PL201724B1 - Amortyzator drgań, w szczególności dla wirnika helikoptera - Google Patents

Abstract

1. Amortyzator drga n, w szczególno sci dla wirnika helikop- tera, zawieraj acy element prowadz acy (10) z osi a zwan a osi a g lówn a i przeznaczony do nap edzania przez element nap edo- wy (100), jak równie z element sztywny (6) przeznaczony do zamontowania na konstrukcji i zawieraj acy zespó l t lumienia drga n lacz acy funkcjonalnie element prowadz acy (10) i ele- ment sztywny (6), aby zamortyzowa c drgania co najmniej w kierunku prostopad lym do wzmiankowanej osi g lównej, zespó l t lumienia drga n zawieraj acy z jednej strony urz adzenie hydrauliczne t lumienia drga n umieszczone w co najmniej jednej wn ece (3) z ciecz a lepk a i z drugiej strony urz adzenie elastyczne (1) wykazuj ace du za sztywno sc w kierunku równo- leg lym do wzmiankowanej osi g lównej i s lab a sztywno sc we wzmiankowanym kierunku prostopad lym do osi g lównej, urz a- dzenie hydrauliczne t lumienia drga n (40, 50) zbudowane z pierwszego (40) i drugiego (50) zestawu p laskich p lytek, z których ka zda ma swoj a p laszczyzn e prostopad la do osi g lównej, przy czym pierwszy zestaw (40) jest zamontowany na elemencie prowadz acym (10) za pomoc a pierwszego po lacze- nia mechanicznego (42) i drugi zestaw (50) zamontowany jest na elemencie sztywnym (6) za pomoc a drugiego po laczenia mechanicznego (60), przy czym p lytki (40, 50) pierwszego (40) i drugiego (50) zestawu rozmieszczone s a w taki sposób, ze zachodz a na siebie i odst epy mi edzy nimi s a bardzo ma le, tak aby utworzy c lepkie strefy t lumienia drga n (45) ka zda z nich umieszczona mi edzy p lytk a (40) pierwszego zestawu i p lytk a (50) drugiego zestawu, znamienny tym, ze ............. PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest amortyzator drgań, w szczególności dla wirnika helikoptera, zawierający element prowadzący z osią zwaną osią główną i przeznaczony do napędzania przez element napędowy, jak również element sztywny przeznaczony do zamontowania na konstrukcji i zawierający zespół tłumienia drgań łączący funkcjonalnie element prowadzący i element sztywny aby zamortyzować drgania co najmniej w kierunku prostopadłym do wzmiankowanej osi głównej.

Francuskie zgłoszenie patentowe FR 2 754 579 złożone przez obecnego Zgłaszającego 15 października 1996 i opublikowane 17 kwietnia 1998, opisuje amortyzator tego typu, w którym zespół tłumienia drgań zawiera, po pierwsze, urządzenie hydrauliczne tłumienia drgań, umieszczone we wnęce z cieczą lepką , a po drugie element podatny, wykazują cy dużą sztywność w kierunku równoległ ym do wzmiankowanej osi głównej i małą sztywność w kierunku prostopadłym do osi głównej. Urządzenie hydrauliczne tłumienia drgań zbudowane jest z pierwszego i drugiego zestawu płaskich płytek, które leżą w płaszczyznach prostopadłych do osi głównej, przy czym pierwszy zestaw jest sztywno połączony z elementem prowadzącym, a drugi zestaw jest sztywno połączony z elementem sztywnym oraz płytki pierwszego i drugiego zestawu rozmieszczone są w taki sposób, że zachodzą na siebie i odstępy między nimi są bardzo małe, tak, że tworzą lepkie strefy tłumienia drgań, z których każda znajduje się między płytką z pierwszego zestawu a płytką z drugiego zestawu.

