DE112020006504T5 - Mehrflächenlager - Google Patents

Abstract

Ein halbschwimmendes Lager (Mehrflächenlager) 13 hat: einen ringförmigen Hauptkörper 13a, durch den hindurch eine Welle 15 eingesetzt ist; und eine Radiallagerfläche 13d, die an einer Innenumfangsfläche des Hauptkörpers 13a ausgebildet ist, wobei die Radiallagerfläche 13d eine Vielzahl von Bogenflächen 37 hat, die unterschiedliche Krümmungszentren A haben und benachbart zueinander in einer Umfangsrichtung des Hauptkörpers 13a angeordnet sind, und wobei ein minimaler Abstand Ra zwischen einer Mittelachse O der Welle 15 und der Bogenfläche 37, ein Krümmungsradius Rb der Bogenfläche 37 und ein Radius Rs der Welle 15 Beziehungen erfüllen, die durch die folgenden Formeln (1) und (2) ausgedrückt sind: Ra / Rs ≥ 1,001 ... (1), (Rb - Ra) / 0,9 ≤ (Rb - Rs) ≤ (Rb - Ra) / 0,6 ... (2) unter der Voraussetzung, dass Ra der minimale Abstand zwischen der Mittelachse O der Welle 15 und der Bogenfläche 37 ist, Rb der Krümmungsradius der Bogenfläche 37 ist und Rs der Radius der Welle 15 ist.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Mehrflächenlager. Diese Anmeldung beansprucht die Wirkung der Priorität auf der Basis der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-068572 , die am 6. April 2020 eingereicht wurde und deren Inhalte hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
• Technischer Hintergrund
• Patentliteratur 1 offenbart ein Mehrflächenlager mit einer Vielzahl (im Speziellen drei) von Bogenflächen. Das Mehrflächenlager stützt die Welle in schwenkbarer Weise. Die Vielzahl von Bogenflächen sind in einer Region ausgebildet, die als eine Radiallagerfläche des Mehrflächenlagers zu verwenden ist.
• Zitierungsliste
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: JP 4937588 B2
• Zusammenfassung
• Technisches Problem
• In dem Mehrflächenlager kann die zulässige Drehzahl der Welle (d. h. der Grenzwert der Drehzahl, bei der die Welle stabil und schwenkbar gestützt werden kann) im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem die Querschnittsform der Radiallagerfläche ein idealer Kreis ist. Jedoch wird es als wünschenswert erachtet, die zulässige Drehzahl der Welle weiter zu verbessern.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ein Mehrflächenlager vorzusehen, das eine zulässige Drehzahl einer Welle verbessern kann.
• Lösung des Problems
• Um die vorstehenden Probleme zu lösen, hat ein Mehrflächenlager der vorliegenden Offenbarung Folgendes: einen ringförmigen Hauptkörper, durch den hindurch eine Welle eingesetzt ist; und eine Radiallagerfläche, die an einer Innenumfangsfläche des Hauptkörpers ausgebildet ist, wobei die Radiallagerfläche eine Vielzahl von Bogenflächen umfasst, die unterschiedliche Krümmungszentren haben und benachbart zueinander in einer Umfangsrichtung des Hauptkörpers angeordnet sind, und wobei ein minimaler Abstand zwischen einer Mittelachse der Welle und der Bogenfläche, ein Krümmungsradius der Bogenfläche und ein Radius der Welle Beziehungen erfüllen, die durch die folgenden Formen (1) und (2) ausgedrückt sind: $$\text{Ra}/\text{Rs}\ge \text{1}\text{,001}$$

  

  $$\left(\text{Rb}-\text{Ra}\right)/\mathrm{0,9}\le \left(\text{Rb}-\text{Rs}\right)\le \left(\text{Rb}-\text{Ra}\right)/\mathrm{0,6}$$

  

  unter der Voraussetzung, dass
  Ra der minimale Abstand zwischen der Mittelachse der Welle und der Bogenfläche ist,
  Rb der Krümmungsradius der Bogenfläche ist, und
  Rs der Radius der Welle ist.
