DE112019006849T5

DE112019006849T5 - Lagereinrichtung und Rotationseinrichtung

Info

Publication number: DE112019006849T5
Application number: DE112019006849.0T
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Nagai; Takuya Arakawa; Takaya FUTAE; Shuichi Miura; Yosuke DAMMOTO; Akihiro Sugiyama
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2021-11-18
Also published as: JPWO2020194381A1; WO2020194381A1; CN113614401A; US20220163064A1; US11655851B2

Abstract

Eine Lagereinrichtung gemäß einer Ausführungsform ist eine Lagereinrichtung für eine drehbare Lagerung einer Rotationswelle, wobei die Einrichtung aufweist: mindestens eine Wälzlagerung, die einen Innenring, der an der Rotationswelle befestigt ist, ein Wälzelement und einen Außenring aufweist, um das Wälzelement drehbar mit dem Innenring zu halten, und ein Gehäuse zur Aufnahme der Wälzlagerung, wobei das Gehäuse eine Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen aufweist, die in Abständen in einer Umfangsrichtung ausgebildet sind, um Schmieröl einem ersten Spalt zwischen der Wälzlagerung und einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses zuzuführen. Jede der Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen genügt:π∗d1∗δ1<π∗d12/4, wobei d1ein Durchmesser einer Auslassöffnung der ersten Ölzuführungsöffnung ist und δ1ein Abstand des ersten Spaltes ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Lagereinrichtung und eine Rotationseinrichtung.
HINTERGRUND
Wenn eine Rotationswelle mittels einer Wälzlagerung in einer Rotationseinrichtung, wie beispielsweise einem Turbolader, gelagert wird, ist ein Kontakt zwischen einem drehbaren Abschnitt und einem feststehenden Abschnitt der Wälzlagerung ein metallischer Kontakt und weist somit ein geringes Schwingungsdämpfungsvermögen auf. Deshalb weist die Wälzlagerung eine hohe Schwingungsempfindlichkeit bei hohen Drehzahlen, Störungen oder Ähnlichem auf, was zu Brüchen, Auftreten von abnormalen Geräuschen oder Ähnliches führen kann. Das Patentdokument 1 offenbart ein Schwingungsunterdrückungsmittel zur Ausbildung eines Ölfilms in einem Spalt zwischen einem Außenring einer Wälzlagerung zur Lagerung einer Rotationswelle einer Pumpe und einem Gehäuse zur Aufnahme der Wälzlagerung und zur Bereitstellung einer Dämpfungseffektes durch Quetschwirkung des Ölfilms.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP2004-339986A
ZUSAMMENFASSUNG
Technisches Problem
Das Schwingungsunterdrückungsmittel durch Quetschwirkung des Ölfilms kann keine Schwingungsdämpfung ausüben, wenn der Ölfilm nicht korrekt ausgebildet ist. Daher ist es notwendig, einen Außenring an einer Position anzuordnen, an welcher der Ölfilm in Bezug auf das Gehäuse ausgebildet werden kann. Das in Patentdokument 1 offenbarte Mittel ist ein einfaches Mittel mit einer Konfiguration, in der Öl nur in den Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Außenring der Wälzlagerung eingespritzt wird, wohingegen das Mittel keinen Positionierungsmechanismus der Wälzlagerung zur Ausbildung des Ölfilms aufweist und somit einen verringerten Schwingungsdämpfungseffekt aufweist. Wenn ein Positionierungselement, wie ein O-Ring oder eine metallische Feder als mechanisches Positionierungsmittel der Wälzlagerung verwendet wird, um den Schwingungsdämpfungseffekt durch den Ölfilm auszuüben, ist es notwendig, die Steifigkeit des mechanischen Positionierungselements zu verringern, um um mindestens eine einstellige Zahl niedriger als die Steifigkeit der Wälzlagerung zu sein. Es ergibt sich jedoch das Problem, dass ein O-Ring aus Gummi eine geringe Lebensdauer aufweist, wohingegen die metallische Feder eine hohe Steifigkeit aufweist und wahrscheinlicher Ermüdungsschäden erleiden kann, wenn die metallische Feder in einer Hochtemperatur-Umgebung, wie einem Turbolader, verwendet wird.
LÖSUNG DES PROBLEMS

(1) Eine Lagereinrichtung gemäß einer Ausführungsform ist eine Lagereinrichtung für eine drehbare Lagerung einer Rotationswelle, wobei die Einrichtung aufweist: mindestens eine Wälzlagerung, die einen Innenring, der an der Rotationswelle befestigt ist, ein Wälzelement und einen Außenring, um das Wälzelement drehbar mit dem Innenring zu halten, und ein Gehäuse zur Aufnahme der Wälzlagerung, wobei das Gehäuse eine Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen aufweist, die in Abständen in einer Umfangsrichtung ausgebildet sind, um Schmieröl einem ersten Spalt zwischen der Wälzlagerung und einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses zuzuführen. Jede der Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen genügt: $π * d_{1} * δ_{1} < π * d_{1}^{2} / 4$

₁

Mit der obigen Konfiguration (1), wenn die Konfiguration dem oben beschriebenen Ausdruck (a) genügt, ist der erste Spalt dazu eingerichtet, sogenanntes Selbstquetschen des Ölfilms zum Ausüben einer Quetschwirkung auszubilden und somit ist es möglich, einen Ölfilm guter Qualität in dem Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Außenring der Wälzlagerung ohne mechanische Mittel auszubilden. Wenn die Rotationswelle durch Schwingungen exzentrisch ist, erhöht sich ein Druckverlust und ein hoher Druck wird erhalten, da sich der erste Spalt verengt und somit kann eine rückwärts gerichtete Kraft von einer exzentrischen Richtung auf die Rotationswelle ausgeübt werden, welche die Rotationswelle zu einer ursprünglichen statisch bestimmten Position zurückstellt. Daher ist es möglich den Ölfilm in dem ersten Spalt zu halten und es ist möglich die Schwingung der Rotationswelle zu dämpfen, selbst wenn die Rotationswelle schwingt.
(2) In einer Ausführungsform der obigen Konfiguration (1) ist die Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen symmetrisch in Bezug auf eine Achse der Rotationswelle in einem Querschnitt der Rotationswelle angeordnet.
Mit der obigen Konfiguration (2), da die Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen symmetrisch in Bezug auf die axiale Mitte der Rotationswelle angeordnet ist, ist es möglich, das Schmieröl dem ersten Spalt in Umfangsrichtung der Rotationswelle gleichmäßig zuzuführen. Daher ist es möglich, einen Ölfilm guter Qualität in dem ersten Spalt auszubilden.
(3) In einer Ausführungsform der obigen Konfiguration (1) oder (2) ist in einer gegenüberliegenden Fläche gegenüber der inneren Umfangsfläche des Gehäuses über den ersten Spalt eine erste Vertiefung ausgebildet, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in einer Richtung senkrecht zu einer Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu mindestens einer Seite in einer axialen Richtung abnimmt.
Mit der obigen Konfiguration (3) beschleunigt das Schmieröl, das von der ersten Ölzuführungsöffnung der oben beschriebenen ersten Vertiefung zugeführt wird, in der axialen Richtung der Rotationswelle (kann nachfolgend vereinfacht als „axiale Richtung“ bezeichnet werden) entlang der Fläche der ersten Vertiefung und eine normale Kraftkomponente wird in Bezug auf die Fläche der ersten Vertiefung durch den dynamischen Druck des Schmieröls erzeugt. Die normale Kraftkomponente wird eine Kraft, welche die exzentrische Rotationswelle zu der statisch bestimmten Position zurückstellt. Daher ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, sowohl den Selbstquetschungseffekt des Ölfilms und einen Ausrichtungseffekt in der radialen Richtung der Rotationswelle durch den dynamischen Druck des Schmieröls zu erzielen. Somit ist es möglich, den Ölfilm in dem ersten Spalt zu halten und die radiale Schwingung der Rotationswelle zu unterdrücken.
