M 蠶Mom30F
SAGAMl INeTtTUTE OF TECHNOLOGy Vo1
.
eOJ No.
1,
ユ986非 対
称 弾 性
支 持
し た
非 対 称 回 転
軸
の
振 動
に
関
す
る
研 究
支 持 部
外 部減 衰
の影 響
に つ い て近 藤 泰 郎
* ・木 村 広 幸
* *Study
onthe
Vibrations
of
anAsymmetric
Rotating
Shaft
Supported
by
Asymmetrically
Elastic
Pedesta
正s一
〇ntheEffects
ofExternal
Damping
Mounted
atthe
SupPorting
Parts
一
Yasuo
KoNDo
andHiroyuki
KIMuRA
To make clear the dynamic characteristics of a rQtating shaft exact1y , we should take into con
−
sideration both the elastic asymmetry of a shaft and the elasticity , especially the asymmetric elasticity of supports
.
To give an elastic rotating shaft system genera 直ity
,
the authors have been considering an idealizedmodel
,
in
which ad
玉skis
mounted at the center of a 日at shaft with different bending rigiditiesin
twomutually vertical
directions
corresponding to the principal axes ofinertia
of the section,
Each
of thesupporting parts of both ends is supported by springs in both directions vertical and horizontal
.
Massesare concentrated on the central
disk
part and supporting parts of both end,
as a concentrated mass system.
In
previous reports,
the authors analyzed,
by
using asymptotic method,
the unstable regions in thefree
vibrations and forced vibrations of the system , and still more pointed out the existence of thesubharmonic 「esonances
’
1n this report
,
the effects of the external damping mounted at the supporting parts were theoretl−
cally and experimentally studied
.
As the results of the analyses,
it was confirmed thatgiving
the externaldamping
to supporting parts was very effective to control the resonances,
especially the subharmonic resOnances.
1
.
ま え が き 弾 性回転 軸の 危 険 速 度 領 域にお ける動 特性を明ら かに するこ と は,
機 械工学 分 野で の重 要な研 究課題の一
つ で あ る。 著 者 等 は,
弾 性 回 転 軸 系 に一
般 性 を 与 えるため に,
軸 断 面の 慣 性 主 軸に相 当 する直 角な 2方向に お いて 異な っ た曲げ剛 性 を 有 する偏 平 軸の 中 央に 円 板 を 付 けたJefcott
P一
タを質量 を 有 す る 両 端 支 持 部に取 り付 け,
これ を直角な2 方向に 非 対 称 ばね支 持 する理想 化 し た モ * 機 械工 学 科 助教 授 * * 同 助 手 1980 年 10 月 11 口受理 デル を考 慮 して来て い る。
こ こ で質量 は中央 円板 部と 両 端支 持部に集中 する,
4 自由 度を持つ 集中 質 量 回 転 軸 系 とし て 考 える。 こ の非 対 称 弾 性 支 持 した非 対 称回転 軸の 振 動は,
工 学の分野に おける典型 的 な係数励振 系の 例で ある と 言え る.
こ の系の安 定性に 関する問題は,
相 当 詳 し く研 究さ れて来て い るHO ) 。 前 報まで4・
5・
lo)に おい て 著 者 等は,
非線型振 動論 の 近 似 的解法で ある漸 近法tD を用い て,
こ の系の 自由振 動に お け る安 定性お よ び強制 振 動につ い て解析し,
更に分数 調 波 共 振の存 在に つ い て指 摘し た 。 本研 究で は 主に , 前報で述べ た分数調 波 共 振の存 在にNII-Electronic Library Service 相 模工業 大 学 紀 要 第
20
巻 第1
号 つ い て更に詳 しく実 験 を 行 なっ た。 実 験の結 果, こ の分 数調波共振は,
支 持 ば ね 等の非 線 型 性に よ る もので はな く,
軸剛 性の非 対 称 性に起因するもの であるこ とが 確 認 出来た。 ま た この系の安定 化に は, 外部減衰,
支 持 部 剛 性 等が相 互に関 係 するこ とは前報まで に 既に述べ た 。 油 中に こ の系 全 体 を 入 れるな ど,
外部減衰を こ の系に与え る こ と は実験 的セこは可能である がJ そ れ 等は実 際 的では ない 。 そこで著 者 等は,
支 持部に外部減 衰を与えるこ と に よっ て, こ の系 を安定 化 出 来 ない か と 考 え た.