• Der minimale Abstand zwischen der Mittelachse der Welle und der Bogenfläche, der Krümmungsradius der Bogenfläche und der Radius der Welle können die Beziehung erfüllen, die durch die nachstehende Formel (3) ausgedrückt ist: $$\left(\text{Rb}-\text{Ra}\right)/\mathrm{0,85}\le \left(\text{Rb}-\text{Rs}\right)\le \left(\text{Rb}-\text{Ra}\right)/\mathrm{0,75}$$

  
• Wirkungen der Offenbarung
• Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die zulässige Drehzahl der Welle zu erhöhen.
• Figurenliste
• 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Turboladers.
• 2 ist ein Diagramm, das durch Extrahieren eines Abschnitts in 1 erhalten wird, der mit einer Linie mit langen und kurzen Strichen gekennzeichnet ist.
• 3 ist eine erklärende Ansicht zum Erklären einer Form einer Radiallagerfläche des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
• 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Vorspannungskoeffizienten und einem zulässigen Drehzahlverhältnis darstellt.
• 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Vorspannungskoeffizienten und einem Verlustverhältnis darstellt.
• Beschreibung von Ausführungsbeispielen
• Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Abmessungen, Materialien, andere spezifische numerische Werte und dergleichen, die in den Ausführungsbeispielen gezeigt sind, sind lediglich Beispiele zum Erleichtern eines Verständnisses und beschränken die vorliegende Offenbarung nicht, außer es ist anderweitig spezifiziert. Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen Elemente, die im Wesentlichen die gleiche Funktion und die gleiche Gestaltung haben, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und eine redundante Beschreibung ist weggelassen, und Elemente, die sich nicht direkt auf die vorliegende Offenbarung beziehen, sind nicht dargestellt.
• 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Turboladers TC. Nachstehend wird die Richtung eines Pfeils L, der in 1 dargestellt ist, als die linke Seite des Turboladers TC beschrieben. Die Richtung eines Pfeils R, die in 1 dargestellt ist, wird als die rechte Seite des Turboladers TC beschrieben. Wie in 1 dargestellt ist, hat der Turbolader TC einen Turboladerhauptkörper 1. Der Turboladerhauptkörper 1 hat ein Lagergehäuse 3, ein Turbinengehäuse 5 und ein Kompressorgehäuse 7. Das Turbinengehäuse 5 ist mit der linken Seite des Lagergehäuses 3 durch einen Befestigungsmechanismus 9 verbunden. Das Kompressorgehäuse 7 ist mit der rechten Seite des Lagergehäuses 3 durch einen Befestigungsbolzen 11 verbunden.
• Ein Vorsprung 3a ist an der Außenumfangsfläche des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Der Vorsprung 3a ist an der Seite des Turbinengehäuses 5 vorgesehen. Der Vorsprung 3a steht in der Radialrichtung des Lagegehäuses 3 vor. Ein Vorsprung 5a ist an der Außenumfangsfläche des Turbinengehäuses 5 vorgesehen. Der Vorsprung 5a ist an der Seite des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Der Vorsprung 5a steht in der Radialrichtung des Turbinengehäuses 5 vor. Das Lagergehäuse 3 und das Turbinengehäuse 5 sind durch den Befestigungsmechanismus 9 band-befestigt. Der Befestigungsmechanismus 9 ist beispielsweise eine G-Kopplung („G coupling“). Der Befestigungsmechanismus 9 umgibt den Vorsprung 3a und den Vorsprung 5a sandwichartig.
• Ein Lagerloch 3b ist in dem Lagergehäuse 3 ausgebildet. Das Lagerloch 3b geht durch den Turbolader TC in der Links-Rechts-Richtung hindurch. Ein halbschwimmendes Lager 13 ist in dem Lagerloch 3b angeordnet. Das halbschwimmende Lager 13 stützt eine Welle 15 drehbar und schwenkbar. Ein Turbinenlaufrad 17 ist an dem linken Endabschnitt der Welle 15 vorgesehen. Das Turbinenlaufrad 17 ist in dem Turbinengehäuse 5 drehbar aufgenommen. Ein Kompressorlaufrad 19 ist an dem rechten Endabschnitt der Welle 15 vorgesehen. Das Kompressorlaufrad 19 ist in dem Kompressorgehäuse 7 drehbar aufgenommen.
