RU2753617C1 - Маховик с инерционными демпферами - Google Patents

Маховик с инерционными демпферами Download PDF

Info

Publication number
RU2753617C1
RU2753617C1 RU2020133423A RU2020133423A RU2753617C1 RU 2753617 C1 RU2753617 C1 RU 2753617C1 RU 2020133423 A RU2020133423 A RU 2020133423A RU 2020133423 A RU2020133423 A RU 2020133423A RU 2753617 C1 RU2753617 C1 RU 2753617C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
damping
flywheel
inertial
rings
ring
Prior art date
Application number
RU2020133423A
Other languages
English (en)
Inventor
Маркус ЭХИНГЕР
Дирк ХЕННИНГ
Original Assignee
Роквелл Коллинз Дойчланд Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Роквелл Коллинз Дойчланд Гмбх filed Critical Роквелл Коллинз Дойчланд Гмбх
Application granted granted Critical
Publication of RU2753617C1 publication Critical patent/RU2753617C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/28—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using inertia or gyro effect
    • B64G1/283—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using inertia or gyro effect using reaction wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/28—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using inertia or gyro effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/228—Damping of high-frequency vibration effects on spacecraft elements, e.g. by using acoustic vibration dampers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/28—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using inertia or gyro effect
    • B64G1/285—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using inertia or gyro effect using momentum wheels
    • 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
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
    • F16F15/131—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon the rotating system comprising two or more gyratory masses
    • F16F15/13107—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon the rotating system comprising two or more gyratory masses for damping of axial or radial, i.e. non-torsional vibrations
    • 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
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/14—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers
    • F16F15/1407—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers the rotation being limited with respect to the driving means
    • F16F15/1414—Masses driven by elastic elements
    • 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
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/14—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers
    • F16F15/1407—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers the rotation being limited with respect to the driving means
    • F16F15/1414—Masses driven by elastic elements
    • F16F15/1421—Metallic springs, e.g. coil or spiral springs
    • 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
    • F16F15/30—Flywheels

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения. Маховик содержит ступичный узел (1), кольцо (4) маховика, которое окружает ступичный узел (1) снаружи по периметру на расстоянии от него, опорное устройство (3) для удержания кольца (4) маховика на ступичном узле (1). Устройство (6, 8) демпфирования колебаний содержит инерционное демпфирующее устройство (8), закрепленное на кольце (4) маховика и/или на опорном устройстве (3) посредством крепежного устройства (6). Крепежное устройство (6) обеспечивает возможность осевой подвижности инерционного демпфирующего устройства (8) относительно кольца (4) маховика. Инерционное демпфирующее устройство содержит множество инерционных демпфирующих элементов (8), которые распределены по периметру на расстоянии друг от друга и удерживаются посредством крепежного устройства (6). Достигается уменьшение нежелательных резонансных колебаний. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству в виде маховика для стабилизации положения космического аппарата, в частности, для управления положением спутников.
Такие маховики или, соответственно, реактивные колеса известны для управления ориентацией спутников. Маховик приводится во вращение посредством привода таким образом, чтобы за счет гироскопического эффекта мог достигаться стабилизирующий эффект. Для достижения оптимального гироскопического эффекта целесообразно располагать максимально возможную часть массы маховика максимально далеко снаружи, чтобы эта масса могла вращаться вокруг оси вращения маховика с максимально возможным диаметром.
Такое устройство в виде маховика известно из DE 3921765 А1, которое, аналогично колесу велосипеда, имеет внутренний статор, расположенный снаружи ротор и ступицу, удерживающую ротор на статоре с возможностью вращения посредством спиц. Ступица установлена с возможностью вращения на статоре посредством двух подшипников качения, которые могут быть выполнены в виде неподвижных или плавающих подшипников.
Такие маховики тем эффективнее, чем меньше их трение при функционировании. Это трение, среди прочего, определяется размером подшипникового узла и его предварительным напряжением. Нагрузка на подшипник в случае запуска (запуска ракеты, несущей спутник) определяет размер подшипникового узла, поскольку он должен выдерживать нагрузку во время запуска (ускорения, вибрации) без каких-либо повреждений. Возможная нагрузка на подшипник зависит от ракеты и резонансов маховика, поскольку возбуждение колебаний может привести к резонансному росту нагрузки на подшипник.
Таким образом, может быть целесообразным принятие мер предосторожности, посредством которых может быть предотвращен такой резонансный рост и связанные с ним высокие нагрузки на подшипник.
В DE 3207609 A1 описан маховик, в котором масса маховика разделена на множество отдельных масс, соединенных со ступицей посредством отдельных спиц. В результате этого обеспечиваются ограничение и демпфирование отклонений в осевом направлении.
Следовательно, в основе настоящего изобретение лежит задача создания маховика для стабилизации положения космического аппарата, в котором обеспечена возможность воздействия на нежелательные резонансные колебания, в частности их уменьшения.
