JPH0159463B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は振動防止装置に係り、具体的には船舶
の主機関又はプロペラ等より発生する起振力によ
る船体の振動をその振動の生起している船体内の
任意の個所に設置して効果的に消振させることの
できる振動防止装置に関する。

大馬力で特にシリンダ数の少い低速デイーゼル
機関を搭載した大型船舶では、その完成後に主機
関又はプロペラを振動源とする船体の振動が発生
して問題になる事例がしばしば見られる。これら
の振動には船体の全体振動と局部振動とがある。
前者は主として船体の低次の上下又は左右曲げ振
動で、主機関の往復質量の不平衡力又は偶力によ
つて誘起されることが多い。後者は主として船橋
等上部構造の局部的振動であり、その振動源は主
機のデイーゼル機関の燃焼ガス圧力によるトルク
変動、あるいはプロペラ翼の推力変動に基く場合
が多い。いずれにせよ、これらの船体に発生する
振動の振動数は主機関又はプロペラの回転数に比
例する。

これらの船体振動の軽減策として、最近広く実
用されているものに、自動追従式電動消振機と称
するものがある。これは起振機の一種であつて、
対象とする振動の振動数に等しい回転数で釣合錘
を回して起振力を発生させ、この装置を船体内の
所要の個所の振動と逆位相の起振力を与えること
によつてその振動を相殺し制圧するものである。
この装置において、対象とする振動の振動数に等
しい回転数で釣合錘を回すには、定速の駆動用モ
ータにより特殊の自動制御装置付の変速カツプリ
ングを介して出力軸を回し、その回転を歯車機構
によつて釣合錘回転軸に伝えるのであるが、この
自動制御装置は、主機関の主軸の回転と位相を検
出し、それらを基準にして上記出力軸の回転数と
位相を所要の値に自動制御するものである。すな
わち、この消振機の発生する起振力の振動数及び
位相は、自動的に主軸の回転に追従して、常に対
象とする振動の振動数と位相に対応するようにさ
れているのである。

ところで、この消振機の起振力は、対象とする
振動を相殺するに必要・充分な大きさでなければ
ならないが、そのためにはその船の試運転の際
に、船体の振動を測定しながら、消振機の釣合錘
の重さを加減して調整する必要がある。この調整
作業は面倒ではあるが、問題の振動が主機の往復
質量の不平衡力又は偶力を起振力とする場合、こ
れらの起振力は船の運航状態で変化するものでは
ないので、一度調整しておけば後から不具合を生
ずることがない。

しかし、問題の振動がプロペラを振動源とする
場合、荒天時に船がピツチングをしてプロペラ翼
端が水面から出没する状態のときは、船のピツチ
ングに伴つてプロペラ起振力の大きさと位相が大
きく変化するので、消振機の機能がそれに追従で
きなくなる。従つて、この種の振動に対しては、
この釣合錘型の消振機は不適であつて、実際に使
われていない。

本発明は、上述の事情に鑑み、従来の釣合錘型
の自動追従式電動消振機の欠点を解消して、船体
等に発生する主機関等の回転数に比例する振動を
その変動に追従し且つその全回転数域にわたつて
効果的に制圧することのできる振動防止装置を提
供することを目的としてなされたものである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の原理
及び実施例について説明する。

先づ、本発明の防振原理について説明する。

第１図及び第２図は、回転軸Ａと共に回転しな
がら回転軸方向に振動する遠心力振子Ｂを示す。
第１図は振子が単振子の場合、第２図は物理振子
の場合である。図中、Ｏは回転軸中心、Ｈは振子
支点、Ｇは振子重心を表わす。今、振子の長さを
ｌ（＝HG）、振子重心の回転軸中心からの距離を
ｓ（＝OG）、回転軸Ａの角速度をω、回転数をｎ
（＝ω／2π）とすれば、この遠心力振子に働く遠
心力はmsω²で単振子の場合の固有振動数ｆは、 ｆ＝ｎ√ (1) 物理振子の場合は、 ｆ＝ｎ√＋（−）_H （２−１） ここにleは振子の相当長さで、振子の質量を
ｍ、振子支点Ｈまわりの慣性モーメントをI_Hとす
ると、 le＝I_H／ml (3) 又、Ix及びIyは、それぞれ振子の重心Ｇを通り
回転軸Ａに平行な軸及び直角な軸まわりの慣性モ
ーメントである。（２−１）式の根号内の最後の
項は、振子の形状を適当に設計することにより、
Ix−Iy＝０にすることができるから、その場合
は、（２−１）式は(1)式と同形に ｆ＝ｎ√ (2) となる。(1)式又は(2)式によつて明かなように、遠
心力振子Ｂの固有振動数ｆはその回転軸Ａの回転
数ｎに比例し、その比例定数は、ｓとｌ又はleと
を適当に選定することによつて任意の値にするこ
とができる。

