SE528384C2 - Anordning för reducering av vibrationer och ljud - Google Patents

Description

25 30 35 528 384 bentelement på ett oönskat sätt. Vidare kan de absorbentelement som inte svarar mot den aktuella frekvensen istället ge upphov till en förstärkning av vibrationer och ljud. Det har vidare föreslagits att istället utnyttja justerbara absorbentelement, dvs. vibrationsabsor- bentelement som är inställbara för att arbeta mot flera olika fre- kvenser. De kända justerbara absorbentelementen erfordrar någon form av elektrisk motor eller liknande ställdon för àstadkommande av den önskvärda inställningen. Vidare erfordras omfattande kabel- dragning för strömförsörjning samt styrutrustning för inställningen av absorbentelementen. Ett exempel på ett justerbart absorbent- element visas i US-A-5,954,169. Närmare bestämt visar detta do- kument en vibrationsabsorbent med en avstämd massa som med hjälp av en motor är förskjutbart anordnad i förhållande till en flexi- bel platta. Andra exempel på justerbara absorbentelement visas i EP-A-922 877 och US-A-3,487,888. Den svenska patentansökning- en 0500245-6 visar en liknande anordning.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen att tillhandahålla en enkel vibrations- absorbent som är inrättad att arbeta mot olika frekvenser.

Detta ändamål uppnås med den inledningsvis angivna anordningen som kännetecknas av att den dynamiska egenskapen är olika med avseende på de två huvudaxlarna och att det dynamiska elementet är roterbart i förhållande till strukturen kring en rotationsaxel som är vinkelrät mot de två huvudaxlarna.

Med en sådan anordning erhålls en resonant vibrationsabsorbent som tack vare det dynamiska elementets roterbarhet blir adaptiv.

Det dynamiska elementet kommer att ställa in sig självt i en sådan rotationsposition att maximal vibrationsamplitud erhålles för det dy- namiska elementets svängningsmassa vid vibrationsexcitering på, eller i närheten av, en av anordningens resonansfrekvenser. Med hjälp av uppfinningen uppnås således en enkel anordning som utan påverkansorgan kan absorbera två eller flera olika vibarationsfrek- vensen 10 15 20 25 30 35 528 384 Enligt en utföringsform av uppfinningen är fjäderelementet med en del därav är fast monterat i förhållande till strukturen.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är de två huvud- axlarna är ortogonala med avseende pá den dynamiska egenska- pen. Den dynamiska egenskapen kan med fördel innefatta ett masströghetsmoment hos det dynamiska elementet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar anord- ningen ett primärt förbindningselement som sträcker sig parallellt med rotationsaxeln. Det dynamiska elementet kan då vara roterbart lagrat pà det primära förbindningselementet och kan ha en olikartad geometrisk utformning eller en olikartad massfördelning, t.ex. ge- nom material med olika densitet i tvärsnittet, längs de två huvudax- larna.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar anord- ningen tvà sådana dynamiska elementet som är förbundna med var sin ände av det primära förbindningselementet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen bildar det primä- ra förbindningselementet fjäderelementet eller alternativt två fjäder- element. l det senare fallet kan det primära förbindningselementet med en central del därav är fast monterat i förhållande till struktu- ren.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar anord- ningen åtminstone ett ytterligare dynamiskt element som är roter- bart förbundet med ett sekundärt förbindningselement. Med fördel är det sekundära förbindningselement är roterbart förbundet med en yttre ände av det primära förbindningselementet. Vidare kan anord- ningen innefatta åtminstone två ytterligare dynamiska element som är roterbart förbundna med var sitt sekundärt förbindningselement som i sin tur kan vara roterbart förbundna med var sin yttre ände hos det primära förbindningselementet. Nämnda ytterligare dyna- miska elementen är med fördel är roterbart lagrade vid var sin yttre ände hos nämnda sekundära förbindningselement. Även nämnda sekundära förbindningselement kan bilda fiäderelement. 10 15 20 25 30 35 528 384 Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar anord- ningen ett ytterligare fjäderelementet som förbinder det primära för- bindningselementet med strukturen. Fjäderelementet kan vara ut- format att medge en energiabsorberande fjädringsrörelse som in- kluderar böjning, längdförändring och/eller skjuvning av fjäderele- mentet.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning skall nu förklaras närmare med hjälp av en beskrivning av olika utföringsformer och med hänvisning till bifoga- de ritningar.

