ACUMULADOR PRECARGADO DE V LVULA UNIDIRECCIONAL CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a mejoras en dispositivos de aislamiento. En particular, las modalidades que se ilustran se refieren a mejoras en dispositivos de aislamiento para remover los efectos adversos de acumul dores . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las Patentes US Nos. 4,236,697 de Halwes y otros; 6,217,011 de Redinger; y 6,431,530 de Stamps y otros, son ejemplos de aislantes y cada una de ellas se incorpora aquí como referencia a los mismos, respectivamente, en su totalidad. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un aspecto del tema de la invención incluye un aislante de vibración para conectar un primer cuerpo y un segundp cuerpo, que comprende: un bastidor que tiene una primerja cámara, una segunda cámara, y un puerto que conecta la primera cámara con la segunda cámara y que permite que el fluido1 fluya entre la primera cámara y la segunda cámara, y la primera y la segunda cámaras y el puerto definen un depósito de fluido; un acumulador de gas a fluido en comunicación fluida con el depósito de fluido a través de una primeria válvula unidireccional y una segunda válvula unidireccional, permitiendo la primera válvula unidireccional
Ref. 187500 que el fluido pase solamente desde el depósito de fluido hacia ' el acumulador, y permitiendo la segunda válvula unidireccional que el fluido pase solamente desde el acumul dor hacia el depósito de fluido, al menos una de la primera y de la segunda válvulas unidireccionales estando precargada hasta una fuerza predeterminada para permitir que el fluido fluya a través de la al menos una válvula unidireccional sólo cuando la presión del fluido excede la fuerza predeterminada. Otro aspecto del tema de la invención incluye un aislante de vibración para conectar un primer cuerpo y un segundo cuerpo, que comprende: un bastidor que tiene una superficie interior que define un volumen de fluido; un fluido1 variable dispuesto en el volumen de fluido; un cilindro interior dispuesto en el volumen de fluido y que tiene luna superficie dispuesta para segregar sustancialmente
I una porción del volumen de fluido, definiendo la porción segregada una primera cámara dentro del volumen de fluido; una segunda cámara que tiene un volumen variable; un pasaje que conecta la primera cámara con la segunda cámara y que permitle el flujo de fluido desde la primera cámara hacia la segunda cámara, donde la primera y la segunda cámaras y el pasaje definen un depósito de fluido; y un acumulador de gas a fluido que tiene comunicación fluida con la porción más alta del depósito de fluido, estando el acumulador de gas a fluido iconectado con el depósito de fluido por una primera y una segunda válvulas unidireccionales, donde la primera i válvul^ unidireccional permite que el fluido pase desde el depósito de fluido hacia el acumulador, y la segunda válvula unidir ccional permite que el fluido pase desde el acumulador hacia el depósito de fluido, y cada una de la primera y de la segunda válvulas estando precargada hasta una fuerza predeterminada para permitir que el fluido fluya a través de la respectiva válvula unidireccional, solamente cuando la presión del fluido excede la fuerza predeterminada. Otro aspecto de la presente invención se refiere a un aislante de vibración, para conectar dos cuerpos mientras que se aisla un cuerpo de la vibración del otro cuerpo, que comprende: un cilindro exterior, adaptado para ser conectado con uno de los cuerpos y que tiene un volumen interior alargado; un cilindro interior dispuesto de manera móvil dentro^ del volumen interior, definiendo el cilindro interior y el volumen interior la primera y la segunda cámaras en cualquier extremo del cilindro interior; un puerto de calibr ción que conecta la primera y la segunda cámaras, donde • la primera y la segunda cámaras y el puerto de calibración definen un depósito de fluido; conectando un resortie el cilindro interior con el cilindro exterior; una masa de calibración que llena sustancialmente la primera y la segunda cámaras y el puerto de calibración; y un acumulador de