JP2017150639A - 回転軸のねじり振動ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】 制振する回転軸上に直接取付けることなく、前記回転軸に発生するねじり振動を良好に制振し得、また小型化および軽量化も実現し得る回転軸のねじり振動ダンパを提供する。【解決手段】 負荷に連結されてねじり振動を生起する主回転軸の円周方向に沿い形成した一方の歯車３と、軸線が主回転軸１と平行になるよう両端部を軸受５に回転可能に支持されるとともに、周方向に形成した歯車２に噛合する他方の歯車４を有する付随回転軸２とを有し、軸受５は、付随回転軸２の径方向の振動を吸収し得るように形成した。【選択図】 図１

Description

本発明は回転軸のねじり振動ダンパに関し、モータ、タービン、コンプレッサなど、トルク脈動を発生する回転駆動機械に適用して有用なものである。

モータ、レシプロ機関をはじめとする内燃機関など、トルク変動を発生する駆動機と結合されたコンプレッサ、ポンプなどの回転機械では、回転中にこのトルク変動に伴うねじり振動が発生し、最悪の場合には回転軸が損傷するなどの不具合が生起される。

かかる不具合を発生する回転軸に生起されるねじり振動を抑止するため、種々のねじり振動ダンパが提案されている（例えば、特許文献１）。図４は、従来技術に係る回転軸のねじり振動ダンパの一例を示す断面図である。同図に示すように、当該ねじり振動ダンパは、回転軸０１に嵌め込まれている円筒状部材０２およびリング状の弾性部材０３を介して円筒状部材０２に嵌め込まれているリング状の質量部材０４を備えている。ここで、円筒状部材０２、弾性部材０３および質量部材０４は回転軸０１の軸心に同心となるように形成してある。すなわち、かかる振動ダンパでは、回転軸０１上で、ゴム等の弾性部材０３を介して質量部材０４を支持しており、周方向で振動する振動系が形成される。当該振動ダンパでは、前記振動系に起因する振動により回転軸０１に発生するねじり振動をキャンセルして制振している。

特許第５２２３９９９号公報

図４に示す従来技術に係るねじり振動ダンパでは、ねじり振動をキャンセルするための振動系が回転軸０１上で回転軸０１と一緒に回転するので、質量部材０４の存在が、今度は振れ回り振動等の要因となる。また、回転軸０１自体の重量も増加し、大型化を招来する。さらに、重量が大きい質量部０４を弾性部材０３を介して回転軸０１に取付けているので、質量部０４の中心が、回転軸０１の中心に対して偏心し易く、偏心した場合には、質量部材０４が重量物であることと相俟ってさらに振れ回り振動が大きくなる。

一般に、軸系は回転しているので、そのねじり振動を抑制するためには回転軸とともに回転するダンパ構造を必要とする。この場合、従来技術のダンパ構造に共通するように、ダンパ構造を回転軸に一体化する構造とした場合には、回転軸０１自体の重量が増加するばかりでなく、大型化も招来するので、振れ回り振動の増大ばかりでなく、場合によっては設置場所が制限される原因ともなる等、多くの問題を発生する。

本発明は、上記従来技術に鑑み、制振する回転軸上に直接取付けることなく、前記回転軸に発生するねじり振動を良好に制振し得、また小型化および軽量化も実現し得る回転軸のねじり振動ダンパを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、
負荷に連結されてねじり振動を生起する主回転軸の円周方向に沿い形成した一方の歯車と、
軸線が前記主回転軸と平行になるよう両端部を軸受に回転可能に支持されるとともに、周方向に形成した前記一方の歯車に噛合する他方の歯車を有する付随回転軸とを有し、
前記軸受は、前記付随回転軸の径方向の振動を吸収し得るように形成したものであることを特徴とする回転軸のねじり振動ダンパにある。

本発明によれば、一方および他方の歯車を介して付随回転軸に伝達された主回転軸のねじり振動は付随回転軸の径方向の振動に変換される。ここで、付随回転軸の軸受は、その径方向の振動を吸収し得るように付随回転軸を支持しているので、付随回転軸の径方向の振動が軸受で吸収され、熱となって消費される。

付随回転軸は、その径方向に関する振動の固有振動数が、前記主回転軸のねじり固有振動数に一致するように構成するのが望ましい。主回転軸のねじり振動が最も効率的に付随回転軸におけるその径方向の振動に変換されるからである。

また、前記一方の歯車を前記主回転軸の軸方向の複数個所に分散させて複数個形成するとともに、前記付随回転軸には前記一方の歯車にそれぞれ噛合する他の歯車を形成するとともに、各付随回転軸の両端部を前記軸受でそれぞれ支持することもできる。この場合には、主回転軸の軸方向の各位置で発生する異なるモードのねじり振動に的確に対応して各モードのねじり振動をそれぞれ制振することができる。

