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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

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(1)

  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

振 動

研 究

支 持 部

外 部減 衰

影 響

に つ い て

近 藤 泰 郎

* ・

木 村 広 幸

* *

Study

 on  

the

 

Vibrations

 

of

 an  

Asymmetric

 

Rotating

 

Shaft

    

Supported

 

by

 

Asymmetrically

 

Elastic

 

Pedesta

s

nthe  

Effects

 of 

External

 

Damping

 

Mounted

 at

        the

 

SupPorting

 

Parts

Yasuo

 

KoNDo

 and  

Hiroyuki

 

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  idealized

model

 

in

 which  a 

d

玉sk 

is

 mounted  at the center  of a 日at shaft  with  different bending  rigidities  

in

 two

mutually  vertical  

directions

 corresponding  to the principal axes  of 

inertia

 of the section

 

Each

 of the

supporting  parts of both ends  is supported  by springs  in both directions vertical  and  horizontal

  Masses

are  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 the

free

 vibrations  and   forced vibrations  of  the system   and   still more  pointed out the existence  of the

subharmonic  「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  that 

giving

 the external

damping

 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

つ で あ る。 著 者 等 は

弾 性 回 転 軸 系 に

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

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 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 の安 定性に 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) 著 者 等

振 動 似 的解法で ある漸 近法tD を用い て

こ 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

(2)

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 。 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.

2.

L       

0 一

ξηS:転 座 標 系 板 部  

0 一

ξo ηoS。:回転座 標系 (支持 部)     O

xyz : 固 定 座 標 系 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

断 面積         C: 板 部 外 部 粘 性減 衰 係 数        C。: 支 持 部 外 部 粘 性 減 衰 係数         C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         β:不 釣 合 角 度        

C

:軸 静撓み         δ:

C/M 板 部外 部 減         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 :

K2 !M 洗 3。 」 η  9z

 

2 2 些 K2

C η 隅

2 CD

2 CO M

o

ξ。 π Co κ

CO 2  ηb 丶 丶 _

 

一 一

  κ

c   η

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

ω 、2y (ω22 +ω 、2), 軸 非 対称度          

x

: x 方 向 振 幅       y :y 方振 幅        

Xo

:Xe 方 向 振 幅

     

y』:

y

         

Oi

:固 有 振 動 数 (

1

1,

 

II,

 

III,

 

IV

         ω : 軸転角 速 度

 

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 でにべ た

こ の 理論 解 析の 結 果 を 用い て

特に持 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

持 部質量 m = 1

432 

kg ,

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 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

 2 

N工 工

Eleotronio  Library  

(3)

非 対 称弾 性 支 持 した非 対称 回 転軸の に 関 する研 究 (近 藤泰郎 ・村 広 幸 ) 2832   24

2。 げ16 )   12   8   4         go κノκ,

0

110 δ

δ』

6(1〆S) β

45G

円板支 持 部部 《

0 傷

6 魂

12

  

 

 、

δ』

18 δ

24

 

  

 

「1 曹

   

π

叮           」

… 

≡≡

160140   120

100 ミ 80 岡 60    40    20 り \

吋 ト

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

一…一

ω

ほ/s)

… 曹

弓F−一

1−1

1「

雫甲

9一

「一

1−,

r一冒

F■

_

_

r−一

             1

1

 1、

 

 、

 

 

 、

 

 

 

 

 

 

 

 、ヤ

 

 置

 

 

 

 

 

F−F

 

 

r「

F

 20  10    0

10

20  30

40  

50  20  10

1マ

 1

 

 

 

 、「

1

 

 

   

−一

 

 

 

 

 

 r

−r

 ’

 F

r

60 (c)島。近 傍   ω

广

1s 800   810     820     830     840     850   860

10

1曽

,1−一

一,

一一

20

 

 

 

 一

凾一

π,

π

 

 

 一

一.

 「

1

 

 「

 

 

 

 

_

 、

 

 

 

 

 

 

 

 、

_

r一

 

 

 

 

 

 

 ’

 

 

 

 ’

 

 

 

 ’

 F

30

40

50

60

 

 

 

 ’

 

 ’

 

 ’

 、

 

 、

 

 

 、

       

 

 

 ’

〔d)露v近傍 000 876w50

 40t { >S321 0    

 

000o

 ’

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 一

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 、

 

 

 

 

 、

 、

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 一

…≡::=:二:

−−■

_

こ:

−r

… こ:ミ

_

    

: 雌 三≡ :

≡ o

鞫眉

0

閥冨

詬三

5鞴靈i薹 220  160  140  120 毟100tc  80 硬 網  60   40   20 230240      250     260      ω 1/s)     (e)2n,近 傍 270280 390 40200 り 

20 ≧ げ

40 ☆

60  

80

10 

12e20 400    410    420     430        ω (1/s)          lf}29

近傍 440450 890   900     910     92D     930    940   95       ト

_一

_ 一

_一

_ .