Fig. 1 visar en vy fràn sidan av en första utföringsform av en anordning enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar ett tvärsnitt genom ett dynamiskt element hos an- ordningen längs linjen ll-ll i Fig. 1.

Fig. 3 visar en vy från sidan av en andra utföringsform av en anordning enligt uppfinningen.

Fig. 4 visar ett tvärsnitt genom ett fiäderelement med en alter- nativ utformning.

Fig. 5 visar en vy fràn sidan av en femte utföringsform av en anordning enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en första utföringsform av en anordning enligt uppfin- ningen för reducering av vibrationer och ljud i en struktur 1. Denna struktur 1 kan vara ett fordon, exempelvis ett flygplan eller ett far- tyg, eller någon stationär struktur, exempelvis en byggnad, en verktygsmaskin eller någon annan struktur där det är önskvärt att reducera vibrationer.

Anordningen enligt den första utföringsformen innefattar ett primärt förbindningselement 2. Det primära förbindningselementet 2 är i den första utföringsformen utformat som en làngsträckt stång som sträcker sig i en längsgående riktning. Det primära förbindnings- elementet 2 är med en del därav fast monterat i förhållande till 10 15 20 25 30 35 528 384 strukturen 1 via ett fäste 3. l den första utföringsform är det primära förbindningselementet 2 med en änddel fast förbundet med fästet 3 och strukturen 1.

Anordningen innefattar också ett dynamiskt element 4 som har en dynamisk egenskap. Det dynamiska elementet 4 ger upphov till tröghetskrafter när det accelereras i translationsrörelse och rota- tionsrörelse. Tröghetskrafterna är relaterade till det dynamiska ele- mentets massa och masströghetsmoment. Det dynamiska elemen- tet 4 sträcker sig längs två huvudaxlar y och z, se Fig 2. Den dyna- miska egenskapen, som innefattar masströghetsmomentet, är olika med avseende på de två huvudaxlarna y och z, och närmare be- stämt är de tvà huvudaxlarna ortogonala med avseende på den dy- namiska egenskapen. Det dynamiska elementet 4 har en olikartad geometrisk utformning, olika massfördelning eller en kombination av dessa egenskaper längs de tvà huvudaxlarna y och z. I den första utföringsformen exemplifieras detta genom olikartad geometrisk ut- formning med olika dimensioner hos det dynamiska elementet längs de tvà huvudaxlarna y och z och närmare bestämt genom att det dynamiska elementets 4 tvärsnitt är bredare längs huvudaxeln y än längs huvudaxeln z.

Det dynamiska elementet 4 är roterbart kring en rotationsaxel x, som väsentligen sammanfaller med det primära förbindningsele- mentets 2 längsgående riktning och som är vinkelrät mot de två hu- vudaxlarna y och z. Det dynamiska elementet 4 kan vara roterbart lagrat direkt på det primära förbindningselementet 2. Det dynamiska elementet 4 kan också vara roterbart lagrat på det primära förbind- ningselementet 2 med hjälp av ett rotationslager, exempelvis i form av ett glidlager eller ett rullningslager.

Det primära förbindningselementet 2 bildar ett fjäderelementet 5 som är utformat att medge en energiabsorberande fjädringsrörelse genom böjning av fjäderelementet 5, såsom indikeras i Fig. 1 med streckade linjer, när strukturen 1 vibrerar i vibrationsriktningen v.

Anordningen enligt den första utföringsformen är anpassad till att absorbera tvà olika vibrationsfrekvenser genom att det dynamiska elementet 4 roterar till ett optimalt läge i förhållande till det primära 10 15 20 25 30 35 528 384 förbindningselementet 2 med avseende på den frekvens med vilken strukturen 1 vibrerar.

Fig. 3 visar en andra utföringsform av uppfinningen. Det skall här noteras att element med väsentligen samma funktion har försetts med samma hänvisningsbeteckningar i alla beskrivna utföringsfor- mer. Anordningen enligt den andra utföringsform skiljer sig från an- ordningen enligt den första utföringsformen genom att den innefat- tar tvà sådana dynamiska elementet som är förbundna med var sin ände av det primära förbindningselementet 2. De två dynamiska elementen 4 kan vara väsentligen lika varandra och det dynamiska elementet 4 i den första utföringsformen. I den andra utföringsfor- men är det primära förbindningselementet 2 med en central del därav fast monterat i fästet 3. Det primära förbindningselementet 2 bildar således två tjäderelementet 5 med var sitt dynamiskt element 4.. De två fiäderelementen 5 och de två dynamiska elementen 4 är väsentligen symmetriskt utformade och positionerade med avseen- de på det centrala fästet 3.

