JP2009092155A - Shaft support device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、軸とハウジングとの間に円筒ころ軸受を組み込む軸支持装置に関し、特に、予圧の調整を外輪とハウジングの間で行うことに関する。 The present invention relates to a shaft support device that incorporates a cylindrical roller bearing between a shaft and a housing, and more particularly, to adjusting a preload between an outer ring and a housing.
円筒ころ軸受を高速・軽荷重の条件下で運転すると、円筒ころと内輪軌道面との間で相対的な滑り(スキッディング)が生じ、その結果、内輪軌道面やころ転動面にスミアリング損傷が発生する場合がある。 When cylindrical roller bearings are operated under conditions of high speed and light load, relative sliding (skidding) occurs between the cylindrical rollers and the inner ring raceway surface. As a result, smearing occurs on the inner ring raceway surface and roller rolling surface. Damage may occur.
そこで、上記のスミアリング損傷を防止するべく、運転条件、軸受寿命等を考慮し、円筒ころ軸受にラジアル方向の予圧を与えたり、軌道面やころ転動面にクラウニングを形成して接触面圧を高くしたりすることが行われている。 Therefore, in order to prevent the above smearing damage, considering the operating conditions, bearing life, etc., contact surface pressure is applied by applying radial preload to the cylindrical roller bearing or by forming crowning on the raceway surface and roller rolling surface. Or raising it.
従来、外輪の軌道面を楕円形状に形成したり、三角形状に形成したりすることで、円筒ころ軸受のラジアルすきまを部分的に負に設定したものがある(例えば、特許文献1)。これらのように、ラジアルすきまを負に設定した部分を設けると、その部分を円筒ころが通過することで予圧が与えられ、これにより、スキッディングが防止されるので、スミアリング損傷を防止することができる。
また、円筒ころ軸受は、ジェットエンジンや発電用ガスタービンに代表されるガスタービンエンジンの主軸支持に適用されることが多い。この種のガスタービンエンジンは、軸、タービンブレード等の高速回転体を有するため、各部品の質量差が回転時にアンバランスを生じさせる。また、主軸は、細長いため、軸の複雑な曲がりも発生する。それらエンジンの主軸系の回転によって生じる振動(荷重及び変位)は、主軸より剛性が高い部品から構成される軸受部分にそのまま伝わる。そのような振動は、軸受寿命を短命にするといった不具合を招く。 Cylindrical roller bearings are often applied to the main shaft support of gas turbine engines typified by jet engines and power generation gas turbines. Since this type of gas turbine engine has a high-speed rotating body such as a shaft and a turbine blade, a mass difference between components causes an unbalance during rotation. In addition, since the main shaft is elongated, complicated bending of the shaft also occurs. The vibration (load and displacement) generated by the rotation of the main shaft system of the engine is transmitted as it is to the bearing portion composed of parts having higher rigidity than the main shaft. Such vibration leads to problems such as shortening the bearing life.
しかしながら、外輪の軌道面等を楕円形状や三角形状に形成した円筒ころ軸受は、真円のハウジング内径に非真円の外輪を焼きばめするので、組み立てに手間がかかる。
また、クラウニングを形成して接触面圧を高める場合は、形状が個別の装置ごとに決定されるので、幅広い使用条件でスミアリング損傷の防止を図ることができない。
However, the cylindrical roller bearing in which the outer ring raceway surface or the like is formed in an elliptical shape or a triangular shape is troublesome to assemble because the non-round outer ring is shrink-fitted on the inner diameter of the perfect housing.
Further, when the contact surface pressure is increased by forming the crowning, since the shape is determined for each individual device, smearing damage cannot be prevented under a wide range of usage conditions.
この発明が解決しようとする課題は、高速回転・軽荷重など幅広い使用条件でスミアリング損傷の防止を図ると共に、軸支持装置の組み立てを容易にすることである。 The problem to be solved by the present invention is to prevent smearing damage under a wide range of usage conditions such as high-speed rotation and light load, and to facilitate the assembly of the shaft support device.
