JP2004239355A - 衝撃ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】従来と全く異なる構成を有し、安定な周期運動を示す周波数範囲が広く、大型であっても加工が容易でコストが低減でき、衝突効果の低下がほとんどない衝撃ダンパを提供する。
【解決手段】水平に往復運動する主振動体１の水平振動を減衰させる衝撃ダンパ。この衝撃ダンパ１０は、衝撃支持部材１２と揺動おもり１４を備える。衝撃支持部材１２は、主振動体１に固定され、その往復運動方向に直交する水平方向に延びるＶ字型上面１１を有する。揺動おもり１４は、Ｖ字型上面１１にすきまをもって嵌合するＶ字型下面１３を有し、Ｖ字型上面１１に往復運動方向に揺動可能に載せられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝突によるエネルギ損失を利用した衝撃ダンパに関する。
【０００２】
【従来の技術】
衝突を利用したダンパ（以下、「衝撃ダンパ」と呼ぶ）は、主振動系に取り付けられた容器と、その中で振動方向に自由に運動する衝突体で構成されている。衝撃ダンパは、主振動系の振動によって容器内の質量が運動し、容器壁すなわち主振動体と衝突を繰返し、衝突による運動量の交換と運動エネルギーの熱エネルギーへの変換によって吸振作用を行うものである。なお、衝撃ダンパに関しては、［非特許文献１］、［非特許文献２］、等に開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】
ダイナミクスハンドブック、３６２−３６４、朝倉書店
【非特許文献２】
荒木、横道、陣内、「粉粒体衝撃ダンパの特性（第４報 水平振動系、強制振動特性、機論Ｃ、５０−４５８、２１０６−２１１２．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【非特許文献１】に開示された従来の衝撃ダンパは、図６（Ａ）に模式的に示すように、主振動体１に取付けられた容器２に、振動方向に自由に移動できる単一の固体マス３（球状もしくは円柱状のおもり３）を入れ、これを容器壁面に衝突させて振動を減衰させるものである。なお、この図で、ｋはばね、ｃはダンパ、ｄは容器すきま、Ｘは主振動体１の振動変位を示している。
【０００５】
しかし、おもりが容器壁面に衝突する際に跳ね返りが生じるため、その挙動は反発係数に大きく依存しており、安定な周期運動を示す周波数範囲が限定される問題点がある。また多くの場合、非周期運動となり制振効果が半減する。さらに、特に大型の片持はり（例えばＶＬＣＣ等大型船舶のドジャー）に適用するような場合、大型となるおもりを球状もしくは円柱状に加工する必要があるためにコストがかかる。
【０００６】
一方、
【非特許文献２】に開示された図６（Ｂ）に示す粒体による衝撃ダンパは、粒体層４と壁との衝突は完全塑性衝突の挙動を示し、広い周波数範囲で周期運動となり安定した制振効果が得られることが報告されている。なお、この図で、ｋはばね、ｃはダンパ、ｄ＊は代表容器すきま、ｘ１，ｘ２は主振動体１と粒体層４の振動変位を示している。
しかし、粒体による衝撃ダンパは、運動によって生じる粒体層のほぐれによる衝突質量が減少し、衝突効果が低下する問題点がある。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、従来と全く異なる構成を有し、安定な周期運動を示す周波数範囲が広く、大型であっても加工が容易でコストが低減でき、衝突効果の低下がほとんどない衝撃ダンパを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、水平に往復運動する主振動体の水平振動を減衰させる衝撃ダンパであって、前記主振動体に固定され、その往復運動方向に直交する水平方向に延びるＶ字型上面を有する衝撃支持部材と、前記Ｖ字型上面にすきまをもって嵌合するＶ字型下面を有し、Ｖ字型上面に往復運動方向に揺動可能に載せられた揺動おもりと、を備えたことを特徴とする衝撃ダンパが提供される。
【０００９】
上記本発明の構成によれば、揺動おもりのＶ字型下面が主振動体に固定された衝撃支持部材のＶ字型上面にすきま（ギャップ）をもって嵌合するので、主振動体が水平に振動すると、このギャップによりおもりが往復運動方向に揺動運動する。この際、揺動おもりと主振動体に固定された衝撃支持部材が衝突し、この衝突によりエネルギ損失が生じるため主振動体の振動を減衰することができる。
【００１０】