(4) In einer Ausführungsform der oben beschriebenen Konfiguration (3) ist die erste Vertiefung derartig eingerichtet, dass eine Tiefe davon zu der einen Seite in axialer Richtung abnimmt.
Mit der obigen Konfiguration (4), da das Schmieröl, welches von der ersten Ölzuführungsöffnung der oben beschriebenen ersten Vertiefung zugeführt wird, in axialer Richtung der Rotationswelle beschleunigt, ist es möglich, den Selbstquetschungseffekt des Ölfilms und den Ausrichtungseffekt in der radialen Richtung der Rotationswelle durch den dynamischen Druck des Schmieröls weiter zu erhöhen.
(5) In einer Ausführungsform der obigen Konfiguration (3) oder (4) ist die erste Vertiefung derartig eingerichtet, dass die Querschnittsfläche von der Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu jeder der einen Seite und der anderen Seite in der axialen Richtung abnimmt, und ist ferner derartig eingerichtet, dass eine Länge von der Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu einem Endabschnitt auf der einen Seite in der axialen Richtung und eine Länge von der Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu einem Endabschnitt auf der anderen Seite in der axialen Richtung gleich sind.
In der obigen Konfiguration (5), wenn das Schmieröl der ersten Vertiefung zugeführt wird, wird das Schmieröl zu der einen Seite und der anderen Seite in axialer Richtung auf der Fläche der ersten Vertiefung abgezweigt. Daher, abhängig von einer Position, an der das Schmieröl zugeführt wird, ist es möglich, eine Kraft zu erzeugen, welche die Rotationswelle zu der einen Seite oder der anderen Seite bewegt. Zum Beispiel, wenn das Schmieröl einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zugeführt wird, ist eine Verteilung der normalen Kraftkomponente, die auf der Fläche der ersten Vertiefung entlang der axialen Richtung erzeugt wird, symmetrisch um die Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist. Daher, wenn sich die Rotationswelle in der axialen Richtung von der statisch bestimmten Position durch Schwingungen oder Ähnliches bewegt, ist die Verteilung der normalen Kraftkomponente, die auf der Fläche der ersten Vertiefung entlang der axialen Richtung erzeugt wird, asymmetrisch. Daher erhöht sich der dynamische Druck des Schmieröls, der auf die Fläche der ersten Vertiefung in eine entgegengesetzte Richtung zu der Bewegungsrichtung der Rotationswelle wirkt und bringt somit eine Kraft auf, welche die Rotationswelle zu der ursprünglichen statisch bestimmten Position zurückstellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, zusätzlich zum Selbstquetschungseffekt des Ölfilms und des Ausrichtungseffektes in radialer Richtung durch den dynamischen Druck des Schmieröls ist es möglich, einen Ausrichtungseffekt in einer axialen Richtung (die axiale Richtung der Rotationswelle) auszuüben.
(6) In einer Ausführungsform in einer der obigen Konfigurationen (3) bis (5) ist die erste Vertiefung derartig eingerichtet, dass die Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, gegenüber der Auslassöffnung der ersten Ölzuführungsöffnung ist.
In der obigen Konfiguration (6), wenn die Rotationswelle an der statisch bestimmten Position ist, wird das Schmieröl, welches von der Auslassöffnung der ersten Ölzuführungsöffnung abgegeben wird, einer Position zugeführt, an der die Querschnittsfläche der ersten Vertiefung maximal ist, was ermöglicht, kinetische Energie des Schmieröls effizient in dynamischen Druck umzuwandeln, der auf die Fläche der ersten Vertiefung wirkt.
(7) In einer Ausführungsform in einer der oben beschriebenen Konfigurationen (3) bis (6) weist die mindestens eine Wälzlagerung eine Vielzahl von Wälzlagerungen auf, die in Abständen in der axialen Richtung der Rotationswelle angeordnet sind, wobei die Lagereinrichtung ferner ein Abdeckelement aufweist, das dazu eingerichtet ist, die jeweiligen Umfänge der Vielzahl von Wälzlagerungen abzudecken, und wobei die gegenüberliegende Fläche durch eine äußere Umfangsfläche des Abdeckelements gebildet wird.
Mit der obigen Konfiguration (7), da das oben beschriebene Abdeckelement vorgesehen ist und die erste Vertiefung in der äußeren Umfangsfläche des Abdeckelements ausgebildet ist, wird der dynamische Druck des Schmieröls zu den Wälzlagerungen über das Abdeckelement übertragen. Daher übt eine gleiche Kraft von dem Abdeckelement auf jede der Vielzahl der Wälzlagerungen und die jeweiligen Wälzlagerungen werden einheitlich durch das Abdeckelement bewegt, was es ermöglicht, den Ausrichtungseffekt in Bezug auf die Rotationswelle zu verbessern.
(8) In einer Ausführungsform in der obigen Konfiguration (7) bildet das Gehäuse eine zweite Ölzuführungsöffnung, um Schmieröl einem zweiten Spalt zwischen einer inneren Fläche des Gehäuses und einer axial einen Endfläche des Abdeckelements zuzuführen, und eine dritte Ölzuführungsöffnung, um Schmieröl einem dritten Spalt zwischen einer inneren Fläche des Gehäuses und einer axial anderen
Endfläche des Abdeckelements zuzuführen, und wobei jede der Vielzahl von ersten Ölzuführungsoffnünger genügt: $π * d_{2} * δ_{2} < π * d_{2}^{2} / 4$
, wobei d₂ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der zweiten Ölzuführungsöffnung ist und δ₂ ein Abstand des zweiten Spaltes ist; und $π * d_{3} * δ_{3} < π * d_{3}^{2} / 4$
, wobei d₃ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der dritten Ölzuführungsöffnung ist und δ₃ ein Abstand des dritten Spaltes ist.
Mit der obigen Konfiguration (8), da Selbstquetschen durch Quetschwirkung des Ölfilms ausgebildet wird, wenn das Schmieröl, das von der zweiten Ölzuführungsöffnung und der dritten Ölzuführungsöffnung durch jeweils den zweiten Spalt und dritten Spalt fließt, ist es möglich, einen Ölfilm guter Qualität in dem zweiten Spalt und dem dritten Spalt ohne mechanische Mittel auszubilden, und selbst wenn die Rotationswelle sich zu einer Seite oder einer anderen Seite in der axialen Richtung aufgrund von Schwingungen von der statisch bestimmten Position bewegt, ist es möglich, die Schwingung in axialer Richtung zu dämpfen und einen Ausrichtungseffekt, der die Rotationswelle zu der ursprünglichen statisch bestimmten Position zurückstellt, auszuüben. Daher ist es möglich, sowohl den Ausrichtungseffekt in der radialen Richtung durch Selbstquetschen des Schmieröls, das von der ersten Ölzuführungsöffnung zugeführt wird, und den Ausrichtungseffekt in axialer Richtung durch Selbstquetschen des Schmieröls, das von der zweiten Ölzuführungsöffnung und der dritten Ölzuführungsöffnung zugeführt wird, zu erzielen.
(9) In einer Ausführungsform in der obigen Konfiguration (8), ist in der axial einen Endfläche gegenüber der inneren Umfangsfläche des Gehäuses über den zweiten Spalt eine zweite Vertiefung ausgebildet, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in einer Richtung parallel zu der Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu mindestens einer Seite in einer radialen Richtung abnimmt, und in der axial anderen Endfläche gegenüber der inneren Umfangsfläche des Gehäuses über den dritten Spalt eine dritte Vertiefung ausgebildet ist, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in der Richtung parallel zur Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu der mindestens einen Seite in der radialen Richtung abnimmt.
