JP2012042052A - 回転シャフトたわみ振動制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトのたわみ振動を制動する装置を改良する。
【解決手段】第一軸線回りで回転するシャフトのたわみ振動を制動する制振装置であって、装置は、支持ボディと第一部材を含み、第一部材は、シャフトが貫通嵌合する円環状開口を画定し、シャフトが第一軸線に対して径方向にたわむ時、第一部材は、支持ボディ及び第一軸線に対して径方向に第一位置と第二位置の間で可動である。第一部材は、シャフトの回転速度が少なくとも第一範囲の時、第一位置にセットされ、開口はシャフトによってゆるく離れて貫通され、第一部材は、使用時、シャフトの回転速度が臨界速度を含む第二範囲の時、第二位置にセットされ、開口のプロファイルは使用時にシャフトと協同動作し、装置は、支持ボディと第一部材の間に介在する第一弾性手段と、第一部材と一体化して第一軸線に対して径方向に沿って可動なピンを含み、第一弾性手段はピンと支持ボディの間に介在する。
【選択図】図１

Description

本発明は回転シャフトたわみ振動制振装置に関する。

振動力学で知られているように、ある軸線のまわりで回転するシャフトにはたわみ振動が発生する、すなわち、シャフトの回転軸線に関して径方向に振動し、特に臨界速度で回転するときに大きく振動する。

臨界速度より高い速度ではシャフトが適切に機能できないため、制振装置を用いてシャフトが臨界速度に達したときシャフトのたわみエネルギーを吸収する。

制振装置はまた、シャフトの径方向変位を許容できる範囲に維持して損傷の発生を防ぎ、シャフトのたわみ振動を安定化するように設計される。

具体的に言うと、実質的に固定された支持ボディと、シャフトが貫通嵌合する円環状の開口を画定するリングを含む制振装置が知られている。

臨界たわみ振動速度範囲の外で回転しているときシャフトはこの開口にゆるく離れて嵌合している。

言い換えると、シャフトはリングと接触しない。

これに対して、臨界速度でのシャフトのたわみ振動は、シャフトをリングと接触させる。

シャフトとリングの接触は、まずシャフトの自然振動数及び全体的な剛性を変化させ、シャフトと制振装置のリングの間の摺動摩擦で生ずる熱を散逸させ、この摺動摩擦が回転とたわみ振動に対抗してシャフトの動力学を変える。

上記の２つの現象の結果、制振装置はたわみ振動の増大に対抗し、シャフトの変位に関連するエネルギーを吸収する。

この産業では、臨界シャフト回転速度でのシャフトたわみ振動を減衰させ、同時に臨界シャフト回転速度以外の回転速度でシャフトと制振装置の間の摩擦を最小にする必要があると認識されている。

また、制振装置の応答時間を短縮する必要も認識されている。

本発明の目的は、シャフトのたわみ振動を制動する装置であって、上述の目標の少なくとも一つを簡単で金がかからない仕方で達成する装置を提供することである。

本発明によれば、請求項１に記載されているような、第一の軸線のまわりで回転するシャフトのたわみ振動を制動する制振装置が提供される。

本発明の好ましい非限定的は実施形態を、実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明による制振装置を示す斜視図である。 図２は、図１の制振装置を示す正面図である。 図３は、図１と２の制振装置を示す斜視図であり、分かりやすいようにいくつかの部品を除いてある。 図４は、図１と２の制振装置を示す斜視図であり、分かりやすいようにいくつかの部品を除いてある。 図５は、シャフトと図１〜４の制振装置を含む駆動装置を、分かりやすいようにいくつかの部品を除いて示す断面図である。

図１の参照番号１は、軸線Ａのまわりで回転するシャフト２のたわみ振動を制動する制振装置を表す。

より具体的に言うと、たわみ振動は軸線Ａに対する径方向平面で、すなわち軸線Ａに対して直交する平面で発生する。

装置１は、駆動装置３に組み込まれるように設計されており、図５はその駆動装置３のうち、シャフト２、装置１、軸線Ａのまわりで回転するシャフト２を支持する２つのベアリング４だけを示している。

