JP2004270922A - オイル減衰された転がり軸受け - Google Patents

Abstract

【課題】軸受けが潤滑され冷却されることを可能とし、充分に高い圧力を生成することにより、オイル膜によって、振動が減衰されることを可能とする。
【解決手段】第１の軸（４）を第２の軸（６）に対して回転させるべく支持するターボ機関のための転がり軸受けであり、内側環状リング（１４）と外側環状リング（１６）との間に係合される複数の転がりエレメント（１２）と、外側リングと第１の軸との間の環状接触面に形成されるオイル膜（１８）と、内側リングを通過し内側レース内に通じて、それらを潤滑するダクト（３４）と、内側リングを通過し内側レースの外側に通じて、回転する第２の軸による遠心力の効果でオイル膜にオイルを供給する付加的なダクト（３８）とを具備し、外側リングは、環状空間の内側に向かって半径方向に突出する環状肩部（４２）を有し、肩部は、付加的なダクトに位置が合って開口し、オイル膜内に通じるチャンネル（４０）を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、「圧迫膜（ｓｑｕｅｅｚｅ ｆｉｌｍ）」タイプの圧力下のオイルの膜が設けられ且つ特に航空機の分野において使用することが意図された転がり軸受けに関する。

転がり軸受けは、航空機の分野では一般的に使用されている。航空機ターボ機関は、第１の軸を、該第１の軸とは同軸である第２の軸に対して、回転可能に支持するために転がり軸受けを有している。例えば、そのような軸受けは、ターボ機関の高圧力タービン軸と低圧力タービン軸との間に配置されるかもしれない。そのような軸受けは、本質的に外側および内側リングによって形成されるレース内に保持されるボールまたはローラーによって構成される。ターボ機関においては、ボール軸受けが軸方向の負荷を保持するのに一般的に使用され、そしてローラー軸受けが半径方向の負荷を保持するために用いられる。

このタイプの転がり軸受けの満足な動作を得るためには、第１に軸受けが潤滑され且つ冷却され、そして第２に軸と軸受けとの振動が減衰（ｄａｍｐ）されるのを確実にすることが必要である。

従来の方法では、軸受けのリングの間にオイルを注入することによって、軸受けが潤滑され且つ冷却される。より詳細には、オイルは、軸受けの内側リングに穿設された１つまたはそれより多くの開口部に結合されたオイル供給回路から軸受けリングの間に配給される。オイルは、それから軸受けの外側に向けて配給されまたは遠心力がかけられて、熱の伝導により軸受けによって生成された熱を取り去る。加えて、前記軸受けによって保持されているターボ機関の軸の高スピードの回転によって生じる振動を低減するために、圧力下のオイルも同一の供給回路を介して外側リングと軸受けの構造部品との間に閉じ込められる。圧力下のオイルは、それゆえ外側リングと軸受けの構造部品との間の接触面に薄膜の形態で存在し、そしてそれは振動ダンパーとしての作用を呈する。前記外側リングと前記軸受けの構造部品との間に２つの環状密封リングが介挿され、このオイル膜のサイズを規定する。

高圧力オイルによる振動減衰膜を供給することの問題が、その後２つの回転軸の間に、例えばターボ機関の低圧力のタービン軸と高圧力のタービン軸との間に、配置される転がり軸受けに生じる。そのような状況下において、従来の供給回路経由で満足できる方法でオイル膜を供給することは困難である。特に、回復スクープ、供給ダクト、およびポンプを含む供給回路で問題の軸を提供することは困難であるということが分かる。

米国特許４，６９３，６１６号明細書は、この問題に対する解決法を提案しており、その解決法は、減衰オイル膜を供給するために、軸受けの潤滑油に遠心力をかけることによって発生される圧力を用いることからなっている。この目的のために、外側リングと軸受けの構造部品との間の接触面内に通じさせるために外側リングを通して開口部が穿設される。回転する軸により生成される遠心力の効果のもとで、軸受けのリングの間に注入されたオイルはそれからオイル膜を形成するように外側リングと構造部品との間に存在する空間内へ前記開口部を経由して浸透する。

しかしながら、前記米国特許４，６９３，６１６号明細書に記述された解決法は、オイル膜内に充分に高い圧力を生成させることができず、それによってオイル膜内において充満し且つ促進されるキャビテーション現象の問題が生じる。そのような問題は、ターボ機関のタービンの能率を低下させる影響を与える。