Urządzenie tłumienia drgań z płaskimi płytkami zachodzącymi na siebie, takie jak opisano w przytoczonym zgł oszeniu, umoż liwia uzyskanie dobrych wyników i dobrej liniowoś ci dla drgań o słabej lub średniej amplitudzie. Jednakże, w miarę jak amplitudy ugięć zwiększają się, również prędkość względna płytek dąży do zwiększania, co pociąga za sobą zwiększenie naprężeń ścinających i zmniejszenie lepkości dynamicznej, a to powoduje, że tłumienie drgań powodowane przez urzą dzenie hydrauliczne, ma tendencję do zmniejszania się.

Znane są skądinąd urządzenia tłumienia drgań z cieczą lepką, które umożliwiają uzyskanie wysokiego tłumienia dla ugięć o dużych amplitudach, ponieważ osiągane tłumienie drgań jest proporcjonalne do kwadratu prędkości, ale za to wykazują one słabą skuteczność przy małych amplitudach.

Niniejszy wynalazek proponuje wykonanie amortyzatora drgań, w szczególności dla wirnika helikoptera, który wykazuje zadowalające tłumienie równocześnie dla ugięć o niskich amplitudach i o wysokich amplitudach.

Podstawowym celem wynalazku jest opracowanie takiego amortyzatora, aby przy słabych amplitudach tłumienie drgań było osiągane głównie dzięki zestawom płytek, takim jak przedstawiono powyżej, podczas gdy przy dużych amplitudach tłumienie drgań było uzupełnione i/lub realizowane przez urządzenie typu amortyzatora z cieczą lepką.

Amortyzator drgań według wynalazku charakteryzuje się tym, że hydrauliczne urządzenie tłumienia drgań zawiera również element tłumienia, który umieszczony jest we wzmiankowanej wnęce z cieczą lepką i który jest sztywno połączony z elementem prowadzącym, przy czym wzmiankowany element tłumienia ma przekrój zwężający się od podstawy usytuowanej od strony końcówki osiowej amortyzatora aż do wierzchołka usytuowanego od strony zespołów wzmiankowanych płaskich płytek.

Przy niskiej amplitudzie, element tłumienia drgań jest stosunkowo odsunięty od ścianki wnęki lub wnęk i tłumienie jest w większości osiągane dzięki zestawom płytek. Przeciwnie, przy dużej amplitudzie, element podatny dąży do odkształcania się i w miarę jak amplitudy zwiększają się, obrys zewnętrzny elementu tłumienia zbliża się co najmniej miejscowo do ścianki wnęki, stąd zwiększenie efektu tłumienia lepkiego w kierunku gdzie następuje odkształcenie, z jednej strony, z powodu zwężenia przekroju przepływu i z drugiej strony z powodu nie-liniowości tego efektu, który, jak pokazano powyżej, jest proporcjonalny do kwadratu prędkości.

W szczególno ś ci, element tł umienia drga ń wpisuje się w obrys maksymalnego odkształ cenia powierzchni wewnętrznej elementu podatnego. Korzystnie, obrys zewnętrzny elementu tłumienia wpisany jest w uprzednio określonej odległości od wzmiankowanego obrysu maksymalnego odkształcenia elementu podatnego.

Korzystnie jest, gdy obrys zewnętrzny elementu tłumienia tworzy przekrój utworzony z odcinków prostej nachylonych w stosunku do wzmiankowanej osi głównej.

W najkorzystniejszym przypadku, wierzchoł ek elementu tł umienia jest eliptyczny, a podstawa jest okręgiem lub okręgiem przerywanym odcinkami prostymi.

PL 201 724 B1

Szczególnie korzystne jest, gdy element tłumienia jest wydrążony i zawiera wnękę kompensacji objętości, która połączona jest z co najmniej jedną wzmiankowaną wnęką z cieczą lepką i w której umieszczony jest element kompensacji objętości, w szczególności sprężysta membrana.

Korzystne jest, gdy podczas minimalnej temperatury działania amortyzatora, sprężysta membrana nie tworzy zagięć i pozostaje w odległości od ścianki wewnętrznej elementu tłumienia drgań.

