JP4528979B2 - Particle torsional damper - Google Patents
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Description
本発明は、回転する軸の軸回りに発生するねじり振動を制振するトーショナルダンパに関するものである。 The present invention relates to a torsional damper that suppresses torsional vibration generated around a rotating shaft.
近年、往復機関等において一層の高出力化、高速化が試行されている。その典型的な回転部材であるクランクシャフトをはじめ、高速回転する軸に関して、その強度向上、往復機関の低振動低騒音化のために、優れた制振特性を具えたトーショナルダンパの出現が望まれている。
ところで、この種のトーショナルダンパとしては、ゴムトーショナルダンパ、オイルトーショナルダンパ、更には、ゴムとオイルとを併用したハイブリットのオイルゴムトーショナルダンパが知られている。
これらのトーショナルダンパでは、その性能を左右する重要なダンパ設計項目でもある振動減衰能としては、熱放散機能により、ねじり振動を抑制(制振)させるが、それらの減衰材として使用されるゴムやオイルに因む特性上、好ましくない問題の発生が不可避である。
すなわち、ゴム、オイルにおいてはその使用状態、特に温度、経時的劣化によってその特性が変化するために、使用状態によってはトーショナルダンパの制振特性が得られない。
また、ゴム等にあっては、振動数及び振動振幅依存性があるため使用時における制振特性を正確に把握することが難しい。
またこれらは、経時的劣化のため機関の使用途中において一定の時間的スパンで交換が要求される場合がある。
このようなことから、本発明者は、これらの減衰要素ないしは素材としてオイル、ゴム等を用いて熱放散により制振するといういわば常識的な発想を変え、鋼球等の粒子群をクラッチ要素として使い、被制振軸系の共振周波数を変化させて制振することに着眼し、既に特許第2791769号「粒子トーショナルダンパ」として提案し、特許取得に及んでいる(特許文献1)。
In recent years, attempts have been made to further increase the output and speed of reciprocating engines and the like. The appearance of torsional dampers with excellent damping characteristics is expected to improve the strength of low-speed and low-noise reciprocating engines, including crankshafts, which are typical rotating members, and high-speed rotating shafts. It is rare.
By the way, as this type of torsional damper, a rubber torsional damper, an oil torsional damper, and a hybrid oil rubber torsional damper using both rubber and oil are known.
In these torsional dampers, the vibration damping ability, which is also an important damper design item that affects the performance, suppresses (vibrates) torsional vibrations by the heat dissipation function. Occurrence of undesired problems is inevitable due to the characteristics of oil and oil.
That is, the characteristics of rubber and oil change depending on the usage state, particularly temperature and deterioration with time, so that the damping characteristic of the torsional damper cannot be obtained depending on the usage state.
In addition, rubber or the like is dependent on the vibration frequency and vibration amplitude, so it is difficult to accurately grasp the damping characteristics during use.
In addition, these may be required to be replaced at a certain time span during use of the engine due to deterioration over time.
For this reason, the present inventor changed the so-called common idea of vibration suppression by heat dissipation using oil, rubber or the like as a damping element or material, and a particle group such as a steel ball as a clutch element. It has already been proposed as a patent No. 2791769 “Particulate torsional damper” and has been patented (patent document 1).
しかしながら、このものの設計的なレイアウト手法は、回転する部材、すなわち被制振軸に直接取り付けられた取付要素と、一定の慣性質量を具えた慣性体要素とのそれぞれについて、これらを被制振軸に取り付けるにあたっては、従来手法の典型的な形態を採用し、確実な被制振軸への取り付けを図るように意図していたものである。
すなわち図7に示すように、軸取付部に対して、取付要素としてのケーシング2′をまず固定し、更にこの固定した軸を直接取り囲むように、慣性体要素としてのロータ5′をローラーベアリングを介して、軸周縁に回転軸受部を配置したものであり、作動室となる空所内に収められるフィン3′は、前記ロータ側の中心軸からフランジ状に伸びるように構成されている。このため結果的には、ダンパの小型軽量化という制約の中で、慣性体要素の慣性モーメントを大きくし、且つその構成をよりシンプルなものとするには、一定の限界があった。
That is, as shown in FIG. 7, the casing 2 'as the mounting element is first fixed to the shaft mounting portion, and the rotor 5' as the inertial body element is provided with a roller bearing so as to directly surround the fixed shaft. Thus, the rotary bearing portion is disposed on the shaft periphery, and the fin 3 'housed in the space serving as the working chamber is configured to extend in a flange shape from the central shaft on the rotor side. For this reason, as a result, there has been a certain limit to increase the moment of inertia of the inertial body element and to make the configuration simpler under the constraint of reducing the size and weight of the damper.