上記課題を解決するために、回転軸とハウジングとの間に円筒ころ軸受を組み込む軸支持装置において、前記ハウジングの内径面と前記円筒ころ軸受の外輪の外径面とに、アキシアル方向に沿った凹部を前記円筒ころ軸受を組み込んだ状態で向き合うように形成し、それら向き合う凹部間に挿入する予圧調整部品を備え、その予圧調整部品の挿入部分を、アキシアル方向の軸線回りの回転角に応じてラジアル寸法が増大する領域を有するラジアル断面形状とし、前記予圧調整部品を前記軸線回りに回転させることにより、前記向き合う凹部間に介在した状態で前記外輪を内径側に圧迫して前記円筒ころ軸受のラジアルすきまを負側に増大させ、その増大させた状態で前記予圧調整部品を回り止めした。 In order to solve the above problems, in a shaft support device incorporating a cylindrical roller bearing between a rotating shaft and a housing, the inner diameter surface of the housing and the outer diameter surface of the outer ring of the cylindrical roller bearing are aligned along the axial direction. The concave portion is formed so as to face each other with the cylindrical roller bearing incorporated therein, and includes a preload adjusting component that is inserted between the facing concave portions, and the insertion portion of the preload adjusting component is set according to the rotation angle about the axis in the axial direction. A radial cross-sectional shape having a region in which a radial dimension increases, and by rotating the preload adjusting component around the axis, the outer ring is pressed toward the inner diameter side while being interposed between the facing recesses, and the cylindrical roller bearing The radial clearance was increased to the negative side, and the preload adjusting component was prevented from rotating in the increased state.
このようにすると、凹部間において、ハウジングと外輪の間のラジアルすきまが負になっているので、スキッディングを防止できると共に、外輪をハウジングに焼きばめする必要がなく、組み立てが容易である。
また、予圧調整部品の凹部間に挿入する部分のラジアル断面におけるラジアル寸法を適宜に変更するだけで、高速回転・軽荷重などの使用条件に応じた所望の予圧を与えることができる。
また、単に予圧調整部品を凹部間に挿入して回転させることにより、ラジアルすきまを負側に増大させられる。それ故、予圧調整部品を凹部間に圧入するのみで、ラジアルすきまを負に変化させる場合と比べて、小さな圧入力で挿入したり、圧入を避けたりすることができる。
また、予圧調整部品は、円筒ころ軸受のラジアルすきまを負側に増大させた状態からアキシアル方向の軸線回りに回転しない。
In this way, since the radial clearance between the housing and the outer ring is negative between the recesses, it is possible to prevent skidding, and it is not necessary to shrink-fit the outer ring into the housing, and assembly is easy.
Moreover, the desired preload according to use conditions, such as a high-speed rotation and a light load, can be given only by changing suitably the radial dimension in the radial cross section of the part inserted between the recessed parts of a preload adjustment component.
In addition, the radial clearance can be increased to the negative side simply by inserting the preload adjusting component between the recesses and rotating it. Therefore, only by press-fitting the preload adjusting part between the recesses, it is possible to insert with a small pressure input or to avoid press-fitting as compared with the case where the radial clearance is changed negatively.
Further, the preload adjusting component does not rotate around the axial line from the state in which the radial clearance of the cylindrical roller bearing is increased to the negative side.
また、前記凹部のラジアル断面を弧状に形成すれば、予圧調整部品を回転させたときの回転抵抗が小さくなるので、予圧調整部品を容易に回転させることができる。 Further, if the radial cross section of the concave portion is formed in an arc shape, the rotational resistance when the preload adjusting component is rotated becomes small, and therefore the preload adjusting component can be easily rotated.
また、予圧調整部品の挿入部分のラジアル断面を、弧状に形成することもできる。このようにすると、予圧調整部品を回転させたときの回転抵抗が小さくなるので、予圧調整部品を容易に回転させることができる。凹部と予圧調整部品の両方のラジアル断面を弧状に形成すると、予圧調整部品をさらに容易に回転させることができる。 Moreover, the radial cross section of the insertion part of a preload adjustment component can also be formed in an arc shape. If it does in this way, since rotation resistance when rotating a preload adjustment part becomes small, a preload adjustment part can be rotated easily. If the radial cross sections of both the recess and the preload adjusting part are formed in an arc shape, the preload adjusting part can be rotated more easily.