Fig. 4 visar en tredje utföringsform som skiljer sig fràn den andra utföringsformen genom ett ytterligare fjäderelement 5 är inrättat mellan fästet 3 och strukturen 1. Kombinationen av de två fjäder- elementen 5 kan med fördel användas för att förbättra vibrationsab- sorbentens dynamiska egenskaper såsom utmattningshållfasthet och anpassning av förlustfaktorn. i Fig. 5 visar en femte utföringsform av uppfinningen som skiljer sig frän de övriga utföringsformerna, speciellt den tredje utföringsfor- men, genom att anordningen innefattar tvâ ytterligare dynamiska element 6 som med hjälp av var sitt sekundärt förbindningselement 7 är förbundna med var sin yttre ände av det primära förbindnings- elementet 2. De två ytterligare dynamiska elementen 6 är roterbara i förhållande till respektive sekundära förbindningselement 7 på samma sätt som de dynamiska elementen 4 är roterbara i förhål- lande till det primära förbindningselementet 2 i den femte utfö- ringsformen och övriga utföringsformer. De sekundära förbind- ningselementen 7 är vidare med fördel roterbart förbundna med de primära förbindningselementet 2, exempelvis med hjälp av ett lämp- ligt rotationslager. 10 15 20 25 30 35 528 384 De två sekundära förbindningselementen 7 är också utformade som var sin en långsträckt stång som sträcker sig längs rotationsaxeln x och bildar var sitt fjäderelement 5. Dessa ytterligare fjäderelement 5 medger en energiabsorberande Fjädringsrörelse genom böjning av respektive fjäderelement 5.

Det primära förbindningselementets 3 tjäderelementet 5 och det dy- namiska elementet 4 bildar då en första dynamisk enhet medan de sekundära förbindningselementens 7 fjäderelement 5 och de ytterli- gare dynamiska elementen 6 bildar en andra dynamisk enhet. Enligt den femte utföringsformen erhålls en anordning som kan anpassas till 22, dvs. 4 olika frekvenser. Det skall noteras att det i princip är möjligt att anordna ytterligare dynamiska som är roterbart kopplade till de yttre ändarna av de sekundära förbindningselementen 7. På så vis kan antalet dynamiska enheter ökas ytterligare, varvid an- ordningen kan anpassas till 2" olika frekvenser, där N är antalet dy- namiska enheter.

Anordningen enligt uppfinningen kommer således att själv åstad- komma en vridning av de dynamiska elementen 4 kring rotationsax- eln x till ett optimalt läge för olika drifttillstånd. Denna anpassning sker spontant utan någon speciell framtvingad rotation av de dyna- miska elementen 4 tack vare att de dynamiska elementen 4 strävar efter att komma i resonans. Enligt en variant av uppfinningen kan någon form av påverkansorgan vara anordnade för att åstadkomma den önskade vridningen. l denna beskrivning har endast grundfrekvensen för fjäderelemen- ten 5 med tillhörande dynamiska element 4 beaktats, dvs en fjäd- ringsrörelse där alla fjäderelement 5, alla dynamiska element 4 och eventuella rotationslager 7 rör sig i fas. Vidare antas att anordning- arna enligt Fig. 3 - 5 är symmetriska kring fästet 3. I en mer avance- rad beskrivning av anordningens funktion, kommer ett flertal egen- frekvenser och tillhörande egensvängningsformer att identifieras.

Vissa av dessa kan vara oönskade och deras negativa verkan kan begränsas eller elimineras genom en förändring av geometrin och/eller materialvalet. Andra resonanser utöver grundresonansen 528 384 kan användas exempelvis för samtidig reduktion av en grundton och övertoner till en vibration.

Uppfinningen är inte begränsad tili de visade utföringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande patent- kraven. De visade utföringsformen kan kombineras med de utfö- ríngsformer och egenskaper som visas i den svenska ansökningen 0500245-6.

