JP2791769B2 - Particle type torsional damper - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、軸に装着され、軸と一体に回転すること
により軸のねじり振動を抑制するトーショナルダンパに
関する。 ［従来の技術］ トーショナルダンパは、装着された軸と一体に回転し
て、軸の振動を抑制（制振）するために使用されてい
る。 トーショナルダンパとして、ゴムトーショナルダン
パ、オイルトーショナルダンパおよびオイル・ゴムトー
ショナルダンパが知られている。ゴムトーショナルダン
パでは、主として、共振を低減させて軸系の振動を抑制
（制振）している。また、オイルトーショナルダンパで
は、主として、軸の振動ネルギーを熱に変えて放散する
ことによって温度変化を防止し、それによって温度変化
による共振特性の影響を排除して、軸の振動を抑制（制
振）している。 このように、主として、ゴムトーショナルダンパでは
共振の低減によって、オイルトーショナルダンパでは熱
放散によって、軸の振動を抑制（制振）している。言い
換えると、ゴムトーショナルダンパでは共振低減機能の
みを、オイルトーショナルダンパでは熱放散機能のみを
持つにすぎない。 トーショナルダンパとして、共振低減機能、熱放散機
能の２つの機能を併せ持てば効率的に制振できる。その
ため、共振低減機能、熱放散機能の２つの機能を併せ持
つものが望まれている。 ［発明が解決しようとする課題］ オイル・ゴムトーショナルダンパは、オイルトーショ
ナルダンパの持つ熱放散機能とゴムトーショナルダンパ
の持つ共振低減機能とを併せ持ち、効果的に制振でき
る。しかしながら、オイル・ゴムトーショナルダンパで
は、オイル、ゴムの両者を組み込んでいるため、構造的
に複雑になるとともに、安価に生産できない。 さらに、従来のトーショナルダンパで緩衝材として使
用されるオイル、ゴムに特性上の問題点がある。つま
り、オイル、ゴムにおいては、使用状態、特に、温度に
よりその特性（弾性、粘度、密度等）が著しく変わり、
この特性変動はオイル、ゴムの持つ本質的なものであ
り、避けられない。そして、緩衝材（オイル、ゴム）の
特性変化によって制振特性が変化し、使用状態によって
は、所定の制振特性が得られない。また、使用状態によ
る制振特性の変化を正確に把握することが難しい。 加えて、トーショナルダンパは、たとえば、往復動機
関のクランク軸に装着されるが、オイル、ゴムの経時的
劣化が大きいため、耐久性に劣り、往復動機関の寿命に
比較してトーショナルダンパの寿命が短く、往復動機関
の使用中にトーショナルダンパの交換が要求される。 最近では、トーショナルダンパの装着される往復動機
関等においては、一層の高速化、高出力化が指向されて
おり、クランク軸等の軸の強度向上、往復動機関等の低
振動・低騒音のために、優れた制振特性を備えたトーシ
ョナルダンパが望まれている。 この発明は、耐久性に優れるとともに、共振低減機
能、熱放散機能の双方の機能を併せ持つことにより優れ
た制振特性を有するトーショナルダンパの提供を目的と
している。 ［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明では、特性変
化、経時的劣化の避けられないオイル、ゴムに代えて粒
子群を利用して、粒子式としている。粒子群の粒子とし
て、たとえば、金属、セラミック等が利用される。 つまり、この発明の粒子式トーショナルダンパは、軸
に取付けられて軸と一体に回転するケーシングと、ケー
シングの内側に空所を残して軸に軸受を介して回転自在
に取付けられるロータとを備えている。ここで、当然
に、ロータは他の軸系に連結されることはなく、フリー
とされる。そして、ケーシング、（フリーの）ロータの
間の空所に粒子群を封入し、軸の回転時にケーシングと
粒子群の間、ロータと粒子群の間、および粒子群相互の
間にすべり摩擦を生じさせるように構成されている ［実施例］ 以下、図面を参照しながらこの発明の実施例について
詳細に説明する。第１図は、第１実施例に係るこの発明
の粒子式トーショナルダンパの半断面斜視図を示す。粒
子式トーショナルダンパは、往復動機関のクランク軸の
ような軸（図示しない）に固定的に取付けられて軸と一
体に回転するケーシング２と、ケーシングの内側に空所
（内空部）８を残して軸に軸受６を介して回転自在に取
付けられるロータ３とを備え、ケーシング、ロータの間
の空所に粒子群７を封入して構成されている。 具体的には、ケーシング２は中空の軸取付部１を一体
に備え、キー、キー溝の組み合わせのような公知の方法
で、軸取付部が軸に固定されることにより、ケーシング
は軸に取付けられている。また、ロータ３はハブ４を一
体に備え、ハブと軸取付部１との間に軸受６を配置し