さらに、前記軸受は油軸受で形成することができる。また、前記軸受は、転がり軸受の外輪を、円筒状の減衰部材及びリング状の弾性部材を介してリング状の円筒の内周面に固定して構成することができる。これらの場合には、油膜の存在により、または弾性部材の存在により、いずれにしても前記付随回転軸の径方向の振動を吸収し得る。

本発明によれば、主回転軸に発生するねじり振動は、一方および他方の歯車を介して付随回転軸に伝達される。そして、付随回転軸に伝達されたねじり振動は付随回転軸の径方向の振動に変換される。ここで、付随回転軸の軸受は、その径方向の振動を吸収し得るように付随回転軸を支持しているので、付随回転軸の径方向の振動が軸受で吸収され、熱となって消費される。この結果、主回転軸のねじり振動は主回転軸と平行な軸線回りに回転する他方の歯車、付随回転軸および軸受で構成される付随回転軸系で吸収され、制振される。

また、付随回転軸はその軸線が主回転軸と平行で、独立した軸線を有しており、前記付随回転軸系が主回転軸上で一体的に回転することはない。この結果、主回転軸と付随回転軸は別物と考えて良く、主回転軸自体が大型化することはなく、同時に不釣合い振動を生起することもない。さらに、本発明に係るねじり振動ダンパの主回転軸上における配設位置の制限要素も緩和され、配設位置の自由度が増す。また、本発明に係るねじり振動ダンパの複数個を主回転軸上の複数箇所に分散させて設置することで、複数のねじり振動モードの制振を効果的に行うこともできる。

本発明の実施形態に係るねじり振動ダンパを示す図で、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図１の軸受の部分の構成例を抽出・拡大して示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るねじり振動ダンパを示す側面図である。 従来技術に係るねじり振動ダンパを示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
なお、以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

図１は本発明の実施形態に係るねじり振動ダンパを示す図で、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。同図に示すように、負荷に連結されてねじり振動を生起する主回転軸１の外周面には、円周方向に沿い歯車３（一方の歯車）が形成されている。ここで、歯車３を形成する主回転軸１の軸方向位置は、低減させたいねじり振動が顕著に発生する位置を計算等により予め特定しておき、その特定した位置とする。付随回転軸２には、その外周面に歯車３と噛合する歯車（他方の歯車）が形成されている。付随回転軸２は軸線が主回転軸１と平行になるよう両端部を軸受５に回転可能に支持されている。ここで、軸受５は、その径方向の振動を吸収し得る構造となっている。具体的な構造に関しては、図２に基づき後に詳述する。

本実施形態において、主回転軸１に発生したねじり振動は歯車３，４を介して付随回転軸２に伝達される。この結果、付随回転軸２は主回転軸１とともに回転するとともに、その径方向に振動する。かかる振動を、「ラテラル振動」と呼称する。ここで、付随回転軸２を支持している軸受５はラテラル振動を吸収するように構成されている。したがって、主回転軸１のねじり振動に対して歯車４、付随回転軸２および軸受５の付随回転軸２側の部材で形成される付随回転軸系のラテラル振動が連成すると軸受５の減衰機能により付随回転軸系のラテラル振動が抑制され、主回転軸１のねじり振動が抑制される。この結果、主回転軸１のねじり振動を付随回転軸系で抑制することが可能となる。すなわち、付随回転軸２、歯車４および軸受５からなる付随回転軸系で主回転軸１に発生するねじり振動ダンパが構成されている。ここで、本実施形態では、付随回転軸２のラテラル振動の固有振動数が、主回転軸１のねじり固有振動数に一致するように構成してある。このように固有振動数を一致させることは必須ではないが、一致させた場合にはねじり振動のエネルギを最も大きなエネルギのラテラル振動に変換することができ、その分ねじり振動の制振効果も顕著なものとなる。

かかる本実施形態によれば、主回転軸１に発生するねじり振動と、付随回転軸系のラテラル振動が連成することにより、ねじり振動のエネルギが、軸受５の減衰機能により消費されて熱となる。この結果、ねじり振動を抑制することができる。この際、付随回転軸２のラテラル振動の固有振動数と主回転軸１のねじり固有振動数に一致するように構成しておけば最も効率的にねじり振動のエネルギを付随回転軸２を介して軸受５で吸収することができる。

