JP2021121766A - Vibration damping device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動体に取り付けてこの振動体の振動を制振する制振装置に関するものであり、詳しくは振動体の振幅が比較的小さい場合であっても振動体の振動を効率よく制振できる制振装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration damping device that is attached to a vibrating body to suppress the vibration of the vibrating body. Specifically, the present invention efficiently suppresses the vibration of the vibrating body even when the amplitude of the vibrating body is relatively small. It is about a vibration damping device that can be used.
出願人は、複数のセンサの設置や複雑な制御を行うことなく振動体の振動を自動的に制振できる制振装置を既に提案している(例えば特許文献1参照)。特許文献1は、回転軸を中心に自由に回転可能な質量体と、この質量体に回転運動の初速を与える起動機構とを備える制振装置を提案する。起動機構により回転運動を開始した質量体が振動体の振動に自動的に同調して一方向にその回転を維持するので、制振装置は制振効果を得ることができる。 The applicant has already proposed a vibration damping device that can automatically suppress the vibration of a vibrating body without installing a plurality of sensors or performing complicated control (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 proposes a vibration damping device including a mass body that can freely rotate around a rotation axis and an activation mechanism that gives the mass body the initial velocity of rotational motion. Since the mass body that has started the rotational movement by the activation mechanism automatically synchronizes with the vibration of the vibrating body and maintains its rotation in one direction, the vibration damping device can obtain a vibration damping effect.
特許文献1に記載の制振装置は、振動体から回転軸に伝達される水平方向の振動外力により質量体がその回転を維持する。出願人は実験により振動体の振幅が小さ過ぎる場合は、質量体がその回転を維持できないことを発見した。つまり振動体の振幅が所定の値よりも小さいとき、起動機構により初速を与えられた質量体はその後、軸受等の回転抵抗により同期回転を維持できずに停止してしまうことを発見した。 In the vibration damping device described in Patent Document 1, the mass body maintains its rotation by the vibration external force in the horizontal direction transmitted from the vibrating body to the rotating shaft. The applicant has experimentally found that if the amplitude of the vibrating body is too small, the mass body cannot maintain its rotation. That is, it was discovered that when the amplitude of the vibrating body is smaller than a predetermined value, the mass body given the initial velocity by the starting mechanism then stops without being able to maintain synchronous rotation due to the rotational resistance of the bearing or the like.
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は振動体の振幅が比較的小さい場合であっても振動体の振動を効率よく制振できる制振装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vibration damping device capable of efficiently suppressing the vibration of a vibrating body even when the amplitude of the vibrating body is relatively small. ..
上記の目的を達成するための制振装置は、振動体の振動方向と直角となる方向を軸方向として延設される回転軸と、この回転軸に設置されていて前記回転軸の回転中心から離れた位置に重心を有する質量体と、前記回転軸を中心とする回転運動の初速を前記質量体に付加した後に停止する起動機構とを備えていて、前記質量体が、前記振動体から伝達される外力により一方向の回転を維持する構成を有する制振装置において、前記振動体と前記回転軸との間に配置される変位拡大機構を備えていて、前記変位拡大機構が、前記振動体に対して前記回転軸を前記振動体の振動方向と平行な方向に変位可能とする変位部と、この変位部により移動する前記回転軸を予め定められた初期位置に戻す復元力を発生させる復元部とを有することを特徴とする。 The vibration damping device for achieving the above object is from a rotating shaft extending with a direction perpendicular to the vibrating direction of the vibrating body as an axial direction, and a rotating shaft installed on the rotating shaft from the rotation center of the rotating shaft. It is provided with a mass body having a center of gravity at a distant position and an activation mechanism that stops after adding the initial speed of rotational motion about the rotation axis to the mass body, and the mass body is transmitted from the vibrating body. A vibration damping device having a configuration for maintaining rotation in one direction by an external force is provided with a displacement expanding mechanism arranged between the vibrating body and the rotating shaft, and the displacement expanding mechanism is the vibrating body. On the other hand, a displacement portion that allows the rotation axis to be displaced in a direction parallel to the vibration direction of the vibrating body and a restoration force that returns the rotation axis moved by the displacement portion to a predetermined initial position are generated. It is characterized by having a part.
本発明によれば、変位拡大機構により振動体の振幅よりも回転軸および質量体の振幅を大きくすることができる。回転軸および質量体の振幅を増幅できるので、振動体の振幅が小さい場合であっても制振装置は質量体の回転を維持しやすくなり、振動体の振動を効率よく制振できる。 According to the present invention, the amplitude of the rotating shaft and the mass body can be made larger than the amplitude of the vibrating body by the displacement expanding mechanism. Since the amplitude of the rotating shaft and the mass body can be amplified, the vibration damping device can easily maintain the rotation of the mass body even when the amplitude of the vibrating body is small, and the vibration of the vibrating body can be efficiently suppressed.
