DE907366C

DE907366C - Device for preventing torsional vibration resonances in rotating machine parts, in particular crankshafts of internal combustion engines

Info

Publication number: DE907366C
Application number: DEM8787A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Seitz
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1951-03-06
Filing date: 1951-03-07
Publication date: 1954-03-25

Description

Die Erfindung -betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung von Drehschwingungsresonanzen bei umlaufenden Maschinenteilen, insbesondere Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen, durch Veränderung des Schwungmomentes. Die zur Beseitigung der durch Drehschwingungsresonanzen auftretenden übermäßigen Beanspruchung des schwingenden Teiles von Kraft- und Arbeitsmaschinen bekannten Schwingungsdämpfer, insbesondere Drehschwingungsdämpfer, deren Sekundärmasse mittels Reibung, Federn oder Flüsisigkeit an die Primärmasse gekuppelt ist, haben die Eigenschaft, daß sie erst zu winken beginnen, wenn das Resonanzgebiet erreicht ist, also eine 'gewisse zusätzliche Beanspruchung des schwingenden Maschinenteiles bereits auftritt. Eine weitere Aufschaukehing wird zwar dann verhindert, doch bleibt eine zusätzliche Beanspruchung bestehen, wenn sie auch gegenüber dem ungedämpften Zustand stark vermindert ist. Es sind daher schon sogenannte Frequenzverlagerer vorgeschlagen und ausgeführt worden, bei denen durch die plötzliche Zuschaltung von zusätzlichen Massen zum umlaufenden Schwingungssystem eine Veränderung des Schwungmomentes und damit eine Verlagerung des Resonanzgebietes erfolgte. Durch entsprechende Abstimmung der Zusatzmassen wird das kritische Resonanzgefoiet im Augenblick des Zuschaltens der Zusatzmassen unterhalb der Schaltdrehzahl gelegt, so daß die Maschine bei steigender Drehzahl gar nicht erst in das ursprüngliche Resonanzgebiet eintritt. Die Schaltung erfolgt bei den bekannten Frequenzverlagerern durch hydraulisch bediente Kupplungen, die imThe invention relates to a device for prevention of torsional vibration resonances in rotating machine parts, especially crankshafts of internal combustion engines, by changing the moment of inertia. The elimination the excessive stress of the vibrating due to torsional vibrations Part of vibration dampers known from power and work machines, in particular torsional vibration dampers, their secondary mass by means of friction, springs or liquid to the primary mass is coupled, have the property that they only begin to wave when they have reached the resonance region is, so a 'certain additional stress on the vibrating machine part already occurs. One further observation is then prevented, but additional stress remains, even if it is greatly reduced compared to the undamped state. There are therefore already so-called Frequency shift proposed and carried out where by the sudden connection of additional masses to the rotating oscillation system a change in the moment of inertia and thus a shift in the resonance area took place. The critical resonance area in the Moment of switching on the additional masses placed below the switching speed, so that the machine does not even enter the original resonance area with increasing speed. The circuit takes place in the known frequency shifters by hydraulically operated clutches, which in

Augenblick der Schaltdrehzahl die Zusatzmasse starr an das umlaufende System anhängen. Diese bekannten Schaltvorrichtungen sind jedoch sehr umständlich, teuer und nicht immer betriebssicher, da ihre Funktion abhängig ist vom Vorhandensein eines hydraulischen Schaltdruckes, bei dessen unbeachtetem Ausbleiben die Maschine in das nicht verlagerte Resonanzgebiet einfährt und gegebenenfalls zu Schaden kommen kann.At the moment of the switching speed, attach the additional mass rigidly to the rotating system. These known switching devices are very cumbersome, expensive and not always reliable, since their function depends on the presence of a hydraulic switching pressure, if it is ignored If the machine does not move into the resonance area that has not been shifted, and if necessary can be harmed.

