PT2418396E - Dispositivo de amortecimento de vibrações de flexão do veio rotativo - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"DISPOSITIVO DE AMORTECIMENTO DE VIBRAÇÕES DE FLEXÃO DO VEIO ROTATIVO" A presente invenção refere-se a um dispositivo de amortecimento de vibrações de flexão do veio rotativo.

De acordo com o que é conhecido da mecânica de vibração, os veios que giram em torno de um eixo são sujeitos a vibrações de flexão, isto é, vibram radialmente relativamente ao eixo de rotação do veio e vibram mais quando giram a velocidades criticas.

Para permitir que os veios funcionem adequadamente, mesmo acima de velocidades criticas, os dispositivos de amortecimento são utilizados para absorver a energia de flexão do veio quando atinge a velocidade critica.

Os dispositivos de amortecimento são igualmente concebidos para manter o deslocamento radial aceitável do veio e assim prevenir danos e para estabilizar a vibração de flexão do veio.

Mais especificamente, são conhecidos os dispositivos de amortecimento que compreendem substancialmente um corpo de suporte fixo, e, um anel que define uma abertura anular atravessada pelo veio.

Ao girar fora do intervalo de velocidades de vibração de flexão critico, o veio atravessa folgadamente a abertura.

Por outras palavras, o veio não entra em contacto com o anel. 2

Pelo contrário, a vibração de flexão do veio à velocidade critica coloca o veio em contacto com o anel.

Um contacto entre o veio e o anel primeiramente altera a frequência natural e rigidez geral do veio, e, eventualmente, resulta na dissipação de calor causada pela fricção de deslizamento entre o veio e o anel do dispositivo de amortecimento, sendo que esta fricção de deslizamento se opõe à rotação e à vibração de flexão e altera a dinâmica do veio.

Como resultado dos dois fenómenos acima referidos, o dispositivo de amortecimento opõe-se a qualquer aumento na vibração de flexão e assim absorve a energia associada ao deslocamento do veio.

Na indústria existe a necessidade de amortecer a vibração de flexão do veio a velocidades de rotação do veio criticas e simultaneamente minimizar a fricção entre o veio e o dispositivo de amortecimento a uma velocidade de rotação que é diferente das velocidades de rotação do veio criticas.

Existe igualmente a necessidade de reduzir o tempo de resposta do dispositivo de amortecimento. A DE-C-880509 e a JP-A-2097742 divulgam um dispositivo de amortecimento de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. A presente invenção tem por objetivo providenciar um dispositivo para o amortecimento de vibração de flexão de um veio que atinge pelo menos um dos objetivos acima referidos de forma simples, a baixo custo. 3

De acordo com apresente invenção é providenciado um dispositivo de amortecimento para o amortecimento de vibração de flexão de um veio que gira em torno de um primeiro eixo, de acordo com a reivindicação 1.

Uma forma de realização preferida, não limitativa da presente invenção em seguida é descrita com base num exemplo de realização com referência às figuras em anexo, em que a:

Figura 1 apresenta uma vista em perspetiva de um dispositivo de amortecimento de acordo com a presente invenção;

Figura 2 apresenta uma vista frontal do dispositivo de amortecimento de acordo com a Figura 1;

Figura 3 e 4 apresentam vistas em perspetiva, com partes removidas por questões de clareza, do dispositivo de amortecimento de acordo com as Figuras 1 e 2 ;

Figura 5 apresenta uma secção, com partes removidas por questões de clareza, de um mecanismo de acionamento compreendendo um veio e o dispositivo de amortecimento de acordo com as Figuras 1-4. 0 número 1 na Figura 1 indica um dispositivo de amortecimento para o amortecimento de vibração de flexão de um veio 2 que gira em torno de um eixo A.

Mais especificamente, a vibração de flexão ocorre num plano radial relativamente ao eixo A, isto é, num plano ortogonal relativamente ao eixo A. 4 0 dispositivo 1 é concebido de modo a ser incorporado num mecanismo de acionamento 3, do qual a Figura 3 apenas apresenta o veio 2, o dispositivo 1 e dois rolamentos 4 que suportam o veio 2 para girar em torno de um eixo A. 0 mecanismo de acionamento 3 preferencialmente é parte integrante de uma aeronave, particularmente de um helicóptero ou de uma aeronave convertivel. 0 dispositivo 1 essencialmente compreende: um corpo de suporte 6 fixado a rolamentos 4 de uma forma não apresentada nas figuras, e; um anel 11, que define uma abertura 12 atravessada pelo veio 2 e é radialmente móvel relativamente ao eixo A, entre uma primeira e uma segunda posições.

