JP2021107736A - Multidirectional damper - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機械や構造物の振動抑制用減衰装置(ダンパー)に係わり、機械や構造物の直線三方向(x、y、z方向)の並進振動(直線運動)を減少させるだけでなく、x、y、z軸回りの回転振動をも減少させるような、多方向減衰装置に関する。 The present invention relates to a damping device (damper) for suppressing vibration of a machine or structure, and not only reduces translational vibration (linear motion) in three linear directions (x, y, z directions) of the machine or structure, but also reduces the translational vibration (linear motion) of the machine or structure. The present invention relates to a multi-directional damping device that also reduces rotational vibration around the x, y, and z axes.
自動車等の交通機械は、走行中に、進行方向(x方向)、左右方向(y方向)及び上下方向(z方向)の並進振動、並びにx軸回りの回転振動(ローリング)、y軸回りの回転振動(ピッチング)及びz軸回りの回転振動(ヨーイング)を受ける。
又、建物の床に設置された動力機械においても、機械自身のエンジンやモーターにより、或いは建物外部から床を伝わってくる振動によって、x、y、z軸方向及びx、y、z軸回りの振動が発生する。
While traveling, a traffic machine such as an automobile has translational vibrations in the traveling direction (x direction), left-right direction (y direction), and vertical direction (z direction), as well as rotational vibration (rolling) around the x-axis and around the y-axis. It receives rotational vibration (pitching) and rotational vibration around the z-axis (yowing).
Also, in a power machine installed on the floor of a building, the x, y, z-axis directions and the x, y, z-axis directions are caused by the engine or motor of the machine itself or by vibration transmitted from the outside of the building on the floor. Vibration occurs.
機械の振動を抑制するためには、機械をばねとダンパーで支持することが有効であることは、古くからよく知られており、色々なタイプのばねやダンパーが開発されてきた。
「ダンパー(減衰装置)」とは:装置の両端間に生じる相対運動のエネルギーを熱に換えて振動を小さくする装置。その効果を減衰効果と言う。
It has long been well known that it is effective to support a machine with springs and dampers in order to suppress the vibration of the machine, and various types of springs and dampers have been developed.
"Damper (damping device)": A device that converts the energy of relative motion generated between both ends of the device into heat to reduce vibration. The effect is called the damping effect.
ばね機能とダンパー機能を備えた一つの防振装置で6自由度方向(並進運動三方向と回転運動三方向)の振動を抑制できれば理想的であるが、そのような防振装置を得ることは困難である。
そこで実際には、特に大きく振動する方向に着目し、一方向用ばねと一方向用ダンパーによって、その大きな振動を抑制することが行われている。二方向に大きく振動する場合は、それぞれの方向に対して一方向用の防振装置を設置している。
或いは、最近では、二方向用(又は三方向用)のばねと、二方向用(又は三方向用)のダンパーを用いて、機械や構造物の二方向(又は三方向)の振動を同時に抑制することも行われている。
It would be ideal if one vibration isolator with a spring function and a damper function could suppress vibration in six degrees of freedom directions (translational motion three directions and rotational motion three directions), but obtaining such a vibration isolator is not possible. Have difficulty.
Therefore, in reality, paying particular attention to the direction of large vibration, the large vibration is suppressed by the one-way spring and the one-way damper. If it vibrates significantly in two directions, a vibration isolator for one direction is installed in each direction.
Alternatively, recently, a two-way (or three-way) spring and a two-way (or three-way) damper are used to simultaneously suppress two-way (or three-way) vibration of a machine or structure. It is also done.
多方向の振動に対して減衰効果を発揮する防振装置(又はダンパー)としては、下記の特許文献が知られている。 The following patent documents are known as a vibration isolator (or damper) that exerts a damping effect against vibrations in multiple directions.