gas a fluido conectado con la porción más alta del depósito de fluido por medio de una primera y una segunda válvul s unidireccionales, donde la primera válvula unidireccional permite que el fluido pase desde el depósito de fluido hacia el acumulador, y la segunda válvula unidireccional permite que el fluido pase desde el acumulador hacia él depósito de fluido, y cada una de la primera y de la segunda válvulas unidireccionales está precargada hasta una fuerza predeterminada para permitir que el fluido fluya a través de la válvula unidireccional respectiva solamente cuando la presión del fluido excede la fuerza predeterminada. Otro aspecto de la presente invención se refiere a un aislante de vibración para conectar un primer cuerpo y un segundo cuerpo, que comprende: un bastidor que tiene una primera cámara, una segunda cámara, y un puerto que conecta la primera cámara con la segunda cámara y que permite que el fluido fluya entre la primera cámara y la segunda cámara, definiendo la primera y la segunda cámaras y el puerto un depósito de fluido; y un acumulador de gas a líquido en comunicación fluida con el depósito de fluido a través del primero y del segundo pasajes, incluyendo cada uno del primero y del segundo pasajes los medios para aislar el fluido en el depósito de fluido desde el acumulador dentro de la escala de presión oscilatoria de las operaciones normales. Los aspectos, modalidades y ventajas de esta invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada cuando se toma en conjunto con las figuraá adjuntas, que son parte de esta descripción y que ilustran, a modo de ejemplo, los principios de esta invención. BREVE DESCRIPCIÓN D? LAS FIGURAS Las figuras adjuntas facilitan una comprensión de las diversas modalidades de esta invención. En estas figuras: La Figura 1 es una vista en sección transversal de un aislante de vibración de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 2 es una vista en sección transversal de un aislante de vibración de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención; La Figura 3 es una vista agrandada del aislante de vibración de la Figura 1; La Figura 4 es una vista agrandada del aislante de vibración de la Figura 2; La Figura 5 es una gráfica que muestra la presión oscilatoria de operación de las modalidades de la presente invención, que está dentro de la escala normal de operaciones; y La Figura 6 es una vista en perspectiva de una estructura de aeronave que incorpora una modalidad de la prese?'te invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la Figura 1 se muestra un aislante de vibración de acuerdo con una modalidad de la presente invención, y se designa en general como 10. El aislante 10 de vibración comprende un bastidor superior 12 y un bastidor inferior extern© 14. En esta modalidad, el bastidor 12 superior y el bastidor 14 inferior no están conectados mecánicamente de manera directa, sino que están conectados de manera indirecta a través de los otros componentes del dispositivo. Además de los bastidores 12 y 14 superior e inferior, el aislante 10 también comprende un cilindro 16 interior dispuesto dentro del volumen definido por las porciones cóncavas de los bastidores 12 y 14. En operación, el cilindro 16 se traslada dentro de este volumen en reacción al movimiento impuesto por un cuerpo vibratorio. El bastidor superior 12 está unido de manera concéntrica al cilindro interior 16 por medio de un cojinete 18 de elastómero en forma de tubo. El bastidor inferior 14 está unido de forma concéntrica al cilindro interior 16 por medio de un cojinete 20 de elastómero en forma de tubo. Los cojinetes 18 y 20 de elastómero en forma de tubo sirven como miembros de resorte adaptables para el aislante 10. La longitud de los cojinetes en forma de tubo puede variar de acuerdo con las demandas de una aplicación en particular, pero la longitud es preferiblemente suficiente para minimizar el pandeo del elastómero causado por la presión oscilatoria en el dispositivo. La superficie interior cóncava del bastidor 12 superior y las superficies superiores del cilindro interior 16 y él cojinete 18 en forma de tubo, definen