DE1161455B

DE1161455B - Device for changing the resonance frequency of machine sets

Info

Publication number: DE1161455B
Application number: DEC23980A
Authority: DE
Inventors: William Arvin Wisemann; Clifford Arthur Fordham
Original assignee: Continental Motors Corp
Current assignee: Continental Motors Corp
Priority date: 1961-04-18
Filing date: 1961-04-26
Publication date: 1964-01-16

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: F06fBoarding school Class: F06f

Deutsche Kl.: 47 a-20German class: 47 a-20

Nummer: 1161455Number: 1161455

Aktenzeichen: C 23980 XII / 47 aFile number: C 23980 XII / 47 a

Anmeldetag: 26. April 1961Filing date: April 26, 1961

Auslegetag: 16. Januar 1964Opening day: January 16, 1964

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Änderung der Resonanzfrequenz von Maschinensätzen zwecks Dämpfung oder Ausschaltung von harmonischen Schwingungen, die sich bei gewissen Geschwindigkeiten von Maschinensätzen auf Grund der natürlichen Resonanzfrequenz ihrer Konstruktion aufzubauen trachten.The invention relates to a device for changing the resonance frequency of machine sets for the purpose of damping or eliminating harmonics Vibrations that occur at certain speeds of machine sets due to the strive to build up the natural resonance frequency of their construction.

Die Erfindung wurde insbesondere zur Verwendung bei Brennkraftmaschinen entwickelt und ist an »Hand eines Flugzeugmotors dargestellt, da bei derartigen Maschinen die Möglichkeit der Übertragung von harmonischen Schwingungen an den Propeller eine immerwährende Gefahr darstellt. Normalerweise weist eine derartige Maschine mit ihrer Kurbelwelle verbundene Pendeldämpfer oder ähnliche Einrichtungen auf, die Resonanz- oder harmonische Schwingungen dämpfen, welche bei bestimmten Drehzahlen durch die natürlichen Frequenzen der Maschine verstärkt werden. Normalerweise tritt dieses Phänomen bei einer besonders kritischen Maschinendrehzahl am so stärksten auf, was eine ziemliche Gefahr mit sich bringen kann, wenn diese in der Nähe der normalen Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine liegt. Derartige Dämpfer verteuern jedoch im allgemeinen die Maschine erheblich und vergrößern ganz wesentlich ihren Umfang und ihr Gewicht.The invention was developed in particular for use in internal combustion engines and is on »Hand of an aircraft engine, since with such machines the possibility of the transmission of harmonic Vibration on the propeller is a constant danger. Usually assigns such a machine connected to its crankshaft pendulum damper or similar devices that dampen the resonance or harmonic vibrations that occur at certain speeds the natural frequencies of the machine are amplified. Usually this phenomenon occurs a particularly critical engine speed at the most, which is quite a danger with it can bring if this is close to the normal working speed of the machine. Such However, dampers generally make the machine considerably more expensive and enlarge it considerably their girth and weight.

Es können Mittel vorgesehen werden, um die natürliche Frequenz der Maschine so zu ändern, daß die Resonanz bei einer niedrigeren Drehzahl auftritt, die nur bei der Erhöhung der Maschinendrehzahl auf ihren normalen Arbeitsbereich durchlaufen wird. Ein derartiges Verfahren stellt jedoch zumindest keine volle Lösung des Problems dar, selbst wenn die hierfür verwendeten Mittel nicht so schwer und teuer sind wie Pendeldämpfer.Means can be provided to change the natural frequency of the machine so that the Resonance occurs at a lower speed, which only occurs when the engine speed is increased its normal work area. However, at least such a method does not provide any full solution to the problem, even if the for this The means used are not as heavy and expensive as pendulum dampers.

