JP6332919B2 - ティルティングパッド軸受装置 - Google Patents
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Description
回転軸の周囲に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受パッドと、
前記複数の軸受パッドとこれら軸受パッドを支持する軸受ハウジングとの間に介在され、各軸受パッドを揺動可能に支持する支持部材と、
前記複数の軸受パッドのうちの1個以上の軸受パッドの軸受面に形成された少なくとも1個の油溝に潤滑油を供給するように構成された給油機構とを備えたティルティングパッド軸受装置であって、
前記支持部材は、前記1個以上の軸受パッドの前記回転軸の回転方向における中央位置に対し、前記回転軸の回転方向上流側又は回転方向下流側にオフセットして配置され、
前記回転軸の周方向における各々の前記油溝の中心位置を該油溝の開口面積で重み付けした前記少なくとも1個の油溝の加重平均位置が、前記支持部材の配置位置に対して、前記中央位置を基準とした前記支持部材のオフセット方向にずれていることを特徴とする。
上記ティルティングパッド軸受装置では、各々の油溝の中心位置xiを油溝の開口面積Siで重み付けした油溝の加重平均位置が支持部材の配置位置に対して支持部材のオフセット方向にずれるようにしたので、支持部材がオフセットされていても、オフセット側の軸受パッド端部と回転軸の外周面との隙間が、オフセットした方向とは反対側の軸受パッド端部と回転軸の外周面との隙間より小さくなることを抑制できる。よって、回転軸の回転開始時又は低速回転時に、回転軸が傾くことを抑制し、回転軸と軸受パッドが接触することを防止できる。
各油溝は、それぞれ、連通した1つの空間によって形成されるので、油溝内はいずれの位置も同一の圧力となる。したがって、異なる等圧線にまたがるように油溝を形成した場合、回転軸の回転時に油溝内の圧力が均一化して動圧軸受としての機能が損なわれる可能性がある。そこで、上記実施形態のように、各油溝をそれぞれ等圧線に沿って設けることによって、各等圧線位置における油溝内の圧力を維持し、動圧軸受としての機能を良好に保てる。
上記実施形態によれば、第1油溝に連通する第1給油路と、第2油溝に連通する第2給油路とが、少なくとも回転軸の回転時に互いに異なる圧力に維持可能に別系統として設けられている。これにより、異なる等圧線(第1等圧線と第2等圧線)に沿って設けられる第1油溝および第2油溝の圧力が、回転軸の定格回転時において均一化されることを回避でき、動圧軸受としての機能を良好に保持できる。
このように、同一の等圧線に沿って設けられる複数個の油溝については給油路が互いに連通する構成を採用すれば、給油路やバルブ等の給油機構の構成を簡素化することもできる。
回転軸の回転開始時又は低速回転時のようにJOP機構を作動させる場合には各バルブの開度を調節することによって各油溝への潤滑油の供給量を調整可能であり、一方、回転軸の定格回転時のように軸受面へ潤滑油を供給しない場合には、各バルブで油路を遮断することによって油路からの潤滑油の漏出を防止可能であるため、軸受面の油膜圧を適切に保持できる。
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るティルティングパッド軸受装置10の全体的な概略構成について説明する。なお、図1は本発明の第1実施形態に係る軸受装置の全体構成図である。
なお、油溝36の菱形形状の周方向の回転上流側の頂点部36aは、後述する図3中の直線G2を跨る位置に配置することが好ましい。
図2は本発明の第1実施形態における軸受パッドの断面図である。図3は本発明の第1実施形態における軸受パッドの軸受面の展開図である。図4は油溝の加重平均位置を説明するための図である。なお、図3は、曲率を有する軸受パッド14を平面上に展開した図である。
図2において、G1は、回転軸15の中心とピボット38の支持点を通る直線である。図3において、Cは、回転軸15の回転方向における軸受パッド14(軸受面14a)の中央位置を通る直線である。この中央位置Cは回転軸15の軸線に平行である。G2は、ピボット38による軸受パッド14の支持点を通り、回転軸15の軸線と平行な直線である。矢印aは回転軸15の軸方向を示す。また、図3及び図4において、回転軸15の回転方向をx軸とし、ピボット38の支持点(支持部材の配置位置)を通る直線G2の位置をxG=0に設定する。さらに、ピボット38の支持点を通る直線G2よりも回転方向下流側(図3及び図4では右側)を正の向き、直線G2よりも回転方向上流側(図3及び図4では左側)を負の向きとしている。
図示しないが、他の実施形態では、ピボット38が、回転軸15の中央位置Cより回転方向上流側にオフセットされて配置される。この場合、油溝37a及び油溝37bの加重平均位置がピボット38の支持点を通る直線G2よりも回転方向上流側にずれるように油溝37a及び油溝37bがそれぞれ形成される。