また、前記予圧調整部品に、前記凹部間に挿入した状態でその凹部間からアキシアル方向に突出する把持部を設ければ、レンチなどの工具で把持部を摘むことができるので、予圧調整部品を軸回りに回転させ易い。 Further, if the preload adjusting component is provided with a gripping portion that protrudes in the axial direction from between the concave portions while being inserted between the concave portions, the gripping portion can be picked with a tool such as a wrench. Easy to rotate around the axis.
また、前記把持部に、アキシアル方向に並行な2面を設ければ、レンチなどの工具で並行な2面を摘んで、より大きな回転トルクを付与することができる。 Further, if two surfaces parallel to the axial direction are provided on the grip portion, the two parallel surfaces can be picked with a tool such as a wrench to give a larger rotational torque.
予圧調整部品の挿入部分に、前記凹部間に非接触で挿入可能な小径領域と、前記回転により前記凹部間に介在して外輪を内径側に圧迫する大径領域とを形成することができる。
このようにすると、小径領域を用いて予圧調整部品を凹部間に圧入せずに挿入することができるので、予圧調整部品を凹部間に介在させ易くなり、予圧調整部品の挿入後、回転により、大径領域で外輪を内径側に圧迫して円筒ころ軸受のラジアルすきまを負に変化させることができる。
A small-diameter region that can be inserted between the recesses in a non-contact manner and a large-diameter region that is interposed between the recesses and presses the outer ring toward the inner diameter side can be formed in the insertion portion of the preload adjusting component.
In this way, since the preload adjusting component can be inserted without being pressed between the recesses using the small diameter region, the preload adjusting component is easily interposed between the recesses, and after inserting the preload adjusting component, by rotation, The radial clearance of the cylindrical roller bearing can be changed negatively by pressing the outer ring toward the inner diameter side in the large diameter region.
また、互いに向き合う前記凹部を、前記外輪の外径面と前記ハウジングの内径面に複数設け、それらの凹部を周方向に一定の間隔をおいて配置すれば、周方向に均等に予圧が与えられるので、軸の回転時にバランスがよい。 In addition, if a plurality of the recesses facing each other are provided on the outer diameter surface of the outer ring and the inner diameter surface of the housing, and the recesses are arranged at a certain interval in the circumferential direction, a preload is equally applied in the circumferential direction. Therefore, the balance is good when the shaft rotates.
また、前記回り止めは、前記凹部間に残っている空隙にピンを圧入し、そのピンと前記予圧調整部品と凹部との接触により、その予圧調整部品を回り止めするものを採用することができる。
このように、ピンの抜け止めを、予圧調整部品と凹部間への圧入により行なうと別途の抜け止め作業が生じない。
Further, as the detent, it is possible to adopt a method in which a pin is press-fitted into the gap remaining between the recesses, and the preload adjusting component is detented by contact between the pin, the preload adjusting component and the recess.
As described above, when the pin is prevented from being detached by press-fitting between the preload adjusting part and the recess, no separate retaining operation is required.
また、前記ハウジングのアキシアル方向の一端側外径面にフランジを設け、他端側内径面に凹部を形成し、その凹部と前記フランジの間に、ハウジングをラジアル方向に貫通する孔を周方向に一定の間隔をおいて複数形成したものを用い、前記ハウジングの外径面のうち、前記凹部の外径側に位置する部分に、振動を減衰させるスクイズフィルムダンパを設けた構成を採用することができる。
このように孔を形成すると、振動に伴う外輪のラジアル変位を、前記孔からなるばね系により吸収することができる。また、スクイズフィルムダンパを設けた構成を採用すると、ばね系の減衰を図ることができる。
In addition, a flange is provided on the outer diameter surface on one end side in the axial direction of the housing, a recess is formed on the inner diameter surface on the other end side, and a hole penetrating the housing in the radial direction is provided between the recess and the flange in the circumferential direction. It is possible to employ a configuration in which a plurality of squeeze film dampers for attenuating vibration are provided in a portion located on the outer diameter side of the concave portion of the outer diameter surface of the housing, using a plurality formed at a constant interval. it can.
