JPS648225B2

JPS648225B2 -

Info

Publication number: JPS648225B2
Application number: JP4295182A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Matsudaira; Yasuo Yoshida; Koji Tanida
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1982-03-19
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1989-02-13
Also published as: JPS58163847A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、回転軸の縦振動防止装置に係り、具
体的には船舶等の推進軸系の縦振動ならびにそれ
によつて誘発される船体の局部振動を効果的に防
止するための装置に関する。

［従来の技術］船舶の推進軸系の縦振動には、プロペラの起振
力によるものと、主機関がデイーゼルの場合は、
機関の燃焼ガス圧力に基づくものがある。前者は
プロペラ翼が船尾の不均一伴流の中で回転するた
めに生ずるもので、その起振力の主成分はプロペ
ラ軸回転数にプロペラ翼数を乗じた振動数を持
つ。又、後者は機関の燃焼ガス圧力にトルク変動
がプロペラ回転の変動を伴い、それがプロペラ推
力の変動に転換されて軸系の縦振動の起振力とな
るものと、同じトルク変動が機関のクランク軸機
構によつて直接クランク軸の縦振動を誘起するも
のとがある。これら機関の燃焼ガス圧力に基づく
起振力の主成分の振動数は、大型の船用デイーゼ
ル機関に常用される。２サイクル機関では、クラ
ンク軸回転数にシリンダ数を乗じたものに等し
い。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記の推進軸系の縦振動におい
ては、それ自体が船尾管の摩耗、スラスト軸受台
のゆるみ、クランク軸の損傷等の原因となるほ
か、スラスト軸受を介して船体側に伝えられ、機
関架台全体の前後振動や上部構造の局部振動を誘
発して問題になることがある。特に最近省エネル
ギーの目的で、大馬力でシリンダ数の少ない機関
が多く使われるようになるにつれて、これらの振
動問題の発生が目立つようになつてきた。

そのため、上記の起振力による推進軸系の共振
を回避するには、予め軸系の縦剛性ならびに捩り
剛性を充分高めておくこと、及び船体側の局部振
動が発生した場合は、その部分の構造を補強する
等、もつぱら受動的な対策を講ずるのが主であつ
た。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなさ
れたもので、回転軸の全回転域にわたつてその縦
振動を自動的に且つ効果的に防止し得る回転軸の
縦振動防止装置を提供する。

［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に、回転軸
にこれと共に回転しつつ、回転軸中心から離れた
位置に振子支点を中心として、回転軸方向に振動
可能な遠心力振子を軸対称に複数設け、これら遠
心力振子の重心位置から振子支点までの振子長さ
及び重心位置から回転軸中心までの距離を、その
振子の固有振動数が上記回転軸の縦振動の振動数
に一致するように設定して、上記回転軸の縦振動
をこれに同調して振動する上記遠心力振子に吸収
させるように構成されたものである。

［作用］最初に動吸振器の原理について述べる。この原
理は、周知のように、定常的起振力を受けて振動
している主振動系に、その起振力の振動数に等し
い固有振動数を持つ別の小振動系を付加すると、
この小振動系が起振力に同調して振動し、その振
動慣性力が主振動系の起振力と釣合つてそれを相
殺するため、主振動系は静止状態に保たれるとい
う原理をいい、この場合の付加小振動系のよう
に、自己の同調振動によつて主振動系の振動を吸
収して消振作用をする装置を動吸振器と名付け
る。

ところで、通常の動吸振器は、基本的には質量
―ばね系で形成されているから、その固有振動数
は作動中は不変である。従つて主振動系の起振力
振動数が広範囲に変化する場合には、たまたま起
振力振動数が動吸振器の固有振動数に一致する特
定の場合以外は、動吸振器の効果は全く発揮され
ないのである。

一般に振動系に作用する起振力の振動数は、そ
の発生源である回転体の回転数に比例するもので
あるから、もし動吸振器の固有振動数を起振力発
生源の回転数に比例させることができれば、動吸
振器の固有振動数を常に起振力の振動数に一致さ
せることが可能になるので、全回転数を通じて主
振動系を静止させ得る理想的な動吸振器が得られ
るわけである。このような理想的動吸振器は遠心
力振子を利用することにより実現することができ
る。

