JP4848875B2

JP4848875B2 - 捩り共振を防止した二重接続軸

Info

Publication number: JP4848875B2
Application number: JP2006202662A
Authority: JP
Inventors: 史郎岸; 弘之近藤
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: JP2008032031A

Description

本発明は、回転機器に接続されて、軸系の持つ固有値（固有振動数）で捩り共振が発生する接続軸に関し、更に詳しくは、前記捩り共振の抑制が可能な内外二重軸構造の接続軸に関するものである。

駆動軸側の回転トルクを接続軸を介して被動軸側に伝達して、回転機器を回転させるための軸系は、前記接続軸の捩りばね定数等によって定められる固有振動数を有していて、この固有振動数と同一の回転速度領域においては軸系全体が他の領域よりも遥かに大きな振幅で振動する捩り共振現象が発生する。従来、特許文献１に記載のように、捩り共振を防止する技術としては、高い捩りばね定数におけるトルク伝達と、低い捩りばね定数におけるトルク伝達とを切替え可能にして、捩り共振点を運転回転領域から外す構成の接続軸（カップリング）がある。このため、低い捩りばね定数におけるトルク伝達の場合には、接続軸における捩り量が大きくなって、接続軸の両端において回転角度差が発生して、接続軸でのトルク伝達が円滑に行われなくなって、捩り共振とは異なるガタツキ等が発生することがある。

また、特許文献２には、減衰装置を備えた接続軸（カップリング）が開示されている。この接続軸は、内側の軸は両端フランジに固定してあるが、外側の軸チューブは、一方の端部が非固定（フリー）であって、所定角度内で捩り変形可能である。このため、別に減衰装置を設けて捩り共振を抑制する構造を採用しているため、構造的に複雑となる不具合がある。
特開平７−１０３２４９号公報特許第３１０６３１０号公報

本発明は、剛性を低下させることなく、しかも簡単な構造によって、捩り振動を抑制できる接続軸の提供を課題としている。

上記の課題を解決するために請求項１の発明は、両端に連結フランジ部を備えた円筒状の外側接続軸と、前記外側接続軸よりも小さな捩りばね定数を有していて、前記外側接続軸の中空部に所定の空隙部を有して挿入される内側接続軸とから成り、前記外側及び内側の両接続軸の間の空隙部には、動力伝達時における前記外側及び内側の各接続軸の合成捩れ角の方向に弾性変形して、当該合成捩れ角を吸収するための弾性樹脂接着剤が充填されて、両接続軸のいずれか一方の軸端部は、固定手段により一体連結されていると共に、両接続軸における一体連結部を除く部分は、前記弾性樹脂接着剤を介して捩れ変形可能に連結されていることを特徴としている。

請求項１の発明に係る二重接続軸を有する軸系全体が、該二重接続軸を構成する外側接続軸に関係する固有振動数に達した場合には、軸系全体が共振して接続軸はトルク伝達を行った状態で捩り共振するに至る。また、実質的なトルク伝達（動力伝達）は外側接続軸で行われて、内側接続軸によるトルク伝達作用は外側接続軸のトルク伝達作用に比較すれば著しく小さくて、内側接続軸は外側接続軸により連廻り回転されている。

このため、軸系全体が、二重接続軸を構成する外側接続軸の捩りばね定数が関係する固有値（固有振動数）で共振した場合には、接続軸を構成する外側接続軸の振幅は急激に大きくなろうとする。しかし、外側及び内側の両接続軸の間の空隙部には弾性樹脂接着剤が充填されて、両接続軸のいずれか一方の軸端部は固定手段により一体連結されているため、外側接続軸よりも小さなばね定数を有していて、前記外側接続軸の回転により連廻り回転される内側接続軸は、外側接続軸の共振の抵抗となって、該共振を妨害する（抑制する）ために、捩り共振が抑制される。即ち、外側接続軸はトルク伝達しながら回転して、二重接続軸を含む軸系全体が共振を開始した場合には、内側接続軸は、外側接続軸の恰も「回転重り」のように作用するために、外側回転軸の「回転重り」のように作用している内側回転軸は、前記共振の抵抗となって共振を妨害（抑制）するように作用する。従って、軸系の回転速度領域が、二重接続軸を構成する外側接続軸に関係する固有振動数の範囲内にあっても、軸系全体は捩り共振を生ぜずに通常の状態で回転し得る。