Указанная задача решается с помощью маховика, имеющего признаки, указанные в п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предложен маховик для стабилизации положения космического аппарата, содержащий ступичный узел для крепления маховика, кольцо маховика, которое окружает ступичный узел снаружи по периметру на расстоянии от него, опорное (несущее) устройство для удержания кольца маховика на ступичном узле, и устройство демпфирования колебаний с инерционным демпфирующим устройством (устройством с демпферными массами, Tilgermasseneinrichtung), которое, относительно оси вращения маховика, выполнено с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении относительно кольца маховика.
Конструкция маховика, содержащего ступичный узел, кольцо маховика и опорное устройство является по существу известной. Опорное устройство может, в частности, иметь спицы, которые проходят в радиальном направлении между ступичным узлом и кольцом маховика.
Ступичный узел используется для крепления маховика надлежащим образом, например, на подшипниковом узле, посредством которого маховик установлен с возможностью вращения на статоре.
Опорное устройство, которое в свою очередь, целесообразным образом удерживает кольцо маховика на своей радиально внешней поверхности, проходит в радиальном направлении наружу от ступичного узла. Кольцо маховика связывает фактическую массу, которая приводится во вращение для стабилизации положения, чтобы таким образом достичь требуемого гироскопического эффекта.
Подшипниковый узел, примыкающий к ступичному узлу, или, соответственно, статор, удерживающий подшипниковый узел, не являются частью маховика.
Ступичный узел, опорное устройство и кольцо маховика должны быть жестко соединены друг с другом. В частности, может быть целесообразным изготовление ступичного устройства, опорного устройства и кольца маховика в виде единой детали, например, в виде обработанной литой детали. Также можно получить ступичный узел, опорное устройство и кольцо маховика из металлической заготовки посредством обработки резанием. В качестве материала подходит сталь, особенно нержавеющая сталь, а также алюминий. Внешний диаметр может составлять от 80 мм до 400 мм, причем возможны также большие или меньшие размеры.
Устройство демпфирования колебаний содержит инерционное демпфирующее устройство, которое выполнено с возможностью возвратно-поступательного перемещения, т.е. с колебаниями, в осевом направлении относительно кольца маховика. Осевая подвижность инерционного демпфирующего устройства должна быть возможной по меньшей мере в незначительной степени, т.е. с небольшой амплитудой. При этом оказалось, что может быть достаточной амплитуда менее 5 мм, предпочтительно даже менее 1 мм, например, в диапазоне от 0,2 до 0,3 мм.
В частности, во время запуска ракеты маховик, особенно внешнее кольцо маховика, может подвергаться опасным резонансным колебаниям из-за соответствующего колебательного воздействия, которое может привести к чрезмерной нагрузке на подшипник, что, в итоге, может даже привести к разрушению подшипникового устройства, удерживающего маховик. Благодаря соответствующей настройке инерционного демпфирующего устройства является возможным, что инерционное демпфирующее устройство, которое выполнено с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении, создает противоколебание, чтобы тем самым уменьшить, т.е. "демпфировать", сильное колебание кольца маховика или, соответственно, связанных с ним дополнительных компонентов (в частности, опорного устройства). Таким образом может быть достигнуто очень эффективное демпфирование колебаний.
Инерционное демпфирующее устройство может быть закреплено на кольце маховика и/или на опорном устройстве с помощью крепежного устройства, причем крепежное устройство выполнено таким образом, что оно обеспечивает возможность осевой подвижности инерционного демпфирующего устройства.
Таким образом, крепежное устройство может быть частью устройства демпфирования колебаний и обеспечивать требуемую колебательную осевую подвижность инерционного демпфирующего устройства.
Кроме того, при необходимости, является возможным, что крепежное устройство также обеспечивает радиальную степень свободы для инерционного демпфирующего устройства. Однако перемещения в радиальном направлении могут быть значительно меньше по сравнению с осевым перемещением.
Крепежное устройство может иметь упругую деформируемость по меньшей мере в одной области, причем осевая подвижность инерционного демпфирующего устройства может быть достигнута за счет упругой деформируемости крепежного устройства. Это означает, что крепежное устройство может иметь области различной жесткости или, соответственно, упругой деформируемости. Упругая деформируемость (более низкая жесткость) должна быть больше деформируемости других компонентов маховика, в частности, кольца маховика или опорного устройства (например, спиц). Области крепежного устройства с жесткой конструкцией служат для фактического крепления инерционного демпфирующего устройства, тогда как области повышенной упругой деформируемости служат для обеспечения возможности относительного перемещения инерционного демпфирующего устройства.