ίο Es sind ferner Schwingungsdämpfer bekannt, bei denen mittels ortsveränderlicher, radialgeführter Schwungmassen eine Veränderung des Schwungmomentes bewirkt wird. Die Schwungmassen sind dabei entweder federnd angehängt oder stehen unter ¹S Federdruck. Schwingungsresonanzen von umlaufenden Maschinenteilen können jedoch mit derartigen Anordnungen nicht in ausreichendem Maße verhindert werden, da sich infolge der Federcharakteristik die Schwungmassen stetig mit Zunahme der Drehzahl nach außen und bei Abnahme derselben stetig nach einwärts bewegen. Derartige Dämpfer beginnen erst zu wirken, wenn das Resonanzgebiet erreicht ist, d. h. bereits eine zusätzliche Beanspruchung der schwingenden Maschinenteile eintritt.Vibration dampers are also known in which a change in the moment of inertia is brought about by means of movable, radially guided centrifugal masses. The centrifugal masses are either suspended on a spring or are under ¹ S spring pressure. However, vibrational resonances from rotating machine parts cannot be prevented to a sufficient extent with such arrangements, since, due to the spring characteristics, the centrifugal masses move steadily outward as the speed increases and steadily inward when the speed decreases. Such dampers only begin to work when the resonance area has been reached, that is, the vibrating machine parts are already exposed to additional stress.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Frequenzverlagerer einfach und betriebssicher zu gestalten. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die ortsveränderliehen, radialgeführten Schwungmassen an den umlaufenden, Drehschwingungen ausgesetzten Teilen mittels astatischer Federn so angehängt sind, daß während des Drehzahlanstieges bei Erreichung der Umschaltdrehzahl der Federn die zusätzlichen Massen schlagartig von ihrer Innenlage sich nach außen bewegen und daß während des Drehzahlrückganges bei Erreichung der Umschaltdrehzahl· die Federn die zusätzlichen Massen in ihre innere Ausgangsstellung schlagartig zurückziehen. Durch diese Maßnahme wird das ursprüngliche Resonan'zgebiet unterhalb der Schaltdrehzahl verlagert, dabei kann, beim Wiederabsinken der Drehzahl der Schaltvorgang je nach der Astatik der verwendeten Federn bei etwas kleinerer Drehzahl erfolgen. Um Gewähr zu geben, daß bei nur engen Tälern zwischen den Resonanzbereichen bei absinkender Drehzahl die Rückschaltung noch im absolut schwingungsfreien Bereich erfolgt, werden die Federn zweckmäßig so bestimmt, daß sie eine möglichst kleine, aber noch nicht in unmittelbarer Nähe der Labilität liegende Astatik aufweisen. Die Ausbildung einer derartigen Vorrichtung nach der Erfindung kann in sehr einfacher Weise erfolgen. Einzelheiten über eine derartige Schaltvorrichtung sind in der Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung dargestellt.The invention is therefore based on the object of making such a frequency shifter simple and to make it operationally reliable. According to the invention, this object is achieved in that the portable, Radially guided centrifugal masses on the rotating parts exposed to torsional vibrations are attached by means of astatic springs that during the increase in speed when the Switching speed of the springs the additional masses suddenly from their inner position move outside and that during the speed decrease when the switching speed is reached · the Springs suddenly withdraw the additional masses into their inner starting position. Through this The measure is the original resonance area shifted below the switching speed, while the switching process can occur when the speed drops again depending on the astatics of the springs used, take place at a slightly lower speed. To guarantee to give that with only narrow valleys between the resonance ranges with decreasing speed the Downshifting takes place in the absolutely vibration-free range, the springs are expediently so determines that it is as small as possible, but not yet in the immediate vicinity of the instability Exhibit astatics. The formation of such a device according to the invention can be very simple Way to be done. Details of such a switching device are in the drawing and shown in the description below.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltvorrichtung nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, an embodiment of a switching device according to the invention is shown, namely shows

Fig. ι einen Querschnitt durch einen Resonanzverlagerer nach der Erfindung undFig. Ι a cross section through a resonance displacer according to the invention and