その結 果,
支 持部外部 減衰を加え るこ とが, 特に 分数調 波 共 振 を除去するの に は非常に有 効で あること が確 認出来たの で報 告 する.
2.
理論
的考
察2.
L 記 号0 一
ξηS:回転 座 標 系 (円板 部)0 一
ξo ηoS。:回転座 標系 (支持 部) O−
xyz : 固 定 座 標 系 (円板部 )O −
x。V。z。: 固定座標 系 (支持 部) M : 円 板 部 質 量 m ; 支 持 部 質量1
:軸ス パ ソd
:軸 径 α:軸 切 断 角 度A
:軸断 面積 C: 円板 部 外 部 粘 性減 衰 係 数 C。: 支 持 部 外 部 粘 性 減 衰 係数 C,:付加支 持 部 外部粘性減 衰 係数k
、:非 対 称 軸の弱 方 向 曲げ剛 性k2
:非 対 称軸の強 方 向曲 げ剛性K
、:支 持 部垂直方向 剛 性K
,:支 持部 水 平 方向剛 性 ε : 偏心量 β:不 釣 合 角 度C
:軸 静撓み δ:=
C/M , 円板 部外 部 減衰 δo:=
Co1M , 支 持 部 外 部 減 衰 δ,:=
c,1M
, 付 加 支 持 部 外 部 減 衰 ω 12: =klfM
ω22:=
k2!M ω。
2: =KifM
ω μ 2 :
=
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2 2 些 K2一
C η 隅一
2 CD一
2 CO Mo
ξ。 π Co κ亀
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陶
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2 κ0 塩 π ω εξ 図1
系のモ デル 図gz
: = (ω⊥ 2 +ω 22)!2
K,fK
⊥: 支 持部 剛 性 比P
:=
(ω22一
ω 、2y (ω22 +ω 、2), 軸 非 対称度x
: x 方 向 振 幅 y :y 方向振 幅Xo
:Xe 方 向 振 幅y』:
y
。 方向振幅Oi
:固 有 振 動 数 (1
:1,
II,
III,
IV
) ω : 軸回転角 速 度 (一
定)2.
2.
支持 部 外 部 減衰の変 化に よ る 影響 ス パ ンJ
の 非 対 称 弾 性軸が 弾 性軸 受台 で支持され, 中央に質 量M
なる円板が取 り付 けられて い る系の自由 振 動,
強 制 振動の理論 的 解 析は前 報ま でに述べ た.
こ の 理論 解 析の 結 果 を 用い て,
特に支持 部 外 部 減 衰の影響に つ い て,
数値 計 算を行なっ た結 果が 図 2 の (a}〜
(h
)で あ る。 こ こで, ス パ ン1=
605.
4mm , 円板 部質量 M=
5.
850 kg,
軸 径d
= =20 mm,
支持 部質量 m = 1。
432kg ,
軸 静 撓 みC
=
O.
1657 rnm , 不 釣 合 角 度 β=
45° , 軸 非 対 称 度P
=0.
1023
(α=30
°) として 計算して ある.
実 験 結果 と 比較す るた めに, 支 持 部 剛 性 Kt=
1.
465× 10s kN !m ,K2
= ・O .
1619
×103
kNfm ,
円 板部 と支 持部の 内 部 減衰λ= A。= 0,
円板 部と支 持 部の外 部 減 衰 δ= δ。= 6(1!s)とし,
付加 支 持 部 外 部減衰の値を δ,=0〜
24(11s) ま で 6 刻み で変化させ た場合の相対振 幅曲線を 求め た.
外 部 減衰 値 δ=δ。= =6(11s)は, こ の系 に 特に外 部から減衰 を 与 え な い状態で の値で あ り,
この 時 の 減衰は 主 として 空 気 抵 抗,
支 持 部ベ ア リソ グ等の減 衰に よるもの で ある.
図 2 の (a)〜
(d
)は,
主共 振 点9
、〜9
、v 近 傍に対する 相対振幅曲線を 示し てい る.