上記特許文献1の多方向防振装置は、自動車のエンジンマウント等に使用される防振装置であって、ゴム弾性体でなる密封容器内に封入された非圧縮性流体が、x、y、z方向に形成されたオリフィスを通過する際の抵抗によって、エンジン等の振動を減衰させようとするものである。
しかしながら、この防振装置は、エンジン等のx、y、z軸回りの回転運動(ローリング、ピッチング、ヨーイング)に対する防振効果については考慮していない。
The multi-directional vibration isolator of Patent Document 1 is an anti-vibration device used for an automobile engine mount or the like, and incompressible fluid sealed in a sealed container made of a rubber elastic body is x, y, The resistance when passing through the orifice formed in the z direction attempts to attenuate the vibration of the engine or the like.
However, this anti-vibration device does not consider the anti-vibration effect on the rotational movement (rolling, pitching, yawing) around the x, y, z axes of the engine or the like.
一方、上記特許文献2の防振装置は、電子機器の発生する振動が外部に伝わらないように、或いは外部からの振動が電子機器に伝わらないようにするための多方向ダンパーであって、ゴム状弾性体でなる密封容器内に粘性流体を封入したダンパーである。このダンパーは、球状、樽状等の中空ゴム状弾性体容器の上下に結合細部を設け、その結合細部に硬質平坦面部を固着し、一方の平坦面部に電子機器を取り付け、他方の平坦面部を基礎板に取り付けて、上下平坦面部間の相対運動により中空ゴム状弾性体容器内の粘性流体を撹拌し、減衰効果を得ようとするものである。
しかしながら、このダンパーにはオリフィスが設置されていないので、どの方向の振動に対しても大きな減衰力を得ることは不可能である。
On the other hand, the vibration isolator of
However, since this damper is not provided with an orifice, it is impossible to obtain a large damping force against vibration in any direction.
自動車等の交通機械や重量のある動力機械の振動を抑制するためには、理想的には、車体や機械を、並進運動三方向及び回転運動三方向に強いばね作用と強い減衰作用を持つ防振装置で支持することが望ましい。しかしながら、ばね作用と減衰作用を一体化した防振装置を実現することは難しく、多方向ばね要素と多方向減衰要素に分けて構成する方が、設計が容易な防振装置となる。この内、特に多方向減衰要素(多方向ダンパー)を得ることが難しいとされている。 In order to suppress the vibration of traffic machines such as automobiles and heavy power machines, ideally, the vehicle body and machines are prevented from having strong spring action and strong damping action in three translational motion directions and three rotational motion directions. It is desirable to support it with a shaking device. However, it is difficult to realize an anti-vibration device that integrates the spring action and the damping action, and it is easier to design the anti-vibration device if the multi-directional spring element and the multi-directional damping element are separately configured. Of these, it is said that it is particularly difficult to obtain a multi-directional damping element (multi-directional damper).
特許文献1の防振装置は、並進運動三方向には強い減衰力を与えるように設計することが可能であるが、回転三方向には強い減衰力を与えることが出来ない。 The vibration isolator of Patent Document 1 can be designed to give a strong damping force in the three translational directions, but cannot give a strong damping force in the three directions of rotation.
特許文献2のダンパーは、並進運動三方向及び回転運動三方向に減衰力を与えることが可能であるが、その減衰力は小さいので、電子機器のような軽量機器にしか適用することが出来ない。
(発明の目的)
The damper of
(Purpose of Invention)
本発明は、並進運動三方向及び回転運動三方向に対して強い減衰力を与えるような、多方向ダンパーを提供することを、その目的とする。 An object of the present invention is to provide a multi-directional damper that gives a strong damping force in three directions of translational motion and three directions of rotational motion.
本発明のダンパーにおいては、中空ゴム状弾性体容器内に粘性流体を封入し、更にこの中空ゴム状弾性体内上部に、並進運動三方向及び回転運動三方向に対して減衰力を与えるために、オリフィス孔を設けた複数の減衰板を取り付け、粘性流体が何れかのオリフィス孔を通り抜ける際の抵抗力によって減衰力を発生させようとするものである。 In the damper of the present invention, a viscous fluid is sealed in a hollow rubber-like elastic container, and a damping force is applied to the upper part of the hollow rubber-like elastic body in three directions of translational motion and three directions of rotational motion. A plurality of damping plates provided with orifice holes are attached, and a damping force is to be generated by a resistance force when a viscous fluid passes through any of the orifice holes.