て、ロータは軸、ケーシング２に対して回転自在に配置
されている。また、ロータ３の慣性を補強する慣性リン
グ５がロータ３に嵌合されて、ケーシング２を覆うよう
に配置されている。トーショナルダンパにおいては、ロ
ータ３が他の軸系に連結されることはなく、当然に、ロ
ータはフリーとなる。 このように、軸とともに回転するケーシング２と、軸
に対して、つまりはケーシングに対して回転自在なロー
タ３の間の空所（内空部）８に粒子群７が封入されてい
る。 そのため、軸の回転時には、遠心力によって粒子群７
がケーシング２の内周面、ロータ３の外周面に圧接さ
れ、摩擦力がケーシングからロータに伝達されて、ケー
シングとともにロータが回転する。そして、軸の回転時
に、軸に生じるねじり振動は、ケーシング２と粒子群７
の間、ロータ３と粒子群の間、および粒子群相互にすべ
り摩擦を生じる。 このすべり摩擦によってロータ３に摩擦トルクが作用
するとともに、軸に生じるねじり振動によってロータに
慣性トルクが作用する。そして、慣性トルクが摩擦トル
クより大きければ、ロータ３、ケーシング２の間に相対
回転が生じ、逆に、慣性トルクが摩擦トルクより小さけ
れば、ロータ、ケーシングは一体に回転する。そのた
め、ねじり振動の一周期において、すべり摩擦は零近傍
で振動的に変化し、摩擦力に非線形の大きな変化を生じ
させて、軸の振動が抑制（制振）される。 また、振動エネルギーが熱として放散され、温度変化
を抑えることによっても、軸の振動が抑制（制振）され
る。 さらに、軸の低回転時と高速回転時とでは、ケーシン
グと粒子群の間、ロータと粒子群の間、および粒子群相
互の間の摩擦力が変化する。つまり、軸の回転が高速に
なるにつれて、ケーシングからロータへの伝達トルクが
大きくなり、ケーシングとロータとの結合が強まるた
め、摩擦力が大きくなり、すべりによる減衰能が大きく
なるとともに、軸の固有振動数が変化（転移）する。こ
こで、ロータ３はフリーであり、その負荷は一定である
ため、トーショナルダンパを装着した軸系の固有振動数
の転移が計算によって求められ、共振点の転移を生じる
ように、軸系を設計できる。そして、粒子式トーショナ
ルダンパの装着される軸の共振点は低速回転時には高
く、高速回転時には低くなるように転移して、軸の振動
が抑制（制振）される。 このようにこの発明によれば、共振低減機能、熱放散
機能の双方の機能を併せ持つため、効果的な制振が可能
となる。 また、ケーシング２、ロータ３間の空所に粒子群７を
封入するだけで足りるため、構造的に複雑化することも
なく、安価に生産できる。 この発明では、粒子群７の粒子として、たとえば、金
属やセラミックの粒子が使用される。このように金属ま
たはセラミックの粒子からなる粒子群をオイルやゴムの
代わりに使用しているため、使用状態（たとえば、温
度）によって特性（弾性、粘度、密度等）が著しく変わ
ることもなく、所定の制振特性が常に得られる。 また、オイル、ゴムに比較すれば、粒子群の経時的劣
化は無視できるため、耐久性に優れた長寿命の粒子式ト
ーショナルダンパが得られる。そのため、たとえば、往
復動機関のクランク軸に装着した場合でも、粒子群トー
ショナルダンパを交換することなく長期間継続して使用
できる。 公知のゴムトーショナルダンパ、オイルトーショナル
ダンパ、オイル・ゴムトーショナルダンパとこの発明の
粒子式トーショナルダンパの構成、効果を比較すると以
下のようにまとめられる。 ［発明の効果］ 上記のようにこの発明によれば、粒子群をケーシン
グ、（フリーの）ロータの間に封入したため、軸の回転
時に粒子群を介在して、ケーシングとともにロータが回
転する。そして、軸の回転時に、軸のねじり振動によっ
て、ケーシングと粒子群の間、ロータと粒子群の間、お
よび粒子群相互の間にすべり摩擦が生じ、このすべり摩
擦によって、軸の振動が抑制（制振）されるとともに、
振動エネルギーが熱として放散されることにより、軸の
振動が抑制（制振）される。 さらに、軸の回転速度の変化によって、ケーシングか
らロータへの伝達トルクが増加し、ケーシングとロータ
との結合が強まって摩擦力が大きくなり、すべりによる
減衰能が大きくなることによって、軸の固有振動数が変
化して、軸の振動が抑制（制振）される。 このように、熱放散機能、共振低減機能を併せ持つこ
とによって優れた制振特性を有するトーショナルダンパ
が得られる。 また、ケーシング、ロータ間の空所に粒子群を封入す
るだけで足りるため、構造的に複雑化することもなく、
安価に生産できる。 さらに、粒子群においては、使用状態による特性変
化、経時的劣化を考慮する必要がないため、所定の制振
特性が常に得られるとともに、優れた耐久性が得られ
