JP2003049827A - スラスト軸受けのスプリングおよびその設計方法 - Google Patents

スラスト軸受けのスプリングおよびその設計方法

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JP2003049827A
JP2003049827A JP2001235008A JP2001235008A JP2003049827A JP 2003049827 A JP2003049827 A JP 2003049827A JP 2001235008 A JP2001235008 A JP 2001235008A JP 2001235008 A JP2001235008 A JP 2001235008A JP 2003049827 A JP2003049827 A JP 2003049827A
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JP
Japan
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spring
thrust bearing
slit
columnar body
slits
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JP2001235008A
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English (en)
Inventor
Hiromitsu Kouguchi
廣光 興口
Satoshi Nanba
聡 南波
Chisato Shibata
千里 柴田
Yuji Saito
雄二 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • 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
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2300/00Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/30Application independent of particular apparatuses related to direction with respect to gravity
    • F16C2300/34Vertical, e.g. bearings for supporting a vertical shaft

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  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】せん断応力が小さく、従来のものとはほぼ同じ
寸法で高い剛性を有するスラスト軸受けのスプリングお
よびその設計方法を提供する。 【解決手段】バネ材からなる柱状体の側面に前記柱状体
の軸と直角または所定の角度をもって複数の平行なスリ
ット8を形成し、前記柱状体の軸に直交する端面でスラ
スト軸受けの静止板6を支持する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、竪型の水車発電機
や発電電動機等に備えられるスラスト軸受けの静止板を
支えるスプリングおよびその設計方法に関する。
【0002】
【従来の技術】竪型の水車発電機や発電電動機のスラス
ト荷重(アキシャル荷重)を支え、回転を円滑にするス
ラスト軸受けの静止板を支えるスプリングには、機械加
工されたハイリニアコイルスプリングが用いられるのが
一般的であり、このコイルスプリングが静止板の下に規
則正しく配置され、静止板に楔効果を与えて回転をスム
ーズにしている。
【0003】竪型の水車発電機や発電電動機のスラスト
軸受けの構造は図10に示すようになっている。すなわ
ち、回転軸1の上端近くにスラストカラー2を介して回
転板3が取付けられている。一方、静止部に設けられた
ベアリングブラケット4上には多数のハイリニアコイル
型のスプリング5がその軸を竪方向にして設けられ、ス
プリング5の上に扇状の静止板6が載置されている。
【0004】回転板3の下面と静止板6の上面のあいだ
が摺動する。回転板3と静止板6の隙間には油槽7に貯
留された油が楔状の油膜となり圧力を発生し、軸受け荷
重を支える。この楔効果を得るために機械加工ハイリニ
ア型のスプリング5が静止板6の面積の60%から70
%程度に規則正しく配置されている。
【0005】スプリング5には一般的にはバネ鋼が用い
られ、図11に示すようにスプリングの高さH、スプリ
ングの外径d1、スプリングの内径d2が決められ、図
12に示すように荷重に対して直線的変形をするように
設計製作されている。
【0006】このように製作された機械加工ハイリニア
型スプリング5の内径側軸方向中央の応力は図13に示
すようになり、大きなせん断力を生じることが確認され
ている。このせん断力はスプリングの疲労強度に影響を
与える要因であり、コイルスプリングの短所となってい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】スラスト軸受けは、水
車発電機の高速大容量化に伴い大形・高周速化してお
り、特に発電電動機(揚水発電機)においてはこの傾向
が顕著となっている。このため発電電動機のスラスト軸
受けに負荷される軸受け荷重と高周速に耐え、頻繁な起
動停止に対しても安定した特性と高い信頼性を有するス
ラスト軸受けが必要となってきている。
【0008】このためには、より剛性の高いスプリング
が要求されるが、静止板6とベアリングブラケット4間
の寸法から、スプリング高さ寸法Hを極端に大きくして
高剛性化を図ることはできず、コイルスプリングの形状
からも高剛性化に限界を生じている。
【0009】このような問題を解消する方法として、コ
