DE754175C - Verfahren und Vorrichtung zur Schwingungsdaempfung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Schwingungsdaempfung

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DE754175C
DE754175C DED86057D DED0086057D DE754175C DE 754175 C DE754175 C DE 754175C DE D86057 D DED86057 D DE D86057D DE D0086057 D DED0086057 D DE D0086057D DE 754175 C DE754175 C DE 754175C
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DE
Germany
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coupled
frequency
damping
masses
vibrations
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Expired
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DED86057D
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English (en)
Inventor
Kurt Dipl-Ing Rothe
Walther Dipl-Ing Scholl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler Benz AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H33/00Gearings based on repeated accumulation and delivery of energy
    • F16H33/02Rotary transmissions with mechanical accumulators, e.g. weights, springs, intermittently-connected flywheels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H2706/00Rotary transmissions with mechanical energy accumulation and recovery without means for automatic selfregulation essentially based on spring action or inertia

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zur Dämpfung der Sch«-iiigtingeii von schwingungsfähigen Systemen, welche erregeilden Kräftcli -veränderlicher Frequenz unterworfen sind, insbesondere von drehscli«-inguiigsfälligem System, wie Kurbelwellen von Breunkraftinaschinen,- mittels resoitcuiztilgender angekoppelter Systeme, vorzugsweise angekoppelter Massen. -Durch die _lnkophlung tlerartiger, geeignet lienlessener Systeme öder Massen an das zu dänillfcndc Ilauptsystein ist es möglich, die Wirkung der periodisch erregenden Kräfte weitgehend herabzumindern. Stimmt die Frequenz der erregenden Kriifte mit der Eigeliteilfrequenz des allgekoppelteil Systems mit Dezug auf das Ilauptsvstem überein, so wird die Eilergie der erregenden K=räfte voll dem angekoppelten System üb; rnoninlcn. während sich das I3auptsystcill ill nallezil völliger Schwingnngsrulle llernelet.
  • Nach diesem Verfahren artleitende Drehschwingungsdämpfer sind bekannt. plan kann hierbei zwischen Schwingungsdämpfer mi=t gleichbleibender I?i@enteiltreducnz -und Schwinuii; sd#inltlfei: niii a-criindcrlicllei- Eigenteilfrequenz der angekoppelten 'lassen unterscheiden.
  • 13e. den Schwingungsdämpfern mit gleichbleibender Eigenteilfrequenz sind die Massen beispielsweise lediglich drehelastisch mit den' 1 lauptsystem verbunden, ohne daß die Fliehkräfte bzw. die Drehzahl der Welle einen Einfluß auf die Eigenschwingungszahl der <essgekoppelten 'Tasse besitzen. Hierdurch kann liei 7%%ecl:cntspi-ecliender Abstimmung der Masse bzw. des angekoppelten Svstems auf eine bestimmte Eigenfrequenz des Hauptsystenis erreicht werden, daß jede Resonanz bei dieser Frequenz, gleichgültig ob sie von Schwingungen I. Ordnung, deren Frequenz mit der Erregerfrequenz übereinstimmt, oder höherer bzw. niederer Ordnung herrühren würde. -etilgt wird.
  • In _1bb. I ist als Ordinate die I?igenschwin-un(rstrequenz o) über Gier Drehzahl )t der Kurbelwelle als ,Abszisse aufgetragen. Von den Eigenfrequenzen des Hauptsystems seien clie konstanten Eigenfrequenzen i. und 2. Grades mit CJI und (o1, von den mit der Drehzahl n proportional anwachsenden Erre#crfrecluetizeti dieleni-en o,5., I. und 2, Ordnung mit E;"5, Ei und E, bezeichnet. In den Schnittpunkten, in denen sich die Erregerfrequenzen mit den Eigenfrequenzen r. oder 2. Grades des flauprsystens schneiden, ergeben sich, vorausgesetzt, daiß keine Dämpfungsniassen oder sonstig.,. dämpfenden Eintüisse vorhanden sind, Resonanzstellen, welche mit tI, t'1, z, bzw. tII, 1'II, ztr bezeichnet seien. Wird nun an dieses System in bekannter \\'eise eine -lasse mit von der Drehzahl bzw. der Erregerfrequenz unabhängiger Eigenfrequenz, also z. L. ein auf der Welle drehelastisch angeordnetes Gewicht, derart angekoppelt, daß die