DE2811569A1

DE2811569A1 - Schwingungsaufnehmer fuer rotierende koerper

Info

Publication number: DE2811569A1
Application number: DE19782811569
Authority: DE
Inventors: Nakaba Komiyama; Norio Uchida
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-03-22
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1978-09-28
Also published as: JPS53127975A; JPS554965B2; DE2811569C2; US4161237A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsaufnehmer für rotierende Körper, der die Vibration bzw. Schwingung eines sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Körpers leicht dämpfen kann.
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Wenn die Drehzahl eines rotierenden Körpers eine kritische Geschwindigkeit übersteigt oder die Zentrifugalkräfte des sich drehenden Körpers größer werden, beginnt der sich drehende Körper im allgemeinen stark zu vibrieren bzw. zu schwingen. Zur Absorbierung bzw.

Dämpfung der Schwingung des sich drehenden Körpers werden allgemein Schwingungsaufnehmer verwendet. Es sind bereits verschiedene Schwingungsaufnehmer bekannt, beispielsweise einer, bei dem ein Spalt zwischen der Seitenwand eines Öltanks und einem beweglichen Dämpfungsglied abgequetscht wird, um damit die Bewegung des beweglichen Gliedes zu dämpfen. Bei dieser Art von Aufnehmern tritt jedoch der Nachteil auf, daß in dem im Spalt befindlichen Ölfilm Kavitationsphänomene auftreten, welche die Dämpfung herabsetzen, wenn die Schwingung des sich drehenden Körpers anwächst. Um den vorstehend beschriebenen Nachteil des Aufnehmers zu vermeiden, sind bereits verschiedenste Modifikationen solcher Aufnehmer bekannt geworden. Alle diese Modifikationen haben jedoch einen sehr komplizierten Aufbau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsaufnehmer für einen rotierenden Körper zu schaffen, bei dem die Dämpfung anstatt einer Quetschwirkung durch eine Scherwirkung erfolgt. Der Schwingungsaufnehmer soll von einfachem Aufbau, zuverlässiger Funktion und leicht zu montieren sein, er soll darüborhinaus eine hohe Dampfungskapazität haben.

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Nachfolgend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Schwingungsaufnehmer für rotierende Körper gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Schwingungsaufnehmer für rotierende Körper gemäß einer

zweiten Ausführungsform, und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Schwingungsaufnehmer für rotierende Körper gemäß einer dritten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des Schwingungsaufnehmers im Schnitt dargestellt. In einem Öltank I befindet sich Schmieröl 2. In den Boden 3 des Öltanks 1 ist eine Ringnut 4 ausgebildet, in welcher Stahlkugeln 5 gehalten werden. Diese Kugeln verhindern, daß eine Scheibe 6, die sich nur in horizontaler Richtung bewegen kann, mit dem Boden 3 des Öltanks 1 in Berührung kommt, wodurch eine horizontale Verschiebung der Scheibe 6 erleichtert wird. Der Außenumfang der Oberfläche der Scheibe 6 ist mit einer Abschrägung 15a versehen. Weiterhin ist eine Zentripetaleinrichtung vorgesehen, um bei einer Ilorizontalverschiebung der Scheibe 6 diese mit einer Zentripetalkraft zu beaufschlagen. Diese Zentripetaleinriclitung besteht aus Magneten 8, die einerseits am nodon 3 des Öltanks 1 und andererseits an der Scheibe 6 angeordnet sind und sich gegenüberliegen. Die Magneten 8 weisen

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Nord- und Südpole auf, die einander anziehen.

Im Mittelpunkt der horizontal verschieblichen Scheibe 6 ist eine Ausnehmung 9 ausgebildet, in die ein konvexer Lagerteil 11 mit einem halbkugelförmigen Sitz 10 eingesetzt ist. Alternativ kann der Lagerteil 11 auch auf die Oberseite der Scheibe 6 aufgesetzt sein. Obwohl das Lagerteil 11 und die horizontal bewegliche Scheibe 6 aus dem gleichen Material bestehen können, sollten sie vorzugsweise aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Der halbkugelförmige Sitz 10 ist so geformt, daß er mit dem unteren Bereich einer Kugelfläche 12 am unteren Ende eines vertikal angeordneten Wellenzapfens 7 in Eingriff kommen kann. Andererseits ist das obere Ende dieses Wellenzapfens mit dem unteren Teil eines sich drehenden Körpers verbunden. In den halbkugelförmigen Sitz 10 oder die Unterseite der Kugelfläche 12 des Wellenzapfens 7 sind mehrere Spiralnuten eingeformt, so daß zwischen dem halbkugelförmigen Sitz 10 und der Kugelfläche 12 bei Drehung des Wellenzapfens 7 ein Ölfilm gebildet wird, der Belastungen in radialer Richtung und in einer dazu senkrechten Richtung aufnimmt.