以下、本発明の制振装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。図中では水平面内における第一方向を矢印x、この第一方向を直角に横断する第二方向を矢印y、上下方向を矢印zで示している。 Hereinafter, the vibration damping device of the present invention will be described based on the embodiment shown in the figure. In the figure, the first direction in the horizontal plane is indicated by an arrow x, the second direction crossing the first direction at a right angle is indicated by an arrow y, and the vertical direction is indicated by an arrow z.
図1に例示するように本発明の制振装置1は、水平面と平行な平板状の底板2と、この底板2の上面に立設される回転軸3と、この回転軸3に固定される質量体4と、回転軸3に連結されていて回転軸3に回転力を付加する起動機構5とを備えている。この実施形態では回転軸3の一部および質量体4は、円柱形状で内部に空洞を有するケース6の中に配置されている。図1では説明のためケース6を破線で示している。ケース6は本発明の必須の要件ではない。制振装置1がケース6を備えない構成としてもよい。
As illustrated in FIG. 1, the vibration damping device 1 of the present invention is fixed to a flat bottom plate 2 parallel to a horizontal plane, a rotating
底板2は、第一方向xおよび第二方向yで形成される水平面と平行となる状態で配置されている。 The bottom plate 2 is arranged so as to be parallel to the horizontal plane formed in the first direction x and the second direction y.
回転軸3は軸方向が底板2の水平面と直角となる状態で延設されている。この回転軸3は底板2およびケース6に対して、例えばボールベアリング等を介して設置されている。回転軸3は、その中心軸を中心に回転可能な状態で底板2等に設置されている。
The rotating
この実施形態では質量体4は平面視で扇型となる形状に形成されている。この質量体4の重心Gは、回転軸3の軸方向に直角となる方向に離れた位置にある。質量体4の形状は上記に限らず、回転軸3の回転中心から離れた位置に重心Gを有する形状であればよく、例えば直方体や球体で構成してもよい。質量体4は回転軸3に固定されていて、回転軸3の中心軸まわりに回転軸3とともに回転可能に構成されている。
In this embodiment, the mass body 4 is formed in a fan shape in a plan view. The center of gravity G of the mass body 4 is located at a position separated in a direction perpendicular to the axial direction of the rotating
起動機構5は例えば電動モータや油圧モータ等で構成することができる。起動機構5は、回転軸3をその中心軸まわりに回転させる回転運動の初速を付加した後に停止する構成を有している。起動機構5は例えば回転軸3に連結される電動モータと、回転運動の初速を回転軸3に加えた後に電動モータと回転軸3との連結を解除するクラッチとを備える構成にしてもよい。起動機構5により回転運動の初速を付加された回転軸3は、回転軸3の中心軸まわりに質量体4とともに自由回転する。起動機構5は回転軸3を介して間接的に回転運動の初速を質量体4に付加しているといえる。
The
この実施形態では回転軸3の上方に起動機構5が設置されている。このとき起動機構5はケース6に設置される。本発明はこの構成に限定されない。起動機構5を回転軸3の下方に設置してもよい。このとき起動機構5を底板2に設置してもよい。
In this embodiment, the
回転軸3に対してその軸周りに質量体4が回転可能な構成にしてもよい。つまりケース6に対して回転軸3が固定された状態であり、質量体4のみが回転軸3の中心軸まわりに回転運動を行う構成にしてもよい。この場合、起動機構5は回転運動の初速を質量体4に直接付加する構成とする。例えば空気を噴射するエアコンプレッサ等で起動機構5を構成して、エアコンプレッサで噴射した空気により質量体4に回転運動の初速を付加する構成とすることができる。
The mass body 4 may be configured to be rotatable around the
制振装置1は振動体7に設置される。本明細書において振動体7とは、例えば舶用ディーゼルエンジンや発電用タービンや洗濯機など振動を発生させる振動源、またはこれらの振動源からの振動が伝達されて振動する床部材や構造物を総称する概念である。
The vibration damping device 1 is installed on the vibrating
制振装置1は、振動体7と回転軸3との間に設置される変位拡大機構8を備えている。この実施形態では変位拡大機構8は、振動体7と直接接触して振動体7に固定される接触板9と、この接触板9と底板2との間に配置される複数の板バネ10とを備えている。平面視において四角形に形成される底板2および接触板9の四隅に、板バネ10がそれぞれ設置されている。本発明において接触板9は必須の要件ではない。接触板9を介さずに、板バネ10を直接振動体7に取り付ける構成にしてもよい。