• Ein Ansauganschluss 21 ist in dem Kompressorgehäuse 7 ausgebildet. Der Ansauganschluss 21 öffnet zu der rechten Seite des Turboladers TC. Der Ansauganschluss 21 ist mit einem Luftfilter (nicht dargestellt) verbunden. Ein Diffusorströmungsdurchgang 23 ist durch die gegenüberliegenden Flächen des Lagergehäuses 3 und des Kompressorgehäuses 7 ausgebildet. Der Diffusorströmungsdurchgang 23 beaufschlagt die Luft mit Druck. Der Diffusorströmungsdurchgang 23 ist in einer ringförmigen Form ausgebildet. Der Diffusorströmungsdurchgang 23 ist mit dem Ansauganschluss 21 über das Kompressorlaufrad 19 an der radial inneren Seite in Verbindung.
• Das Kompressorgehäuse 7 ist mit einem Kompressorschneckenströmungsdurchgang 25 versehen. Der Kompressorschneckenströmungsdurchgang 25 ist in einer ringförmigen Form ausgebildet. Der Kompressorschneckenströmungsdurchgang 25 ist beispielsweise näher zu der radial äußeren Seite der Welle 15 als der Diffusorströmungsdurchgang 23 positioniert. Der Kompressorschneckenströmungsdurchgang 25 ist mit einem Ansauganschluss einer Maschine (nicht dargestellt) und dem Diffusorströmungsdurchgang 23 in Verbindung. Wenn das Kompressorlaufrad 19 dreht, wird Luft von dem Ansauganschluss 21 in das Kompressorgehäuse 7 gesaugt. Die angesaugte Luft wird in dem Prozess des Strömens zwischen Schaufeln des Kompressorlaufrads 19 mit Druck beaufschlagt und beschleunigt. Die mit Druck beaufschlagte und beschleunigte Luft wird durch den Diffusorströmungsdurchgang 23 und den Kompressorschneckenströmungsdurchgang 25 weiter mit Druck beaufschlagt. Die weiter mit Druck beaufschlagte Luft wird zu dem Ansauganschluss der Maschine geführt.
• Ein Abgabeanschluss 27 ist in dem Turbinengehäuse 5 ausgebildet. Der Abgabeanschluss 27 öffnet zu der linken Seite des Turboladers TC. Der Abgabeanschluss 27 ist mit einer Abgasreinigungsvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden. In dem Turbinengehäuse 5 sind ein Verbindungsdurchgang 29 und ein Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31 ausgebildet. Der Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31 ist in einer ringförmigen Form ausgebildet. Der Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31 ist beispielsweise näher zu der radial äußeren Seite des Turbinenlaufrads 17 positioniert als der Verbindungsdurchgang 29. Der Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31 ist mit einem Gaseinlassanschluss (nicht dargestellt) in Verbindung. Abgas, das von einem Abgasverteiler der Maschine (nicht dargestellt) abgegeben wird, wird zu dem Gaseinlassanschluss geführt. Der Verbindungsdurchgang 29 gestattet eine Verbindung des Turbinenschneckenströmungsdurchgangs 31 und des Abgabeanschlusses 27 miteinander über das Turbinenlaufrad 17. Das Abgas, das von dem Gaseinlassanschluss zu dem Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31 geführt wird, wird zu dem Abgabeanschluss 27 über den Verbindungsdurchgang 29 und das Turbinenlaufrad 17 geführt. Das Abgas, das zu dem Abgabeanschluss 27 geführt wird, dreht das Turbinenlaufrad 17 in dem Strömungsprozess.
• Die Drehkraft des Turbinenlaufrads 17 wird zu dem Kompressorlaufrad 19 über die Welle 15 übertragen. Wenn das Kompressorlaufrad 19 dreht, wird die Luft mit Druck beaufschlagt, wie vorstehend beschrieben ist. In dieser Weise wird Luft zu dem Ansauganschluss der Maschine geführt.
• 2 ist ein Diagramm, das durch Extrahieren eines Abschnitts in 1 erhalten wird, der mit einer Linie mit langen und kurzen Strichen gekennzeichnet ist. Wie in 2 dargestellt ist, ist eine Lagerstruktur S im Inneren des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Die Lagerstruktur S umfasst das Lagerloch 3b, das halbschwimmende Lager 13 und die Welle 15.