米国特許４，６９３，６１６号明細書

それゆえ、本発明は、従来技術の欠点を緩和するように充分に高い圧力を生成することにより、軸受けが潤滑され且つ冷却されることを可能とし、そしてオイル膜によって、振動が減衰されることを可能とする構成のターボ機関のための転がり軸受けを提供する。

このために、本発明は、第１の軸を第２の軸に対して回転可能に支持するターボ機関のための転がり軸受けであって、前記第２の軸上に据え付けられた内側環状リングと前記第１の軸上に据え付けられた外側環状リングとの間に係合され、前記外側リングの内側面と前記内側リングの外側面とが、前記外側リングの内側面と前記内側リングの外側面との間に環状空間を画定する複数の転がりエレメントと、前記外側リングと前記第１の軸との間の環状接触面に形成され、少なくとも２つの環状密封リングによって横向きに画定されるオイル膜と、前記内側リングを通過する少なくとも１つのダクトであり、前記ダクトはオイル供給回路に連通し（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ）且つ前記転がりエレメントのための内側レース内に通じて（ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｕｔ）、それらを潤滑するための少なくとも１つのダクトと、前記内側リングを通過する少なくとも１つの付加的なダクトであり、前記付加的なダクトは、前記オイル供給回路に連通し且つ前記内側レースの外側に通じて、前記第２の軸の回転によって生成される遠心力の効果のもとで前記外側リングを通して前記オイル膜にオイルを供給するための少なくとも１つの付加的なダクトとを具備し、前記軸受けは、前記外側リングが、前記環状空間の内側に向かって半径方向に突出する環状肩部を含み、前記肩部は、実質的に前記付加的なダクトに位置が合って開口し且つ前記オイル膜内に通じる少なくとも１つのチャンネルを含むことを特徴とする軸受けを提供する。

前記外側リングの肩部に形成されるチャンネルの存在は、オイル膜内に高圧力を生成することを可能とし、そしてそれゆえその充填を改善し且つキャビテーション現象を制限する。好ましくは、環状肩部は、外側環状リングの半径方向の高さの少なくとも２倍である半径方向の高さを呈する。

オイル供給回路は、前記内側リングとの環状接触面内の前記第２の軸内に形成される少なくとも１つのキャビティーを含み、前記キャビティーは注入ノズルからオイルが供給され、且つ前記ダクトは前記キャビティー内に通じている。加えて、前記オイル供給回路は、その内側リングとの環状接触面内の第２の軸内に形成される付加的なキャビティーをさらに備え、前記付加的なキャビティーは、それが連通される前記キャビティーからオイルが供給され、且つ前記付加的なダクトは前記付加的なキャビティー内に通じている。

有利には、環状肩部の前記チャンネルは、前記第１の軸との環状接触面内の外側リング内に形成される均質化用（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｉｎｇ）溝を経由して前記オイル膜内に通じている。

本発明の他の特徴および利点は、低い限定性を有する実施の形態を示す添付図面を参照して与えられる次の説明から明らかになる。

図１は、ターボ機関の一部を縦断面にて示しており、前記一部は本発明の好ましい実施の形態を構成する転がり軸受けを含んでいる。

軸受け２は、ターボ機関の高圧力スプールの軸線のトラニオン（ｔｒｕｎｎｉｏｎ）である第１の軸４と、低圧力スプールの軸線のトラニオンである第２の軸６との間に配置される。第１の軸４は、締め具９を経由してターボ機関の高圧力タービン８に固着されている。他の転がり軸受け１０も、図１に示されている。この軸受けは、ターボ機関のケーシング１１に関して回転させるべく第２の軸６を支持しており、本発明の部分を形成せず、それゆえより詳細には説明していない。

軸受け２は、内側環状リング１４の内側面とレースを形成する外側環状リング１６の内側面の間に係合される複数のローラー１２によって構成されている。内側リング１４は、第２の軸６上に据え付けられる。同様にして、第１の軸４は、外側リング１６の外側面に機械的に固着される。

第２の軸６から第１の軸４に伝達される力を減衰するために、軸受けにはオイル膜１８が設けられる。この振動減衰オイル膜は、第１の軸４と外側軸受け１６の外側面との間の環状接触面に形成される。それは、第１の軸４に接触するその表面において、外側リングに機械加工されるそれぞれの溝に配置される２つの密封リング２０および２２によって横向きに画定される。