The vibration damping device 1 includes a displacement expanding
板バネ10は第二方向yおよび上下方向zで構成される面と平行な平面を有していて第一方向xを厚さ方向とする状態で配置されている。板バネ10は第一方向xに沿って変形可能に構成されている。この板バネ10により、底板2や回転軸3が第一方向xに沿って変位可能となる。
The
変位拡大機構8の構成は上記に限定されない。振動体7に対して回転軸3を振動体7の振動方向と平行な方向に変位可能とする変位部と、この変位部により移動する回転軸3を予め定められた初期位置に戻す復元力を発生させる復元部とを変位拡大機構8は有していればよい。この実施形態では変位拡大機構8の変位部と復元部との両方の機能を板バネ10が発揮する。本明細書において初期位置とは、振動体7に振動が発生していない状態で且つ質量体4が回転運動を行わずに停止している状態における振動体7、底板2および回転軸3の位置をいう。
The configuration of the
振動体7である舶用ディーゼルエンジン等が始動して振動が発生したとき、振動体7に予め設置されている制振装置1を作動させる。制振装置1は、まず起動機構5により質量体4に回転運動の初速を付加する。起動機構5がその後停止するので、質量体4は回転軸3を中心に自由回転する。振動体7の第一方向xに沿った振動により回転軸3は第一方向xに沿って往復動する。回転軸3の往復動により回転運動を行っている質量体4に外力が発生する。この外力の影響により、質量体4の回転数(振動数)が振動体7の振動数に近づいていき、最終的には質量体4と振動体7の振動数が等しくなる。つまり振動体7の振動に質量体4の回転が同調する状態となる。質量体4は振動体7から伝達される外力により一方向の回転運動を維持する。
When the marine diesel engine or the like, which is the vibrating
回転軸3の軸受などの摩擦抵抗により質量体4の回転運動は減衰するが、振動体7から伝達される外力によりこの減衰分が補われる。そのため振動体7の振動が継続している間は、質量体4が回転運動を維持し続ける。
The rotational motion of the mass body 4 is damped by the frictional resistance of the bearing of the
振動体7の振動に同調して質量体4が回転運動を行っている状態を図2に例示する。図2では説明のため第一方向xにおける回転軸3の中心の位置P1および接触板9の中心の位置P2を一点鎖線で示している。また振動体7が振動せず停止している状態で且つ質量体4が回転せずに停止している状態のときの回転軸3および接触板9の中心の位置を初期位置P0として一点鎖線で示している。この初期位置P0に対して振動体7が振動外力により第一方向xに沿って振動して、この振動体7の振動にともない回転軸3が第一方向xに沿って振動する。
FIG. 2 illustrates a state in which the mass body 4 is rotating in synchronization with the vibration of the vibrating
図2は振動体7作用する振動外力Fが図2の右向きに発生している状態を示している。振動体7が例えば舶用ディーゼルエンジンの場合は複数のピストンの往復動による振動などが振動外力Fとして振動体7に作用する。制振装置1および振動体7を含む振動系全体における一次の共振点より高い振動数で、制振装置1を作動させることが好ましい。この一次の共振点よりも高い振動数で振動体7が振動している場合は、振動外力Fが作用する方向と、初期位置P0に対する振動体7や回転軸3や質量体4の位置する方向とが逆方向となる。
FIG. 2 shows a state in which the vibration external force F acting on the vibrating
振動外力Fが図2の右向きに作用して振動外力Fの大きさが最大となる瞬間において、振動体7に固定されている接触板9は初期位置P0の左方の位置P2にある。同様に底板2および回転軸3は初期位置P0の左方の位置P1にある。第一方向xに沿う方向において、振動外力Fが作用する方向と振動体7および回転軸3等が変位する方向とは互いに逆方向となる。
At the moment when the external vibration force F acts to the right in FIG. 2 and the magnitude of the external vibration force F becomes maximum, the
振動外力Fが右方に作用しているとき、質量体4の重心Gは回転軸3の左方に位置する。第一方向xに沿う方向において、振動外力Fが作用する方向と質量体4が位置する方向とは互いに逆方向となる。つまり振動外力Fが作用する振動の位相と、振動体7および回転軸3および質量体4の振動の位相とが180度ずれた状態となる。
When the vibration external force F is acting to the right, the center of gravity G of the mass body 4 is located to the left of the
振動体7が振動しているとき、底板2と回転軸3と質量体4とは慣性力を持ち、変位拡大機構8を構成する板バネ10は復元力を持っている。振動外力Fにより振動体7および変位拡大機構8が振動する場合に、振動外力Fが図2の左向きに作用しているときは振動体7と質量体4とが初期位置P0の右方に位置する。一自由度系の振動を行う振動体7に制振装置1を設置すると、振動体7と制振装置1とを含む振動系全体としては二自由度系の振動となる。
When the vibrating
振動系全体における一次の共振点よりも高い振動数で振動体7が振動している場合は、振動体7に作用する振動外力Fの方向と回転軸3の変位の方向とが逆方向になり、しかも振動体7の振幅よりも、変位拡大機構8の板バネ10により回転軸3等の振幅の方が大きくなる。