Es ist bereits eine Bauart bekanntgeworden, bei der im Abstand einander gegenüberstehende Kupplungsflächen vorgesehen sind, zwischen welchen sich geschwindigkeitsgesteuerte Kupplungsmittel befinden, welche die Antriebs- und Abtriebswelle verbinden. Nachteilig ist hierbei, daß ein herkömmliches Schwungmassensystem verwendet ist, bei dem die Steuerelemente selbst, d. h. Gewichte, keine Kupplungsfunktion ausüben, sondern nur als Betätigungsorgane für das Ein- und Ausrücken der wirksamen Kupplungselemente dienen. Hierdurch ergibt sich eine verhältnismäßig verwickelte Konstruktion. Ähnliches gilt für eine andere bekannte Bauweise, bei der in axialer Richtung verlagerbare Elemente vorgesehen sind, welche jedoch durch eine besondere Betätigungs-Vorrichtung ein- und ausgerückt werden müssen.A design has already become known in which opposing coupling surfaces are provided at a distance, between which are speed-controlled Coupling means are located, which connect the input and output shafts. The disadvantage here is that a conventional A flywheel system is used, in which the controls themselves, d. H. Weights, no coupling function exercise, but only as actuators for engaging and disengaging the effective Coupling elements are used. This results in a relatively complex construction. Something like that applies to another known construction in which elements which can be displaced in the axial direction are provided which, however, have to be engaged and disengaged by a special actuating device.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das Ein- und Vorrichtung zur Änderung der Resonanzfrequenz von MaschinensätzenThe invention has as its object the input and device for changing the resonance frequency of machine sets

Anmelder:Applicant:

Continental Motors Corporation, Muskegon, Mich. (V. St. A.)Continental Motors Corporation, Muskegon, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr. phil. G. Henkel, Baden-Baden-Balg und Dr. rer. nat. W.-D. Henkel, München 9, Eduard-Schmid-Str. 2, PatentanwälteDr. phil. G. Henkel, Baden-Baden-Balg and Dr. rer. nat. W.-D. Henkel, Munich 9, Eduard-Schmid-Str. 2, patent attorneys

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

William Arvin Wisemann, Muskegon, Mich., Clifford Arthur Fordham, Montague, Mich. (V. St. A.)William Arvin Wisemann, Muskegon, Mich., Clifford Arthur Fordham, Montague, Mich. (V. St. A.)

Ausrücken der drehzahlabhängigen Kupplung durch eine in den Kupplungselementen selbst vorgesehene Einrichtung durchzuführen, indem bei höheren Geschwindigkeiten diese Elemente selbst radial auswärts gedrängt werden.Disengagement of the speed-dependent clutch by one provided in the clutch elements themselves Facility perform by moving these elements themselves radially outward at higher speeds be pushed.

Diese Ziele werden bei einer Vorrichtung zur Änderung der Resonanzfrequenz von Maschinensätzen mit einer Antriebs- und einer hohlen Abtriebswelle, die durch eine koaxiale Torsionswelle miteinander verbunden shid und einander im Abstand gegenüberstehende Kupplungsflächen aufweisen, zwischen denen geschwindigkeitsgesteuerte Kupplungsmittel eingesetzt sind, welche die beiden Welen bei niedriger Maschinendrehzahl direkt verbinden, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kupplungsflächen einen sich radial auswärts öffnenden keilförmigen Ringzwischenraum bilden und die Kupplung mehrere in diesen keilförmigen Zwischenraum im Abstand auf einem Ring angeordnete Keile aufweist, welche außen von einer Ringschraubenfeder umgeben sind.These goals are in a device for changing the resonance frequency of machine sets with a drive shaft and a hollow output shaft connected by a coaxial torsion shaft shid and facing each other at a distance Have coupling surfaces, between which speed-controlled coupling means are used are, which connect the two shafts directly at low engine speed, according to the invention achieved in that the coupling surfaces have a wedge-shaped annular space opening radially outward form and the coupling several in this wedge-shaped space at a distance on a ring has arranged wedges, which are surrounded on the outside by an annular coil spring.