一般に構造物に発生する定常振動の振動数は、
その振動源である回転機関又は機械の回転数に比
例する。例えば船舶において、船体に発生する定
常振動は、前述のように、主機関又はプロペラの
回転数に比例する。従つて上記の遠心力振子Ｂが
取り付けられた回転軸Ａの回転数を主機関又はプ
ロペラ回転数に比例させておけば、振子の形状・
寸法・配置を適切に設計することによつて、振子
の固有振動数を常に対象とする振動の振動数に一
致させることができる。このような遠心力振子機
構を船体の所望の個所に、振子の回転軸を対象振
動の方向に一致させて設置すれば、その個所での
対象振動の起振力は、公知の動吸振器の原理によ
つて、主機又はプロペラの全回転数を通じて、振
子の振動慣性力に相殺されて、その個所の振動は
消滅するわけである。もちろん、この遠心力振子
の重さは、予めその個所での起振力を相殺するに
充分な大きさにしておかねばならない。

この遠心力振子機構の回転数を主機又はプロペ
ラ回転数に比例させる技術は、すでに現用の自動
追従式電動消振機で慣行されているので、特に問
題がない。しかも、本発明の遠心力振子式の振動
防止装置の場合、上述した振動相殺作用が力学の
法則に従つて全く自動的に行われるので、振子の
重さの調整は無論のこと、面倒な位相制御装置な
ども不要になる。

次に、上記防振原理に基く本発明装置の好適実
施例について述べる。

第３図及び第４図は、主機のデイーゼル機関か
ら発生する主機２次（主機回転数の２倍の振動数
の意味、以下同じ）の不平衡力及び偶力によつて
誘起される船体全体の上下曲げ振動を対象とし
て、船尾甲板付近に設置される本発明の振動防止
装置の心臓部である遠心力振子の構造概要図で、
第３図は振子機構側面図ならびにそれに接続する
かさ歯車機構を示す図、第４図は振子機構の平面
図である。これらの図において、１は回転軸、２
は回転軸１に取り付けられた振子支持円盤、３は
この円盤２の周側面に沿つて90゜間隔に回転軸１
に対称に径方向外方に二又端状に延出させて設け
られた振子支持板、４は遠心力振子、４ａは、そ
の基端が振子支持板３に固設された振子支持ピン
６外側を囲繞して設けられた円筒コロ軸受５を介
して振子支持板３に回転自在に枢支された振子腕
板、４ｂは振子腕板４ａの先端部にボルト・ナツ
ト４ｃにより連結された振子重錘、７は遠心力振
子機構のケーシング１２に回転軸１を回転自在に
支持するためのラジアル軸受、８は同じく回転軸
１のスラスト軸受、９は水平方向に配設された水
平回転軸１０の駆動力を垂直方向に配設された回
転軸１に変換して伝達するためのかさ歯車、１１
は水平回転軸１０の末端に取付けられた歯車であ
る。

また、第５図は、本装置の全体概略図である。
図中、１８は振動を除去せんとする個所の甲板等
に本装置を取付けるための床盤であり、床盤１８
には、上記遠心力振子４を有する遠心力振子室１
７及びかさ歯車９を有するかさ歯車室１６を備え
たケーシング１２が取り付けられている。更に、
かさ歯車室１６には、遠心力振子の回転軸１の回
転数を主機の回転数に比例する所定の回転数に制
御すべく、歯車１１等を有する歯車室１５、主機
の回転数を検知しこれに追従制御させる自動制御
装置を備えた変速カツプリング室１４及び変速カ
ツプリングを駆動する駆動モータ１３が連設され
ている。上記変速カツプリング室１４及び駆動モ
ータ１３は支持架台１９によつて床盤１８に取付
けられている。