When the hole is formed in this way, radial displacement of the outer ring due to vibration can be absorbed by the spring system including the hole. Moreover, if the structure provided with the squeeze film damper is employed, the spring system can be damped.
以上のように、この発明によれば、ハウジングの内径面と外輪の外径面に互いに向き合う凹部を形成し、その凹部間に予圧調整部品を介在させて、ハウジングと外輪との間のラジアルすきまを負にしているので、スキッディングが防止される結果、スミアリング損傷を防止することができる。また、外輪をハウジングに焼きばめする必要がなく、組み立てが容易である。
また、この発明によれば、前記予圧調整部品の挿入部分のラジアル断面におけるラジアル寸法を適宜に変更するだけで、高速回転・軽荷重などの使用条件に応じた所望の予圧を与えることができる。
As described above, according to the present invention, the inner surface of the housing and the outer surface of the outer ring are formed with recesses facing each other, and a preload adjusting component is interposed between the recesses, thereby providing a radial clearance between the housing and the outer ring. Therefore, smudling damage can be prevented as a result of preventing skidding. Further, it is not necessary to shrink fit the outer ring on the housing, and assembly is easy.
In addition, according to the present invention, a desired preload according to use conditions such as high-speed rotation and light load can be applied only by appropriately changing the radial dimension in the radial section of the insertion portion of the preload adjusting component.
以下、この発明の実施形態に係る軸支持装置を添付図面に基づいて説明する。図1は、この発明の実施形態である軸支持装置の全体構成を示す縦断側面図である。図2は、図1をアキシアル平面で切断した部分拡大断面図である。図1、図2に示すように、この実施形態に係る軸支持装置は、ハウジング1の内径面1aと円筒ころ軸受の外輪2の外径面2aとに、互いに向き合って軸方向に延びる凹部1b、2bを形成し、その凹部1b、2b間に挿入する予圧調整部品3、3を設けたものである。
Hereinafter, a shaft support device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a longitudinal side view showing an overall configuration of a shaft support device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of FIG. 1 cut along an axial plane. As shown in FIGS. 1 and 2, the shaft support device according to this embodiment includes a
ハウジング1は、筒状に形成されている。ハウジング1のアキシアル方向の一端側外径面1cにはフランジ4が設けられており、フランジ4にボルトやナットなどで固定部材に取り付けることができるようになっている。ハウジング1の他端側内径面1aには肩5が設けられており、その肩5よりも他端側に凹部1bが形成されている。
肩5とフランジ4の間には、ハウジング1をラジアル方向に貫通する長円孔6が周方向に一定の間隔をおいて複数形成されている。これにより、振動に伴う外輪2のラジアル変位を、長円孔6から構成されるばね系によって吸収することができる。
The housing 1 is formed in a cylindrical shape. A flange 4 is provided on the
Between the
また、ハウジング1の外径面1cのうち、凹部1bの外径側に位置する部分に円周溝7,7が形成され、その円周溝7,7にはリング8,8が嵌合されている。リング8,8の外径側には、粘性をもった非圧縮性の油を供給する供給装置9が固定されており、その供給装置9により、供給装置9とリング8,8とで形成されるダンパ隙間10に前記油が満たされる。これにより、ダンパ隙間10を増減させる方向の相対速度に応じ振動に対する減衰力を発生させるスクイズフィルムダンパが構成される。
Further,