• Ein Öldurchgang 3c ist in dem Lagergehäuse 3 ausgebildet. Schmieröl wird zu dem Öldurchgang 3c zugeführt. Der Öldurchgang 3c öffnet zu (ist in Verbindung mit) dem Lagerloch 3b. Der Öldurchgang 3c führt das Schmieröl zu dem Lagerloch 3b. Das Schmieröl strömt in das Lagerloch 3b von dem Öldurchgang 3c.
• Das halbschwimmende Lager 13 ist in dem Lagerloch 3b angeordnet. Das halbschwimmende Lager 13 hat einen ringförmigen Hauptkörper 13a. Ein Einsetzloch 13b ist in dem Hauptkörper 13a ausgebildet. Das Einsetzloch 13b geht durch den Hauptkörper 13a in der Axialrichtung der Welle 15 hindurch (nachstehend einfach als eine Axialrichtung bezeichnet). Die Welle 15 ist in das Einsetzloch 13b eingesetzt.
• Zwei Radiallagerflächen 13d und 13e sind an einer Innenumfangsfläche 13c des Hauptkörpers 13a (im Speziellen des Einsetzlochs 13b) ausgebildet. Die zwei Radiallagerflächen 13d und 13e sind in der Axialrichtung voneinander beabstandet. Ein Ölloch 13f ist in dem Hauptkörper 13a ausgebildet. Das Ölloch 13f geht von der Innenumfangsfläche 13c zu einer Außenumfangsfläche 13g des Hauptkörpers 13a hindurch. Das Ölloch 13f ist zwischen den zwei Radiallagerflächen 13d und 13e angeordnet. Das Ölloch 13f ist der Öffnung des Öldurchgangs 3c in der Radialrichtung der Welle 15 (und des Hauptkörpers 13a) (nachstehend einfach als eine Radialrichtung bezeichnet) zugewandt.
• Das Schmieröl strömt von der Seite der Außenumfangsfläche 13g des Hauptkörpers 13a zu der Seite der Innenumfangsfläche 13c durch das Ölloch 13f. Das Schmieröl, das in die Seite der Innenumfangsfläche 13c des Hauptkörpers 13a strömt, bewegt sich zwischen der Innenumfangsfläche 13c und der Welle 15 entlang der Umfangsrichtung der Welle 15. Darüber hinaus bewegt sich das Schmieröl, das in die Seite der Innenumfangsfläche 13c des Hauptkörpers 13a strömt, zwischen der Innenumfangsfläche 13c und der Welle 15 entlang der Axialrichtung der Welle 15 (Links-Rechts-Richtung in 2). Das Schmieröl wird zu dem Freiraum zwischen der Welle 15 und den zwei Radiallagerflächen 13d und 13e zugeführt. Die Welle 15 ist durch den Ölfilmdruck des Schmieröls schwenkbar gestützt. Die zwei Radiallagerflächen 13d und 13e nehmen die Radiallast der Welle 15 auf.
• Ein Durchgangsloch 13h ist in dem Hauptkörper 13a ausgebildet. Das Durchgangsloch 13h geht von der Innenumfangsfläche 13c zu der Außenumfangsfläche 13g des Hauptkörpers 13a. Das Durchgangsloch 13h ist zwischen den zwei Radiallagerflächen 13d und 13e angeordnet. Das Durchgangsloch 13h ist an der Seite des Hauptkörpers 13a entgegengesetzt zu der Seite angeordnet, wo das Ölloch 13f ausgebildet ist. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und die Position des Durchgangslochs 13h kann verschieden sein von der Position des Öllochs 13f in der Umfangsrichtung des Hauptkörpers 13a.
• Ein Stiftloch 3e ist in dem Lagergehäuse 3 ausgebildet. Das Stiftloch 3e ist in dem Lagerloch 3b an einer Position ausgebildet, die dem Durchgangsloch 13h zugewandt ist. Das Stiftloch 3e geht durch einen Wandabschnitt hindurch, der das Lagerloch 3b ausbildet. Das Stiftloch 3e ist mit dem inneren Raum und dem äußeren Raum des Lagerlochs 3b in Verbindung. Ein Positionierungsstift 33 ist in das Stiftloch 3e eingesetzt.