図２は図１の軸受５の部分の構成例を抽出・拡大して示す断面図である。図２（ａ）に示す油軸受５Ａはすべり軸受の一種で、リング状のスリーブ５ａが油膜５ｂを介して付随回転軸２に嵌め込まれている。かかる油軸受５Ａにラテラル振動が作用した場合には、油膜５ｂの粘性に起因する抗力がラテラル振動を抑制するように作用する。具体的にはラテラル振動により油膜５ｂに油膜５Ｂの粘性抵抗に起因する熱が発生する。この結果、ラテラル振動のエネルギが熱となって消費される。したがって、上記実施形態における軸受５に適用した場合、良好に主回転軸１のねじり振動を抑制することができる。

図２（ｂ）に示す軸受５Ｂは、同心の転がり軸受５ｃ、円筒状の減衰部材５ｄ、リング状の弾性部材５ｅを有する。ここで、内輪を介して付随回転軸２が嵌め込まれている転がり軸受５ｃは、その外輪を介して減衰部材５ｄの内周面に嵌め込んであり、減衰部材５ｄは、その外周面を介して弾性部材５ｅに嵌め込んである。かくして軸受５Ｂは、最外周の弾性部材５ｅを介して固定部５ｆに嵌め込み・固定されている。ここで、減衰部材５ｄもその端部が固定部５ｆに固定されている。

かかる軸受５Ｂにラテラル振動が作用した場合には、減衰部材５ｄと弾性部材５ｅとで粘弾性ダンパーが形成され、ラテラル振動を吸収して制振するように機能する。この結果、上記実施形態における軸受５に適用した場合、油軸受５Ａと同様に、良好に主回転軸１のねじり振動を抑制することができる。

図３は本発明の他の実施形態に係るねじり振動ダンパを示す側面図である。同図に示すように、本実施形態における主回転軸１には、一方の歯車３，１３，２３が主回転軸１の軸方向の複数個所（図では３箇所）に分散させて複数個（図では３個）形成してある。一方、付随回転軸２，１２，２２には歯車３，１３，２３にそれぞれ噛合する他方の歯車４，１４を形成し、各歯車３，１３，２３に対応させて配設してある。各歯車４，１４，２４は両端部を軸受５，１５，２５に回転可能に支持されている。ここで、軸受１５，２５は軸受５と同様に、それぞれの径方向の振動を吸収し得る構造となっている。

かかる本実施形態においては、主回転軸１の軸方向の各位置で発生する異なるモードのねじり振動に的確に対応して各モードのねじり振動をそれぞれ制振することができる。さらに詳言すると、主回転軸１には、それが長尺なものとなればなる程、軸方向に関する異なる位置で振動モードが異なるねじり振動が発生する。本実施形態によれば、この場合であっても各振動モードのねじり振動を効果的にラテラル振動に変換し、各ラテラル振動を軸受５，１５，２５でそれぞれ適切に減衰させることができる。ここで、各付随回転軸２，１２，２２のラテラル振動の固有振動数を、主回転軸１における歯車３，１３，２３の形成位置におけるねじり固有振動数に一致するように構成しておけば、最も効率よく各振動モードのねじり振動をそれぞれ減衰させることができる。

１ 主回転軸
２，１２，２２ 付随回転軸
３，１３，２３ （一方の）歯車
４，１４，２４ （他方の）歯車
５，１５，２５ 軸受
５Ａ 油軸受

Claims (5)

1. 負荷に連結されてねじり振動を生起する主回転軸の円周方向に沿い形成した一方の歯車と、
   軸線が前記主回転軸と平行になるよう両端部を軸受に回転可能に支持されるとともに、周方向に形成した前記一方の歯車に噛合する他方の歯車を有する付随回転軸とを有し、
   前記軸受は、前記付随回転軸の径方向の振動を吸収し得るように形成したものであることを特徴とする回転軸のねじり振動ダンパ。
2. 前記付随回転軸の径方向に関する振動の固有振動数が、前記主回転軸のねじり固有振動数に一致するように構成したことを特徴とする請求項１に記載する回転軸のねじり振動ダンパ。
3. 前記一方の歯車を前記主回転軸の軸方向の複数個所に分散させて複数個形成するとともに、前記付随回転軸には前記一方の歯車にそれぞれ噛合する他の歯車を形成するとともに、各付随回転軸の両端部を前記軸受でそれぞれ支持したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載する回転軸のねじり振動ダンパ。
4. 前記軸受は油軸受で形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する回転軸のねじり振動ダンパ。
5. 前記軸受は、転がり軸受の外輪を、円筒状の減衰部材及びリング状の弾性部材を介してリング状の円筒の内周面に固定して構成したものであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する回転軸のねじり振動ダンパ。

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