前記減衰板は、水平x方向用減衰板と、x方向に直角な水平y方向用減衰板、及び上下方向(z方向)用減衰板を一体化したもので、各減衰板には複数の孔が空けられており、これらの孔がオリフィスの役目をする。 The damping plate is a combination of a horizontal x-direction damping plate, a horizontal y-direction damping plate perpendicular to the x-direction, and a vertical (z-direction) damping plate, and each damping plate has a plurality of holes. Are open, and these holes act as orifices.
中空ゴム状弾性体の上部には、動力機械取り付け用の上部取付部材が固着され、同中空ゴム状弾性体の下部には、ダンパーを基礎板に取り付けるための下部取付部材が固着される。この下部取付部材には、粘性流体注入用の弁付き管が取り付けられている。 An upper mounting member for mounting the power machine is fixed to the upper part of the hollow rubber-like elastic body, and a lower mounting member for mounting the damper to the base plate is fixed to the lower part of the hollow rubber-like elastic body. A pipe with a valve for injecting a viscous fluid is attached to the lower mounting member.
上部取付部材と下部取付部材がx方向に相対運動を行うと、粘性流体がx方向減衰板のオリフィス孔を通り抜けるので、x方向に減衰力が発生する。y方向及びz方向についても同様である。
又、上部取付部材と下部取付部材がx軸回りの相対回転運動を行う時は、粘性流体が、主としてy軸方向減衰板のオリフィス孔を通り抜けるので、x軸回りの減衰モーメントが発生する。上部取付部材と下部取付部材がy軸回りの相対回転運動を行う時は、x軸方向減衰板がy軸回りの減衰モーメントを与え、更に、上部取付部材と下部取付部材がz軸回りの相対回転運動を行う時は、x軸方向減衰板とy軸方向減衰板がz軸回りの減衰モーメントを与える。
When the upper mounting member and the lower mounting member move relative to each other in the x direction, the viscous fluid passes through the orifice hole of the damping plate in the x direction, so that a damping force is generated in the x direction. The same applies to the y-direction and the z-direction.
Further, when the upper mounting member and the lower mounting member perform a relative rotational movement around the x-axis, the viscous fluid mainly passes through the orifice hole of the damping plate in the y-axis direction, so that a damping moment around the x-axis is generated. When the upper mounting member and the lower mounting member perform relative rotational movements around the y-axis, the x-axis direction damping plate gives a damping moment around the y-axis, and the upper mounting member and the lower mounting member are relative to each other around the z-axis. When performing rotational motion, the x-axis direction damping plate and the y-axis direction damping plate give a damping moment around the z-axis.
本発明は、簡単な構造で並進運動三方向及び回転運動三方向に減衰力を発生させることができ、しかもかなり大きな減衰力を発生させることが可能であるので、交通機械や動力機械等の減衰装置として有効である。 According to the present invention, a damping force can be generated in three directions of translational motion and three directions of rotary motion with a simple structure, and a considerably large damping force can be generated. Therefore, the damping force of a traffic machine, a power machine, or the like can be generated. It is effective as a device.
以下、本発明の実施形態について、図1乃至図4を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
図1は、ばねとダンパーから成る防振装置で支持された機械が、どの方向にも自由に振動する際の座標系を示す。機械は、直線3方向(x、y、z方向)、及びx、y、z軸回りの回転3方向(θ、φ、τ方向)に振動することが可能である。 FIG. 1 shows a coordinate system when a machine supported by a vibration isolator consisting of a spring and a damper vibrates freely in any direction. The machine can vibrate in three straight line directions (x, y, z directions) and in three rotation directions (θ, φ, τ directions) around the x, y, z axes.
