JP2006090355A

JP2006090355A - 舶用駆動系の組立方法および舶用推進装置

Info

Publication number: JP2006090355A
Application number: JP2004273328A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Nakagawa; 茂明中川; Toshio Imanaka; 敏夫今中
Original assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-21
Also published as: US20060063443A1; EP1637448A2; EP1637448B1; EP1637448A3; US7794296B2; JP4569922B2

Abstract

【課題】駆動軸系の望ましくない捩り振動を予測し、それを回避し得る舶用駆動系の組立方法、及び、試運転で捩り振動や騒音が許容範囲外となった場合に別の部品に取り替えずに調整で対処し得る舶用推進装置を提供することを目的とする。
【解決手段】プロペラシャフトの捩りバネ定数とプロペラの慣性モーメントとの相関関係から舶用駆動系の軸系における捩り振動の可不可判定基準を設定し、該可不可判定基準に基づいて軸系構成要素を選択し、組み立てる。前記舶用駆動系は、フライホイール２と、舶用減速逆転機４と、舶用減速逆転機入力軸６とフライホイール２との間に介在した、その特性が変更可能な弾性継手３を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの動力を伝達する舶用駆動系の組立方法および舶用推進装置に関する。

船舶に搭載される舶用減速逆転機は、一般に、入力軸及び出力軸を備え、入力軸と出力軸との間に摩擦クラッチを備えている。入力軸は、エンジンの駆動軸に連結されたフライホイールと弾性継手（例えば、特許文献１、２）等の継手を介して接続され、出力軸はプロペラシャフトと連結される。こうして、エンジンの出力は、駆動軸、フライホイール、継手（カップリング）、及び舶用減速逆転機を介してプロペラシャフトに伝達され、これら構成要素により舶用駆動系が構成されている（例えば、特許文献３）。
これら舶用駆動系の各構成要素は、格別の専業メーカー（例えば、舶用減速逆転機であれば舶用減速逆転機メーカー）によって製造され、船舶製造会社がそれぞれを部品レベルで納入し組み立てて舶用駆動系を完成させたり、エンジンメーカーがフライホイール、継手（カップリング）、及び舶用減速逆転機までをアセンブリ化したものを船舶製造会社が納入し、これをプロペラシャフトに連結して舶用駆動系を完成させたりする場合がある。
特開平７−３５１５０号公報米国特許第６２４４９６４号明細書米国特許第４６７９６７３号明細書

しかしながら、例えば、市場においてプロペラシャフトやプロペラ等は種々の種類のものが使用され、それぞれの捩り振動状態は異なるものとなる。
そのため、従来では、組立後に試運転してみて、駆動軸系の捩り振動およびそれによって生じる騒音が許容範囲外となった場合には、再度分解して別の部品に取り替えなければならないという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の問題を解消すべく、駆動軸系の望ましくない捩り振動を予測し、それを回避し得る舶用駆動系の組立方法を提供することを目的とする。また、試運転してみて捩り振動や騒音が許容範囲外となった場合に別の部品に取り替えずに調整で対処し得る舶用推進装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る舶用駆動系の組立方法は、エンジンに接続される舶用駆動系の組立方法であって、プロペラシャフトの捩りバネ定数とプロペラの慣性モーメントとの相関関係から舶用駆動系の軸系における捩り振動の可不可判定基準を設定し、該可不可判定基準に基づいて軸系構成要素を選択し、組み立てることを特徴とする。

前記舶用駆動系の軸系構成要素はプロペラシャフトまたはプロペラであって、前記可不可判定基準に基づいて、所望の捩りバネ定数のプロペラシャフト及び所望の慣性モーメントを有するプロペラを選択し、組み立てることができる。

前記可不可判定基準は、舶用駆動系に設けられた舶用減速逆転機の減速ギアの減速比毎に設定することができる。

また、前記舶用駆動系が、フライホイールと、舶用減速逆転機と、該舶用減速逆転機の入力軸とフライホイールとの間に介在された、その特性が変更可能な弾性継手とを有し、前記舶用駆動系の軸系構成要素を前記弾性継手としてもよい。