juntos una cámara 22 superior de fluido. La cámara 22 superior de fluido está conectada con las porciones inferiores del aislante 10 a través' de un puerto 24 de ajuste que pasa a través del cilindro interior 16. La superficie cóncava interior del bastidor inferior 14 y las superficies inferiores del cilindro 16 y del cojinete 20 en forma de tubo, definen una cámara inferior 26 de fluido, que está en comunicación fluida con el1 extremo inferior del puerto de calibración 24. Además de sepvir como miembros de resorte adaptables para el aislante 10, los cojinetes 18 y 20 de elastómero en forma de tubo sirven como los sellos del fluido para las cámaras 22 y 26. Las cámaras de fluido 22 y 26 y el puerto de calibración 24 se llenan con un fluido viscoso 34 para formar el depósito de fluido 27 y se presurizan para evitar la cavita'ción. El aislante 10, como se ilustra, incorpora un cojinete 28 elastomérico esférico adicionalmente a los dos cojinetes 18 y 20 elastoméricos en forma de tubo. En operación, los bastidores 12 y 14 superior e inferior son montados al cuerpo que se va a aislar de la vibración. El cojinete 28 esférico está conectado al cuerpo vibrador. Cuando el cilindro 16 interior se mueve dentro del aislantjs 10, el volumen de una de las cámaras 22 y 26 aumentajrá, mientras el de la otra disminuye. Este cambio en el vol men crea un diferencial de presión entre las cámaras 22 y 26 y un flujo correspondiente del fluido 34 viscoso de una cántara a la otra, en dirección opuesta al movimiento del cilindrjo interior 16. Este movimiento del fluido 34 dentro del puerto 24 de ajuste causa que se genere una fuerza de inercia'. Dentro de una escala seleccionada de frecuencias, esta fuerza de inercia cancela sustancial o completamente la fuerza 'del resorte elastomérico en el aislante 10. Para estabilizar las presiones interiores del fluido, la expansión térmica del fluido y del elastómero se acomoda a través del uso de un compensador integral 30 del volumen. El compensador de volumen 30 alivia la acumulación de la presión excesiva y el riesgo de cavitación que de otra forma existiría debido a los cambios de volumen y de las oscilaciones de la presión asociada, causados por la operación del aislante a través de una escala amplia de temperaturas . En el aislante que se muestra en la Figura 1, el cortipensador 30 toma la forma de un resorte 32 de aire lleno con un gas, tal como nitrógeno. En este diseño, el comperjsador no requiere una barrera entre el gas 32 y el fluido 34. Sin embargo, puede emplearse un compensador con una barrera entre el gas 32 y el fluido 34. Los datos empinóos han mostrado que una modalidad de la presente invención muestra aproximadamente ± 35% de cambio en la presión interna del fluido sobre una escala de temperatura de -7.2 grados C a +65.6 grados C. De acuerdo con ello, es deseable que la presión dentro del compensador 30 de volumen se ajuste al menos a 35% por arriba de la presión de vapor del flµido de ajuste de modo que se evite la cavitación. La presión interna está relacionada con el extremo superior a través de los límites de esfuerzo mecánico de los materiales aislantes. La modalidad que se muestra en la Figura 1 incorpora un visor de vidrio 38 para determinar visualmente el nivel del fluido en el compensador y una válvula de gas 39 para presurizar el gas directamente. En ciertas modalidades de lai presente invención, las superficies interiores del aislante se formatean para permitir que las burbujas suban al compensador cuando el aislante esté dispuesto en su orientación normal. El aislante 10 comunica la presión del fluido al compensador 30 de volumen a través del ensamble 36 de la válvula precargada. Como se observa en la Figura 3, el