(a)は 支 持 部 剛 性 の 弱い方 向, 即ち水 平方向に対して得られ, 与えられた条 件に お一
2一
N工 工一
Eleotronio Library非 対 称弾 性 支 持 した非 対称 回 転軸の 振動に 関 する研 究 (近 藤泰郎 ・木村 広 幸 ) 2832 24
莞
2。 げ16 ) 12 8 4 go κノκ,=
0.
110 δ=
δ』=
6(1〆S) β=
45G一
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0 傷≡
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ミ 100110 120 130 ω (1/s) (a)e,
近傍 14e 150 190190200 210 220 ω (1/s) (b}2t]近f芳 230 240 [ 440 45(レ 460 470 480 490 50 := 二::::鉦= :…一
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1s 800 810 820 830 840 850 860一
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20 ≧ げ一
40 ☆−
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10一
12e20 400 410 420 430 ω (1/s) lf}29,
近傍 440450 890 900 910 92D 930 940 95 ト_一
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140 (9) 2畠【■i丘傍 00 工640 1 ω 1650 1660 1670 1680 1690 170〔騨 1/s } 0011
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(卜)2織 近 傍 図2
支 持 部 外 部 減衰 の変 化に よ る振 幅 曲 線NII-Electronic Library Service 相 模工 業 大 学 紀 要 第 20 巻 第
1
号 い て は,
不安 定領 域は出 現しない 。 付加支 持 部 外部減衰 の 増 加に伴 っ て相 対 振 幅は減 少 する。 (b)は 支 持部剛 性 の 強い方向,
即ち垂直方向に対 するもの で あ り不安 定 領 域が存在 する.
し か し,
付加 支 持 部外部減衰の増加 につ れて,
その 領域 は縮 小する。 (c),
(d
)は,9m ,9
[v に 対 す る ものであ り, モー
ド的に は , 円 板 部と支 持部が逆 位相の関係にな る。 ま た支 持 部 振 幅 が 増 加し,
円板 部 振 幅よ り も大 とな る。 これ らの場 合に対 しても, 付加支 持 部 外 部 減 衰の増加に よ り振 幅がか な り減 少 する.
図2
の (e)〜
(h
)は,
分 数 調 波 共 振 点29
、〜29
、v 近傍 に お け る相 対 振 幅 曲線である。 これ らの分数 調 波共振点 近 傍に おい ては,
前 報で述べ た如 く不 安 定 領 域は存 在 し ないが,
その振 幅 増 加は無 視 出 来 ない程 大で ある。 付 加 支 持 部 外部 減衰 δ、の増加に対 し て,
主 共振 点近傍同様,
振 幅は減 少する。 特に 2ρm,
2P、▽ 近傍の 支 持部 振 幅に 対し て顕著である。 以 上の 数値計算結 果よ り,
付 加支持 部 外 部 減衰を 増 加 さ せ るこ とに より,
各 共 振振幅又 は不安定 領域を縮 小さ せ るこ とは可能で あるこ とが予 測 出 来る。3.
実 験 装 置お よ び実 験 方 法3.
1.
実 験 装 置 図 3に 実験 装 置の大 略を示 す。 試験 軸の 中 央に 円板を 取 り付 け,
両 端は軸 受ケー
ス に入 れ た複 列 自動 調心 玉軸 受 を 通 して 引 張ぽねに よっ て垂 直,
水 平2
方 向へ 支 持 台 に 固 定す るQ 共振 時の振 幅 増 大を防 ぐため に,
内 径 25 φ の 玉 軸 受で作 製 し たガー
ドを 円 板の片 側に設置する。 付 円 板部ピ ッ ク ア ッ プ 軸 受 ケー
ス 円 板 加支 持部外部減衰を与え る場 合は,
垂直,
水 平 方向に軸 受ケー
ス と支 持 台 間に ダン パ を挿 入 する 。 駆動力は 3.