Fig. 2 ein Schaubild der Resonanzgebiete. Der innere Kern 1 der Schaltvorrichtung ist mit dem umlaufenden Maschinenteil, beispielsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, fest verbunden. Am Kernteil 1 sind die Bolzen 2 befestigt, an denen die segmentartigen Massen 3, 3' und 4, 4' geführt sind. In' der radialen Bohrung 5 jeder Masse 3, 3', 4, 4.' sin'di zwischen dem Bohrungsgrund 6 und dem Bolzenkopf 7 die astatischen Federn 8 angeordnet. Der Kopf 7 eines jeden Bolzens 2 ist mit einer Platte 9 versehen, die als Ansehlag für die radiale Bewegung der Massen dient. An ihr ist zur Schlagdämpfung eine Scheibe 10 aus elastischem Material, z. B. Gummi, befestigt. Die Federn 8 sind unter Vorspannung-in die radialen Bohrungen 5 eingesetzt und halten die Massen 3, 3' und 4, 4' bis zu einer ihrer Vorspannung entsprechenden Drehzahl in ihrer Innenstellung, die in der Fig. ι dargestellt ist. Die Astatik der Federn 8 ist nun so berechnet, daß die beim Umlauf der Vor riehtung mit wachsender Drehzahl ebenfalls wachsende Zentrifugalkraft von der Erreichung einer bestimmten Drehzahl ab, stets die Federkraft überwiegt. Die Folge davon ist, daß die Massen bei dieser Drehzahl schlagartig unter Überwindung der Federkraft nach außen fliegen, bis sie an den festen Anschlagplatten 9 bzw. an den vorgelagerten Pufferplatten 10 anliegen. Durch die schlagartige Verlagerung der beweglichen Massen nach außen wird plötzlich das Schwungmoment des gesamten. Schwingungssystems 'des umlaufenden Maschinenteiles, z. B. der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit dem die Vorrichtung starr gekuppelt ist, ein anderes und damit der ■kritische Drehzahlbereich verlagert. Durch entsprechende Berechnung der Massen 3, 3' und 4, 4' und der Federn 8 ist man in der Lage, die Verlagerung der kritischen Drehzahbereiche so vorzunehmen, daß bis zur Erreichung der Höchstdrehzahl keiner dieser Drehzahlbereiche durchfahren werden muß.2 shows a diagram of the resonance regions. The inner core 1 of the switching device is firmly connected to the rotating machine part, for example the crankshaft of an internal combustion engine. The bolts 2, on which the segment-like masses 3, 3 'and 4, 4' are guided, are attached to the core part 1. In 'the radial bore 5 of each mass 3, 3', 4, 4. ' The astatic springs 8 are arranged between the bottom of the bore 6 and the bolt head 7. The head 7 of each bolt 2 is provided with a plate 9 which serves as an attachment for the radial movement of the masses. A disk 10 made of elastic material, for. B. rubber attached. The springs 8 are inserted into the radial bores 5 under bias and hold the masses 3, 3 'and 4, 4' in their inner position up to a speed corresponding to their bias, which is shown in FIG. The astatics of the springs 8 is now calculated so that the centrifugal force, which also increases as the speed increases with the rotation of the device before a certain speed, always outweighs the spring force. The consequence of this is that at this speed the masses suddenly fly outwards, overcoming the spring force, until they rest against the fixed stop plates 9 or the buffer plates 10 located in front. Due to the sudden shift of the moving masses to the outside, the momentum of the fly suddenly becomes the whole. Vibration system 'of the rotating machine part, z. B. the crankshaft of an internal combustion engine, with which the device is rigidly coupled, shifts another and thus the ■ critical speed range. By appropriately calculating the masses 3, 3 'and 4, 4' and the springs 8, it is possible to shift the critical speed ranges so that none of these speed ranges have to be passed through until the maximum speed is reached.

In der Fig. 2 ist ein Schaubild gezeigt, in welchem die kritischen Drehzahlbereiche und¹ ihre Verlagerung dargestellt sind. Es sind hier die Schwingungsausschläge bzw. die Beanspruchung des umlaufenden Schwingungssystems durch die Torsionsschwingungen über den Drehzahlen aufgetragen. Erreicht z. B. die Maschine während ihrer Beschleunigung die Schaltdrehzahl n_sl am Beginn eines Resonanzbereiches, bei dem also große gefährliche Schwinigungsausfälle und damit gefährliche Beanspruchungen auftreten, dann wird durch Veränderung des Schwungmomentes dieser kritische Drehzahlbereich nach links verlagert, d. h. das Resonanzgebiet befindet sich jetzt in einem Drehzahlbereich, den die Maschine bereits durchfahren hat, und die Drehzahl der Maschine kann jetzt weiter gesteigert werden, ohne ihre Beanspruchung, die nunmehr nach der ausgezogenen Kurve verläuft, zu groß zu machen. Beim Absinken der Drehzahl erfolgt der Schaltvorgang in .umgekehrter Richtung. Ist die Schaltdrehzahl n_S2 erreicht, dann überwiegt die Kraft der Federn 8 die auf die ortsbeweglichen Massen einwirkende Fliehkraft, und die Massen werden ebenso· schlagartig nach innen bewegt, wie bei steigender Drehzahl nach außen. Das dadurch wiederum auf den ursprünglichen Wert gebrachteFIG. 2 shows a diagram in which the critical speed ranges and ¹ their displacement are shown. The oscillation deflections or the stress on the rotating oscillation system due to the torsional oscillations are plotted against the speeds. Achieved z. If, for example, the machine is accelerating the switching speed n _sl at the beginning of a resonance range, in which large dangerous oscillation failures and thus dangerous stresses occur, then this critical speed range is shifted to the left by changing the moment of inertia, i.e. the resonance range is now in one speed range that the machine has already passed through, and the speed of the machine can now be increased further without making its stress, which now runs according to the solid curve, too great. When the speed drops, the switching process takes place in the opposite direction. If the switching speed n _{S2 is} reached, then the force of the springs 8 outweighs the centrifugal force acting on the movable masses, and the masses are suddenly moved inwards as well as outwards when the speed increases. This in turn brought back to its original value

