AT124626B - Vorrichtung zur Dämpfung der Eigenschwingungen von Wellen. - Google Patents

Description

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  Vorrichtung zur Dämpfung der   Eigenschwingungen   von Wellen. 



   Es sind schon Vorrichtungen bekannt geworden, mit denen die in Kurbelwellen, Wellenleitungen usw. auftretenden Schwingungen abgedämpft werden. Bei diesen Vorrichtungen bewegen sich in der
Regel zwei Teile gegeneinander und vernichten durch Reihung oder auf ähnliche Weise die für die Haltbarkeit der Wellen so gefährliche Schwingungsenergie. 



   Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung wird die in der Welle aufgespeicherte Schwingungsenergie als Baustoffdämpfung durch   Eigenschwingungen   einer Anordnung vernichtet, die auf die Welle aufgesetzt ist. Die   Dämpfungsvorrichtung ist   also eine Anordnung mit einer ausgesprochenen Eigenschwingungszahl   t.   Man bemisst   die Dämpfungsvorrichtung   so, dass ni mit der Eigensehwingungszahl   n1   der Welle samt aufgesetzten   Schwungmassen   zusammenfällt   (t = ).   Sobald die Welle   Eigenschwingungen     (nI)   ausführt, wird auch die   Dämpfungsvorrichtung   zu Eigenschwingungen      erregt.

   Die Dämpfungsvorrichtung besteht aus einem Baustoff mit verhältnismässig niedrigem Elastizitätsmodul und grosser Dämpfungsfähigkeit (z. B. Gummi, in manchen Fällen auch Faserstoffe, Kork, Kupfer usw.). Infolge der Resonanz macht die   Dämpfungsvorrichtung   verhältnismässig grosse   Aussehläge   und vernichtet dabei durch Baustoffdämpfung einen erheblichen Teil der hineingesteckten Energie. Man kann   natürlich   auch die Frage theoretisch untersuchen, warum gerade der elastische Dämpfer angenähert gleiche Schwingungszahl haben soll wie die Kurbelwelle.

   Man kommt dann zu dem Ergebnis, dass nach Aufsetzen des Dämpfers die vorher vorhandene Schwingung erster Ordnung der Welle beim zusammengesetzten System in zwei Schwingungen zerlegt wird, von denen die eine die Schwingungszahl n hat, die ein wenig unterhalb, die andere eine Sehwingungszahl n + hat, die ein wenig oberhalb der Schwingungszahl   n'der   Welle allein ist. 



    Wenn die Eigenschwingungszahl n1 und angenähert gleich sind, so bekommt man sowohl für n wie auch für n+ besonders grosse Aufpendelungsverhältnisse und deshalb eine besonders grosse Wirkung   des Dämpfers. 



   Der Dämpfer selbst kann aus einem Wellenstück bestehen, das aus einem Werkstoff von geringem Elastizitätsmodul und hoher Dämpfungsfähigkeit (z. B. Gummi) hergestellt ist. Die Länge dieses Wellenstückes ist nach bekannten Gleichungen der   Sehwingungslehre   so bemessen, dass Dämpfer und zu dämpfende Welle gleichgestimmt sind. Wenn die Erfüllung dieser Bedingung eine zu grosse Länge des Dämpfers zur Folge haben würde, kann man das freie Ende des Dämpfers als eine   Schwungmasse   aus schwerem, nicht an der Dämpfung sich beteiligenden Werkstoff (z. B. Stahl) ausbilden. 



   Bei der Verdrehung von Wellen werden die nach der Mitte zu liegenden Baustoffteile nicht oder wenig beansprucht. Sie sind deshalb auch für den vorliegenden Fall ohne Bedeutung und können deshalb weggelassen werden. Der Dämpfer besteht dann aus einem hohlen, rohrähnlichen Körper. 



   Ist aus konstruktiven Gründen die Anbringung eines wellenförmigen Dämpfers infolge der dadurch bewirkten Verlängerung der Welle nicht möglich, so kann der Dämpfer auch durch eine volle, auf der Welle möglichst starr befestigte Schwungscheibe aus einem nachgiebigen Baustoff mit grosser Dämpfungsfähigkeit, z. B. Gummi, gebildet sein. Da hiebei die an der Welle liegenden Werkstoffteile der Schwungscheibe die grössten Formänderungen erfahren, liefern sie die grössten Beiträge zur Dämpfung der Dreh- 
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 gebreitet Dämpfer vorteilhaft so bemessen werden, dass die Breite c und der Halbmesser   r   der Schwungscheibe angenähert nach der Gleichung c. r =   eonst.   miteinander in Beziehung stehen.

