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CH231310A - Method for limiting resonance vibrations, in particular for crankshafts of internal combustion engines, and device for carrying out the method. - Google Patents

Method for limiting resonance vibrations, in particular for crankshafts of internal combustion engines, and device for carrying out the method.

Info

Publication number
CH231310A
CH231310A CH231310DA CH231310A CH 231310 A CH231310 A CH 231310A CH 231310D A CH231310D A CH 231310DA CH 231310 A CH231310 A CH 231310A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
spring
blocks
mass
dependent
oscillating mass
Prior art date
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Aktiengesellschaf Daimler-Benz
Original Assignee
Daimler Benz Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Benz Ag filed Critical Daimler Benz Ag
Publication of CH231310A publication Critical patent/CH231310A/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22Compensation of inertia forces
    • F16F15/26Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F16F15/264Rotating balancer shafts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

  

      Verfahren    zum Begrenzen von Resonanzschwingungen, insbesondere für Kurbelwellen  von Brennkraftmaschinen, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.    Bei Brennkraftmaschinen können bekannt  lich in der Resonanz und auch noch in der  Nähe der Resonanz zwischen der Dreh  Eigenfrequenz und der Frequenz der erre  genden     Drehkräfte    so starke Drehschwingun  gen der Wellen auftreten, dass die zusätz  lichen ' Beanspruchungen     .die    Drehwechsel  festigkeit des Werkstoffes überschreiten.

    Für die Beseitigung dieser gefährlichen  Schwingungen stehen verschiedene     Mittel    zur       Verfügung.    Schon beim Entwurf einer An  lage ist man     bestrebt,    diese so auszuführen,  dass der ganze Betriebsdrehzahlbereich frei  von Resonanzen ist. Dies lässt .sich in gewis  sen Grenzen durch geeignete Bemessung der  Triebwerksteile des Motors und durch die  gegenseitige     Abstimmung    sämtlicher Dreh  massen und der sie verbindenden     Wellenteile     zum Beispiel unter     Verwendung    elastischer  Kupplungen erzielen.

   Mit der Zündfolge der  einzelnen Zylinder, die beim     Zweitaktmotor       durch die Kurbelversetzung gegeben ist, beim  Viertaktmotor aber auch für eine bestimmte  Kurbelversetzung noch veränderlich ist, kön  nen mit Ausnahme der     sogenannten    Haupt  kritischen einzelne Oberschwingungen in  ihrer Stärke beeinflusst werden.

   Bei Motoren  mit Fremdzündung ist es ausserdem noch  möglich, die Stärke einer Drehschwingung  durch Verlegen in ein Gebiet geringerer Be  lastung zu     mildern,        @da    bekanntlich - im  Gegensatz zu Dieselmotoren - die Grösse  der     Schwingungserregenden    der Grösse des       mittleren    Kolbendruckes annähernd     verhäl-          tig    ist.  



  Wird jedoch von einem     Motor    verlangt,  dass er über einen grossen Drehzahlbereich  auch im Dauerbetrieb gefahren werden kann,  oder ist es nicht möglich - z. B. aus Rück  licht auf Gewichtsersparnis bei Flugmotoren  und dergleichen, - die Triebwerks und Wel  lenabmessungen entsprechend zu wählen, so      kommt man ohne besondere     Vorrichtungen     zur Beseitigung gefährlicher Schwingungen  nicht mehr aus. Durch den Einbau von Fe  der- und Rutschkupplungen, von hydrau  lischen Kupplungen oder von     Kupplungen     mit einer zusätzlichen Dämpfung lässt sich  die Grundschwingung     weiter    beeinflussen.

    Diese Kupplungen haben jedoch den Nach  teil, dass sie aus räumlichen Gründen oder  wegen ihres grossen Gewichtes oft     nicht    ver  wendet werden können oder dass sie durch  Erniedrigen der Oberschwingungen     weitere     Resonanzmöglichkeiten mit starken Erreger  kräften zur Folge haben. In diesem Falle  ordnet man besondere     Schwingungsdämpfer     an.  