Mit der obigen Konfiguration (9) beschleunigt das Schmieröl, das von der zweiten Ölzuführungsöffnung der zweiten Vertiefung zugeführt wird, in radialer Richtung und erzeugt eine normale Kraftkomponente in Bezug auf die Fläche der zweiten Vertiefung durch den dynamischen Druck des Schmieröls. Die normale Kraftkomponente wird eine Kraft, welche die in der axialen Richtung bewegte Rotationswelle zu der statisch bestimmten Position zurückstellt. Die gleiche normale Kraftkomponente wirkt ebenfalls in dem Schmieröl, das von der dritten Ölzuführungsöffnung der dritten Vertiefung zugeführt wird. Daher ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, sowohl den Selbstquetschungseffekt des Ölfilms und den Ausrichtungseffekt in radialer Richtung der Rotationswelle durch den dynamischen Druck des Schmieröls zu erzielen. Somit ist es möglich, einen Schwingungsdämpfungseffekt auszuüben, selbst wenn die Rotationswelle in radialer Richtung schwingt. Daher ist es möglich, sowohl den Selbstquetschungseffekt auf den Ölfilms, der von der ersten Ölzuführungsöffnung zugeführt wird, und den Ausrichtungseffekt in der radialen Richtung durch die erste Vertiefung und den Selbstquetschungseffekt auf den Ölfilm, der von der zweiten Ölzuführungsöffnung und der dritten Ölzuführungsöffnung zugeführt wird, und den Ausrichtungseffekt in der axialen Richtung durch die zweite Vertiefung und die dritte Vertiefung zu erzielen.
(10) Eine Lagereinrichtung gemäß einer Ausführungsform ist eine Lagereinrichtung für eine drehbare Lagerung einer Rotationswelle, wobei die Einrichtung aufweist: eine Vielzahl von Wälzlagerungen, die in Abständen in einer axialen Richtung der Rotationswelle angeordnet sind, wobei jede der Wälzlagerungen einen Innenring, der an der Rotationswelle befestigt ist, ein Wälzelement und einen Außenring aufweist, um das Wälzelement drehbar mit dem Innenring zu halten, ein Abdeckelement, dazu eingerichtet, jeweilige Umfänge der Vielzahl von Wälzlagerungen abzudecken, und ein Gehäuse zur Aufnahme der Vielzahl von Wälzlagerungen und des Abdeckelements, wobei das Gehäuse eine zweite Ölzuführungsöffnung, um Schmieröl einem zweiten Spalt zwischen einer inneren Fläche des Gehäuses und einer axial einen Endfläche des Abdeckelements zuzuführen und eine dritte Ölzuführungsöffnung, um Schmieröl einem dritten Spalt zwischen der inneren Fläche des Gehäuses und einer axial anderen Endfläche des Abdeckelements zuzuführen, ausbildet. Die zweite Ölzuführungsöffnung genügt: $π * d_{2} * δ_{2} < π * d_{2}^{2} / 4$
, wobei d₂ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der zweiten Ölzuführungsöffnung ist und δ₂ ein Abstand des zweiten Spaltes ist, und die dritte Ölzuführungsöffnung genügt: $π * d_{3} * δ_{3} < π * d_{3}^{2} / 4$
, wobei d₃ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der dritten Ölzuführungsöffnung ist und δ₃ ein Abstand des dritten Spaltes ist.
Mit der obigen Konfiguration (10), da der sogenannte Selbstquetschungseffekt durch Quetschwirkung des Ölfilms ausgebildet wird, wenn das Schmieröl, das von der zweiten Ölzuführungsöffnung und der dritten Ölzuführungsöffnung jeweils durch den zweiten Spalt und den dritten Spalt fließt, ist es möglich, den Ölfilm guter Qualität in dem zweiten Spalt und dem dritten Spalt ohne Verwendung mechanischer Mittel auszubilden, und selbst wenn die Rotationswelle sich zu einer Seite oder einer anderen Seite in der axialen Richtung durch Schwingungen von der statisch bestimmten Position bewegt, ist es möglich, die Schwingungen in der axialen Richtung zu dämpfen und den Ausrichtungseffekt, der die Rotationswelle zur ursprünglichen statisch bestimmten Position zurückstellt, auszuüben.
(11) In einer Ausführungsform der obigen Konfiguration (10) ist in der axial einen Endfläche gegenüber der inneren Fläche des Gehäuses über den zweiten Spalt eine zweite Vertiefung ausgebildet, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in einer Richtung parallel zu der Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu mindestens einer Seite in einer radialen Richtung abnimmt, und in der axial anderen Endfläche gegenüber der inneren Fläche des Gehäuses über den dritten Spalt, eine dritte Vertiefung ausgebildet, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in der Richtung parallel zu der Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu der mindestens einen Seite in der radialen Richtung abnimmt.
Mit der obigen Konfiguration (11) beschleunigt das Schmieröl, das von der zweiten Ölzuführungsöffnung der zweiten Vertiefung zugeführt wird, in der radialen Richtung und erzeugt eine normale Kraftkomponenten in Bezug auf die Fläche der zweiten Vertiefung durch den dynamischen Druck des Schmieröls. Die normale Kraftkomponente wird eine Kraft, welche die in der axialen Richtung bewegte Rotationswelle zu der statisch bestimmten Position zurückstellt. Die gleiche normale Kraftkomponente wirkt ebenfalls in dem Fall, wo das Schmieröl von der dritten Ölzuführungsöffnung der dritten Vertiefung zugeführt wird. Daher ist es möglich, sowohl den Selbstquetschungseffekt auf den Ölfilm und den Ausrichtungseffekt in der radialen Richtung der Rotationswelle durch den dynamischen Druck des Schmieröls zu erzielen. Somit ist es möglich, den Schwingungsdämpfungseffekt auszuüben, selbst wenn die Rotationswelle in der radialen Richtung schwingt. Daher kann in manchen Fällen auf eine axiale Lagerung für die Rotationswelle verzichtet werden.
(12) Eine Rotationseinrichtung gemäß einer Ausführungsform weist eine Rotationswelle und die Lagereinrichtung gemäß einer der obigen Konfigurationen (1) bis (11) auf.
Mit der obigen Konfiguration (12), welche die Lagereinrichtung der oben beschriebenen Konfigurationen aufweist, wird Selbstquetschen durch Quetschwirkung des Schmierölfilms in dem Spalt zwischen der Wälzlagerung und dem Gehäuse zur Aufnahme der Wälzlagerung ausgebildet und somit ist es möglich, den Ölfilm guter Qualität in dem Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Außenring der Wälzlagerung ohne Verwendung mechanischer Mittel auszubilden. Daher ist es möglich, Schwingungen der Rotationswelle zu dämpfen, selbst wenn die Rotationswelle schwingt.
VORTEILHAFTE EFFEKTE
Gemäß einiger Ausführungsformen ist es möglich, einen Ölfilm guter Qualität in einem Spalt zwischen einem Gehäuse und einem Außenring einer Wälzlagerung durch Selbstquetschen von Schmieröl ohne mechanische Mittel auszubilden. Somit ist es möglich, eine Schwingung einer Rotationswelle zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist eine vertikale Schnittansicht von einer Rotationseinrichtung, die eine Lagereinrichtung gemäß einer Ausführungsform beinhaltet.
2 ist eine vertikale Schnittansicht von einer Lagereinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Zuführsystem zum Zuführen von Schmieröl zu der Lagereinrichtung zeigt.
4 ist eine erklärende Ansicht zur Beschreibung einer Rückstellkraft einer Rotationswelle durch eine Quetschwirkung eines Ölfilms.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines A Bereiches in 2.
6 ist eine Schnittansicht einer Lagereinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
7 ist eine vertikale Schnittansicht einer Lagereinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
8 ist eine vertikale Schnittansicht einer Lagereinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
9 ist eine vertikale Schnittansicht einer Lagereinrichtung gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass Dimensionen, Materialen, Formen, relative Positionen und Ähnliches der beschriebenen oder in den Figuren gezeigten Komponenten als Ausführungsformen, sofern nicht gesondert gekennzeichnet, nur veranschaulichend interpretiert werden sollen und nicht dazu beabsichtigt sind die vorliegende Erfindung einzuschränken.