Mais especificamente, a abertura 12 é circular e limitada por um perfil 13. 0 veio 2 opera em duas gamas, em função da velocidade de rotação e, por conseguinte, da quantidade de vibração de flexão do veio 2.

Numa primeira gama operacional, a velocidade de rotação do veio 2 cai numa primeira gama que não inclui as velocidades criticas do veio 2.

Na primeira gama de velocidades de rotação, o veio 2 gira folgadamente na abertura 12 e o anel 11 é colocado na primeira posição. 5

Por outras palavras, a vibração de flexão do veio 2 não é suficiente para colocar o veio 2 em contacto com o perfil 13 da abertura 12.

Numa segunda gama operacional, a velocidade de rotação do veio 2 cai numa segunda gama diferente da primeira que inclui as velocidades criticas do veio 2.

Quando o veio 2 gira na segunda gama de velocidades, o perfil exterior do veio 2 entra em contacto com o perfil 13 da abertura 12 e desloca o anel 11 para a segunda posição.

Por outras palavras, a quantidade de vibração de flexão é suficiente para colocar o perfil exterior do veio 2 em contacto com o perfil 13 da abertura 12.

Mais especificamente, o corpo de suporte 6 compreende, integralmente: uma parede inferior 7 essencialmente paralela e espaçada relativamente ao eixo A; uma união em forma de cruz 8 que se projeta essencialmente perpendicularmente a partir da parede inferior 7 em direção ao anel 11, e; duas faces essencialmente paralelas 9 que se projetam na direção do anel 11 a partir de extremidades opostas da parede inferior 7 e essencialmente perpendiculares relativamente à parede inferior 7. 0 corpo de suporte 6 compreende igualmente: 6 uma nervura trapezoidal 10 (Figuras 3 e 5) interposta entre a parede inferior 7 e uma face da união em forma de cruz 8, e; um apêndice 17 (Figuras 1, 2 e 3) que se projeta a partir da união em forma de cruz 8, na face oposta da nervura 10.

Vantajosamente o dispositivo 1 compreende meios elásticos 18 interpostos entre o corpo de suporte 6 e o anel 11.

Mais especificamente, o anel 11 compreende: dois semi-anéis, respetivamente superior e inferior, 14, 15, que se encaixam para definir uma abertura 12, e;

um pino 16, que se projeta a partir do semi-anel 15, se alonga ao longo de um eixo B transversalmente relativamente ao eixo A, e no exemplo apresentado, está posicionado verticalmente.

Os semi-anéis 14, 15 estão conectados um ao outro de forma amovivel nas respetivas extremidades circunferenciais. O pino 16 estende-se folgadamente através do apêndice 17 e o eixo b é radial, isto é, perpendicular, relativamente ao eixo A quando o anel 11 se encontra na primeira posição. O pino 16 compreende uma primeira extremidade que está integralmente montada no semi-anel 15 e uma segunda extremidade oposta à primeira extremidade e virada para a parede inferior 7 (figura 4). 7 0 corpo de suporte 6 compreende dois apêndices 80 (Figura 4) interpostos entre as respetivas faces 9 e a nervura 10.

Mais especificamente, cada apêndice 80 compreende: uma porção horizontal 20 que se projeta a partir da respetiva face 9 e define um primeiro assento circular com um eixo paralelo ao eixo B; uma porção horizontal 21 conectada à nervura 10 e que define um segundo assento circular com um eixo paralelo ao eixo B, e; uma porção vertical interposta entre as porções 20 e 21.

Conforme apresentado na Figura 4, as porções 21 estão interpostas entre as porções 20.

Os primeiros assentos das porções 20 e os segundos assentos das porções 21 definem os respetivos ombros 22, 26. O semi-anel 15 compreende duas projeções 51 que se projetam a partir da parte inferior do semi-anel 15, na face oposta ao semi-anel 14.

As projeções 51 definem os respetivos ombros 28 (Figura 4) opostos aos respetivos primeiros assentos definidos por porções correspondentes 20. O corpo de suporte 6 compreende igualmente uma placa 30 incorporada no pino 16 e que define dois ombros circulares 31. A placa 30 projeta-se a partir da segunda extremidade do pino 16 e é essencialmente perpendicular ao pino 16.