When the vibrating
図3に振動体7および回転軸3等の振動の状態を示す。図3において実線は振動体7の振動を示し、一点鎖線は回転軸3等の振動を示す。図3のグラフの縦軸は振動の振幅A(mm)を、横軸は経過時間T(sec)を示している。図3のグラフの振幅Aが0となる位置が初期位置P0である。
FIG. 3 shows the vibration state of the vibrating
図3に実線で示すように制振装置1が作動する前の状態では振動体7の振幅はA0となっている。起動機構5により質量体4に回転運動の初速を加えると、比較的短い過渡状態を経て質量体4の回転運動により振動体7の振幅がA1まで抑制される。
As shown by the solid line in FIG. 3, the amplitude of the vibrating
図3に一点鎖線で示すように回転軸3等の振幅はA2となっている。変位拡大機構8により回転軸3等は変位量を増幅されているので、振動体7の振幅A1よりも回転軸3等の振幅A2の方が大きくなる。また変位拡大機構8が変位する際に抵抗等があるため、振動体7の振動の位相に対して回転軸3等の振動の位相にわずかな遅れが生じている。
As shown by the alternate long and short dash line in FIG. 3, the amplitude of the
従来の制振装置では質量体4の回転運動を維持できないほど振動体7の振幅が小さい場合であっても、この振幅を変位拡大機構8で増幅できる。回転軸3等の振幅が増幅されるので質量体4の回転運動を維持しやすくなる。振動体7の振幅が比較的小さい場合であっても制振装置1による制振効果を得るには有利である。
Even when the amplitude of the vibrating
第一方向xの振動に対する制振効果について説明したが、制振装置1は第二方向yの振動に対しても制振効果を得ることができる。つまり第一方向xと第二方向yとで形成される水平面内のいずれの方向の振動に対しても制振効果を得ることができる。ただしこの実施形態では変位拡大機構8は第二方向yには変位を増幅できないので、第二方向yの振動に対しては質量体4の回転による制振効果のみを得ることができる。
Although the vibration damping effect on the vibration in the first direction x has been described, the vibration damping device 1 can also obtain the vibration damping effect on the vibration in the second direction y. That is, it is possible to obtain a damping effect against vibrations in any direction in the horizontal plane formed in the first direction x and the second direction y. However, in this embodiment, since the
制振装置1により制振できる振動の方向は水平方向に限定されない。回転軸3の軸方向が水平方向となる状態で制振装置1を振動体7に設置すれば、振動体7の上下方向zの振動を制振することができる。
The direction of vibration that can be damped by the vibration damping device 1 is not limited to the horizontal direction. If the vibration damping device 1 is installed on the vibrating
図4に例示するように変位拡大機構8が、回転軸3の軸方向に沿って延設される柱状部材11を備える構成にしてもよい。図1に例示する実施形態と比べると、回転軸3の軸方向において回転軸3および質量体4は振動体7から離れた位置となる。
As illustrated in FIG. 4, the
図5に例示するように柱状部材11は、回転軸3と接触板9との間に配置されている。接触板9に立設される柱状部材11は、支持部12により下端を支持されている。支持部12は、柱状部材11が少なくとも第一方向xに沿って傾動可能な状態に柱状部材11の下端を支持する。
As illustrated in FIG. 5, the
柱状部材11の上端は、連結部13を介して回転軸3を支持している。回転軸3の軸方向において、連結部13は回転軸3や質量体4等の荷重を支持する。一方で連結部13は、回転軸3の中心軸周りの回転を柱状部材11に伝達しない。制振装置1がケース6を備える場合は、連結部13がケース6の底面を支持する構成にしてもよい。連結部13が、柱状部材11の傾きを回転軸3等に伝達しない構成を有していてもよい。この場合は柱状部材11の傾きに関わらず、回転軸3の軸方向は例えば上下方向zなど一定に維持される。
The upper end of the
柱状部材11の途中部分は、中間支持部14を介して底板2に支持されている。中間支持部14は、柱状部材11が少なくとも第一方向xに沿って傾動可能な状態に柱状部材11の途中部分を支持する。また中間支持部14は、柱状部材11がその軸方向に移動することを許容する。中間支持部14は、例えば底板2に形成される貫通孔で構成することができる。図5では説明のため第一方向xにおける底板2の中心の位置P1’を一点鎖線で示している。
The intermediate portion of the
振動外力Fが図5の右向きに発生しているとき、接触板9は初期位置P0の左方の位置P2にある。同様に底板2も初期位置P0の左方の位置P1’にある。柱状部材11の下端となる支持部12よりも途中部分となる中間支持部14の方が図5の左方に位置する状態となる。そのため柱状部材11の上端は位置P1’よりもさらに図5の左方に位置する状態となる。