また、二重接続軸の上記構造からして、トルク伝達時における外側及び内側の両接続軸の各捩れ角は異なるが、当該各捩れ角を合成した合成捩れ角は、両接続軸の隙間に充填された弾性樹脂接着剤の前記合成捩れ角の方向への弾性変形により吸収される。この現象も捩れ共振を減衰させる一因となる。

更に、二重接続軸の全体において中空部は存在せず、全ての回転速度領域において同一構造となっているため、接続軸としての剛性が常に確保されている。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記両接続軸の一体連結側は、被駆動軸側であることを特徴としている。両接続軸の一体連結側が被駆動側であることは、該一体連結側が駆動側である場合と比較して、トルク伝達時における内側接続軸の捩れ方向が外側接続軸の捩れ方向と逆となって、捩れ共振抑制の効果が大きくなる。

本発明に係る接続軸の実質的なトルク伝達（動力伝達）は外側接続軸で行われて、内側接続軸によるトルク伝達作用は外側接続軸のトルク伝達作用に比較すれば著しく小さくて、内側接続軸は外側接続軸により連廻り回転されるために、内側接続軸は外側接続軸に対して「回転重り」のように作用する。このため、本発明の接続軸を含む軸系全体が、接続軸を構成する外側接続軸の有する固有振動数と同一の回転速度領域で回転することにより捩り共振して、その振幅が急激に大きくなろうとした場合には、接続軸の部分において、該接続軸を構成していて、前記外側接続軸とは固有振動数の異なる内側接続軸の「回転重り」の作用によって、前記捩り共振の発生が抑制されて、軸系全体が捩り共振を生じない通常の状態で回転する。また、二重接続軸として内外に分離されているのみで、中空部が存在しないために、全ての回転速度領域において接続軸として必要な剛性を有する。

以下、最良の実施形態を挙げて本発明について更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る二重接続軸Ｓ₁の縦断面図であり、図２は、図１のＸ₁−Ｘ₁線断面図であり、図３は、図１のＸ₂−Ｘ₂線断面図である。図１ないし図３において、駆動源（図示せず）に接続された駆動軸２１と回転機器（図示せず）に接続された被駆動軸３１とは、本発明に係る二重接続軸Ｓ₁を介して接続されている。駆動軸２１及び被駆動軸３１には、その軸端部にそれぞれ連結フランジ部２２，３２が一体に形成されていて、各連結フランジ部２２，３２には、同心円上に複数のボルト挿通孔２３，３３が設けられている。

二重接続軸Ｓ₁は、外側接続軸Ｓ₁₁と、該外側接続軸Ｓ₁₁の中空孔１に所定の空隙部２を有して挿入される内側接続軸Ｓ₁₂とから成る。内側接続軸Ｓ₁₂は外側接続軸Ｓ₁₁よりも僅かに短い。外側接続軸Ｓ₁₁の軸方向の両端部には、前記駆動軸２１及び被駆動軸３１の各連結フランジ部２２，３２に対応する連結フランジ部３がそれぞれ一体に設けられ、各連結フランジ部３には複数のボルト挿通孔４が形成されている。外側接続軸Ｓ₁₁の両端面には、軸心Ｃと同心の浅い円形溝５が形成されている。外側接続軸Ｓ₁₁の中空孔１に内側接続軸Ｓ₁₂が所定の空隙部２を有して挿入されて、外側接続軸Ｓ₁₁と内側接続軸Ｓ₁₂とは、被駆動軸３１側の端部において、溶接Ｗにより軸方向に沿って所定長（Ｌ）〔図１参照〕だけ一体に連結されていて、溶接Ｗにより一体連結された部分以外の部分においては、外側接続軸Ｓ₁₁と内側接続軸Ｓ₁₂とは連結されておらず、両軸Ｓ₁₁，Ｓ₁₂の間に形成される空隙部２には、弾性接着性樹脂Ｒが充填されている。

