JP4675960B2

JP4675960B2 - 駆動軸のねじり加振を減衰させる装置

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Publication number: JP4675960B2
Application number: JP2007526431A
Authority: JP
Inventors: グラハムノーレズ、ジェイムズ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-06-12
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2008502863A; WO2005121594A3; WO2005121594A2; EP1756447A2; CN1969140B; EP1756447B1; US7654907B2; GB0413153D0; GB2415028A; BRPI0512011A; US20070240959A1; CN1969140A; DE602005006560D1

Description

本発明は、駆動軸のねじり加振を減衰させる装置に関する。

駆動軸の危険速度（駆動軸が共振する速度）が、駆動される機器の動作速度に一致しないように駆動軸を設計することが知られている。これは、駆動軸のねじり加振を避けるのに役立つ。駆動軸をこのように設計することは、必ずしも可能であるとは限らない。さらに、駆動軸では駆動されないで、同一近辺で駆動される他の機器の動作により、駆動軸のねじり加振が発生することがある。駆動される機器に連結されている機器、例えば電気回路を介して連結されている機器の動作によっても、駆動軸のねじり加振が発生することがある。特に、サイリスタを利用する高出力の電子制御機器の出現以来、そのようなねじり加振が発生している。

駆動軸が、駆動軸が受けるねじり加振に耐えるほど堅牢でないときには、駆動軸の堅牢性を増すこと、駆動軸に加えられるねじり応力の大きさを減らすこと、さらに、駆動軸自体のねじり加振を減衰させること等によって対処される。本発明は、これら３つの対処法のうちの最後の対処法に関わるものである。

本発明の第１の解決手段によれば、駆動軸のねじり加振を減衰させる装置であって、この駆動軸の一端に固定され、かつ、この駆動軸に沿って延びている部材と、この駆動軸の他端に固定されて、上記部材のうち、上記部材をこの駆動軸の上記一端に固定した所から遠い方の端の振動を減衰させる減衰手段とを備える装置が提供される。

この部材は、好適には上記駆動軸と同心の管である。

この管は、上記駆動軸に固定された端と反対側の端から延びている一対の作動レバーを有し、また、上記作動レバーが、上記管の対向する位置に配設され、さらに、上記減衰手段が、上記レバーの振動を減衰させる。

この管は、上記駆動軸に固定された端と反対側の端に配設された半径方向内向きに延びている支持物を有し、また、この支持物が、上記駆動軸を支持して、上記管と上記駆動軸の同心性を維持するようにする。

この減衰手段は、好適には油圧式のものである。

好ましくは、この油圧式減衰手段は、第１の対の油圧シリンダと第２の対の油圧シリンダ、および上記油圧シリンダ間の流体流路を有し、前記第１の対の油圧シリンダは、そのピストンの動作が上記一方の作動レバーの振動方向に互いに対向するように配設され、かつ、上記ピストンが上記一方の作動レバーと係合するようになし、また、第２の対の油圧シリンダは、そのピストンの動作が上記他方の作動レバーの振動方向に互いに対向するように配設され、かつ、上記ピストンが上記他方の作動レバーと係合するようになし、さらに、上記管のねじり加振が上記作動レバーを振動させ、それにより、上記油圧シリンダ間で流体が流れて、この振動を減衰させる。

好ましくは、上記油圧シリンダ間の流体流路は、加圧タンクを備える。

好ましくは、この流体流路は、第１の部分と第２の部分とを有し、各部分が、並列に接続された第１の分岐管と第２の分岐管とを有し、一方の分岐管が絞り弁を有し、他方の分岐管が、上記加圧タンクから遠ざかる方向にのみ流体を流すことを可能とする逆止弁を有し、また、上記第１の部分が、上記加圧タンクと、上記第１の対の一方の油圧シリンダと上記第２の対の対角線的に（斜めに）対向する油圧シリンダの両方との間に接続され、さらに、上記第２の部分が、上記加圧タンクと、上記第１の対の他方の油圧シリンダと上記第２の対の対角線的に対向する油圧シリンダの両方との間に接続されている。

本発明の第２の解決手段によれば、第１の方向に構成要素の振動を減衰させる油圧回路であって、一対の油圧シリンダのピストンの動作が上記第１の方向に互いに対向し、かつ、上記ピストンが上記構成要素と係合するように配設された一対の油圧シリンダと、上記油圧シリンダ間の流体流路とを有し、上記第１の方向に上記構成要素を振動させた際に、上記油圧シリンダ間で流体が流れて、上記振動を減衰させるような油圧回路が提供される。

