專利名稱：變剛度液體慣性隔振器的制作方法
技術領域：
本申請的系統一般涉及振動控制。特別的，本申請的系統涉及一種隔離結構體或主體上由諧波或振蕩移位或者諧波或振蕩力導致的機械振動的裝置。本申請的系統更好地適用于飛機領域，特別是，直升機和其他螺旋槳的飛機。
背景技術：
許多年來，人們努力開發一種用于將振動主體的振動隔離以防傳到另一個主體的裝置。這種裝置在希望隔離振蕩或振動裝置比如發動機的振動以免影響結構的其余部分的各種技術領域都是有用的。典型的振動隔離和衰減裝置(“隔振器”)采用多個機械系統元件(彈簧和質量)的多種結合來調整整個系統的頻率響應特性，以實現該系統中所討論的結構的振動在可接受的水平。一個領域中，這些隔振器被發現大量地使用于飛機，其中，振動-隔離系統被用于隔離飛機的機身或其它部分以免受到機械振動比如諧振影響，所述機 械振動與推進系統相關聯并產生于飛機的發動機、傳動裝置、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“調諧”質量以平衡掉或抵消通過該隔振器傳輸的振蕩力。一些常規的LIVE隔振器能夠衰減單個振動頻率，其為公知的隔離頻率。這種LIVE隔振器的一個例子是美國專利號為6，009，983、名稱為“Methodand Apparatus for Improved Vibration Isolation (改進隔振的方法和裝置)”的美國專利，于2000年I月4日授權給Stamps等人，該專利所描述的內容通過參考并入在此。在其它一些常規的LIVE隔振器中，該隔振器的動態響應可以改變以衰減所提供的隔振頻率范圍內各個不同的振動頻率。大多數常規的可變LIVE隔振器改變隔振器中的調諧質量或在隔振器中嵌入有源驅動器，比如壓電驅動器。這種LIVE隔振器的一個例子是美國專利號為6，695，106、名稱為“Method and Apparatus for Improved Vibration Isolation (改進隔振的方法和裝置)”，于2004年2月24日授權給Smith等人，該專利所描述的內容通過參考并入在此。然而，這樣的配置是復雜的，因此昂貴。此外，如果想要衰減不同振動模式，現有的非可變LIVE隔振器必須替換為可變LIVE隔振器或者現有的非可變LIVE隔振器的內部元件必須被修改。現有技術中有許多隔振器，然而，仍然有相當大的改進空間。
本申請的系統的新穎特征在所附的權利要求部分中描述。然而，系統本身及其優選的使用模式和進一步的目的和優點，結合附圖閱讀如下的詳細說明書將能最好地理解，其中，各個附圖標記中最左邊的有效數字指示第一次出現該附圖標記的圖形，其中圖I為一種變剛度液體慣性隔振設備的一個示例性實施例的橫截面視圖；圖2為圖I的變剛度液體慣性隔振設備的變剛度彈簧一個示例性實施例的側視圖；以及
圖3為圖2的變剛度彈簧的俯視圖。雖然本申請的系統允許有多種修改和變形，具體實施例在附圖中通過示例方式顯示并在文中詳細描述。然而，應當明白，文中描述的具體實施例意圖不在于將該系統限制為所公開的特定形式，相反，意圖在于覆蓋落入所附權利要求所限定的本申請精神和范圍內的所有修改、等效或者替換。
具體實施例方式下面描述本申請的系統的示例性實施例。為了清楚起見，不是所有的實際實現的特征都在這個說明書中描述。當然容易明白，在任意這種實際實施例的開發中，必須作出大量特定實現的決策以達到開發者的特定目的，比如遵循系統相關和商業相關的約束，它將 ー種實現改變成另ー種。而且，容易明白這樣的開發努力可能是復雜和費時的，但對已受益于本公開方案的本領域普通技術人員來說是常規工作。本說明書中，標號指示附圖中所描述的裝置的各個組件之間的空間位置關系和各個組件各面的空間定向。然而，本領域技術人員在讀完本申請后將認識到，被描述的設備、零件、裝置等等可以位于任意期望的方向。因此，描述各個組件的空間位置關系或者描述上述這些組件各面的空間定向時使用的諸如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”或者其他類似的術語，應該理解為是分別描述組件之間的相對關系或者上述這些組件各面的空間定向，因為文中所描述的設備可以以任意期望的方向定向。本申請的系統是ー種變剛度液體慣性隔振設備。該設備包括消除振動的液體慣性(“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，改變該變剛度彈簧的剛度以増大或減小LIVE隔振器的機械剛度。在一個實施例中，該變剛度彈簧包括彈性墊，該彈性墊沿第一軸呈現的剛度比沿與所述第ー軸大體垂直的第二軸呈現的剛度大得多。在這個實施例中，所述彈性墊被例如步進電動機旋轉以改變LIVE隔振器所看到的剛度大小，并相應地改變LIVE隔振器的剛度大小。圖I描繪變剛度液體慣性隔振設備101的一個示例性實施例。設備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部的空心殼體107。