上記本発明の構成は、従来と全く異なる構成であり、安定な周期運動を示す周波数範囲が広く、加工し難い球状や円柱状のおもりを必要としないので、大型であっても加工が容易でコストが低減できる。また、Ｖ字型上面とＶ字型下面が面で当たるので衝突面の劣化が少なく、衝突効果の低下がほとんど生じない。
【００１１】
この構成により、主振動体の水平往復運動により、揺動おもりを効率よく揺動運動させ、かつＶ字型上面とＶ字型下面の衝突時のエネルギ損失により主振動体の振動を効果的に減衰できることが、後述する試験により確認された。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の衝撃ダンパの構成図である。本発明の衝撃ダンパ１０は、水平に往復運動する主振動体１の水平振動を減衰させるための衝撃ダンパである。主振動体１は、例えばＶＬＣＣ等大型船舶のドジャーのような大型の片持はりであり、衝撃ダンパ１０は例えばその自由端に取り付けられる。
【００１４】
この図に示すように、本発明の衝撃ダンパ１０は、衝撃支持部材１２と揺動おもり１４を備える。
【００１５】
衝撃支持部材１２は、水平に往復運動する主振動体１に固定され、その往復運動方向に直交する水平方向に延びるＶ字型上面１１を有する。衝撃支持部材１２の固定位置は、この例では主振動体１の上面であるが、本発明はこれに限定されず、主振動体１と共に水平に往復運動する限りで、下面でも同一高さでもよい。
【００１６】
揺動おもり１４は、衝撃支持部材１２のＶ字型上面１１にすきま（ギャップΔθ）をもって嵌合するＶ字型下面１３を有し、Ｖ字型上面１１に往復運動方向に揺動可能に載せられている。この図に示すように、揺動おもり１４の重心Ｇは、Ｖ字型下面１３の下端頂点より必ず上方に位置する。従って、揺動おもり１４は、支点より重心が高く、静的に不安定である。そのため静止状態では、揺動おもり１４は、衝撃支持部材１２のＶ字型上面１１の振動方向（この図で左右）のいずれか一方に接した状態で停止しており、主振動体１の往復運動により振動方向に振り子のように揺動し、揺動角度が大きくなるとＶ字型上面１１の一方に衝突するようになっている。
【００１７】
後述する実施例において、Ｖ字型上面１１のＶ字角度θ１は、約１７２度であり、往復運動方向に対称に形成される。またＶ字型下面１３のＶ字角度θ２は、約１６４度から１７０度であり、この角度も往復運動方向に対称に形成される。従って、Ｖ字型上面１１とＶ字型下面１３の間に形成される往復運動方向のすきまΔθは、両側合わせて最小２度、最大８度である。
【００１８】
この構成により、主振動体１の水平往復運動により、揺動おもり１４を揺動運動させ、かつＶ字型上面１１とＶ字型下面１３の衝突時のエネルギ損失により主振動体の振動を効果的に減衰できることが、後述する試験により確認された。
【００１９】
【実施例】
本発明の衝撃ダンパの効果を確認するため、以下の試験を実施した。
【００２０】
図２は、本発明の実施例における試験装置の構成図である。この図において１は水平に往復運動する主振動体であり、２は衝撃ダンパを収容するための容器である。主振動体１は、その下端を振動台６に設置した固定台５を固定端とする水平な片持ちはりであり、その自由端に容器２を設置した。
【００２１】
試験は、片持ちはりの１次固有振動数が１０Ｈｚ（ｃａｓｅＡ）と５Ｈｚ（ｃａｓｅＢ）の場合について行った。また加振は、容器の中が空の状態での固有振動数ｆｎに対し、加振振動数ｆ／ｆｎ＝０．８〜１．２程度の範囲でスイープ試験（スイープ速度は、０．０１Ｈｚ／ｓｅｃ）を行った。
【００２２】
おもりの質量は、はり等価質量と容器質量の和に対して１０％とした。
【００２３】
本発明の衝撃ダンパ１０は、Ｖ字型上面１１のＶ字角度θ１を、１７２度とし、往復運動方向に対称に形成した。またＶ字型下面１３のＶ字角度θ２を、１６４度、１６６度、１６８度、１７０度の４種に変えて試験した。この角度も往復運動方向に対称に形成した。従って、Ｖ字型上面１１とＶ字型下面１３の間に形成される往復運動方向のすきまΔθは、両側合わせて最小２度、最大８度である。
【００２４】
評価方法として、はり先端の応答加速度および振動台の入力加速度より得られる伝達関数から、等価減衰比を求め、制振効果を比較した。
【００２５】
図３は、ｃａｓｅＡにおいて、容器２内におもりがない場合の特性図である。この図において、（Ａ）ははり端部加速度の時間変化、（Ｂ）ははり端部変位の時間変化、（Ｃ）ははり端部加速度の伝達関数である。
【００２６】
この図から、衝撃ダンパがない場合（容器２内におもりがない場合）には、９．５Ｈｚと１０Ｈｚの間に共振点があり、この共振点において応答倍率Ｐｘｙ／Ｐｘｘは約６００に達し、はり端部変位も最大片振幅約５ｍｍに達することがわかる。