ローラー１２を潤滑し且つ冷却するために必要とされるオイルは、オイルを循環回路内に注入するノズル２４によって配給される。オイル循環回路は、オイルマニホールドの壁部２７に形成されるコレクター溝２６を有する。この溝は、潤滑オイルが図１に示される軸受け２および１０の両方に供給されることを可能とする。本発明の主題を構成する軸受け２に関して、第１のコレクター溝２６に結合される通路２８が、第２の軸６に形成され、内側リング１４と共にその環状接触面内の第２の軸内に形成される第１のキャビティー３０に通じている。この第１のキャビティー３０は、オイル流動方向におけるさらなる下流に連通しており、第２のキャビティー３２は、同様に内側リングによってその環状接触面内の第２の軸内に形成される。１つまたはそれより多くの供給ダクト３４は、軸受けの内側リング１４を通過し、第２のキャビティー３２内に、そしてローラー１２のために内側レース内に通じている。これらのダクト（それらのうちの２つは図１に見られ得る）は、このようにして軸受け２のローラーに潤滑および冷却オイルが供給されることを可能とする。

第３のオープンキャビティー３６は、オイルを導入するために設けられていてもよく、そこからオイルがオイル膜１８に導かれる。この第３のキャビティー３６は、第２の軸６と内側リング１４との間の環状接触面におけるオイルの流動方向に沿って第２のキャビティー３２より下流に配置される。付加的なダクト３８は、内側リングを通過してこの第３のキャビティー３６内にそしてローラー１２のための内側レースの外側に通じている。図１においては、単一の付加的なダクト３８のみが示されている。オイルをオイル膜へ搬送するための内側リングを通る他の通路を想定することも可能である。

本発明に従えば、軸受けの外側リング１６は、オイルを膜１８に供給するための少なくとも１つのチャンネル４０を有している。このチャンネルは、外側リング１６を通過し、内側リングに形成された付加的なダクト３８と実質的に位置合わせされて開口しており、そして外側リングと第１の軸４との間の環状接触面内の２つの密封リング２０および２２の間に通じている。より正確には、付加的なダクト３８に面するその端部において、外側リング１６は、軸受けの２つのリングの間に画定される環状空間に向けて半径方向に突出する環状肩部４２を呈している。肩部４２は、この肩部内に形成される供給チャンネル４０が付加的なダクト３８に位置合わせされて開口することが可能とするために、充分な半径方向の高さからなる。第２の軸の、与えられた回転のスピードのために、膜内に発生する圧力は、付加的なダクトとチャンネルの上流端部との間の距離の関数として変動する。それゆえ、ターボ機関がフルスピードよりも低速で運転されているとき、すなわち先行技術の減衰された軸受けにおける２バールに比べて約６バールの圧力であるとき、オイル膜内に適切に高い圧力を発生させるために、ヘッドの高さｈ（肩部４２の半径方向の高さによって定義される）は、有利には、先行技術の減衰された軸受けのヘッドの高さ（軸受けの外側リングの半径方向の高さによって定義される）よりも少なくとも２倍、好ましくは３倍大きい。

本発明の有利な特徴によれば、２つの密封リング２０および２２によって定義される環状空間全体にわたってオイルを一層容易に配給させるため、供給チャンネル４０は第１の軸とのその環状接触面内の外側リング内に形成されている均質化溝４４を経由してオイル膜に通じている。

本発明の軸受けがどのように動作するか、そしてより詳細には、ローラーを潤滑および冷却し、そしてオイル膜に供給されるオイルがどのように循環するかについての説明が続く。

オイルは、ノズル２４によってコレクター溝２６に注入される。その後、第１のキャビティー３０内に浸透するのに先立ち第２の軸６に形成される通路２８を通過し、その後第２のキャビティー３２内に浸透する。この位置において、オイルは、２つの別々の回路の間に分配される。まず第１に、第２の軸の回転によって生成される遠心力の効果によってオイルは、ローラー１２を冷却し且つ潤滑するためにダクト３４を経由して内側のリング１４を通過する。そして、第２にオイルは第３のキャビティー３６に浸透し、付加的なダクト３８を経由して内側リングを通過して、依然として遠心力効果のもとで、圧力下のオイルによって振動を減衰することに役立つオイル膜１８を供給するように、外側リングの肩部４２に形成される供給チャンネル４０内に浸透する。

軸受けの２つのリングの間に画定される環状空間に向けて半径方向に突出する外側リング上の肩部４２の存在は、先行技術による減衰された転がり軸受けによって得られるものよりもはるかに大きい圧力をオイル膜１８内に得ることを可能とする。図２は、このかなりの相違を明確に示している。図において、曲線１００および１０２は、それぞれ先行技術の軸受けおよび本発明の軸受けについて、（ターボ機関の低圧力スプールの軸線のトラニオンに対応する）第２の軸の回転のスピードの関数としてのオイル膜内に生成されるオイルの圧力を示している。それゆえ、第２の軸が、毎分約１０，０００回転（ｒｐｍ）のスピードで回転するとき、例えば従来の軸受けがオイル膜内に得られるべき約３バールの圧力を可能とするとき、本発明の軸受けは、同一スピードにおいて８バール近くの圧力を発生する。そのようなオイル膜における圧力は、キャビテーション現象を制限し、それ故、従来の減衰された軸受けよりもより効果的な振動減衰を得ることを可能とする。