• In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Positionierungsstift 33 in das Stiftloch 3e pressgepasst. Die Spitze des Positionierungsstifts 33 ist in das Durchgangsloch 13h des Hauptkörpers 13a eingesetzt. Der Positionierungsstift 33 beschränkt die Bewegung des Hauptkörpers 13a in der Drehrichtung und der Axialrichtung.
• Die Welle 15 hat einen großdurchmessrigen Abschnitt 15a, einen mitteldurchmessrigen Abschnitt 15b und einen kleindurchmessrigen Abschnitt 15c. Der großdurchmessrige Abschnitt 15a ist näher zu der Seite des Turbinenlaufrads 17 (siehe 1) positioniert als der Hauptkörper 13a. Der großdurchmessrige Abschnitt 15a hat eine säulenartige Form. Der Außendurchmesser des großdurchmessrigen Abschnitts 15a ist größer als der Innendurchmesser der Innenumfangsfläche 13c (im Speziellen der Radiallagerfläche 13d) des Hauptkörpers 13a. Der Außendurchmesser des großdurchmessrigen Abschnitts 15a ist größer als der Außendurchmesser der Außenumfangsfläche 13g des Hauptkörpers 13a. Jedoch kann der Außendurchmesser des großdurchmessrigen Abschnitts 15a gleichwie oder kleiner als der Außendurchmesser der Außenumfangsfläche 13g des Hauptkörpers 13a sein. Der großdurchmessrige Abschnitt 15a ist dem Hauptkörper 13a in der Axialrichtung zugewandt. Der großdurchmessrige Abschnitt 15a hat einen konstanten Außendurchmesser. Jedoch muss der Außendurchmesser des großdurchmessrigen Abschnitts 15a nicht konstant sein.
• Der mitteldurchmessrige Abschnitt 15b ist näher zu der Seite des Kompressorlaufrads 19 positioniert als der großdurchmessrige Abschnitt 15a (siehe 1). Der mitteldurchmessrige Abschnitt 15b hat eine säulenartige Form. Der mitteldurchmessrige Abschnitt 15b ist in das Einsetzloch 13b des Hauptkörpers 13a eingesetzt. Deshalb ist der mitteldurchmessrige Abschnitt 15b der Innenumfangsfläche 13c des Einsetzlochs 13b in der Radialrichtung zugewandt. Der mitteldurchmessrige Abschnitt 15b hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der des großdurchmessrigen Abschnitts 15a. Der Außendurchmesser des mitteldurchmessrigen Abschnitts 15b ist kleiner als die Innendurchmesser der Radiallagerflächen 13d und 13e des Hauptkörpers 13a. Der mitteldurchmessrige Abschnitt 15b hat einen konstanten Außendurchmesser. Jedoch muss der Außendurchmesser des mitteldurchmessrigen Abschnitts 15b nicht konstant sein.
• Der kleindurchmessrige Abschnitt 15c ist näher zu der Seite des Kompressorlaufrads 19 (siehe 1) positioniert als der mitteldurchmessrige Abschnitt 15b (und der Hauptkörper 13a). Der kleindurchmessrige Abschnitt 15c hat eine säulenartige Form. Der kleindurchmessrige Abschnitt 15c hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der des mitteldurchmessrigen Abschnitts 15b. Der kleindurchmessrige Abschnitt 15c hat einen konstanten Außendurchmesser. Jedoch muss der Außendurchmesser des kleindurchmessrigen Abschnitts 15c nicht konstant sein.
• Ein ringförmiges Ölschleuderbauteil 35 ist in den kleindurchmessrigen Abschnitt 15c eingesetzt. Das Ölschleuderbauteil 35 verteilt das Schmieröl, das entlang der Welle 15 strömt, zu der Seite des Kompressorlaufrads 19 radial nach außen. Das heißt das Ölschleuderbauteil 35 unterdrückt ein Entweichen des Schmieröls zu der Seite des Kompressorlaufrads 19.