二重接続軸Ｓ₁を構成する外側接続軸Ｓ₁₁は内側接続軸Ｓ₁₂よりも剛性が大きい結果、内側接続軸Ｓ₁₂の捩りばね定数は外側接続軸Ｓ₁₁の捩りばね定数よりも小さくて、その比は（１：１〜１：３００）の範囲である。

外側接続軸Ｓ₁₁の軸方向の両端の各連結フランジ部３は、それぞれ駆動軸２１の連結フランジ部２２及び被駆動軸３１の連結フランジ部３２と複数本のボルト６及びナット７を介して連結され、駆動軸２１側の駆動源の回転トルクは、二重接続軸Ｓ₁を介して被駆動軸３１側の回転機器に伝達される。

二重接続軸Ｓ₁は、上記構造を有するために、駆動軸２１側から被駆動軸３１側に回転トルクが二重接続軸Ｓ₁を介して伝達されて、二重接続軸Ｓ₁が捩じられる場合には、図４に示されるように、外側接続軸Ｓ₁₁は、回転方向Ｐに沿って駆動軸２１の側の位相が被駆動軸３１の側の位相よりも進むように捩じられると共に、内側接続軸Ｓ₁₂は、外側接続軸Ｓ₁₁とは逆に、回転方向Ｐに沿って被駆動軸３１の側の位相が駆動軸２１の側の位相よりも進むように捩じられる。図４において、外側接続軸Ｓ₁₁及び内側接続軸Ｓ₁₂の互いに逆方向の捩れ角をそれぞれ（θ₁），（θ₂）で示してあり、Ｑは、トルクの伝達方向を示す。なお、各捩れ角（θ₁，θ₂）が逆方向であることは常に成立するが、その比は、外側接続軸Ｓ₁₁及び内側接続軸Ｓ₁₂の各剛性の比によって相対的に変化する。

上記構造の二重接続軸Ｓ₁において、駆動軸２１の側からのトルク伝達は外側接続軸Ｓ₁₁によって行われ、内側接続軸Ｓ₁₂のトルク伝達作用は殆どない。このため、内側接続軸Ｓ₁₂は外側接続軸Ｓ₁₁の回転によって連廻り回転されるような状態となって、外側接続軸Ｓ₁₁に対して「回転重り」のように作用する。従って、軸系全体が外側接続軸Ｓ₁₁が関係する固有振動数と同一の回転速度領域が回転した場合には、外側接続軸Ｓ₁₁の振幅が急激に大きくなって、共振しようとすると、外側接続軸Ｓ₁₁には、被駆動軸３１の側においてのみ内側接続軸Ｓ₁₂が部分的に連結されていて、上記したように内側接続軸Ｓ₁₂の捩れ方向も外側接続軸Ｓ₁₁とは逆であるために、内側接続軸Ｓ₁₂は、外側接続軸Ｓ₁₁と一体となって共振せずに、この共振の抵抗として作用して、共振を抑制する。この結果、軸系全体が外側接続軸Ｓ₁₁が関係する固有振動数と同一の回転速度領域が回転しても、捩り共振は発生せずに、通常の状態で回転する。