Der Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung, wie beispielsweise „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“, soll nicht so ausgelegt werden, dass er nur die Anordnung im strengen Wortlaut angibt, sondern ebenfalls einen Zustand beinhaltet, bei dem die Anordnung relativ mit einer Toleranz, einem Winkel, oder einem Abstand abweicht, wobei es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
Ferner soll der Ausdruck einer Form, wie beispielsweise einer rechteckigen Form oder zylindrischen Form nicht als strikte geometrische Form ausgelegt werden, sondern ebenfalls eine Form mit Ungleichmäßigkeiten oder abgeschrägten Kanten in dem Umfang beinhaltet, in dem der gleiche Effekt erreicht wird.
Auf der anderen Seite sollen Ausdrücke, wie „aufweisen“, „beinhalten“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“ nicht als Ausschluss weiterer Komponenten ausgelegt werden.
1 ist eine vertikale Schnittansicht von einer Rotationseinrichtung 50, die eine Lagereinrichtung 10 gemäß einer Lagereinrichtung aufweist. 2 ist eine vertikale Schnittansicht von einer Lagereinrichtung 10 (10A) gemäß einer Ausführungsform. Die Lagereinrichtung 10 (10A) weist mindestens eine Wälzlagerung 14 auf, um eine Rotationswelle 12 drehbar um eine Achse O₁ zu lagern und die Wälzlagerung 14 wird von dem Gehäuse 16 aufgenommen. Die Wälzlagerung 14 ist durch einen Innenring 18, der an der Rotationswelle 12 befestigt ist, ein Wälzelement 20 und einen Außenring 22, um das Wälzelement 20 drehbar mit dem Innenring 18 zu halten, ausgebildet. Das Gehäuse 16 weist eine Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 24 (24a, 24b, 24c, 26d) (erste Ölzuführungsöffnungen) auf, die in Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, und Hochdruck-Schmieröl r wird einem Spalt C₁ (erster Spalt) zwischen der Wälzlagerung 14 und einer inneren Fläche 16a des Gehäuses 16 über die Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 24 (24a bis 24d) zugeführt. Jede der Ölzuführungsöffnungen 24 genügt: $π * d_{1} * δ_{1} < π * d_{1}^{2} / 4$
, wobei d₁ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der Ölzuführungsöffnung 24 ist und δ₁ ein Abstand des Spaltes C₁ ist.
3 ist eine Ansicht, die ein Schmierölzuführungssystem zeigt und schematisch die Rotationswelle 12 und die Wälzlagerung 14 als eine Struktur (12 + 14) zeigt. In einer Ausführungsform sind die Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 24 (24a bis 24d) symmetrisch in Bezug auf die Achse O₁ der Rotationswelle 12 in einer Schnittansicht der Rotationswelle 12 angeordnet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da die Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 24 (24a bis 24d) symmetrisch in Bezug auf die Achse O₁ der Rotationswelle 12 angeordnet sind, ist es möglich, das Schmieröl r gleichmäßig dem Spalt C₁ in der Umfangsrichtung der Rotationswelle 12 zuzuführen. Daher ist es möglich, einen Ölfilm guter Qualität in dem Spalt C₁ auszubilden. Zum Beispiel, wenn die Lagereinrichtung 10 (10A) auf eine kleine Rotationseinrichtung, wie einen Turbolader, angewendet wird, ist es möglich, da die Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 24 (24a bis 24d) symmetrisch in Bezug auf die Achse O₁ der Rotationswelle 12 angeordnet sind, Schmieröl dem Spalt C₁ mit dem gleichen Druck entlang der Umfangsrichtung der Rotationswelle 12 zuzuführen. Daher ist es möglich, einen einheitlichen Ölfilm in dem Spalt C₁ entlang der Umfangsrichtung der Rotationswelle 12 auszubilden.
In einer Ausführungsform, wie in 3 gezeigt, ist zum Beispiel die Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 24 in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung des Gehäuses 16 angeordnet. Die drei Ölzuführungsöffnungen 24 sind in Abständen von 120° angeordnet, oder die vier Ölzuführungsöffnungen 24 sind in Abständen von 90° angeordnet, sodass die Zufuhrmenge des Schmieröls gleichmäßig in der Umfangsrichtung der Wälzlagerung 14 verteilt wird. Ferner ist die Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 24 in einer Richtung senkrecht zu einer äußeren Umfangsfläche und einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses 16 angeordnet.
Wenn der Spalt C₁ gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform Selbstquetschen ausbildet, ist die Auslassöffnung der Ölzuführungsöffnung 24 derartig ausgebildet, gleich oder kleiner als die Querschnittsfläche der stromaufwärts angeordneten Ölzuführungsöffnung 24 zu sein.
Die oben beschriebene Konfiguration der bisher beschriebenen Lagereinrichtung 10 (10A) ist auch in der Lagereinrichtung 10 (10B, 10C) gemäß anderer in 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen beinhaltet. Daher sind gleiche Elemente oder gleiche Einrichtungen wie die Lagereinrichtung 10 (10A) in 7 und 8 durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
4 ist eine Ansicht, die schematisch den Spalt C₁ zeigt, der zwischen der Wälzlagerung 14 und dem Gehäuse 16 ausgebildet ist. Der Spalt C₁ , der dem oben beschriebenen Ausdruck (a) genügt, bildet sogenanntes Selbstquetschen des Schmieröls r aus, das durch den Spalt C₁ fließt, um eine Quetschwirkung auszuüben. Daher ist es möglich, einen Ölfilm guter Qualität in dem Spalt C₁ ohne mechanische Mittel auszubilden. Wenn die Rotationswelle 12 durch Schwingung oder Ähnliches exzentrisch in radialer Richtung ist, vergrößert sich ein Druckverlust in einem Bereich R₁, an der sich der Spalt C₁ verengt, wodurch sich ein Druck erhöht. Daher wirkt eine rückwärtige Rückstellkraft auf die Rotationswelle 12 von einer exzentrischen Richtung, welche die Rotationswelle 12 zu einer Seite eines Bereiches R₂ zurückstellt, an der sich der Spalt C₁ erweitert und ein Druck verringert ist. Daher ist es möglich, den Ölfilm in dem Spalt C₁ zu halten und es ist möglich, die Schwingungen der Rotationswelle 12 zu dämpfen, selbst wenn die Rotationswelle 12 schwingt.
In einer Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, ist die Lagereinrichtung 10 dazu angeordnet, die Rotationswelle 12 der Rotationseinrichtung 50 drehbar zu lagern. Die Rotationseinrichtung 50 gemäß einer in 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Turbolader, und die Lagereinrichtung 10 wird von dem Gehäuse 16 aufgenommen, das einen Teil des Lagergehäuses 64 bildet. Der Turbolader weist einen Kompressor 52 und eine Turbine 54 an beiden Enden der Rotationswelle 12 auf. Der Kompressor 52 ist radial mit einer Vielzahl von Kompressorschaufeln 58 um das Kompressorrad 56 ausgebildet. Die Turbine 54 ist radial mit einer Vielzahl von Turbinenschaufeln 62 um ein Turbinenrad 60 ausgebildet. In dem Lagergehäuse 64 ist ein Ölkanal 68 für das Schmieröl r ausgebildet, der mit den Ölzuführungsöffnungen 24 verbunden ist. In 1 sind ein Kompressorgehäuse zur Aufnahme des Kompressorrads 56 und der Kompressorschaufeln 58 und ein Turbinengehäuse zur Aufnahme des Turbinenrads 60 und der Turbinenschaufeln 62 nicht dargestellt.