Obrys zewnętrzny co najmniej jednej wnęki z cieczą lepką może być wydłużony zgodnie z pierwszym kierunkiem. Co najmniej podstawa elementu tł umienia moż e być wydł uż ona zgodnie z drugim kierunkiem, prostopadł ym do pierwszego kierunku. Umoż liwi to uzyskanie róż nych parametrów tłumienia według pierwszego i drugiego kierunku, z ugięciem większym w pierwszym kierunku.

Według drugiej postaci, wynalazek dotyczy amortyzatora drgań, w szczególności dla wirnika helikoptera, typu zawierającego element prowadzący z osią zwaną osią główną i przeznaczony do napędzania przez element napędowy, jak również element sztywny przeznaczony do zamontowania na konstrukcji i zawierający zespół tłumienia drgań łączący funkcjonalnie element prowadzący i element sztywny aby zamortyzować drgania co najmniej w kierunku prostopadłym do wzmiankowanej osi głównej, przy czym zespół tłumienia zawiera po pierwsze urządzenie hydrauliczne tłumienia drgań umieszczone w co najmniej jednej wnęce z cieczą lepką i po drugie element podatny, wykazujący dużą sztywność w kierunku równoległym do wzmiankowanej osi głównej i słabą sztywność w kierunku prostopadłym do osi głównej.

Urządzenie tego typu opisano we wzmiankowanym zgłoszeniu francuskim i stanowi ono urządzenie kompensacji objętości. Urządzenia kompensacji objętości są stosowane od dawna w układach hydraulicznych, w szczególności w postaci akumulatorów hydraulicznych, na przykład OLAER lub LEDUC, są one również stosowane od wielu lat w wymienionych uprzednio amortyzatorach drgań. We wzmiankowanym zgłoszeniu francuskim, urządzenie kompensacji objętości zawiera falistą membranę, której jedną powierzchnią styka się z cieczą wypełniającą wnękę a druga powierzchnia styka się z wnęką zawierającą gaz. Wadą tego urządzenia jest wrażliwość membrany na uszkodzenia.

Według swojej drugiej postaci, wynalazek proponuje rozwiązanie tego problemu, i w tym celu amortyzator drgań charakteryzuje się tym, że posiada wnękę kompensacji objętości, która połączona jest z co najmniej jedną wzmiankowaną wnęką z cieczą lepką i wewnątrz której umieszczona jest sprężysta membrana, której ścianka wewnętrzna ogranicza wnękę o zmiennej objętości wypełnioną gazem i której ścianka zewnętrzna, która ogranicza razem ze ścianką wewnętrzną wzmiankowanej wnęki kompensacji objętości, wnękę z cieczą kompensacyjną, przy czym sprężysta membrana umieszczona jest w uprzednio określonej odległości większej od zera od wzmiankowanej ścianki wewnętrznej, i bez tworzenia zagięć, kiedy amortyzator drgań działa w temperaturze minimalnej przewidzianej w jego warunkach technicznych.

W ten sposób zapewniono skuteczność kompensacji objętości we wszystkich warunkach, w jakich amortyzator mógłby się znaleźć i z drugiej strony ścianka wewnętrzna wnęki kompensacyjnej umożliwia zapewnienie ochrony sprężystej membrany.

Wnęka kompensacyjna najkorzystniej utworzona jest wewnątrz wydrążonego elementu rozszerzającego się zawartego między hydraulicznym urządzeniem tłumienia drgań i końcówką osiową amortyzatora.

Przedmiot wynalazku zostanie objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1a i 1b przedstawiają dwa przekroje podłużne w płaszczyznach prostopadłych amortyzatora według najkorzystniejszego sposobu wykonania wynalazku, fig. 2a do 2c - odpowiednio w perspektywie, przekrój i widok z góry elementu tłumienia drgań według najkorzystniejszego sposobu wykonania wynalazku, fig. 3 - obrys zewnętrzny wnęki lub wnęk z cieczą.

