專利名稱：變剛度液體慣性隔振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)的系統(tǒng)一般涉及振動(dòng)控制。特別的，本申請(qǐng)的系統(tǒng)涉及一種隔離結(jié)構(gòu)體或主體上由諧波或振蕩移位或者諧波或振蕩力導(dǎo)致的機(jī)械振動(dòng)的裝置。本申請(qǐng)的系統(tǒng)更好地適用于飛機(jī)領(lǐng)域，特別是，直升機(jī)和其他螺旋槳的飛機(jī)。
背景技術(shù)：
許多年來，人們努力開發(fā)一種用于將振動(dòng)主體的振動(dòng)隔離以防傳到另一個(gè)主體的裝置。這種裝置在希望隔離振蕩或振動(dòng)裝置比如發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)以免影響結(jié)構(gòu)的其余部分的各種技術(shù)領(lǐng)域都是有用的。典型的振動(dòng)隔離和衰減裝置(“隔振器”)采用多個(gè)機(jī)械系統(tǒng)元件(彈簧和質(zhì)量)的多種結(jié)合來調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，以實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)中所討論的結(jié)構(gòu)的振動(dòng)在可接受的水平。一個(gè)領(lǐng)域中，這些隔振器被發(fā)現(xiàn)大量地使用于飛機(jī)，其中，振動(dòng)-隔離系統(tǒng)被用于隔離飛機(jī)的機(jī)身或其它部分以免受到機(jī)械振動(dòng)比如諧振影響，所述機(jī) 械振動(dòng)與推進(jìn)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)并產(chǎn)生于飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、以及螺旋槳或旋翼。一種隔振器是液體慣性隔振器(a liquid inertia vibration eliminator),簡稱為“LIVE”隔振器。LIVE隔振器采用一種密集的、低粘性的流體作為“調(diào)諧”質(zhì)量以平衡掉或抵消通過該隔振器傳輸?shù)恼袷幜?。一些常?guī)的LIVE隔振器能夠衰減單個(gè)振動(dòng)頻率，其為公知的隔離頻率。這種LIVE隔振器的一個(gè)例子是美國專利號(hào)為6，009，983、名稱為“Methodand Apparatus for Improved Vibration Isolation (改進(jìn)隔振的方法和裝置)”的美國專利，于2000年I月4日授權(quán)給Stamps等人，該專利所描述的內(nèi)容通過參考并入在此。在其它一些常規(guī)的LIVE隔振器中，該隔振器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)可以改變以衰減所提供的隔振頻率范圍內(nèi)各個(gè)不同的振動(dòng)頻率。大多數(shù)常規(guī)的可變LIVE隔振器改變隔振器中的調(diào)諧質(zhì)量或在隔振器中嵌入有源驅(qū)動(dòng)器，比如壓電驅(qū)動(dòng)器。這種LIVE隔振器的一個(gè)例子是美國專利號(hào)為6，695，106、名稱為“Method and Apparatus for Improved Vibration Isolation (改進(jìn)隔振的方法和裝置)”，于2004年2月24日授權(quán)給Smith等人，該專利所描述的內(nèi)容通過參考并入在此。然而，這樣的配置是復(fù)雜的，因此昂貴。此外，如果想要衰減不同振動(dòng)模式，現(xiàn)有的非可變LIVE隔振器必須替換為可變LIVE隔振器或者現(xiàn)有的非可變LIVE隔振器的內(nèi)部元件必須被修改?，F(xiàn)有技術(shù)中有許多隔振器，然而，仍然有相當(dāng)大的改進(jìn)空間。


本申請(qǐng)的系統(tǒng)的新穎特征在所附的權(quán)利要求部分中描述。然而，系統(tǒng)本身及其優(yōu)選的使用模式和進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合附圖閱讀如下的詳細(xì)說明書將能最好地理解，其中，各個(gè)附圖標(biāo)記中最左邊的有效數(shù)字指示第一次出現(xiàn)該附圖標(biāo)記的圖形，其中圖I為一種變剛度液體慣性隔振設(shè)備的一個(gè)示例性實(shí)施例的橫截面視圖；圖2為圖I的變剛度液體慣性隔振設(shè)備的變剛度彈簧一個(gè)示例性實(shí)施例的側(cè)視圖；以及
圖3為圖2的變剛度彈簧的俯視圖。雖然本申請(qǐng)的系統(tǒng)允許有多種修改和變形，具體實(shí)施例在附圖中通過示例方式顯示并在文中詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)明白，文中描述的具體實(shí)施例意圖不在于將該系統(tǒng)限制為所公開的特定形式，相反，意圖在于覆蓋落入所附權(quán)利要求所限定的本申請(qǐng)精神和范圍內(nèi)的所有修改、等效或者替換。