Mais especificamente, os ombros 31 são paralelos ao eixo B e estão verticalmente virados para os respetivos ombros 26.

Os meios elásticos 18 compreendem: duas molas 35, cada uma interposta entre um respetivo ombro 28 e um respetivo ombro 22, e; duas molas 36, cada uma interposta entre um respetivo ombro 26 e um respetivo ombro 31.

As molas 35, 36 estendem-se paralelamente relativamente ao eixo B e, no exemplo apresentado, são molas helicoidais.

As molas 36 estão interpostas entre as molas 35.

As molas 35, 36 carregam o anel 11 para uma primeira posição. Mais especif icamente, as molas 35, 36 são carregadas para exercer as respetivas forças iguais, opostas Fl, F2 sobre o pino 16 e, por conseguinte, sobre o veio 2, quando o veio exerce força sobre o anel 11, isto é, quando o veio 2 gira na primeira gama de velocidades.

Conforme apresentado na Figura 2, a força F2 é direcionada a partir do ombro 22 para o ombro 28. A força Fl é direcionada a partir do ombro 26 para o ombro 31.

As forças Fl, F2 são paralelas ao eixo B. 9

Pelo contrário, quando gira na segunda gama de velocidades, o veio 2 exerce força sobre o anel 11, desequilibrando as forças Fl, F2.

Quando a velocidade de rotação do veio 2 volta à primeira gama, as molas 35, 36 empurram o pino 16 e, por conseguinte, o anel 11 incorporado no pino 16, elasticamente ao longo do eixo B em direção ao veio 2.

Mais especificamente, as molas 35, 36 são carregadas apenas o suficiente para ultrapassar a força de fricção que trava o anel 11 e o pino 16. 0 apêndice 17 aloja uma junta articulada 40 montada através do pino 16 e que permite ao pino 16 e, por conseguinte, ao anel 11, girar em torno de um eixo C paralelo ao eixo A.

Mais especificamente, a junta articulada 40 (Figura 4) compreende: um elemento 41, que está alojado num assento definido pelo apêndice 17 e que apresenta uma superfície 42 sob a forma de uma porção de superfície esférica, e; um elemento 43, que define um orifício de passagem 44 montado através do pino 16 e que apresenta uma superfície 45 que coopera com a superfície 42. A superfície 45 apresenta-se sob a forma de uma porção de superfície esférica. 10 O elemento 41 está fixado no apêndice 17, enquanto o elemento 43 pode girar relativamente ao elemento 41 em torno do eixo C. O dispositivo 1 compreende igualmente (Figura 1): dois pinos 50, que são aparafusados nas extremidades no interior das respetivas paredes 49 do corpo de suporte 6, se estendem folgadamente através das respetivas projeções 51 do anel 11 e se projetam a partir de projeções 51 numa direção paralela relativamente aos eixos A e C; duas placas sob a forma de discos 52 coaxialmente atravessados com os respetivos pinos 50 e fixados relativamente ao corpo de suporte 6, e; duas molas 59, cada uma interposta entre um respetivo pino 50 e uma respetiva placa 52.

As paredes 49 apresentam uma forma anular, sendo que cada uma se estende entre uma respetiva face 9 e uma união sob a forma de cruz 8.

As molas 59 no exemplo apresentado são molas helicoidais e estendem -se em paralelo relativamente aos eixos A e C.

Com referência à Figura 3, cada projeção 51 é essencialmente cilíndrica e está axialmente limitada por uma primeira face 53 e uma segunda face oposta 54. A face 53 de cada projeção 51 está virada e localizada a uma determinada distância da placa relativa 52 e a face 54 de cada projeção 51 está virada e localizada a uma determinada distância da parede relativa 49. 11

Cada face 53 compreende um assento anular fixo por uma arruela sob a forma de disco 55 que coopera de forma deslizante com a placa relativa 52.

Cada face 54 compreende um assento anular fixo por uma arruela sob a forma de disco 57 que coopera de forma deslizante com uma arruela 56 incorporada na parede relativa 49.