駆動装置３は、好ましくは航空機の、特にヘリコプター又は垂直離着陸航空機の一部を形成する。

装置１は、
図示されない仕方でベアリング４に固定された支持ボディ６と、
シャフト２が嵌合する開口１２を画定し、軸線Ａに対して径方向に、第一の位置と第二の位置の間で可動であるリング１１とを実質的に含む。

より詳しく言うと、開口１２は円形でプロファイル１３によって限られる。

シャフト２は、回転速度に応じて、すなわちシャフト２のたわみ振動の量に応じて、２つの範囲で動作する。

第一の動作範囲では、シャフト２の回転速度はシャフト２の臨界速度を含まない第一の範囲にある。

第一の回転速度範囲では、シャフト２は開口１２の内側でゆるく離れて回転し、リング１１は第一の位置にセットされる。

言い換えると、シャフト２のたわみ振動は、シャフト２を開口１２のプロファイル１３に接触させるに至らない。

第二の動作範囲では、シャフト２の回転速度は第一の範囲と異なりシャフト２の臨界速度を含む第二の範囲にある。

シャフト２が第二の速度範囲で回転すると、シャフト２の外側プロファイルが開口１２のプロファイル１３と接触し、リング１１を第二の位置へ動かす。

言い換えると、たわみ振動の量がシャフト２の外側プロファイルを開口１２のプロファイル１３と接触させるに十分になる。

より具体的に言うと、支持ボディ６は、
軸線Ａと実質的に平行で軸線Ａから離れている底壁７、
底壁７からリング１１の方へ実質的に直角に突出する横木８、及び
底壁７の対向するエッジからリング１１の方へ実質的に底壁７に直角に突出する２つの実質的に平行な側面９、を含む。

支持ボディ６は、また、
底壁７と横木８の一つの側面の間に介在する台形状のリブ１０（図３と５）、及び
横木８からリブ１０の反対側に突出する付属物（appendix）１７（図１、２、３）、を含む。

装置１は支持ボディ６とリング１１の間に介在する弾性手段１８を好適に含む。

より具体的には、リング１１は、実質的に、
互いに嵌合して開口１２を画定する２つの、それぞれ上方及び下方の、半リング１４、１５、及び
半リング１５から突出し、軸線Ａと直交する軸線Ｂに沿って細長くなっており、図示例では垂直に位置しているピン１６、を含む。

半リング１４、１５は、それぞれの周端で着脱可能に互いに結合している。

ピン１６は付属物１７をゆるく通って延び、リング１１が第一の位置にあるとき、軸線Ｂは径方向、すなわち軸線Ａに対して直角である。

ピン１６は半リング１５に一体的に嵌合する第一端と、第一端の反対側の底壁７に向いた第二端を含む（図４）。

支持ボディ６は、それぞれの側面とリブ１０の間に介在する２つの付属物８０（図４）を含む。

より具体的に言うと。各付属物８０は、
それぞれの側面９から突出し、軸線が軸線Ｂと平行な第一の円形シートを画定する水平部分２０、
リブ１０に結合され、軸線が軸線Ｂと平行な第二の円形シートを画定する水平部分２１、及び
部分２０と部分２１の間に介在する垂直部分、を含む。

図４に示されているように、部分２１は部分２０の間に介在する。

部分２０の第一のシートと部分２１の第二のシートはそれぞれのショルダー２２、２６を画定する。

半リング１５は、半リング１５の底部から半リング１４の反対側に突出する２つの突出部５１を含む。

突出部５１は、対応する部分２０によって画定されるそれぞれの第一のシートの反対側にそれぞれのショルダー２６を画定する（図４）。

支持ボディ６はまた、ピン１６と一体になり、２つの円形ショルダー３１を画定するプレート３０を含む。

プレート３０はピン１６の第二端から突出し、ピン１６と実質的に直交している。

より詳しく言うと、ショルダー３１は軸線Ｂと平行でそれぞれのショルダー２６と垂直に向き合っている。

弾性手段１８は、
各々それぞれのショルダー２８とそれぞれのショルダー２２の間に介在する２つのばね３５、及び
各々それぞれのショルダー２６とそれぞれのショルダー３１の間に介在する２つのばね３６、を含む。