Diese erfindungsgemäße Lösung des Problems zeichnet sich durch wesentlich größere Einfachheit aus als die bisher bekannten Konstruktionen für ähnliche Zwecke, was neben einer Verringerung der Herstellungskosten auch die Wartung vereinfacht und das Eigengewicht der Anlage reduziert. Um die Vorrichtung auf eine bestimmte Ansprech^Drehzahl einzustellen, ist es lediglich erforderlich, die Masse der Kupplungselemente und die Kraft der Feder zu berechnen, während bei den bekannten eine größereThis solution to the problem according to the invention is distinguished by its significantly greater simplicity out than the previously known constructions for similar purposes, which in addition to a reduction in manufacturing costs maintenance is also simplified and the weight of the system is reduced. To the device to set a certain response ^ speed, it is only necessary to determine the mass of the Coupling elements and the force of the spring to calculate, while with the known a larger

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Anzahl von Faktoren berücksichtigt werden muß, da die Kupplung durch eine gesonderte Steuereinrichtung betätigt wird.Number of factors must be taken into account as the clutch is controlled by a separate control device is operated.

Die erfindungsgemäße Anordnung bietet im übrigen den besonderen, nicht ohne weiteres aus der dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegenden Aufgabenstellung folgenden Vorteil, daß die Kupplungselemente bei Geschwindigkeiten unterhalb der Ausrückdrehzahl irgendwelche unvorhergesehenen Fremdvibrationen oder -stoße dämpfen, da die die Elemente eingerückt haltende Federkraft gleich der durch die Zentrifugalkraft zu übersteuernden Kraft ist und in einem solchen Fall die Kupplung einfach etwas rutscht. Dabei vergrößert sich diese Dämpfwirkung mit zunehmender Drehzahl, da die wachsende Zentrifugalkraft die Federkraft immer stärker kompensiert und somit die Anordnung immer empfindlicher macht. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung, in deren Figuren gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bedeuten, dargestellt. Es zeigtThe arrangement according to the invention also offers the special, not readily from the The object underlying the invention has the following advantage that the coupling elements at speeds below the release speed dampen any unforeseen external vibrations or shocks as the elements The spring force kept engaged is equal to the force to be overridden by the centrifugal force and in in such a case the clutch simply slips a little. This damping effect is thereby increased with increasing speed, as the increasing centrifugal force compensates the spring force more and more and thus makes the arrangement more and more sensitive. An embodiment of the invention is in Drawing, in the figures of which the same reference numerals mean the same parts, are shown. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Getriebekastenteil eines Maschinensatzes mit den Merkmalen der Erfindung undFig. 1 shows a cross section through the gear box part a machine set with the features of the invention and

F i g. 2 einen Querschnitt im wesentlichen längs der Linie 2-2 in Fig. 1.F i g. FIG. 2 shows a cross section essentially along line 2-2 in FIG. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist für die Verwendung zusammen mit einer Brennkraftmaschine 10 mit einem Kurbelgehäuse 11 konstruiert, welches mit Hilfe eines Hauptlagers 13 eine Antriebskurbelwelle 12 lagert und an dessen vorderem Ende eine Getriebekastenanordnung 14 befestigt ist.The preferred embodiment of the invention illustrated in Figure 1 is for use together constructed with an internal combustion engine 10 with a crankcase 11, which with the help of a main bearing 13 supports a drive crankshaft 12 and at its front end a gear box assembly 14 is attached.