In einer Ausführungsform, wie in 1 und 2 gezeigt, weist die Rotationseinrichtung 50 ein Axiallager 66 auf und das Axiallager 66 nimmt eine axiale Kraft auf, die auf die Rotationswelle 12 wirkt. In 2 ist das Gehäuse 16, das gegenüberliegend von der Wälzlagerung 14 angeordnet ist, nicht notwendigerweise ein Körperteil des Gehäuses 16, weist jedoch auch Befestigungselemente, wie eine Lagerhalterung und einen Mantel auf, die am Körper des Gehäuses 16 befestigt sind. Ferner sind, je nach Bedarf, einige Maßnahmen (nicht gezeigt) für die Wälzlagerung 14 vorgesehen, um ein Rasten in Umfangsrichtung der Rotationswelle 12 zu unterdrücken.
In einigen Ausführungsformen, wie in 3 gezeigt, wird das Hochdruck-Schmieröl r der Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 24 (24a bis 24d) durch eine Pumpe 28 von einer Schmierölzuführungsquelle (nicht gezeigt), wie ein Schmierölbehältnis (nicht gezeigt), über eine Rohrleitung 26 zugeführt.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines A Bereiches aus 2. 6 ist eine Ansicht, die dem A Bereich in einer anderen Ausführungsform entspricht. In einer Ausführungsform, wie in 5 und 6 gezeigt, ist eine Vertiefung 30 (30a, 30b) (erste Vertiefung) in der gegenüberliegenden Fläche 22a (32a) gegenüber der inneren Fläche 16a des Gehäuses 16 über den Spalt C₁ ausgebildet. Die gegenüberliegende Fläche 22a (32a) gibt eine äußere Umfangsfläche 22a des Außenringes 22 in der in 5 gezeigten Ausführungsform an und gibt eine äußere Umfangsfläche 32a eines Abdeckelements 32 in den in 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen an. Die Vertiefung 30 ist derartig eingerichtet, dass eine Querschnittsfläche davon in der Richtung senkrecht zur Achse O₁ der Rotationswelle 12 von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu mindestens einer Seite in axialer Richtung der Rotationswelle 12 abnimmt.
In einer Ausführungsform ist die Vertiefung 30, zum Beispiel, in einer ovalen Form oder einer rechteckigen Form von der Seite des Gehäuses 16 aus betrachtet ausgebildet. In der in 5 gezeigten Ausführungsform ist die Vertiefung 30 (30a) derartig eingerichtet, dass eine Tiefe davon zu einer Seite in axialer Richtung abnimmt, aber kann ferner derartig eingerichtet sein, dass ein Intervall zwischen Seitenflächen, welche die Vertiefung (eine Breitenabmessung der Vertiefung 30) ausbilden, zu einer Seite in axialer Richtung abnimmt, selbst wenn die Tiefe in axialer Richtung konstant ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschleunigt das Schmieröl r, das von den Ölzuführungsöffnungen 24 zu der Vertiefung 30 über den Spalt C₁ zugeführt wird, in der axialen Richtung der Rotationswelle 12 entlang der Fläche der Vertiefung 30 und eine normale Kraftkomponente Pd in Bezug auf die Oberfläche der Vertiefung 30 wird durch einen dynamischen Druck des Schmieröls r erzeugt. Die normale Kraftkomponente Pd wird eine Kraft, welche die exzentrische Rotationswelle 12 zu einer statisch bestimmten Position zurückstellt. Daher ist es möglich, sowohl einen Selbstquetschungseffekt auf den Ölfilm, der durch den Spalt C₁ fließt, und einen Ausrichtungseffekt in radialer Richtung der Rotationswelle 12 durch den dynamischen Druck des Schmieröls r zu erzielen. Daher ist es möglich, den Ölfilm in der Vertiefung 30 zu halten und einen Schwingungsdämpfungseffekt auszuüben, selbst wenn die Rotationswelle 12 in radialer Richtung schwingt.
Die Vertiefung 30 ist in der gegenüberliegenden Fläche 22a (32a) gegenüber einer Auslassöffnung von mindestens einer Ölzuführungsöffnung 36 angeordnet.
Die Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 24 (24a bis 24d) sind bevorzugt entlang einer Richtung senkrecht zu der äußeren Umfangsfläche des Außenringes 22, wenigstens in der Nähe der Auslassöffnung ausgebildet. Daher ist es möglich, den Druckverlust von den Schmieröl r zu reduzieren und die normale Kraftkomponente Pd, die auf die Oberfläche der Vertiefung 30 wirkt, zu erhöhen.
In einer Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, ist die Vertiefung 30 (30a) derartig eingerichtet, dass die Tiefe davon zu einer Seite in der axialen Richtung abnimmt. Das Schmieröl r, das von den Ölzuführungsöffnungen 24 der Vertiefung 30 (30a) zugeführt wird, fließt entlang der Fläche der Vertiefung 30 (30a) und beschleunigt in axialer Richtung und die normale Kraftkomponente Pd wird in Bezug auf die Oberfläche der Vertiefung 30 (30a) durch den dynamischen Druck des Schmieröls r erzeugt. Daher ist es möglich, den Selbstquetschungseffekt durch den Spalt C₁ und den Ausrichtungseffekt in radialer Richtung der Rotationswelle 12 durch den dynamischen Druck des Schmieröls r weiter zu erhöhen.
In einer Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, ist die Vertiefung 30 (30b) derartig eingerichtet, dass eine Querschnittsfläche davon allmählich zu einer Seite und einer anderen Seite in der axialen Richtung von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, abnimmt. Ferner ist die Vertiefung 30 (30b) derartig eingerichtet, dass eine Länge L₁ von einer Position P₁, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu einem Endabschnitt auf der einen Seite in axialer Richtung und eine Länge L₂ von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu einem Endabschnitt auf der anderen Seite in axialer Richtung gleich sind.
Wenn das Schmieröl r der Vertiefung 30 (30b) zugeführt wird, wird das Schmieröl r zu der einen Seite oder der anderen Seite in axialer Richtung auf der Fläche der Vertiefung 30 (30b) abgezweigt. Daher ist es, abhängig von einer Position, an der das Schmieröl r zugeführt wird, möglich, eine Kraft zu erzeugen, welche die Rotationswelle 12 zu der einen oder der anderen Seite bewegt. Zum Beispiel, wenn das Schmieröl zu der Position zugeführt wird, an der die Querschnittsfläche maximal ist, ist eine Verteilung der normalen Kraftkomponente Pd, die auf der Oberfläche der Vertiefung 30 (30b) entlang der axialen Richtung erzeugt wird, symmetrisch um die Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist. Daher, wenn die Rotationswelle 12 sich in axialer Richtung von der statisch bestimmten Position aufgrund von Schwingungen oder Ähnliches bewegt, ist die Verteilung der normalen Kraftkomponente Pd, die auf der Oberfläche der Vertiefung 30 (30b) entlang der axialen Richtung gebildet wird, asymmetrisch. Daher erhöht sich der dynamische Druck des Schmieröls r, der auf die Fläche der Vertiefung 30 (30b) in entgegengesetzter Richtung zu der Bewegungsrichtung der Rotationswelle 12 wirkt, und eine Kraft, welche die Rotationswelle 12 zu einer ursprünglich statisch bestimmten Position zurückstellt, wird aufgebracht. Daher, zusätzlich zum Selbstquetschungseffekt des Ölfilms und zum Ausrichtungseffekt in radialer Richtung durch den dynamischen Druck des Schmieröls r ist es möglich, einen Ausrichtungseffekt in axialer Richtung auszuüben.
In einer Ausführungsform, wie in 5 und 6 gezeigt, ist die Vertiefung 30 (30a, 30b) derartig eingerichtet, dass die Position, wo die Querschnittsfläche maximal ist, gegenüber der Auslassöffnung der Ölzuführungsöffnung 24 angeordnet ist. Zusätzlich zu dem technischen Effekt durch die oben beschriebenen Ausführungsformen, wird das Schmieröl r, das von der Auslassöffnung der Ölzuführungsöffnung 24 abgegeben wird, wenn die Rotationswelle 12 an der statisch bestimmten Position ist, der Position zugeführt, an der die Querschnittsfläche der Vertiefung 30 maximal ist, was es ermöglicht, kinetische Energie des Schmieröls r effizient in den dynamischen Druck, der auf die Oberfläche der Vertiefung 30 wirkt, zu überführen.
