CN114630578B - 作业机 - Google Patents

Abstract

在作业机(10)中，驱动部(12)的动力通过轴(16)被传递给作业部(14)，其中轴(16)被贯插于筒部(18)的内部且由多个轴承部件(20)进行支承。多个轴承部件(20)在筒部(18)的内部被配置于轴(16)或筒部(18)产生的振动的波节侧。

Description

作业机

技术领域

本发明涉及一种作业机(work machine)，其中，驱动部的动力通过在筒部的内部由多个轴承部件支承的轴传递给作业部。

背景技术

例如，在日本发明专利公开公报特开昭53-62627号、日本发明专利公开公报特开平11-257335号和日本发明专利授权公报特许第5297646号中公开了一种便携式作业机，其通过内插于筒部并由多个轴承部件支承的轴将内燃机等驱动部的动力传递给修剪刀具等作业部。

发明内容

但是，当驱动部的动力通过轴传递给作业部并使该作业部进行规定的作业时，由于作为振动源的驱动部或作业部的振动，使轴、多个轴承部件和筒部一体地振动。在这种情况下，当轴、多个轴承部件和筒部的结构体的固有频率与驱动部或作业部的振动频率接近时，该结构体的振动由于产生共振而进一步增大。由于在作业机的筒部的外周面通过手柄支承部连接有供作业者把持的手柄，因此结构体的振动会通过手柄支承部传递到手柄。

本发明是考虑到这样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够降低轴和筒部的振动的作业机。

本发明的技术方案是：一种作业机，其具有驱动部、作业部、轴、筒部和多个轴承部件，其中，所述作业部由所述驱动部的动力驱动，所述轴将所述驱动部的动力传递给所述作业部，所述筒部被配置在所述驱动部与所述作业部之间，所述轴贯插于所述筒部的内部，多个所述轴承部件在所述筒部的内部支承所述轴，多个所述轴承部件在所述筒部的内部被配置于在所述轴或所述筒部上产生的振动的波节侧(node side of vibration：振动节点侧)。

根据本发明，通过在振动的波节侧配置多个轴承部件，能够降低轴与筒部之间的振动传递率。因此，能够避免轴、多个轴承部件以及筒部的结构体一体地振动。其结果，能够降低轴和筒部的振动。即，由于轴和筒部以独立的模式(弯曲振动模式)进行振动，因此能够使在轴或筒部上产生的振动的频率从作为振动源的驱动部或作业部的振动的频率产生变动。据此，能够抑制轴和筒部产生共振。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的作业机的立体图。

图2是图1的作业机的内部的侧视图。

图3是沿着图2的III-III的剖视图。

图4A是示意性地图示比较例中的轴承部件的配置和产生振动的说明图，图4B是示意性地图示第1实施例中的轴承部件的配置的说明图，图4C是示意性地图示第2实施例中的轴承部件的配置的说明图。

图5是在比较例中产生的振动的说明图。

图6是在第1实施例中产生的振动的说明图。

图7是表示第1实施例中的频率与振动加速度的关系的图。

图8是在第2实施例中产生的振动的说明图。

图9是在第2实施例中产生的振动的说明图。

具体实施方式

下面，例示优选的实施方式，边参照附图边对本发明所涉及的作业机进行说明。

[1.本实施方式的概略结构]

如图1和图2所示，本实施方式所涉及的作业机10是作为便携式作业机的割草机，其包括驱动部12、作业部14、轴16、筒部18和多个轴承部件20，其中，所述作业部14通过驱动部12的动力进行驱动，所述轴16将驱动部12的动力传递给作业部14，所述筒部18被配置于驱动部12与作业部14之间，轴16贯插于内部，多个所述轴承部件20在筒部18的内部支承轴16。在筒部18的外周面的驱动部12侧设置有浮动箱(floating box)24,该浮动箱24具有手柄支承部22。在手柄支承部22上支承有供作业者把持的手柄26。

驱动部12例如以内燃机为驱动源而被设置于轴16和筒部18的基端部侧。轴16例如是钢铁制的棒状的轴，基端部通过离合器28与驱动部12的驱动源连接，顶端部通过变速齿轮29与作业部14连接。驱动部12的动力(旋转力)通过离合器28、轴16和变速齿轮29传递给作业部14。因此，驱动部12和作业部14有时会因变速齿轮29而以不同的频率振动。另外，在实际使用作业机10的情况下，作业部14以120Hz左右的频率进行规定的作业。筒部18例如是铝制的管，基端部与驱动部12连接，顶端部与作业部14连接。