   Hiedurch wird der   scheibenförmige   Dämpfer nach der Mitte zu so verdickt, dass zylindrische Querschnitte an allen Stellen der Scheibe gleiche Fläche aufweisen. 



   Als Baustoff für den Dämpfer kommt in erster Linie Gummi in Frage, von dem es sehr verschiedene Arten gibt. Alle Gummiarten sind stark dämpfungsfähig insofern, als sie vor Erreichung der Sehwingungsfestigkeitsgrenze erhebliche Energiebeträge bei Wechselbeanspruchungen in Wärme umsetzen. Untereinander sind die   Gummiarten   dadurch verschieden, dass die hochelastischen erst starke Formänderungen ausführen, bis sie erhebliche Dämpfungsbeträge abgeben, während die weniger elastischen schon bei geringen   Formänderungen   grosse plastische Verformungsanteile aufweisen. Für den Bau des Dämpfers ist es wichtig, einen möglichst hochelastischen Gummi zu verwenden, damit die Gummimasse bei Erreichung der Resonanzdrehzahl zwecks Erzielung grosser Kräfte möglichst stark   aufgesc11aukelt   wird. 



   Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren   Ausführungsbeispielen   dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 und 2 einen auf einer Welle befestigten,   scheibenförmigen   Dämpfer in Seiten-und Stirnansicht und Fig. 3 und 4 einen andern scheibenförmigen Dämpfer im Querschnitt und in Seitenansicht. Fig. 5 ist ein wellenförmiger Dämpfer in Ansicht und Fig. 6 ist ein Querschnitt nach A-B der Fig. 5 ; Fig. 7 zeigt einen andern wellenförmigen Dämpfer in Ansieht und Fig. 8 eine Stirnansieht desselben. a ist z. B. das Ende der Kurbelwelle eines Flugzeugmotors, deren   Schwingungsausschläge   gedämpft werden sollen. Die   Dämpfungsvorrichtung   wird   zweckmässig   an eine Stelle gesetzt, wo die Winkelausschläge der Welle besonders gross sind (z. B. an das Ende der Welle).

   Auf die Welle ist eine volle Schwungscheibe b aus einem nachgiebigen Baustoff mit grosser Dämpfungsfähigkeit, also z. B. aus Gummi, gesetzt. 



  Die Mitte der Schwungscheibe ist mit der Welle möglichst starr verbunden.. Die Schwungmasse b kann Drehschwingungen um die Wellenmittellinie ausführen, derart, dass z. B. ein Element im Abstand r von der Mitte Ausschläge von der Grösse s (Fig. 2) ausführt. Die Ausschläge sind besonders gross, wenn sie von der Welle her durch Drehimpulse im Tempo der Eigenschwingungszahl erregt werden. Ein stark   dämpfungsfähiger Baustoff   (z. B. jedes Gummi) setzt einen beträchtlichen Teil der hineingesteckten Impulsarbeit in Wärme mund bewirkt auf diese Weise, dass die Ausschläge der Welle a bei dieser Periodenzahl verringert werden. Die Eigenschwingungszahl der Schwungmasse b hängt u. a. vom bezogenen Gewicht, Elastizitätsmodul und Aussendurchmesser der Sehwungscheibe ab.

   Man kann diese Grössen so bemessen, dass die   Eigenschwingungszahl112   mit der durch Rechnung oder aus Versuchen bekannten   Eigenschwingungszahl 111   der Welle zusammenfällt und erhält dann die beste Wirkung. 



   In Fig. 3 und 4 ist der scheibenförmige Dämpfer nach der Nabe zu derart verdickt, dass die Breite c der Scheibe   b1 sich   mit dem   Radius r angenähert nach   der Gleichung c. r = konst. ändert. 