In einer Ausführungsform ist es derartig konfiguriert, dass die Position P₁, an der die Querschnittsfläche der Vertiefung 30 (30a, 30b) maximal ist, gegenüber eines Mittelpunktes P₂ der Auslassöffnung der Ölzuführungsöffnung 24 angeordnet ist. Das heißt, es ist derartig konfiguriert, dass der Punkt P₁ und der Mittelpunkt P₂ auf einer senkrechten Linie O₂ liegen. Daher, wenn die Rotationswelle 12 an einer statisch bestimmten Position ist, wird das Schmieröl r, das von der Auslassöffnung der Ölzuführungsöffnung 24 abgegeben wird, genau einer Position zugeführt, wo die Querschnittsfläche der Vertiefung 30 maximal ist, was es ermöglicht, die kinetische Energie des Schmieröls r effizient in den dynamischen Druck, der auf die Oberfläche der Vertiefung 30 wirkt, zu überführen.
6 zeigt, dass die Wälzlagerung 14 sich zusammen mit der Rotationswelle 12 in einer Pfeilrichtung (rechte Seite in der Figur) von einer statisch bestimmten Position, aufgrund des Auftretens von Schwingungen der Rotationswelle 12, bewegt. Wenn die Rotationswelle 12 sich von der statisch bestimmten Position zu einer Seite in der axialen Richtung bewegt, wird die Verteilung der auf der Oberfläche der Vertiefung 30 (30b) ausgebildeten normalen Kraftkomponente Pd über die axiale Richtung asymmetrisch, wie es in 6 gezeigt ist. Das heißt, die normale Kraftkomponente Pd, die auf der Oberfläche der Vertiefung 30 (30b) in entgegengesetzter Richtung zu der Bewegungsrichtung der Rotationswelle 12 erzeugt wird, erhöht sich. Durch den Unterschied in der asymmetrischen normalen Kraftkomponente Pd, wird die Kraft, welche die Rotationswelle 12 zu der ursprünglichen statisch bestimmten Position in axialer Richtung zurückstellt, aufgebracht. Daher, zusätzlich zum Selbstquetschungseffekt des Ölfilms durch den Spalt C₁ und zum Ausrichtungseffekt in radialer Richtung durch den dynamischen Druck der Vertiefung 30 (30b), ist es möglich, den Ausrichtungseffekt in axialer Richtung aufzubringen.
In einer Ausführungsform, weist der Querschnitt der Vertiefung 30 (30b) eine Bogenform auf. Ferner, in einer Ausführungsform, weist der Querschnitt der Vertiefung 30 (30b) eine symmetrische Form in Bezug auf die senkrechte Linie O₂ senkrecht zu der äußeren Umfangsfläche des Außenringes 22 und den Punkt P₁ kreuzend an der statisch bestimmten Position auf. Daher, wenn die Rotationswelle 12 an der statisch bestimmten Position ist, ist die Verteilung der normalen Kraftkomponente Pd symmetrisch in Bezug auf die senkrechte Linie O₂ und die normale Kraftkomponente Pd ist in axialer Richtung ausbalanciert. Folglich, wenn die Rotationswelle 12 sich in axialer Richtung von der statisch bestimmten Position aufgrund von Schwingungen oder Ähnliches bewegt, kann die asymmetrische Verteilung der normalen Kraftkomponente Pd gefühlvoll aufgebracht werden und somit kann die Rückstellkraft auf die Rotationswelle 12 gefühlvoll aufgebracht werden.
In einer Ausführungsform weist die in 7 gezeigte Lagereinrichtung 10 (10B) eine Vielzahl von Wälzlagerungen 14 (14a, 14b) angeordnet in Abständen in der axialen Richtung der Rotationswelle 12 auf und das Abdeckelement 32 ist derartig angeordnet, die jeweiligen Umfänge der Vielzahl von Wälzlagerungen 14 abzudecken. Dann sind die Vertiefungen 30 in der äußeren Umfangsfläche 32a (gegenüberliegende Fläche) des Abdeckelements 32 angeordnet. Jede der Vertiefungen 30 kann die Vertiefung 30 (30a) gezeigt in 5 oder kann die Vertiefung 30 (30b) gezeigt in 6 sein. Da die Vertiefungen 30 in der äußeren Umfangsfläche 32a des Abdeckelements 32 ausgebildet sind, wird der dynamische Druck des Schmieröls r auf die Vielzahl von Wälzlagerungen 14 (14a, 14b) über das Abdeckelement 32 übertragen. Daher wirkt eine gleiche Kraft auf die jeweiligen Wälzlagerungen 14 von dem Abdeckelement 32 und die jeweiligen Wälzlagerungen 14 werden einheitlich durch das Abdeckelement 32 bewegt, was es ermöglicht, den Ausrichtungseffekt in Bezug auf die Rotationswelle 12 zu verbessern.
In einer Ausführungsform, wenn die Vertiefungen 30 (30a) in der äußeren Umfangsfläche 32a des Abdeckelements 32 ausgebildet sind, sind die zwei Vertiefungen 30 (30a) derartig ausgebildet, dass die Richtungen, in welche die Querschnittsflächen davon allmählich abnehmen, einander entgegengesetzt sind. Daher werden die normalen Kraftkomponenten Pd in Richtungen abweichend von der radialen Richtung in den zwei Vertiefungen 30 (30a) in entgegengesetzte Richtungen ausgebildet und gleichen sich somit aus. Daher wird keine übermäßige Kraft in der axialen Richtung aufgebracht.
In einer Ausführungsform weist das Abdeckelement 32 eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und eine Trennwand, welche die äußere Umfangsfläche 32a bildet, kann an mindestens einer Position gegenüber der Ölzuführungsöffnungen 24 vorhanden sein. Ferner weist das Abdeckelement 32 innen ein Beschränkungsteil 34 auf, um eine axiale Bewegung von jeder Wälzlagerung 14 zu beschränken. Das Beschränkungsteil 34 weist eine ringförmige Vertiefung auf, in die der Außenring 22 der Wälzlagerung 14 eingepasst ist und der Außenring 22 ist in die Vertiefung eingepasst, wodurch eine axiale Bewegung beschränkt wird.
In einer in 8 gezeigten Ausführungsform der Lagereinrichtung 10 (10C), sind eine Ölzuführungsöffnung 36 (zweite Ölzuführungsöffnung) und eine Ölzuführungsöffnung 38 (dritte Ölzuführungsöffnung) in dem Gehäuse 16 ausgebildet. Die Ölzuführungsöffnung 36 führt das Schmieröl r einem Spalt C₂ (zweiter Spalt) zwischen einer axialen Endfläche 32b des Abdeckelements 32 und einer inneren Fläche 16a des Gehäuses 16 zu. Die Ölzuführungsöffnung 38 führt das Schmieröl r einem Spalt C₃ (dritter Spalt) zwischen einer axialen Endfläche 32c des Abdeckelements 32 und einer inneren Fläche 16b des Gehäuses 16 zu. Die Ölzuführungsöffnung 36 genügt: $π * d_{2} * δ_{2} < π * d_{2}^{2} / 4$
, wobei d₂ ein Durchmesser der Auslassöffnung der Ölzuführungsöffnung 36 ist und δ₂ ein Abstand des Spaltes C₂ ist und die Ölzuführungsöffnung 38 genügt: $π * d_{3} * δ_{3} < π * d_{3}^{2} / 4$
, wobei d₃ ein Durchmesser der Auslassöffnung der Ölzuführungsöffnung 38 ist und δ₃ ein Abstand des Spaltes δ₃ ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wird Selbstquetschen durch eine Quetschwirkung des Ölfilms ausgebildet, wenn das Schmieröl r, welches von der Ölzuführungsöffnung 36 und der Ölzuführungsöffnung 38 jeweils durch den Spalt C₂ und den Spalt C₃ fließt, was es ermöglicht, einen Ölfilm guter Qualität in dem Spalt C₂ und dem Spalt C₃ ohne mechanische Mittel auszubilden. Ferner, selbst wenn die Rotationswelle 12 sich zu einer Seite oder einer anderen Seite in axialer Richtung von einer statisch bestimmten Position aufgrund von Schwingungen bewegt, ist es möglich, die Schwingungen in der axialen Richtung zu dämpfen und einen Ausrichtungseffekt auszuüben, der die Rotationswelle 12 zu der ursprünglichen statisch bestimmten Position zurückstellt. Daher kann die Lagereinrichtung 10 (10C) sowohl den Ausrichtungseffekt in radialer Richtung durch Selbstquetschen auf das Schmieröl r, welches von den Ölzuführungsöffnungen 24 zugeführt wird, und den Ausrichtungseffekt in axialer Richtung durch Selbstquetschen auf das Schmieröl r, welches von den Ölzuführungsöffnungen 36 und 38 zugeführt wird, erzielen.