如图2和图3所示，多个轴承部件20在筒部18的内部以使轴16和筒部18大致同轴的方式，将轴16以能够旋转的方式支承。各轴承部件20由套筒20a和弹性部件20b构成，其中，所述套筒20a由含浸有油的筒状的金属部件构成，并且与轴16的外周面接触，所述弹性部件20b由具有耐油性的筒状的橡胶部件构成，并且被配置在套筒20a的外周面与筒部18的内周面之间。此外，后面对筒部18内部的多个轴承部件20的配置位置进行叙述。

作业部14例如是被连接于轴16的顶端部的旋转修剪刀具，通过从驱动部12通过离合器28和轴16传递来的动力进行驱动(通过旋转力进行旋转)，由此进行规定的作业。在手柄26上设置有供作业者在作业时把持的左右一对握把30。在一方的握把30上设置有用于调节驱动部12的动力的节气门操纵杆(throttle lever)32。

在筒部18的基端部上设置有第1保持部34，该第1保持部34与驱动部12连接并覆盖离合器28和筒部18的基端部。另外，在沿着轴16的长度方向从筒部18的基端部向作业部14侧离开规定距离的部位处设置有包围筒部18的外周面的第2保持部36。浮动箱24以被夹持在第1保持部34与第2保持部36之间的方式被配置于筒部18的基端部侧。

浮动箱24的基端部通过第1振动吸收部件38与第1保持部34连接，浮动箱24的顶端部通过第2振动吸收部件40与第2保持部36连接。手柄支承部22被安装于浮动箱24的第2保持部36侧的顶端部。第1振动吸收部件38和第2振动吸收部件40是橡胶等弹性体，用于抑制从筒部18的基端部侧通过手柄支承部22传递给手柄26的振动而设置。

[2.本实施方式的特征性结构]

接着，对本实施方式所涉及的作业机10的特征性结构进行说明。特征性结构涉及多个轴承部件20在筒部18内部的配置。图4A(比较例)图示了现有技术的作业机42中的多个轴承部件20的配置，图4B(第1实施例)和图4C(第2实施例)图示了本实施方式所涉及的作业机10中的多个轴承部件20的配置。此外，在图4A～图4C中，为了突出图示多个轴承部件20相对于轴16的配置位置，而示意性地图示作业机10、42的结构。另外，在比较例和第1、第2实施例的说明中，有时对相同的结构要素标注相同的参照标记进行说明。

在比较例中，如图4A所示，多个轴承部件20在筒部18(参照图1～图3)的内部沿着轴16的长度方向以均等的间隔配置。与此相对，在本实施方式中，如图4B和图4C所示，多个轴承部件20在筒部18的内部沿着轴16的长度方向以不均等的间隔配置。以不均等的间隔配置的理由如下。

如图4A和图5所示，在比较例中，轴16和筒部18(参照图1～图3)也通过多个轴承部件20连接。另外，轴16的基端部与驱动部12连接，轴16的顶端部通过变速齿轮29与作业部14连接。因此，在作为振动源的驱动部12或作业部14中产生振动的情况下，轴16、多个轴承部件20以及筒部18由于该振动而一体地振动。在这种情况下，若轴16、多个轴承部件20以及筒部18的结构体44的固有频率接近驱动部12或作业部14的振动的频率，则该结构体44的振动产生共振而进一步增大。在筒部18的外周面通过第2保持部36和第2振动吸收部件40配置有手柄支承部22，而手柄26被手柄支承部22支承，因此，在比较例的情况下，共振的结构体44的振动会从第2保持部36通过第2振动吸收部件40和手柄支承部22传递给手柄26。

此外，在图4A和图5中，在驱动部12或作业部14的振动的频率与结构体44的固有频率均为120Hz的情况下，以粗线示意性地图示在该结构体44上产生的振动。另外，图4A中的细线示意性地图示轴16单独振动的情况。

如此，在比较例中，没有考虑在结构体44上产生的振动的模式(弯曲振动模式)，而沿着轴16的长度方向均等地配置多个轴承部件20。因此，例如，在任意的轴承部件20被配置在振动的波腹的位置的情况下，共振的振动从轴16通过轴承部件20传递给筒部18，更大的振动传递给手柄26。