7kW の 交 流電動 機 よ り自在継 手 を通 し て試 験軸に伝達さ れ, 回 転 速 度 は約 0〜
5000rpm ま で 連 続 的に変化 するこ とがで きる。
円 板部の変位 は, 垂 直, 水 平 両方向に 2mm の 間 隙 を与 えて取 り付 けた渦 電 流 効 果を利 用 した 非 接 触 型 変 位 振動 測 定 装 置 に よ り求 める。 支 持部の 変位 は, 加速 度 ピ ッ クア ッ プ をベ ア リ ン グケー
ス の 垂 直,
水 平 方 向に取 り付け,
その 出 力をチ ャー
ジ ア ン プ に通 すこ とに よっ て 測 定 する,
軸の 回転数は,
駆動 軸に付け た近 接ス イ ッ チ からの パ ル スをデ ジタ ル タ コ メー
タ に入 れ て直 読 し, さ ら に こ の パ ル スを変 位信 号 と 同時に 電 磁 オ シ P グラ フに 記 録 す る。 3.
2.
実 験 方法 実 験に用い た試 験 軸,
引 張ばね,
支 持 部ダン パ の諸 量 は 表 1, 図 4 である。 本 実 験に入る前に次の諸 点に つ い て測 定を行なっ た。 (1) 試 験 軸, 円 板 不 釣 合 力の原 因 とし て考 え られ るの は, 円板重心の 回 転 中心 か らのずれ,
試 験軸の 曲 りで ある。 その ため,
釣 合 試 験 機に よっ て円 板の釣 合 を取っ た。 こ れ に よ り残る 問題は,
試 験 軸 作 製 時お よび実 験 中の衝撃力に よ る軸の 曲りである。 これを矯正する た め に軸の両 端を定盤 上の V ブロ ッ ク に乗せ,
中 央に ダ イ ヤル ゲー
ジを取 り付けて 測定し,
その 曲り をで きる だけ 直 した。 し か し どうし て 自動調 心 形 玉軸 受 引 張ばねダン パ 図 3 実 験 装 置 4
一
N工 工一
Eleotronio Library非 対 称 弾 性 支 持し た 非対称回転 軸の 振 動に関 する研 究 (近 藤 泰 郎
・
木村広幸〉 表 1 試 験 軸の 諸 量 α o (mm ) 〜 (mm ) A (mm2 ) M ( kl (kN/m ) k2 (kN
!m ) σ (mm )30
20
605 .
4 296.
0 5.
850 0.
2816xlO3 0.
3459×103 0.
1657 9E10 13G14 毎 命 11F12 ピック ア ップ 水 平 方.
向 15H16 取 付 位 置 ば ね 定数 K ,,K2
kN
!m kN !m xlO3 ×103 取 付 粘 性 減 衰 係数 位置 Ns !皿ABCD
0 .
36260
.
39930
.
37640.
32701
.
465 1A2 匹 冫ピソク アフプ 5C6 命 命 3B4 垂直 方 向 7D8 ユ @ @@
GHO
. 580 .25
0
.190
.300
. 06 ヨ コ を ヨ FGHO1308D1353 .1362 .1345
.5368
ゴ則 定側 駆 動 側 図4 バ ネ およ ダンパ
の組 合 せE
,〜H1
支 持 横剛性
が弱 い条件E2
〜H2 支 部 横 剛 性 が 強 い 条 件 12345 8901234561111188291D1040
.
7528.
8299.
9479.
6149
.
3599.
5948 .868
.270
.3010
.
0659.
5759.
6149
.5169
.810
も 除 去し得
ない曲りを も て 偏心量 とし , そ の方向 を 不 釣合
角 度 (非対称 軸の場
)とし た。こ の偏心 は10
〜 μ 程度 で ある。外
部 減 衰 外 部 減衰
の 測 定 法 は,駆動 を 止め て 円板 部 , 支 持 部 それ ぞれ 別々 強制 的 に変位を 与えて 放すこと に よ っ て , 平面内で 自由 振動 を 行 な わせ
るこ とによ り決定し た 。その 実験値
は , =δD
=6
(1
!s )で ある。 な お, 内部 減衰は非 常 に 小 さ い も の して無視した。 (3 )支持部引張 ばね ば ね 数の
測定 方 法は,引張 試 験機
に よ っ て ,ば ねを
0〜
m
以上 ま で引張 り,荷重
と伸 び をX
− Y レ コ ー ダに 録す る。こ れ は ,特に引張ばねの 非線型性が ない かをi
かめ る 上 で 重 要であ る 。分数 調波共振が,ば ね の 線型
性より も出 る 可能 が あるか ら で あ る 。 こ 結果 の一 例 を 図5
に示 す 。(
4 > 支 持部 減 衰 使用 す るダ ンパ の 粘 性 減衰 係 数 値と ,こ れ らが 粘 減 衰を正 確に与えるかを測
定した。本 実 験 にお いて は, 高回 転 数 が 約4000rpm ,正確 な振
幅測
定可 能変 位 が 15mm し て , ダ ソ バ フ 度 範 囲 を 0 〜 .M
!