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torsional damper which is mounted on a shaft and suppresses torsional vibration of the shaft by rotating integrally with the shaft. 2. Description of the Related Art A torsional damper is used to rotate integrally with a mounted shaft and suppress (vibrate) the vibration of the shaft. As a torsional damper, a rubber torsional damper, an oil torsional damper, and an oil / rubber torsional damper are known. In a rubber torsional damper, vibration is mainly suppressed by suppressing resonance (vibration suppression). The oil torsional damper mainly prevents the temperature change by converting the vibration energy of the shaft into heat and dissipating it, thereby eliminating the influence of the resonance characteristics due to the temperature change and suppressing the vibration of the shaft. Shaking). As described above, the vibration of the shaft is suppressed (vibration damped) mainly by reducing the resonance in the rubber torsional damper and dissipating the heat in the oil torsional damper. In other words, a rubber torsional damper has only a resonance reducing function, and an oil torsional damper has only a heat dissipation function. If the torsion damper has two functions, a resonance reduction function and a heat dissipation function, vibration can be efficiently suppressed. Therefore, a device having both a resonance reducing function and a heat dissipation function is desired. [Problems to be Solved by the Invention] The oil / rubber torsional damper has both the heat dissipation function of the oil torsional damper and the resonance reducing function of the rubber torsional damper, and can effectively dampen the vibration. However, since the oil / rubber torsional damper incorporates both oil and rubber, it is structurally complicated and cannot be produced at low cost. Further, oil and rubber used as a cushioning material in the conventional torsional damper have a problem in characteristics. In other words, the properties (elasticity, viscosity, density, etc.) of oil and rubber vary significantly depending on the conditions of use, especially temperature.