イルスプリングの条幅を小さくすることによって同一高
さのスプリングを高剛性化することはできるが、このよ
うにしようとすると機械加工が難しくなる等の欠点があ
る。
【0010】そこで本発明は、せん断応力が小さく、従
来のものとはほぼ同じ寸法で高い剛性を有するスラスト
軸受けのスプリングおよびその設計方法を提供すること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明は、バネ材からなる柱状体の側面に前
記柱状体の軸と直角または所定の角度をもって複数の平
行なスリットを形成し、前記柱状体の軸に直交する端面
でスラスト軸受けの静止板を支持する構成とする。
【0012】本発明によれば、柱状体の側面にスリット
を設けるという簡単な構成により、せん断応力が小さ
く、従来のものとほぼ同じ寸法で高い剛性を有するスラ
スト軸受けのスプリングを提供することができる。
【0013】請求項2の発明は、前記複数のスリットは
相互に直交して形成されている構成とする。本発明によ
れば、バネ定数の軸まわりの差異を小さくすることがで
きる。
【0014】請求項3の発明は、前記スリットの深さを
スプリング外径の55%から75%とした構成とする。
本発明によれば、適度な大きさのバネ定数をもち破損等
を生じにくいスラスト軸受けのスプリングを提供するこ
とができる。
【0015】請求項4の発明は、上記のようなスラスト
軸受けのスプリングの設計方法として、スプリング高さ
に対するスリット幅、スリット数、スリットピッチ、ス
リット深さおよびスリット角の少なくともいずれか一つ
を調整することによって所定のばね定数を得る構成とす
る。
【0016】本発明の設計方法によれば、柱状体の側面
に設けるスリットの数、長さ、幅、ピッチ、軸となす角
の少なくともいずれか一つを調整することにより所定の
値のバネ定数を得ることが可能であり、せん断応力が小
さく、従来のものとほぼ同じ寸法で高い剛性を有するス
ラスト軸受けのスプリングを提供することができる。な
お、上記各解決手段は竪型のスラスト軸受けのみならず
横型のスラスト軸受けにも適用することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態のスラ
スト軸受けのスプリングを図1を参照して説明する。す
なわち、円柱形状したバネ鋼からなる柱状体に対して、
柱状体の軸と平行の方向に2対の対向した平行のスリッ
ト8が機械加工や放電加工等で形成されており、所定の
熱処理を行った後、上下端面を研削で平行加工されてい
る。
【0018】この実施の形態においては、円柱の高さH
に対するスリット深さL1とスリット幅Wとスリットピ
ッチPを調整することによって任意のバネ定数を得るこ
とが可能となる。また、スリット8の数によってもバネ
定数の調整が可能である。
【0019】図2は、この第1の実施の形態のスラスト
軸受けのスプリングにおいて、柱状体にスリット8を加
工したことで残部として形成される梁部9の厚さtとバ
ネ定数との関係を示したものである。この図から、スプ
リング高さHが同一の場合はスリット幅Wが大きくなる
ほど(梁部厚さが小さくなるほど)バネ定数が低減し、
梁部9の厚さtとバネ定数との関係が近似式で表現でき
ることがわかる。
【0020】図3は、本実施の形態のスプリングにおい
て、スリット深さL1、逆に表現すれば直径の残り寸法
L2とバネ定数との関係を示したものであり、この図か
ら、直径の残り寸法L2のバネ定数に与える効果の大き
いことがわかる。また、直径の残り寸法L2とバネ定数
との関係も比較的簡単な近似式表示が可能であることも
わかる。
【0021】図4は、本実施の形態のスプリングにおい
て、スリット底に応力集中を生じないある一定のスリッ
ト幅Wで加工するとき、すなわち梁部厚さtをパラメー
タとして、直径の残り寸法L2とバネ定数との関係を示
したものであり、スプリング高さHに対してスリット幅
Wとスリット深さL1を調整することで任意のバネ定数
が得られることを示している。すなわち、スプリング高
さHが決められても、スリット幅Wとスリット深さL1
を調整することによって任意のバネ定数を得ることがで
きる。図3と図4から、スリット深さL1をスプリング
外径(L1+L2)の55%から75%のあいだにする
のがよいことがわかる。
【0022】図5はスリット底の半径Rとスリット底に
生じる圧縮応力との関係を示す図であり、この図からス
リット底の半径Rが3mm以上であればスリット底に大
きな応力集中を生じないことがわかる。
【0023】図6は本実施の形態のスプリングの荷重−
変位線図であり、簡便な構造ながら図12に示した従来
の機械加工ハイリニアスプリングの線図と同様の良い直
線関係を示している。
【0024】図7は本実施の形態のスプリングのスリッ
トR部G1(図1(b)に図示)および最大引張り応力
を生じる対向するスリットR止まりG2(図1(b)に
図示)の荷重−応力線図である。スリットR部G1に生
じる応力は圧縮応力であり、圧縮応力と直交する方向は
ポアソン比分の引張り応力となる。従来の機械加工コイ
ルスプリングのせん断応力は図13に示したように最大
応力値と同等となっているのに対し、本実施の形態のス
プリングにおけるせん断応力は最大圧縮応力の1.3倍
の半分(65%)である。また、対向したスリットのR
止まりG2の応力値も小さく、本実施の形態のスプリン
グは金属疲労破壊しにくい形状であるといえる。
【0025】次に本発明の第2の実施の形態のスラスト
軸受けのスプリングを図8を参照して説明する。すなわ
ち、円柱形状したバネ鋼からなる柱状体に対して、軸方
向に2対の直交した平行のスリット8が機械加工や放電
加工等で形成されており、所定の熱処理を行った後、上
下端面を研削で平行加工されている。この実施の形態に
おいても、円柱の高さHに対するスリット深さL1とス
リット幅WとスリットピッチPを調整することによって
任意のバネ定数を得ることができ、スリット数を調整す
ることによってもバネ定数を変更することが可能であ
る。また、平行スリットが直交していることから面圧分