因此，在本实施方式中，如图4B(第1实施例)和图4C(第2实施例)所示，将多个轴承部件20配置于轴16或筒部18中产生的振动的波节侧。由于振动的波节是振动较小的部位，因此能够抑制振动在轴16与筒部18之间传递。即，多个轴承部件20作为使轴16的振动和筒部18的振动分离的部件发挥功能，降低轴16与筒部18之间的振动传递率。据此，轴16和筒部18以独立的模式(弯曲振动模式)进行振动，因此能够抑制产生共振，并且能够避免结构体44一体地振动。

另外，在本实施方式中，通过将多个轴承部件20沿轴16的长度方向不均等地配置，能够将结构体44的固有频率变更为任意的频率。据此，结构体44的固有频率相对于驱动部12或作业部14的振动的频率在不同的频率区域进行变化，因此能够避免在结构体44处产生共振。

具体而言，在图4B的第1实施例中，在结构体44处的振动的多个波节附近、即在图4A～图4C中由虚线包围的部分，分别集中配置2个或3个轴承部件20。此外，在第1实施例中，在多个波节附近分别集中配置多个轴承部件20即可。另外，在图4C的第2实施例中，图示在结构体44处振动的多个波节附近分别配置1个轴承部件20的情况。

图6和图7表示第1实施例的结果。在图7中，实线表示第1实施例中的振动加速度相对于频率的变化，虚线表示比较例中的振动加速度相对于频率的变化。

在图6和图7中，将驱动部12或作业部14的振动的频率设为120Hz，将结构体44的固有频率设为142Hz。即，在第1实施例中，使结构体44的固有频率从120Hz变动到142Hz。据此，驱动部12或作业部14的振动的频率与结构体44的固有频率产生偏离，因此，能够抑制120Hz周边的筒部18的振动加速度，还能够抑制手柄26的振动加速度。

另外，在第1实施例中，在振动的波节侧配置有多个轴承部件20。据此，能够降低轴16与筒部18之间的振动传递率，从而能够适当地降低传递给手柄26的振动。

图8和图9表示第2实施例的结果。在图8中，将驱动部12或作业部14的振动的频率设为120Hz，将结构体44的固有频率设为140Hz。另外，在图9中，将驱动部12或作业部14的振动的频率设为120Hz，将结构体44的固有频率设为99Hz。

在第2实施例中，与图4A的均等配置相比，以极端方式扩大了多个轴承部件20的配置间隔。据此，结构体44的固有频率相对于驱动部12或作业部14的振动的频率产生变动，轴16和筒部18以独立的模式进行振动。因此，在第2实施例中，与第1实施例相同，也能够抑制共振的产生，并且能够降低轴16与筒部18之间的振动传递率，从而能够适当地降低传递给手柄26的振动。

[3.本实施方式的效果]

如上所述，本实施方式所涉及的作业机10包括驱动部12、作业部14、轴16、筒部18和多个轴承部件20，其中，所述作业部14通过驱动部12的动力进行驱动，所述轴16将驱动部12的动力传递给作业部14，所述筒部18被配置在驱动部12与作业部14之间，且轴16贯插于内部，多个所述轴承部件20在筒部18的内部支承轴16。在该情况下，多个轴承部件20在筒部18的内部被配置于轴16或筒部18所产生的振动的波节侧。

如此，通过在振动的波节侧配置多个轴承部件20，能够降低轴16与筒部18之间的振动传递率。据此，能够避免轴16、多个轴承部件20和筒部18的结构体44一体地振动。其结果，能够降低轴16和筒部18的振动。即，由于轴16和筒部18以独立的模式(弯曲振动模式)进行振动，因此，能够使在轴16或筒部18上产生的振动的频率从作为振动源的驱动部12或作业部14的振动的频率产生变动。据此，能够抑制轴16和筒部18产生共振。

在这种情况下，多个轴承部件20被密集配置于波节附近。在轴16上，2个波节之间成为能够自由振动的部分(成为波腹部分的自由长度部分)。因此，通过在2个波节分别密集配置轴承部件20，使施加于各轴承部件20的载荷减少，因此能够抑制自由长度部分的振动位移，并且能够抑制轴承部件20的劣化。