具體實(shí)施例方式下面描述本申請(qǐng)的系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。為了清楚起見，不是所有的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的特征都在這個(gè)說明書中描述。當(dāng)然容易明白，在任意這種實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須作出大量特定實(shí)現(xiàn)的決策以達(dá)到開發(fā)者的特定目的，比如遵循系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束，它將 ー種實(shí)現(xiàn)改變成另ー種。而且，容易明白這樣的開發(fā)努力可能是復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)已受益于本公開方案的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是常規(guī)工作。本說明書中，標(biāo)號(hào)指示附圖中所描述的裝置的各個(gè)組件之間的空間位置關(guān)系和各個(gè)組件各面的空間定向。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員在讀完本申請(qǐng)后將認(rèn)識(shí)到，被描述的設(shè)備、零件、裝置等等可以位于任意期望的方向。因此，描述各個(gè)組件的空間位置關(guān)系或者描述上述這些組件各面的空間定向時(shí)使用的諸如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”或者其他類似的術(shù)語，應(yīng)該理解為是分別描述組件之間的相對(duì)關(guān)系或者上述這些組件各面的空間定向，因?yàn)槲闹兴枋龅脑O(shè)備可以以任意期望的方向定向。本申請(qǐng)的系統(tǒng)是ー種變剛度液體慣性隔振設(shè)備。該設(shè)備包括消除振動(dòng)的液體慣性(“LIVE”)隔振器，與變剛度彈簧可拆卸地相連，該變剛度彈簧使該LIVE隔振器的剛度得以選擇性改變。換句話說，改變?cè)撟儎偠葟椈傻膭偠纫詨埓蠡驕p小LIVE隔振器的機(jī)械剛度。在一個(gè)實(shí)施例中，該變剛度彈簧包括彈性墊，該彈性墊沿第一軸呈現(xiàn)的剛度比沿與所述第ー軸大體垂直的第二軸呈現(xiàn)的剛度大得多。在這個(gè)實(shí)施例中，所述彈性墊被例如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)以改變LIVE隔振器所看到的剛度大小，并相應(yīng)地改變LIVE隔振器的剛度大小。圖I描繪變剛度液體慣性隔振設(shè)備101的一個(gè)示例性實(shí)施例。設(shè)備101包括LIVE隔振器103，與變剛度彈簧105可拆卸地連接。LIVE隔振器103包括限定有大體為圓柱形內(nèi)部的空心殼體107。當(dāng)設(shè)備101使用時(shí)，殼體107通常耦接到被隔離振動(dòng)的主體109比如飛機(jī)的機(jī)身上。具有選定橫截面直徑的活塞111布置于殼體107的內(nèi)部。當(dāng)設(shè)備101使用時(shí)，如箭頭112所示的，活塞111通常耦接到振動(dòng)源上，比如航天器的機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)、或者其它振動(dòng)產(chǎn)生元件。弾性密封和彈簧件113弾性地密封活塞111于殼體107的內(nèi)部。流體腔115由殼體107的內(nèi)部、活塞111、以及彈性密封和彈簧件113來限定。一種已知密度的隔振流體117，也稱為調(diào)諧流體，布置于流體腔115內(nèi)。調(diào)諧流體117優(yōu)選為非腐蝕性的和安全環(huán)保的，具有低粘性和較高密度。除了密封調(diào)諧流體117于流體腔115內(nèi)，弾性件113還用作彈簧使得活塞111沿著運(yùn)動(dòng)主軸129的方向相對(duì)于殼體107運(yùn)動(dòng)或振蕩，當(dāng)沒有負(fù)載施加于LIVE隔振器103時(shí)保持活塞111在殼體107大體中央的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)諧端ロ 119從中心穿過活塞111延伸并允許調(diào)諧流體117從流體腔115的第一端121移動(dòng)到流體腔115的第二端123。依然參考圖1，當(dāng)運(yùn)行吋，由振動(dòng)源比如發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、推進(jìn)系統(tǒng)、和/或類似的部件產(chǎn)生的振蕩カ被傳輸?shù)交钊?11使得活塞111產(chǎn)生振蕩移位?；钊?11的移位通過彈性件113經(jīng)由殼107傳輸?shù)街黧w109，結(jié)果導(dǎo)致主體109移位，主體109的移位小于活塞111的移位。調(diào)諧流體117在調(diào)諧端口 119內(nèi)移位以抵抗活塞111的振蕩移位。變剛度彈簧105第一端125與殼體107可拆卸地連接，第二端127與活塞111可拆卸地連接。除了由彈性密封和彈簧件113所提供的剛度之外，還有變剛度彈簧105在與箭頭129所示的運(yùn)動(dòng)主軸大體對(duì)應(yīng)的方向提供剛度給LIVE隔振器103。增加變剛度彈簧105的剛度就可以在方向129上輕微地增加LIVE隔振器103的整體剛度并增加隔振頻率，而減小變剛度彈簧105的剛度就可以在方向129上輕微地減小LIVE隔振器103的整體剛度并減小隔振頻率，由此提供隔振頻率范圍。圖2和3描繪變剛度彈簧105的一個(gè)示例性實(shí)施例。在該圖示的實(shí)施例中，變剛度彈簧105包括彈性墊201a和201b，被粘著于中央塊204和內(nèi)部環(huán)202之間并與耦合環(huán)203可拆卸地連接。