【００２７】
図４は、ｃａｓｅＡにおいて、容器２内に本発明の衝撃ダンパ１０を取付けた場合の特性図である。なお、この例はＶ字型下面１３のＶ字角度θ２が、１７０度の場合である。また（Ａ）〜（Ｃ）は、図３と同様である。
この図から、本発明の衝撃ダンパ１０を取付けた場合、明確な共振点はなくなり、応答倍率Ｐｘｙ／Ｐｘｘの最大値も約９０まで（衝撃ダンパがない場合の約１／７）に低減され、はり端部変位も最大片振幅約１ｍｍ（衝撃ダンパがない場合の約１／５）に低減された。
【００２８】
図５は、本発明の試験結果を示す特性比較図である。この図において、（Ａ）はｃａｓｅＡ（１０Ｈｚ）、（Ｂ）はｃａｓｅＢ（５Ｈｚ）の場合である。
【００２９】
ｃａｓｅＡでは、図５（Ａ）からわかるように、本発明の衝撃ダンパ１０のＶ字型下面１３のＶ字角度θ２により、制振効果が異なり、Ｖ字角度θ２が１７０°の場合に最も大きな制振効果が得られた。１７０°の場合、おもり無しの場合と比較してはり先端の最大振幅が１７％（約１／５）に減少し、共振点での付加減衰が１．１％増加した。
【００３０】
ｃａｓｅＢでは、図５（Ｂ）からわかるように、本発明の衝撃ダンパ１０のＶ字型下面１３のＶ字角度θ２が１６８°の場合に最も大きな制振効果が得られた。１６８°の場合、おもり無しの場合と比較してはり先端の最大振幅が１２％（約１／８）に減少し、共振点での付加減衰が３．３％増加した。
【００３１】
ｃａｓｅＡとｃａｓｅＢの比較では、ｃａｓｅＢの方がｃａｓｅＡより等価減衰比が大きい傾向にある。これは相対的にｃａｓｅＢのスイープ速度が速いこと、はりの等価バネ定数が小さいためであると思われる。
【００３２】
上述したように、本発明の構成によれば、揺動おもり１４のＶ字型下面１３が主振動体１に固定された衝撃支持部材１２のＶ字型上面１１にすきま（ギャップ）をもって嵌合するので、主振動体が水平に振動すると、このギャップによりおもりが往復運動方向に揺動運動する。この際、揺動おもり１４と主振動体に固定された衝撃支持部材１２が衝突し、この衝突によりエネルギ損失が生じるため主振動体の振動を減衰することができる。
また本発明の構成は、従来と全く異なる構成であり、安定な周期運動を示す周波数範囲が広く、加工し難い球状や円柱状のおもりを必要としないので、大型であっても加工が容易でコストが低減できる。さらに、Ｖ字型上面１１とＶ字型下面１３が面で当たるので衝突面の劣化が少なく、衝突効果の低下がほとんど生じない。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
上述したように、本発明の衝撃ダンパでは、おもり下面をＶ字型に加工することにより、主振動体との間にギャップを設ける。主振動体が振動すると、このギャップによりおもりが揺動運動する。この際、おもりと主振動体が衝突しエネルギ損失が生じるため主振動体の振動が減衰するものである。また、おもりを主振動体の上に接合されたＶ字型上面を有する衝撃支持部材に載せることで、おもりが主振動体の振動方向に移動することを防止する。
【００３５】
従って、本発明の衝撃ダンパは、従来と全く異なる構成を有し、安定な周期運動を示す周波数範囲が広く、大型であっても加工が容易でコストが低減でき、衝突効果の低下がほとんどない、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の衝撃ダンパの構成図である。
【図２】本発明の実施例における試験装置の構成図である。
【図３】本発明の試験結果の参考例を示す特性図である。
【図４】本発明の試験結果の一例を示す特性図である。
【図５】本発明の試験結果を示す特性比較図である。
【図６】従来の衝撃ダンパの模式図である。
【符号の説明】
１ 主振動体、２ 容器、
３ 固体マス（球状もしくは円柱状のおもり）、
４ 粒体層、５ 固定台、６ 振動台、
１０ 衝撃ダンパ、
１１ Ｖ字型上面、１２ 衝撃支持部材、
１３ Ｖ字型下面、１４ 揺動おもり

Claims (1)

1. 水平に往復運動する主振動体の水平振動を減衰させる衝撃ダンパであって、
   前記主振動体に固定され、その往復運動方向に直交する水平方向に延びるＶ字型上面を有する衝撃支持部材と、
   前記Ｖ字型上面にすきまをもって嵌合するＶ字型下面を有し、Ｖ字型上面に往復運動方向に揺動可能に載せられた揺動おもりと、を備えたことを特徴とする衝撃ダンパ。

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