另外，3个轴承部件20可集中配置在振动的多个波节中的至少一个波节附近。在该情况下，能够抑制在集中配置的部位产生振动的波腹。其结果，能够抑制轴承部件20的劣化，并且能够控制轴16的弯曲振动模式的次数。例如，在3个轴承部件20集中配置的部分不产生振动的波腹，并且轴16和筒部18在轴承部件20的间隔较大的自由长度部分处独立地自由振动。如此，通过适当地调节集中配置轴承部件20的部分与自由长度部分之间的配置间隔，能够控制轴16的弯曲振动模式的次数，并且能够调节结构体44的固有频率的变动量。

另外，作业机10为便携式作业机，其还具有手柄支承部22和手柄26，其中，手柄支承部22与筒部18的外周面连接，手柄26被手柄支承部22支承，由作业者把持。如上所述，由于抑制了振动向手柄26的传递，因此能够提高该作业机10的商品性。

另外，在本实施方式中，通过有效合理使用CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)分析，能够在确认弯曲振动模式与共振频率的同时，研究多个轴承部件20的最优配置。另外，通过针对作业机10的各部适宜地调整基本骨架、重量、惯性质量等参数，在任何类型的作业机中均能够研究轴承部件20的最优配置。若利用CAE分析，则能够通过对1个作业机10模式的短时间的分析来确定最优的轴承部件20的配置，因此与基于实验的研究相比，能够大幅削减研究工时。

[4.其他结构等]

此外，在本实施方式所涉及的作业机10中，多个轴承部件20在筒部18的内部沿着轴16的长度方向以不均等的间隔配置。具体而言，将轴16的与第2保持部36相向的部分、即将该第2保持部36投影到轴16上的部分作为区域A，使区域A与在轴16上产生的振动的波腹相对应。并且，多个轴承部件20在筒部18的内部被配置于沿着轴16的长度方向的区域A以外的部位。具体而言，将多个轴承部件20中的2个轴承部件20配置在沿着轴16的长度方向的区域A的两侧。将包含区域A且对应于2个轴承部件20的间隔的沿着轴16的长度方向的区域(被夹在2个轴承部件20之间的轴16的区域)定义为第1区域50。即，2个轴承部件20的间隔在沿着轴16的长度方向的第1区域50(区域A)的外侧包围第1区域50，并且以比第1区域50大的间隔配置。

由于振动的波腹是振动较大的部位，因此将第1区域50设为独立于筒部18而自由振动的波腹部分。据此，在因驱动部12或者作业部14的振动而在轴16上产生振动的情况下，由驱动部12或者作业部14的振动而产生的振动能流向第1区域50，第1区域50因振动能而大幅振动。因此，能够避免振动能通过多个轴承部件20流向筒部18。其结果，能够抑制筒部18的振动，从而降低通过手柄支承部22传递给手柄26的振动。

被配置在第1区域50的两端的2个轴承部件20之间的间隔被设定为对应于在轴16上产生的振动的频率的长度。据此，例如，若将2个轴承部件20的间隔设定为与作业部14的振动的频率对应的长度，则由作业部14的振动产生的振动能流向第1区域50，使第1区域50由于该振动能而大幅振动。

另外，在本实施方式中，也可以在轴16上设置与第1区域50不同的第2区域52。在这种情况下，使第2区域52对应于与第1区域50所对应的频率振动不同的频率振动的波腹。并且，将多个轴承部件20中的2个轴承部件20配置在第2区域52的两端的附近。

第2区域52是独立于筒部18而自由振动的波腹部分。据此，在因驱动部12或者作业部14的振动而在轴16上产生振动的情况下，由驱动部12或者作业部14的振动而产生的振动能流向第2区域52，使第2区域52因振动能而大幅振动。在该情况下，也能够抑制振动能通过多个轴承部件20流向筒部18而使该筒部18振动，从而能够降低通过第2保持部36、第2振动吸收部件40和手柄支承部22传递给手柄26的振动。

另外，2个轴承部件20的间隔与第2区域52的长度对应。在该情况下，例如，若将2个轴承部件20的间隔设定为与驱动部12的振动的频率对应的长度，则由驱动部12的振动而产生的振动能流向第2区域52，使第2区域52因该振动能而大幅振动。