図2は、本発明の正面断面図を示し、図3は、本発明の下面断面図(図2のA−A方向断面図)を示す。本発明は、中空ゴム状弾性体容器1内に粘性流体2を封入したもので、同弾性体容器1の上部内面には、減衰力発生機構4を固着した上部取付機構3が接着されている。又、同弾性体容器1の下部外面には、粘性流体注入用の逆止弁付き管53を有する下部取付機構5が接着されている。
FIG. 2 shows a front sectional view of the present invention, and FIG. 3 shows a bottom sectional view of the present invention (cross-sectional view in the AA direction of FIG. 2). In the present invention, the
上部取付機構3は、ボルト孔32を有する円柱部31、及び減衰力発生機構4を固着するための円板部34から成り、円板部34には、減衰力発生機構4を取り付けるためのボルト孔33が空けられている。
なお、上部取付機構3と減衰力発生機構4の固着には、ボルト42を用いず、接着剤又は溶接によって行っても良い。
The
The
減衰力発生機構4は、上部取付機構3に取り付けるための円板部41、取り付け用ボルト42、円板部41の中心に固着した中心軸43(図3に表示)、中心軸43の回りに90°間隔で、中心軸に沿って固着した4枚の平板44、46と、当該中心軸の下端に固着した底平板48によって構成されている。中心軸43に固着した4枚の平板の内、2枚はx方向減衰板44であり、x方向減衰板44と直角をなす他の2枚は、y方向減衰板46である。又、中心軸44の下端に固着した底平板48は、z方向減衰板である。
x方向減衰板44には複数の孔45が空けられており、円板部41がx方向に相対直線運動を行う際に、これらの孔45がx方向の減衰力を与えるオリフィスの役目をする。又、円板部41がy軸回りの回転運動を行う際にも、x方向減衰板44に空けられた複数の孔45が、減衰力(正確には減衰モーメント)を与えるオリフィスの役目をする。
同様に、y方向減衰板46に空けられた複数の孔47は、円板部41がy方向又はx軸回りに相対運動をする際にオリフィスの役目をし、z方向減衰板48に空けられた複数の孔49は、円板部41がz方向に相対運動をする際にオリフィスの役目をする。なお、円板部41がz軸回りに回転する時は、x方向減衰板44及びy方向減衰板46に空けられた複数の孔45、47が、減衰モーメントを与えるオリフィスの役目をする。
上記円板部41、中心軸43、x方向減衰板44、y方向減衰板46、及びz方向減衰板48は、別々に加工して接着剤又は溶接によって固着しても良いが、一体加工で製作しても良い。又、各減衰板に空けられる複数の孔45、47、49は、円形、楕円形、四角形等、どのような形状であっても良い。
The damping force generating mechanism 4 is provided around the
A plurality of
Similarly, the plurality of
The
下部取付機構5は、中空ゴム状弾性体容器1を接着するための中空平板(円環状平板)51、同中空平板51を固着すると共に床に取り付けるための平板(基礎板)52、及び基礎板52の中央部に設けられた円筒部53とから構成されており、円筒部53の内部には、逆流防止弁(逆止弁)6が取り付けられている。又、基礎板52の中央部には、粘性流体2を注入するための孔54が空けられている外、基礎板52を床に取り付けるための複数のボルト孔55が空けられている。基礎板52は円板でなくても良く、どのような形状であっても良い。
ゴム状弾性体容器1は、中空平板51の上面に接着される。又、中空平板51と基礎板52の固着は、接着剤又は溶接によって行っても良く、或いはパッキンを挟んでボルト止め(図示せず)しても良い。
The lower mounting mechanism 5 includes a hollow flat plate (annular flat plate) 51 for adhering the hollow rubber-like elastic container 1, a flat plate (base plate) 52 for fixing the hollow
The rubber-like elastic container 1 is adhered to the upper surface of the hollow
図4の上の図は、減衰力発生機構4の円板部41がx方向に相対直線運動を行う際に、粘性流体2がx方向減衰板44に空けられた複数の孔45を通過する状態を示している。この粘性流体2の流れにより、円板部41はx方向の減衰力(抵抗力)を受ける。
又、図4の下の図は、減衰力発生機構4の円板部41がy軸回りに相対回転運動を行う際に、粘性流体2がx方向減衰板44に空けられた複数の孔45を通過する状態を示している。この粘性流体2の流れにより、円板部41はy軸回りの減衰モーメント(抵抗モーメント)を受ける。
In the upper diagram of FIG. 4, when the
Further, in the lower figure of FIG. 4, when the
上記の場合と同様に、減衰力発生機構4の円板部41がy方向、又はz方向の相対直線運動を行う場合は、円板部41はy方向又はz方向の減衰力を受け、円板部41がx軸又はz軸回りに相対回転運動を行う場合は、円板部41はx軸回り又はz軸回りの減衰モーメントを受ける。
Similar to the above case, when the
中空ゴム状弾性体容器1への粘性流体2の封入は、下部取付機構5の流体封入孔54と逆流防止弁6を通して行えば良い。
The
以上では、x方向減衰板が2枚、y方向減衰板が2枚、及びz方向減衰板が1枚の場合について説明してきたが、減衰板の数を更に増やしても構わない(図示せず)。 In the above, the case where there are two x-direction damping plates, two y-direction damping plates, and one z-direction damping plate has been described, but the number of damping plates may be further increased (not shown). ).