When the vibration external force F is generated to the right in FIG. 5, the
柱状部材11の上方に配置される回転軸3の位置P1は、底板2の位置P1’よりもさらに図5の左方となる。変位拡大機構8が柱状部材11を備える構成により、図2に例示する実施形態よりも回転軸3の変位量を更に増加させることができる。柱状部材11において、支持部12から中間支持部14の距離に対して、連結部13から中間支持部14の距離を大きくするほど回転軸3の変位量を増加させることができる。
The position P1 of the
回転軸3や質量体4等の重量に対して柱状部材11が十分な剛性を有していて、柱状部材11の傾動にともない変形することがない部材で柱状部材11を構成してもよい。また柱状部材11が傾動する方向にたわむ構成を有していてもよい。柱状部材11が例えば第一方向xにたわむ構成により、回転軸3の変位量をさらに大きくすることができる。
The
変位拡大機構8の構成は上記に限定されない。傾動可能に配置される柱状部材11の上端に回転軸3および質量体4等を配置される倒立振子の構成に加えて、柱状部材11の途中部分が支持される構成を有していればよい。
The configuration of the
本発明の制振装置1の制振効果を確認するため、図4および図5に例示する実施形態の制振装置1を使用して実験を行った。実験では回転軸を連結されたモータと、この回転軸の中心軸から離れた位置に重心のあるおもりとを組み合わせて振動体7を構成した。モータの回転数の値に応じて、振動体7の振動数および振幅を変化させることができる。実験ではおもりの質量を20gとした。
In order to confirm the vibration damping effect of the vibration damping device 1 of the present invention, an experiment was conducted using the vibration damping device 1 of the embodiment illustrated in FIGS. 4 and 5. In the experiment, the vibrating
振動体7の振動数とこの振動数に対応する振幅の関係を図6に破線で示している。図6のグラフの縦軸は振動体7の振幅A(mm)を、横軸は振動体7の振動数f(Hz)を示している。例えばモータの回転数を調整して振動体7の振動数fを8Hzとしたとき、振動体7の振幅Aは0.09mmとなる。
The relationship between the frequency of the vibrating
この振動体7に制振装置1を設置して制振効果を測定した。実験では制振装置1の質量体4の質量を16gとした。まず比較例として変位拡大機構8の変位部を固定して、制振装置1が変位拡大機構8を備えていない場合と同じ状態とした。この制振装置1では起動機構5により質量体4に回転運動の初速を与えても、質量体4の回転は維持されず停止してしまった。つまり質量体4の回転が振動体7の振動と同調することがなかった。振動体7の振幅Aおよび振動数fが図6の破線で示す状態にあるときは、いずれの場合においても質量体4の回転が維持されなかった。振動体7の振幅Aが0.10mm以下の範囲では質量体4の回転が維持されず、制振効果が得られないことがわかった。
A vibration damping device 1 was installed on the vibrating
次に変位部の固定を解除して変位拡大機構8が機能する状態とした。この制振装置1では起動機構5により回転運動の初速を与えられた質量体4が、振動体7の振動に同調して一方向の回転を維持した。このときの振動体7の振幅Aを図6の実線で示す。図6から明らかなように振動体7の振幅はいずれの振動数fにおいても0.04mm〜0.05mm程度となった。制振装置1により振動体7の振幅Aが半分程度に抑制できることがわかった。
Next, the displacement portion was released from being fixed so that the
上記実験により、変位拡大機構8を備える制振装置1は、振動体7の振幅が比較的小さい場合であっても制振効果を得られることがわかった。
From the above experiment, it was found that the vibration damping device 1 provided with the
変位拡大機構8は、振動体7の振動方向に沿って回転軸3および質量体4を移動可能とする構成を有していればよく、その構造等は限定されない。図7に例示するように変位拡大機構8は、鋼板とゴム板とを交互に複数積層して構成される積層ゴム15で構成してもよい。積層ゴム15は例えば底板2と接触板9との間に配置できる。図7では説明のため底板2の上面に配置される回転軸3やケース6等を省略している。
The
積層ゴム15は、接触板9に対して底板2を水平方向に変位可能とする変位部と、接触板9に対する底板2の位置を初期位置P0に戻す復元力を発生させる復元部との両方の機能を発揮する。積層ゴム15は第一方向xおよび第二方向yのいずれにも変位できる。そのため制振装置1は第一方向xおよび第二方向yで形成される水平面内のいずれの方向の振動に対しても、回転軸3等の変位を増幅するとともに制振効果を得ることができる。
The
積層ゴム15の減衰は比較的小さく構成することが望ましい。減衰が大きいほど振動体7の振動の位相に対して回転軸3等の振動の位相が遅れるためである。具体的には減衰比の小さいゴム板で積層ゴム15を構成することが望ましい。
It is desirable that the damping of the
