JPH05164191A - 変動トルク低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】変動トルクを低減して軸や軸受の負担を軽くし
て耐久性を向上させることができる変動トルク低減装置
を提供する。 【構成】主軸６に、主楕円ギア１０を設け、この主楕円
ギア１０に補助楕円ギア１１を動力伝達可能に連結し、
この補助楕円ギア１１にフライホイル１２を取着し、ク
ランク軸４または主軸６の回転により上記主楕円ギア１
０および補助楕円ギア１１を介してフライホイル１２を
回転させるようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大型ディーゼルエンジ
ンやクランク式プレス装置などのような機関において、
クランク転などにような回転軸に発生する変動トルクを
低減する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関やクランク式プレス装置など
は、往復直線運動を回転運動に、または逆に回転運動を
往復直線運動に変換している。

【０００３】例えば内燃機関の場合、ピストンの往復運
動をコンロッドを介してクランク軸に伝えてこのクラン
ク軸を回転運動するようになっている。このような動力
伝達機関においては、ピストンなどのような往復作動体
が直線往復運動の上死点および下死点に至るとクランク
軸に加わるトルクが反転する。したがって、クランク軸
においてはその回転中に常にトルクが変動する。

【０００４】例えばディーゼルエンジンなどのような内
燃機関においては、４サイクルエンジンの場合、気筒数
×回転数の倍数×１／２の割合でクランク軸にトルク変
動が発生し、また２サイクルエンジンの場合、気筒数×
回転数の倍数の割合でトルク変動が発生する。

【０００５】このようなトルク変動は、被動側にトルク
変動を及ぼすばかりでなく、クランク軸またはこれによ
り駆動される主軸にねじり応力を発生させ、ねじり振動
による疲労破壊を招く心配があり、またこれらの軸受に
も過酷な負担を与える。

【０００６】このようなトルクの変動を吸収するため従
来から、クランク軸またはこれにより駆動される主軸に
バランスウエイトやフライホイルを設ける手段が採用さ
れている。

【０００７】バランスウエイトはクランク軸の偏心を補
正するものであり、またフライホイルは大きな慣性力に
よってトルク変動を低減するもので、これらはクランク
軸または主軸を定速回転させるのに有効である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
場合、バランスウエイトやフライホイルはクランク軸ま
たは主軸に直接的に取付けられており、クランク軸また
は主軸と一体に回転するようになっている。トルク変動
を低減するにはフライホイルの慣性力を大きくすればよ
く、よって重量の大きなフライホイルを用いればよい
が、フライホイルを大きくすると、スペースを大きく必
要とするばかりでなく、始動時の停止慣性が大きいので
スタ−タモータの出力を大きくしなければならない、速
度変更の応答性が悪化するなどの不具合が生じる。

【０００９】したがって、フライホイルの大きさには限
界があり、大型のディーゼルエンジンやクランク式プレ
ス装置などの場合、トルク変動を吸収する能力が充分で
なく、クランク軸または主軸が破損したり軸受の損傷が
心配される。また、ねじり振動は籠り音など騒音の原因
になる不具合もある。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、その目的とするところは、簡単な構成で変動トル
クを低減することができ、回転軸や軸受の負担を軽くし
て耐久性が向上する変動トルク低減装置を提供しようと
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、直線往復運動を回転運動に変換する装置、ま
たは回転運動を直線往復運動に変換する装置における回
転軸に、主楕円ギアを設け、この主楕円ギアに補助楕円
ギアを動力伝達可能に連結し、この補助楕円ギアにフラ
イホイルを取着し、上記回転軸の回転により上記主楕円
ギアおよび補助楕円ギアを介してフライホイルを回転さ
せるようにしたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によれば、回転軸の回転が主楕円ギアお
よび補助楕円ギアを介してフライホイルに伝えられ、こ
れによりフライホイルを回転し、この場合上記主楕円ギ
アと補助楕円ギアとによる動力伝達構造は１回転中に回
転速度が変動してフライホイルの回転速度を変化させ
る。このためフライホイルにトルク変動が発生し、この
トルク変動を回転軸側で発生するトルク変動と釣り合わ
せて回転軸側のトルク変動を打ち消すことができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明について、図１ないし図４に示す
一実施例にもとづき説明する。