Инерционное демпфирующее устройство может иметь множество инерционных демпфирующих элементов, которые распределены по периметру на расстоянии друг от друга и удерживаются с помощью крепежного устройства. Отдельные инерционные демпфирующие элементы могут быть, например, выполнены в виде цилиндрических, бочкообразных или прямоугольных стальных элементов и иметь массу в диапазоне, например, от 20 г до 150 г, в частности в диапазоне от 40 г до 100 г, например, приблизительно 60 г.
Инерционные демпфирующие элементы должны удерживаться крепежным устройством надлежащим образом. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы инерционные демпфирующие элементы упруго удерживались крепежным устройством для обеспечения подвижности или, соответственно, раскачивания вверх.
В частности, инерционные демпфирующие элементы должны быть подвижными (с колебаниями) в осевом направлении относительно кольца маховика. Кроме того, может быть целесообразным, когда крепежное устройство также обеспечивает радиальную подвижность (радиальную степень свободы) инерционных демпфирующих элементов, при этом перемещения в радиальном направлении будут, однако, значительно меньше, чем перемещения в осевом направлении.
В одном варианте осуществления крепежное устройство может иметь два демпфирующих кольца, которые расположены в осевом направлении относительно друг друга таким образом, что опорное устройство расположено по меньшей мере частично между ними. В этом случае демпфирующие кольца могут быть прикреплены друг к другу таким образом, чтобы опорное устройство было расположено между обоими демпфирующими кольцами, если смотреть в осевом направлении.
Таким образом, два демпфирующих кольца закреплены на опорном устройстве и могут, например, зажимать опорное устройство между собой. Демпфирующие кольца, в свою очередь, служат в качестве крепежного устройства для удержания инерционного демпфирующего устройства.
Опорное устройство может быть, например, образовано множеством спиц, которые проходят радиально между ступичным узлом и кольцом маховика. Оба демпфирующих кольца при этом заключают между собой, соответственно, область спиц.
Количество спиц должно быть нечетным и предпочтительно соответствовать простому числу. В результате этого в резонансном режиме не возникают стоячие волны и дополнительные нежелательные собственные перемещения.
Инерционное демпфирующее устройство может, в частности, иметь множество инерционных демпфирующих элементов, при этом инерционные демпфирующие элементы удерживаются между демпфирующими кольцами и могут быть расположены с распределением вдоль окружного направления демпфирующих колец. При этом демпфирующие кольца вдоль их периметра могут иметь области с более высокой упругостью (более низкой жесткостью) и более низкой упругостью (более высокой жесткостью), причем инерционные демпферы (демпферные массы) закреплены в областях с более высокой упругостью. Таким образом, области с более высокой упругостью допускают перемещение отдельных инерционных демпфирующих элементов требуемым образом, так что инерционные демпфирующие элементы могут совершать осевые колебания относительно кольца маховика или, соответственно, остальной части маховика.
Области с более высокой и более низкой упругостью могут быть получены за счет того, что демпфирующие кольца выполнены местами более тонкими или имеют местами дополнительные усиления жесткости (для достижения большей жесткости).
Опорное устройство может иметь множество спиц, распределенных по периметру, которые проходят радиально между ступичным узлом и кольцом маховика. При этом инерционные демпфирующие элементы могут быть расположены в соответствующих промежутках между спицами и удерживаться демпфирующими кольцами. В частности, инерционные демпфирующие элементы могут удерживаться в окружном направлении по центру между спицами. Соответственно, количество инерционных демпфирующих элементов может быть равно количеству спиц.
Для достижения требуемого эффекта демпфирования колебаний является целесообразным, если основной резонанс инерционного демпфирующего устройства может настраиваться таким образом, чтобы он по существу соответствовал основному резонансу кольца маховика или, соответственно, всего маховика, причем основной резонанс инерционного демпфирующего устройства может настраиваться посредством согласования веса инерционных демпфирующих элементов и упругой деформируемости крепежного устройства.
Может быть предусмотрено центрирующее устройство для центрирования устройства демпфирования колебаний относительно кольца маховика. Центрирующее устройство может, например, иметь подходящие центрирующие ролики, которые прилегают к внутреннему диаметру кольца маховика и служат для концентрического размещения устройства демпфирования колебаний и, таким образом, уменьшения дисбаланса.
В одном из вариантов с необязательным дополнением, который может обеспечивать дополнительный эффект демпфирования колебаний, демпфирующие кольца могут быть прикреплены друг к другу таким образом, чтобы обеспечивалась возможность относительного перемещения между демпфирующими кольцами, с одной стороны, и опорным устройством, с другой стороны. Таким образом, должно быть возможным прикрепление демпфирующих колец друг к другу, например, их привинчивание друг к другу, и, тем самым, зажимание опорного устройства (например, спиц) между демпфирующими кольцами. При поддержании определенной заданной силы предварительного натяжения между двумя демпфирующими кольцами может быть обеспечена возможность достижения определенного трения между демпфирующими кольцами и опорным устройством.