好ましくは、この流体流路は、上記加圧タンクと一方の上記油圧シリンダとの間に第１の部分を、また、上記加圧タンクと他方の上記油圧シリンダとの間に第２の部分を有し、上記各部分が、並列に接続された第１の分岐管と第２の分岐管とを有し、一方の分岐管が絞り弁を有し、他方の分岐管が、上記加圧タンクから遠ざかる方向にのみ流体を流すことを可能とする逆止弁を有する。

本発明の第３の解決手段によれば、第１の方向に構成要素の振動を減衰させる油圧回路であって、上記構成要素と係合する第１のポンプ手段および第２のポンプ手段と、上記第１のポンプ手段と上記第２のポンプ手段との間の流体流路とを有し、上記流体流路が、加圧タンクと、上記加圧タンクと上記第１のポンプ手段との間の第１の部分と、また、上記加圧タンクと上記第２のポンプ手段との間の第２の部分とを有し、上記各部分が、並列に接続された第１の分岐管と第２の分岐管とを有し、一方の分岐管が絞り弁を有し、他方の分岐管が、上記加圧タンクから遠ざかる方向にのみ流体を流すことを可能とする逆止弁を有し、上記第１の方向に上記構成要素を振動させた際に、上記第１のポンプ手段と上記第２のポンプ手段との間で流体が流れて、上記振動を減衰させるような油圧回路が提供される。

次に、例示として、以下の添付図面を参照して、本発明を説明する。

図１と図１Ａを参照すると、駆動軸１は、駆動装置３により駆動されて、被動ユニット５を駆動する。駆動軸１は、撓み要素７とアダプタープレート９を用いて、駆動装置３および被動ユニット５に連結されている。駆動軸１のねじり加振を減衰させるための本発明による装置は、ねじり剛性の伝達管１１、ねじり剛性の一対の作動レバー（１３ａ、１３ｂ）、支持物１５、油圧式ねじりダンパー１７を含む。油圧式ねじりダンパー１７は、駆動軸１と被動ユニット５との間に連結される。伝達管１１は、駆動軸１と同心に延びており、また、駆動装置３に連結された駆動軸１の端に固定されている。作動レバー（１３ａ、１３ｂ）は、伝達管１１の対向する位置に配設されていて、伝達管１１のうち、伝達管１１を駆動軸１に固定した所から遠い方の端から延びている。作動レバー（１３ａ、１３ｂ）は、油圧式ねじりダンパー１７と係合するように延びている。このような係合の正確な特徴は、以下に述べられる。支持物１５も、伝達管１１のうち、伝達管１１を駆動軸１に固定した所から遠い方の端に配設されている。支持物１５は、駆動軸１を支持して、伝達管１１と駆動軸１の同心性を維持する（特に、高速回転速度にて）ように、半径方向内向きに延びている。支持物１５は、駆動軸１のねじりひねりを制限しない。

駆動軸１のねじり加振による駆動軸１の揺動ひねりの結果、作動レバー（１３ａ、１３ｂ）と油圧式ねじりダンパー１７との間に、対応する相対回転運動が発生する。例えば、駆動軸１の被動ユニット端が時計回りにひねられ、その結果、駆動軸１の駆動装置端が反時計回りにひねられるという例を挙げる。この被動ユニット端を時計回りにひねると、それに対応して、この被動ユニット端に連結されている油圧式ねじりダンパー１７が時計回りにひねられ、また、この駆動装置端を反時計回りにひねると、それに対応して、この駆動装置端に固定されている伝達管１１が反時計回りにひねられ、それゆえ、それに対応して、作動レバー（１３ａ、１３ｂ）が反時計回りにひねられる。油圧式ねじりダンパー１７と作動レバー（１３ａ、１３ｂ）の相対角位置は、駆動軸１のその瞬時でのひねりに相当する。

図２と図３も参照すると、油圧式ねじりダンパー１７は、第１の対の油圧シリンダ（２１、２３）、第２の対の油圧シリンダ（２５、２７）、加圧タンク２９、絞りオリフィス（３１、３３）、逆止弁（３５、３７）を含む。