This characteristic fluctuation is an essential thing of oil and rubber and cannot be avoided. Then, the vibration damping characteristics change due to the change in the characteristics of the cushioning material (oil, rubber), and the predetermined vibration damping characteristics cannot be obtained depending on the use condition. Further, it is difficult to accurately grasp the change in the vibration damping characteristics due to the usage state. In addition, the torsion damper is mounted, for example, on the crankshaft of a reciprocating engine. However, since the oil and rubber deteriorate over time, the durability is inferior. And the replacement of the torsional damper is required during use of the reciprocating engine. Recently, in reciprocating engines equipped with torsional dampers, higher speeds and higher outputs have been pursued, and the strength of shafts such as crankshafts has been improved. Therefore, a torsional damper having excellent vibration damping characteristics is desired. An object of the present invention is to provide a torsional damper which is excellent in durability and has excellent vibration damping characteristics by having both functions of a resonance reduction function and a heat dissipation function. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, in the present invention, a particle group is used by using a particle group in place of oil and rubber inevitable in property change and deterioration with time. As the particles of the particle group, for example, metal, ceramic, or the like is used. That is, the particle type torsional damper of the present invention includes a casing attached to the shaft and rotating integrally with the shaft, and a rotor rotatably attached to the shaft via a bearing while leaving a space inside the casing. ing. Here, naturally, the rotor is not connected to another shaft system, and is made free. The particles are sealed in the space between the casing and the (free) rotor, and sliding friction occurs between the casing and the particles, between the rotor and the particles, and between the particles when the shaft rotates. [Embodiment] An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a half sectional perspective view of a particle type torsional damper of the present invention according to a first embodiment. The particle type torsional damper includes a casing 2 fixedly mounted on a shaft (not shown) such as a crankshaft of a reciprocating engine and rotating integrally with the shaft, and a space (inner space) 8 inside the casing. And a rotor 3 rotatably mounted on a shaft via a bearing 6 while leaving the particle group 7 sealed in a space between the casing and the rotor. Specifically, the casing 2 is integrally provided with the hollow shaft mounting portion 1 and the casing is mounted on the shaft by fixing the shaft mounting portion to the shaft by a known method such as a combination of a key and a key groove. Have been. Further, the rotor 3 is integrally provided with a hub 4, a bearing 6 is disposed between the hub and the shaft mounting portion 1, and the rotor is rotatably disposed with respect to the shaft and the casing 2. In addition, an inertia ring 5 for reinforcing the inertia of the rotor 3 is fitted to the rotor 3 and arranged so as to cover the casing 2. In the torsional damper, the rotor 3 is not connected to another shaft system, and the rotor is naturally free. As described above, the particle group 7 is sealed in the space (inner space) 8 between the casing 2 that rotates with the shaft and the rotor 3 that is rotatable with respect to the shaft, that is, with respect to the casing. Therefore, during rotation of the shaft, the particles 7
Is pressed against the inner peripheral surface of the casing 2 and the outer peripheral surface of the rotor 3, frictional force is transmitted from the casing to the rotor, and the rotor rotates together with the casing. When the shaft rotates, the torsional vibration generated in the shaft is caused by the casing 2 and the particle group 7.
, Sliding friction occurs between the rotor 3 and the particles, and between the particles. A friction torque acts on the rotor 3 due to the sliding friction, and an inertia torque acts on the rotor due to torsional vibration generated on the shaft. If the inertia torque is larger than the friction torque, relative rotation occurs between the rotor 3 and the casing 2, and if the inertia torque is smaller than the friction torque, the rotor and the casing rotate together. Therefore, in one cycle of the torsional vibration, the sliding friction vibrates near zero, causing a large non-linear change in the frictional force, thereby suppressing (vibrating) the shaft vibration. Further, the vibration energy is dissipated as heat and the temperature change is suppressed, so that the vibration of the shaft is suppressed (damped). Further, the frictional force between the casing and the particle group, between the rotor and the particle group, and between the particle groups changes between the low rotation and the high rotation of the shaft. In other words, as the rotation speed of the shaft increases, the transmission torque from the casing to the rotor increases, and the coupling between the casing and the rotor increases, so that the frictional force increases, the damping ability due to slip increases, and the inherent characteristics of the shaft increase. The frequency changes (transfers). Here, since the rotor 3 is free and its load is constant, the transition of the natural frequency of the shaft system equipped with the torsional damper is obtained by calculation, and the shaft system is moved so that the transition of the