  Der Aufbau solcher     Schwingungsdämpfer     beruht auf der     Überlegung,    dass ein     aufs        n,     Massen     bestehendes        Schwingungssystem    n-1  Eigenschwingungszahlen hat. Durch jede  weitere elastisch angefügte Masse entsteht  eine neue Eigenschwingungszahl, .die über  der bisher höchsten liegt, während alle be  reits vorhandenen     Eigenschwingungen    in  ihrer Frequenz erniedrigt werden.

   Die Lage  der neuen Eigenfrequenz und die Verschie  bung der übrigen sind von der Grösse dieser  zusätzlichen Masse, von der Steifigkeit ihrer  Verbindung mit den gegebenen     Massen    und  von ihrer Lage zu diesen abhängig,     wobei     der Einfluss zum Beispiel an der Stelle des  grössten Schwingungsausschlages am gröss  ten ist.  



  Auf dieser     bekannten    Eigenschaft eines  Mehrmassensystems bauen sich verschiedene  Vorrichtungen auf, die eine Beseitigung oder  Verminderung von Drehschwingungen durch  Veränderung der     Eigenschwingungszahlen          -.    teils ohne und teils mit zusätzlicher Dämp  fung     -erreichen.    Es wird zum Beispiel bei  den Drehzahlen, bei denen stärkere     Dreh-          schwinbg-ungen    auftreten würden, durch eine  willkürlich oder durch eine Steuerung selbst  tätig ausrückbare Kupplung eine zusätzliche  Masse an- bezw. abgekuppelt, so dass die  kritischen Drehzahlgebiete gleichsam     um-          gangen    werden können.

   Der gleiche Erfolg  wird erzielt, wenn die Drehelastizität der    Verbindung zwischen den gegebenen Massen    und der Zusatzmasse - nicht wie im vor  hergehenden Fall zwischen o und o sondern  in endlichen Grenzen - geändert; werden  kann. Auch durch eine periodische Verände  rung der Elastizität oder der Masse selbst  kann ein Aufschaukeln verhindert werden.  



  Auf     Grund    von Versuchen und Erfahrun  gen war man schliesslich zu der Ansicht ge  kommen, dass nicht mir die innere Reibung  der Vorrichtung, sondern auch die gekrümmte  Federkennlinie für die Schwingungsbegren  zung von Bedeutung sein muss.  



       Unter    diese     Vorrichtungen    ist     auch.    ein  aus einer Hülsenfederkupplung mit     Schwung-          masse    bestellender Dämpfer zu rechnen, des  sen Wirkung der gekrümmten Federkenn  linie und dem grossen Dämpfungsvermögen  der Hülsenfedern zugeschrieben wird.  



  Im Gegensatz hierzu geht die Erfindung  von der Erkenntnis     aus,    dass bei einem     Mehr-          niassensystein        besondere    Vorkehren zur       Dämpfung    überhaupt nicht erforderlich sind  und dass     nach-        Überschreiten    eines     bestimmten          Schwingungsausschlages    - das heisst also  bei Ausschlägen bis in den gekrümmten Teil  der Federkennlinie - die gekrümmte Feder  kennlinie in     Verbindung    mit den ohne beson  dere Vorkehren vorhandenen dämpfenden  Einflüssen schon ausreicht,

   um die Resonanz  zu stören und eine Begrenzung der Resonanz  schwingungen herbeizuführen.  



  Die     Erfindung    betrifft daher ein Ver  fahren zum Begrenzen voll Resonanzschwin  gungen, insbesondere für Kurbelwellen voll  Brennkraftmaschinen, und besteht darin, dass  man einzelne Schwingmassen elastisch. nicht  linear     miteinander    koppelt,

   um die bei be  stimmten     Erregerfrequenzen    auftretenden  Resonanzen mit den Eigenfrequenzen durch  den     Einfluss        wachsender        Schwingungsaus-          sehläge    der elastisch nicht linear miteinander  gekoppelten     Schwingmassen    in     Verbindung     mit den     ohne    besondere Vorkehren vorhan  denen dämpfenden     Einflüssen    zu stören.  



  Mull kann zu dieseln Zweck bei einem  melirg-liedrigen Masserisvstc in die einzelner.  Massen     (z.    B.     Creengewichte    von     Kurbel-          j=         wellen oder dergleichen)     elastisch.    miteinan  der koppeln. Oder man kann eine Vorrich  tung mit einer Schwingmasse und einer diese  abstützenden Feder mit gekrümmter Kenn  linie anordnen, um durch die wachsenden  Schwingungsausschläge dieser Masse eine  Verstimmung der Resonanz hervorzurufen,  bevor die Resonanzschwingungen das zu  lässige Mass überschritten     haben.     