第１の対の油圧シリンダ（２１、２３）は、作動レバー１３ａの振動方向に互いに対向して配設されている。それぞれの油圧シリンダ（２１、２３）は、作動レバー１３ａの対向する側を支持するピストン（２１ａ、２３ａ）を含む。同様に、第２の対の油圧シリンダ（２５、２７）は、作動レバー１３ｂの振動方向に互いに対向して配設されており、それぞれの油圧シリンダ（２５、２７）は、作動レバー１３ｂの対向する側を支持するピストン（２５ａ、２７ａ）を含む。

対角線的に対向する油圧シリンダ（２３、２５）と加圧タンク２９との間の流体流路は、並列に接続された第１の分岐管と第２の分岐管を含む。一方の分岐管は絞りオリフィス３３を有し、また、他方の分岐管は逆止弁３７を含む。同様に、対角線的に対向する油圧シリンダ（２１、２７）と加圧タンク２９との間の流体流路は、並列に接続された第１の分岐管と第２の分岐管を含む。一方の分岐管は絞りオリフィス３１を有し、また、他方の分岐管は逆止弁３５を含む。逆止弁（３５、３７）は、加圧タンク２９から遠ざかる方向にのみ流体を流すことを可能とする。

加圧タンク２９は、ばね押え式油圧シリンダの形式を取っている。油圧式ねじりダンパー１７はまた、油圧油注入口（図示されてない）と、効果的に配置された抽気弁（そのうちの１つだけが図示されている。図２Ｄを参照のこと）も含む。この注入口／抽気弁を用いれば、加圧流体により、すべてのガス／空気を外部供給源から排除することができる。油圧シリンダ（２１、２３、２５、２７、２９）と逆止弁（３５、３７）は、運転中は事実上漏れがないように設計されている。油圧シリンダ（２１、２３、２５、２７、２９）に関しては、これは、いわゆる「転動形ダイアフラム」シール（図２Ｄと図２Ｅを参照のこと）を用いて達成される。このようなシールはまた、油圧式ねじりダンパー１７の線形粘性減衰特性を維持するために、摩擦が小さい（以下を参照のこと）。絞りオリフィス（３１、３３）は、絞りオリフィス（３１、３３）を通る流れが層流であるように設計されている。逆止弁（３５、３７）は、低圧力降下と高速応答を有するように設計されている。

油圧式ねじりダンパー１７の動作は、以下の通りである。

特に図３を参照すると、駆動軸１のねじり加振のために、作動レバー（１３ａ、１３ｂ）が時計回りの方向に回転する場合には、これは、油圧シリンダ（２３、２５）のピストン（２３ａ、２５ａ）を内向きに押す。油圧油は、油圧シリンダ（２３、２５）から排除されて、絞りオリフィス３３を横切って（逆止弁３７が、加圧タンク２９から遠ざかる方向にのみ流体を流すことを可能とすることに留意すること）、加圧タンク２９に入り込む。さらに、加圧タンク２９への流体の流れ込みと、加圧タンク２９のばねの加圧作用のために、流体が、加圧タンク２９を出てゆく。流体は、逆止弁３５を越えて、油圧シリンダ（２１、２７）に達し、レバー（１３ａ、１３ｂ）に関して突付け状態となるように、ピストン（２１ａ、２７ａ）を外向きに押す。第１の対の油圧シリンダ（２１、２３）と第２の対の油圧シリンダ（２５、２７）の双方の前後間の圧力差は、絞りオリフィス３３の前後間の圧力差に等しく、また、駆動軸１の角ひねりに対抗するトルクに比例する。絞りオリフィス３３を横切る流れは、駆動軸１の角ひねり速度によって決まるので、この角ひねり速度に比例した真の減衰トルクが生じる。絞りオリフィス３３の前後間で層流が維持されるならば、この減衰特性は、まったく線形かつ粘性である。

駆動軸１のねじり加振により、レバー（１３ａ、１３ｂ）が反時計回りの方向に回転する場合には、油圧式減衰回路の働きは、前例と同様であるが、ただし、その逆になる。したがって、流体は、油圧シリンダ（２１、２７）を出てゆき、絞りオリフィス３１を越え、加圧タンク２９に入り、加圧タンク２９を出てゆき、逆止弁３７を越えて、油圧シリンダ（２３、２５）に入り込む。このような場合、第１の対の油圧シリンダ（２１、２３）と第２の対の油圧シリンダ（２５、２７）の双方の前後間の圧力差は、絞りオリフィス３１の前後間の圧力差に等しい。