s と し .1
.8
4
0〔
蓴 「 、噂 総00
.1一
一 … 一 . 一 一 ・騒゜
’
3 唄 旺mO
.3
05
0 .7
変 位1
’m
)0
.9
1
.O
> 10 :図
x持
ばね の直 線 性 (位 置E2
)
たQ
測 定 方 法 は, 動 型加 振機 にダ ン パ を 取り 付 け, ロー ド セル を通 して を求
め , 同 時に 加速 度ピ ッ クアッ プ を 通 して 速 度を る。オ イル ダン パを使 用 し て いる ので
, 温 度条 件に っ て減衰値が変化して しまう危険 性が ある。よ っ ,全NII-Electronic Library Service 6
.
O24
・
Oミ
麌 2.
0 0 相 模工 業 大 学 紀 要 第20
巻 第1
号 o.
一
一
c5.
8=
9.
594 o 2D 速 図6
ダ ンパ の 直 線 性 0,
4 0.
6 度 (m /s) (位 置 8) 以 上の 測 定 を 行 なっ た 後 に, 丸 軸 と 非 対 称 度P =
0 ,
1023
の偏 平 軸の2
本につ い て,
支持 部 剛性を2
種類 変 化さ せ, そ れ ぞ れに つ い て支 持 部に ダン パ を入 れ ない 場 合と挿 入し た場 合につ い て実験を行な っ た。4
.
実 験 結 果と そ の考 察 図 7 は,
β=0
° 支 持 部剛 性K1
=1
.
465
×103
kN
!m,
K ,=
O・
1619×103kN !皿 で 支 持 し た偏 平軸に付加支 持外 部 減衰を 加 え ない状 態で得 た 振 幅曲線である。水 平 方 向 730rpm
,
垂直方向 1000 rpm 近 傍 に 出現 する振 幅 増 大は,
そ れ ぞ れ 水 平 1450rpm , 垂 直 1003〜2045rpm
近傍に 出現 する1
次 (9
,),2
次 (91
、)の主 共振の約 半 分の 回転 数と なっ て お り,
これ らはそ れぞれ の主共 振の2
次高調 波共振 (9
,!2,
9
,、f2
)で あるとい え る。 これら は一
般に2
次 的危険速度とい われ るもので あ り,
こ の近傍の振れ 回 り状態は,
軸 1回転 当り2回の 振 れ 回りを呈 する。 このこ とは,
図8
の (1),
(2
)の振動 状 態か ら明らかで ある。 更に回転を 上 げると 水 平 方 向に 1 次 共振,
続い て垂 直 方向に 2次 共 振が現ら われる。 こ れら の ように,
そ れ ぞ れの共振 点が分 離 する の は,
支 持 ばねの剛 性が非 対 称で ある為に生ずる こ とは 明 らか であ る。1
次 共 振 点で は,
与え ら れた条 件下で 不安定領 域は 存 在しないが,
2 次 共 振 点 近 傍に お い ては出 現 する。 こ の 不安 定 領 域 中は 測 定 不 能であるため, ガー
ドに 当る直 前で一
度回転を落し,
加 速度を付けて通 過後,
再 度回転 を下げて測 定 し て ある。 これ らの近傍で の振 動状 態は図8
の (3
),
(4) であ り,
軸の 回転 振 動数 と応答振動数は 1:1 の 関係 に ある。 水 平方向 2500rpm 付近に 出現 す る共 振は,3
次 の 主 共 振 (9111
>の2
次 高 調 波 共 振 (9
,、T!2
)である。 これは, 図 8 の (5)で 明 らかなよ う 2ω の 振 動数を 持つ 振動となっ て い る。 また,
支 持 部の 振 幅が 円板 部 振 幅よ りも大と なっ てい る こ と も 特 徴であ る。 水 平 方 向3030rpm
近 辺で の共振は,1f2
次分 数 調 波共振 (29i)である よ うに一
見 思えるが,
図8
の (6) の振 動波 形を見る と,
回転 振 動 数 と 応 答 振 動 数 は1
:1 の 関 係に あ り,一
概 に 分 数 調 波 共 振である と はい え な い 。9111
!2
の振 動が影響して い るの か,
今後の研 究 課題 とし た い。 3500rpm 近 傍 での 共 振は 明ら かに分 数 調 波 共 振 (29ir
)である と言え る。 図8
の 〔7) よ り垂直方 向円板 部の 振動数は (1/2)ω で あり,
軸 2 回転当 り1
回 の振れ 回 りを呈する。 こ の近 傍では,
前 報で報 告 した結 2.