ω

〔1/s)

_一.

_.

…・

…一

T 

 

 一

_

i

丶丶一

 

 

 曜

 ’

 

 

 r

 

 

 尸

P

−一

1■一

_

   

F

20 り 

40 、  

60 げ 論

_

so  

100  

ユ20  

140 (9) 2畠【■i丘傍 00  工640 1    ω 1650    1660    1670     1680     1690  170〔騨       1/s } 0    

 

011

 

−11

−11  一

_

1r1

r■

_

 

1

−−曹

−−一

1r一「

 

一一

1−一

_

0

 、

 

 

 噛

 

 

 

 

 1

一一

層,

9胃

一層

ρ

 

 

 

 

 

 

1「■

1_

0     0     0     0

 

 冒

−1一一

r 

 

  

(卜)2 近 傍 図

2

支 持 部 外 部 減衰 の変 化に よ る振 幅 曲 線

(4)

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 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 部外部減衰の加 につ れて

その 域 は縮 小する。 (c)

d

)は

,9m ,9

[v に 対 す る ものであ り, モ

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

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

を 円 板の片 側に設置する。 付   円 板部ピ ッ ク ア ッ プ   軸 受 ケ

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

と支 持 台 間に ダン パ 挿 入 す 。  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

ス の 垂 直

水 平 方 向に取 り付け

その 出 力をチ

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 スデ ジタ ル タ コ メ

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 ク に乗せ

中 央に ダ イ ヤル ゲ

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 

N工 工

Eleotronio  Library  

(5)

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

の組 合 せ

E

,〜

H1

支 持 横剛

が弱 い条件

E2

〜H2 支 部 横 剛 性 が 強 い 条 件 12345 890123456            

 

 1111188291D1040

7528

8299

9479

6149

3599

5948 .

868

270

3010

0659

5759

614

9

5169

810

も 除 去し

ない曲りを も て 偏心量 とし , そ の方向 を 不 釣

角 度 (非対称 軸の

)とし たこ の偏心 は

10

〜 μ 程度 で ある。   

部 減 衰  外 部 減

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

るこ とによ り決定し た 。その 実験

は , =δ

D

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

測定 方 法は,引張 試 験

に よ っ て ,ば ね

0

m

以上 ま で引張 り,荷

と伸 び を

X

− Y レ コ ー ダに 録す る。こ れ は ,特ねの 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

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

本 実 験 にお いて は, 高回 転 数 が 約4000rpm

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   ・騒

3 唄 旺

mO

3

     0

5

        0 .

7

     変   位

1

m

0

9

   

1

O

> 10   :

x

ばね の直 線 性 (位 置

E2

Q

測 定 方 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

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

, 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

(6)

NII-Electronic Library Service 6

O

24

O

麌 2

0 0 相 模工 業 大 学 紀 要   第

20

巻   第

1

号   o

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

偏 平 軸

2

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 入 れ な 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 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

2

次 的い わ

こ の近傍のれ 回 り状態は

軸 1回転 当り2回の れ 回りを呈 する。 このこ とは

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

ドに 当る直 前で

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 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

見 思えるが

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           (

E

. <TAB><TAB>

向<TAB> <TAB><TAB><TAB> 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.

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ooO    

OO<TAB><TAB>

981000

        1500         2

0

     

2500

         300

 

        軸   

 度( rpm )    図7支 持

性比K21 ,=O.

0

によ

(7)

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

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

i

    一

         1

     .

1

鴟1 o o   oo        ● ●

  .

一.

o ● ● ● .

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  3700

(8)

NII-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

7

と同 条 件 で 付 加 支 持部 外部 減衰 δ

= 6

611s) を 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 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 使し 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 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) 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

10

と 同 条 件で付加支 持 部 外 部減 衰 δ

6

61s) をた場 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 をピ

ク とし て振 幅が減 少 すぺ き所 を 垂 直向 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

ρ

ρ匚 。円板 部

 

2ρ , .支 持部 2ρ1, ● ● ● ・ 98   ・ ● ・ ● ● ●●  o o ● ● ● ● ● o 水 平 方 向 』2lJ2 ■【 22 221

1

        ●

83

. . .