【００１４】本実施例は４気筒４サイクルディーゼルエ
ンジンに適用した場合を示し、図において１はシリンダ
ブロックを示し、２…はそれぞれピストンであり、シリ
ンダは省略して示す。本実施例のディーゼルエンジンは
４気筒であるから、４個のピストン２…はそれぞれコン
ロッド３…を介してクランク軸４に連結されている。よ
って、ピストン２…の直線往復運動がクランク軸４の回
転運動に変換される。クランク軸４は軸受５によりシリ
ンダブロック１に回転自在に支持されており、このクラ
ンク軸４には主軸６が一体的に設けられている。主軸６
はフライホイルケース７に収容されており、このフライ
ホイルケース７はシリンダブロック１に連設されてい
る。

【００１５】フライホイルケース７には一対の補助軸
８、８が収容されており、これら補助軸８、８はそれぞ
れフライホイルケース７に軸受９…を介して回転自在に
支持されている。これら補助軸８、８は上記主軸６に対
して平行に、かつ主軸６を挾んで対称に配置されてい
る。

【００１６】上記主軸６には、主楕円ギア１０が一体に
回転するように取付けられている。そして、上記補助軸
８、８には、上記主楕円ギア１０にそれぞれ噛合う補助
楕円ギア１１、１１が取着されている。また、各補助軸
８、８にはフライホイル１２、１２が取着されている。

【００１７】主楕円ギア１０と補助楕円ギア１１は、そ
れぞれの長軸と短軸が同寸で曲率が同じものを用い、一
方の短辺側歯面と他方の長辺側歯面が相互に噛み合うよ
うになっている。

【００１８】したがって、主軸６が回転すると、主楕円
ギア１０および補助楕円ギア１１、１１を介して補助軸
８、８が回転し、よってフライホイル１２、１２が回転
する。この場合主軸６が１回転すると補助軸８、８およ
びフライホイル１２、１２も１回転するようになってい
る。このような構成において、作用を説明する。

【００１９】ピストン２…の直線往復運動がコンロッド
３…を介してクランク軸４の回転運動に変換されると、
主軸６が回転され、この主軸６の回転は主楕円ギア１０
および補助楕円ギア１１、１１を介して補助軸８、８に
伝えられ、よってフライホイル１２、１２が回転する。

【００２０】主楕円ギア１０と補助楕円ギア１１は、同
じ形状の楕円ギアを一方の短辺側歯面が他方の長辺側歯
面に噛み合うように係合されているので、図３の（ａ）
図で示す通り、主楕円ギア１０の短辺側歯面が補助楕円
ギア１１の長辺側歯面に噛み合う領域では、主軸６の角
速度に比べて補助軸８の角速度が相対的に低くなり、よ
って主軸６の回転速度に比べて補助軸８の回転速度が相
対的に低下する。

【００２１】これに対し、図３の（ｂ）図に示すよう
に、主楕円ギア１０の長辺側歯面が補助楕円ギア１１の
短辺側歯面に噛み合う領域においては、主軸６の角速度
に比べて補助軸８の角速度が相対的に早くなり、よって
主軸６の回転速度に比べて補助軸８の回転速度が相対的
に高くなる。このような補助軸８の速度変動は１回転中
に発生し、主軸６が等速度で１回転中すると、補助軸８
は１回転中に２回回転速度が変動する。

【００２２】このため、フライホイル１２、１２も１回
転中に２回の速度変動を生じる。このようなフライホイ
ル１２、１２の速度変動は、フライホイル１２、１２の
トルクを変動させる。つまり、回転速度が大きい場合フ
ライホイル１２、１２のトルクが増し、回転速度が小さ
い場合はフライホイル１２、１２のトルクが低下する。

【００２３】このようなフライホイル１２、１２のトル
ク変動とピストン２…からクランク軸４に伝えられる動
力により生じるトルク変動との位相を、図４に示すよう
に、相互に打ち消すように設定すればクランク軸４およ
び主軸６に生じるトルク変動を低減することができる。

【００２４】特に、補助軸８を２本用いて２個のフライ
ホイル１２、１２でトルク変動を発生させるようにする
と、回転慣性を大きく確保することができ、速度変化に
よる大きなトルク変動を得ることができる。

【００２５】４気筒４サイクルディーゼルエンジンの場
合、１回転につき２回のトルク変動を生じる。すなわ
ち、ねじり振動は、回転数×２の振動数を有する正弦波
となる。これに対し、クランク軸４の回転に同期して主
軸１を等速度で回転させ、これにより補助軸８、８を同
等回転数で回転させるようにすれば、フライホイル１
２、１２には１回転につき２回のトルク変動が生じ、こ
のねじり振動は、回転数×２の振動数を有する正弦波と
なる。このため、図４に示すように、フライホイル１
２、１２に生じるトルク変動のタイミングをピストン２
…からクランク軸４に伝えられる動力により生じるトル
ク変動と釣り合せることにより両者のトルク変動を相殺
して、クランク軸４や主軸４のトルク変動を解消するこ
とができる。

