JP6871767B2 - 複列自動調心ころ軸受 - Google Patents
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Description
前記2列のころは互いに長さが異なり、かつ長さの長いころの接触角の方が長さの短いころの接触角よりも大きく、前記内輪の外周面における前記2列のころ間の部分に中つばが存在し、この中つばの軸受幅方向の中心位置が、両列の接触角を成す作用線が互いに交わる点の軸受幅方向の位置よりも、前記長さの長いころの側にずれており、
前記2列のころは、いずれも最大径の位置がころ長さの中央から外れた非対称ころであり、最大径の位置が、ころ長さの中央よりも前記軸受幅方向中央側にある非対称ころである。
両列のころの接触角の比率が異なる複数の複列自動調心ころ軸受を用意し、各複列自動調心ころ軸受について、風力発電装置の主軸支持用軸受として使用する場合に想定されるアキシアル荷重およびラジアル荷重にて、そのときの両列のころの接触面圧を解析した。その結果、接触角の比は1:2ないし1:4の範囲内にある場合に、両列のころの接触面圧が十分に均等化することが分かった。なお、最適な接触角の比は1:3である。
風力発電装置の主軸を支持する複列自動調心ころ軸受には、ブレードやロータヘッドの自重によるラジアル荷重、および風力によるアキシアル荷重が作用する。軸受幅方向に並ぶ2列のころのうち片方のころ列はラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を受け、もう片方の列のころは殆どラジアル荷重だけを受ける。その場合、アキシアル荷重を受ける列のころは、長さが長く接触角が大きいころとし、殆どラジアル荷重だけを受ける列のころは、長さが短く接触角が小さいころとすることで、左右各列のころの接触面圧をほぼ均等にすることができる。
前記各ころは、ころ転動面にDLC被膜、且つ前記ころ転動面の端部にクラウニングを有し、
前記内輪は、この内輪の外周面における前記2列のころ間に設けられ前記2列のころを案内する中つばと、前記外周面の両端にそれぞれ設けられ各列のころの軸方向外側の端面に臨む小つばとを備え、前記内輪は、前記各小つばのうち、前記長いころの軸方向外側の端面に臨む小つばに、前記長いころを軸受内に挿入する入れ溝を備えても良い。
前記定められた間隔は、設計等によって任意に定める間隔であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な間隔を求めて定められる。
前記DLCは、ダイヤモンドライクカーボン(Diamond-like Carbon)の略称である。
長いころを保持する一方の保持器は、柱部の外径面が基端側から先端側に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜角度を有するため、保持器のポケット面がころの最大径位置を抱えることができる。これにより、長いころの姿勢安定性が損なわれることがなく、また長いころの組込性も容易に行うことが可能となる。内輪は、各小つばのうち、長いころの軸方向外側の端面に臨む小つばに、長いころを軸受内に挿入する入れ溝を備えたため、長いころの組込性をさらに向上させることができる。
この複列自動調心ころ軸受1は、内輪2と外輪3との間に軸受幅方向に並ぶ左右2列のころ4,5を介在させてある。外輪3の軌道面3aは球面状であり、左右各列のころ4,5は外周面が外輪3の軌道面3aに沿う断面形状である。言い換えると、ころ4,5の外周面は、外輪3の軌道面3aに沿った円弧を中心線C1,C2回りに回転させた回転曲面である。内輪2には、左右各列のころ4,5の外周面に沿う断面形状の複列の軌道面2a,2bが形成されている。内輪2の外周面の両端には、つば(小つば)6,7がそれぞれ設けられている。内輪2の外周面の中央部、すなわち左列のころ4と右列のころ5間に、中つば8が設けられている。
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
図13に示すように、この複列自動調心ころ軸受1Aは、(1)傾斜角度付きの保持器10RA、(2)クラウニング13、(3)DLC被膜14、および(4)入れ溝15を備えている。
同図13に示す右列用の一方の保持器10RAは、軸方向長さの長いころ5を保持する保持器である。この保持器10RAは、柱部12Aの外径面12Aaが基端側から先端側に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜角度βを有する。この傾斜角度βは、軸受中心軸Oに対する角度である。保持器10RAの外径面12Aaの傾斜角度βは、零よりも大きく、右列のころ5の最大径角α2以下の範囲(0<β≦α2)に設定されている。最大径角α2は、軸受中心軸Oに垂直な平面に対する、右列のころ5の最大径D2maxの位置の傾き角である。