さらに、前記弾性継手は、前記フライホイールに固着された外輪と、前記入力軸に係合された内輪と、前記外輪と内輪との間に収容された弾性ブロックと、を備え、前記外輪の内周部と前記内輪の外周部とに、対向する少なくとも一対の凹部が形成され、該対向する凹部の各々に前記弾性ブロックの両端部が嵌るように該弾性ブロックが着脱可能に挿入され、該弾性ブロックの抜け落ちを防止する閉止部材を、前記内輪及び外輪の少なくとも一方に、着脱可能に固定することにより、所望の弾性ブロックを選択し組み込んで前記弾性継手の特性を変更自在とすることが好ましい。

前記弾性ブロックはゴムブロックで形成されていることが好ましい。前記可不可判定基準に基づいて前記ゴムブロックの硬度が選択されることが好ましい。

或いは、前記可不可判定基準に基づいて前記ゴムブロックの予圧縮度を選択することとしてもよい。

前記弾性継手の外輪及び内輪の少なくとも一方について前記凹部の凹み度合いの異なるものを選択することにより、前記ゴムブロックの予圧縮度を変更しても良い。

さらに、前記舶用駆動系の軸系構成要素が前記弾性継手の動力伝達下手側に設置した付加マスであって、前記可不可判定基準に基づいて付加マスが選択されることとしてもよい。その場合、前記マスの個数を増減させることとしてもよい。

上記組立方法に使用する前記可不可判定基準は、図表化した早見表にして使用することができる。該早見表は、組立マニュアルまたは仕様書に掲載しておくことができる。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る舶用推進装置は、エンジンの動力を伝達する舶用駆動系であって、前記舶用駆動系は、フライホイールと、舶用減速逆転機と、該舶用減速逆転機入力軸と前記フライホイールとの間に介在した、その特性が変更可能な弾性継手を備えていることを特徴とする。

前記舶用推進装置の弾性継手は、前記フライホイールに固着された外輪と、前記入力軸に係合された内輪と、前記外輪と内輪との間に収容された弾性ブロックと、を備え、前記外輪の内周部と前記内輪の外周部とに、対向する少なくとも一対の凹部が形成され、該対向する凹部の各々に前記弾性ブロックの両端部が嵌るように該弾性ブロックが着脱可能に挿入され、該弾性ブロックの抜け落ちを防止する閉止部材を、前記内輪及び外輪の少なくとも一方に、着脱可能に固定して、所望の弾性ブロックに交換することにより前記弾性継手の特性を変更可能に構成することができる。

前記舶用推進装置の弾性ブロックがゴムブロックであって、該ゴムブロックの硬度を変更して前記凹部の各々に嵌め込むように構成してもよい。

前記舶用推進装置の弾性ブロックがゴムブロックであって、該ゴムブロックの予圧縮度を変更して前記凹部の各々に嵌め込むように構成しても良い。

また、前記弾性継手の特性を変更するために、前記弾性継手の動力伝達下手側に設置される付加マスの数を増減可能に構成してもよい。

本発明の舶用駆動系の組立方法によれば、プロペラシャフトの捩りバネ定数とプロペラの慣性モーメントとの相関関係から前記船舶駆動系の軸系における捩り振動の可不可判定基準を設定し、該可不可判定基準に基づいて舶用駆動軸系の所望の構成要素を選択し、組み立てることにより、駆動軸系の望ましくない捩り振動を予測し、それを回避することができる。

前記可不可判定基準に従って、所望の捩りバネ定数を有するプロペラシャフト及び／又は所望の慣性モーメントを有するプロペラを採用することにより、軸系の望ましくない捩り振動を回避することができる。