Eigenteilfrequenz der angekoppelten 'lasse mit Bezug auf das Hauptsystein gleich der Frequenz ciI ist, so werden die Resonanzstellen :eI, yI, z, beseitigt, d. h. alle Resonanzstellen, bei denen die Erregerfrcquenz beliebiger Ordnung gerade der Eigenfrequenz r. Grades des Hauptsvstems ist. Dagegen bleibet. die Eigenfrequenzen oder sonstigen anderen Grades durch die I)ümpfungsmasse unbeeinflußt. Dieser Nachteil wirkt sich um so mehr aus, je mehr Eigenfrequenzen im System auftreten, wobei clie Zahl der möglichen Eigenfrequenzen von der Zahl der elastisch gekoppelten -lassen ,'.Düngt. I)emgein-if,l \vird auch durch das Iliiiztischalten der l);itttliftui-sntasse eine \\-eitere Eigenfrequenz liitiztigefigt.
  • \lan hat nun versucht, die 'Nachteile der angekoppciten \Iassrn init ;@@lcichb(rilx:nder l@.igenteilfreduenz, \velche al#o auch nurl@C on@ttt7eti gleicher Frequenz zti tilgen imstande sind, durch die Verwendung von schwingungsdämpfern mit drehzahlabhängiger Eigenteilfreduenz der angekoppelten Massen zu umgehen. Hierbei wurden die anzukoppelnden Massen beispielsweise nach Art von Fliehkraftpendeln mit der Welle verbunden, wobei die mit der Drehzahl bzw. der Erregerfrequenz nach einem quadratischen Gesetz anwachsenden Fliehkräfte eine entsprechend zunehmende Rückstellwirlung auf die die Drehschwingungen ausführenden .Massen ausüben. Da nun andererseits die Eigenfrequenz eines Fliehkraftpendels proportional der Wurzel der Fliehkraft ist, stehen Eigenfrequenz desselben und Drehzahl in geradliniger Abhängigkeit voneinander, d.li. mit wachsender Drehzahl der Kurbelwelle wachst auch die 1igetifredtienz des Fliclikraftpendels. Infolgedessen ist es möglich, mit einer solchen Anordnung die durch eilte Erregende bestinunter Ordnung hervorgerufenen Resonanzen, also z. 13. an den Resonanzstellen vI und yII tt5\\'. auf der Erregenden Et, zu til.gen. Von der Rückwirkung der angekoppelten Masse auf die Frequenz des Gesainisystenis. die unter dieser I@ück\virkttng einen hyperbolischen Verlauf nimmt, kann hierbei al>gesrhen werden, da sie an den Ergebnissen grundsätzlich nichts ändert. Unter Umständest ist es auch möglich, die \lasse des I# liehkraftpendels bzw. dessen Ankopplung derart abzustimmen, daß die Ei.enfrequenz des schwinl;cnden Systems innerhalb des Betriehsdrehzahlbereiches sticht mehr mit cler E.rrc-erfrequenz einer lxstinitnteii Ordnung übereinstimmt, also jegliche Resonanz für diese Ordnung allein durch die -\tiorciiitiii.!Z der Tilauti,"stn.tsse ausgeschlossen wird. 'Mit Rücksicht darauf, daß an sielt grundsätzlich nur für die Erregende einer Ordnung Resonanz vermieden werden kann, haben derartige, nach Art von Fliehkraftlxndeln aufgehängte Massen den Nachteil, d,15 die :\1istimmungsverhältnisse unübersichtlich . und schwer beherrschbar werden, wenn in V ielmassensystemen Schwingungen mehrerer Ordnungen getilgt werden sollen. Außerdem läßt die Tatsache, daß am _lnkopplunrispunkt Schwingungsruhe herrscht, noch keinen Schluß über die Beanspruchungen innerhalb gen Systems zu, da sich im Ankoppdes übrig lungspunkt ein Schwingungsknoten lxfnclet, während im übrigen starke Schwin-unzsbeanspruchungen auftreten kiinnen.
  • Die ha-findun- ermii#,liclit es, die Scli\\-ic#-rigkciten hei der \"er\vcuciuti@ der 1@i#iieri@#e#n Schwingungsdämpfer zu lxseitigeci und c1er\#tl Uuzulänglichkeiten-zti mildern und hestcht ini wesentlichen darin, daß clic# 1#:igt#nfrc#clttc#nz clzs angekoppelten Systems zur lic#sc#ti@un@ oder \'ernündcrung von Resonanzei. mit der sielt :ändernden Frequenz- der erregenden Kräfte ebenfalls verändert wird: Insbesondere ist die Erfindung anwendbar auf solche Sebwingungsdänif@fc#r. deren angekoppeltes System eine von der I-i-I-egerfrequenz unabli*lli#l(re, z. 1. konstante Eigenfrequenz besitzt und infolgedessen Resonanzen hei jeder dieser Eigenfrequenz entsprechenden Erregerfrequenz 'beliebiger Ordnung verhindert bzw. tilgt. In diesem Fall ist es lediglich erforderlicliclaß die Eigenfrequenz des angekoppelten Systems nur dann verändert wird, -,wenn kritische Schwingungen verschiedener Grade auftreten, während eine Veränderung der Eigenfrequenz nicht erforderlich ist, soweit kritische Schwingungen gleichen Grades aLuftreten. Durch Änderung der Eigenfrequenz des angekoppelten STstems, also bei-.