OEl.
09 渚 冨0.
5 00 0 @ ユ (日
E
>。
旨
. <TAB><TAB>r
向<TAB> <TAB><TAB><TAB>訊 1<TAB><TAB>O 円 板 部 ●攴持部 @ 島 , <TAB>oo o<TAB>@
o ●<TAB>.−8<TAB><TAB>●●・<TAB><TAB>o
@
500
<TAB><TAB><TAB><TAB>
<TAB><TAB>
<TAB>
@
一一.水
平 @ 音 島<TAB>9<TAB><TAB><TAB><TAB>壱 1<TAB><TAB><TAB>, <TAB> ● 0 @ 9<TAB>OOOooeo<TAB>
♂gooO
OO<TAB>2
島ooOOO<TAB><TAB>
゜981000
1500 20
2500
300軸
速
度( rpm ) 図7支 持部性比K21 ,=O.
0
による
非対 称 弾 性 支 持した非対 称 回 転軸の 振動に 関 す る研究 (近 藤泰 郎
・
木 村広幸 ) 果 と 同 様に , 不 安 定 領 域が存 在 す る如 く非 常に激 しい 振 幅 増 大が観 測された。以上の結 果 と図
2
の理論値 と を 比較す る と, 定 性 的に 円板部 垂 直 方 向 円板部 水 平 方 向 支 持 部 垂 直 方 向 支 持 部 水馳
F
方 向 パ ル ス 2.
0 1.
5 信5
霤 1.
0 碕 暮 0.
5 0 1.
0 君s
胄 メ 0・
5 峯0 (1)725 は 良 く合 致 して い ること が 言え るが
,
総じ て各共振 点は 理論値よ り も高く なっ てい る。 これ は,
支 持 部の水 平,
垂直方向のば ね が振 動した状 態で相互に影響し合い , 互 (2) 1011 (3〕 1451 (4) 1992 (5) 2500 軸 速 度 (rpm ) 図 8 振動波 形 の 解 析 (鷆 !κ、=O .
110,
δ。=0
) (6> 3032 (7) 3533 垂 直 方 向.
52rI o 円 板 部 ● 支 持 部一
一
’
i
一
一
[
一
.
.
一
一
.
1.
1去
鴟1 o o oo ● ●.
一.
o ● ● ● .一
.
水 平 方 向1
壱
島 oo ● o● 52【
● ● o ■I o o o 6 6 o o■ 500 1000 1500 2000 250D 3000 牽由 速 度 (r 【)m ) 図
9
支 持 部 剛性 比 鳧 μ(、=O .
110
に よ る振 幅 曲 線 (δs=6 .
6
) 3500 3700NII-Electronic Library Service 相 模工 業大学紀要 第
20
巻 第1
号 い の 剛性を高め てい る為で あると考 え ら れ る。 図9
は,
図7
と同 条 件 で 付 加 支 持部 外部 減衰 δ,
= 6.