また、舶用駆動系の軸系に配置した弾性継手は、駆動軸系の捩り振動に大きな影響を与えるため、弾性継手の構成部品である弾性ブロックを、前記可不可判定基準に従って所望の硬度を有する弾性ブロックを採用することで、軸系の望ましくない捩り振動を回避することができる。

また、前記可不可判定基準に従って、付加マスを増減することによっても、軸系の望ましくない捩り振動を回避することができる。

本発明の舶用推進装置によれば、試運転時に駆動軸系の捩り振動や騒音が許容範囲外となる場合には、舶用駆動系の構成部品そのものを取り替えることなく、そこに備えられた弾性継手の特性を調整することにより許容範囲内に収めることができる。

本発明における「軸系構成要素」は、プロペラシャフト、プロペラ、弾性継手、付加マス等の周辺部品等、望ましくない捩り振動によって生じる舶用減速逆転機の破損やギア音を改善するのに役立つ軸系の構成要素を意味する。このことは特許請求の範囲においても同様である。

本発明に係る舶用駆動系の組立方法の実施形態について、以下に図１〜１０を参照して以下に説明する。なお、全図を通し、同様の構成部分には同符号を付した。

図１は舶用駆動系の要部を示す縦断面図であり、図２は別の切り口を見た縦断面図である。舶用駆動系は、図外のエンジンに連結された駆動軸１と、駆動軸１に固定されたフライホイール２と、弾性継手３と、舶用減速逆転機４と、を有している。なお、図において、プロペラシャフト及びプロペラは図示省略している。

弾性継手３は、図１，図３、及び図４に示すように、フライホイール２に固着された外輪５と、舶用減速逆転機４の入力軸６にスプライン嵌合された内輪７と、外輪５と内輪７との間に収容された複数個の弾性ブロック８と、を備えている。外輪５の内周部と内輪７の外周部とに、対向する複数の凹部５ａ、７ａが形成され、その凹部５ａ、７ａの各々に弾性ブロック８の両端部が嵌るように弾性ブロック８が着脱可能に挿入されている。更に、弾性ブロック８の抜け落ちを防止する円環状の閉止部材９，１０が、内輪７及び外輪５にボルト１１、１２により着脱可能に固定されている。弾性ブロック８は、合成ゴム等のゴムによって円柱状に形成され得る。

図示例では、内輪７に固定される閉止部材１０は、付加マスを兼ねている。閉止部材１０を構成する付加マスは、図４に示すように、長さの異なる固定ボルト１２′により複数個を重ねて固定することができ、それにより慣性モーメントを調節することができる。

舶用減速逆転機４は、ケーシング１３と、ケーシング１３の一端開口部に挿入された入力軸６と、入力軸６に固定された前進用ハウジングギア１４、入力軸６に回動自在に外嵌された前進用ピニオンギア１５、前進用ハウジングギア１４と前進用ピニオンギア１５との間に介在された摩擦クラッチ１６、ケーシング１３の他端開口部から突出し図示しないプロペラシャフトが取り付けられる出力軸１７、出力軸１７に固定されピニオンギア１５と噛み合うアウトプットギア１８とを備えている。

摩擦クラッチ１６は、ハウジングギア１４に固定された摩擦板とピニオンギア１５に固定された摩擦板とが相互に噛み合い、油圧プッシャー１９に押圧されることよって摩擦係合できるようになっている。

図２に示すように、サポート軸２０が入力軸６（図１）と平行に配置されている。サポート軸２０に固定された後進用ハウジングギア２１は、前進用ハウジングギア１４と噛み合っている。後進用ハウジングギア２１は、摩擦クラッチ２２を介してサポート軸２０に回動自在に外嵌された後進用ピニオンギア２３と係合可能となっている。後進用ピニオンギア２３はアウトプットギア１８と噛み合っている。

上記構成を有する舶用駆動系を組み立てるに際し、図６〜１０に示す可不可判定基準を使用する。図６〜１０に示す可不可判定基準は図表化された早見表の例示であり、これらの早見表は、組立マニュアル若しくは仕様書に掲載しておくことができる。