As molas 59 carregam as respetivas placas 52 contra as respetivas arruelas 55 e as arruelas 57 contra as arruelas 56, para aumentar a fricção deslizante entre as arruelas 55 e as placas 52, e, entre as arruelas 57 e 56, quando o pino 16 desliza ao longo do eixo B (Figura 3). A operação do dispositivo 1 é apresentada com inicio a partir de uma condição em que o veio 2 gira na primeira gama de velocidades, isto é, abaixo ou acima das velocidades criticas do veio 2.

Nesta condição, existe uma vibração de flexão reduzida do veio 2, que por conseguinte se estende folgadamente através do perfil 13 da abertura 12.

As molas 35, 36 exercem as respetivas forças iguais, opostas Fl, F2 sobre o pino 16 e, por conseguinte, sobre o anel 11.

Quando o veio 2 gira na segunda gama de velocidades, isto é, se aproxima ou alcança uma das respetivas velocidades criticas, a vibração de flexão do veio 2 é suficiente para colocá-lo em contacto com o perfil 13. 12 A vibração de flexão de veio 2 (Figura 2) gera: um deslizamento do anel 11 e, por conseguinte, do pino 16 ao longo do eixo B, dentro do orificio 44, e; uma oscilação do anel 11 e, por conseguinte, do pino 16 e da placa 30 em torno do eixo C definido pela junta articulada 40, de modo que o centro da abertura 12 está deslocado relativamente ao eixo A. O centro da abertura 12 está deslocado relativamente ao eixo A, devido ao plano radial relativamente ao eixo A, no qual a vibração de flexão é mais severa, variando periodicamente ao longo de um cilindro ideal centrado em torno do eixo A. O centro da abertura 12 por conseguinte periodicamente descreve um circulo centrado em torno do eixo A.

Por outras palavras, o pino 16 desliza ao longo do eixo B e o eixo B do pino 16 oscila em torno do eixo C. O deslizamento do pino 16 ao longo do eixo B é oposto pela fricção deslizante entre as arruelas 55, 57 incorporadas no pino 16 e as placas 52 e as arruelas 56 incorporadas no corpo de suporte 6.

Esta fricção deslizante opõe-se ao movimento do anel 11 ao longo do eixo B e amortece a vibração de flexão do veio 2, que gira estavelmente em torno do eixo A. 13

Nesta condição, as forças Fl, F2 já não são iguais e a diferença entre estas é igual á força exercida pelo veio 2 sobre o anel 11 e, por conseguinte, sobre o pino 16.

Quando a velocidade de rotação do veio 2 volta à primeira gama de velocidades, as molas 35, 36 voltam para as respetivas posições carregadas. 0 pino 16 por conseguinte é afastado da parede inferior 7 e o anel 11 volta para a primeira posição.

As molas 35, 36 giram igualmente o pino 16 em torno do eixo C para uma posição em que o eixo B está perpendicular ao eixo A e o centro da abertura 12 está mais uma vez localizado ao longo do eixo A.

Por outras palavras, as molas 35, 36 deslocam-se para as respetivas posições em que exercem as respetivas forças iguais, opostas Fl, F2 sobre o pin 16.

As vantagens do dispositivo de amortecimento 1 de acordo com a presente invenção são evidenciadas pela descrição acima referida.

Em particular, as molas 35, 36 providenciam, por meio do pino 16, que o anel 11 retome rápida e corretamente a primeira posição, assim que a velocidade de rotação do veio 2 cai abaixo das velocidades criticas do veio 2.

Mais especificamente, as molas 35, 36: 14 deslizam o pino 16 e, por conseguinte, o anel 11, para longe da parede inferior 7 ao longo do eixo B, e; giram o pino 16 e, por conseguinte, o anel 11, em torno do eixo C definido pela junta articulada 40.

Por outras palavras, as molas 35, 36 reduzem a fricção entre o perfil 13 da abertura 12 e o perfil exterior do veio 2, assim que a velocidade de rotação do veio 2 passa da segunda para a primeira gama.

As molas 35, 36 reduz igualmente o tempo de resposta do dispositivo 1 à instabilidade de flexão do veio 2, melhorando consideravelmente o efeito estabilizador do dispositivo 1. O anel 11 sendo concebido a partir de dois semi-anéis amovíveis 14, 15 torna o dispositivo 1 extremamente fácil de inspecionar e de montar.

Evidentemente, podem ser feitas alterações ao dispositivo de amortecimento 1 conforme descrito no presente documento, contudo, partindo do âmbito da presente invenção.