ばね３５、３６は、軸線Ｂと平行に延び、この図示例ではコイルばねである。

ばね３６はばね３５の間に介在する。

ばね３５、３６はリング１１を第一の位置に荷重する。詳しく言うと、シャフト２がリング１１に何も力を及ぼさないとき、すなわちシャフト２が第一の速度範囲で回転しているとき、ばね３５、３６は、等しい、反対向きの力Ｆ１、Ｆ２をそれぞれがピン１６に、したがってシャフト２に及ぼすように荷重される。

図２に示されているように、力Ｆ２はショルダー２２からショルダー２８へ向けられている。

力Ｆ１はショルダー２６からショルダー３１へ向けられている。

力Ｆ１、Ｆ２は軸線Ｂと平行である。

これに対し、第二の速度範囲で回転しているとき、シャフト２はリング１１に力を及ぼし、力Ｆ１、Ｆ２のバランスをこわす。

シャフト２の回転速度が第一の範囲に戻ると、ばね３５、３６がピン１６を押し、したがってピン１６と一体化しているリング１１を弾性的に軸線Ｂに沿ってシャフト２の方へ押す。

より詳しく言うと、ばね３５、３６はリング１１とピン１６を制動している摩擦力にちょうど打ち勝つだけ荷重される。

付属物１７はピン１６が貫通嵌合されている自由関節ジョイント４０を収容しており、それがピン１６を、したがってリング１１を、軸線Ａと平行な軸線Ｃのまわりで回転できるようにする。

詳しく言うと、自由関節ジョイント（図４）は、
付属物１７によって画定され、球面部分の形の表面４２を有するシートの内側に収容される部材４１、及び
ピン１６が貫通嵌合する貫通孔４を画定し、表面４２と協同動作する表面４５を有する部材４３、を含む。

表面４５は球面部分の形である。

部材４１は、付属物１７の内側に固定され、部材４３は部材４１に対して軸線Ｃのまわりで回転できる。

装置１は、また（図１）、
支持ボディ６のそれぞれの壁４９の内側で端にねじ込まれ、リング１１のそれぞれの突出部５１を通ってゆるく延び、突出部５１から軸線ＡとＣに平行に突出する２つのピン５０、
それぞれのピン５０が同軸に嵌合され、支持ボディ６に対して固定される２つのディスク状プレート５２、及び
各々それぞれのピン５０とそれぞれのプレート５２の間に介在する２つのばね５９、を含む。

壁４９は円環状の形であり、各々それぞれの側面９と横木８の間に延びる。

ばね５９は、図示例ではコイルばねであり、軸線ＡとＣに平行に延びる。

図３を参照すると、各突出部５１は実質的に円筒状であり、軸線方向に第一の面５３と、それと反対側の第二の面５４で限られている。

各突出部５１の面５３は、関連のプレート５２に面し、それからある与えられた距離にあり、各突出部５１の面５４は、関連の壁４９に面し、それからある与えられた距離にある。

各面５３は円環状のシートを含み、それにディスク状ワッシャー５５が係合し、それが関連のプレート５２と摺動的に協同動作する。

各面５４は円環状のシートを含み、それにディスク状ワッシャー５７が係合し、それが関連の壁４９と一体化したワッシャー５６と摺動的に協同動作する。

ばね５９はそれぞれのプレート５２をそれぞれのワッシャー５５に荷重し、ワッシャー５７をワッシャー５６に荷重して、ピン１６が軸線Ｂに沿って摺動するとき、ワッシャー５５とプレート５２の間、及びワッシャー５７とワッシャー５６の間の摺動摩擦を増加させる（図３）。