Das vordere Ende der Kurbelwelle 12 geht in eine in den Getriebekasten 14 eintretende Torsions welle 15 über, die an ihrem vorderen Ende Außennutenstücke 16 aufweist, welche mit Innennutenstücken 17 einer die Torsionswelle 15 in dargestellter Weise umgebenden Abtriebswelle 18 im Eingriff stehen. Am äußeren bzw. vorderen Ende der Torsionswelle 15 ist zwischen den Nutenstücken 17 und einem Sprengring 20 am vorderen Ende der Abtriebswelle 18 eine Halteplatte 19 befestigt, die letztere an einer axialen Verlagerung gegenüber der Torsionswelle 15 und der Kurbelwelle 12 hindert.The front end of the crankshaft 12 goes into a torsion shaft 15 entering the gearbox 14 about, which has outer groove pieces 16 at its front end, which with inner groove pieces 17 a the output shaft 18 surrounding the torsion shaft 15 in the manner shown are in engagement. On the outside or front end of the torsion shaft 15 is between the groove pieces 17 and a snap ring 20 attached to the front end of the output shaft 18, a retaining plate 19, the latter to an axial displacement with respect to the torsion shaft 15 and the crankshaft 12.

Die Abtriebswelle 18 ist beispielsweise mit Hilfe von Lagern 21 und 22 drehbar im Getriebekasten 14 gelagert und weist ein mit einem Zahnrad 24 kämmendes Zahnrad 23 auf. Das Zahnrad 24 sitzt auf einer in Lagern 26 und 27 im oberen Abschnitt des Getriebekastens 14 drehbar gelagerten Antriebswelle 25.The output shaft 18 can be rotated in the gear box 14 with the aid of bearings 21 and 22, for example and has a gear 23 meshing with a gear 24. The gear 24 is seated a drive shaft rotatably mounted in bearings 26 and 27 in the upper section of the gear box 14 25th

Das in Fig. 1 dargestellte vordere Ende der Kurbelwelle 12 weist einen radial auswärts abstehenden Flansch 35 mit einer vorwärts gerichteten kegelförmig abgeschrägten ringförmigen Kupplungsfläche 36 auf. Ebenso ist das hintere Ende der Abtriebswelle 18 mit einem radial auswärts gerichteten Flansch 37 versehen, der seinerseits im Abstand von der KurbelweHen-Kupplungsfläche 36 eine nach hinten gerichtete, kegelförmig abgeschrägte ringförmige Kupplungsfläche 38 aufweist. Zwischen den Kupplungsflächen 36 und 38 sind mehrere keilförmige Kupplungselemente 39 auf einem Ring verteilt, die einen in Fig. 2 gesondert dargestellten segmentförmigen Kupplungsring bilden, welcher im zwischen den kegelförmigen Kupplungsflächen 36 und 38 ausgebildeten keilförmigen Zwischenraum durch nachgiebige Mittel in Keil-Kupplungsberührung gehalten wird. Als derartiges Mittel kommt beispielsweise eine in in den Kupplungselementen 39 vorgesehenen Außennuten 41 eingesetzte, in sich geschlossene ringförmige Wendelteder 40 in Frage.The front end of the crankshaft shown in FIG 12 has a radially outwardly projecting flange 35 with a forwardly tapered one beveled annular coupling surface 36. The rear end of the output shaft 18 is likewise provided with a radially outwardly directed flange 37, which in turn is at a distance from the crank shaft coupling surface 36 a rearwardly directed, conically tapered annular coupling surface 38 has. Several wedge-shaped coupling elements are located between the coupling surfaces 36 and 38 39 distributed on a ring, which has a segment-shaped coupling ring shown separately in FIG form, which in the wedge-shaped formed between the conical coupling surfaces 36 and 38 Gap is held in wedge clutch engagement by compliant means. As such Means comes, for example, in external grooves provided in the coupling elements 39 41 inserted, self-contained annular spiral spring 40 in question.