Auf der Oberseite der horizontal beweglichen Scheibe 6 ist eine ringförmige Platte 13 angeordnet, die sich frei nach oben und unten verschieben kann, deren Horizontalbewegung jedoch durch ein Anstossen an den Seitenwänden des Öltanks 1 begrenzt ist. Durch die Mitte der ringförmigen Platte 13 ist ein Loch 14 gebohrt, dessen untere Umfangskante eine Abschrägung 15 aufweist. Das Loch bzw. die Bohrung 14 nehmen das Lagerteil 11 und

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den Wellenzapfen 7 auf.

Zwischen der Außenseite der ringförmigen Platte 13 und der Innenseite des Öltanks 1 ist ein Spalt 16 von einigen Mikron gebildet, so daß diese beiden Flächen nicht miteinander in Berührung kommen, die ringförmige Platte 13 kann sich daher nicht in horizontaler Richtung verlagern.

Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Schwingungsaufnehmer Wellenzapfen 7 bei Beschleunigung der Rotation des sich drehenden Körpers zu schwingen beginnt, schwingt die horizontal bewegliche Scheibe 6 in einer zum Wellenzapfen 7 senkrechten Ebene infolge der den Wellenzapfen tragenden Lagerteile 11 und 12. Da eine Horizontalverschiebung der ringförmigen Platte 13 nicht möglich ist, wird zwischen der horizontal beweglichen Platte 6 und der vertikal beweglichen ringförmigen Platte 13 eine horizontale -Relativbewegung erfolgen. Zu diesem Zeitpunkt erzeugen die Abschrägungen 15 und 15a an der ringförmigen Platte 13 und der Scheibe 6 einen "Keil-Effekt", der zur Bildung eines Ölfilms 17 führt, der wiederum die ringförmige Platte 13 aufhebt und damit die horizontal verschiebliche Platte 6 mit einer Kraft F beaufschlagt, die wie folgt berechnet werden kann

F = μ ~ U = CU

wobei μ den Viskositätskoeffizienten, h die Verlagerung,

A den Flächenbereich, in welchem sich die horizontal verschiebliche Platte 6 und die vertikal verschieb]iche ringförmige Platte 13 gegenüberliegen,

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U die Schwingungsfrequenz der horizontal ver-

schieblichen Scheibe und
C den Dämpfungskoeffizienten bedeuten.

Die Kraft F wird dem rotierenden Körper über die horizontal verschiebliche Scheibe 6 und die Lagerteile 11 und 12 für den Wellenzapfen mitgeteilt, um die Vibration zu dämpfen. Darüberhinaus entsteht ein weiterer durch einen Ölfilm erzeugter Viskositätswiderstand in einem Spalt 18 zwischen der Bodenfläche des Öltanks 1 und der horizontal beweglichen Scheibe 6.

Die Schwingung des rotierenden Körpers kann somit über die Dissipation bzw. Verteilung der kinetischen Energie der horizontal beweglichen Scheibe 6 durch in den Schmierölfilmen der Spalte 17 und 18 erzeugten Scherkräfte absorbiert werden. In diesem Fall steigt die Dämpfungskraft, wenn die Spalte 17 und 18 reduziert werden. Fig. 2 zeigt den Schnitt eines Schwingungsaufnehmers gemäß einer zwei-.

ten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur sind die bereits aus Fig. 1 bekannten Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und nicht nochmals beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform darin, daß die Unterseite der sich vertikal bewegenden ringförmigen Platte 13 Kegelflächen 20 und 21 mit bestimmten festgelegten Öffnungswinkeln aufweist. Diese Kegelmäntel können auch auf der Oberseite der horizontal beweglichen Platte 6 vorgesehen sein. Die keilförmig ausgebildeten Bereiche zwischen der horizontal verschieblichen Platte 6 und der vertikal verschieblichen ringförmigen Platte 13 können vergrößert werden, indem so-

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wohl die Scheibe 6 als auch die ringförmige Platte 13 mit Kegelmänteln 20 und 21 versehen werden, so daß der Kegelmantel 20 an der vertikal beweglichen ringförmigen Platte 13 ohne Schwierigkeiten eine Lagerwirkung erzeugt. Die vertikal verschiebliche ringförmige Platte 1 3 wird daher leicht aufgehoben, wodurch zwischen Platte 6 und Platte 13 ein Spalt erzeugt wird. Wie auch im Fall der ersten Ausführungsform wird auch hier ein Dämpfungseffekt infolge von Scherkräften erzeugt, die in dem Schmieröl im Spalt auftreten. Die Spaltweite und damit die Ölfilmdicke kann entsprechend der Winkel der Kegelmäntel 20 und 21 optimal gewählt werden. Die Spaltweite im Mittelpunkt kann auf ein Minimum gebracht werden, während gleichzeitig die Spaltweite an der Außenkante vergrößert werden kann.