【００２６】気筒数が４以外の場合は振動数が変化する
のでクランク軸４の回転数とフライホイル１２、１２側
の回転数を調整する必要がある。つまり、４サイクルエ
ンジンの場合、気筒数×回転数の倍数×１／２の割合で
クランク軸にトルク変動が発生し、また２サイクルエン
ジンの場合、気筒数×回転数の倍数の割合でトルク変動
が発生する。このため、図５に示すように、クランク軸
４と主軸６との間に変速機１５を設け、この変速機１５
により主軸６の回転数を調整すればよい。気筒数とクラ
ンク軸４に発生する１回転中のトルク変動数（振動数）
および変速機による変速比（ギア比）の関係を表１に示
す。

【００２７】

【表１】

【００２８】したがって、例えば６気筒４サイクルエン
ジンの場合、表１に示すように、気筒数×回転数の倍数
×１／２の割合、つまり１回転につきクランク軸には３
回のトルク変動が発生するので、クランク軸の回転を変
速機により１．５倍に増速して主軸６を回転させるよう
にすれば、フライホイル１２、１２では速度変化にもと
づきクランク軸の一回転につき３回のトルク変動が発生
し、これによりトルク変動を打ち消すことができる。

【００２９】なお、上記各実施例では、主楕円ギア１０
と補助楕円ギア１１を直接噛合わせて回転を伝達するよ
うにしたが、主楕円歯付車と補助楕円歯付車を離して配
置し、これらを歯付ベルトにより連結するようにしても
よい。また、補助軸８、８、補助楕円ギア１１、１１お
よびフライホイル１２、１２は２組用いるようにしたが
一方のみ用いてもよい。

【００３０】さらにまた、上記実施例の場合、エンジン
に適用した例を説明したのでトルク変動の原因がピスト
ン２からクランク軸４に伝えられる駆動力によるもの、
つまり直線往復運動を回転運動に変換する場合を説明し
たが、例えばクランク式プレス装置などの場合は、モー
タの回転をクランク軸からコンロッドを介してプランジ
ャに伝えるようになっており、したがって回転運動を直
線往復運動に変換するようになっており、このような動
力伝達系であっても回転軸にトルクの変動が生じるか
ら、このような分野にも実施可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転軸の回転が主楕円ギアおよび補助楕円ギアを介してフ
ライホイルに伝えられる場合、１回転中に回転速度が変
動してフライホイルの回転速度が変化するのでフライホ
イルにトルク変動が発生し、このトルク変動により回転
軸側で発生するトルク変動を打ち消すことができる。し
たがって、簡単な構造でトルク変動を低減することがで
き、この結果回転軸や軸受の耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、エンジンに適用した
変動トルク低減装置の断面図。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図。

【図３】同実施例の作用を説明するもので、（ａ）図は
フライホイルの回転速度が低い状態、（ｂ）図はフライ
ホイルの回転速度が早い場合の図。

【図４】変動トルクを打ち消す原理を説明するトルク発
生特性図。

【図５】本発明の他の実施例を示す変動トルク低減装置
の断面図。

【符号の説明】

１…シリンダブロック、２…ピストン、３…コンロッ
ド、４…クランク軸、６…主軸、８…補助軸、１０…主
楕円ギア、１１…補助楕円ギア、１２…フライホイル、
１５…変速機。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線往復運動を回転運動に変換する装
   置、または回転運動を直線往復運動に変換する装置にお
   ける回転軸に、主楕円ギアを設け、この主楕円ギアに補
   助楕円ギアを動力伝達可能に連結し、この補助楕円ギア
   にフライホイルを取着し、上記回転軸の回転により上記
   主楕円ギアおよび補助楕円ギアを介してフライホイルを
   回転させるようにしたことを特徴とする変動トルク低減
   装置。
2. 【請求項２】 上記回転軸の回転を変速機を介して主軸
   に伝達し、この変速機は上記回転軸の１回転中に発生す
   る変動トルク数に応じてこの回転軸と主軸との間を変速
   し、上記変動トルク数に応じて上記主楕円ギアおよび補
   助楕円ギアならびにフライホイルの回転数を調整するこ
   とを特徴とする変動トルク低減装置。