布が均一化される。
【0026】次に本発明の第3の実施の形態のスラスト
軸受けのスプリングを図9を参照して説明する。すなわ
ち、円柱形状したバネ鋼からなる柱状体に対して、軸方
向に複数箇所、スラスト力方向に一定の角度θを持つ平
行するスリット8が機械加工や放電加工等で形成されて
おり、所定の熱処理を行った後、上下端面を研削で平行
加工されている。この実施の形態においても、円柱の高
さHに対するスリット深さL1とスリット幅Wとスリッ
トピッチPを調整することにより任意のバネ定数を得る
ことができ、第1の実施の形態同様にスリット数を調整
することによってもバネ定数を変更することが可能であ
る。さらに本実施の形態においてはスリット角θを変え
ることによってもバネ定数の微調整が可能である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のスラスト
軸受けのスプリングは、バネ材からなる柱状体にスリッ
トを形成し、スリット数、スリット長さ、スリット幅、
スリットピッチ、スリット角の少なくともいずれか一つ
を調整することにより所定の値のバネ定数を得ることが
可能であり、せん断応力が小さく、従来のものとほぼ同
じ寸法で高い剛性を有するスラスト軸受けのスプリング
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のスラスト軸受けの
スプリングを示し、(a)は平面図、(b)は側面図。
【図2】上記第1の実施の形態のスラスト軸受けのスプ
リングにおける梁部板厚とバネ定数の関係を示す図。
【図3】上記第1の実施の形態のスラスト軸受けのスプ
リングにおける直径残り寸法とバネ定数の関係を示す
図。
【図4】上記第1の実施の形態のスラスト軸受けのスプ
リングにおける梁部板厚をパラメータとして直径の残り
寸法とバネ定数の関係を示す図。
【図5】上記第1の実施の形態のスラスト軸受けのスプ
リングにおけるスリット底R寸法とスリット底応力の関
係を示す図。
【図6】上記第1の実施の形態のスラスト軸受けのスプ
リングにおける荷重−変位線図。
【図7】上記第1の実施の形態のスラスト軸受けのスプ
リングにおける荷重−応力線図。
【図8】本発明の第2の実施の形態のスラスト軸受けの
スプリングを示し、(a)は平面図、(b)は側面図。
【図9】本発明の第3の実施の形態のスラスト軸受けの
スプリングを示し、(a)は平面図、(b)は側面図。
【図10】竪型回転機のスラスト軸受けの断面図。
【図11】従来のスラスト軸受けのスプリングを示し、
(a)は平面図、(b)は側面図。
【図12】従来のスラスト軸受けのスプリングの荷重−
変位線図。
【図13】従来のスラスト軸受けのスプリングの荷重−
応力線図。
【符号の説明】
1…回転軸、2…スラストカラー、3…回転板、4…ベ
アリングブラケット、5…スプリング、6…静止板、7
…油槽、8…スリット、9…梁部、C…面取り、d,d
1…スプリング外径、d2…スプリング内径、H…スプ
リング高さ、L1…スリット深さ、L2…直径の残り寸
法、P…スリットピッチ、t…梁部厚さ、W…スリット
幅、θ…スリット角。
フロントページの続き (72)発明者 柴田 千里 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 齋藤 雄二 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 3J011 AA20 BA08 KA03 MA12 NA02 3J059 AE10 BA04 BB04 GA50 5H607 AA00 BB01 BB02 BB25 CC01 DD03 DD16 GG03 GG09 GG25 JJ08 KK08 KK10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バネ材からなる柱状体の側面に前記柱状
    体の軸と直角または所定の角度をもって複数の平行なス
    リットを形成し、前記柱状体の軸に直交する端面でスラ
    スト軸受けの静止板を支持することを特徴とするスラス
    ト軸受けのスプリング。
  2. 【請求項2】 複数のスリットは相互に直交して形成さ
    れていることを特徴とする請求項1記載のスラスト軸受
    けのスプリング。
  3. 【請求項3】 スリット深さをスプリング外径の55%
    から75%としたことを特徴とする請求項1記載のスラ
    スト軸受けのスプリング。
  4. 【請求項4】 スプリング高さに対するスリット幅、ス
    リット数、スリットピッチ、スリット深さおよびスリッ
    ト角の少なくともいずれか一つを調整することによって
    所定のバネ定数を得ることを特徴とする請求項1記載の
    スラスト軸受けのスプリングの設計方法。
JP2001235008A 2001-08-02 2001-08-02 スラスト軸受けのスプリングおよびその設計方法 Pending JP2003049827A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006349178A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Sandvik Intellectual Property Ab ロールと、ロール用のスプリング
JP2012233594A (ja) * 2012-08-24 2012-11-29 Ihi Corp 回転機械支持装置とこれを用いた振動特性計測方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006349178A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Sandvik Intellectual Property Ab ロールと、ロール用のスプリング
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