早見表は、プロペラシャフトの捩りバネ定数を縦軸にとり、プロペラの慣性モーメントを横軸にとった直交座標上に、船舶駆動系の軸系の捩り振動を可不可判定基準とする基準曲線Ｉがプロットされている。

この基準曲線Ｉは、プロペラシャフトの捩りバネ定数、プロペラの慣性モーメントから捩り振動固有振動数を求め、捩り振動固有振動数から算出される捩り応力が許容応力を越える場合を「不可」とし、許容応力範囲内である場合を「可」とすることにより設定される。これらの数値計算は、プログラムにより計算することができ、一般にはホルツァ（Holzer）の解析法が使用される。許容応力の安全率は、駆動軸系の望ましくない捩り振動を防止することができ、舶用逆転減速機内における望ましくないギア音を防止できるように、適切な値が選ばれる。

図６〜図８に示す早見表は、ピニオンギア１５、２３とアウトプットギア１８との減速比が、それぞれ、２．４３、２．０４、１．５５の場合の早見表である。図６〜図８に示す早見表において、基準曲線Ｉより上の領域は望ましくない領域であり、基準曲線Ｉより下の領域が好ましい領域である。

例えば、減速比が２．４３、プロペラシャフトの捩りバネ定数が２２７７３（Ｎｍ／ｒａｄ）、プロペラの慣性モーメントが０．３７５（ｋｇ・ｍ^２）である場合には、図６に示す早見表では、基準曲線Ｉの下方領域にあるので、望ましくない捩り振動は回避できる。

また、例えば、減速比が２．０４、プロペラシャフトの捩りバネ定数が３３７３１（Ｎｍ／ｒａｄ）、プロペラの慣性モーメントが０．２１９（ｋｇ・ｍ^２）である場合には、図７に示す早見表では、基準曲線Ｉの上方領域にあるため、軸系の望ましくない捩り振動の発生が予想される。従って、その場合は、基準曲線Ｉの下方領域になるように、所望の捩りバネ定数を有するプロペラシャフト及び／又は所望の慣性モーメントを有するプロペラを選定し、組み込むことにより、軸系の望ましくない捩り振動が回避される。

図９は、付加マス（閉止部材１０）に関する早見表である。図９に示す早見表には、２本の基準曲線Ｍ_１、Ｍ_２があり、基準曲線Ｍ_１の上領域はＮＧ領域（この領域に入るような捩りバネ定数のプロペラシャフトや慣性モーメントのプロペラを使用することが望ましくない領域、即ち、望ましくない捩り振動の発生が予測される領域）であり、基準曲線Ｍ_１と基準曲線Ｍ_２との間の領域は付加マスを２個取り付けることが望ましい領域であり、基準曲線Ｍ_２より下の領域は付加マスを１個取り付けることが望ましい領域である。斯かる早見表に従い、付加マスの個数を増減することにより、望ましくない捩り振動を回避することができる。なお、図３に示された不可マス１個の慣性モーメントは、例えば０．２ｋｇ・ｍ^２である。

なお、図９では、付加マスの個数を選択する基準曲線がプロットされた早見表を示したが、付加マスの個数に限らず、付加マスの慣性モーメント等を選択するための基準曲線がプロットされた早見表とすることもできる。

図１０は、弾性ブロック８に関する早見表である。図１０に示す早見表には、２本の基準曲線Ｒ_１、Ｒ_２があり、基準曲線Ｒ_１より上の領域はＮＧ領域であり、基準曲線Ｒ_１と基準曲線Ｒ_２との間の領域は或る硬度（図示例では、硬度Ａは例えば７５ＨＳである。）の弾性ブロック８を推奨する領域であり、基準曲線Ｒ_２より下の領域は別の或る硬度（図示例では、硬度Ｂは例えば８０ＨＳである。）の弾性ブロックを推奨する領域である。従って、この早見表によれば、選ばれた２種類の硬度の弾性ブロックを用意しておくことで、軸系の望ましくない捩り振動を回避することが可能になる。弾性継手の捩りバネ定数は軸系の捩り振動に大きく影響するが、弾性ブロックの硬度を変えることにより弾性継手捩りバネ定数を変えることができるからである。