6(11s) を取 り付けた場合の 応 答 振 幅曲線で ある。支持 部 外 部 減 衰の 増 加に よっ て
,
全体に亘 っ て振 幅が かな り減 少して い る。 特に 水 平 方 向の主共 振 ρ1 は,
ほ とんど問 題に な ら ない く らい に減 少 し てい る。 こ の こ と は理論 計 算 結果か ら も 予 測 出 来 た こ とであ る。911
に関 し ては, 支 持 部外 部 減 衰の増加に よっ て,
不安 定 領 域の 幅は狭 くな るが, 不 安 定領域その もの は存在 する。 この こ と も 理 論 計 算 結 果 と良 く合っ てい るD20 、,
2911 等 は, 支 持 部 外部 減 衰の増 加に伴っ て全て完全 に 消滅し た。
各 共振 点共, 支 持 部に ダン パ を挿入 する ことに よっ て,
多少発 生 回 転数が 上昇し てい る。 これはダン パ が ば ね と して 作用 して い る ため で ある と考 え られるが,
単 純 なオ イル ダン パ を使用し てい る た め に避 ける ことは困難 で あっ た。 図 10 は,
水平 方 向 支 持 部剛 性 をK
,=0 .
5368
×103
kN
/m に 増加 させ,
他は 図7
と同 条 件で 得た 結 果 で あ る。 水平方向支 持部 剛 性の増 加に よ り,
各共 振 点は接近 する。 特に ρK,
9
、、は両振 幅 増 大が重な り広い 不安 定 領 域を形 成して い る。K
, の 値か らの理論 計 算に よ る と,
こ の条 件で は水平方向に は 不安 定領 域 はな く,
約 1700 rpm 近 辺 が 共 振 点 と なる が,
前 述 の 両 方向の ばね の相 互 の影響に よっ て1900rpm
近辺に共 振 点が移 っ てい る と考え る。 こ の 振 幅 増 大 と9
、 、近 傍の 不 安 定 領 域 が重な り, 広い領域に亘 り不安 定領 域の よ う な現 象 が 出 現して い るもの と 考 え られ る。29i
,29u
に 関し て も, 両 共振 点が 重な り4060rpm 近辺 に現ら われてい る。 理 論 計 算 値 と比較し て共振点は, か な り近い 値と なっ て い る。 図7
と比較し て,9
,!2,9
,1/2
の 振 幅は増加 し,9
,,,!2 の 振 幅は減 少 し てい る。 こ の こ と は, 前報 5)の 支 持 部剛 性 比の 変 化に よる9
,〜9iV
の 振 幅 関 係の結果か ら予 測 出 来るこ とで ある。 図 11 の (1)〜
(6)は, 図10
の 各 共 振 点近 辺にお け る振 動 状 態を 示 し た もの である。 各 点とも,
そ の特 徴を 良く表わ して い る。 図12
は,
図10
と 同 条 件で付加支 持 部 外 部減 衰 δ、=
6・
6(1/s) を取り付けた場 合の応答振 幅曲線で ある。 支 持 部 外 部 減 衰の増 加に伴っ て, 各 共振点振 幅は押 え ら れ る。 91,
9n 近 傍で は,
不安定 領 域 が 狭め られて い る。 水 平方向1900rpm
で不自然な振 幅上昇があるが, これ は 水平 方 向 共 振 点が この近 辺 に あ り,
こ の 点をピー
ク とし て振 幅が減 少 すぺ き所 を, 垂 直方向 不 安 定領 域へ の 振 幅 増 大 に よ り引 き上 げられてい る と考 え られ る。2
ρ【,
2011 で は 付 加 支持 部外 部 減衰を与 えない 条 件で は , 非 常に大 き な 振 幅増加があっ たが, 付 加 支 持 部 外 部 減衰に よっ て押え ら れ,
振 幅は急 激に減 少して い る。
付 00 5 00 ユ む ヨ(
日 日)
岬 爵 理 纂 1.
5Rs 爵“
1.
ON 0.
5 o・
500 垂直方 向壱
島 ρ踵
ρ匚 。円板 部2ρ , .支 持部 2ρ1, ● ● ● ・ 98 ・ ● ・ ● ● ●● o o ● ● ● ● ●● o 水 平 方 向 』2lJ2 ■【 22 匸 221肛
靜
1
●83
. . .’
壱
島・
、
o o oo8
e8
● 9 9888
og o8
1000 1500 2000 2500 3000 孛由 速 度 (rpm ) 図10
支持部剛 性 比K2
/K
、 ・=O.