• Das Ölschleuderbauteil 35 hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der des mitteldurchmessrigen Abschnitts 15b. Der Außendurchmesser des Ölschleuderbauteils 35 ist größer als der Innendurchmesser der Innenumfangsfläche 13c (im Speziellen der Radiallagerfläche 13e) des Hauptkörpers 13a. Der Außendurchmesser des Ölschleuderbauteils 35 ist kleiner als der Außendurchmesser der Außenumfangsfläche 13g des Hauptkörpers 13a. Jedoch kann der Außendurchmesser des Ölschleuderbauteils 35 gleich wie oder größer als der Außendurchmesser der Außenumfangsfläche 13g des Hauptkörpers 13a sein. Das Ölschleuderbauteil 35 ist dem Hauptkörper 13a in der Axialrichtung zugewandt.
• Der Hauptkörper 13a ist sandwichartig zwischen dem Ölschleuderbauteil 35 und dem großdurchmessrigen Abschnitt 15a in der Axialrichtung angeordnet. Schmieröl wird zu dem Freiraum zwischen dem Hauptkörper 13a und dem Ölschleuderbauteil 35 zugeführt. Schmieröl wird zu dem Freiraum zwischen dem Hauptkörper 13a und dem großdurchmessrigen Abschnitt 15a zugeführt.
• Wenn sich die Welle 15 in der Axialrichtung (linke Seite in 2) bewegt, wird die Last in der Axialrichtung durch den Ölfilmdruck des Schmieröls zwischen dem Hauptkörper 13a und dem Ölschleuderbauteil 35 abgestützt. Wenn sich die Welle 15 in der Axialrichtung (rechte Seite in 2) bewegt, wird die Last in der Axialrichtung durch den Ölfilmdruck des Schmieröls zwischen dem Hauptkörper 13a und dem großdurchmessrigen Abschnitt 15a abgestützt. Das heißt beide Endflächen des Hauptkörpers 13a in der Axialrichtung sind Axiallagerflächen 13i und 13j, die eine Axiallast aufnehmen.
• Dämpferabschnitte 13k und 13m sind an der Außenumfangsfläche 13g des Hauptkörpers 13a ausgebildet. Die Dämpferabschnitte 13k und 13m sind in der Axialrichtung voneinander beabstandet. Die Dämpferabschnitte 13k und 13m sind an beiden Endabschnitten der Außenumfangsfläche 13g in der Axialrichtung ausgebildet. Die Außendurchmesser der Dämpferabschnitte 13k und 13m sind größer als die Außendurchmesser der anderen Abschnitte der Außenumfangsfläche 13g. Schmieröl wird zu dem Freiraum zwischen den Dämpferabschnitten 13k und 13m und einer Innenumfangsfläche 3f des Lagerlochs 3b zugeführt. Die Vibration der Welle 15 wird durch den Ölfilmdruck des Schmieröls unterdrückt.
• 3 ist eine erklärende Ansicht zum Erklären einer Form der Radiallagerfläche 13d des vorliegenden Ausführungsbeispiels. 3 ist eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht senkrecht zu einer Mittelachse O der Welle 15 (d. h. der Mittelachse des Einsetzlochs 13b)) eines Abschnitts des Hauptkörpers 13a, wo die Radiallagerfläche 13d ausgebildet ist, senkrecht zu der Axialrichtung der Welle 15. Hier wird die Querschnittsform der Radiallagerfläche 13d beschrieben. Die Radiallagerfläche 13e hat im Wesentlichen die gleiche Form wie die Radiallagerfläche 13d. Deshalb wird auf eine Beschreibung der Form der Radiallagerfläche 13e verzichtet.
• Wie in 3 dargestellt ist, sind eine Vielzahl von Bogenflächen 37 und eine Vielzahl von Axialnuten 39 an der Radiallagerfläche 13d ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Radiallagerfläche 13d vier Bogenflächen 37 und vier Axialnuten 39. Jedoch ist die Anzahl der Vielzahl von Bogenflächen 37 und die Anzahl der Vielzahl von Axialnuten 39 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Anzahl der Vielzahl von Bogenflächen 37 2, 3, 5, oder 6 oder mehr sein. Die Anzahl der Vielzahl von Axialnuten 39 kann 2, 3, 5 oder 6 oder mehr sein. Die Anzahl der Bogenflächen 37 und die Anzahl der Axialnuten 39 sind gleich. Jedoch kann die Anzahl der Bogenflächen 37 und die Anzahl der Axialnuten 39 unterschiedlich sein.