本発明は、このような背景を考慮してなされたものであって、クラッチ要素としての粒子の極めて優れた機能を活かしながらも、慣性体要素と、取付要素との相互のレイアウトを、革新的且つ大胆な配置にして、よりシンプルな形態で実用的な制振性能が得られる粒子トーショナルダンパの開発を技術課題としたものである。 The present invention has been made in consideration of such a background, and while utilizing the extremely excellent function of the particles as the clutch element, the mutual layout of the inertial body element and the mounting element is innovative. The technical challenge is to develop a particle torsional damper that can provide a practical vibration suppression performance in a simpler form with a bold arrangement.
すなわち請求項1記載の粒子トーショナルダンパは、被制振軸に直接取り付けられ、被制振軸とともにねじり振動する取付要素と、適宜の質量を 有し、前記取付要素に回転自在に取り付けられる慣性体要素と、前記取付要素と慣性体要素とに接するクラッチ要素とを具えて成り、前記取付要素は、被制振軸に取り付けられるディスクを有し、その中心で被制振軸に取り付けられるとともにその周囲を摩擦リングとし、一方前記 慣性体要素は、円環状で内部に作動室を備えたケーシングマスにより構成され、且つ前記ディスクの外周部の摩擦リングを作動室に内包するような状態でディスク外周寄りの軸受に支持され、更に、クラッチ要素は、粒子群より成り、この粒子群は前記ケーシングマスにおける作動室内に可動状態に収められて作動室内壁と摩擦リングにともに接しており、更に前記作動室は、断面形状において中央部外周に向かって先窄まり状に構成されていることを特徴として成るものである。
In other words, the particle torsional damper according to
また更に請求項2記載の粒子トーショナルダンパは、前記請求項1記載の要件に加え、前記クラッチ要素としての粒子群は、金属球状粒子を使用したことを特徴として成るものである。
Furthermore, the particle torsional damper according to
また更に請求項3記載の粒子トーショナルダンパは、前記請求項1記載の要件に加え、前記クラッチ要素としての粒子群は、セラミックの球状粒子を使用したことを特徴として成るものである。
Furthermore, the particle torsional damper according to
まず請求項1記載の発明によれば、制振性能に優れた鋼球等の粒子をクラッチ要素として使用しながらも、構成する部材のレイアウトを工夫することにより、シンプルな構造にすることができる。特に慣性体要素を、ディスク状の取付要素の外周側において支持するという、いわば大胆なレイアウトを採ることによって、慣性体要素は、回転マスとしての機能と、粒子群のケーシングとしての作用とを併せ持った合理的な構成が得られる。加えて慣性ダンパとしての直接の作用が装置外周寄りで行われ、慣性体要素の慣性モーメントと重量の比を大きくとれるのみならず、取付要素と慣性体要素の慣性モーメントの差が大きくとれ、ダンパの小型、軽量化と、制振性能の向上を図ることができる。
更に作動室の断面形状が外周側よりに窄まっていることから、定常回転時において、クラッチ要素が取付要素を効率的に押え付けることができ、慣性体要素、クラッチ要素及び取付要素を確実に固着して伝達することができる。
First, according to the first aspect of the invention, a simple structure can be achieved by devising the layout of the constituent members while using particles such as steel balls having excellent vibration damping performance as clutch elements. . In particular, by adopting a so-called bold layout that supports the inertial body element on the outer peripheral side of the disc-shaped mounting element, the inertial body element has both a function as a rotating mass and an action as a casing of particle groups. A reasonable configuration can be obtained. In addition, a direct action as an inertia damper is performed near the outer periphery of the device, so that not only can the ratio of inertia moment of inertia body element and weight be increased, but also the difference of inertia moment of mounting element and inertia body element can be greatly increased. Can be reduced in size and weight, and the damping performance can be improved.
Furthermore, since the cross-sectional shape of the working chamber is narrowed from the outer peripheral side, the clutch element can efficiently hold the mounting element during steady rotation, and the inertial body element, the clutch element and the mounting element can be reliably It can be fixed and transmitted.
また請求項2記載の発明によれば、金属製の球状粒子を用いることより、耐久性に優れていることに加えて、その生産加工が行いやすいために種々の粒子を適用することができる。
Further, according to the invention described in
また請求項3記載の発明によれば、セラミック製の球状粒子を用いることことから耐熱性や耐腐食性や耐摩耗性の点で優れているので、様々な環境下でも対応できる粒子トーショナルダンパを提供することができる。
Further, according to the invention described in
本発明の最適な実施例は、以下の具体的な実施の形態の説明並びに図面に開示されるものである。 The preferred embodiments of the present invention will be disclosed in the following description of specific embodiments and drawings.