図8に例示するように変位拡大機構8は複数の丸棒15aで構成してもよい。この丸棒15aは、平面視において四角形に形成される底板2および接触板9の四隅にそれぞれ設置されている。丸棒15aは、その軸方向が回転軸3の軸方向と平行となる状態で配置されている。丸棒15aはたわむことにより、接触板9に対して底板2を変位可能とする変位部と、底板2に復元力を発生させる復元部との両方の機能を発揮する。
As illustrated in FIG. 8, the
そのため積層ゴム15と同様に、制振装置1は第一方向xおよび第二方向yで構成される平面内のいずれの方向の振動に対しても、回転軸3等の変位を増幅するとともに制振効果を得ることができる。丸棒15aの数は四本に限定されない。また丸棒15aを配置する位置は底板2等の四隅に限定されない。底板2を振動方向に沿って変位可能な状態で支持するとともに復元力を発生させる構成であれば、丸棒15aを三本以下としてもよく五本以上としてもよい。
Therefore, similarly to the
図9に例示するように変位拡大機構8の変位部8aは、上下方向zに積層される一対のプレート16と、このプレート16の間に配置される円柱形状のローラ17とを備えるスライダーで構成してもよい。変位部8aは、上方プレート16aと下方プレート16bとの間に、中心軸が第一方向xと平行となる状態で回転可能に配置される複数の円柱形状のローラ17が配置されている。図9では説明のため上方プレート16aに隠れる部材の一部を破線で示している。
As illustrated in FIG. 9, the
変位拡大機構8の復元部8bは、シリンダの中に空気等の圧縮性流体を封入して構成する空気ばねで構成してもよい。この空気ばねは第二方向yに沿って伸縮可能な状態で配置されている。復元部8bは、シリンダの一端と上方プレート16aとを連結する固定部材18と、シリンダの他端と下方プレート16bとを連結する固定部材18とで変位部8aに固定されている。
The restoring
図9に例示する変位拡大機構8は、複数のローラ17の上を上方プレート16aが第二方向yに移動することで、上方プレート16aの上面に配置される回転軸3等を水平方向に変位させる。上方プレート16aの移動にともない空気ばねが収縮または伸長すると、復元部8bはこの伸縮を戻す方向に復元力を発生させる。
In the
振動体7の振動が例えば第二方向yなど一方向に決まっていて、途中で変化しない場合には、図9に例示する変位拡大機構8を採用することができる。図9に例示する変位拡大機構8は、変位部8aの変位量を大きくしやすい。また復元部8bは封入されている気体の圧力の変更等により復元力の大きさを調整しやすい。
When the vibration of the vibrating
図9に例示する変位拡大機構8を二つ積層して使用してもよい。具体的には第二方向yに変位可能な変位拡大機構8と、第一方向xに変位可能な変位拡大機構8と積層して構成する。この構成によれば変位拡大機構8は、水平面内のいずれの方向にも変位することが可能となる。
Two
上方プレート16aを底板2で構成してもよい。また下方プレート16bを接触板9で構成してもよい。変位拡大機構8を比較的小さく構成することができる。
The
変位部8aの構成は上記に限定されない。振動体7の振動方向に沿って回転軸3等を変位できる構成であれば他の構造を採用してもよい。図4および図5に例示する実施形態と同様に柱状部材11を積層ゴム15や丸棒15aやスライダーと組み合わせる構成にしてもよい。これにより柱状部材11が第一方向xに沿った方向に加えて第二方向yに沿った方向にも傾動可能となる。
The configuration of the
また復元部8bの構成は上記に限定されない。変位部8aにより発生した変位を元の位置に戻せる構成であれば他の構造を採用してもよい。
Further, the configuration of the
図10に例示するように変位拡大機構8が、復元部8bの復元力の大きさを変化させる調整部19を有する構成にしてもよい。この実施形態では調整部19は、底板2を貫通する状態で配置されている板バネ10を底板2に固定する調整ネジで構成されている。
As illustrated in FIG. 10, the
底板2の側部に配置されている調整ネジを緩めると、板バネ10と底板2との固定が解除されるので、板バネ10に対して底板2が上下方向zに沿って移動可能な状態となる。例えば底板2を下方に移動させた後に調整ネジを締めて底板2を固定する。図10に例示するように底板2と接触板9との間の板バネ10の長さが短くなる。そのため板バネ10の復元力が大きくなる。
When the adjusting screw arranged on the side of the bottom plate 2 is loosened, the
調整部19により復元部8bの復元力を大きくできるので、制振装置1および振動体7を含む振動系全体の二次モードの共振振動数を高くすることができる。
Since the restoring force of the restoring
調整部19により復元力を比較的大きく調整した場合と、復元力を比較的小さく調整した場合の制振装置1による制振効果を図11に示す。図11のグラフの縦軸は振動体7の振幅A(mm)を、横軸は振動体7の振動数f(Hz)を示している。
FIG. 11 shows the vibration damping effect of the vibration damping device 1 when the restoring force is adjusted to be relatively large by the adjusting
図11の破線は振動体7の振幅Aと振動数fとの関係を示している。図11の実線は復元力が比較的小さく調整された制振装置1による制振効果を示している。振動体7の振動数fが15Hzを超えると振動体7の振幅Aが大きくなり、制振効果が得られにくいことがわかる。これは振動体7の振動数fが、振動系全体の二次の共振振動数に近づくためと考えられる。
The broken line in FIG. 11 shows the relationship between the amplitude A and the frequency f of the vibrating