  Für die Vorrichtung ist jede Feder mit  nicht linearer Kennlinie - z. B. auch eine  solche aus Gummi oder einem ähnlich sich  verhaltenden Stoff, auch von Gasen - mög  lich, das heisst man ist     in    der Wahl der Fe  der nicht mehr an     bestimmte    Ausführungs  arten,     gebunden,    sondern kann sich in weitest  gehendem Masse den     Ein-    und Anbaumöglich  keiten in jedem Einzelfall anpassen.

   Weitere  Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass       durch    die Unabhängigkeit von einer zusätz  lichen Dämpfung keine Energie     vernichtet     wird und dass keine Überwachung nötig ist,  da keine einer Abnutzung unterworfenen,  einer Zerstörung durch Überanspruchung  oder einem Versagen durch Ausfall einer Zu  satzeinrichtung wie zum Beispiel Schmierung  oder durch Undichtwerden hydraulischer  Einrichtungen ausgesetzten Bauteile verwen  det werden müssen.  



  Auf der Zeichnung ist .der Erfindungs  gegenstand in mehreren- Ausführungsbeispie  len dargestellt. Es zeigen:  Fig. 1 eine an der Kurbelwelle einer  Brennkraftmaschine befestigte Vorrichtung  im Schnitt nach der Linie I-I von Fig. 2,  Fig. 2 die Vorrichtung im Schnitt nach  der Linie II-II von Fig. 1,  Fig. 3 einen Schnitt durch die Vorrich  tung nach der Linie III-III von Fig. 2,  Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel  der Vorrichtung im Schnitt nach der Linie  IV-IV von Fig. 5,  Fig. 5 die gleiche Vorrichtung im Schnitt  nach der Linie V-V von Fig. 4,  Fig. 6 die Kennlinie einer Schwingfeder  und  Fig. 7 die erzwungenen Ausschläge einer  einfachen Vorrichtung.    Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1  bis 3 ist an die Kurbelwelle 1 einer Brenn  kraftmaschine ein Träger 2 für zwei als Fe  derböcke wirkende Blöcke 3 angeflanscht.

    Die einander     zugekehrten        Seiten    der Blöcke 3  sind schwachballig geformt und tragen auf  der innern Seite je eine Federspange 4, deren  Enden zu beiden Seiten über die Blöcke 3       hinausragen.    Die     gekrümmten    Flächen der  Blöcke dienen für die     Federspangen    4 als  Abwälzflächen und zur Begrenzung der Fe  derbeanspruchung.  



  Um. die oben     geschilderte    Anordnung ist  konzentrisch eine ringförmige Schwingmasse  angeordnet. Diese besteht zum Beispiel aus  zwei im Abstand voneinander angeordneten  Ringscheiben 5 und auswechselbaren Ge  wichten 6. Ausserdem sind zwischen den bei  den     .Ringscheiben    5 auf Nadeln 7 gelagerte  Rollen 8, 8a und 9, 9a angeordnet, gegen die  sich die Federspangen 4 unter Spannung an  legen; das heisst es wird die ganze Schwing  masse über die Rollen 8, 8a und 9, 9a von  den Federspangen 4 in der Umlaufrichtung  gegen die Blöcke 3 elastisch abgestützt.  



  Durch mittlere Wälzlager 10 in einem       Mittelsteg    5a der Ringscheiben 5 ist die kon  zentrische Lage der ganzen Schwingmasse  gesichert.  



  Ein ähnliches Ausführungsbeispiel zei  gen die Fig. 4 und 5, wobei gleiche Teile wie  beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3  mit den gleichen Bezugszeichen versehen  sind. Abweichend vom Ausführungsbeispiel  nach Fig. 1 bis 3 sind beim Ausführungsbei  spiel nach Fig. 4 und 5 zwischen den Ring  scheiben 5 an     Stelle    von vier kleineren zwei  grössere, gegebenenfalls     mehrteilige    Aus  tauschgewichte 6a vorgesehen. Die Blöcke 3  dienen in     .diesem    Fall nicht mehr als Feder  böcke, sondern lediglich als     Mitnehmer    für  die Schwingmasse. Dagegen ist zwischen den       Mitnehmerblöcken    3 ein mittlerer Federträ  ger 11 angeordnet, an .dem die Federspangen  4 befestigt sind.