次に、本発明の第2実施形態を図5及び図6により説明する。図5は本発明の第2実施形態における軸受パッドの軸受面の展開図である。図6は本発明の第2実施形態における油膜圧分布図である。
図5に示すように、本実施形態では、軸受パッド14に2個の給油口40a及び40bが設けられている。給油口40a及び40bには、夫々油溝42a及び42bが連通している。給油口40aは、軸受パッド14に形成された給油路44a及び給油路46aを介して、高圧潤滑油を給油口40a及び40bに供給するポンプ50に接続されている。給油口40bは、軸受パッド14に形成された給油路44b及び給油路46bを介してポンプ50に接続されている。給油路46a及び46bには、夫々バルブ(流量調整弁48a及び48b)が設けられている。油溝42a及び42bは、菱形形状を有し、軸方向(矢印a方向)に離れた位置で互いに独立して形成されている。
なお、油溝42a及び42bの菱形形状の周方向の回転上流側の頂点部42cは、図4中の直線G2を跨る位置にすることが好ましい。
給油機構は、ポンプ50から給油路46a、46b及び給油路44a、44bを経由して給油口40a、40bに潤滑油を供給する構成となっている。このとき、バルブ48a、48bで給油路46a、46bを流れる潤滑油oの圧力を別々に調整できる。本実施形態によれば、第1実施形態で得られる作用効果に加えて、回転軸15の軸方向で偏当りが生じたとき、偏当りが生じた領域の油溝へ供給する潤滑油量を多くし、油膜圧を高くすることで、偏当りをなくすことができる。
次に、本発明の第3実施形態を図7及び図8に基づいて説明する。図7は本発明の第3実施形態に係る軸受パッドの軸受面の展開図である。図8(A)は第1実施形態に係る油溝の油膜圧分布を示す線図であり、(B)は、第3実施形態に係る油溝の油膜圧分布を示す線図である。
回転軸15の高速回転時、軸受パッド14の軸受面14aに開口した給油口への潤滑油の供給は停止されている。この時、潤滑油は回転軸15と共に連れ回りしながら油膜圧を形成し、図7に示すような油膜圧分布が形成される。図7中、ラインp1〜p5は軸回転によるくさび状油膜の等圧線であり、p1の内側領域が最大油膜圧を呈し、外側へ行くに従って油膜圧は順々に低下していく。図示のように、最大油膜圧領域R1を中心とし、等圧域が同心状に広がる楕円形を呈する。ここで、等圧線は、回転軸15の回転時に軸受面14aと回転軸15の外周面との間に形成される油膜の圧力が同一である位置を通る線である。
各油溝54a,54bは、それぞれ、連通した1つの空間によって形成されるので、各油溝54a,54b内はいずれの位置も同一の圧力となる。したがって、異なる等圧線にまたがるように油溝54a,54bを形成した場合、回転軸15の回転時に各油溝54a,54b内の圧力が均一化して動圧軸受としての機能が損なわれる可能性がある。そこで、上記実施形態のように、各油溝54a,54bをそれぞれ等圧線に沿って設けることによって、各等圧線位置における油溝54a,54b内の圧力を維持し、動圧軸受としての機能を良好に保てる。
なお、油溝54a又は54bの周方向の回転上流側の油溝端部54cは、図6中の直線G2を跨る位置に配置することが好ましい。
本変形例では、軸受パッド14の軸受面14aに4個の給油口56a、56b、56c及び56dを形成すると共に、夫々の給油口に独立して油溝58a、58b、58c及び58dを形成したものである。給油口56a〜56d及び油溝58a〜58dは、等圧線p4に沿って配置される。さらに、給油口56a〜56d及び油溝58a〜58dは、ピボット38に対して軸方向に対称に配置されてもよい。給油口56a〜56dに接続された給油機構は、第3実施形態と同様に、潤滑油の供給量を独立して制御できるようになっていてもよいが、以下のように構成されてもよい。
そして、回転軸15の回転開始時又は低速回転時には、第1バルブ48cを開いた状態とし、ポンプ50を作動させて第1給油路46c,46dを介して第1油溝58a及び第1油溝58cに潤滑油を供給する。一方、回転軸15の定格回転時には、第1バルブ48cを閉じた状態とし、ポンプ50を停止して第1給油路46c,46dを介した第1油溝58a及び第1油溝58cへの潤滑油の供給を遮断する。
なお、図10では第1油溝58a,58cを例示したが、第1油溝58b,58dに対しても上記と同様の給油機構の構成を採用できる。
また、本変形例によれば、第3実施形態と同様に、各油溝での油圧低下は起こらない。また、各油溝は、ピボット38に対して軸方向に対称の位置に配置されているので、回転軸15の軸方向で同一の油膜圧を形成するのが容易である。そのため、回転軸15の偏当りを抑制できる。
図11及び図12に示す給油機構は、第1給油口56c,56dと、第1油溝58c,58dと、第2給油口57a,57bと、第2油溝59a,59bと、第1給油路46fと、第2給油路46eと、第1バルブ48eと、第2バルブ48dと、ポンプ50とを有している。