図14は、図13の一部(XIV部)を拡大して示す拡大断面図である。図13および図14に示すように、左右各列のころ4,5は、それぞれころ転動面の端部にクラウニング13を有する。この例のころ転動面は、対数曲線で表現される対数クラウニング形状とされている。但し、クラウニング13は対数クラウニング形状に限定されるものではなく、例えば、ころ転動面を複合Rクラウニング形状にしても良い。クラウニング部のR寸法を、ころ転動面の基準Rよりも小さくすることで、ドロップ量を大きくする前記複合Rクラウニング形状を形成し得る。
図15に示すように、各ころ4,5は、ころ転動面にDLC被膜14を有する。この例のDLC被膜14は、基材であるころ4,5との密着性が高い多層構造が採用されている。DLC被膜14は、表面層16と、中間層17と、応力緩和層18とを有する。表面層16は、炭素供給源として固体ターゲットのグラファイトのみを使用し、水素混入量を抑えたDLCを主体とする膜である。中間層16は、表面層16と前記基材との間に形成される、少なくともCrまたはWを主体とする層である。応力緩和層18は、中間層17と表面層16との間に形成される。
なお、この例では、各ころ4,5の外周面のみにDLC被膜14を設けているが、さらに各ころ4,5の両端面にDLC被膜14を設けても良い。特に、中つば8(図13)に案内される各ころ4,5の一端面にDLC被膜14を設けた場合、各ころ4,5の前記一端面が摩耗し難くなり、ころ4,5の耐摩耗性をより高め得る。
図16に示すように、内輪2は、各小つば6,7(図13)のうち、長いころ5の軸方向外側の端面に臨む小つば7に、長いころ5を軸受内に挿入する入れ溝15を備えている。図17に示すように、内輪2の前記小つば7の円周方向一箇所に、円弧形状の入れ溝15が設けられている。この入れ溝15の円弧15aの曲率半径は、挿入すべきころ5(図16)の最大径に応じて適宜設定されている。
その他前述の実施形態と同様の構成を備えている。
他の実施形態に係る複列自動調心ころ軸受1Aによれば、各ころ4,5がころ転動面にDLC被膜14を有するため、耐摩耗性の向上を図ることができる。これにより、前記DLC被膜が無いものより、ころ転動面および内輪2、外輪3の軌道面2a、2b、3aの摩耗が生じ難くなる。またころ転動面の端部にクラウニング13が設けられているため、エッジ応力の緩和を図ることができる。
この図18の構成によれば、保持器10RBが前述のような傾斜角度βを有するため、保持器10RBのポケットPt面がころ5のピッチ円直径付近でより確実に維持され、軸受運転時に保持器10RBのポケットPt面がころ5の最大径位置を円滑に且つ確実に抱えることができる。また長いころ5の組込性もより容易に行うことができる。
2…内輪
3…外輪
3a…軌道面
4,5…ころ
6,7…小つば
8…中つば
10L,10R,10RA,10RB…保持器
11,11A…円環部
12,12A,12B…柱部
13…クラウニング
14…DLC被膜
15…入れ溝
26…主軸
A1,A2…ころ長さの中央
D1max,D2max…最大径
L1,L2…長さ
P…作用線が互いに交わる点
Q…中つばの軸受幅方向の中心位置
S1,S2…作用線
θ1,θ2…接触角
Claims (4)
- 内輪と外輪との間に、軸受幅方向に並んで2列にころが介在し、前記外輪の軌道面が球面状であり、前記2列のころは外周面が前記外輪の軌道面に沿う断面形状である複列自動調心ころ軸受であって、
前記2列のころは互いに長さが異なり、かつ長さの長いころの接触角の方が長さの短いころの接触角よりも大きく、前記内輪の外周面における前記2列のころ間の部分に中つばが存在し、この中つばの軸受幅方向の中心位置が、両列の接触角を成す作用線が互いに交わる点の軸受幅方向の位置よりも、前記長さの長いころの側にずれており、
前記2列の各列のころは、最大径の位置が、ころ長さの中央よりも前記軸受幅方向中央側にある非対称ころである、
複列自動調心ころ軸受。 - 請求項1に記載の複列自動調心ころ軸受において、長さの短いころの接触角と長さの長いころの接触角との比が1:2ないし1:4の範囲内にある複列自動調心ころ軸受。
- 請求項1または請求項2に記載の複列自動調心ころ軸受において、風力発電装置の主軸の支持に用いられる複列自動調心ころ軸受。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の複列自動調心ころ軸受において、
前記各列のころをそれぞれ保持する保持器を備え、各保持器は、各列のころの軸方向内側の端面を案内する環状の円環部と、この円環部から軸方向に延び且つ円周方向に沿って定められた間隔置きに設けられた複数の柱部とを備え、これら柱部間に前記ころを保持するポケットが設けられ、前記長いころを保持する一方の保持器は、前記柱部の外径面が基端側から先端側に向かうに従って半径方向内方に傾斜する傾斜角度を有し、
前記各ころは、ころ転動面にDLC被膜、且つ前記ころ転動面の端部にクラウニングを有し、
前記内輪は、前記2列のころを案内する前記中つばと、前記外周面の両端にそれぞれ設けられ各列のころの軸方向外側の端面に臨む小つばとを備え、前記内輪は、前記各小つばのうち、前記長いころの軸方向外側の端面に臨む小つばに、前記長いころを軸受内に挿入する入れ溝を備えた複列自動調心ころ軸受。
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