當設備101使用時，殼體107通常耦接到被隔離振動的主體109比如飛機的機身上。具有選定橫截面直徑的活塞111布置于殼體107的內部。當設備101使用時，如箭頭112所示的，活塞111通常耦接到振動源上，比如航天器的機翼、發動機、或者其它振動產生元件。弾性密封和彈簧件113弾性地密封活塞111于殼體107的內部。流體腔115由殼體107的內部、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，也稱為調諧流體，布置于流體腔115內。調諧流體117優選為非腐蝕性的和安全環保的，具有低粘性和較高密度。除了密封調諧流體117于流體腔115內，弾性件113還用作彈簧使得活塞111沿著運動主軸129的方向相對于殼體107運動或振蕩，當沒有負載施加于LIVE隔振器103時保持活塞111在殼體107大體中央的位置。在一個實施例中，調諧端ロ 119從中心穿過活塞111延伸并允許調諧流體117從流體腔115的第一端121移動到流體腔115的第二端123。依然參考圖1，當運行吋，由振動源比如發動機、傳動裝置、推進系統、和/或類似的部件產生的振蕩カ被傳輸到活塞111使得活塞111產生振蕩移位。活塞111的移位通過彈性件113經由殼107傳輸到主體109，結果導致主體109移位，主體109的移位小于活塞111的移位。調諧流體117在調諧端口 119內移位以抵抗活塞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所示的運動主軸大體對應的方向提供剛度給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的一個示例性實施例。在該圖示的實施例中，變剛度彈簧105包括彈性墊201a和201b，被粘著于中央塊204和內部環202之間并與耦合環203可拆卸地連接。彈性墊201a和201b沿第一軸301呈現第一剛度，沿第二軸303呈現第二剛度，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每一個優選為一種固體彈性材料，比如橡膠。然而，彈性墊201a和201b的替換實施例可以包括金屬薄墊片或者其他適應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—起的內部環202、以及中央塊204可以相對于耦合環203旋轉，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。內部環202、彈性墊201a和201b以及中央塊204可以被旋轉驅動器311比如步進電動機驅動相對于耦合環203旋轉。螺桿傳動210可以用于將來自驅動器311的動力轉換為作用于內部環202上的旋轉力；然而，多種設備也可以用來對內部環202、彈性墊201a和201b以及中央塊204產生相對于耦合環203的可控制旋轉。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中至少一個的壓縮加載得到。照此，彈性墊201a和201b被構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受到的振動負載沿著運動主軸129傳遞而來的(如圖I所示)。在運行過程中，當內部環202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204圍繞著點A旋轉(如圖3所示)以使軸303與運動主軸129對齊時，振動負載使彈性墊201a和201b中有至少一個受到壓縮負載，由此得到第一剛度，因此隔離第一頻率。在運行過程中，當內部環202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204圍繞著點A旋轉以使軸301與運動主軸129對齊時，振動負載使彈性墊201a和201b受到剪切負載，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被構型成具有供彈性件201a和201b的偏移使用的空間。進一步來說，內部環202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204可以圍繞著點A旋轉，以使運動主軸129與合成軸對齊，其中合成軸是軸301和軸303相結合的軸。內部環202、彈性墊201a和201b以及中央塊204這樣定位產生由所述第一剛度和所述第二剛度結合后的合成剛度。容易理解的是，替換實施例中具有更多數量的彈性墊201a和201b。一般變剛度彈簧組件105較優地是成對采用，一對變剛度彈簧組件105圍繞點A在箭頭309指示的兩個相反方向上旋轉，也就是說，一個變剛度彈簧組件105順時針旋轉而另一個變剛度彈簧組件105逆時針旋轉。