また、外側接続軸Ｓ₁₁と内側接続軸Ｓ₁₂の捩れ方向は逆であって、両接続軸Ｓ₁₁，Ｓ₁₂の間には捩れ角の差が発生するが、両接続軸Ｓ₁₁，Ｓ₁₂の間の空隙部２に充填された弾性接着性樹脂Ｒの弾性変形によって上記した捩れ角の差は効果的に吸収される。この現象も共振抑制に寄与している。また、二重接続軸Ｓ₁の全体において中空部は存在せず、全ての回転速度領域において同一構造となっているため、接続軸としての剛性が常に確保されている。

なお、外側接続軸Ｓ₁₁と、該外側接続軸Ｓ₁₁の中空孔１に挿入された内側接続軸Ｓ₁₂との一体連結部は、両接続軸Ｓ₁₁，Ｓ₁₂の捩れ方向を逆にして共振抑制の効果を高めるために、上記したように被駆動軸３１の側において連結することが好ましいが、駆動軸２１の側において両接続軸Ｓ₁₁，Ｓ₁₂を部分的に一体連結しても、共振抑制の効果は奏される。

また、図５及び図６に示される二重接続軸Ｓ₂の外側接続軸Ｓ₂₁と内側接続軸Ｓ₂₂とは、キー１１を介して被駆動軸３１の側において部分的に連結されている。即ち、内側接続軸Ｓ₂₂の軸方向の一端部には、他の部分よりも径の大きな大径部１２が形成されていると共に、外側接続軸Ｓ₂₁の対応部分には、前記大径部１２を嵌合可能な嵌合孔１３が形成されている。外側接続軸Ｓ₂₁の中空孔１に内側接続軸Ｓ₂₂を挿入した状態で、外側接続軸Ｓ₂₁の嵌合孔１３に内側接続軸Ｓ₂₂の大径部１２が隙間なく嵌合されて、内側接続軸Ｓ₂₂の大径部１２と外側接続軸Ｓ₂₁とはキー１１を介して連結される。なお、内側接続軸Ｓ₂₂の大径部１２以外の部分においては、前記二重接続軸Ｓ₁と同様に、外側接続軸Ｓ₂₁の中空孔１の内周面との間に形成された空隙部２に弾性接着性樹脂Ｒが充填されている。

本発明に係る二重接続軸Ｓ₁の縦断面図である。図１のＸ₁−Ｘ₁線断面図である。図１のＸ₂−Ｘ₂線断面図である。本発明に係る二重接続軸Ｓ₁の外側及び内側の各接続軸Ｓ₁₁，Ｓ₁₂の各捩れ角（θ₁，θ₂）の関係を示す展開模式図である。本発明に係る二重接続軸Ｓ₂の外側及び内側の各接続軸Ｓ₂₁，Ｓ₂₂の一体連結部の部分縦断面図である。図５のＹ−Ｙ線断面図である。

Ｒ：弾性接着性樹脂
Ｓ₁，Ｓ₂：二重接続軸
Ｓ₁₁，Ｓ₂₁：外側接続軸
Ｓ₁₂，Ｓ₂₂：内側接続軸
Ｗ：溶接（固定手段）
２：空隙部
１１：キー（固定手段）
２１：駆動軸
３１：被駆動軸

Claims

両端に連結フランジ部を備えた円筒状の外側接続軸と、前記外側接続軸よりも小さな捩りばね定数を有していて、前記外側接続軸の中空部に所定の空隙部を有して挿入される内側接続軸とから成り、
前記外側及び内側の両接続軸の間の空隙部には、動力伝達時における前記外側及び内側の各接続軸の合成捩れ角の方向に弾性変形して、当該合成捩れ角を吸収するための弾性樹脂接着剤が充填されて、両接続軸のいずれか一方の軸端部は、固定手段により一体連結されていると共に、両接続軸における一体連結部を除く部分は、前記弾性樹脂接着剤を介して捩れ変形可能に連結されていることを特徴とする捩り共振を防止した二重接続軸。
前記両接続軸の一体連結側は、被駆動軸側であることを特徴とする請求項１に記載の捩り共振を防止した二重接続軸。