1 ensamble 36 de la válvula precargada incluye una primera válvula unidireccional 140 precargada y una segunda válvula unidireccional 142 precargada. En esta modalidad, la primera válvula unidireccional 140 es una válvula de salida que permite que las burbujas y el fluido pasen desde el depósito de fluido 27 hacia el compensador 30 una vez que se ha rebasado la presión de precarga de la válvula 140. De modo similar, la segunda válvula unidireccional 142 es una válvula de entrada que permite que el fluido pase desde el compensador 30 hacia el depósito de fluido 27 una vez que se ha rebasado la presión de precarga de la válvula 142. Con este diseño, cualesquiera burbujas formadas en el depósito de fluido1 27 flotarán hacia la parte superior del depósito de fluido 22 y con una presión suficiente del fluido en el depósito 27 para pasar la fuerza predeterminada aplicada contra la bola 146, pasarán a través de la válvula unidireccional 140 dentro del compensador 30, donde se colectan y se añaden al volumen del gas en el compensador 30. También, por ejemplo, durante la expansión térmica, el fluido pasará1 desde el depósito 27 hacia el compensador 30 una vez que la precarga de la válvula 140 ha sido rebasada. Así el fluido, tanto gas como líquido, puede pasar a través de la válvula 140 con la presencia de la presión suficiente para pasar la precarga de la válvula 140. Cualquier pérdida de volumen en la forma de burbuj:as desde el depósito 27 hacia el compensador 30 a través; de la válvula 140, se regresa al depósito de fluido 27 a través de la válvula unidireccional 142 en la forma de líquido con la presencia de presión suficiente para pasar la precarga de la válvula 142. La precarga en la válvula 142 puede ser igual o diferente a la de la válvula 140, incluyqndo ninguna carga, como se desee. El diseño de las válvulas unidireccionales 140 y 142 puede tomar cualquier forma apropiada que proporcione la capacidad de la válvula para prohibir el paso del fluido a través de esta, a menos que el fluido haya excedido de una cierta presión predeterminada. Por lo tanto, las válvulas 140 y 142 se precargan hasta esa fuerza predeterminada, de modo que abrirán solamente después de que se haya excedido la precarga. El diseño de las válvulas para lograr esta función puede incluir numerosos tipos de válvula, de los cuales sólo unos cuantos se describen aquí. En la modalidad ilustrada en la Figura 3, cada válvula unidireccional 140 y 142 toma la forma de un resorte 144 mecánico cargado con una bola 146. En particular, la válvula 140 incluye una entrada 148 generalmente cilindrica y una salida 150 generalmente cilindrica, que tiene un diámetro mayor que la entrada 148. La salida 150 incluye una porción 152 ahuecada para recibir la bola 146. Las dimensiones y configuración de la válvula unidireccional 140 pueden tomar varias formas como sea necesario para el desempeño deseado del aislante 10. Por ejemplo, las dimensiones de la entrada 148 y la fuerza aplicada por el resorte 144 en la bola 146 pueden variarse, como se desee. De acuerdo con una modalidad de la , invención, la fuerza del resorte en la bola es predeterminada y permanece ajustada para asegurar que la válvula 140 y el paso entre el fluido que opera en el depósito 27 y el compensador 30 permanezca cerrada con las oscilaciones de presión de la operación normal del aislante 10. Por lo tanto, la presencia del compensador 30 no afecta de manera adversa el desempeño general del aislante 10 y la adición de las válvulas unidireccionales 140 y 142 precargadas, como aquí se describen, mejora el desempeño del aislante 10 eliminando de manera sustancial la presencia aparente del compensador 30 dentro de una escala de presión limitada . Una válvula unidireccional 142 puede formarse de una manera sustancialmente idéntica a la arriba establecida con respecto de la válvula unidireccional 140, excepto en que la ent¡rada 154 es adyacente al fluido en el compensador 30 y la salida 156 es adyacente a la parte superior del depósito de fluido 27. Con la presión suficiente del fluido en el compensador 30 para rebasar la fuerza predeterminada aplicada contra la bola 146, el líquido 34 en el compensador 30 pasa a través; de la válvula 142 y dentro del depósito 27. También, aunque! la válvula 142 puede ser configurada de modo que la fuerza! predeterminada necesaria para que el fluido pase a través! de la válvula 142 pueda ser sustancialmente idéntica a la fudrza predeterminada necesaria para que el fluido pase a través 'de la válvula 140, la fuerza