Claims (21)

10 15 20 25 30 35 528 384 Patentkrav

1. Anordning för reducering av vibrationer och ljudi en struktur “ (1), inn-efattande . åtminstone' ett dynamiskt element (4), vilket sträcker sig längstvå huvudaxlar (y, z), och åtminstone ettfjäderelement (5) som är förbundet med-det dyna- miska elementet (4) och som är anpassat att förbindas med struktu- ren (1), _ I kännetecknad av att det dynamiska elementet har olika masströg- hetsmoment med avseende på de två huvudaxlarna (Ypz), och att det dynamiska elementet (4) är roterbart i förhållande till struktu- ren (1)~kring en rotationsaxel (x) som ärvinkelrät mot de två huvud- axlarna (y, z).

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att fiäderelementet (14)-

3. Anordning enligt något av kraven 1 och 2,- kännetecknad av att de två huvudaxlarna (y, z) är ortogonala med avseende -masströghetsmomentet

4. Anordning enligt något av de föregående kraven, känneteck- nad av att anordningen innefattar ett primärt förbindningselement (2) som sträckersig parallellt med rotationsaxeln_(x).

5. Anordning enligt krav 4,»kännetecknad av att det dynamiska elementet (4) är roterbart lagrat på det primära förbindningsele- mentet(2).

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad avatt det dynamiska elementet (4) har en olikartad geometrisk utformning längs de tvâ huvudaxlarna (y, z).

7. Anordning enligt något av kraven 5 och 6, kännetecknad av att det dynamiska »elementet (4) har en olikartad massfördelning längs de två huvudaxlarna (y,^ z). (5) med en del därav är fast monterat i förhållande till strukturen 10 15 20 25 30 35 528 384 10

8. Anordning enligt något av kraven 4 till 7, kännetecknad avf att anordningen innefattar två sådana dynamiska elementet (4) s0m är förbundna med varsin ände av det primära förbindningselementet (2).

9. Anordning enligt något av kraven 4 till 7, kännetecknad av att det primära förbindningselementet (2) bildar fjäderelementet (5).

10. v Anordning enligt krav 8, kännetecknad av att det primära för- bindningselementet (2) bildar två fjäderelement (5). i

11. Anordning enligt kraven 8 och 9, kännetecknad av att det pri- mära- förbindningselementet (2) med en central del därav är fast monterat i förhållande till strukturen (1).

12. , Anordning enligt något av kraven 4 till 11, kännetecknad av att anordningen innefattar åtminstone -ettytterligare dynamisktele- ment'(6) som är, roterbartförbundet med ett sekundärt förbi-nd- ningselement (7).

13. Anordning enligt krav 12., kännetecknad av att det sekundära förbindningselement- (7) är roterbart förbundet med en yttre ände av det primära förbindningselementet (2).

14. 4. Anordning enligt något av kraven 12 och 13, kännetecknad av att anordningen innefattar åtminstone två ytterligare dynamiska element (6) som är .roterbart förbundnamed var sitt sekundärt 'för- bindningselement (7).

15. Anordning enligt krav 14, kännetecknad av att de sekundära förbindningselementen (7) är roterbart förbundna med var sin yttre ände hosdet primära förbindningselementet (2).

16. Anordning enligt något av kraven 12 till 15, -känneteckngd av att nämnda ytterligare dynamiska elementen (6) är roterbart lagrade vid var sin yttre. ände hos' nämnda sekundära förbindningselement (6). 10 15 20 528 384 11

17. Anordning enligt något av kraven 12 till 16, kännetecknad av att nämndasekundära förbindningselement (6) .bildar fjäderelement . (5)-

18. Anordning enligt 'något av kraven 4 till Wgkännetecknad av att anordningen, innefattar ett ytterligare fjäderelementet (5) som förbinder det primära förbindningselementet (2)__med strukturen (1).

19. Anordning enligt något av de föregående kraven; känneteck- nad av att fjäderelementet (5) år utformat att .medge en energiab- i sorberande fjädringsrörelse som inkluderarböjning av fiåderele- mentet. “ _

20. Anordning enligt »något av de föregående kraven, _ i) att fjäderelementet (5) är utformat att 'medge en energiab- sorberande fjädringsrörelse som inkluderar längdförändring av 'fjä- i derelementet.

21. Anordning' enligt något av de föregående kraven, känneteck- nad av att fläderelementet (5) är utformat att medge en* energiab- sorberande fjädringsrörelse som inkluderar skjuvning' av fiäderele- mentet. g i