弾性ブロック８の変更により軸系の捩りバネ定数を変える他の方法として、弾性ブロック８を構成するゴムブロックを予圧縮した状態で組み込むこともできる。予圧縮したゴムブロックは、予圧縮しない場合に比べて、弾性継手の動倍率（動的捩りバネ定数と静的捩りバネ定数の比率）を下げることにより、弾性継手の動的捩りバネ定数を下げる。

従って、早見表の基準曲線として、ゴムブロックの予圧縮度を選択するための基準曲線をプロットしておき、その早見表（不図示）に従って所望の予圧縮をかけた状態のゴムブロックを組み込むことで、軸系の捩り振動を回避し得る。その場合の早見表にプロットした基準曲線としては、例えば、該基準曲線の上の領域では予圧縮不要であり、該基準曲線の下の領域では予圧縮必要というように表示することができる。

ゴムブロックに予圧縮を与えた状態で組み込むには、例えば、弾性ブロック８を構成するゴムブロックの外周面に当接する、少なくとも外輪５及び内輪７の各凹部５ａ、７ａの寸法をゴムブロックの無負荷時外径より小さくすることにより、各凹部５ａ、７ａとゴムブロックとの間の間隙を小さくし、組み付け時においてゴムブロックに予圧縮を与えることができる。

図５にはその具体的な予圧縮を与えるための構造が記載されており、内輪７の凹部７ａの表面に、ハッチングで示す所定容積を有する拡張部７ｂを設けたもの７´を用い、真円形のゴムブロックを予め楕円形に変形させて組み込むことで予圧縮を与えるのである。然して凹部７ａの凹み度合いの異なる拡張部７ｂをもつ複数種の内輪７を用意しておけば様々の予圧縮率を現出させ得ることができる。

或いは、各凹部５ａ、７ａによって画定される寸法より大きい所望の外径を有し、予圧縮した状態で組み込まれるゴムブロックを用意しておいても良い。

上記の説明では可不可判定基準として早見表を例として説明したが、例えば、可不可判定基準を設定するプログラムに、プロペラシャフトの捩りバネ定数とプロペラの慣性モーメント値を入力すれば、望ましくない捩り振動を回避し得る軸系構成要素の数値、特性、個数等をモニター等に出力するように構成することもできる。

本発明方法を適用する舶用駆動系の要部を示す縦断面図である。図１に示す舶用駆動系の他の断面を示す要部縦断面図である。図１に示す舶用駆動系の構成要素である弾性継手を示す斜視図である。図３に示す弾性継手の他の態様を示す斜視図である。弾性継手のゴムブロック周辺部分を拡大して示す正面図である。本発明方法に使用する早見表の一実施形態を示す図表である。本発明方法に使用する早見表の一実施形態を示す図表である。本発明方法に使用する早見表の一実施形態を示す図表である。本発明方法に使用する早見表の一実施形態を示す図表である。本発明方法に使用する早見表の一実施形態を示す図表である。

符号の説明

１駆動軸
２フライホイール
３弾性継手
４舶用減速逆転機
５外輪
６入力軸
７内輪
８弾性ブロック
９，１０閉鎖部材
１３ケーシング
１６摩擦クラッチ
１７出力軸