В одном варианте в области соответствующей поверхности контакта демпфирующих колец с опорным устройством может быть предусмотрена фрикционная подкладка по меньшей мере частично между соответствующим демпфирующим кольцом и соответствующей областью опорного устройства.
Если демпфирующие кольца закреплены на опорном устройстве таким образом, что возможно относительное перемещение между демпфирующими кольцами и опорным устройством, эта желаемая подвижность может быть поддержана посредством вставки фрикционных подкладок. Фрикционные подкладки обеспечивают возможность заданного трения между демпфирующими кольцами и опорным устройством.
Например, фрикционные подкладки могут быть установлены на внешних концах спиц, которые служат в качестве опорного устройства, и зажаты демпфирующими кольцами. В случае слабого возбуждения колебаний, сжимающие усилия обеспечивают жесткую связь демпфирующих колец с перемещением массы маховика, в частности кольца маховика, и передачу всех перемещений на демпфирующие кольца. Это, в частности, относится к колебательным перемещениям с амплитудами в осевом направлении маховика.
Если возбуждается одна из основных мод массы маховика, то кольцо маховика раскачивается вверх относительно ступичного узла. Эти собственные моды соответствуют критическому случаю, и их амплитуда должна удерживаться как можно меньшей в случае резонанса. Как только амплитуда колебаний становится настолько большой, что превышается статическое трение в областях контакта демпфирующих колец, они начинают скользить относительно фрикционных подкладок. Таким образом, возникают две системы с различными резонансными частотами, которые перемещаются относительно друг друга.
Вновь вводимая кинетическая энергия рассеивается в виде теплоты трения.
Частота основного резонанса устройства демпфирования колебаний должна быть как можно точнее наложена на основной резонанс общей массы маховика. Согласование происходит, с одной стороны, за счет веса инерционных демпфирующих элементов (в частности, путем адаптации их размера) и за счет жесткости соединения инерционных демпфирующих элементов (например, путем адаптации поперечных сечений демпфирующих колец). Это согласование должно выполняться один раз для каждого типа массы маховика. Если проектируется новая масса маховика или, соответственно, новый тип массы маховика, то размер и вес инерционных демпферов должны быть спроектированы один раз с использованием моделирования методом конечных элементов (FEM). Благодаря резонансу крепежного устройства (например, демпфирующих колец) с инерционными демпфирующими элементами создается усиленное относительное перемещение и, как результат, обеспечивается рассеивание энергии, которое приводит к улучшенному демпфированию.
Эффект демпфирования колебаний может, с одной стороны, обеспечиваться инерционным демпфирующим устройством. Кроме того, при необходимости также возможно обеспечение дополнительного демпфирования колебаний за счет определенного трения в областях контакта между демпфирующими кольцами и опорным устройством (например, спицами).
Инерционные демпфирующие элементы и удерживающие их демпфирующие кольца согласованы таким образом, что инерционные демпфирующие элементы в вышеупомянутом случае резонанса колеблются противоположно раскачивающемуся в осевом направлении вверх кольцу маховика и, таким образом, поглощают или, соответственно, демпфируют колебание. В принципе, происходит смещение энергии от раскачивающегося вверх кольца маховика к раскачивающемуся вверх инерционному демпферу, который, так сказать, «противодействует ему».
Маховики такой конструкции могут иметь вес в диапазоне, например, от 100 г до приблизительно 20 кг. С помощью соответствующим образом выполненных маховиков может быть достигнут кинетический момент, например, вплоть до 100 Нм или даже вплоть до 150 Нм.
Эти и дополнительные преимущества и признаки пояснены подробнее ниже на основе примеров с использованием приложенных фигур, на которых показаны:
ФИГ. 1 - вид в перспективе маховика;
ФИГ. 2 - вид в разрезе маховика по ФИГ. 1;
ФИГ. 3 - вид сверху маховика по ФИГ. 1;
ФИГ. 4 - вид в разрезе по линии B-B на ФИГ. 3;
ФИГ. 5 - другой вид в разрезе;
ФИГ. 6 - вид в разрезе, поясняющий фрикционные подкладки;
ФИГ. 7 - вид в разрезе с инерционным демпфирующим элементом.
На ФИГ. 1-4 показан маховик в различных соответствующих видах.
Маховик имеет ступицу 1 с множеством отверстий 2, с помощью которых ступица 1 может быть закреплена на непоказанном подшипниковом узле. Посредством непоказанного подшипникового устройства маховик удерживается с возможностью вращения или, соответственно, приводится во вращение для достижения требуемого гироскопического эффекта.
Множество спиц 3, которые служат в качестве опорного устройства, проходят радиально наружу от ступицы 1. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1, предусмотрено всего семь спиц 3. Как правило, рекомендуется, чтобы количество спиц было нечетным, предпочтительно даже соответствовало простому числу. Как показано на ФИГ. 3, спицы 3 выполнены относительно тонкими по весовым соображениям.