装置１の動作を、シャフト２が第一の速度範囲で、すなわちシャフトの臨界速度より下又は上で、回転する状態からスタートして説明する。

この状態では、シャフト２のたわみ振動はほとんどなく、したがってシャフト２は開口１２のプロファイル１３からゆるく離れて貫通して延びる。

ばね３５、３６はそれぞれの等しい、反対方向の力Ｆ１、Ｆ２をピン１６に、したがってリング１１に、及ぼす。

シャフト２が第二の速度範囲で回転すると、すなわちその臨界速度の一つに近づく又は達すると、シャフト２のたわみ振動はそれをプロファイル１３と接触させるのに十分になる。

シャフト２のたわみ振動（図２）は、
リング１１を、したがってピン１６を、孔４４の内側で軸線Ｂに沿って摺動させ、
リング１１を、したがってピン１６とプレート３０を、自由関節ジョイント４０によって規定される軸線Ｃのまわりで振動させ、その結果、開口１２の中心が軸線Ａに対してずれる。

開口１２の中心が軸線Ａに対してずれるのは、たわみ振動が最も激しくなる軸線Ａに対する径方向平面が軸線Ａを中心とする理想的な円筒に沿って周期的に変化するためである。

したがって、開口１２の中心が周期的に軸線Ａを中心とする円を描く。

言い換えると、ピン１６が軸線Ｂに沿って摺動し、ピン１６の軸線Ｂが軸線Ｃのまわりで振動する。

軸線Ｂに沿ったピン１６の摺動に、ピン１６と一体化したワッシャー５５、５７と支持ボディ６と一体化したプレート５２とワッシャー５６の間の摺動摩擦が対抗する。

この摺動摩擦が軸線Ｂに沿ったリング１１の動きに対抗し、シャフト２のたわみ振動を減衰させ、シャフト２は軸線Ａのまわりで安定に回転する。

この状態では、したがって力Ｆ１、Ｆ２はもはや等しくなく、その差はシャフト２がリング１１に、したがってピン１６に、及ぼす力に等しい。

シャフト２の回転速度が第一の範囲に戻ると、ばね３５、３６はそれぞれの荷重された位置に戻る。

したがって、ピン１６は底壁７から押しやられ、リング１１は最初の位置に戻る。

ばね３５、３６はまたピン１６を軸線Ｃのまわりで回して軸線Ｂが軸線Ａと直角になる位置まで回し、開口１２の中心が再び軸線Ａに沿った位置になる。

言い換えると、ばね３５、３６はピン１６にそれぞれの等しい、反対向きの力Ｆ１、Ｆ２を及ぼすそれぞれの位置に動く。

本発明による制振装置１の利点は上の説明から明らかであろう。

特に、ばね３５、３６は、シャフト２の回転速度がシャフト２の臨界速度より低くなるとすぐに、ピン１６によって、リング１１を最初の位置へ速やかに正確に戻すように作用ずる。

より具体的に言うと、ばね３５、３６は、
ピン１６を、したがってリング１１を、軸線Ｂに沿って底壁７から離すように摺動させ、
ピン１６を、したがってリング１１を、自由関節ジョイント４０によって定められる軸線Ｃのまわりで回転させる。

言い換えると、ばね３５、３６は、シャフト２の回転速度が第二の範囲から第一の範囲へ移行するとすぐに、開口１２のプロファイル１３とシャフト２の外側プロファイルの間の摩擦を減少させる。

ばね３５、３６は、また、シャフト２のたわみ不安定性に対する装置１の応答時間を減少させて、装置１の安定化効果を大きく向上させる。

リング１１は２つの着脱可能な半リング１４、１５から作られており、装置１を検査し、組み立てることはきわめて容易である。

ここで説明したような制振装置１には、本発明の範囲から逸脱することなく変更を加えることが可能であるということは明らかである。

Claims (10)