Claims

エンジンに接続される舶用駆動系の組立方法であって、
プロペラシャフトの捩りバネ定数とプロペラの慣性モーメントとの相関関係から舶用駆動系の軸系における捩り振動の可不可判定基準を設定し、該可不可判定基準に基づいて軸系構成要素を選択し、組み立てることを特徴とする前記組立方法。
前記舶用駆動系の軸系構成要素が、プロペラシャフトまたはプロペラであって、
前記可不可判定基準に基づいて、所望の捩りバネ定数のプロペラシャフト及び所望の慣性モーメントを有するプロペラを選択し、組み立てることを特徴とする請求項１記載の前記組立方法。
前記可不可判定基準が、舶用駆動系に設けられた舶用減速逆転機の減速ギアの減速比毎に設定されていることを特徴とする請求項２記載の組立方法。
前記舶用駆動系は、フライホイールと、舶用減速逆転機と、該舶用減速逆転機の入力軸とフライホイールとの間に介在された、その特性が変更可能な弾性継手とを有し、前記舶用駆動系の軸系構成要素が前記弾性継手であることを特徴とする請求項１記載の組立方法。
前記弾性継手は、前記フライホイールに固着された外輪と、前記入力軸に係合された内輪と、前記外輪と内輪との間に収容された弾性ブロックと、を備え、前記外輪の内周部と前記内輪の外周部とに、対向する少なくとも一対の凹部が形成され、該対向する凹部の各々に前記弾性ブロックの両端部が嵌るように該弾性ブロックが着脱可能に挿入され、該弾性ブロックの抜け落ちを防止する閉止部材を、前記内輪及び外輪の少なくとも一方に、着脱可能に固定することにより、所望の弾性ブロックを選択し組み込んで前記弾性継手の特性を変更自在としていることを特徴とする請求項４記載の組立方法。
前記弾性ブロックがゴムブロックで形成されていることを特徴とする請求項４記載の組立方法。
前記可不可判定基準に基づいて前記ゴムブロックの硬度が選択される請求項６記載の組立方法。
前記可不可判定基準に基づいて前記ゴムブロックの予圧縮度が選択されることを特徴とする請求項６記載の組立方法。
前記弾性継手の外輪及び内輪の少なくとも一方について前記凹部の凹み度合いの異なるものを選択することにより、前記ゴムブロックの予圧縮度が変更されることを特徴とする請求項８記載の組立方法。
前記舶用駆動系の軸系構成要素が前記弾性継手の動力伝達下手側に設置した付加マスであって、
前記可不可判定基準に基づいて付加マスが選択されることを特徴とする請求項４記載の組立方法。
前記マスの個数を増減させることを特徴とする請求項１０記載の組立方法。
請求項１〜１１の何れかに記載された組立方法に使用する、前記可不可判定基準を図表化した早見表。
請求項１２に記載された早見表が掲載された組立マニュアルまたは仕様書。
エンジンの動力を伝達する舶用駆動系であって、
前記舶用駆動系は、フライホイールと、舶用減速逆転機と、該舶用減速逆転機入力軸と前記フライホイールとの間に介在した、その特性が変更可能な弾性継手を備えていることを特徴とする舶用推進装置。
前記弾性継手は、前記フライホイールに固着された外輪と、前記入力軸に係合された内輪と、前記外輪と内輪との間に収容された弾性ブロックと、を備え、前記外輪の内周部と前記内輪の外周部とに、対向する少なくとも一対の凹部が形成され、該対向する凹部の各々に前記弾性ブロックの両端部が嵌るように該弾性ブロックが着脱可能に挿入され、該弾性ブロックの抜け落ちを防止する閉止部材を、前記内輪及び外輪の少なくとも一方に、着脱可能に固定して、所望の弾性ブロックに交換することにより前記弾性継手の特性を変更可能に構成したことを特徴とする請求項１４記載の舶用推進装置。
前記弾性ブロックがゴムブロックであって、該ゴムブロックの硬度を変更して前記凹部の各々に嵌め込むように構成したことを特徴とする請求項１５記載の舶用推進装置。
前記弾性ブロックがゴムブロックであって、該ゴムブロックの予圧縮度を変更して前記凹部の各々に嵌め込むように構成したことを特徴とする請求項１５記載の舶用推進装置。
前記弾性継手の特性を変更するために、前記弾性継手の動力伝達下手側に設置される付加マスの数を増減可能に構成したことを特徴とする請求項１４記載の舶用推進装置。