In einer Ausführungsform sind eine Vielzahl von Ölzuführungsöffnungen 36 und 38 in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der Rotationswelle 12 ausgebildet. Ferner sind die Ölzuführungsöffnungen 36 und 38 entlang einer Richtung senkrecht zu der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 16, wenigstens in der Nähe der Auslassöffnungen ausgebildet. Daher ist es möglich, den Druckverlust des Schmieröls zu reduzieren und die normale Kraftkomponente Pd, die auf den Flächen der Vertiefungen 40 und 42 gebildet wird, zu erhöhen.
In einer Ausführungsform, wie in 9 gezeigt, ist die Vertiefung 40 in der axialen Endfläche 32b des Abdeckelements 32 gegenüber der inneren Fläche 16a des Gehäuses 16 über den Spalt C₂ ausgebildet. Ferner ist die Vertiefung 42 in der axialen Endfläche 32c des Abdeckelements 32 gegenüber der inneren Fläche 16b des Gehäuses 16 über den Spalt C₃ ausgebildet. Die Vertiefungen 40 und 42 sind jeweils derartig eingerichtet, dass die Querschnittsfläche davon in einer Richtung parallel zu der Achse O₁ der Rotationswelle 12 von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu wenigstens einer Seite in der radialen Richtung der Rotationswelle 12 abnimmt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, beschleunigt das Schmieröl r, welches von der Ölzuführungsöffnung 36 der Vertiefung 40 zugeführt wird, in radialer Richtung, was eine normale Kraftkomponente in Bezug auf die Fläche der Vertiefung 40 durch den dynamischen Druck des Schmieröls r erzeugt. Die normale Kraftkomponente Pd wird eine Kraft, welche die in axialer Richtung bewegte Rotationswelle 12 zu der statisch bestimmten Position zurückstellt. Die gleiche normale Kraftkomponente wirkt ebenfalls in dem Schmieröl r, welches von der Ölzuführungsöffnung 38 der Vertiefung 42 zugeführt wird. Daher ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, sowohl den Selbstquetschungseffekt des Ölfilms und den Ausrichtungseffekt in radialer Richtung der Rotationswelle 12 durch den dynamischen Druck des Schmieröls r zu erzielen. Daher ist es möglich, einen Schwingungsdämpfungseffekt auszuüben, selbst wenn die Rotationswelle 12 in radialer Richtung schwingt. Daher kann die Lagereinrichtung 10 (10C) sowohl den Selbstquetschungseffekt auf den Ölfilm, der von den Ölzuführungsöffnungen 24 zugeführt wird, und den Ausrichtungseffekt in radialer Richtung durch die Vertiefung 30 und den Selbstquetschungseffekt auf den Ölfilm, der von den Ölzuführungsöffnungen 36 und 38 zugeführt wird und den Ausrichtungseffekt in axialer Richtung durch die Vertiefungen 40 und 42 erzielen.
In einer Ausführungsform haben die Vertiefungen 40 und 42 die gleiche Form wie die Vertiefung 30 (30a) oder die Vertiefung 30 (30b). Daher ist es möglich, den Ausrichtungseffekt in radialer Richtung durch die normale Kraftkomponente Pd, die auf der Fläche der Vertiefung 30 (30a, 30b) gebildet wird, auszuüben.
In einer Ausführungsform in der in 8 gezeigten Lagereinrichtung 10 (10C) kann auf die Ölzuführungsöffnungen 24 und die Vertiefung 30 verzichtet werden und nur die Ölzuführungsöffnung 36 und 38 können ausgebildet sein. Daher wird ein Selbstquetschen durch die Quetschwirkung des Ölfilms eingerichtet, wenn das Schmieröl r, das von den Ölzuführungsöffnungen 36 und 38 zugeführt wird, durch jeweils den Spalt C₂ und den Spalt C₃ fließt. Daher ist es möglich, einen Ölfilm guter Qualität in dem Spalt C₂ und dem Spalt C₃ ohne mechanische Mittel auszubilden und selbst wenn sich die Rotationswelle 12 zu einer Seite oder einer anderen Seite in der axialen Richtung von der statisch bestimmten Position aufgrund von Schwingungen bewegt, ist es möglich, die Schwingungen in der axialen Richtung zu dämpfen und einen Ausrichtungseffekt durch Rückstellen der Rotationswelle 12 zu der ursprünglichen statisch bestimmten Position auszuüben.
In einer Ausführungsform, wie in 9 gezeigt, kann auf die Ölzuführungsöffnungen 24 und die Vertiefung 30 verzichtet werden und nur die Ölzuführungsöffnungen 36 und 38 und die Vertiefungen 40 und 42 ausgebildet sein. Daher ist es möglich, sowohl den Selbstquetschungseffekt auf den Ölfilm durch den Spalt C₂ und C₃ und den Ausrichtungseffekt in radialer Richtung der Rotationswelle 12 durch den dynamischen Druck des Schmieröls r zu erzielen. Daher ist es möglich, einen Schwingungsdämpfungseffekt auszuüben, selbst wenn die Rotationswelle 12 in radialer Richtung schwingt. Daher kann auf eine Axiallagerung für die Rotationswelle in manchen Fällen verzichtet werden.
Da die in 1 gezeigte Rotationseinrichtung 50 eine Lagereinrichtung 10 gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist, ist es möglich, ein Selbstquetschen durch Quetschwirkung des Schmierölfilms in dem Spalt zwischen der Wälzlagerung 14 und dem Gehäuse 16 zur Aufnahme der Wälzlagerung 14 auszubilden. Daher ist es möglich, eine radiale Exzentrizität der Rotationswelle 12 durch Schwingungen zu unterdrücken, was ermöglicht, einen Schwingungsdämpfungseffekt auf die Rotationswelle 12 auszuüben.
Der Turbolader wurde als Beispiel einer Rotationseinrichtung, wie in 1 gezeigt, herangezogen. Jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist jedoch ebenfalls auf andere Rotationseinrichtungen anwendbar, welche die Rotationswelle beinhalten.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß einiger Ausführungsformen einer Rotationseinrichtung, die eine Rotationswelle aufweist, wenn eine Rotationswelle durch eine Wälzlagerung gelagert ist, ist es möglich, Schwingungen ohne Verwendung mechanischer Mittel effektiv zu unterdrücken.