   In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Dämpfer als Hohlzylinder b2 ausgebildet, der mit dem einen Ende der zu dämpfenden Welle a fest verbunden ist und den gleichen Aussendurchmesser wie die Welle a aufweist. Dabei ist die Bohrung des Hohlzylinders derart kegelig gestaltet, dass die Wandstärke des Zylinders b2 nach dem Wellenende   a allmählich   zunimmt. Der Dämpfer ist mit der Welle a durch eine   Schelle/   verklemmt. Die Eigenschwingungszahl des zylindrischen Dämpfers ist ebenso wie bei den scheibenförmigen Dämpfern nach Fig. 1-4 nach bekannten Gleichungen der Schwingungslehre mit der Eigenschwingungszahl der Welle a samt den darauf etwa angeordneten Schwungmassen gleichgestimmt, was bei dem zylindrischen Dämpfer b2 durch entsprechende Wahl der Länge 1 erfolgt.

   Hat die Erfüllung dieser Bedingung eine zu grosse Länge 1 des Dämpfers b2 zur Folge, so wird am freien Ende des Dämpfers noch eine Schwungmasse e aus schwerem, an der Dämpfung sieh nicht beteiligten Werkstoff (z. B. Stahl) befestigt, wodurch die Eigenschwingungszahl des Dämpferwerkstoffes erniedrigt wird. Dabei kann der Dämpfer b2 mit der Schwungmasse e durch eine Schelle C verbunden und an der Stelle c nochmals gelagert sein. 



   Wenn die   Eigenschwingungszahl   der Kurbelwelle sehr hoch ist, muss der wellenförmige Dämpfer nach Fig. 5 und 6 verhältnismässig kurz gebaut werden. Es ist dann vorteilhaft, den Dämpfer aus einem zylindrischen Gummirohr b3 herzustellen, das nach Fig. 7 und 8 an beiden Enden f3   und f4 eines   auf die Kurbelwelle angesetzten starren   Verbindungsstückes   q befestigt ist. Die eingespannten   Enden 1'3 und 1'4   führen dieselben   Ausschläge   wie die Kurbelwelle aus. Das Gummirohr macht in seiner Mitte h besonders grosse   Drehausschläge,   wenn die Eigenschwingungszahl des an beiden Enden festgehaltenen Gummirohres etwa wieder gleich der Eigenschwingungszahl   n1   der Kurbelwelle a ist. 

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Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Vorrichtung zur Dämpfung der Eigenschwingungen von Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass EMI2.1 Eigenschwingungszahl (ill) der Welle ganz oder angenähert zusammenfällt und die aus einem nachgiebigen Baustoff besteht, der bei den bei Resonanz angeregten grossen Ausschlägen stark dämpfungsfähig ist, so dass durch die Eigenschwingungen ein wesentlicher Teil der hineingesteckten Energie durch Baustoffdämpfung in Wärme umgesetzt wird, EMI2.2 <Desc/Clms Page number 3>

   2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass das schwingungsfähige Gebilde aus einer vollen Schwungscheibe (b) besteht, deren ringförmige Bestandteile gegeneinander Verdrehungsschwingungen um die Wellenachse ausführen, wobei durch die wechselnden Formänderungen die Energie vernichtet wird.

   3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (e) der Scheibe (b1) nach der Nabe zu anwächst, so dass sie angenähert mit dem Halbmesser (r) in der Beziehung e. r = const. steht.

   4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingende und dabei dämpfende Masse aus einem Wellenstück (b2) besteht, das mit der zu dämpfenden Welle (a) gleichgestimmt ist, und bei dem die Dämpfung durch Verdrehungsschwingungen hervorgerufen wird, die zwei senkrecht zur Mittellinie gezogene Querschnitte gegeneinander ausführen.

   5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf das freischwingend Ende des Dämpfers (b2) ein schweres Stück als Schwungmasse (e) zwecks Verkürzung des dämpfenden Wellenstücks (b2) aufgesetzt ist.

   6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Wellenstück (b2) zwecks besserer Ausnutzung des Werkstoffes hohl gebohrt ist.

   7. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Rohr an seinen beiden Enden starr mit der Kurbelwelle bzw. einer Fortsetzung derselben verbunden ist, so dass die Mitte des Gummizylinders (b3) Drehschwingungen relativ zu den beiden Enden ausführen kann.

   8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bau des Dämpfers (b, bl, b2, b3) ein hochelastischer Gummi verwendet wird. EMI3.1