遠心力振子とは、通常の振子における重力の代
りに遠心力が作用する場において振動する振子の
ことであり、これを第１図及び第２図により説明
する。第１図は、回転軸Ａに吊りＢを介して錘Ｃ
が取り付けられた単振子型の遠心力振子Ｐの例を
示す。この振子Ｐは、回転軸Ａと共に回転しなが
ら、回転軸方向にのみ振動することができる。図
中、Ｏは回転軸の中心、Ｈは振子の支点、Ｇは振
子の重心を表す。今、振子Ｐの振子重心Ｇから振
子支点Ｈまでの振子長さをｌ、振子重心Ｇから回
転軸中心Ｏまでの距離をｓ、振子Ｐの質量をｍ、
回転軸Ａの角速度をωとすれば、振子重心Ｇに作
用する遠心力Ｆはmsω²であることから、この遠
心力振子Ｐの固有振動数ｆは、小振幅の範囲で
は、次式で表される。

ただし、ｎは回転軸Ａの回転数でｎ＝ω／2π
である。

第２図は回転軸Ａに遊動円木型の遠心力振子Ｐ
を取り付けた例を示す。この場合は、等長の２本
の吊りＢ，Ｂの振子Ｐの連結点Ｑから吊り支点
H′までの長さｌが振子Ｐの振子長さになるから、
振子重心からＧからｌだけ回転軸中心Ｏに寄つた
点が振子支点Ｈになる。この場合の振子Ｐの固有
振動数も同様に(1)式に与えられる。

(1)式から解るように、遠心力振子の固有振動数
ｆは、それを取り付けた回転軸Ａの回転数ｎに比
例する。従つて、振子のｓとｌの値を適切に選定
することにより、ｆとｎの比を任意の所望の値に
選ぶことができる。

上記の遠心力振子Ｐを船舶の推進軸系の適宜の
個所、例えば中間軸（主機のクランク軸とプロペ
ラ軸の中間の軸）にプロペラの起振力を対象とす
る動吸振器として取り付けた場合は、その起振力
の主成分の振動数は、前述のように、例えばプロ
ペラ翼が４枚のときは4nであるから、(1)式にｆ
＝4nとおくと、Ｓ／ｌ＝4²＝16 ……(2) となる。従つて、この式を満足するように振子の
重心位置と振子長さを決めれば、プロペラの起振
力は遠心力振子Ｐの慣性力によつて相殺され、中
間軸の縦振動は遠心力振子に吸収されることにな
る。

又、デイーゼル機関の燃焼ガス圧力による起振
力を対象とする場合は、その起振力の主成分の振
動数は、例えば５シリンダ機関のときは5nであ
るから、(1)式にｆ＝5nとおいてＳ／ｌ＝5²＝25 ……(3) なる関係式が得られる。従つてこの場合の振子の
重心位置と振子長さは(3)式によつて決定すればよ
い。

よつて、上記遠心力振子の重量は、振子の振動
による慣性力と起振力が釣合うという条件から簡
単に決められるために、振子の形状・寸法・個
数・配置が決められ、動吸振器の設計が行われ
る。

［実施例］本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて述
べる。

第３図及び第４図は、５シリンダのデイーゼル
機関搭載の実船の推進軸系に生起する縦振動防止
のため、その中間軸に装備される遠心力振子を示
す。第３図は側面図、第４図は第３図の―線
矢視断面図である。又、第５図は第３図の振子本
体部分の拡大図である。図中、１は推進軸系の中
間軸、２は動吸振器としての遠心力振子を中間軸
１に取り付けるための支基、３は支基２から90゜
間隔で径方向外方に放射状に張出して形成された
振子支持板、４は振子支持板３先端の二叉端３ａ
に中間軸１から等距離に一対ずつ形成されたコロ
受け孔６に遊動自在に支持された転動コロ５を介
して振子支持板３に取り付けられ、その長手方向
が中間軸１の軸方向に沿つて配設された直方体状
の振子本体、７は上記振子支持板３側のコロ受け
孔６に相対して振子本体４に２個所設けられたコ
ロ挿通孔、８は上記振子支持板３側のコロ受け孔
６を塞ぐめくら蓋、９は支基２を構成する２つの
半截筒体状部材を中間軸１に緊定するためのボル
ト・ナツトを示す。

なお、振子支持板３の二叉端３ａ両面に取り付
けられ、コロ受け孔６を塞ぐめくら蓋８は、転動
コロ５の脱落を防止すると共に、その摩耗を防ぐ
ために予めコロ挿通孔７及びめくら蓋８の内部に
充填するグリースの保存を計るためのものであ
る。