Jak przedstawiono na fig. 1a i 1b, amortyzator drgań zawiera element prowadzący 10, którego oś ZZ jest osią główną amortyzatora i który przeznaczony jest do napędzania przez element napędowy 100. Pierwszy zestaw płytek 40 jest sztywno połączony z elementem prowadzącym 10, w taki sposób, że płytki znajdują się w takiej odległości od siebie, że między każde dwie płytki wchodzi płytka z zestawu 50, który to zestaw płytek 50 zachodzi na pierwszy zestaw i jest sztywno połączony ze sztywnym elementem 6. W przedstawionym przykładzie, rozładowanie drgań uzyskuje się dzięki częściowemu nakładaniu się płytek, ale funkcję tę można by zrealizować za pomocą każdego innego sposobu opisanego we wzmiankowanym zgłoszeniu FR 2 754 579.

W przedstawionym przykładzie, konstrukcja jest symetryczna w stosunku do płaszczyzny środkowej prostopadłej do osi głównej elementu prowadzącego 10. Zespół płytek 40 i 50 umieszczony jest w położeniu środkowym i jest wyśrodkowany w stosunku do elementu podatnego 1, który zawiera

PL 201 724 B1 strukturę warstwową utworzoną przez ułożone w stos podkładki metalowe 4 i podkładki z elestomeru 5, których płaszczyzny są prostopadłe do osi cylindra 10. Struktura warstwowa 1 tworzy obrys wewnętrzny 11, który wyznacza obrys zewnętrzny dwóch wnęk 3 umieszczonych z jednej i z drugiej strony zespołu płytek 40 i 50 i które wypełnione są lepką cieczą, która opływa również płytki i przestrzeń znajdującą się między nimi, w taki sposób aby uzyskać wymagane tłumienie drgań.

W swojej części górnej i w swojej części dolnej, to znaczy na swoich końcówkach osiowych, urządzenie jest zamknięte pokrywami 80, do których są sztywno zamocowane elementy tłumienia 20, które zawierają wierzchołek 21 znajdujący się w pobliżu zespołu płytek 40 i 50 i podstawę 23, przy czym wierzchołek 21 i podstawa 23 połączone są obrysem zewnętrznym 22, który rozszerza się stopniowo od wierzchołka 21 do podstawy 23.

Korzystnie jest, gdy element tłumienia drgań 20 jest wydrążony i ogranicza wnękę tłumienia drgań podzieloną na dwie wnęki powietrza 33 i cieczy 34 przez membranę 70 umieszczoną na swoim wierzchołku 71 w pobliżu powierzchni wewnętrznej 25 elementu 20 i która jest ściśnięta na swojej podstawie 73 między podstawą 23 elementu tłumiącego 20 i pokrywą 80. Membrana 70 posiada strefę aktywną 72, która przebiega wzdłuż ścianki wewnętrznej rozszerzającej się 26, która ogranicza od zewnątrz wnękę 34. Wnęka z cieczą 34 połączona jest z wnęką 3 jednym lub kilkoma otworami 31 aby spowodować efekt kompensacji pożądanej objętości.

Na rysunku widać również otwory 27 umożliwiające napełnianie wnęk 3, jak również otwory 28 do napełniania wnęk 33 gazem odpowiednim dla wnętrza sprężystych membran, wykonanych na przykład z elastomeru. To napełnianie może pociągać za sobą utrzymywanie zwiększonego ciśnienia gazu. Systemem kompensacji może być każdy system sprężysty, na przykład układ tłoka ze sprężyną.

Widać również płyty połączeniowe 60, umieszczone z jednej i z drugiej strony zestawów płytek 40 i 50, które mają otwory 63 (fig. 1b) przepływu cieczy lepkiej wypełniającej wnęki 3. Usztywnienia 42 umożliwiają zapewnienie ułożenia w stos pokrywy 80, elementów tłumienia drgań 20 i zestawów 40 i 50 płytek wzdłuż osi 10, podczas gdy na części zewnętrznej uzupełniające kołnierze 61 i 62 służą do połączenia na poziomie warstwowego elementu podatnego 1 gdzie ułożenie w stos jest również zabezpieczone dzięki pokrywie 80.