На своих концах спицы совместно удерживают периферийное кольцо 4 маховика по существу известным способом. Для стабилизации и точной установки на концах спиц могут быть предусмотрены соответствующие опорные элементы 5.
Описанная ранее конструкция соответствует стандартному маховику, известному из уровня техники.
В соответствии с настоящим изобретением, предусмотрены два периферийных демпфирующих кольца 6, которые расположены в осевом направлении относительно друг друга и заключают между собой спицы 3, точнее говоря, внешние концы спиц 3. Демпфирующие кольца 6 скреплены друг с другом с помощью винтов 7.
Посредством регулировки винтов 7 может регулироваться зажимающее усилие между демпфирующими кольцами 6 и спицами 3, в частности опорными элементами 5 спиц 3.
По центру между соответствующими концами спиц 3 и между демпфирующими кольцами 6 расположены инерционные демпфирующие элементы 8, которые закреплены на демпфирующих кольцах 6 посредством винтов 9. Инерционные демпфирующие элементы 8 образуют во взаимодействии с демпфирующими кольцами 6 устройство демпфирования колебаний. Инерционные демпфирующие элементы 8 выполнены в виде цилиндрических стальных тел и жестко удерживаются на демпфирующих кольцах 6 за счет многократного привинчивания винтами 9.
Кроме того, в непосредственной близости от инерционных демпфирующих элементов 8 предусмотрены центрирующие ролики 10, которые служат в качестве центрирующего устройства и которые закреплены сверху и снизу на соответствующих демпфирующих кольцах 6 посредством винтов 11. Центрирующие ролики 10 движутся по внутреннему периметру 12 кольца 4 маховика и служат для центрирования обоих демпфирующих колец 6 и удерживаемых ими инерционных демпфирующих элементов 8. При этом следует отметить, что инерционные демпфирующие элементы 8 привносят собой огромный вес, который может вызывать соответствующие центробежные силы при вращении маховика. Благодаря соответствующим центрирующим роликам 10 устройство демпфирования колебаний, состоящее из демпфирующих колец 6 и инерционных демпфирующих элементов 8, может быть надежно центрировано и стабилизировано.
По сравнению с другими конструктивными элементами демпфирующие кольца 6 выполнены очень тонкими и, таким образом, имеют более высокую упругую деформируемость или, соответственно, более низкую жесткость. В тех областях, в которых демпфирующие кольца 6 контактируют с концами спиц 3, на демпфирующих кольцах 6 с внешней стороны размещены соответствующие усиливающие элементы 13. Усиливающие элементы 13 могут быть выполнены как одно целое с соответствующим демпфирующим кольцом 6. Однако они могут быть дополнительно установлены на демпфирующем кольце 6, например, посредством склеивания или сварки.
Усиливающие элементы 13 служат для придания жесткости демпфирующим кольцам 6 в соответствующих областях.
Таким образом, демпфирующие кольца 6 имеют по периметру области с повышенной жесткостью или, соответственно, более низкой упругой деформируемостью (области на концах спиц 3 или в местах привинчивания винтов 7), а также области с повышенной упругой деформируемостью (более низкой жесткостью) в областях крепления инерционных демпфирующих элементов 8.
Во время запуска ракеты воздействие вибраций вызывает возвратно-поступательные осевые колебания кольца 4 маховика в осевом направлении (направлении X).
Благодаря низкой жесткости демпфирующих колец 6 или, соответственно, их повышенной упругой деформируемости, инерционные демпфирующие элементы 8 теперь, в свою очередь, способны совершать возвратно-поступательные осевые колебания в противоположном направлении, тем самым создавая колебательное перемещение, которое противодействует колебательному перемещению кольца 4 маховика. Благодаря наложению колебательных перемещений резонансный рост в целом может быть значительно уменьшен или в значительной степени исключен. Таким образом, могут быть значительно уменьшены вредные воздействия приведенного в резонанс маховика, в частности, на подшипниковый узел.
На ФИГ. 5 показана ранее описанная конструкция на дополнительном виде в частичном разрезе, причем разрез проходит вдоль демпфирующих колец 6 в окружном направлении. При этом в разрезе показаны только две спицы 3, в то время как другие элементы показаны без разреза.
Благодаря такому виду легко видеть, что демпфирующие кольца 6 выполнены усиленными и, следовательно, более жесткими в областях крепления на спицах 3, чем в областях, в которых закреплены инерционные демпфирующие элементы 8.
В ранее описанном варианте осуществления демпфирующие кольца 6 жестко соединены с удерживающими их спицами 3 таким образом, что они свободно удерживаются на спицах 3. Поскольку демпфирующие кольца 6 соединены между собой винтами 7, они прижимаются к спицам 3 и опираются на спицы 3. Таким образом, в случае осевого резонанса кольца 4 маховика может возникнуть относительное перемещение между демпфирующими кольцами 6 и опорными поверхностями спиц.
