。ベース66の反対側の面には第3の弾性
的に変形可能なダンピング部材28が取り付けられる。
ダンピング部材22と54を第1のダンピング部材と呼
び、ダンピング部材28を第2のダンピング部材と呼ぶ
ことができる。第2のダンピング部材には流体室が設け
られる。その流体室は開口部68を介して環状流体通路
70に通じる。その流体通路70は開口部72を介して
ダンピング部材22に通じ、開口部74を介してダンピ
ング部材54に通じる。したがって、震動源が長手軸6
2と65に対応する軸線方向に向き合う方向の少なくと
も一方の方向に沿う変位成分を有する時に、この粘性ダ
ンパーは動作し、第2のダンピング部材28は、その部
材28と、第1の部材22と54の少なくとも一方との
間での流体の移動に弾性的に応答することがわかる。同
様に、追加の弾性的に変形できる部材と、流体通路70
へ連結される流体通路とを設けることにより、軸線62
と65の面に垂直な第3の方向でダンピングを行うよう
にすることもできる。
ース76には2つの独立した環状流体室60,80が設
けられる。ベース76は、長手軸62と65に沿う震動
ダンピングをアダプタ63を介してペイロードに対して
行うように、ダンピング部材64と86を取り付けるた
めの角度をおいて配置される2つの面51と53を有す
る。ペイロード・アダプタ63の1つの面へ取りつける
ことができるダンピング部材64は開口部78を介して
環状流体通路80に通じ、開口部82から第2のダンピ
ング部材84へ出る流体室を有する。したがって、ダン
ピング部材64と84は図2におけるような粘性ダンパ
ーを形成する。同様にして、ダンピング部材86はペイ
ロード・アダプタ63の反対側の表面へ取り付けられ、
流体開口部48と58および流体室60を介して、第2
のダンピング部材56と協働する。そうすると、長手軸
62と65の少なくとも一方に沿う変位成分を震動源が
有する時にこのダンパーは動作し、ダンピング部材64
と84は、長手軸62に沿うペイロード・アダプタ63
の変位に弾性的に応答し、ダンピング部材56と86は
長手軸65に沿うペイロード・アダプタの変位に弾性的
に応答する。震動源(図示せず)により発生された震動
をダンピングできるように、その震動源は前記したよう
にしてベース76へ結合される。
分離は、ダンピング部材11の追加のばね42により強
められたコンプライアンスと、環状流体通路20を通る
流体のせん断によりひき起こされた速度に比例するエネ
ルギー吸収とにより行われる。そのせん断は流体が、第
1のベローズ25に囲まれている体積から、第2のベロ
ーズ31により囲まれている体積まで、またはその逆の
向きに、流体が動かされる時に生ずる。それは、ペイロ
ードと取り付けインターフェイスの間の相対的な動きに
よりひき起こされる。したがって、ベース16へ圧縮力
を加えるとインサート27がスリーブ25の中に押し込
まれる。そのスリーブは長手方向と、それの長手軸に関
して角度を成す方向とに変形できる。流体室26の容積
は減少させられるから、ダンピング流体32は開口部1
4を通って流体室20の中へ入れられる。通路20内の
流体32の流量は、通路とベースの口との寸法により調
整される。ここで用いる「流体通路」という用語は円
形、長円形またはその他の幾何学的形状のものを指す。
流体通路20は、それを流れるダンピング流体の流量を
増大または減少できるように寸法を定めることができ
る。加圧された流体は開口部18を通ってダンピング部
材13の流体室30の中に入れられて、流体室30を膨
脹させるとともに、スリーブ31を対応して膨脹させ、
インサート35を曲げさせる。ダンピング部材11から
圧縮力が除去されると、インサート27は、スリーブ2
5のばね定数と、ばね42のばね定数および流体室30
から流体室26へのダンピング流体の流れによりひきお
きされるスリーブ25の膨脹により、上昇させられる。
作を更に理解する助けとなる。図6は、ばね−質量系の
等価機械回路を示す概略線図である。これは従来技術の
インライン構成に対応するから、同じ程度の予測可能性
を提供するものであって、構成要素は物理的に独立して
おり、個々に決定できるから、希望のダイナミック特性
のために正確に設計できる。参照記号Mはペイロードの
質量を表し、KA はベローズと並列ばね(使用されてい
る場合)の組み合わされた軸線方向のスチフネスを表
す。KB は流体の圧縮性と、流体の圧力によるベローズ
の体積変化とを表す。すなわち、環状通路が詰まって、
荷重が加えられた時の流体の流れを阻止する時に生ずる
スチフネスである。係数Cは流体通路のダンピング係数
である。震動源の変位がuにより表され、xはペイロー
ドMの結果としての変位である。下記の測定単位におけ
る値の典型的な範囲を表1に示す。
せて、または第2のベローズに対して特定の向きで、配
置させる必要がないことがわかる。これによりダンパー
のパッケージ形状の融通性が非常に高くなる。図示のよ
うに並列にされた2つの容積により高さの低いパッケー
ジが得られる。更に、第1のベローズまたは第2のベロ
ーズをいくつか協働して用いて多軸分離を行うことがで
きる。可撓性ベローズを長手方向制約ロッドなしに用い
ているから、角運動を容易に行わせることができる。第
3の軸線を同様に付加できる。更に、動作容積が逆比例
するが、内部ロッドにより強く制約される場合には、温
度補償器ベローズは不要であることにも注目されたい。
ベローズのばね定数を適当に選択することにより、補助
ばねは不要にできる。このようにして得られた装置の性
能は広いダイナミックレンジにわたって直線的であり、
しかも大きいダンピング値を生ずる。
る。
ある。
である。
つの長手方向に沿って分離を行う本発明の別の実施例の
横断面図である。
軸粘性ダンパーの横断面図である。
の概略等価回路図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 第1の開口部と第2の開口部、およびそ
れら第1の開口部と第2の開口部の間で流体を連絡させ
るための流体通路を形成され、構造部材へ取り付けるよ
うにされたベースと、 震動から分離すべきペイロードへ取り付けるようにされ
た第1の端部と、前記ベースの上に配置され、前記第1
の開口部を介して前記流体通路に通じる可変容積の流体
室を構成する第2の端部とを有する第1の弾力的に変形
可能なダンピング部材と、 前記ベースへ取り付けられ、前記第2の開口部を介して
前記流体通路に通じる可変容積の流体室を構成する第1
の端部と、第2の端部とを有する第2の弾力的に変形可
能なダンピング部材と、 前記流体通路と、前記第1の弾力的に変形可能なダンピ
ング部材の前記流体室と、前記第2の弾力的に変形可能
なダンピング部材の前記流体室とを充たす粘性ダンピン
グ流体と、を備え、流体が前記第1の部材から前記流体
通路を通って前記第2の部材へ動かされ、かつ、流体が
前記第2の部材から前記流体通路を通って前記第1の部
材へ動かされるので、前記第1の弾力的に変形可能なダ
ンピング部材と前記第2の弾力的に変形可能なダンピン
グ部材は、前記部材の一方の容積の変形に関して、他方
は逆に変形する関係にあり、 前記第1の部材と前記第2の部材の総容積はほとんど変
化されず、前記部材は、粘性流体の温度変動に関するそ
の流体の膨脹収縮による独立の変形が自由である粘性ダ
ンパー。
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US07/783,748 US5219051A (en) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | Folded viscous damper |
US783,748 | 1991-10-25 |
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Family
ID=25130279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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EP (1) | EP0538811B1 (ja) |
JP (1) | JP3367695B2 (ja) |
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