図１は、本発明の転がり軸受けを含むターボ機関の一部の概略的な縦断面図である。 図２は、一方は先行技術の軸受けについての、そして他方は本発明の軸受けについての、スピードの関数としての圧力の２つの曲線をプロットしているグラフである。

符号の説明

２、１０ 転がり軸受け
４ 第１の軸
６ 第２の軸
８ 高圧力タービン
９ 締め具
１１ ケーシング
１２ ローラー
１４ 内側環状リング
１６ 外側環状リング
１８ オイル膜
２０、２２ 密封リング
２４ ノズル
２６ コレクター溝
２７ 壁部
２８ 通路
３０ 第１のキャビティー
３２ 第２のキャビティー
３４ ダクト
３６ 第３のキャビティー
３８ 付加的なダクト
４０ 供給チャンネル
４２ 環状肩部
４４ 溝
１００、１０２ 曲線

Claims (6)

1. 第１の軸（４）を第２の軸（６）に対して回転可能に支持するターボ機関のための転がり軸受けであって、
   前記第２の軸上に据え付けられた内側環状リング（１４）と前記第１の軸上に据え付けられた外側環状リング（１６）との間に係合され、前記外側リングの内側面と前記内側リングの外側面とが、前記外側リングの内側面と前記内側リングの外側面との間に環状空間を画定する複数の転がりエレメント（１２）と、
   前記外側リングと前記第１の軸との間の環状接触面に形成され、少なくとも２つの環状密封リング（２０、２２）によって横向きに画定されるオイル膜（１８）と、
   前記内側リングを通過する少なくとも１つのダクトであり、前記ダクトはオイル供給回路に連通し且つ前記転がりエレメントのための内側レース内に通じて、それらを潤滑するための少なくとも１つのダクト（３４）と、
   前記内側リングを通過する少なくとも１つの付加的なダクトであり、前記付加的なダクトは、前記オイル供給回路に連通し且つ前記内側レースの外側に通じて、前記第２の軸の回転によって生成される遠心力の効果のもとで前記外側リングを通して前記オイル膜にオイルを供給するための少なくとも１つの付加的なダクト（３８）とを具備し、
   前記軸受けは、前記外側リングが、前記環状空間の内側に向かって半径方向に突出する環状肩部（４２）を含み、前記肩部は、実質的に前記付加的なダクトに位置が合って開口し且つ前記オイル膜内に通じる少なくとも１つのチャンネル（４０）を含むことを特徴とする、軸受け。
2. 前記環状肩部（４２）は、前記外側環状リング（１６）の半径方向の高さの少なくとも２倍の半径方向の高さを呈することを特徴とする、請求項１に記載の軸受け。
3. 前記オイル供給回路は、前記内側リング（１４）との環状接触面内の前記第２の軸（６）内に形成される少なくとも１つのキャビティー（３０、３２）を含み、前記少なくとも１つのキャビティーは注入ノズル（２４）からオイルが供給され、且つ前記少なくとも１つのダクトは前記少なくとも１つのキャビティー内に通じていることを特徴とする、請求項１または２に記載の軸受け。
4. 前記オイル供給回路は、その内側リング（１４）との環状接触面内の第２の軸（６）内に形成される付加的なキャビティー（３６）をさらに備え、前記付加的なキャビティーは、それが連通される前記少なくとも１つのキャビティー（３０、３２）からオイルが供給され、且つ前記少なくとも１つの付加的なダクトは前記少なくとも１つの付加的なキャビティー内に通じていることを特徴とする、請求項３に記載の軸受け。
5. 環状肩部（４２）の前記少なくとも１つのチャンネル（４０）は、前記第１の軸（４）との環状接触面内の外側リング（１６）内に形成される均質化用溝（４４）を経由して前記オイル膜（１８）内に通じていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の軸受け。
6. 前記第１の軸（４）は、ターボ機関の高圧力スプールの軸線のトラニオンであり、そして前記第２の軸（６）は、ターボ機関の低圧力スプールの軸線のトラニオンであって、転がりエレメント（１２）は、ローラーであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の軸受け。

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