В одном из вариантов с реализуемым при необходимости дополнительным демпфированием колебаний можно целенаправленно допускать небольшие относительные перемещения и, таким образом, трение в областях контакта, в которых демпфирующие кольца 6 лежат на спицах 3, для достижения дополнительных эффектов демпфирования колебаний.
Для этого в областях контакта вставлены соответствующие фрикционные подкладки 14, которые, в частности, можно видеть на ФИГ. 2 и 4. В варианте, показанном на ФИГ. 5, фрикционные подкладки 14 отсутствуют.
Таким образом, фрикционные подкладки 14 могут быть при необходимости предусмотрены в дополнение к инерционному демпфирующему устройству.
Фрикционные подкладки 14 могут иметь U-образное поперечное сечение, как показано на ФИГ. 2 и 4, и, таким образом, с боков охватывать опорные элементы 5, которые предусмотрены на выпусках спиц 3. Таким образом, гарантируется, что фрикционные подкладки 14 неподвижно удерживаются на концах спиц 3.
В случае слабого возбуждения колебаний, сжимающие усилия, действующие между демпфирующими кольцами 6 и фрикционными подкладками 14, присутствующими в областях контакта, обеспечивают жесткую связь демпфирующих колец 6 с перемещением массы маховика, в частности кольца 4 маховика, и что все перемещения передаются на кольцо 4 маховика. В этом случае возникает статическое трение между фрикционными подкладками 14 и демпфирующими кольцами 6.
Если возбуждается одна из основных мод массы маховика, кольцо 4 маховика раскачивается вверх относительно ступицы 1. Эти собственные моды соответствуют критическому случаю, амплитуда которых должна поддерживаться как можно меньшей в случае резонанса. Как только амплитуда колебаний становится настолько большой, что превышается статическое трение в областях контакта с демпфирующими кольцами 6, демпфирующие кольца 6 могут скользить относительно спиц 3 или, соответственно, кольца 4 маховика, или, соответственно, фрикционных подкладок 14. Таким образом, возникают две системы с различными резонансными частотами, которые перемещаются относительно друг друга.
В этом случае относительное перемещение может быть достаточно незначительным и составлять, например, менее 1 мм. Так, оказалось, что уже относительное перемещение от 0,2 до 0,3 мм (амплитуда колебаний) является достаточным для достижения эффективного демпфирования колебаний с помощью фрикционных подкладок 14.
На ФИГ. 6 показан принцип работы на увеличенном укрупненном виде в разрезе.
При этом выпуск с радиальной стороны спицы 3, показанной в разрезе, соединен за одно целое с кольцом 4 маховика. Между демпфирующими кольцами 6 вставлена соответствующая фрикционная подкладка 14.
Если кольцо 4 маховика колеблется в осевом направлении X в случае резонанса или, соответственно, в случае соответствующего возбуждения колебаний, после преодоления статического трения возникает относительное перемещение в радиальном направлении R между демпфирующими кольцами 6 и фрикционными подкладками 14.
На ФИГ. 7 дополнительно показан увеличенный укрупненный вид с инерционным демпфирующим элементом 8, удерживаемым между двумя демпфирующими кольцами 6.

Claims (27)

1. Маховик для стабилизации положения космического аппарата, содержащий:
ступичный узел (1) для крепления маховика;
кольцо (4) маховика, которое окружает ступичный узел (1) снаружи по периметру на расстоянии от него;
опорное устройство (3) для удержания кольца (4) маховика на ступичном узле (1) и
устройство (6, 8) демпфирования колебаний с инерционным демпфирующим устройством (8), которое, относительно оси вращения маховика, выполнено с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении относительно кольца (4) маховика,
отличающийся тем, что
инерционное демпфирующее устройство (8) закреплено на кольце (4) маховика и/или на опорном устройстве (3) посредством крепежного устройства (6);
крепежное устройство (6) выполнено так, что оно обеспечивает возможность осевой подвижности инерционного демпфирующего устройства (8), причем
инерционное демпфирующее устройство содержит множество инерционных демпфирующих элементов (8), которые распределены по периметру на расстоянии друг от друга и удерживаются посредством крепежного устройства (6).
2. Маховик по п. 1, в котором
крепежное устройство (6) имеет упругую деформируемость по меньшей мере в одной области;
при этом осевая подвижность инерционного демпфирующего устройства (8) достигается за счет упругой деформируемости крепежного устройства (6).
3. Маховик по любому из предыдущих пунктов, в котором
крепежное устройство содержит два демпфирующих кольца (6), расположенных аксиально относительно друг друга так, что опорное устройство (3) расположено по меньшей мере частично между ними; и
при этом демпфирующие кольца (6) прикреплены друг к другу так, что опорное устройство (3) расположено между обоими демпфирующими кольцами (6) при рассмотрении в осевом направлении.
