スライダクランク機構の振動抑制について

元エンジン設計者です。
クランクスライダ機構の振動抑制方法は、他の方の回答の通りです。
ただ、気になる点があり、ちょっと述べてみます。

先ず、
> 往復運動のデットポイントにおける振動
と、ありますので、上死点及び下死点での振動だと思います。
これは往復運動部分の質量＝今回の場合、ワークの質量　に依存しますので、
バランサ方式で行うにしても、
ワークを変更する度にバランサの錘を変更する事となります。
しかも、ワークは時々刻々削られて質量が変化していきます。

次に、
> 往路あるいは復路において切削を行う機械
切削加工は、機械側に切削抵抗に負けないだけの剛性が求められます。
基本的に、リンク機構を有する部分には、回転可能なだけの「隙き間」
即ち「ガタ」が必要不可欠です。
この、ガタの分で、ビビリが発生した場合、綺麗な切削面は望めません。
この辺の対策は、どうお考えでしょう？

さて、レシプロでの釣合わせの設計ですが、
エンジンやコンプレッサの設計についての書籍を一度御覧になって下さい。
詳しく書かれています。
往復運動質量　＝　一般的にはピストン部分とコンロッドの上１／３
回転運動質量　＝　クランク部分とコンロッドの下２／３
とに分けて、それぞれバランスさせます。

往復質量の５０％を、ピストン方向の反対側に設けて釣合わせるのが一般的。
スズキの某機種では、－２００％という離れ業も有ります。
ホンダの２サイクル３気筒の某機種では、中央気筒をバランサにしたものも。
（焼き付き多発に決まっているだろうが！）

まぁ、頑張って下さい。
３０年程昔、或る大学の先生で同様な機構を提唱した方がいましたが、
結局うまくいかなかった様です。
（過去の同様研究は、既に調査済みで御存知と思います。）
失敗原因を一つずつ潰して行きましょう。
根本原理からして困難なものもありますが。

小生も、クランクシャフトのバランスを先ず取り、且つ装置全体の駆動部
バランスを負荷してとる方法を工夫してみて下さい。
簡単に言えば、タイヤのバランス取りです。
約30年程前に、某自動車メーカーがエンジンの振動を軽減させるために、
バランスシャフトをエンジンの両側に取り付けた事がありました。
当初は、ポルシェのエンジンにも振動対策で採用されましたが、部品点数
が増える事によるコストアップとパワーロスで姿が消えました。
また、採用ができるかの判断が難しいですが、防振ゴムの設置も検討した
方が良いと考えます。エンジンがそうであるように。

某エンジンの生技はむかしやったことがあります
回答２のようにおもりを足していくのが、簡単ですが
生産ラインでは、ドリルで削ってましたよ

エンジンのクランクシャフトは長いので
カウンターウェイトのどの部分を削るのか

設備の仕組みは
一度回してみる
適宜削る
計測
データによって削りし代を決める
加工
計測
だめだったらまた削るかんじです

お礼

2009/09/25 18:42

早々のご回答、ありがとうございます。
やはり、バランスが重要と改めて認識しました。
回答２さんへのお礼にも記載しましたが、今回は低速回転でのクランク機構でしたので少々安直な発想で構想していました。例えば入力軸の回転数を変動させれば・・・など。
エンジンの構造についての知識が少ないため、もう少し細部の構造を勉強してみようと思います。

質問者

エンジン設計者です。
レシプロエンジンはスライダクランク機構そのものです。
振動を抑えるにはバランサの設置が非常に有効と思われます。
まず、クランクにはカウンターウエイト（クランクピンと逆側に付ける錘）を付けておられますでしょうか？設置されていなければまずはそこからと思います。錘の量は質量×重心の半径がスライダ側とバランスするように設定しますが、詳しくは調べてみてください。
その上でさらに振動を抑えるには…
単気筒エンジンの１次バランサが参考になりますが、クランク軸と逆転するバランサ（アンバランスのある錘の付いた回転軸）を追加して振動を打ち消します。（オートバイの250cc等で使用されています）
注意事項としては
・バランサの錘の量とクランクの錘の量の最適化
・クランク軸とバランサ軸の軸間距離はなるべく短くする（新たに偶力振動が発生するため）
・クランク軸とバランサ軸の軸間の剛性が高いこと
・クランクスライダ機構のリンク、エンジンでいうところのコンロッド（連接棒）の長さはなるべく長く（2次振動の低減）
他の手としては、水平対向エンジンのように逆側にもダミーのスライダを設置し、それをバランサとして使用することもできます。

お礼

2009/09/25 18:29

早々のご回答、ありがとうございます。
やはり、バランサの設置が有効でしょうか。
今回はスライダ部の重量が非常に大きく（１００kg弱）、また毎分１００回前後のストローク数を考えております。スライダ部の重量が非常に大きかったため、バランサも同等サイズ（重量）になるのかと、安直に考えておりました。
エンジンの詳細な構造については知識がありませんので、今回のご回答をもとに勉強をしてみようと思います。特に単気筒について調べてみたいと思います。

質問者

スライダクランク機構においては上下死点において，不安定になるため横振
動が問題となることは考えられます。側圧が問題となる場合はオフセットし
て，緩和することができます。あるいは両スライダクランク機構により機構
の剛性を高めるなどの方法もあると思います。

お礼

2009/09/25 18:15

早々のご回答、ありがとうございます。
実は、往路と復路のスピード差をつけたい為、オフセットスライダになっておりました。この際、早いスピードの方で死点に来た時に、スライダの進行方向の大きな揺れが発生して困っております。
両スライダクランク機構については知識がありませんでした。どういう動きになるのか、今の私の頭では・・・。これから古い教科書を引っ張り出して勉強をしてみようと思います。

質問者