彈性墊201a和201b沿第一軸301呈現(xiàn)第一剛度，沿第二軸303呈現(xiàn)第二剛度，該第二剛度比所述第一剛度大得多，第二軸303垂直于第一軸301。彈性墊201a和201b每一個(gè)優(yōu)選為一種固體彈性材料，比如橡膠。然而，彈性墊201a和201b的替換實(shí)施例可以包括金屬薄墊片或者其他適應(yīng)壓縮和剪切剛度的薄片狀件。變剛度彈簧105例如 在305處與殼體107耦接，并且例如在第一軸301和第二軸303交叉處的塊204的中心處與活塞111耦接。連同彈性墊201a和201b—起的內(nèi)部環(huán)202、以及中央塊204可以相對(duì)于耦合環(huán)203旋轉(zhuǎn)，如箭頭309所指示的，以改變傳遞到殼體107和活塞111之間連接部分的剛度。內(nèi)部環(huán)202、彈性墊201a和201b以及中央塊204可以被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器311比如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)相對(duì)于耦合環(huán)203旋轉(zhuǎn)。螺桿傳動(dòng)210可以用于將來自驅(qū)動(dòng)器311的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為作用于內(nèi)部環(huán)202上的旋轉(zhuǎn)力；然而，多種設(shè)備也可以用來對(duì)內(nèi)部環(huán)202、彈性墊201a和201b以及中央塊204產(chǎn)生相對(duì)于耦合環(huán)203的可控制旋轉(zhuǎn)。第一剛度通過彈性墊201a和201b的剪切加載得到。大于該第一剛度的第二剛度通過彈性墊201a和201b中至少一個(gè)的壓縮加載得到。照此，彈性墊201a和201b被構(gòu)型成在壓縮加載下提供較高剛度，在剪切力加載下提供較低剛度。塊204上的加載是由活塞111受到的振動(dòng)負(fù)載沿著運(yùn)動(dòng)主軸129傳遞而來的(如圖I所示)。在運(yùn)行過程中，當(dāng)內(nèi)部環(huán)202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204圍繞著點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)(如圖3所示)以使軸303與運(yùn)動(dòng)主軸129對(duì)齊時(shí)，振動(dòng)負(fù)載使彈性墊201a和201b中有至少一個(gè)受到壓縮負(fù)載，由此得到第一剛度，因此隔離第一頻率。在運(yùn)行過程中，當(dāng)內(nèi)部環(huán)202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204圍繞著點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)以使軸301與運(yùn)動(dòng)主軸129對(duì)齊時(shí)，振動(dòng)負(fù)載使彈性墊201a和201b受到剪切負(fù)載，由此得到第二剛度，因此隔離第二頻率。第一空口 206和第二空口 208被構(gòu)型成具有供彈性件201a和201b的偏移使用的空間。進(jìn)一步來說，內(nèi)部環(huán)202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204可以圍繞著點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)，以使運(yùn)動(dòng)主軸129與合成軸對(duì)齊，其中合成軸是軸301和軸303相結(jié)合的軸。內(nèi)部環(huán)202、彈性墊201a和201b以及中央塊204這樣定位產(chǎn)生由所述第一剛度和所述第二剛度結(jié)合后的合成剛度。容易理解的是，替換實(shí)施例中具有更多數(shù)量的彈性墊201a和201b。一般變剛度彈簧組件105較優(yōu)地是成對(duì)采用，一對(duì)變剛度彈簧組件105圍繞點(diǎn)A在箭頭309指示的兩個(gè)相反方向上旋轉(zhuǎn)，也就是說，一個(gè)變剛度彈簧組件105順時(shí)針旋轉(zhuǎn)而另一個(gè)變剛度彈簧組件105逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。使用兩個(gè)同心運(yùn)轉(zhuǎn)的并置的變剛度彈簧組件來排除與動(dòng)力主軸129不對(duì)齊的脫軸剛度的變化帶來的一系列麻煩。例如，第一變剛度彈簧組件105可以將內(nèi)部環(huán)202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204在順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)45°角。相反地，第二變剛度彈簧組件105可以將內(nèi)部環(huán)202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204在逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)45°角。結(jié)果，來自第一彈簧組件105的任何橫向剪切力都將被來自第ニ彈簧組件105的橫向剪切カ抵消。應(yīng)當(dāng)注意的是，然而，本申請(qǐng)可以采用除圖2和3所示的構(gòu)型之外的其它構(gòu)型的變剛度彈簧。