図11の一点鎖線は復元力が比較的大きく調整された制振装置1による制振効果を示している。振動体7の振動数fが30Hzに近づく範囲まで振動体7の振幅Aを小さく抑制していて、制振効果が得られていることがわかる。調整部19により復元力を調整することで、振動体7の振動数が比較的高い場合であっても制振装置1による制振効果を得やすくなる。
The alternate long and short dash line in FIG. 11 shows the damping effect of the damping device 1 in which the restoring force is adjusted to be relatively large. It can be seen that the amplitude A of the vibrating
一方で調整部19により復元力を大きくし過ぎると、変位部8aによる変位量が小さくなる。回転軸3等の変位量を大きくする機能が低下するので、振動体7の振動数が比較的低いときに制振効果を得にくくなる。
On the other hand, if the restoring force is made too large by the adjusting
図4および図5に例示する実施形態において調整部19を組み合わせた場合は、接触板9に底板2が接近するほど、柱状部材11を有する変位部8aによる変位量が大きくなる。そのため振動体7の振動数が比較的低い場合および比較的高い場合のいずれにおいても制振装置1による制振効果を得やすくなる。
When the adjusting
図12に例示するように空気ばねで復元部8bを構成して、空気ばねの圧力を調整する機器で調整部19を構成してもよい。空気ばねの圧力の調整により比較的簡単に復元部8bの復元力を変更することができる。
As illustrated in FIG. 12, the
制振装置1が作動して制振している最中に、調整部19により復元力を変更する構成にしてもよい。この実施形態では振動体7の振動数fを直接または間接に取得する取得部20と、この取得部20で取得する値に応じて調整部19を制御する制御部21とを制振装置1は備えている。制御部21は、調整部19および取得部20とそれぞれ信号線で接続されている。図12では説明のため信号線を一点鎖線で示している。
The restoring force may be changed by the adjusting
この実施形態では取得部20は下方プレート16bに固定されている。下方プレート16bは振動体7に直接的に設置されるので、振動体7の振動数を取得部20で正確に取得するには有利である。取得部20は例えば加速度センサで構成することができる。取得部20は加速度センサに限定されず、振動体7の振動数を取得できる構成を有していればよい。
In this embodiment, the
取得部20で取得される振動数が比較的低いときは、この振動数に基づき制御部21が調整部19を制御して、復元力を比較的小さい状態に維持する。例えば調整部19が復元部8bのシリンダから気体を抜けば容易に復元力を小さくできる。復元力が小さいほど変位部8aの変位量を大きくできるので、振幅の小さい振動に対する制振効果を得やすくなる。
When the frequency acquired by the
取得部20で取得される振動数が比較的高いときは、この振動数に基づき制御部21が調整部19を制御して、復元力を比較的大きい状態とする。例えば制御部21からの指令に基づき調整部19が復元部8bのシリンダに気体を供給する構成とすれば、復元部8bの復元力を容易に大きくすることができる。復元力が大きいほど制振装置1および振動体7を含む振動系全体の二次の共振振動数が高くなる。振動系全体として共振し難くなるので、制振装置1により制振効果を得やすくなる。
When the frequency acquired by the
取得部20で取得される振動数が予め定められた閾値を超えたときに復元力を増加させて、振動数が閾値以下となったときに復元力を元の状態に戻す制御を制御部21が行う構成にしてもよい。
The
制振装置1が取得部20および制御部21を備える構成により、例えば舶用ディーゼルエンジンなど振動している最中にその振動数が変化するような振動体7に対して、効率よく制振することができる。
With the configuration in which the vibration damping device 1 includes the
1 制振装置
2 底板
3 回転軸
4 質量体
5 起動機構
6 ケース
7 振動体
8 変位拡大機構
8a 変位部
8b 復元部
9 接触板
10 板バネ
11 柱状部材
12 支持部
13 連結部
14 中間支持部
15 積層ゴム
15a 丸棒
16 プレート
16a 上方プレート
16b 下方プレート
17 ローラ
18 固定部材
19 調整部
20 取得部
21 制御部
x 第一方向
y 第二方向
z 上下方向
G 重心
F 振動外力
P0 初期位置
P1 (回転軸の中心の)位置
P1’ (底板の中心の)位置
P2 (接触板の中心の)位置
A 振幅
A0 (振動体の制振前の)振幅
A1 (振動体の制振後の)振幅
A2 (回転軸等の)振幅
f 振動数
1 Vibration damping device 2
Claims (8)
前記質量体が、前記振動体から伝達される外力により一方向の回転を維持する構成を有する制振装置において、
前記振動体と前記回転軸との間に配置される変位拡大機構を備えていて、