1. 第一の軸線（Ａ）のまわりで回転するシャフト（２）のたわみ振動を制動する制振装置（１）であって、該装置は、
   支持ボディ（６）と、
   第一の部材（１１）と、を含み、該第一の部材は、前記シャフト（２）が貫通嵌合する円環状の開口（１２）を画定し、前記シャフト（２）が前記第一の軸線（Ａ）に対して径方向にたわむとき、該第一の部材は、前記支持ボディ（６）に対して及び前記第一の軸線（Ａ）に対して径方向に第一の位置と第二の位置の間で可動であり、
   前記第一の部材（１１）は、前記シャフト（２）の回転速度が少なくとも第一の範囲内にあるとき、前記第一の位置にセットされて、前記開口（１２）は前記シャフト（２）によってゆるく離れて貫通され、
   前記第一の部材（１１）は、使用時に、前記シャフト（２）の回転速度が該第一の範囲と異なる少なくとも一つの該シャフト（２）の臨界速度を含む第二の範囲にあるとき、前記第二の位置にセットされて、前記開口（１２）のプロファイル（１３）は使用時に前記シャフト（２）と協同動作し、
   前記装置は、
   前記支持ボディ（６）と前記第一の部材（１１）の間に介在する第一の弾性手段（１８、３５、３６）、及び
   前記第一の部材（１１）と一体化して前記第一の軸線（Ａ）に対して径方向に沿って可動なピン（１６）、を含み、
   前記第一の弾性手段（１８、３５、３６）は前記ピン（１６）と前記支持ボディ（６）の間に介在しており、
   さらに、前記ピン（１６）と一体化し交差しているプレート（３０）を含み、
   前記第一の弾性手段（１８、３５、３６）は、
   前記支持ボディ（６）の第一の部分（２０）と前記第一の部材の突出部（５１）の間に介在する少なくとも一つの第一のばね（３６）、及び
   前記プレート（３０）と前記支持ボディ（６）の第二の部分（２１）の間に介在する少なくとも一つの第二のばね（３５）、を含む、ことを特徴とする装置。
2. 前記第一の弾性手段（１８、３５、３６）は前記第一の部材（１１）を前記第一の位置へ荷重していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第一のばね（３６）が荷重されて第一の力（Ｆ２）を及ぼし、前記第二のばね（３５）が荷重されて第二の力（Ｆ１）を及ぼし、前記第一の力（Ｆ２）は前記第二の力（Ｆ１）と等しく反対向きであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記第一の部材（１１）は前記支持ボディ（６）に対して前記第一の軸線（Ａ）と平行な第二の軸線（Ｃ）のまわりで回転可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記支持ボディ（６）に対して固定された第二のボディ（４１）の第二の表面（４２）と協同動作する第一の表面（４５）を有する第一のボディ（４３）を含み、
   前記第一及び第二の表面（４５、４２）は各々球面部分の形であり、
   前記第一のボディ（４３）は前記第二のボディ（４１）に対して前記第二の軸線（Ｃ）のまわりで回転し、
   前記ピン（１６）は前記第一のボディ（４３）に対して前記第一及び第二の軸線（Ａ、Ｃ）と交差する第三の軸線（Ｂ）に沿って摺動し、少なくとも前記第二の軸線（Ｃ）のまわりで前記支持ボディ（６）に対して回転する、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記第一の部材（１１）は着脱可能に互いに結合された第一及び第二の半部材（１４、１５）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記第一の部材（１１）と一体的に動く第二の部材（５５、５７）、及び
   前記第二の部材（５５、５７）と摺動的に協同動作し、前記支持ボディ（６）と一体化して可動な第三の部材（５６、５２）、を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記第二の部材（５５、５７）を前記第三の部材（５６、５２）へ荷重する第二の弾性手段（５９）を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 駆動装置（３）において、
   少なくとも、使用時に、該第二の回転速度範囲で動作する前記シャフト（２）と、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の制振装置（１）と、を含む駆動装置（３）。
10. 請求項９に記載の駆動装置を含む航空機。

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