   

  o   o   oo

8

 

e8

● 9 9 

888

og  o

8

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

 

8

 

N工 工

Eleotronio  Library  

(9)

非 対 称 弾 性 支 持 し た非 対 称回転 軸の 振 動す る研 究 (近 藤泰郎

木 村 広 幸〉 2

0   1

5R5 碍1

0 > 峯0

5 03   22

0 5   @0@ 5     @    

 

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

の解析

(K2!

K,

0

.366 ,δ =0) (

6〕

直方

向  <TAB><TAB><TAB>

21

11<TAB>

<TAB>

 

.!<TAB>

一一

<TAB><TAB>

<TAB><TAB>

黶D一 . 一 .    @

D

.一

<TAB>o

部● 芝

卩 <TAB>吉  

<TAB><TAB>・’

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.一. . @ 一

<TAB><TAB><TAB>oooo

● 怐

@     

o<TAB>o

         − ● ● ● <TAB> 」211<TAB>

<TAB><TAB><TAB><TAB>

<TAB><TAB><TAB>

水 平方

<TAB><TAB>

<TAB><TAB>1

<TAB><TAB><TAB><TAB> <TAB>

<TAB><TAB><TAB>

ρ

【2H

<TAB>

<TAB>

一..一一

<TAB>

@ 

 

  

1

黶@  

。.

. 

    

 

 

1

@ 

 

− 一

D

@       1

<TAB>

D  

<TAB>

D

一.  一..

<TAB><TAB>. 一一<TAB><TAB><TAB> 静 <TAB>  @         1 … . 牛          十 <TAB><TAB> ●●<TAB><TAB>一<TAB>一        

@1<TAB><TAB>

1

ooo         ●  ●●<TAB>       o .。。°。°°

9

・...

<TAB><TAB><TAB>

@   o●<TAB>      一 一               〇     〇     〇           ●     ●  o

81DOO

12

  

1500

          

2000

 

 

 

 

      2500       

 

   

 

30

         

(10)

NII-Electronic Library Service 相 模工 業大学 紀要 第

20

巻 第

1

号 000 0      

 

0       @00    

 

  0    

 

  0        

 

  ユ                    

 

  (

E

碍 、 裡 理

  (

E5

臥 、 臥 舉 垂   <TAB><TAB> 1 [

<TAB><TAB>

<TAB>

板部 一 <TAB><TAB><TAB> <TAB><TAB> <TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB><TAB>1500     @   2000          2500           

00

     

3500

                  軸速 度 (rpm )     図13

軸にお

る振幅 曲線 κ2!κ、 =O.3 , δ

o

0

) 4000  

4200

加 支 持部 外 減

不 安定領

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

果は 非常 に大 いと 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

っ て出 現 す る と験的に確認 す るために ,図

10

の 支 件 で丸軸を試 験

として

なった結 果 で ある。   丸 軸 あ る 2ρ

1

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,

わ れ てく

場合が多いこと

知られ た こ と であ

, 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

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 良合 致し た 。即ち, 付 加支 持部外部

衰 不 安 定 領域 消し去る に は あ ま 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

Taylor

, H. D. :J. App1 .  Mech ., 7 −6(1940 ) ,  A−

1

Tendl

, A . Some  P

blerns

 

of

 

Rotor

 

Dynamics

i1965

),

Chapman

Hall

。安田:

38

305

(昭

47−1

),

83

. 沖島・

藤:機論

−338 (昭4910

2832. 沖 島。

論,40 − 338 (昭

49

−10)

43.

watsubo

 

T., 

et

 

at

:Inge

Archiv

42

1973 >, 416

小寺:

論,45 −

395

(昭

54

7

7

Black

 

H

 

D

, et

 

al

  J

 

Mech .

 

Engng

 

Sci .

10

3

 (1968 , 2 .

Black

 H

 

E

: J.

 

Mech

 

gng. 

Sci

.,11 ・1(1969 ) ,57 . 近藤

相工

紀要 ,

14

i

55

3

) ,

31

Bogol

bov

N.  

and

 Mitropolsky ,  J益子 訳 ):

参照

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