本申請(qǐng)的系統(tǒng)提供了顯著優(yōu)點(diǎn)，包括(I)提供的隔振頻率可變的LIVE隔振設(shè)備的復(fù)雜度低于常規(guī)的隔振頻率可變的LIVE隔振器的復(fù)雜度；(2)提供的隔振頻率可變的LIVE隔振設(shè)備的成本低于常規(guī)的隔振頻率可變的LIVE隔振器的成本；和(3)提供ー種方法來修改現(xiàn)有的隔振頻率不可變的LIVE隔振器使其具有可變的隔振頻率，而不需要修改現(xiàn)有的LIVE隔振器的內(nèi)部組件。上述揭露的特定的實(shí)施例僅僅是示意性的，因?yàn)槭芤嬗谖闹械慕虒?dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到將所述系統(tǒng)修改成不同但等效的形式。進(jìn)ー步來說，除了下面的權(quán)利要求書 中所述的方案之外，本方案不限制為圖中所示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此，顯而易見的是，上述揭露的具體實(shí)施例可以更改或修改并且所有這樣的變型都被認(rèn)為在本申請(qǐng)的范圍和精神內(nèi)。因而，這里要求保護(hù)的技術(shù)方案在下面的權(quán)利要求書中描述。顯而易見的是，系統(tǒng)所具有的顯著優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被描述和圖示了。盡管本申請(qǐng)的系統(tǒng)以數(shù)量有限的形式被圖示，但不只限于這些形式，在不超出其精神范圍內(nèi)，可進(jìn)行不同的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種變剛度液體慣性隔振設(shè)備，包括 消除振動(dòng)的液體慣性隔振器；和 與所述消除振動(dòng)的液體慣性隔振器可拆卸連接的第一變剛度彈簧，用于改變所述液體慣性振動(dòng)隔振器的隔振頻率。
2.如權(quán)利要求I所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，其中所述消除振動(dòng)的液體慣性隔振器包括 限定有內(nèi)部的殼體； 位于所述殼體的內(nèi)部的活塞； 位于所述殼體和所述活塞之間的彈性密封件； 由所述殼體、所述活塞和所述彈性密封件限定的流體腔，所述活塞限定并分隔所述流體腔為在活塞的相對(duì)兩側(cè)的兩部分； 位于所述流體腔中的調(diào)諧流體；和 使得流體腔的所述兩部分之間流通的調(diào)諧端口。
3.如權(quán)利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，其中所述殼體被構(gòu)型成與要隔離振動(dòng)的主體耦接。
4.如權(quán)利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，其中所述活塞被構(gòu)型成與振動(dòng)源耦接。
5.如權(quán)利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，其中所述調(diào)諧流體是非腐蝕性的。
6.如權(quán)利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，其中所述調(diào)諧流體是安全環(huán)保的。
7.如權(quán)利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，其中所述調(diào)諧流體具有低粘性和較高的密度。
8.如權(quán)利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，其中所述第一變剛度彈簧與所述殼和所述活塞可拆卸地連接。
9.如權(quán)利要求I所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，其中所述第一變剛度彈簧包括 彈性墊，沿第一軸呈現(xiàn)第一剛度并且沿第二軸呈現(xiàn)第二剛度，且第二剛度比第一剛度大得多，所述第二軸垂直于所述第一軸； 與所述彈性墊可拆卸地連接的耦合環(huán)； 其中所述彈性墊相對(duì)于所述耦合環(huán)可旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，用于將所述彈性墊相對(duì)于所述耦合環(huán)旋轉(zhuǎn)。
11.如權(quán)利要求10所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，其中所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
12.如權(quán)利要求9所述的變剛度液體慣性隔振設(shè)備，進(jìn)一步包括第二變剛度彈簧，相對(duì)于所述第一變剛度彈簧同心設(shè)置且可操作地反向旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種變剛度液體慣性隔振設(shè)備，包括消除振動(dòng)的液體慣性隔振器和與所述消除振動(dòng)的液體慣性隔振器可拆卸地相連的變剛度彈簧，用于改變所述液體慣性隔振器的剛度。所述變剛度彈簧可以包括彈性墊，該彈性墊沿第一軸呈現(xiàn)第一剛度并且沿第二軸呈現(xiàn)第二剛度，第二剛度比第一剛度大得多，所述第二軸垂直于所述第一軸。
文檔編號(hào)B64D27/00GK102770347SQ201180009846
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月16日
發(fā)明者F·B·斯坦, M·R·史密斯 申請(qǐng)人:貝爾直升機(jī)泰克斯特龍公司