この実施例では、回転軸１の回転数ｎ（rps）は
上記駆動モータ１３や自動制御装置、変速カツプ
リング等により主機回転数n_E（rps）の1.5倍に設
定してある。従つてｎ＝1.5n_E、又、回転中のこ
の振子４の固有振動数ｆ（Hz）は、主機２次の上
下曲げ振動を防止すべく主機回転数の２倍に合わ
せねばならないから、ｆ＝2n_E、これらの関係を
(2)式に入れると、 ｓ／l_e（２／1.5）²＝1.778 (4) 第３図及び第４図に示す振子４は、図示のよう
に、振子腕板４ａと振子重錘４ｂとそれらを結合
するボルト・ナツト４ｃとによつて成り立つてい
るが（正確には、その外に円筒コロ軸受５の外筒
及びコロの一部を含む）、この振子４の支点回り
回転半径と重心位置は(4)式を満足するように決め
られている。振子の個数は８個で、図示のように
90゜間隔に回転軸に対称に配置してある。

この振子４の回転軸１は垂直に設置してあるか
ら、回転していないときは振子４は、垂直に垂れ
下り、第３図の４′の位置にある。回転が始まる
と、振子４は次第に水平に拡がり、主機の正規回
転数のとき、ほぼ水平位置になる。例えば、この
実施例では、主機の正規回転数n_E＝２（rps）のと
き、振子に作用する遠心力の加速度は約21ｇに達
するので、振子４の位置は水平面から、僅か１／
21rad＝2.7゜だけ下つた位置にある。従つて、実
際上は水平と見做して差支えない。この振子４に
作用する遠心力はかなり大きい値になるが、各振
子４は同型で等重量のものを軸対称に配置してあ
るので、全振子の遠心力は釣合つて、回転軸１に
直角方向の水平衡力は生じない。

この遠心力振子機構を主機２次の振動数、すな
わち2n_E（Hz）で上下振動している船体の所要の個
所に設置すると、振子はこの振動に同調して上下
に振動し、その振動慣性力は全振子で合計され
て、第３図のスラスト軸受８及びケーシング１２
更に床盤１８を介して船体構造、例えば甲板に伝
えられる。この力がその個所での船体振動の起振
力に対応する。すなわち、今まで船体を振動させ
ていたその個所での相当起振力は、振子の振動慣
性力と釣合つて、換言すれば、振子の振動によつ
て吸収されて、その個所の振動が消滅すること
は、動吸振器の原理として前に述べた通りであ
る。

第６図及び第７図は本発明の他の実施例で、船
橋の水平方向の局部振動を対象として設計された
船体振動防止装置の中の遠心力振子機構の概要図
で、第６図はその側面図、第７図は回転軸方向に
見た図である。図中の記号は、第３図及び第４図
と共通で、１は回転軸、２は振子支持円盤、３は
この円盤外周に90゜間隔で設けられた振子支持板、
４は遠心力振子、５は円筒コロ軸受、６は振子支
持ピン、７は回転軸１のラジアル軸受、８は回転
軸１のスラスト軸受、１１は歯車、１２は遠心力
振子機構のケーシングである。また、第８図はこ
の実施例装置の全体概略図であり、図中、１３は
駆動モータ、１４は自動制御装置付の変速カツプ
リング室、１５は歯車室、１７は遠心力振子室、
１８は床盤である。１９は変速カツプリング室１
４及び駆動モータ１３を床盤１８に取付けるため
の支持架台である。

この場合の対象振動数を主機５次とすると、振
子の固有振動数は、ｆ＝5n_Eとしなければならな
い。振子回転軸の回転数をｎ＝3n_Eに設定してお
くと、ｎ＝3n_E、これらの関係を(2)式に入れると、 ｓ／l_e＝（５／３）²＝2.778 (5) 第５図及び第６図の振子４は、その支持点回り
の回転半径と重心位置が上記(5)式に合うようにし
て決めてある。