   Dieser ist ebenfalls mög  lichst     "reibungsfrei,    z. B. durch ein Wälz  lager 1? gelagert und besteht entweder aus  einem     Leichtmetall-Hohlkörper    oder ist aus      irgendeinem andern Werkstoff mehr oder  weniger massiv hergestellt und wirkt dann  als Zusatzmasse. Ausserdem stützen sich die  Enden der Federspangen 4 an zusätzlichen  Rollen 14, 14a ab, die an den     Blöcken    3 in  geordnet sind.  



  In beiden Ausführungsbeispielen sind die  Achsen der paarweise angeordneten Rollen  8,     8a    und 9,     9a    und eventuell auch der Rol  len 14, 14a in Schlitzen 1ä geführt und kön  nen daher in verschieden grossen Abständen  voneinander befestigt werden. Durch die Än  derung der Rollenabstände wird die Vorspan  nung der Federspangen 4 beeinflusst.  



  Für die Federspangen 4 sind zweckmässig  reibungsfreie Federblätter etwa mit einer  Kennlinie nach Fig. 6 verwendet. Die Feder  spangen 4 können auch aus mehreren über  einanderliegenden Federblättern zusammen  gesetzt sein.  



  Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist  folgende:  Tritt Resonanz einer bestimmten Erreger  frequenz mit einer Eigenfrequenz des  Systems ein, so werden die Ausschläge grö  sser und damit bei progressiver Federung  die Schwingzeiten kleiner, das heisst mit  wachsendem Ausschlag tritt eine zunehmende  Entfernung von der Resonanzlage ein. Die  Schwingungen werden wieder kleiner und  das Spiel. kann von neuem beginnen. Für eine  erhöhte Erregerfrequenz wiederholt sieh der  Vorgang bei einem grösseren Schwingungs  ausschlag.

   Da aber bei grösseren Schwin  gungsausschlägen die Vorrichtung immer  empfindlicher     wird,    das heisst schon kleine  Veränderungen im Ausschlag eine verhält  nismässig starke Verlagerung seiner     Schwin-          gungszeit    hervorrufen, wird erreicht, dass die  diesem Ausschlag zugeordnete Eigenfrequenz  genügend weit von der     Erregerfrequenz    ab  weicht, um ein Wiederaufschaukeln auszu  schliessen.  



  In diesem Zusammenhang wird auf die  Fig. 7 verwiesen. Dort ist als Abszisse das  Verhältnis von Erregerfrequenz zu Eigen  frequenz der Vorrichtung bei kleinem Aus  schlag und als Ordinate der Schwingungs-    ausschlag aufgetragen. Mit steigender Erre  gerfrequenz nimmt der Schwingungsaus  schlag nach der ausgezogenen Kurve durch  D     ständig    zu, und zwar nähert er sich zuerst  rasch und dann immer langsamer seinem  grössten möglichen Wert. Eine frühere Be  grenzung dieses Ausschlages ist an das Vor  handensein einer Dämpfung     gebunden,    wie  dies durch die strichpunktierte Kurve D-A  angedeutet ist. Im Punkt A angelangt, wird  die Schwingung dann plötzlich kleiner, das  heisst der Ausschlag fällt auf den     Punkt    B.

    Bei fallender Erregerfrequenz verläuft der  Ausschlag nach der untern Kurve B-C und  springt. von C nach D auf die Kurve bei stei  gender     Erregerfrequenz    zurück. Wir haben  also bis zum Frequenzverhältnis bei D einen  stabilen und über diesem Verhältnis gleich  sam einen labilen Schwingungszustand, der  von der Grösse der Dämpfung abhängig ist.