全体システムの動力学（ダイナミックス）がはっきりしている場合には、絞りオリフィス（３１、３３）は、固定絞りであり、すなわち、絞りオリフィス（３１、３３）の絞りは不変である。これにより、費用が節約される。しかしながら、それほどはっきりしていないシステムでは、可変層流オリフィスを使用して、調整可能な減衰を実現することができる。その場合、この減衰レベルを調整して、実際の運転条件に合わせることになる。

油圧システムは、その運転中に、ガス泡／空気泡の形成のために、非圧縮性に関してロスを生ずる場合がある。これは、多くの油圧システムでは、ほとんどささいなことであるが、ただし、上述のシステムの場合には、たぶん運転不能の原因になるであろう。これは、非常に小さい角変位に応じて、瞬時減衰トルクが必要とされるからである。ガス泡／空気泡は、油圧油のキャビテーションにより現れる。すなわち、油圧油の負圧により、常態で油圧油に含まれているガス／空気が溶液から出てきてガス泡／空気泡を形成する。キャビテーションは、一般に、室の膨脹により、油圧油がその室に引き入れられるときに、発生する。上述のシステムでは、キャビテーションは、（ｉ）加圧タンク２９と、（ｉｉ）絞りオリフィス（３１、３３）と並列の逆止弁（３５、３７）（これらの逆止弁により、油圧油は、油圧シリンダ（２１、２３、２５、２７）に流れようとするときに、絞りオリフィス（３１、３３）を迂回することができ、それにより、膨脹シリンダ（２１、２３、２５、２７）への高速応答を可能にする）を使用することで、防止される。

加圧タンク２９は、油圧回路中の体積変動を補償することに留意されたい。このような変動は、摩耗（例えば、作動レバー（１３ａ、１３ｂ）がピストン（２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ）に当接している接触面での摩耗）、温度変化、油圧油漏れにより発生するかもしれない。

図４の油圧式減衰回路は、図３のものと同一であるが、ただし、図３の油圧シリンダ（２５、２７）が省かれている。図４の回路を使用すれば、油圧シリンダ（２１、２３）のピストン（２１ａ、２３ａ）の動作が互いに対向する方向に、任意の構成要素４１の振動を減衰させられるものと理解されよう。したがって、図４において、構成要素４１が右に移動すると、油圧油は、油圧シリンダ２３を出てゆき、絞りオリフィス３３を越えて、加圧タンク２９に入り込み、加圧タンク２９を出てゆき、逆止弁３５を越えて、油圧シリンダ２１に入り込む。油圧シリンダ（２１、２３）の前後間の圧力差は、絞りオリフィス３３の前後間の圧力差に等しい。図４において、構成要素４１が左に移動すると、上記の逆の動作が行われ、その場合、油圧シリンダ（２１、２３）の前後間の圧力差は、絞りオリフィス３１の前後間の圧力差に等しい。

図５の油圧式減衰回路は、図４のものと同一であるが、ただし、構成要素４１と係合する方法が異なっている。構成要素４１は、対向する油圧シリンダ（２１、２３）の間で一直線をなさずに、ここでは、構成要素４１の前位置の上方に配設されている。単一の部材４３は、ピストン（２１ａ、２３ａ）と接続され、また、もう１つ別の部材４５は、部材４３に一体的に固定されて、垂直方向に部材４３から構成要素４１に延びている。部材４５は、構成要素４１に一体的に固定されている。前例と同じように、ピストン（２１ａ、２３ａ）が互いに対向する方向に、構成要素４１が振動する。これにより、ピストン（２１ａ、２３ａ）の内向き／外向きの移動が、油圧シリンダ（２１、２３）間に、対応する油圧油の流れを生じさせて、その振動を減衰させる。

図６の油圧式減衰回路では、油圧シリンダ（２１、２３）と、それらのピストン（２１ａ、２３ａ）は、単一の油圧室４７と、図６において油圧室４７内を左右に移動する単一部材４９から成っている。長穴５１は、単一部材４９に切り込まれて、構成要素４１を収容する。前例と同じように、ピストン（２１ａ、２３ａ）が互いに対向する方向に、構成要素４１が振動する。これにより、ピストン（２１ａ、２３ａ）の内向き／外向きの移動が、油圧シリンダ（２１、２３）間に、対応する油圧油の流れを生じさせて、その振動を減衰させる。