使用兩個同心運轉的并置的變剛度彈簧組件來排除與動力主軸129不對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可以將內部環202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204在順時針方向旋轉45°角。相反地，第二變剛度彈簧組件105可以將內部環202、彈性墊201a和201b、以及中央塊204在逆時針方向旋轉45°角。結果，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。應當注意的是，然而，本申請可以采用除圖2和3所示的構型之外的其它構型的變剛度彈簧。本申請的系統提供了顯著優點，包括(I)提供的隔振頻率可變的LIVE隔振設備的復雜度低于常規的隔振頻率可變的LIVE隔振器的復雜度；(2)提供的隔振頻率可變的LIVE隔振設備的成本低于常規的隔振頻率可變的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，而不需要修改現有的LIVE隔振器的內部組件。上述揭露的特定的實施例僅僅是示意性的，因為受益于文中的教導的本領域技術人員容易想到將所述系統修改成不同但等效的形式。進ー步來說，除了下面的權利要求書 中所述的方案之外，本方案不限制為圖中所示的結構或設計的細節。因此，顯而易見的是，上述揭露的具體實施例可以更改或修改并且所有這樣的變型都被認為在本申請的范圍和精神內。因而，這里要求保護的技術方案在下面的權利要求書中描述。顯而易見的是，系統所具有的顯著優點已經被描述和圖示了。盡管本申請的系統以數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，可進行不同的變化和修改。
權利要求
1.一種變剛度液體慣性隔振設備，包括 消除振動的液體慣性隔振器；和 與所述消除振動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隔振器的隔振頻率。
2.如權利要求I所述的變剛度液體慣性隔振設備，其中所述消除振動的液體慣性隔振器包括 限定有內部的殼體； 位于所述殼體的內部的活塞； 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兩側的兩部分； 位于所述流體腔中的調諧流體；和 使得流體腔的所述兩部分之間流通的調諧端口。
3.如權利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設備，其中所述殼體被構型成與要隔離振動的主體耦接。
4.如權利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設備，其中所述活塞被構型成與振動源耦接。
5.如權利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設備，其中所述調諧流體是非腐蝕性的。
6.如權利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設備，其中所述調諧流體是安全環保的。
7.如權利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設備，其中所述調諧流體具有低粘性和較高的密度。
8.如權利要求2所述的變剛度液體慣性隔振設備，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.如權利要求I所述的變剛度液體慣性隔振設備，其中所述第一變剛度彈簧包括 彈性墊，沿第一軸呈現第一剛度并且沿第二軸呈現第二剛度，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； 其中所述彈性墊相對于所述耦合環可旋轉。
10.如權利要求9所述的變剛度液體慣性隔振設備，進一步包括旋轉驅動器，用于將所述彈性墊相對于所述耦合環旋轉。
11.如權利要求10所述的變剛度液體慣性隔振設備，其中所述旋轉驅動器是步進電動機。
12.如權利要求9所述的變剛度液體慣性隔振設備，進一步包括第二變剛度彈簧，相對于所述第一變剛度彈簧同心設置且可操作地反向旋轉。
全文摘要
一種變剛度液體慣性隔振設備，包括消除振動的液體慣性隔振器和與所述消除振動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第一剛度并且沿第二軸呈現第二剛度，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B64D27/00GK102770347SQ201180009846
公開日2012年11月7日 申請日期2011年2月15日 優先權日2010年2月16日
發明者F·B·斯坦, M·R·史密斯 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司