In Fig. 3 ist ein Schnitt des Schwingungsaufnehmers entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In dieser Zeichnung sind wiederum die gleichen Teile der Ausführungsform nach Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht weiter beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform durch die Ausbildung der Zentripetaleinrichtung für die Zentrierung der horizontal verschieblichen Scheibe 6 auf der Mittelachse des Wellenzapfens 7 während des Betriebes. In Fig. 3 ist die Zentripetaleinrichtung von einem freistehenden Träger 31 gebildet, der von der Mitte des Bodens des Öltanks 1 nach oben ragt. Ein Ende des Trägers 31 ist in der Mitte des Bodens befestigt, während das andere Ende mit dem Mittelbereich der horizontal verschieblichen Scheibe 6 verbunden ist. Der Träger 31

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kann daher den Mittelpunkt der Scheibe 6 immer auf der Mittelachse des Wellenzapfens 7 halten, obwohl die Scheibe 6 sich in horizontaler Richtung verschiebt. Diese Ausführungsform arbeitet im übrigen in gleicher Weise wie die zuvor beschriebenen Ausfuhrungsformen.

Wie bereits beschrieben wurde, kann mit den erfindungsgemäßen Schwingungsaufnehmern die Vibration des rotierenden Körpers absorbiert werden, indem durch die Relativbewegung der horizontal verschieblichen Scheibe und der vertikal verschieblichen Platte ein im Spalt zwischen den beiden Platten gebildeter Ölfilm Scherkräften unterworfen wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist einfach aufgebaut, indem eine ringförmige Platte, die sich nur in vertikaler Richtung bewegen kann, auf eine horizontal bewegliche Platte aufgelegt wird. Der Spalt zwischen den beiden Platten bildet sich selbsttätig, ohne daß irgendwelche speziellen Einrichtungen dafür erforderlich wären, so daß die Herstellung und der Zusammenbau der einzelnen Teile der Einrichtung sehr einfach sind. Da weiterhin Scherkräfte für die Dämpfung benutzt werden können sogar relativ große Schwingungen wirksam absorbiert werden.

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Claims

PATENTANWALTS DR. KADOR & DR. KLUNKER

K 12 180/7S

TOKYO SHIBAURA ELECTRIC CO., LTD. 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku

Kawasaki-shi, Japan

Schwingungsaufnehmer für rotierende Körper

Patentansprüche

Π) Schwingungsaufnehmer für rotierende Körper, dadurch gekennzeichnet , daß er einen Tank (1) mit einer viskosen Flüssigkeit aufweist, weiterhin eine am Ende eines vertikal gerichteten Wellenzapfens (7) ausgebildete Kugelfläche (12), ein erstes Teil (6) mit einer teilsphärischen Fläche, das mit der Kugelfläche (12) des Wellenzapfens (7) zusammenpaßt und das sich horizontal verschieben kann, daß auf der Oberseite des ersten Teiles (6) ein hohles zweites Teil (13) angeordnet ist, das sich unabhängig von der Horizontalverschiebung des ersten Teils (6) in vertikaler Richtung bewegen kann und weiterhin eine Zentripetaleinrichtung für eine Zentrierung des Mittelpunktes des ersten Teils (6) in der Mittelachse des Wellenzapfens (7) nach einer Horizontalverlagerung des ersten Teils (6), wobei alle genannten Teile und Einrichtungen im Tank (1) angeordnet sind.
2. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die viskose Flüssigkeit öl ist.

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3. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kugelfläche des Wellenzapfens oder die sphärische Fläche des ersten Teils (6) mit mehreren Spiralnuten versehen sind.
4. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die sphärische Fläche des ersten Teils (6) erhaben auf der Oberseite des ersten
Teils (6) angeordnet ist.
5. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Körper (11) , der die sphärische Lagerflache des ersten Teils (6) trägt aus
einem vom ersten Körper (6) unterschiedlichen Material besteht.
6. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens auf der Unterseite der Außenkante des zweiten Teils (13) eine Kegelfläche (21) angeordnet ist.
7. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zentripetaleinrichtung Magnete (8) aufweist, die einander gegenüberliegend im Mittelbereich der Unterseite des ersten Teils (6) und im zugeordneten Bereich des Bodens (3) des Tanks (1)
angeordnet sind und sich die Magnete (8) untereinander anziehen.
8. Schwingungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zentripetaleinrichtung ein freistehender Träger (31) ist, der in der

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Mittelachse des Viellenzapf ens (7) angeordnet ist und einerseits mit der Bodenfläche des Tanks (1) und andererseits mit der Unterseite des ersten Teils (6) fest ve rbun den ist.

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