      Auf das Mehrmassensystem eines Motors  übertragen, werden sich auch dort die Eigen  schwingungen nicht über ein gewisses Mass  aufschaukeln, wenn sieh durch eine Vergrö  sserung des Schwingungsausschlages auch die  Eigenfrequenzen des ganzen     Massensystems          erhöhen.    Mit steigenden Eigenfrequenzen tre  ten zunächst bei grösserem Schwingungsaus  schlag wieder Resonanzmöglichkeiten ein,  his der Schwingungszustand aus dem stabilen  in den labilen übergeht. Dieser kann nun  aber nicht nur durch die Dämpfung der Vor  richtung allein, sondern vor allem auch durch  Einwirkungen von der Motorseite her, sei es  durch die im Motor vorhandene Dämpfung  oder durch ungleiche Zündungen usw. gestört  werden.

      Da, der Schwingungsausschlag am Kur  belwellenende durch. die Eigenschwingungs  form der Vorrichtung beeinflusst wird, hängt  er auch von der Grösse des geradlinigen Teils       I        (Fig.    6) der     Federkennlinie    ab. Man wird  daher     bestrebt    sein, diesen geradlinigen Teil  möglichst klein zu machen, was zum Beispiel  bei der Vorrichtung nach     Fig.    1 bis 3 durch  eine Vergrösserung der     Federvorspannung    er  zielt werden kann.      An     Stelle    der bei den Ausführungsbei  spielen     gezeigten    Federung kann jede ander  weitige Federung benutzt sein, wie sie bereits  in den drehfedernden Kupplungen angewen  det werden.

   Es wird in diesem Zusammen  hang auf .die Spiralfeder-, Schraubenfeder-,  Biegefeder-, Gummifeder-, Osen- und Schlan  genfederkupplungen verwiesen. Die Erfin  dung ist auch für die Begrenzung der Reso  nanzschwingungen von     Massensystemen    ge  eignet, die an Stelle der Drehbewegung eine  pendelnde Schwingbewegung oder eine     hin-          und    hergehende Bewegung ausführen, oder  die sich auf einem Fundament in Ruhe be  finden und fremd erregt werden.



      Method for limiting resonance vibrations, in particular for crankshafts of internal combustion engines, and device for carrying out the method. In internal combustion engines, so strong torsional vibrations of the shafts can occur in the resonance and also in the vicinity of the resonance between the natural frequency of rotation and the frequency of the exciting torsional forces that the additional stresses exceed the rotational strength of the material.

    Various means are available for eliminating these dangerous vibrations. Even when designing a system, efforts are made to design it so that the entire operating speed range is free of resonances. This can be achieved within certain limits by suitable dimensioning of the engine parts of the motor and by the mutual coordination of all rotational masses and the shaft parts connecting them, for example using flexible couplings.

   With the firing order of the individual cylinders, which is given by the crank offset in the two-stroke engine, but can still be changed for a certain crank offset in the four-stroke engine, the strength of individual harmonics can be influenced with the exception of the so-called main critical ones.

   In the case of engines with spark ignition it is also possible to reduce the strength of a torsional vibration by relocating it to an area with less load, since it is known - in contrast to diesel engines - that the size of the vibration exciters is approximately related to the size of the mean piston pressure.



  However, if a motor is required to be able to run continuously over a large speed range, or is it not possible - e.g. B. from rear light on weight savings in aircraft engines and the like, - to choose the engine and Wel lenabidim accordingly, you can no longer do without special devices to eliminate dangerous vibrations. The basic vibration can be influenced further by installing spring and slip clutches, hydraulic clutches or clutches with additional damping.

    However, these clutches have the disadvantage that they often cannot be used for reasons of space or because of their great weight, or that by lowering the harmonics they result in further resonance possibilities with strong excitation forces. In this case special vibration dampers are arranged.



  The structure of such vibration dampers is based on the consideration that a vibration system consisting of n, masses has n-1 natural vibration numbers. Each additional elastically attached mass creates a new natural vibration number, which is above the previously highest, while all existing natural vibrations are reduced in their frequency.

   The position of the new natural frequency and the displacement of the others depend on the size of this additional mass, on the rigidity of its connection with the given masses and on their position relative to them, whereby the influence is greatest, for example, at the point of the greatest oscillation is.



  Various devices are built on this well-known property of a multi-mass system, which eliminate or reduce torsional vibrations by changing the natural vibration numbers. partly without and partly with additional damping. For example, at speeds at which stronger torsional vibrations would occur, an additional mass is applied or disengaged by a clutch that can be disengaged arbitrarily or by a controller itself. uncoupled so that the critical speed ranges can be bypassed, as it were.