4. Маховик по п. 3, в котором
инерционное демпфирующее устройство содержит множество инерционных демпфирующих элементов (8);
при этом инерционные демпфирующие элементы (8) удерживаются между демпфирующими кольцами (6) и расположены с распределением вдоль окружного направления демпфирующих колец (6); и
при этом демпфирующие кольца (6) имеют вдоль их периметра области с более высокой упругостью и более низкой упругостью, причем инерционные демпфирующие элементы (8) закреплены в областях с более высокой упругостью.
5. Маховик по любому из предыдущих пунктов, в котором опорное устройство содержит множество спиц (3), распределенных по периметру, которые проходят радиально между ступичным устройством (1) и кольцом (4) маховика.
6. Маховик по п. 3, в котором инерционные демпфирующие элементы (8) расположены в промежутках между спицами (3) и удерживаются демпфирующими кольцами (6).
7. Маховик по любому из предыдущих пунктов, в котором
обеспечена возможность настройки основного резонанса инерционного демпфирующего устройства (8) так, что он по существу соответствует основному резонансу кольца (4) маховика или маховика;
при этом обеспечена возможность настройки основного резонанса инерционного демпфирующего устройства (8) посредством согласования веса инерционных демпфирующих элементов и упругой деформируемости крепежного устройства (6).
8. Маховик по любому из предыдущих пунктов, в котором предусмотрено центрирующее устройство (10) для центрирования устройства (6, 8) демпфирования колебаний относительно кольца (4) маховика.
9. Маховик по п. 3, в котором демпфирующие кольца (6) прикреплены друг к другу так, что обеспечена возможность относительного перемещения между демпфирующими кольцами (6), с одной стороны, и опорным устройством (3), с другой стороны.
10. Маховик по п. 3, в котором в области соответствующей поверхности контакта демпфирующих колец (6) с опорным устройством (3) предусмотрена фрикционная подкладка (14) по меньшей мере частично между соответствующим демпфирующим кольцом (6) и соответствующей областью опорного устройства (3).
RU2020133423A 2018-05-24 2019-05-06 Маховик с инерционными демпферами RU2753617C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018112496.1 2018-05-24
DE102018112496.1A DE102018112496A1 (de) 2018-05-24 2018-05-24 Schwungrad mit tilgermassen
PCT/EP2019/061570 WO2019223990A1 (de) 2018-05-24 2019-05-06 Schwungrad mit tilgermassen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753617C1 true RU2753617C1 (ru) 2021-08-18

Family

ID=66484021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020133423A RU2753617C1 (ru) 2018-05-24 2019-05-06 Маховик с инерционными демпферами

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11492144B2 (ru)
EP (1) EP3802330B1 (ru)
JP (1) JP7078755B2 (ru)
CN (1) CN112166075B (ru)
DE (1) DE102018112496A1 (ru)
ES (1) ES2913676T3 (ru)
PL (1) PL3802330T3 (ru)
RU (1) RU2753617C1 (ru)
WO (1) WO2019223990A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111120570A (zh) * 2019-12-12 2020-05-08 上海航天控制技术研究所 一种可调式阻尼减振装置
CN111237371B (zh) * 2020-01-14 2021-09-17 南京航空航天大学 仿猫掌二级缓冲器
JP2023529739A (ja) * 2020-06-15 2023-07-11 レヴテラ コーポレーション Ｈｔｓ軸受、フライホイールシステム及び方法
KR102464559B1 (ko) * 2021-04-14 2022-11-09 한국항공우주연구원 궤도 천이 장치
CN114572426B (zh) * 2022-02-21 2022-10-11 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种空间在轨离心机以及空间实验柜体
CN114590421B (zh) * 2022-04-12 2022-09-09 北京航空航天大学 一种用于动量轮的多摩擦接触面非线性吸振-耗能装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3207609A1 (de) * 1981-04-11 1982-10-28 Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg Schwung- oder reaktionsrad
US4892174A (en) * 1986-03-20 1990-01-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Nutation damper for a high-speed spinning body

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2050284A1 (ru) * 1969-07-16 1971-04-02 Nord Aviat
DE2225925C2 (de) * 1972-05-27 1985-02-28 Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg Schwungrad, insbesondere zur Stabilisierung von Raumfahrzeugen