もちろん、ピストン（２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ）と作動レバー（１３ａ、１３ｂ）との係合に関して、図５と図６の変形が、図３の油圧式減衰回路に適用できよう。

図３〜図６の油圧式減衰回路では、油圧シリンダは、油圧回路において、まず最初に一方の方向に、次に、他方の方向に流体を圧送することで、振動を減衰させるように対応する。これは、他の適切なポンプ手段、例えば羽根（ベーン）または歯車形態により達成できるものと理解されよう。

駆動軸のねじり加振を減衰させる上述の装置では、駆動軸と同心で、駆動軸を取り囲み、しかも駆動軸の一端に固定された伝達管は、この一端の角ひねりを、駆動軸の他端に固定されたダンパーに伝達する。このような伝達は、駆動軸の一端に固定され、かつ、駆動軸に沿って、駆動軸の他端に固定されたダンパーまで延びている他の適切な手段により達成できるものと理解されよう。例えば、このような他の手段は、中空駆動軸と同心で、かつ中空駆動軸内に設けられた中実の円筒形部材を含むことができる。

駆動軸、および駆動軸のねじり加振を減衰させるための本発明による装置の縦断面図。図１に示される本発明による装置の一部の上面図である。図１に示される本発明による装置の油圧式ねじり振動ダンパーの図。図２Ａ中の線Ａ−Ａの断面図。図２Ｂ中の線Ｂ−Ｂの断面図である。図２Ｂ中の細部Ｃの拡大図である。図２Ｃ中の細部Ｄの拡大図である。図２Ａに示される油圧式ねじり振動ダンパーの油圧式減衰回路を示す図。図３の油圧式減衰回路の一変形を示す図。図４の油圧式減衰回路の一変形を示す図。図４の油圧式減衰回路の代替変形を示す図。

符号の説明

１駆動軸
１１伝達管
１３ａ、１３ｂ作動レバー
１７油圧式ねじりダンパー
２１、２５油圧シリンダ
２９加圧タンク

Claims

駆動軸のねじり加振を減衰させる装置であって、前記駆動軸の一端に固定され、かつ、前記駆動軸に沿って延び駆動軸と同心の管からなる部材と、前記駆動軸の他端に固定されて、前記部材のうち、前記部材を前記駆動軸の前記一端に固定した所から遠い方の端の振動を減衰させる減衰手段とを備える装置において、
前記管からなる部材が、前記駆動軸に固定された端と反対側の端から延びている一対の作動レバーを有し、また、前記一対の作動レバーが前記管の対向する位置に配設され、前記減衰手段が前記作動レバーの振動を減衰させるものとし、
さらに、前記減衰手段は油圧式とし、この油圧式減衰手段は、第１の対の油圧シリンダと第２の対の油圧シリンダ、および前記油圧シリンダ間の流体流路を有し、前記第１の対の油圧シリンダは、そのピストンの動作が前記一方の作動レバーの振動方向に互いに対向するように配設され、かつ、前記ピストンが前記一方の作動レバーと係合するようになし、また、前記第２の対の油圧シリンダは、そのピストンの動作が前記他方の作動レバーの振動方向に互いに対向するように配設され、かつ、前記ピストンが前記他方の作動レバーと係合するようになし、さらに、前記管のねじり加振が前記作動レバーを振動させ、それにより、前記油圧シリンダ間で流体が流れて、この振動を減衰させるものとすることを特徴とする装置。
前記管からなる部材が、前記駆動軸に固定された端と反対側の端に配設された半径方向内向きに延びている支持物を有し、また、前記支持物が、前記駆動軸を支持して、前記管と前記駆動軸の同心性を維持するようにすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記油圧シリンダ間の前記流体流路が、加圧タンクを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記流体流路は、第１の部分と第２の部分とを有し、各部分が、並列に接続された第１の分岐管と第２の分岐管とを有し、一方の分岐管が絞り弁を有し、他方の分岐管が、前記加圧タンクから遠ざかる方向にのみ流体を流すことを可能とする逆止弁を有し、また、前記第１の部分が、前記加圧タンクと、前記第１の対の一方の油圧シリンダと前記第２の対の対角線的に対向する油圧シリンダの両方との間に接続され、さらに、前記第２の部分が、前記加圧タンクと、前記第１の対の他方の油圧シリンダと前記第２の対の対角線的に対向する油圧シリンダの両方との間に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。