Lisboa, 30 de Novembro de 2012

Claims (10)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um dispositivo de amortecimento (1) para o amortecimento da vibração de flexão de um veio (2) que gira em torno de um primeiro eixo (A) , sendo que o dispositivo compreende: um corpo de suporte (6), e; um primeiro elemento (11), que define uma abertura anular (12) atravessada pelo referido veio (2), e é móvel, relativamente ao referido corpo de suporte (6) e radialmente relativamente ao referido primeiro eixo (A), entre uma primeira posição e uma segunda posição quando o referido veio (2) é radialmente fletido relativamente ao referido primeiro eixo (A); sendo que o referido primeiro elemento (11) é colocado na referida primeira posição e a referida abertura (12) é folgadamente atravessada pelo referido veio (2) quando a velocidade de rotação do referido veio (2) está compreendida pelo menos numa primeira gama; sendo que o referido primeiro elemento (11) é colocado, em utilização, na referida segunda posição, e o perfil (13) da referida abertura (12) coopera, em utilização, com o referido veio (2), quando a velocidade de rotação do referido veio (2) está compreendida numa segunda gama diferente da primeira gama e compreendendo pelo menos uma velocidade critica do veio (2); primeiros meios elásticos (18; 35, 36) interpostos entre o referido corpo de suporte (6) e o referido primeiro elemento (11), e; 2 - um pino (16) móvel em bloco com o referido primeiro elemento (11) numa direção radial relativamente ao referido primeiro eixo (A); sendo que os referidos primeiros meios elásticos (18; 35, 36) estão interpostos entre o referido pino (16) e o referido corpo de suporte (6); caracterizado por o referido dispositivo compreender uma placa (30) concebida em bloco com o referido pino (16) e transversal relativamente a este último; sendo que os primeiros meios elásticos (18; 35, 36) compreendem: - pelo menos uma primeira mola (36) interposta entre uma primeira porção (20) do referido corpo de suporte (6) e uma projeção (51) do referido primeiro elemento (11), e; - pelo menos uma segunda mola (35) interposta entre a referida placa (30) e uma segunda porção (21) do referido corpo de suporte (6).

2. Um dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos primeiros meios elásticos (18; 35, 36) carregarem o referido primeiro elemento (11) para o deslocar para a referida primeira posição.

3. Um dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a referida primeira mola (36) ser carregada para exercer uma primeira força (F2) e por a referida segunda mola (35) ser carregada para exercer uma segunda força (Fl); sendo que a referida primeira força (F2) é igual e oposta à referida segunda força (Fl).

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o referido 3 primeiro elemento (11) ser giratório relativamente ao referido corpo de suporte (6) em torno de um segundo eixo (C) paralelo ao referido primeiro eixo (A) .

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender um primeiro corpo (43) que apresenta uma primeira superfície (45) que coopera com uma segunda superfície (42) de um segundo corpo (41) fixado relativamente ao referido corpo de suporte (6); sendo que as referidas primeira e segunda superfícies (45, 42) respetivamente apresentarem a forma de uma porção de superfície esférica; sendo que o referido primeiro corpo (43) gira relativamente ao referido segundo corpo (41) em torno do referido segundo eixo (C); e sendo que o referido pino (16) desliza relativamente ao referido primeiro corpo (43) ao longo de um terceiro eixo (B) na transversal relativamente aos referidos primeiro e segundo eixos (A, C) e gira pelo menos em torno do referido segundo eixo (C) relativamente ao referido corpo de suporte (6).

6. Um dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o referido primeiro elemento (11) compreender um primeiro e um segundo semi-elementos (14, 15) conectados um ao outro de forma amovível.

7. Um dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por compreender: - um segundo elemento (55, 57) que se move em bloco com o referido primeiro elemento (11), e; 4 - um terceiro elemento (56, 52) que coopera de forma deslizante com o referido segundo elemento (55, 57) e móvel em bloco com o referido corpo de suporte (6).

8. Um dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender segundos meios elásticos (59) para carregar o referido segundo elemento (55, 57) contra o referido terceiro elemento (56, 52).

9. Um mecanismo de acionamento (3) compreendendo: pelo menos o referido veio (2), o qual, em utilização, opera na segunda gama de velocidades de rotação, e; - um dispositivo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.

10. Uma aeronave compreendendo um mecanismo de acionamento (3) de acordo com a reivindicação 9. Lisboa, 30 de Novembro de 2012