Najkorzystniej jest, gdy element tłumienia 20 wykonany jest w kształcie czaszy, która posiada wierzchołek 21 mający otwór środkowy kołowy 24 i obrys zewnętrzny wyraźnie eliptyczny 21 jak również podstawę 23 utworzoną z segmentów okręgu 23₁, połączonych między sobą odcinkami prostymi 23₂. Obrys zewnętrzny 22 tworzy w przekroju proste odcinki, które łączą obrys eliptyczny wierzchołka 21 i obrys podstawy 23.

Obrys zewnętrzny rozszerzający się 22 umożliwia wpisanie elementu 20 w obrys maksymalnych odkształceń warstwowego elementu podatnego 1 w najtrudniejszych warunkach działania, z pewnym luzem, który dobrany jest w zależności od wymaganego tłumienia. Z tego powodu, jest się pewnym z jednej strony, że obrys zewnętrzny 22 elementu tłumienia 20 nie zetknie się nigdy z obrysem wewnętrznym 11 struktury elementu 1 i to nawet w najtrudniejszych warunkach działania, i że element tłumienia 20 spowoduje znaczny efekt tłumienia dla ugięć o dużych amplitudach.

Jak przedstawiono na fig. 3, obrys 11, który wyznacza brzeg zewnętrzny wnęk 3 ma kształt wydłużony ograniczony na końcówkach łukami kołowymi 11₁, które połączone są odcinkami prostymi 112. Oznaczono na fig. 2c jako XX dużą oś elipsy 21 i jako YY jej małą oś i przeniesiono te kierunki na fig. 3, aby pokazać położenie względne elementu 20 w odniesieniu do elementu 1. Przekrój z fig. 1a wykonany jest w płaszczyźnie zawierającej oś XX i oś ZZ, podczas gdy przekrój z fig. 1b wykonany jest w płaszczyźnie zawierającej oś YY i oś ZZ. Kierunek YY odpowiada największym możliwym ugięciom elementu tłumienia drgań.