Bezugszeichenliste

10 (10A, 10B, 10C): Lagereinrichtung
12: Rotationswelle
14 (14a, 14b): Wälzlagerung
16: Gehäuse
16a, 16b: innere Fläche
18: Innenring
20: Wälzelement
22: Außenring
22a: äußere Umfangsfläche (gegenüberliegende Fläche)
24 (24a, 24b, 24c, 24d): Ölzuführungsöffnung (erste Ölzuführungsöffnung)

26: Rohrleitung
28: Pumpe
30 (30a, 30b): Vertiefung (erste Vertiefung)
32: Abdeckelement
32a: äußere Umfangsfläche (gegenüberliegende Fläche)
32b,: 32c axiale Endfläche
34: Beschränkungsteil
36: Ölzuführungsöffnung (zweite Ölzuführungsöffnung)
38: Ölzuführungsöffnung (dritte Ölzuführungsöffnung)
40: Vertiefung (zweite Vertiefung)
42: Vertiefung (dritte Vertiefung)
50: Rotationseinrichtung
52: Kompressor
54: Turbine
56: Kompressorrad
58: Kompressorschaufel
60: Turbinenrad
58: Turbinenschaufel
64: Lagergehäuse
66: Axiallager
68: Ölkanal
C1: Spalt (erster Spalt)
C2: Spalt (zweiter Spalt)
C3: Spalt (zweiter Spalt)
O1: Achse
O2: Mittellinie
P2: Mittelpunkt
Pd: normale Kraftkomponente
r: Schmieröl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004339986 A [0003]

Claims

Lagereinrichtung für eine drehbare Lagerung einer Rotationswelle, wobei die Einrichtung umfasst: mindestens eine Wälzlagerung, die einen Innenring, der an der Rotationswelle befestigt ist, ein Wälzelement und einen Außenring, um das Wälzelement drehbar mit dem Innenring zu halten; und ein Gehäuse zur Aufnahme der Wälzlagerung, wobei das Gehäuse eine Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen aufweist, die in Abständen in einer Umfangsrichtung ausgebildet sind, um Schmieröl einem ersten Spalt zwischen der Wälzlagerung und einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses zuzuführen, wobei jede der Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen genügt: $π * d_{1} * δ_{1} < π * d_{1}^{2} / 4,$
wobei d₁ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der ersten Ölzuführungsöffnung ist und δ₁ ein Abstand des ersten Spaltes ist.
Lagereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen symmetrisch in Bezug auf eine axiale Mitte der Rotationswelle in einem Querschnitt der Rotationswelle angeordnet sind.
Lagereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in einer gegenüberliegenden Fläche gegenüber der inneren Umfangsfläche des Gehäuses über den ersten Spalt eine erste Vertiefung ausgebildet ist, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in einer Richtung senkrecht zu einer Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu mindestens einer Seite in einer axialen Richtung abnimmt.
Lagereinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die erste Vertiefung derartig eingerichtet ist, dass eine Tiefe davon zu der einen Seite in axialer Richtung abnimmt.
Lagereinrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die erste Vertiefung: derartig eingerichtet ist, dass die Querschnittsfläche von der Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu jeder der einen Seite und der anderen Seite in der axialen Richtung abnimmt, und derartig eingerichtet ist, dass eine Länge von der Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu einem Endabschnitt auf der einen Seite in der axialen Richtung und eine Länge von der Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu einem Endabschnitt auf der anderen Seite in der axialen Richtung gleich sind.
Lagereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die erste Vertiefung derartig eingerichtet ist, dass die Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, gegenüber der Auslassöffnung der ersten Ölzuführungsöffnung ist.
Lagereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die mindestens eine Wälzlagerung eine Vielzahl von Wälzlagerungen aufweist, die in Abständen in der axialen Richtung der Rotationswelle angeordnet sind, wobei die Lagereinrichtung ferner ein Abdeckelement aufweist, das dazu eingerichtet ist, die jeweiligen Umfänge der Vielzahl von Wälzlagerungen abzudecken, und wobei die gegenüberliegende Fläche durch eine äußere Umfangsfläche des Abdeckelements gebildet wird.
Lagereinrichtung gemäß Anspruch 7, wobei das Gehäuse eine zweite Ölzuführungsöffnung ausbildet, um das Schmieröl einem zweiten Spalt zwischen einer inneren Fläche des Gehäuses und einer axial einen Endfläche des Abdeckelements zuzuführen, und eine dritte Ölzuführungsöffnung ausbildet, um das Schmieröl einem dritten Spalt zwischen einer inneren Fläche des Gehäuses und einer axial anderen Endfläche des Abdeckelements zuzuführen, und wobei jede der Vielzahl von ersten Ölzuführungsöffnungen genügt: $π * d_{2} * δ_{2} < π * d_{2}^{2} / 4$
, wobei d₂ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der zweiten Ölzuführungsöffnung ist und δ₂ ein Abstand des zweiten Spaltes ist; und $π * d_{3} * δ_{3} < π * d_{3}^{2} / 4$
, wobei d₃ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der dritten Ölzuführungsöffnung ist und δ₃ ein Abstand des dritten Spaltes ist.
Lagereinrichtung gemäß Anspruch 8, wobei, in der axial einen Endfläche gegenüber der inneren Fläche des Gehäuses über den zweiten Spalt, eine zweite Vertiefung ausgebildet ist, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in einer Richtung parallel zu der Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu mindestens einer Seite in einer radialen Richtung abnimmt, und wobei, in der axial anderen Endfläche gegenüber der inneren Fläche des Gehäuses über den dritten Spalt, eine dritte Vertiefung ausgebildet ist, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in der Richtung parallel zur Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu der mindestens einen Seite in der radialen Richtung abnimmt.
Lagereinrichtung für eine drehbare Lagerung einer Rotationswelle, wobei die Einrichtung aufweist: eine Vielzahl von Wälzlagerungen, die in Abständen in einer axialen Richtung der Rotationswelle angeordnet sind, wobei jede der Wälzlagerungen einen Innenring, der an der Rotationswelle befestigt ist, ein Wälzelement und einen Außenring aufweist, um das Wälzelement drehbar mit dem Innenring zu halten; ein Abdeckelement, dazu eingerichtet, jeweilige Umfänge der Vielzahl von Wälzlagerungen abzudecken; und ein Gehäuse zur Aufnahme der Vielzahl von Wälzlagerungen und des Abdeckelements, wobei das Gehäuse eine zweite Ölzuführungsöffnung, um das Schmieröl einem zweiten Spalt zwischen einer inneren Fläche des Gehäuses und einer axial einen Endfläche des Abdeckelements zuzuführen und eine dritte Ölzuführungsöffnung, um das Schmieröl einem dritten Spalt zwischen der inneren Fläche des Gehäuses und einer axial anderen Endfläche des Abdeckelements zuzuführen, ausbildet, wobei die zweite Ölzuführungsöffnung genügt: $π * d_{2} * δ_{2} < π * d_{2}^{2} / 4$
, wobei d₂ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der zweiten Ölzuführungsöffnung ist und δ₂ ein Abstand des zweiten Spaltes ist, und wobei die dritte Ölzuführungsöffnung genügt: $π * d_{3} * δ_{3} < π * d_{3}^{2} / 4$
, wobei d₃ ein Durchmesser einer Auslassöffnung der dritten Ölzuführungsöffnung ist und δ₃ ein Abstand des dritten Spaltes ist.
Lagereinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei, in der axial einen Endfläche gegenüber der inneren Fläche des Gehäuses über den zweiten Spalt, eine zweite Vertiefung ausgebildet ist, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in einer Richtung parallel zu der Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu mindestens einer Seite in einer radialen Richtung abnimmt, und wobei, in der axial anderen Endfläche gegenüber der inneren Fläche des Gehäuses über den dritten Spalt, eine dritte Vertiefung ausgebildet ist, die derartig eingerichtet ist, dass eine Querschnittsfläche davon in der Richtung parallel zur Achse der Rotationswelle von einer Position, an der die Querschnittsfläche maximal ist, zu der mindestens einen Seite in der radialen Richtung abnimmt.
Rotationseinrichtung, wobei die Rotationseinrichtung aufweist: eine Rotationswelle; und die Lagereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.