   The same success is achieved if the torsional elasticity of the connection between the given masses and the additional mass - not as in the previous case between o and o but within finite limits - changed; can be. A periodic change in elasticity or in the mass itself can also prevent rocking.



  On the basis of tests and experience, it was finally concluded that it is not the internal friction of the device but also the curved spring characteristic that must be important for the limitation of vibrations.



       Among these devices is also. a damper made of a sleeve spring clutch with a flywheel mass is to be expected, the effect of which is attributed to the curved spring characteristic and the great damping capacity of the sleeve springs.



  In contrast to this, the invention is based on the knowledge that special damping measures are not required at all in a multi-barrel system and that after a certain oscillation amplitude has been exceeded - that is, with deflections up to the curved part of the spring characteristic - the curved spring The characteristic curve in connection with the damping influences that exist without special precautions is sufficient,

   to disrupt the resonance and limit the resonance vibrations.



  The invention therefore relates to a method for limiting full resonance vibrations, in particular for crankshafts full internal combustion engines, and consists in the fact that individual oscillating masses are elastic. not linearly coupled with each other,

   in order to disrupt the resonances with the natural frequencies that occur at certain excitation frequencies due to the influence of growing oscillation fluctuations of the oscillating masses, which are elastically non-linearly coupled with one another, in connection with the damping influences that exist without special precautions.



  Mull can be used for diesel purposes in the case of a complex mass. Masses (e.g. green weights of crankshafts or the like) elastic. couple with each other. Or you can arrange a Vorrich device with an oscillating mass and a spring supporting this with a curved characteristic line in order to cause a detuning of the resonance through the growing oscillations of this mass before the resonance oscillations have exceeded the permissible level.



  For the device, each spring with a non-linear characteristic - z. B. also one made of rubber or a similarly behaving substance, also of gases - possible, please include, that is, the choice of the spring is no longer tied to certain types of execution, but can to a large extent the input and adapt the attachment options in each individual case.

   Further advantages of the invention are that no energy is destroyed due to the independence of additional damping and that no monitoring is necessary, since none are subject to wear, destruction due to overuse or failure due to failure of an additional device such as lubrication or Components exposed to hydraulic equipment leaking must be used.



  In the drawing, the subject of the invention is shown in several embodiments. 1 shows a device fastened to the crankshaft of an internal combustion engine in section along line II of FIG. 2, FIG. 2 shows the device in section along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a section through Vorrich device according to the line III-III of Fig. 2, Fig. 4, a further embodiment of the device in section along the line IV-IV of Fig. 5, Fig. 5 the same device in section along the line VV of FIG , FIG. 6 shows the characteristic curve of an oscillating spring and FIG. 7 shows the forced deflections of a simple device. In the embodiment of FIGS. 1 to 3, a carrier 2 for two blocks 3 acting as Fe derbocks is flanged to the crankshaft 1 of an internal combustion engine.

    The mutually facing sides of the blocks 3 are slightly convex and each have a spring clip 4 on the inner side, the ends of which protrude beyond the blocks 3 on both sides. The curved surfaces of the blocks serve as rolling surfaces for the spring clips 4 and to limit the spring stress.



  Around. the arrangement described above is arranged concentrically an annular oscillating mass. This consists, for example, of two spaced-apart annular disks 5 and exchangeable Ge weights 6. In addition, rollers 8, 8a and 9, 9a mounted on needles 7 at the .ring disks 5 are arranged, against which the spring clips 4 press under tension lay; that is, it is the whole oscillating mass on the rollers 8, 8a and 9, 9a of the spring clips 4 in the direction of rotation against the blocks 3 elastically supported.



  By middle roller bearing 10 in a central web 5a of the annular discs 5, the concentric position of the whole oscillating mass is secured.



  A similar embodiment example show FIGS. 4 and 5, the same parts as in the embodiment of FIGS. 1 to 3 being provided with the same reference numerals. Notwithstanding the embodiment of FIGS. 1 to 3 are in the Ausführungsbei game of Fig. 4 and 5 between the ring discs 5 instead of four smaller two larger, possibly multi-part from exchange weights 6a provided. The blocks 3 are no longer used in this case as spring blocks, but only as a driver for the oscillating mass. In contrast, a middle Federträ ger 11 is arranged between the driver blocks 3, on .dem the spring clips 4 are attached.