resonance point occurs. Can be designed. Then, the resonance point of the shaft on which the particle-type torsional damper is mounted shifts so as to be higher during low-speed rotation and lower during high-speed rotation, thereby suppressing (vibrating) the vibration of the shaft. As described above, according to the present invention, since both of the functions of the resonance reduction function and the heat dissipation function are provided, effective vibration suppression can be achieved. In addition, since it is sufficient to seal the particle group 7 in the space between the casing 2 and the rotor 3, the production can be performed at low cost without complicating the structure. In the present invention, for example, metal or ceramic particles are used as the particles of the particle group 7. Since the metal or ceramic particles are used in place of oil or rubber as described above, the characteristics (elasticity, viscosity, density, etc.) do not change significantly depending on the use state (for example, temperature), and the characteristics are not changed. Is always obtained. Further, as compared with oil and rubber, deterioration with time of the particle group can be neglected, so that a long-life particle type torsional damper having excellent durability can be obtained. Therefore, for example, even when the particle group is mounted on the crankshaft of a reciprocating engine, it can be used continuously for a long time without replacing the particle group torsional damper. The configuration and effects of the known rubber torsional damper, oil torsional damper, oil / rubber torsional damper, and the particle type torsional damper of the present invention are summarized as follows. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the particles are sealed between the casing and the (free) rotor, the rotor rotates together with the casing with the particles interposed during rotation of the shaft. Then, when the shaft rotates, sliding friction occurs between the casing and the particle group, between the rotor and the particle group, and between the particle groups due to the torsional vibration of the shaft, and the vibration of the shaft is suppressed by the sliding friction ( Damping)
By dissipating the vibration energy as heat, the vibration of the shaft is suppressed (vibration damped). In addition, the change in the rotational speed of the shaft increases the transmission torque from the casing to the rotor, strengthens the coupling between the casing and the rotor, increases the frictional force, and increases the damping capacity due to slip, thereby increasing the natural vibration of the shaft. The number changes, and vibration of the shaft is suppressed (damped). Thus, a torsional damper having excellent vibration damping characteristics can be obtained by having both the heat dissipation function and the resonance reducing function. In addition, since it is enough to seal the particles in the space between the casing and the rotor, the structure is not complicated,
It can be produced at low cost. Further, in the particle group, it is not necessary to consider a change in characteristics due to use conditions and deterioration with time, so that a predetermined vibration damping characteristic is always obtained and excellent durability is obtained.

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明の粒子式トーショナルダンパの半断
面斜視図である。 1:軸取付部、2:ケーシング、3:ロータ、4:ハブ、5:慣性
リング、6:軸受、7:粒子群、8:空所（内空部）。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a half sectional perspective view of a particle type torsional damper of the present invention. 1: Shaft mounting part, 2: Casing, 3: Rotor, 4: Hub, 5: Inertial ring, 6: Bearing, 7: Particle group, 8: Void (inner cavity).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 元宥 湖西市鷲津1384 (56)参考文献 特公 昭60−22212（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭42−12420（ＪＰ，Ｙ１)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Motoyoshi Sato               1384 Washizu, Kosai City                (56) References JP-B-60-22212 (JP, B2)                 Jikken 42-12420 (JP, Y1)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 １．軸に装着され、軸と一体に回転することにより軸の
ねじり振動を抑制するトーショナルダンパにおいて、ケ
ーシングを軸に固定して軸と一体に回転させるととも
に、他の軸系に連結されないフリーのロータを、ケーシ
ングの内側に空所を残してケーシング内で軸受を介して
軸に回転自在に取付け、軸と一体に回転するケーシング
と、軸の回転と無関係に回転自在なロータとの間の空所
に粒子群を封入することにより、軸の回転時にケーシン
グと粒子群の間、ロータと粒子群の間、およひ粒子群相
互の間にすべり摩擦を生じさせて、ケーシングからロー
タへの駆動力の伝達のみを可能としたことを特徴とする
粒子式トーショナルダンパ。 ２．粒子群の粒子として、金属の粒子を使用した特許請
求の範囲第１項記載の粒子式トーショナルダンパ。 ３．粒子群の粒子として、セラミックの粒子を使用した
特許請求の範囲第１項記載の粒子式トーショナルダン
パ。(57) [Claims] In a torsional damper that is mounted on a shaft and suppresses torsional vibration of the shaft by rotating integrally with the shaft, a free rotor that fixes the casing to the shaft and rotates integrally with the shaft, and is not connected to another shaft system Is rotatably mounted on a shaft via a bearing inside the casing, leaving a space inside the casing, and a space between the casing that rotates integrally with the shaft and a rotor that is rotatable independently of the rotation of the shaft. By enclosing the particles in the casing, sliding friction occurs between the casing and the particles, between the rotor and the particles, and between the particles during rotation of the shaft, and the driving force from the casing to the rotor is generated. Particle type torsional damper characterized in that only the transmission of turbulence is possible. 2. 2. The particle type torsional damper according to claim 1, wherein metal particles are used as particles of the particle group. 3. 2. The particle type torsional damper according to claim 1, wherein ceramic particles are used as particles of the particle group.