中間軸１が回転しているときは、振子本体４は
遠心力によつて径方向外方へと移行して図示の如
く位置する。その際、転動コロ５が振子支持板３
側と振子本体４側の相対するコロ受け孔６及びコ
ロ挿通孔７の内面を転動することによつて、振子
本体４は中間軸１の軸方向に遊動円木的に振動し
得る状態にある。この場合の振子運動の振子長さ
ｌは、上述したように、第２図に示す振子Ｐの連
結点Ｑから吊り支点H′までの長さに相当し、第
５図に示すコロ受け孔６の中心が吊り支点H′に
相当し、コロ挿通孔７の中心がＱに相当する。し
たがつて、コロ受け孔６及びコロ挿通孔７の直径
をＤ、転動コロ５の直径をｄとすれば、コロ受け
孔６とコロ挿通孔７との間に転動コロ５が存在す
るから、振子長さｌは、ｌ＝Ｄ−ｄで与えられる
と共に、振子本体４の重心Ｇに対する振子支点Ｈ
が与えられるから、このｌと振子本体４の重心Ｇ
から回転軸中心Ｏまでの距離ｓとを上述の(3)式の
関係に従つて選定しておけば、中間軸１が回転数
ｎで回転しているときのこの振子の固有振動数ｆ
は上述したようにｆ＝5nとなるので、5nの振動
数を持つ推進軸系の縦振動の起振力は、全回転数
を通じてこの振子の振子の振動によつて吸収され
て、推進軸系の縦振動は消滅することは前述の通
りである。

第３図及び第４図は機関からの起振力を対象に
した遠心力振子のみ示したが、もしプロペラの起
振力（船尾の伴流不均一によるもの）を吸収しよ
うとするならば、図示の振子の中間に、同様に
90゜間隔で別の４個の遠心力振子を配列すればよ
い。勿論、その場合は、プロペラ翼が４枚のとき
は、上述の(2)式の関係に従つて振子の重心位置と
振子長さを決め、又、振子の重量はプロペラ起振
力の大きさに対応して決めなければならない。

なお、第３図及び第４図に示す機構の遠心力振
子においては、転動コロ５の運動が振子の固有振
動数に影響を与えるが、その補正量は僅少である
し、正確に計算できるので問題はない。又、回転
軸が静止しているときは、遠心力が働かないので
回転軸に対して垂直下方以外の角度の所に位置す
る振子本体４は、重力に引かれて、図示の位置を
とらないが、回転が始まれば、一般に振子にかか
る遠心力が重力よりはるかに卓越する（例えば、
この図の実例計算では遠心力は重力の14倍にな
る）ので、重力の影響も心配はいらない。

［発明の効果］以上の説明により明らかなように本発明によれ
ば次のような優れた効果を発揮することができ
る。

(1) 本発明装置による吸振作用は、推進軸系等の
回転軸の通常運転時の全回転にわたり、かつ回
転数の変動にも追従して、全く自動的に行われ
る上、その吸振効果は非常に大きい。

(2) 装置の構造が単純であるので、安価に製作で
きる。

(3) 船舶の推進軸系の中間軸に装備する場合は、
中間軸の周りの僅かな空間を利用して簡単に取
り付けることができる。

(4) 遠心力振子の固有振動数と起振力の振動数の
同調は、明確な計算式と簡単な予備実験とによ
つて、極めて正確に行うことができる。

(5) 形状・寸法・配列の異なる数種類の振子群を
適切に組合わせることにより、振動数と大きさ
の異なる数種類の起振力を一つの装置によつて
一括して吸振することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の中枢である遠心力
振子の原理的説明図で、第１図は振子が単振子型
の場合であり、第２図は遊動円木型振子の場合で
ある。第３図及び第４図は、５シリンダの低速デ
イーゼル機関搭載の実船において、その推進軸系
の縦振動防止装置として、その中間軸に装着され
た本発明に係る装置の一実施例を示す図で、第３
図はその側面図、第４図は第３図の―線矢視
断面図、第５図は第３図の振子部分の拡大図であ
る。図中、１は中間軸（回転軸）、２は支基、３は
振子支持板、３ａは振子支持板の二叉端、４は振
子本体、５は転動コロ、６はコロ受け孔、７はコ
ロ挿通孔、８はコロ孔６のめくら蓋、９は支基の
中間軸への取付け用のボルト・ナツトである。

Claims

【特許請求の範囲】

１回転軸にこれと共に回転しつつ、回転軸中心
から離れた位置に振子支点を中心として、回転軸
方向に振動可能な遠心力振子を軸対称に複数設
け、これら遠心力振子の重心位置から振子支点ま
での振子長さ及び重心位置から回転軸中心までの
距離を、上記振子の固有振動数が上記回転軸の縦
振動の振動数に一致するように設定したことを特
徴とする回転軸の縦振動防止装置。