Schwungmoment bewirkt die Rückverlagerung des kritischen Resonanzgebietes schlagartig nach rechts in. einen von der Maschine bereits durchfahrenen Drehzahlbereich. Nach Maßgabe der Astatik der Federn 8 erfolgt bei sinkender Drehzahl der Umschaltvorgang bei etwas niederer Drehzahl als bei ansteigender Drehzahl.The moment of inertia causes the critical resonance area to be suddenly shifted to the right in. a speed range that the machine has already passed through. According to the astatics of the Springs 8 takes place at a falling speed of the switching process at a slightly lower speed than with increasing speed.

Liegen innerhalb des zu durchfahrenden Gesamtdrehzahlbereiches zwei oder mehrere Resonanzgebiete hintereinander, so muß man zwei- oder mehrmals entsprechende Massen verlagern. Das kann entweder mit der¹ gleichen Schaltvorrichtung erfolgen, indem man beispielsweise dlie Massen4und 4' mit Federn 8 in Verbindung bringt, die infolge ihrer Berechnung bei einer anderen Drehzahl den Schaltvorgang auslösen, oder man ordnet auf dem gemeinr samen Kernstück 1 parallel weitere ortsbewegliche Massen an, die nacheinander verlagert werden. Selbstverständlich kann man auch die Größe der Massenpaare 3, 3' und 4, 4' verschieden wählen.If two or more resonance areas lie one behind the other within the total speed range to be passed through, the corresponding masses must be shifted two or more times. This can be done with either the ¹ same switching device, for example by dlie Massen4und 4 brings' with springs 8 in compound that trigger the switching operation as a result of its calculation at a different speed, or is arranged parallel more transportable masses on the gemeinr seed core 1 that are relocated one by one. Of course, you can also choose the size of the mass pairs 3, 3 'and 4, 4' different.

Die Schaltvorrichtung nach der Erfindung stellt eine einfache und billige Einrichtung dar, um bei Maschinen mit gefährlichen Resonanzgebieten, die. nicht schnell 'genug durchfahren werden können, einen Schwingungsdämpfer ziu ersparen. ■The switching device according to the invention is a simple and inexpensive device to at Machines with dangerous resonance areas that. cannot be driven through fast enough, save a vibration damper. ■

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Device to prevent torsional vibration resonances in rotating Machine parts by changing the moment of inertia by means of portable, radially guided flywheels, characterized in that the flywheels (3, 3 'and 4, 4 ') on the rotating parts exposed to torsional vibrations by means of astatic springs (8) are attached so that during the speed increase when the switching speed is reached of the springs (8) the additional masses (3, 3 'and 4, 4') suddenly from their inner position move outwards and that during the speed decrease when the switching speed is reached the springs suddenly move the additional masses into their inner starting position withdraw.

2. Apparatus according to claim 1, characterized characterized in that the flywheels (3, 3 'and 4, 4') and the astatic springs (8) so are matched so that the original resonance region maintains) the switching speed is relocated.

3. Apparatus according to claim 1, characterized characterized in that the astatics of the springs (8) is chosen so small that the switching speed at The speed decrease is only slightly below the switching speed when the speed increases.

4. Apparatus naoh claim 1, characterized characterized in that to intercept the sudden mass movement to the outside and / or Inside stops (9) damping devices (10), e.g. B. rubber, spring, air or liquid buffers, are arranged.

5. The device according to claim 1, characterized in that one or more pairs of Additional masses (3, 3 'and 4, 4') and astatic springs (8) matched to them are provided are.

6. The device according to claim 1, characterized in that the individual pairs of Additional masses (3, 3 'and 4, 4') and their astatic Springs (8) are matched to different switching speeds.

7. The device according to claim 1, characterized in that the size of the individual Additional mass pairs (3, 3 'and 4, 4') is different.

8. Device ¹ according to claim 1, characterized in that the additional masses (3, 3 'and 4, 4') consist of circular segments and turn guided by radial bolts (2) attached to the central coupling part (1).

9. Apparatus according to claim 1, characterized in that the astatic springs (8) are arranged between the outer bolt head (7) and the inner segment foot.

10. The device according to claim 1, characterized characterized in that a stop (9) for the external position of the additional masses on the bolt head (7) (3, 3 'and 4, 4') is arranged.

Referred publications:
German Patent No. 307 177;
U.S. Patent Nos. 2480946, 986978; Festschrift der Tech η. Stuttgart University of Applied Sciences, 1929, p. 125.

1 sheet of drawings