predeterminada para cada válvula, 140 y 142 puede ajustarse de manera independiente para cajda válvula, como se desee. El amortiguamiento dentro del aislante 10 se minimiza a través del uso de los cojinetes 18 y 20 de elastómero que tienen características bajas de amortiguamiento y a través del uso de un fluido viscoso 34. El amortiguamiento se minimiza adicionalmente a través del uso dé un puerto 24 de ajuste que tiene un valor relativamente grande. Un puerto 24 de ajuste de diámetro grande ; reduce el amortiguamiento en el aislante 10 minimizando la velocidad del fluido 34 dentro del puente 24 de aju?te. El fluido 34 que se usa puede variar de una modalidad a otra, pero es deseable que el fluido 34 tenga una viscosidad baja y que no sea corrosivo. Por ejemplo, el fluido! 34 del aislante 10 puede ser SPF I, fabricado por LORD CORPORATION RTM. Otras modalidades pueden incorporar mercurio o fluido hidráulico que tenga suspendido en el mismo material en partículas denso. Adicionalmente, la masa del fluido puede en algunas modalidades ser suplementada con el uso de un bloque'cillo sólido dispuesto en el puerto 24 de ajuste. De modo similar, el elastómero usado para los cojinetes 18 y 20 en forma de tubo del aislante puede variar, pero es deseable que elastómero tenga una vida de fatiga larga y que muestre características de amortiguamiento bajo. Por ejeimplo, elastómero puede ser elastómero LORD SPE X.RTM, fabricado por LORD CORPORATION . RTM. Las Figuras 2 y 4 muestran otra representación de la presiente invención en la forma del aislante 110, donde el acumulador 44 de gas a fluido está conectado con el aislante por una primera válvula unidireccional 40 precargada y una segunda} válvula unidireccional 42 precargada. En esta modalidad, la primera válvula unidireccional 40 es una válvula de salida que permite que las burbujas pasen desde el depósito de fluido 27 hacia el acumulador 44 una vez que la presión en el depósito 27 ha rebasado la precarga en la válvula 40, y la segunda válvula unidireccional 42 es una válvula de entrada que permite que el fluido pase desde el acumulador 44 hacia el depósito de fluido 27 una vez que la presión en el acumulador 44 ha rebasado la precarga en la válvula 42. Con este diseño, cualesquiera burbujas que se formen en el depósito de fluido 27 flotarán hacia la parte superior del depósito 22 de fluido y pasarán a través de la válvula unidireccional 40 dentro del acumulador 44, donde son colectadas y añadidas al volumen del gas en el acumulador 44. Cualq 'ier pérdida de volumen en la forma de burbujas desde el depósito de fluido 27 al acumulador 44 a través de la válvula 40 regresa al el depósito de fluido 27 a través de la válvula unidireccional 42 en la forma de fluido.
La construcción que se ilustra en la Figura 2 permite que el acumulador se ubique en cualquier posición con respecto del depósito 27 e ilustra otra de las diversas configuraciones de las válvulas unidireccionales precargadas de la solicitud del tema. Las válvulas unidireccionales 40 y 42 funcionan de una manera sustancialmente idéntica que las válvulas unidireccionales 140 y 142 arriba descritas. Sin embargo, como se ilustra, las válvulas unidireccionales 40 y 42 están config radas como válvulas de gozne precargadas. Por supuesto, las válvulas de gozne 40 y 42 ilustran otra modalidad para formar las válvulas unidireccionales, y pueden emplearse otros diseños unidireccionales alternativos apropiados. Como con las válvulas unidireccionales 140 y 142 de arriba, las válvulas 40 y 42 son precargadas de modo que el acumulador 44 esté aislado del fluido en el depósito 27 y las válvulas de gozne precargadas están construidas de modo que las válvulas 40 y 42 permanecen cerradas a lo largo de las oscilaciones de presión de la operación normal del aislante 110. Como con las válvulas 140 y 142 de arriba, las válvulas 0 y 42 permiten el aislamiento sustancialmente completo del acumulador 44 del depósito de fluido 27 de trabajiO dentro de la escala de presión oscilatoria de la operación normal del aislante 110. Esto se muestra como una gráfica en la Figura 5, ya que, como la presión de operación