第1油溝58c,58dと第2油溝59a,59bとは、異なる油膜圧を示す等圧線に沿って設けられている。第1油路46f及び第2油路46eは、少なくとも回転軸15の回転時に互いに異なる圧力に維持可能に別系統として設けられる。第1油路46f及び第2油路46eは、ポンプ50に接続されて、ポンプ50によって潤滑油が供給されるようになっている。第1油路46f及び第2油路46eとポンプ50との間には、それぞれ、第1バルブ48e,第2バルブ48dが設けられており、第1油路46f及び第2油路46eへの潤滑油の供給量が調節可能に構成される。
そして、回転軸15の回転開始時又は低速回転時には、第1バルブ48e及び第2バルブ48dをそれぞれ開いた状態とし、ポンプ50を作動させて第1油路46f及び第2油路46eを介して第1油溝58c(58d)と第2油溝59a(59b)に潤滑油を供給する。各油溝58c,59aへの潤滑油の供給量は、各バルブ48e,48dの開度によって調節してもよい。一方、回転軸15の定格回転時には、、第1バルブ48e及び第2バルブ48dを閉じた状態とし、ポンプ50を停止して第1油路46f及び第2油路46eを介した第1油溝58c(58d)及び第2油溝59a(59b)への潤滑油の供給を遮断する。このとき、第1油溝58c(58d)第2油溝59a(59b)とは連通していないため、各油溝58c(58d),59a(59b)の圧力は独立して保たれる。
12,104 軸受ハウジング
12a,12b ハウジング片
14,102 軸受パッド
14a 軸受面
14b 回転方向前端
14c 回転方向後端
15,100 回転軸
16 給油機構
18 ポンプ
20 モータ
22,44a,44b,110 給油路
24 リリーフ弁
26 タンク
28a,28b 分岐路
30a,30b バルブ
32a,32b 給油孔
34,40a,40b,52a,52b,56a〜56d,108 給油口
36,37a,37b,42a,42b,54a,54b,58a〜58d 油溝
36a,42c 頂点部
54c 油溝端部
38,106 ピボット
46a,46b 給油路
48a,48b バルブ
48c,48d 第1バルブ
48e 第2バルブ
50 ポンプ
P JOPによる油膜圧分布
Pr 低圧域
R1 最大油膜圧領域
o 潤滑油
pa、pb 軸回転によるくさび状油膜の圧力分布
p1〜p5 軸回転によるくさび状油膜の等圧線
s1,s2 隙間
Claims (10)
- 回転軸の周囲に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受パッドと、
前記複数の軸受パッドとこれら軸受パッドを支持する軸受ハウジングとの間に介在され、各軸受パッドを揺動可能に支持する支持部材と、
前記複数の軸受パッドのうちの1個以上の軸受パッドの軸受面に形成された少なくとも1個の油溝に連通する給油口を介して前記油溝に潤滑油を供給するように構成された給油機構とを備えたティルティングパッド軸受装置であって、
前記給油口は、前記軸受面の外周縁によって囲まれた内側領域において前記軸受面に開口し、
前記少なくとも1個の油溝は、前記軸受面の前記内側領域に設けられ、
前記支持部材は、前記1個以上の軸受パッドの前記回転軸の回転方向における中央位置に対し、前記回転軸の回転方向上流側又は回転方向下流側にオフセットして配置され、
前記回転軸の周方向における各々の前記油溝の中心位置を該油溝の開口面積で重み付けした前記少なくとも1個の油溝の加重平均位置が、前記支持部材の配置位置からみて、前記中央位置を基準とした前記支持部材のオフセット方向にずれていることを特徴とするティルティングパッド軸受装置。 - 前記少なくとも1個の油溝の各々が、前記回転軸の回転時に前記軸受面と前記回転軸の外周面との間に形成される油膜の圧力が同一である位置を通る等圧線に沿って設けられたことを特徴とする請求項1に記載のティルティングパッド軸受装置。
- 回転軸の周囲に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受パッドと、
前記複数の軸受パッドとこれら軸受パッドを支持する軸受ハウジングとの間に介在され、各軸受パッドを揺動可能に支持する支持部材と、
前記複数の軸受パッドのうちの1個以上の軸受パッドの軸受面に形成された少なくとも1個の油溝に潤滑油を供給するように構成された給油機構とを備えたティルティングパッド軸受装置であって、
前記支持部材は、前記1個以上の軸受パッドの前記回転軸の回転方向における中央位置に対し、前記回転軸の回転方向上流側又は回転方向下流側にオフセットして配置され、
前記回転軸の周方向における各々の前記油溝の中心位置を該油溝の開口面積で重み付けした前記少なくとも1個の油溝の加重平均位置が、前記支持部材の配置位置に対して、前記中央位置を基準とした前記支持部材のオフセット方向にずれており、