外輪2は、ハウジング1に対してすきま嵌めされ、内輪11は、軸(図示せず)に対して固定されている。すなわち、この実施形態は、軸とハウジング1との間に円筒ころ軸受を組み込む軸支持装置であり、内輪回転方式に設けられている。なお、外輪2と内輪11との間に、複数の円筒ころ6が保持器12で周方向間隔に等配されている。
The
ハウジング1側と外輪2側の互いに向き合う凹部1b、2bが周方向の二箇所で均等配置されている。凹部1b、2bのラジアル断面は、楕円弧状を呈する溝に形成されている。ハウジング1側の凹部1bは、アキシアル方向の一端が開放されており、予圧調整部品3を凹部1b、2b間にアキシアル方向から挿入することができる。予圧調整部品3を凹部1b、2b間に挿入すると、予圧調整部品3は肩5に突き当たった状態となる。
The
また、予圧調整部品3は、肩5に突き当たった状態で、把持部13が凹部1b、2b間からアキシアル方向に突出している。これは、レンチなどの工具で把持部13を摘むことができるようにするためである。把持部13には、図3に示すように、アキシアル方向に並行な2面13a,13bが設けられており、レンチなどの工具で並行な2面を摘むことにより、大きな回転トルクを付与することができるようになっている。一方、予圧調整部品3の挿入部分のラジアル断面は楕円形状に形成されている。
Further, in the state where the
図4に予圧調整部品3を凹部1b、2b間に挿入した状態を実線で示し、挿入した予圧調整部品3をアキシアル方向の軸線回りに90度回転させた状態を2点鎖線で示す。予圧調整部品3の挿入部分のラジアル断面における長軸寸法が、ハウジング1側の凹部1bの溝深さDHと、外輪2側の凹部2bの溝深さDOと、ハウジング1と外輪2の間のラジアルすきまの半分COHと、予め設定された予圧量寸法PLD(PLD1+PLD2)とを和した値となっている。そのため、予圧調整部品3は、長軸がラジアル方向に向いた状態で、凹部1b、2b間に介在し、外輪2を内径側に圧迫して円筒ころ軸受のラジアルすきまを負にすることができる。
FIG. 4 shows a state in which the
一方、予圧調整部品3の挿入部分のラジアル断面における短軸寸法が、ハウジング1側の凹部1bの溝深さDHと、外輪2側の凹部2bの溝深さDOと、ハウジング1と外輪2の間のラジアルすきまの半分COHとを、和した値よりも小さい値となっているので、予圧調整部品3を凹部1b、2b間に圧入せずに挿入することができる。そのため、予圧調整部品3を圧入せずに挿入したあと、その予圧調整部品3をアキシアル方向の軸回りに90度回転させる間、その挿入部分の回転角に応じて凹部1b,2b間に対するラジアル寸法が増大し、これに伴い、凹部1b、2b間に介在させて、外輪2を内径側に圧迫し、円筒ころ軸受のラジアルすきまを負に変化させることができる。
On the other hand, the minor axis dimension in the radial cross section of the insertion portion of the
予圧量寸法PLDは、予圧調整部品3をアキシアル方向の軸回りに90度回転させた際に、ハウジング1及び外輪2が径方向に変形し、軸受のラジアルすきまが0以下、即ち負のラジアルすきまになる値である。なお、この負のラジアルすきまの設定値は計算や実験により求められる。
The preload amount dimension PLD is such that when the
上記構成を有する軸支持装置は、軸とハウジング1との間に組み込む円筒ころ軸受に予圧を次のように与えることができる。まず、凹部1b、2b間の隙間がアキシアル方向に開放されているので、アキシアル方向から予圧調整部品3を挿入する(図4実線)。挿入後、レンチなどの工具で把持部13を摘み、図4に示す2点鎖線のように、アキシアル方向の軸線回りに90度回転させて、凹部1b、2b間に予圧調整部品3を介在させる。これにより、外輪2は、内側に圧迫されて円筒ころ軸受のラジアルすきまが負に変化させられる。このとき、圧迫箇所が周方向二箇所の均等配置であるため、図1に示すように、外輪2の軌道面2cが、全体として楕円状に変形させられる。
The shaft support device having the above configuration can apply a preload to the cylindrical roller bearing incorporated between the shaft and the housing 1 as follows. First, since the gap between the
図5に示すように、予圧調整部品3を90度回転させた状態で凹部1b、2b間に残っている空間に、ピン14,14が、予圧調整部品3を周方向の両側から挟むように圧入されている。ピン14,14は、両凹部1b、2bと予圧調整部品3との接触により、予圧調整部品3を回り止めしている。
このように、ピン14の抜け止めを、予圧調整部品3と凹部1b、2b間への圧入により行なうと別途の抜け止め作業が生じない。
As shown in FIG. 5, the
In this way, if the
この軸支持装置は、ハウジング1の内径面1aと外輪2の外径面2aに互いに向き合う凹部1b,2bを形成し、その凹部1b,2b間に予圧調整部品3を介在させることにより、ラジアルすきまを負側に増大しているので、スキッディングが防止される結果、スミアリング損傷を防止することができる。また、外輪2をハウジング1に焼きばめする必要がなく、組み立てが容易である。
In this shaft support device, the