前記変位拡大機構が、前記振動体に対して前記回転軸を前記振動体の振動方向と平行な方向に変位可能とする変位部と、この変位部により移動する前記回転軸を予め定められた初期位置に戻す復元力を発生させる復元部とを有することを特徴とする制振装置。 A rotating shaft extending with a direction perpendicular to the vibration direction of the vibrating body as an axial direction, a mass body installed on the rotating shaft and having a center of gravity at a position away from the rotation center of the rotating shaft, and the rotation. It is equipped with a start mechanism that stops after adding the initial speed of rotational motion around the axis to the mass body.
In a vibration damping device having a configuration in which the mass body maintains rotation in one direction by an external force transmitted from the vibrating body.
It is provided with a displacement expanding mechanism arranged between the vibrating body and the rotating shaft.
The displacement expanding mechanism makes it possible to displace the rotating shaft with respect to the vibrating body in a direction parallel to the vibrating direction of the vibrating body, and a predetermined initial position of the rotating shaft moved by the displacement portion. A vibration damping device characterized by having a restoring unit that generates a restoring force for returning to a position.
前記振動体の振動方向と平行な方向において前記接触板に対して前記底板を変位可能とする構成を前記板バネが有している請求項4に記載の制振装置。 The displacement expanding mechanism includes a contact plate installed on the vibrating body, a bottom plate arranged between the contact plate and the rotating shaft, and a leaf spring arranged between the contact plate and the bottom plate. Is equipped with
The vibration damping device according to claim 4 , wherein the leaf spring has a configuration in which the bottom plate can be displaced with respect to the contact plate in a direction parallel to the vibration direction of the vibrating body.
前記柱状部材が、前記回転軸と前記接触板との間に配置されるとともに途中部分を前記底板に支持されていて、前記振動体の振動方向と平行な方向に傾動可能に構成される請求項5に記載の制振装置。 The displacement expanding mechanism includes a columnar member extending along the axial direction of the rotating shaft.
The columnar member, wherein the intermediate portion while being disposed between the rotary shaft and the contact plate be supported on the bottom plate, tiltably constructed claims vibration direction parallel to the direction of said vibrating body The vibration damping device according to 5.
前記質量体が回転を維持している最中に前記制御部からの指令により前記調整部が復元力の大きさを変化させる構成を有する請求項7に記載の制振装置。 It includes an acquisition unit that acquires the frequency of the vibrating body and a control unit that controls the adjustment unit according to the value acquired by the acquisition unit.
The vibration damping device according to claim 7 , further comprising a configuration in which the adjusting unit changes the magnitude of the restoring force in response to a command from the control unit while the mass body is maintaining rotation.
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