この場合の遠心力振子機構は、その回転軸が水
平に設置されていること、従つてかさ歯車機構が
不要であること以外は、本質的に第３図及び第４
図に示す上記実施例の場合と変りはない。回転し
ていないときの振子の位置は、垂直下方の振子は
第５図に示す正規位置にあるが、その他の振子
は、重力の作用により多少ともどちらか軸方向に
傾いているが、回転が始まればすぐに正規位置に
復するので、何も心配はない。なお、念のためこ
の場合も主機の正規回転数がn_E＝2rps、従つて振
子の回転軸１の回転数がｎ＝３×２＝6rpsのとき
に振子に作用する遠心加速度は約50ｇに達する。
しかし、この遠心力は振子全体で釣合うので、回
転軸に直角方向の不平衡力は生じないことは前記
実施例の場合と同じである。一方、振子の回転軸
方向の振動慣性力は全振子合計されて、スラスト
軸受８を介してケーシング１２に伝えられ、結局
船体のその個所での水平振動の起振力と釣合うの
である。

なお、上記実施例では本発明の遠心力振子式の
振動防止装置の船体への適用のみについて述べた
が、船舶に限らず、一般構造物に対しても適用さ
れることはもちろんである。例えば、発電用デイ
ーゼル機関又は回転機械類より発生する起振力に
よつて誘起される建物の振動に対しては、本振動
防止装置を全く同様な形で、効果的に使用するこ
とができる。

以上の説明で明らかなように、本発明による振
動防止装置によれば、 (1) 装置が小型で一体化されているので、船体等
振動体の適宜の個所に容易に据付けることがで
きる。

(2) 遠心力振子の回転軸の回転数を振動源である
主機関又はプロペラ等の回転数に対して適切な
比例関係を保たせておけば、主機の常用回転数
の全域にわたつて、全自動的に優れた防振効果
を発揮する。

(3) 固有振動数の異なる２種以上の遠心力振子を
回転軸に対して数層に配列することにより、一
つの装置で振動数の異なる数種類の振動を同時
に吸振させることもできる。

等の優れた効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の振動防止装置の中
枢である遠心力振子の原理的な説明図で、第１図
は振子が単振子の場合であり、第２図は物理振子
の場合である。第３図、第４図及び第５図は、本
発明に係る振動防止装置の一実施例を示し、第３
図は本装置の中の遠心力振子機構の側面図ならび
にそれに接続するかさ歯車機構を示す図、第４図
は遠心力振子機構の平面図、第５図は本装置の全
体概略図である。第６図、第７図及び第８図は本
発明の他の実施例で、第６図は本振動防止装置の
中の遠心力振子機構の側面図、第７図は第６図を
回転軸方向から見た図、第８図は本装置の全体概
略図である。 図中、１は回転軸、２は振子支持円盤、３は振
子支持板、４は遠心力振子、４ａは振子腕板、４
ｂは振子重錘、４ｃは振子重錘を振子腕板に結合
するボルト・ナツト、５は円筒コロ軸受、６は振
子支持ピン、７はラジアル軸受、８はスラスト軸
受、９はかさ歯車、１０は水平回転軸、１１は歯
車、１２は遠心力振子機構のケーシング、１３は
駆動用モータ、１４は自動制御装置付の変速カツ
プリング室、１５は歯車室、１６はかさ歯車室、
１７は遠心力振子室、１８は床盤、１９は変速カ
ツプリング及び駆動モータの支持架台である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転駆動体を有する振動源にて発生した上記
   回転駆動体の回転数に比例する振動数の振動を受
   ける振動体に、該振動体の振動方向に沿つて回転
   軸を設け、該回転軸に、これを上記回転駆動体の
   回転数に比例した回転数で駆動制御する駆動手段
   を連結すると共に、回転軸にこれとともに回転し
   つつその軸方向に振動可能な遠心力振子を複数、
   軸対称に設け、該遠心力振子の長さ及び重心位置
   を遠心力振子の固有振動数が上記振動体の振動数
   に一致するように設定して、上記振動体の振動を
   上記遠心力振子の振動により吸収させるように構
   成したことを特徴とする振動防止装置。