   This is also as possible “friction-free”, for example supported by a roller bearing 1? And consists either of a light metal hollow body or is made of some other material more or less solid and then acts as an additional mass. In addition, the ends of the Spring clips 4 on additional rollers 14, 14a, which are arranged on the blocks 3 in FIG.



  In both exemplary embodiments, the axes of the rollers 8, 8a and 9, 9a, which are arranged in pairs, and possibly also the Rol len 14, 14a, are guided in slots 1a and can therefore be attached at different distances from one another. The preload of the spring clips 4 is influenced by changing the roller spacing.



  For the spring clips 4, friction-free spring leaves, for example with a characteristic curve according to FIG. 6, are expediently used. The spring clasps 4 can also be put together from several superimposed spring leaves.



  The mode of operation of the device is as follows: If a certain excitation frequency resonates with a natural frequency of the system, the deflections become larger and, with progressive suspension, the oscillation times become shorter, i.e. with increasing deflection there is an increasing distance from the resonance position. The vibrations get smaller again and so does the game. can start again. For an increased excitation frequency, the process is repeated for a larger oscillation amplitude.

   But since the device becomes more and more sensitive with larger oscillation excursions, i.e. even small changes in the excursion cause a relatively strong shift in its oscillation time, the natural frequency assigned to this excursion deviates sufficiently far from the exciter frequency to allow it to rock again excluded.



  In this connection, reference is made to FIG. There, the ratio of the excitation frequency to the natural frequency of the device with a small deflection is plotted as the abscissa and the oscillation deflection is plotted as the ordinate. As the excitation frequency rises, the oscillation amplitude increases steadily according to the solid curve through D, and in fact it approaches its greatest possible value quickly and then more slowly. An earlier limitation of this rash is linked to the presence of damping, as indicated by the dash-dotted curve D-A. When you reach point A, the oscillation suddenly becomes smaller, i.e. the deflection falls to point B.

    When the excitation frequency falls, the deflection follows the lower curve B-C and jumps. from C to D back to the curve with increasing excitation frequency. So we have a stable oscillation state up to the frequency ratio at D and, above this ratio, an unstable oscillation state, which depends on the size of the damping.

      Transferred to the multi-mass system of an engine, the natural vibrations will not build up to a certain extent there either if the natural frequencies of the entire mass system increase as a result of an increase in the vibration amplitude. With increasing natural frequencies, resonance possibilities occur again at a larger oscillation amplitude until the oscillation state changes from the stable to the unstable. This can now be disturbed not only by the damping of the device before, but above all by influences from the engine side, be it by the damping present in the engine or by unequal ignitions, etc.

      There, the oscillation rash at the cure belwelleende through. the natural vibration form of the device is influenced, it also depends on the size of the rectilinear part I (Fig. 6) of the spring characteristic. One will therefore strive to make this rectilinear part as small as possible, which, for example, in the device according to FIGS. 1 to 3 by increasing the spring bias it can be aimed at. Instead of the suspension shown in the Ausführungsbei play any other wide suspension can be used, as they are already used in the torsion spring clutches det.