この軸支持装置は、高速回転・軽荷重などの使用条件を考慮して、予圧調整部品3の凹部1b、2b間に挿入する部分のラジアル断面における長軸寸法を適宜に変更すれば、所望の予圧を与えることができる。
This shaft support device takes into account use conditions such as high-speed rotation and light load, and can be obtained by appropriately changing the major axis dimension in the radial cross section of the portion inserted between the
上記実施形態では、予圧調整部品3を、凹部1b、2b間に圧入せずに挿入した状態で軸回りに90度回転させることにより、円筒ころ軸受のラジアルすきまを負に変化させたが、予圧調整部品3を、凹部1b、2b間に圧入により介在させた状態でアキシアル方向の軸線回りに回転させて、円筒ころ軸受のラジアルすきまを負側に増大させてもよい。
In the above embodiment, the radial clearance of the cylindrical roller bearing is changed negatively by rotating the
上記実施形態では、予圧調整部品3の挿入部分のラジアル断面を楕円形状としたが、予圧調整部品の挿入部分を、アキシアル方向の軸線回りの回転角に応じてラジアル寸法が増大する領域を有するラジアル断面形状とすれば足りる。例えば、ラジアル断面形状を、方形や多角形とする場合がある。
In the above embodiment, the radial cross section of the insertion portion of the
上記実施形態では、凹部1b、2bのラジアル断面を楕円弧状としたが、これに限定されるものではなく、凹部のラジアル断面は弧状であれば足りる。また、上記実施形態では、予圧調整部品3は、90度回転させた状態で両凹部1b、2bと点接触しているが、図6に示すように、予圧調整部品3を90度回転させたときに、予圧調整部品3の長軸方向の一端が嵌まり込む溝を外輪2側の凹部2bに形成してもよい。このようにすると、凹部のラジアル断面を単に弧状としたものと比べて、予圧調整部品3が回転しにくい。
In the said embodiment, although the radial cross section of the recessed
上記実施形態では、予圧調整部品3の挿入部分のラジアル断面を楕円形状としたが、楕円形状に限定されるものではなく、予圧調整部品の凹部間に挿入する部分のラジアル断面は、円弧などの弧状に形成されていればよい。
In the above embodiment, the radial cross section of the insertion portion of the
上記実施形態では、把持部13をI字型に形成したが、L字型(図3(d)参照)やT字型にしてもよい。L字型やT字型に形成すると、I字型に比べて、把持部13がラジアル方向に長いので、より大きな回転トルクを付与することができる。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、アキシアル方向に並行な2面13a,13bを形成して把持部13を構成したが、アキシアル方向に並行な2面を2つ、3つ形成してもよい。このとき、把持部の形状は、4角形状、6角形状となる。要は、アキシアル方向に並行な2面が少なくとも1つあればよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、予圧調整部品3を挿入した状態で、把持部13を凹部1b、2b間からアキシアル方向に突出させたが、把持部をアキシアル方向に突出させていなくてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、予圧調整部品3を周方向二箇所に均等配置したが、予圧調整部品3を介在させる個数は、スミアリング損傷を防止することができる限り、予圧調整部品3を周方向に少なくとも一箇所に介在させればよい。
例えば、予圧調整部品3を介在させる個数を3個とし、これらを周方向に等配(軸心回りで120°間隔)にすれば、外輪2の軌道面2cは、三角形状に変形させられる。
In the above embodiment, the
For example, if the number of the
なお、上記実施形態ではNU型円筒ころ軸受を例示しているが、N型円筒ころ軸受あるいはそれ以外の形式の円筒ころ軸受にも適用できる。 Although the NU type cylindrical roller bearing is illustrated in the above embodiment, the present invention can also be applied to an N type cylindrical roller bearing or other types of cylindrical roller bearings.
1 ハウジング
1a 内径面
1b,2b 凹部
1c,2a 外径面
2 外輪
3 予圧調整部品
4 フランジ
5 肩
6 長円孔
13 把持部
13a,13b 並行な2面
14 ピン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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