以下本発明の粒子トーショナルダンパDについて具体的に説明する。
このものは、図1から図3に示すように大別すると被制振軸に直接取り付けられ被制振軸とともにねじり振動する取付要素1と、適宜の質量を有し、前記取付要素1に回転自在に取り付けられる慣性体要素2と、これらと取付要素1と慣性体要素2とに接するクラッチ要素3とを具えて成るものである。
The particle torsional damper D of the present invention will be specifically described below.
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, this is roughly divided into a
まず取付要素1は、実質的にディスク11により構成されるものであって、このものは、中央部において被制振軸5に取り付ける円環状部材である。
なお、被制振軸5に取付要素1を取り付けるにあたっては、被制振軸5の径、形状等が相違することに対応させ部品としての汎用性を持たせるために、被制振軸5との間に、図示のようなアダプタ6を介在させて取り付けを図る。本実施例においては、一例としてアダプタ6を被制振軸5に対し回転止めキー61等を介して、回転方向にずれない状態で嵌め込み、押えボルト62等により固定する。そして、このアダプタ6のフランジ部分と、前記ディスク11の中心の取付孔とを嵌め合わせるようにして、取付ボルト63を用いて固定するものである。
First, the
In addition, when attaching the
一方ディスク11の外周縁には、摩擦リング12が設けられるものであって、この摩擦リング12は、一例として前記ディスク11の中心寄り部位の厚みより、幾分薄い状態のリング状部材とする。もちろん、ディスク11の本体部分に対して摩擦リング12は一体構成であってもいいし、別体のものとしてリベット止め等により組み合わせる構成とすることももとより差し支えない。
更に、前記ディスク11には、摩擦リング12との境界部近くに軸受13を設けるものである。具体的には、この軸受13は、メタル材等の素材を利用したすべり軸受であることが好ましい。
On the other hand, a
Further, the
なお、この軸受13をより安定的に支承するために、ディスク11には、軸方向に円環リブ状に張り出すような軸受支承部14を設ける。一方この形状に因み前記軸受13は全体としてはリング状であるが、その断面形状をL型に形成した部材を用いるものである。
In order to support the
次に取付要素1に対して組み合わされる慣性体要素2について説明する。
この慣性体要素2は、実質的にケーシングマス20によって構成されるものであって、この技術的な特徴としては、慣性体としての機能と、クラッチ要素3を保持するケーシングとしての機能とを一部材に兼用させたことが挙げられる。すなわち、ケーシングマス20は、円環状のリング単体21を、もなか合わせ状に組み合わせることによって、その内側にクラッチ要素3を収める作動室22が形成される。
この作動室22は、一例として断面形状でみると、外周寄りの範囲が先窄まり状に狭くなるような形状を呈するように内壁22aの形状が設定されている。
また各リング単体21は、それぞれその内周寄りの部位が前記作動室22を塞ぐ、ないしは区画するように内側に張り出し、前記軸受13と摺接する軸支部23を構成する。この軸支部23は断面方向に見て、先端側(内側)の縁部が、前記断面L字状の軸受13に支持されるように組み付けられるものである。なお一対のリング単体21相互は、ボルト24によって、結合されている。なお、この作動室22は、全周にわたって一連に連なっているもののほか、直径方向に、適宜の数の仕切りが設けられて複数室に分断されたようなものであってもよい。そして結果的には、前記作動室22内に、取付要素1における摩擦リング12を内包したような状態で、慣性体要素2は、ディスク状の取付要素1の外周部に回転自在に支持される組立構造を採る。
Next, the
The
In the working
In addition, each
次に、クラッチ要素3について説明する。
このものは、複数の粒子を集合させた粒子群31をその実質とするものであり、前記作動室22内において、自由に移動にできる程度に充填されている。
もちろん、このような粒子群31の充填形態に因み、この粒子群31は、摩擦リング12に接するとともに、ケーシングマス20における作動室22の内壁22aにも当接するものである。
Next, the
This is essentially a
Of course, due to such a packed state of the
また、この粒子群31については、本実施例においては鋼球を用いた金属製のものであるが、これ以外の材料として、セラミックを用いたものや、例えば耐摩耗性に優れた工業用樹脂などの樹脂を用いたものも差し支えない。もちろん、これらの素材を複合的に用いることも可能である。
In addition, the
本発明の粒子トーショナルダンパDの具体的且つ実用性に優れた形態は、以上に述べた構成を基本とするものであり、以下このものの作動態様について説明する。
まず適宜の被制振軸5に対してアダプタ6を介して固定し、運転を開始する。例えば図1で示すような機関Eのクランクシャフト等の被制振軸5の端部に取り付ける。因みに図1に示す機関Eは、本発明者の開発に係るリニアクランク機構を適用した水平対向4気筒往復機関である。
そして、前記被制振軸5が回転すると、作動室22内で自由な移動が許されていた粒子群31が遠心力を受けて作動室22の外周部に押し付けられる状態となる。
これによって、粒子群31の相互の全体としての密度が高まり作動室内おいて、慣性体要素2と、摩擦リング12との間に密に嵌まり込み、両者を固定状態に保持するような作用を行う。
The concrete and practical form of the particle torsional damper D of the present invention is based on the above-described configuration, and the operation mode of this will be described below.