   In this context, reference is made to the spiral spring, helical spring, spiral spring, rubber spring, eyelet and snake spring couplings. The inven tion is also suitable for limiting the resonance vibrations of mass systems that, instead of the rotary motion, perform a pendulum swinging motion or a reciprocating motion, or that are at rest on a foundation and are externally excited.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Begrenzen von Re sonanzschwingungen, insbesondere für Kur belwellen von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass man einzelne Schwing massen elastisch nicht linear miteinander koppelt, um die bei bestimmten Erregerfre quenzen auftretenden Resonanzen mit den Eigenfrequenzen durch :den Einfluss wach sender Schwingungsausschäge .der elastisch nicht linear miteinander gekoppelten Schwing- massen in Verbindung mit den ohne beson dere Vorkehren vorhandenen dämpfenden Einflüssen zu stören. II. PATENT CLAIMS: I. A method for limiting resonance vibrations, in particular for crankshafts of internal combustion engines, characterized in that individual vibration masses are elastically non-linearly coupled to one another in order to avoid the resonances occurring at certain exciter frequencies with the natural frequencies through: the influence of growing vibrations .to disturb the oscillating masses, which are elastically non-linearly coupled with one another, in connection with the damping influences that are present without any special precautions. II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schwingmasse und eine diese abstützende Feder mit ge krümmter Federkennlinie aufweist, um durch die wachsenden Schwingungsausschläge die ser Masse in Verbindung mit .den ohne be sondere Vorkehren vorhandenen dämpfenden Einflüssen eine Verstimmung der Resonanz hervorzurufen, bevor die Resonanzschwin gungen das zulässige Mass überschritten haben. UNTERANSPRÜCHE: 1. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it has an oscillating mass and a spring supporting this with a curved spring characteristic curve in order to detun the mass due to the growing oscillation amplitudes of this mass in connection with the damping influences present without any special precautions Cause resonance before the resonance oscillations have exceeded the permissible level. SUBCLAIMS: 1. Vorrichtung nach Patentanspruch Il, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwing masse unter Zwischenschaltung von Wälz lagern abgestützt ist. 2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger (2) der Schwingmasse im Abstand voneinander zwei Blöcke (3#) angeordnet sind, an deren einander zugekehrten Seiten Federspangen (4) angeordnet sind, ,deren Enden, über die Blöcke (3) hinausragen und sich gegen nadelgelagerte Stützrollen (8, 8a, 9, 9a) der ringscheibenförmigen Schwingmasse legen, die konzentrisch um die Blöcke (3) angeord net und durch Wälzlager (10) zentral ge führt ist. 3'. Device according to patent claim II, characterized in that the oscillating mass is supported with the interposition of roller bearings. 2. Device according to dependent claim 1, characterized in that on the carrier (2) of the oscillating mass two blocks (3 #) are arranged at a distance from one another, on the sides of which are arranged spring clips (4), the ends of which, over the blocks ( 3) protrude and lie against needle-bearing support rollers (8, 8a, 9, 9a) of the annular disk-shaped oscillating mass, which is concentrically arranged around the blocks (3) and centrally ge through roller bearings (10). 3 '. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger (2) der Schwingmasse zwischen den Blöcken (3) ein mittlerer Federträger (11) für die Feder spangen (4) angeordnet ist. 4. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Fe derträger (11) auf einem Wälzlager drehbar zwischen den Blöcken (3) gelagert ist. 5. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federspan gen (4) aus mehreren übereinanderliegenden einzelnen Federblättern zusammengesetzt sind. 6. Device according to dependent claim 2, characterized in that a central spring carrier (11) for the spring clips (4) is arranged on the carrier (2) of the oscillating mass between the blocks (3). 4. Device according to dependent claim 3, characterized in that the middle Fe derträger (11) is rotatably mounted on a roller bearing between the blocks (3). 5. Device according to dependent claim 4, characterized in that the Federspan gene (4) are composed of several superimposed individual spring leaves. 6th Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blöcke (3) ebenfalls auf Wälzlagern gelagerte Stütz rollen (14, 14a) tragen, gegen die sich die dazwischenliegenden Federspangen (4) legen, und dass sowohl diese Stützrollen (14, 14a) als auch die Stützrollen (8, 8a, 9, 9a) der Schwingmasse in einer Schlitzführung (15) verstellbar sind, um den Federspangen eine mehr oder weniger grosse Vorspannung geben und die gerade Strecke der Federkennlinie verkürzen zu können. Device according to dependent claim 5, characterized in that the blocks (3) also carry support rollers (14, 14a) mounted on roller bearings, against which the intermediate spring clips (4) rest, and that both these support rollers (14, 14a) and the support rollers (8, 8a, 9, 9a) of the oscillating mass are adjustable in a slot guide (15) in order to give the spring clips a more or less high bias and to be able to shorten the straight stretch of the spring characteristic.
CH231310D 1941-07-23 1942-05-26 Method for limiting resonance vibrations, in particular for crankshafts of internal combustion engines, and device for carrying out the method. CH231310A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1028269A1 (en) * 1999-02-10 2000-08-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Torsional vibration damper for crankshafts
CN114822521A (en) * 2022-04-15 2022-07-29 广州易而达科技股份有限公司 Sound box awakening method, device, equipment and storage medium

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