前記少なくとも1個の油溝の各々が、前記回転軸の回転時に前記軸受面と前記回転軸の外周面との間に形成される油膜の圧力が同一である位置を通る等圧線に沿って設けられ、
前記少なくとも1個の油溝は、前記油膜の前記圧力が第1圧力である位置を通る第1等圧線に沿って設けられる第1油溝と、前記油膜の前記圧力が前記第1圧力とは異なる第2圧力である位置を通る第2等圧線に沿って設けられる第2油溝とを含み、
前記給油機構は、前記第1油溝に連通する第1給油路と、前記第2油溝に連通する第2給油路とを含み、
前記第1給油路と前記第2給油路とは、少なくとも前記回転軸の回転時に互いに異なる圧力に維持可能に別系統として設けられたことを特徴とするティルティングパッド軸受装置。 - 前記第1等圧線に沿って設けられる複数個の前記第1油溝は、前記第1給油路を介して互いに連通するように構成されることを特徴とする請求項3に記載のティルティングパッド軸受装置。
- 前記第1給油路に設けられ、前記第1油溝への前記潤滑油の供給量を調整するための第1バルブと、
前記第2給油路に設けられ、前記第2油溝への前記潤滑油の供給量を調整するための第2バルブとをさらに備えることを特徴とする請求項3又は4に記載のティルティングパッド軸受装置。 - 前記支持部材は、前記回転軸の周方向における前記軸受パッドの中央位置よりも前記回転軸の回転方向下流側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のティルティングパッド軸受装置。
- 回転軸の周囲に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受パッドと、
前記複数の軸受パッドとこれら軸受パッドを支持する軸受ハウジングとの間に介在され、各軸受パッドを揺動可能に支持する支持部材と、
前記複数の軸受パッドのうちの1個以上の軸受パッドの軸受面に形成された少なくとも1個の油溝に連通する給油口を介して前記油溝に潤滑油を供給するように構成された給油機構とを備えたティルティングパッド軸受装置であって、
前記支持部材は、前記1個以上の軸受パッドの前記回転軸の回転方向における中央位置に対し、前記回転軸の回転方向上流側又は回転方向下流側にオフセットして配置され、
前記回転軸の周方向における各々の前記油溝の中心位置を該油溝の開口面積で重み付けした前記少なくとも1個の油溝の加重平均位置が、前記支持部材の配置位置に対して、前記中央位置を基準とした前記支持部材のオフセット方向にずれており、
前記給油口が前記回転軸の軸方向に複数個形成され、各給油口に連通する前記油溝が夫々独立して形成されていることを特徴とするティルティングパッド軸受装置。 - 前記少なくとも1個の油溝は、前記回転軸の回転時、前記軸受面に形成されるくさび状油膜による油膜圧が同等となる領域内に配置されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のティルティングパッド軸受装置。
- 前記回転軸の回転時、前記軸受面に形成されるくさび状油膜による油膜圧が同等となる等圧領域が、最大油膜圧領域を中心とし油膜圧が徐々に低圧となる領域が該最大油膜圧領域の外側に同心状に広がるように形成され、
前記油溝が一つの等圧線に沿って配置されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のティルティングパッド軸受装置。 - 回転軸の周囲に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する複数の軸受パッドと、
前記複数の軸受パッドとこれら軸受パッドを支持する軸受ハウジングとの間に介在され、各軸受パッドを揺動可能に支持する支持部材と、
前記複数の軸受パッドのうちの1個以上の軸受パッドの軸受面に形成された少なくとも1個の油溝に連通する給油口を介して前記油溝に潤滑油を供給するように構成された給油機構とを備えたティルティングパッド軸受装置であって、
前記支持部材は、前記1個以上の軸受パッドの前記回転軸の回転方向における中央位置に対し、前記回転軸の回転方向上流側又は回転方向下流側にオフセットして配置され、
前記回転軸の周方向における各々の前記油溝の中心位置を該油溝の開口面積で重み付けした前記少なくとも1個の油溝の加重平均位置が、前記支持部材の配置位置に対して、前記中央位置を基準とした前記支持部材のオフセット方向にずれており、
前記回転軸の回転時に前記回転軸の外周面と前記軸受面との間に発生する油膜圧により、前記回転軸と前記軸受パッドの回転方向上流端との隙間が、前記回転軸と前記軸受パッドの回転方向下流端との隙間と同等となる領域に、前記油溝が分布していることを特徴とするティルティングパッド軸受装置。
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JP2014167344A (ja) | 2014-09-11 |
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