Jak przedstawiono w szczególności na fig. 1a i 1b, w minimalnej temperaturze działania, część aktywna 72 sprężystej membrany 70 przebiega wzdłuż ścianki wewnętrznej 26 elementu 20 w określonej odległości resztkowej i bez tworzenia zagięcia, co pozwala na utrzymanie skuteczności kompensacji objętości we wszystkich warunkach działania. W temperaturze otoczenia (20°C), membrana 70 zajmuje położenie przedstawione linią przerywaną na fig. 1a. W miarę jak temperatura obniża się, lepka ciecz kurczy się i to kurczenie powoduje zmniejszenie objętości wnęk 34. Ponieważ membrana 70 nie tworzy zagięć, kurczy się ona w sposób jednorodny i układa się wzdłuż ścianki 26 bez tworzenia zagięć. Brak zagięć przy minimalnej temperaturze działania pozwala uniknąć miejscowego stykania się membrany 70 ze ścianką wewnętrzną 26, co zmniejszyłoby skuteczność kompensacji objętości oddzielając część wnęki z cieczą 34.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Amortyzator drgań, w szczególności dla wirnika helikoptera, zawierający element prowadzący (10) z osią zwaną osią główną i przeznaczony do napędzania przez element napędowy (100), jak również element sztywny (6) przeznaczony do zamontowania na konstrukcji i zawierający zespół tłumienia drgań łączący funkcjonalnie element prowadzący (10) i element sztywny (6), aby zamortyzować drgania co najmniej w kierunku prostopadłym do wzmiankowanej osi głównej, zespół tłumienia drgań zawierający z jednej strony urządzenie hydrauliczne tłumienia drgań umieszczone w co najmniej jednej wnęce (3) z cieczą lepką i z drugiej strony urządzenie elastyczne (1) wykazujące dużą sztywność w kierunku równoległym do wzmiankowanej osi głównej i słabą sztywność we wzmiankowanym kierunku prostopadłym do osi głównej, urządzenie hydrauliczne tłumienia drgań (40, 50) zbudowane z pierwszego (40) i drugiego (50) zestawu płaskich płytek, z których każda ma swoją płaszczyznę prostopadłą do osi głównej, przy czym pierwszy zestaw (40) jest zamontowany na elemencie prowadzącym (10) za pomocą pierwszego połączenia mechanicznego (42) i drugi zestaw (50) zamontowany jest na elemencie sztywnym (6) za pomocą drugiego połączenia mechanicznego (60), przy czym płytki (40, 50) pierwszego (40) i drugiego (50) zestawu rozmieszczone są w taki sposób, że zachodzą na siebie i odstępy między nimi są bardzo małe, tak aby utworzyć lepkie strefy tłumienia drgań (45) każda z nich umieszczona między płytką (40) pierwszego zestawu i płytką (50) drugiego zestawu, znamienny tym, że hydrauliczne urządzenie tłumienia drgań zawiera również co najmniej jeden element tłumienia drgań (40) który umieszczony jest we wzmiankowanej wnęce (3) z cieczą lepką i który jest sztywno połączony z elementem prowadzącym (10), przy czym wzmiankowany element tłumienia drgań (20) ma obrys zewnętrzny (22) zwężający się od podstawy (23) usytuowanej od strony końcówki osiowej amortyzatora aż do wierzchołka (21) usytuowanego od strony zespołów (40, 50) płaskich płytek.
2. 2. Amortyzator drgań według zastrz. 1, znamienny tym, że obrys zewnętrzny (22) elementu tłumienia drgań (20) wpisuje się w obrys maksymalnego odkształcenia powierzchni wewnętrznej (11) urządzenia elastycznego (1).
3. 3. Amortyzator drgań według zastrz. 1, znamienny tym, że obrys zewnętrzny (22) elementu tłumienia drgań wpisany jest w uprzednio określonej odległości od wzmiankowanego obrysu maksymalnego odkształcenia.
4. 4. Amortyzator drgań według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że obrys zewnętrzny (22) elementu tłumienia tworzy przekrój utworzony z odcinków prostych nachylonych w stosunku do wzmiankowanej osi głównej (ZZ).
5. 5. Amortyzator drgań według zastrz. 1, znamienny tym, że obrys zewnętrzny co najmniej jednej wnęki (3) z cieczą lepką jest wydłużony zgodnie z pierwszym kierunkiem (YY) prostopadłym do osi głównej (ZZ).
6. 6. Amortyzator drgań według zastrz. 5, znamienny tym, że co najmniej podstawa elementu tłumienia drgań jest wydłużona zgodnie z drugim kierunkiem (XX) prostopadłym do pierwszego kierunku (YY).
7. 7. Amortyzator drgań według zastrz. 5, znamienny tym, że wierzchołek (21) elementu tłumienia (20) jest eliptyczny i tym, że jego podstawa jest okręgiem lub okręgiem przerywanym odcinkami prostymi.
8. 8. Amortyzator drgań według zastrz. 1, znamienny tym, że element tłumienia drgań (20) jest wydrążony i zawiera wnękę kompensacji objętości która połączona jest z co najmniej jedną wzmiankowaną wnęką (3) z cieczą lepką i w której umieszczony jest element kompensacji objętości (70).
9. 9. Amortyzator drgań według zastrz. 8, znamienny tym, że element kompensacji objętości jest membraną elastyczną (70).
10. 10. Amortyzator drgań według zastrz. 9, znamienny tym, że kiedy znajduje się on w minimalnej temperaturze działania, membrana elastyczna (70) nie tworzy zagięć i pozostaje w odległości od ścianki wewnętrznej (26) elementu tłumienia drgań (20).