oscilatoria del aislante 10, el 110 funciona con la escala de presión oscilatoria de las operaciones normales. El uso de válvulas unidireccionales cargadas como las 140, 142, 40 y 42 permite el uso de los aislantes 10, 110 físicamente más pequeños, ya que se mejora el desempeño (es decir, la profundidad del valle de aislamiento) , permitiendo diámetros menores del puerto 24 y, por lo tanto, menores áreas generales asociadas del pistón. Los dispositivos aislantes más pequeños que resultan no solamente son más ligeros en peso y menos costosos, sino que también son más fáciles de usar en más ubicaciones sin las limitaciones de diseño asociadas con los aislantes de mayor tamaño. Además, dado que el uso de las válvulas unidireccionales precargadas, tales como las 40, 42, 140 y 142, aisla sustancialmente al acumulador 44 del depósito 27 de líquido de trabajo, el acumulador 44 puede ser del tipo con una burbuja de aire 45, como se ilustra, o puede ser otro tipo de acumulador, tal como un acumulador de diafragma. Además, el uso de las válvulas unidireccionales precargadas tales como las 40, 42, 140 y 142 permite que el acumulador 44 se coloque por debajo de la porción más alta del fluido de trabajo en el depósito 27. La válvula de salida unidireccional recargada tal como las 40, 140, se coloca en la porción más alta del fluido de trabajo en el depósito 27, para expulsar las burbujas del fluido de trabajo.
! Una modalidad del aislante 10, 110 de vibración de la presente invención, instalado en la subestructura del fuselaje de un helicóptero, se muestra en la Figura 6. La subestriuctura 60 del fuselaje del helicóptero comprende los aislantes 62 y 64 de vibración montados en un marco 66 de la subest?uctura para trabajar en combinación con las trabas 68 y 70 de paso del rotor. Un aparato vibratorio, en este caso un ensamble de transmisión y pilón del rotor principal (no se muestr ) , está montado entre los aislantes 62 y 64 en las bridas ' de montaje 72 y 74. Como se describe arriba, cada uno de los1 aislantes 62 y 64 se adapta en el eje vertical debido a los cojinetes 18, 20 en forma de tubo, resultando un movimiento contrario del fluido 35 en el puerto de calibración 27, y también adaptado con respecto de los dos ejes de rotación horizontales ortogonales del paso y el rodillo, debido al cojinete esférico. Para un ensamble de piló rfiontado entre los aislantes 62 y 64, la estructura restringirá el movimiento vertical, frontal y trasero y en los ej'es laterales, pero permitirá que el ensamble se mueva en toríno del eje que corre desde el cojinete esférico en el aislante 62 hacia el cojinete esférico en el aislante 64. El movimiento y la vibración en torno de este eje están restringidos por las trabas 68 y 70 del paso. Debería entenderse que los conceptos aquí descritos aplican igualmente para estructuras distintas de las aquí ilustradas en las figuras adjuntas. Por ejemplo, las válvulas unidirebcionales arriba descritas pueden ser incorporadas en estructuras de aislantes de vibración tales como las diversas estructuras aislantes que se describen en la Patente US No. 4,236, 6p7, de Halwes y otros, que se ha incorporado aquí como referencia de las mismas. Mientras que la elaboración y el uso de las diversas modalidades de la presente invención se explican con detalle, más adelante, debería apreciarse que la presente invención proporciona muchos conceptos inventivos aplicables que pu den ser aplicados en una amplia variedad de contextos específicos. Las modalidades específicas que aquí se discuten son mecamente ilustrativas de las formas específicas para hacer y usar la invención, y no delimitan la competencia de la invfnción. Las modalidades anteriores se han proporcionado para ilustrar los principios estructurales y funcionales de la présente invención, y no pretenden limitarla. Por el contrario, la presente invención está diseñada para abarcar todas las modificaciones, alteraciones y sustituciones dentro del espíritu y competencia de las reivindicaciones adjuntas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctiica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.