First, it is fixed to the appropriate vibration-controlled
When the vibration-controlled
As a result, the density of the
このような状態で、被制振軸5が小さなねじり振動で安定的に回転している場合には、粒子トーショナルダンパDの構成要素は一体となって回転する。一方被制振軸5に大きなトルク変動、回転方向の振動等のねじり振動が生じた場合には、そのねじり振動が取付要素1に先ず伝わり、粒子トーショナルダンパDの一体回転を乱す作用をする。この作用は、摩擦リング12を介して粒子群31を適用したクラッチ要素3に伝達され、その相互の密着状態を瞬間的に解除する。そして、ケーシングマス20と、摩擦リング12との固定状態を解除し、その解除が結果的に、被制振軸5のねじり振動を低減する作用をして、回転慣性ダンパとしての作用を行う。また回転慣性ダンパとしての直接の作用を担う部材、すなわち取付要素1、慣性体要素2、クラッチ要素3が装置外周寄りに集中しており、この結果ケーシングマス20の慣性モーメントが大きくとれ、小型軽量に設計しても制振性能を充分得られる。
また特に、この実施例においては、前記作動室22の内壁が断面方向に見て外周側が先窄まり形状となっているから、粒子群31は全体としてクサビ状に作用して、取付要素1としての摩擦リング12と慣性体要素2としてのケーシングマス20との一体化が十分に確保できるものである。
In such a state, when the vibration-controlled
In particular, in this embodiment, the inner wall of the working
〔他の実施例・参考例〕
本発明は以上述べた実施例を一つの基本的な技術思想を具現化した例とするものであるが、更に次のような改変された実施例、参考例が考えられる。
まず、前記作動室22の形状については、本発明は外周側が先窄まりになるような断面形状をしたものであるが、粒子群31は遠心力で外周側に集中することを考慮すると、必ずしもくさび効果が得られる外周側窄まり状の断面形状としない場合でも、相応の効果が得られる。例えば、図4(a)に示すようなほぼ断面矩形状のものも技術的に関連する参考例として挙げられる。
[Other Examples / Reference Examples ]
The present invention is an example in which the above-described embodiment embodies one basic technical idea, but the following modified embodiments and reference examples can be considered.
First, regarding the shape of the working
また、図4(b)に示すものは、摩擦リング12側の断面を外広がりテーパ状断面とし、粒子群31によるクサビ効果をより発揮させたものである。
逆に、図4(c)に示すように摩擦リング12の外周端側の厚みを幾分か減らすように構成して、クサビ効果を和らげることも可能である。
4 (b) shows a
Conversely, as shown in FIG. 4C, it is possible to reduce the wedge effect by reducing the thickness of the
また更に、図5(a)(b)に示すように、ケーシングマス20の慣性質量を選択設計できるようにすることも可能である。例えばケーシングマス20の外周側面に質量調整リング21aの受入凹部21bを形成し、質量調整リング21aを必要な量を嵌め込んで、慣性体要素2の質量を変更できるようにしたものである。
Furthermore, as shown in FIGS. 5A and 5B, the inertia mass of the
また使用にあたっては、先に述べたような粒子トーショナルダンパDを例えば図6に示すように必要に応じて、2連にわたって装着して制振負荷に応じた性能を発揮させるようにすることももとより差し支えない。 In use, the particle torsional damper D as described above, for example, as shown in FIG. 6, may be installed over two stations as necessary to exhibit the performance according to the damping load. There is no problem.
1 取付要素
11 ディスク
12 摩擦リング
13 軸受
14 軸受支承部
2 慣性体要素
20 ケーシングマス
21 リング単体
21a 質量調整リング
21b 受入凹部
22 作動室
22a 内壁
23 軸支部
24 ボルト
3 クラッチ要素
31 粒子群
5 被制振軸
6 アダプタ
61 キー
62 押えボルト
63 取付ボルト
D 粒子トーショナルダンパ
E 機関
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