  • pielsweise durclilferscliiebenyderDämpfungs-oder T ilgungsniasse auf einer die- Kopplung finit dein flauptsysteni bewirkenden federnden \\"clle: ist es infolgedessen möglich, nicht nur llestininite Frequenzen oder bestimmte Errege rordnungen, sondern den gesamter eliwili,tiligsbereich zu b2lierrsclieil, indem bei icder eingestellten Frequenz sämtliche l#a-re-erordnungen getilgt werden. In Abb. 2 ist ein solches System scheniatisch dargestellt: _1n die Kurbelwelle a des Motors ist eine Keilwelle b angekuppelt, auf der eine Scliwtnigniasse c verschoben werden kann: )e nach der eingestellten Länge der als Kopplungsfeder wirkenden Welle b wird die l-igellteilfreqtlel1z des a11gekoppelten, aus \\"el je undSchwuli@massehestehelideu Systems vergvergrößert oder -verkleinert. BeiEinstellung derSchwungm ass eau f große \Vellenlänge li ist die- Eigenteilfrequenz niedrig und entaii-icht z. B. einer Frequenz o) z >r. Grades nach Abb. i. Infolgedessen werden alle Resoiiaii7en auf dieser Geraden, z. B. in deli Punkten ,'I, yI, ,z, getilgt. Eitle Einstellung der Schwungnnasse atf kleinere NVellenlänge lII bewirkt eiliellöllereFigenteilfrequeiiz, beipielsweiseentsprecliendeinerFrequenz zoII 2. Grades flach Abb.1, so daß iittnmehr alle Resonanzen auf der Geraden o)11 getilgt werden. Durch eine 1@ersclüel>ung der Masse auf Zwischenstellungen bzw. auf Stellungen aut3erlialb der dargestellten Lagen können ferner Ei-ellfrequenzen jeden beliebigen Ciradea über ieder Drehzahl des Drehzahlhereiclies getilgt %%-erden; indem jeweils beim Auftreten einer Resonanz, d.li. sobald die Erregende irgendeiner Ordnung finit der l:igclifredtienzy des IIaupts}#stenis irgendcine: Grades in L,7iereinstininiung ist, die 1)ililpfungsiiiasse c auf edle solche \Vellenlänge eingestellt wird, daß die Eigenteilfreyuenz des ILn""ekoppelteli Systems gleich dieser Frequenz wird. Das Hauptsystem bleibt dadurch in Ruhe, während die Erregtui"seliergievoli dein angekoppeltenSystein aufgenoininen wird.
  • Statt durchVerscliiebun- einer Dülnpftnigsmasse auf einer als federndes Glied dienenden Welle kann die Änderung der Eigenteilfrequenz auch dadurch bewirkt werden, da-13 die 'lasse, z. L. auf der Kurbelwelle eines Motors, unverscliiebbar angeordnet ist und die Charakteristik einer die Masse mit der Welle kuppelnden Drehfederung geändert wird, z. B. durch Abschalten von Teilen einer konischen Feder oder eines Teiles von mehreren ungleich harten Federn.
  • Ist ein verliältliisniäßig einfaches SchwingttlIgssvstein mit nur zwei diinipfungsbedürftigen Eigenfrequenzen vorbanden, so braucht die Einstellung der 'Lasse od. d51. auch nur tvechselweise in zwei Lagen zti erfolgen, wozu gegebenenfalls eine Schnappvorrichtung vorgesehen sein kann.
  • Die Einstellung kann jeweils nach dein Sduvngttligsverlialten der Welle vorgelioninicli werdefi. G@veckniäl,ig erfolgt sie jcdocli selbsttätig und: zwangsläufig, z. ß. in Abliängigkeit von der Erregerfrequenz, d. 1i. in der l@egcl, z. l,. bei Kurbelwellen. von Erennkraftinaschinen, in Abhängigkeit von der 1)reliz2ilil des umlaufenden Systems. Hierzu kann beispielsweise ein Flielikraftregler oder ein livelratiliseher Druckregler, z. B. ein auf den ÜIclruclz der Maschine ansprechender Kolben od. dgl.; vorgesehen sein. Auch kann die Einstellung unter Vermittlung einer 1LUrvcnscheibc zur Erzielung der geeignetsten :11@I1üngigl.-eit erfolgen.
  • 1s ist ferner niö;;licli, die Erfindung auch dann silnigeniiili anzuwenden, wenn mehrere teilweise oder iiii @vesentlicheil gleichwertige Svsteme aileinandergekoppelt werden, also von einem Hauptsystem und einem lediglich der Dämpfung dienenden Zusatzsystem nicht gesprochenwerden kaiiti. Durch Änderung der Kopplung beider Svsteine können auch in diesem- Fall die Eigenfrequenzen des einen oder anderen hzw. des Gesamtsystcins geändert und dadurch Resonanzen beseitigt werden:

Claims (2)

  1. PATEN T:1\SI'1;CCIII: r.Verfaliren zur Dämpfung der Schwin--tin-eli voll schwingungsfältigen SNrstelneli, die erregenden Kräfteei veränderlicher Frequenz unterworfen sind. insbesondere von drelischwingungsfäliigen Systemen; wie Kurbelwellen voll Lreiinl:r@iftniascliineu, mittels resonailztil;@ender angekoppelter Systeme, vorzugsweise angefol>-pelter Massen finit 1#@igcntcilfrc<luenz, dadurch gel:eliilzeiclilict. däli die Ligenirequel1z des angekoppelten Systems hei eitieni Auitreten kritischer Schwingungen vcründcrt wird. 2. Veriahren nach Anspruch z, dadurch gekeitnzeicluiet, daß die Änderung der lienfrequen z des angekoppelten Systems :elli:rt:itig in =Abhängigkeit von der Änderung der erregenden Frequenz erfolgt. 3. Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung nach den Ansprüchen r und 2 i iir pe r indischen D rehkr äf ten untenv orfene Systeme. wie Kurbelwellen od. d51., gel;ennzeichnet durch mit dem System umlaufende Schwungmassen, deren Kopplung mit dem übrigen System veränderlich ist. +. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch <`-ei;ennzeichnet, daß die Schwungmassen durch federnde Kupplungseinrichtungen finit dem übrigen System gekoppelt und die Federcharakteristik der Kupplungseinrichtimgen veränderlich ist. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmassen auf der Welle des Systems, z. D. an einem I?itde derselben, verschiebbar an--cordnet sind. G. Vorriclitutig nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Federcharakteristik der Kupplungseinrichtungen, z. I3. durch Verschieben der Dämpfungsschwunginassen, durch eine iti Abhängigkeit von der Drehzahl verstellende Einrichtung, z. B. einen Flichkraftregler, einen dem Üldruck der Maschine ausge.setztenKolhen od.c1111., bewirkt wird. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Pechnil; sind im Erteilunasverfahren fohende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Sc11röri, Die JJvnainik der Verbrennungskraftmaschinen, Verlag Springer, Berlin, I9-.
  2. 2 S. 177-F öp p 1-, Aufschaukelung und Dämpfung von Schwingungen, Verlag Springer, Berlin, 1942, S. 44.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1296885B (de) * 1966-07-20 1969-06-04 Ara Inc Vorrichtung zur Daempfung der Energie von translatorischen Bewegungen durch zyklische plastische Verformung eines Daempfungselementes
DE3043611A1 (de) * 1980-11-19 1982-06-03 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Drehpositionierbare anlage

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

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US4692094A (en) * 1980-11-19 1987-09-08 Messerschmitt-Bolkow-Blohm Gmbh Rotary positionable installation

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