366 によ る振幅曲 線 (δs・
=
O) 4000 4200一
8
一
N工 工一
Eleotronio Library非 対 称 弾 性 支 持 し た非 対 称回転 軸の 振 動に 関す る研 究 (近 藤泰郎
・
木 村 広 幸〉 2.
0 1.
5R5 碍1・
0 >イ 峯0.
5 03 22.
0 5 @0@ 5 @宅
ε . ‘ 、 理犖500
板 部 垂 直 方 向~
板 部 水 平 方 向 支 痔 部 垂 直 方向 支 持 部 水平方向 パ 丿 レ ス 〔1
)936 <2
>1028
(.3) 1870 (4
)2094
[5
)3025
軸 速度 〔rpm
) 図11
振動
波形
の解析(K2!
K,0
.366 ,δ =0) (6〕
直方垂
向 <TAB><TAB><TAB>ご
21
」11<TAB>
<TAB>
ト
ー
.
一
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一一
.
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黶D一 . 一 . @D
.一.
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円
板
部● 芝
卩 <TAB>吉<TAB><TAB>・’
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● 怐怐
@o<TAB>o
− ● ● ● <TAB> 」211<TAB><TAB><TAB><TAB><TAB>
<TAB><TAB><TAB>
向
水 平方<TAB><TAB>
<TAB><TAB>1
<TAB><TAB><TAB><TAB> <TAB><TAB><TAB><TAB>
ρ【2H
一<TAB>
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1
黶@
。.
.
1
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− 一
D
@ 1
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.
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一
.
一
一
D<TAB>
D
一
一. 一..
一
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1
ooo ● ●●<TAB> o .。。°。°°9
・...<TAB><TAB><TAB>
@ o●<TAB> 一 一 〇 〇 〇 ● ● o81DOO
図12
1500
2000
2500
30
NII-Electronic Library Service 相 模工 業大学 紀要 第
20
巻 第1
号 000 00 @00
0
0
ユ
(
E
目)
碍 、 裡 理緊
(E5
。
臥 、 臥 舉 垂 <TAB><TAB> 1 [<TAB><TAB>
<TAB>
“円
板部 一 <TAB><TAB><TAB> <TAB><TAB> <TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB>1500 @ 2000 250000
3500
軸速 度 (rpm ) 図13丸
軸におけ
る振幅 曲線 κ2!κ、 =O.3 , δo
;0
) 40004200
加 支 持部 外 減衰
の不 安定領域
を狭める 作用 に比較し て, 特に291
29
、1
等の 分 数調 波共 振 に対する効
果は 非常 に大 いと 言え る。 の結 果は ,理 論的予 測 よ りも 大 で あ った 。 図 は, 分 数調波 共 振が軸 の 非対 称性 によ
っ て出 現 す る とを実験的に確認 す るために ,図10
の 支持 件 で丸軸を試 験軸
として行
なった結 果 で ある。 丸 軸 あ るために, 2ρ1
,2Mil
は出現し ていない。ま た0
I2
,9uf2
も 出て いな い が, これは支持条件 を変 え る と,偏 平軸の場 合 より かなり振 幅 は小 さ いが,現
わ れ てくる
場合が多いことは
良く
知られ た こ と であり
, たと えば ,K
IKi
=0
.110
の 件で は,実 験 的 に も認 め ら れ て いる。5
. ま め 非対称 弾性 支持 した
非 対 称回 転軸 系 に 対 す る 持 部外 部減 衰の効 果 を検 討 し た 結果 ,定 性的 に は理 的予測と 良く合 致し た 。即ち, 付 加支 持部外部減
衰 不 安 定 領域 を消し去る に は あ まり 効果的 で あ ると は えな い が, 不 安 定領域 がな い場合の 共振振 幅減少 特に 数 波 振 を 去 す る た に は 非 常 有 効 あ る と 確 でき ス。j
1
)2 )
)》)
3456 )) 78 ) 910 )11
)献
Taylor
, H. D. :J. App1 . Mech ., 7 −6(1940 ) , A−1
.Tendl
, A .: Some Pblerns
of
Rotor
Dynamics
,i1965
),Chapman
&Hall
.
山本
。安田:機
,