Wenn im Betrieb die Kupplungselemente 39 mit den Kupplungsflächen 36 und 38 im Eingriff stehen, ist die Abtriebswelle 18 unmittelbar mit der Kurbelwelle 12 antriebsmäßig verbunden und stellt ein System ohne Hohlwelle dar. Unter diesen Umständen ist die natürliche Frequenz des Maschinensatzes so, daß torsionsbedingte harmonische Schwingungen oder Resonanzen sich bei einer bekannten bestimmten Geschwindigkeit hochschaukeln, welche zum Zweck der Erläuterung beispielsweise bei 2800 U/min liegen soll. Wenn die Kupplungselemente außer Eingriff stehen, was, wie später noch beschrieben werden wird, durch Zentrifugalkraft geschieht, wird die Abtriebswelle 18 nur indirekt von der Kurbelwelle 12 über die Torsionswelle 15 angetrieben, die dabei einer Torsionsverzerrung unterliegt. Die Welle 15 kann so ausgewählt sein, daß sie die sogenannte natürliche Frequenz in der Weise verändert, daß Resonanz bereits bei einer bekannten, niedrigeren Geschwindigkeit auftritt, die zum Zweck der Erläuterung beispielsweise bei 1800 U/min liegen kann.If, during operation, the coupling elements 39 are in engagement with the coupling surfaces 36 and 38, the output shaft 18 is drivingly connected directly to the crankshaft 12 and is set System without a hollow shaft. Under these circumstances the natural frequency of the machine set is that torsional harmonic oscillations or resonances occur at a known specific speed swing up, which for the purpose of explanation should be at 2800 rpm, for example. When the coupling elements are disengaged, which, as will be described later, by Centrifugal force happens, the output shaft 18 is only indirectly from the crankshaft 12 via the torsion shaft 15 driven, which is subject to torsional distortion. The shaft 15 can be selected so that it changes the so-called natural frequency in such a way that resonance is already at a known, lower speed occurs, which for the purpose of illustration is, for example, 1800 rpm can lie.

Die Feder 40 übt eine solche Kraft auf die Kupplungselemente aus, daß diese bis zu 2000 U/min eingerückt bleiben, so daß die Kurbelwelle 12 während der zweitgenannten eine Resonanz hervorbringenden Geschwindigkeit von 1800 U/min unmittelbar die Abtriebswelle 18 dreht, wobei keine Resonanz auftritt, da die natürliche Frequenz erst bei 2800 U/min wirksam wird. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 2000 U/min drängt die entgegen der Kraft der Feder 40 wirkende Zentrifugalkraft die Kupplungselemente so weit auswärts, daß die Kupplung gelöst wird, wodurch die Abtriebswelle 18 nunmehr unmittelbar über die Torsionswelle 15 angetrieben wird und bei der höheren Geschwindigkeit von 2800 U/min ebenfalls keine Resonanz aufgebaut wird, da die natürliche Frequenz geändert worden ist und nur bei 1800 U/min wirksam wird.The spring 40 exerts such a force on the coupling elements that they are engaged up to 2000 rpm remain so that the crankshaft 12 producing a resonance during the latter The output shaft 18 rotates directly at a speed of 1800 rpm, with no resonance occurring, since the natural frequency only takes effect at 2800 rpm. At a speed of about 2000 rpm, the centrifugal force acting against the force of the spring 40 urges the coupling elements so far out that the clutch is released, whereby the output shaft 18 is now directly over the torsion shaft 15 is driven and at the higher speed of 2800 rpm as well no resonance is built up as the natural frequency has been changed and only at 1800 rpm takes effect.

Claims

Claim:

Device for changing the resonance frequency of machine sets with a drive and a hollow output shaft connected by a coaxial torsion shaft are and have mutually opposite coupling surfaces, between which speed-controlled Coupling means are used, which connect the two shafts directly at low engine speed, thereby characterized in that the coupling surfaces (36, 38) have a wedge-shaped opening that opens radially outward Form annular space and the coupling several in this wedge-shaped space at a distance on a ring arranged wedges (39), which on the outside of an annular coil spring (40) are surrounded.

Documents considered: German Patent No. 622266; French patent specification No. 831320.

1 sheet of drawings