此外，不限于在1个轴16上形成第1区域50和第2区域52这2个区域的情况，在本实施方式中，只要第1区域50和第2区域52中的至少一个区域形成于1个轴16即可。

如此，通过与希望降低的振动的频率相适配而适宜地调整第1区域50的两端附近的2个轴承部件20的间隔，能够使第1区域50相对于筒部18独立且与作业部14的振动频率同步地振动。据此，由作业部14的振动而产生的振动能流向第1区域50，因此抑制了筒部18在第2保持部36的位置(响应点)处的振动。其结果，能够降低传递给手柄26的振动。因此，通过使用本实施方式的方法，例如，即使在驱动作业部14的变速齿轮29的减速比被设计变更而使作业部14的振动频率发生变化的情况下，也能够通过适宜地调整第1区域50的两端附近的2个轴承部件20的间隔来最优化地实现振动降低。

更详细而言，上述方法通过有效地合理使用反共振现象(反共振频率)来降低振动。在此，反共振频率是指在特定响应点(第2保持部36的位置)处存在于相邻共振频率之间的振动为最小值的频率。

即，通过调整多个轴承部件20的配置，使轴16和筒部18分别在隔着规定的加振频率的低频侧和高频侧共振。即，分离为2个固有频率的共振。在这种情况下，使轴16和筒部18在低频侧和高频侧中的一侧以相同的相位变化，并使轴16和筒部18在低频侧和高频侧中的另一侧以相反的相位变化。

因此，通过以低频侧和高频侧分离为2个固有频率，并在另一侧使筒部18的相位与轴16的相位相反，由此能够使筒部18的振动位移在加振频率下产生反共振。即，在分离的2个固有频率之间，能够生成振动的位移成为极小值的频率区域。

如此，通过将第1区域50的固有频率设定在为振动极小的频率区域内，例如，相对于作业部14的120Hz的加振频率，能够有效地降低振动。此外，对于其他固有频率，也能够根据同样的原理来降低振动。

此外，如第2区域52那样，在轴16相对于筒部18独立地振动的区域被设置在偏离想要降低振动的响应点(筒部18中的第2保持部36的位置)的部位的情况下，在由2个轴承部件20的间隔决定的第2区域52的固有频率与在响应点处振动被最大程度降低的频率区域之间产生偏离。在这种情况下，在有效合理使用CAE分析等确认在响应点处的频率响应的同时，研究为了低振动化而进行的最优的轴承部件20的配置即可。

另外，在根据想要降低的振动的频率来变更2个轴承部件20的间隔的情况下，能够将对该频率以下的低频区域的影响抑制得较低。这是因为，由轴承部件20的配置调整而产生的筒部18与轴16的振动模式的分离效果在筒部18的3次弯曲模式以上的高次弯曲模式下显著地显现，因此，在弯曲的次数低的低频区域中，即使进行轴承部件20的配置调整，筒部18与轴16的振动模式的分离效果也较小。因此，在本实施方式中，不会对其他的实用转速区域的频率区域产生影响，在实际应用上，在使用频率高的高频区域中，能够降低想要降低的频率的振动。

此外，本发明不限于上述实施方式，当然可以根据本说明书的记载内容采用各种结构。

Claims (3)

1.一种作业机(10)，其具有驱动部(12)、作业部(14)、轴(16)、筒部(18)和多个轴承部件(20)，其中，

所述作业部由所述驱动部的动力驱动；

所述轴将所述驱动部的动力传递给所述作业部；

所述筒部被配置在所述驱动部与所述作业部之间，所述轴贯插于所述筒部的内部；

多个所述轴承部件在所述筒部的内部支承所述轴，

其特征在于，

多个所述轴承部件在所述筒部的内部沿着所述轴的长度方向被配置于所述轴或所述筒部产生的振动的多个波节附近，用以抑制振动在所述轴与所述筒部之间传递，

多个所述轴承部件沿着所述轴的长度方向以不均等的间隔配置，用以将由所述轴、所述筒部以及多个所述轴承部件构成的结构体(44)的固有频率变更为与所述驱动部或所述作业部的振动频率不同的频率，

多个所述波节中的至少1个波节附近配置有2个以上的所述轴承部件。

2.根据权利要求1所述的作业机，其特征在于，

在所述振动的多个所述波节中的至少1个波节附近集中配置3个所述轴承部件。

3.根据权利要求1或2所述的作业机，其特征在于，

所述作业机是便携式的作业机，该便携式的作业机还具有手柄支承部(22)和手柄(26)，其中，所述手柄支承部与所述筒部的外周面连接，所述手柄被所述手柄支承部支承，用于作业者把持。