交通機械や動力機械を、ばね装置と本発明の減衰装置から成る防振装置で支持すれば、並進運動三方向及び回転運動三方向の振動を同時に抑制することが可能となるので、本発明は十分に実用化の可能性を有している。 If a traffic machine or a power machine is supported by a vibration isolator including a spring device and a damping device of the present invention, it is possible to simultaneously suppress vibrations in three directions of translational motion and three directions of rotational motion. It has sufficient potential for practical use.
1・・・・ゴム状弾性体容器
2・・・・粘性流体
3(31、32、33、34)・・・・上部取付機構
4(41、42、43、44、45、46、47、48、49)・・・・減衰力発生機構
5(51、52、53、54、55)・・・・下部取付機構
6・・・・逆流防止弁
1 ... Rubber-like
Claims (3)
4枚の平板と底平板の各々には、オリフィスの役目をする複数の孔が空けられていて、
これらの複数の孔は、
当該中心軸が粘性流体中を並進運動三方向に相対直線振動する時は、当該中心軸に直線三方向の減衰力を与え、
或いは、当該中心軸が粘性流体中を回転運動三方向に相対回転振動する時は、当該中心軸に回転三方向の減衰モーメントを与えること、
を特徴とする減衰力発生装置。 It is composed of four flat plates fixed along the central axis at 90 ° intervals around the central axis and a bottom flat plate fixed to the lower end of the central axis.
Each of the four flat plates and the bottom flat plate has a plurality of holes that act as orifices.
These multiple holes
When the central axis vibrates in a viscous fluid in a relative linear motion in three directions of translational motion, a damping force in the three linear directions is applied to the central axis.
Alternatively, when the central axis vibrates relative to the three directions of rotational movement in the viscous fluid, a damping moment in the three directions of rotation is given to the central axis.
A damping force generator characterized by.
中心軸に沿って固着する平板の数及び底平板の数を、更に増加したことを特徴とする減衰力発生装置。 In the damping force generator according to claim 1,
A damping force generator characterized in that the number of flat plates fixed along the central axis and the number of bottom flat plates are further increased.
当該取り付け用円板の下面に、請求項1に記載の減衰力発生機構を固着し、
更に、ゴム状弾性体容器の下部外面に、粘性流体注入口と逆流弁を有する下部取り付け用平板を固着し、
粘性流体注入口より粘性流体を封入して成る減衰装置。 The upper surface of the upper mounting disc, which has a cylindrical portion with mounting bolt holes, is adhered to the upper inner surface of the rubber-like elastic container with holes in the upper and lower parts.
The damping force generating mechanism according to claim 1 is fixed to the lower surface of the mounting disk.
Further, a flat plate for lower mounting having a viscous fluid inlet and a check valve is fixed to the lower outer surface of the rubber-like elastic container.
Attenuating device that encloses viscous fluid from the viscous fluid inlet.
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Cited By (1)
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CN113931962A (en) * | 2021-10-11 | 2022-01-14 | 安徽工程大学 | Five-degree-of-freedom high-damping viscous fluid damper and damping method thereof |
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CN113931962A (en) * | 2021-10-11 | 2022-01-14 | 安徽工程大学 | Five-degree-of-freedom high-damping viscous fluid damper and damping method thereof |
CN113931962B (en) * | 2021-10-11 | 2023-04-25 | 安徽工程大学 | Five-degree-of-freedom high-damping viscous fluid shock absorber and shock absorption method thereof |
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