FR2609603B1 (fr) 1987-01-15 1989-03-24 Univ Claude Bernard Lyon Agents edulcorants derives des acides guanidinoacetique et ethanamidinoacetique, procede pour edulcorer des produits divers, et compositions contenant de tels agents edulcorants
JPS63188360U (ru) * 1987-05-28 1988-12-02
DE8806742U1 (ru) * 1988-05-24 1988-08-04 Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg, De
DE3921765A1 (de) * 1989-07-01 1991-01-03 Teldix Gmbh Schwungrad
JP3314448B2 (ja) * 1993-04-20 2002-08-12 日産自動車株式会社 フライホイール
US6012680A (en) * 1997-06-27 2000-01-11 Mcdonnell Douglas Corporation Passive lateral vibration isolation system for a spacecraft launch vehicle
JP3657403B2 (ja) * 1997-09-12 2005-06-08 株式会社エクセディ ダイナミックダンパー及びフライホイール組立体
FR2784430B1 (fr) * 1998-10-07 2001-08-24 Valeo Double volant amortisseur, notamment pour vehicule automobile
DE10037680A1 (de) * 2000-08-02 2002-02-14 Freudenberg Carl Kg Schwungrad mit drehzahladaptivem Schwingungstilger
JP2002276539A (ja) 2001-03-16 2002-09-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 宇宙用電力貯蔵フライホイール装置
JP4797176B2 (ja) * 2001-06-12 2011-10-19 シェフラー テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト トルク伝達装置
US6609681B2 (en) * 2001-07-05 2003-08-26 The Boeing Company Method and apparatus for damping vibration
ATE317513T1 (de) * 2001-08-24 2006-02-15 Hasse & Wrede Gmbh Kombinierter axial- und drehschwingungsdämpfer
JP2003184946A (ja) 2001-12-14 2003-07-03 Tokai Rubber Ind Ltd 制振装置
US7051617B2 (en) * 2002-06-03 2006-05-30 Honeywell International Inc. Methods and apparatus for tuned axial damping in rotating machinery with floating bearing cartridge
US20050121896A1 (en) 2003-12-04 2005-06-09 Robert Bonhard Torsional dynamic tuned absorber for vehicle steering system
JP2007100901A (ja) * 2005-10-06 2007-04-19 Mitsubishi Precision Co Ltd フライホイール、コントロールモーメントジャイロおよびダンピング機構
CN101187410B (zh) * 2007-11-30 2010-08-11 洛阳轴研科技股份有限公司 一种带有减振阻尼装置的改进型飞轮体
CN203348428U (zh) * 2013-05-14 2013-12-18 浙江华信汽车零部件有限公司 双离合器自动变速器的双飞轮
CN105217056A (zh) * 2014-06-26 2016-01-06 上海新跃仪表厂 一种分体式反作用飞轮轮体
JP2016205506A (ja) * 2015-04-21 2016-12-08 ヴァレオユニシアトランスミッション株式会社 フレキシブルフライホイール装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3207609A1 (de) * 1981-04-11 1982-10-28 Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg Schwung- oder reaktionsrad
US4892174A (en) * 1986-03-20 1990-01-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Nutation damper for a high-speed spinning body

Also Published As

Publication number Publication date
EP3802330B1 (de) 2022-04-06
DE102018112496A1 (de) 2019-11-28
ES2913676T3 (es) 2022-06-03
CN112166075B (zh) 2024-02-23
JP7078755B2 (ja) 2022-05-31
CN112166075A (zh) 2021-01-01
US20210206518A1 (en) 2021-07-08
JP2021524823A (ja) 2021-09-16
EP3802330A1 (de) 2021-04-14
WO2019223990A1 (de) 2019-11-28
PL3802330T3 (pl) 2022-08-22
US11492144B2 (en) 2022-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2753617C1 (ru) Маховик с инерционными демпферами
US5884892A (en) Mass vibration damper
US9739335B2 (en) Apparatus for mounting an object to a structure in a vibration-free manner
EP2399831B1 (en) Tunable mass damper for use with a reaction wheel assembly
US3670593A (en) Series type vibration damper
US11486450B2 (en) Shaft coupling
JP2003502151A (ja) モータ軸の同心性を維持することができる遠心機ジャイロダイヤフラム
US10549847B2 (en) Aircraft landing gear comprising a main damper and an anti-shimmy secondary damper
KR20170017902A (ko) 일체형 원심 진자식 진동 흡수 장치를 갖는 댐퍼
US20030040370A1 (en) Internal vibration absorber
JP2014145441A (ja) 遠心振り子式ダイナミックダンパ
EP3295052A1 (en) Damping devices, systems and methods for hollow shafts, struts, and beams with bending modes
CN115552145A (zh) 具有附接至曲轴的离心摆的曲轴组件
JP2010014273A (ja) 回転振動ダンパ
US10962086B2 (en) Viscosity-torsional vibration damper or absorber for a crankshaft of a combustion engine
JP7162913B2 (ja) 軸継手
JP2003120754A (ja) 制振合金を用いた制振手段を備えたフライホイール
JPS63125841A (ja) はずみ車
EP3737600B1 (en) Tunable dynamic absorber for attenutating vibration
JPH10132029A (ja) 動振動吸振器
JP7327723B2 (ja) 吸振機構
JPS6152441A (ja) クランク軸縦振動用動吸振器
JP2014052020A (ja) 回転機械およびその改造方法