• Die Bogenfläche 37 hat ein Krümmungszentrum A, das an der inneren Seite der Radiallagerfläche 13d (d. h. der inneren Seite des Einsetzlochs 13b) positioniert ist. Das Krümmungszentrum A der Bogenfläche 37 ist an einer Position positioniert, die sich von der Mittelachse O der Welle 15 unterscheidet. Die Krümmungszentren A der Vielzahl von Bogenflächen 37 sind an unterschiedlichen Positionen positioniert. Die Krümmungszentren A der Vielzahl von Bogenflächen 37 sind an Positionen positioniert, die von der Mittelachse O der Welle 15 in der Radialrichtung beabstandet sind. Die Krümmungszentren A der Vielzahl von Bogenflächen 37 sind auf konzentrischen Kreisen mit Mittelpunkt auf der Mittelachse O positioniert. Die Krümmungszentren A der Vielzahl von Bogenflächen 37 sind in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung des Hauptkörpers 13a (nachstehend einfach als eine Umfangsrichtung bezeichnet) angeordnet.
• Die Vielzahl von Bogenflächen 37 sind von der Welle 15 in der Radialrichtung beabstandet. Die Vielzahl von Bogenflächen 37 sind benachbart zueinander in der Umfangsrichtung des Hauptkörpers 13a (und der Radiallagerfläche 13d) angeordnet. Die Axialnut 39 ist zwischen zwei benachbarten Bogenflächen 37 ausgebildet. Die Axialnut 39 erstreckt sich in der Axialrichtung der Welle 15. Ein Querschnitt senkrecht zu der Axialrichtung der Axialnut 39 hat eine dreieckige Form. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und der Querschnitt senkrecht zu der Axialrichtung der Axialnut 39 kann eine rechteckige Form, eine halbkreisförmige Form oder eine mehreckige Form haben.
• Die Axialnut 39 erstreckt sich von einem Endabschnitt der Radiallagerfläche 13d an einer Seite, wo die zwei Radiallagerflächen 13d und 13e (siehe 2) nahe zueinander sind, zu einem Endabschnitt an einer Seite, wo die zwei Radiallagerflächen 13d und 13e voneinander entfernt sind. Die Axialnut 39 ist zu der Axiallagerfläche 13i (d. h. der Endfläche des Hauptkörpers 13a in der Axialrichtung) offen. Die Axialnut 39 gestattet ein Strömen von Schmieröl. Die Axialnut 39 führt Schmieröl zu der Radiallagerfläche 13d zu. Darüber hinaus führt die Axialnut 39 Schmieröl zu der Axiallagerfläche 13i zu.
• Die Bogenfläche 37 hat einen Verringerungsabschnitt 37a, einen dazwischenliegenden Abschnitt 37b und einen Vergrößerungsabschnitt 37c. Der Verringerungsabschnitt 37a ist an der hinteren Seite der Bogenfläche 37 in der Drehrichtung der Welle 15 (Pfeilrichtung in 3) positioniert. Der dazwischenliegende Abschnitt 37b ist in der Mitte (Zentrum) der Bogenfläche 37 in der Umfangsrichtung positioniert. Der Vergrößerungsabschnitt 37 ist an der vorderen Seite der Bogenfläche 37 in der Drehrichtung der Welle 15 positioniert. Das heißt der Verringerungsabschnitt 37a ist an der hinteren Seite der Drehrichtung der Welle 15 mit Bezug auf den dazwischenliegenden Abschnitt 37b positioniert. Der Vergrößerungsabschnitt 37c ist an der vorderen Seite in der Drehrichtung der Welle 15 mit Bezug zu dem dazwischenliegenden Abschnitt 37b positioniert.
• Der Abstand zwischen der Welle 15 und der Bogenfläche 37 ist der kleinste bei dem dazwischenliegenden Abschnitt 37b. Der Abstand zwischen der Welle 15 und dem Verringerungsabschnitt 37a ist größer als der Abstand zwischen der Welle 15 und dem dazwischenliegenden Abschnitt 37b. Der Abstand zwischen der Welle 15 und dem Verringerungsabschnitt 37a erhöht sich zu der hinteren Seite in der Drehrichtung der Welle 15. Der Abstand zwischen der Welle 15 und dem Vergrößerungsabschnitt 37c ist größer als der Abstand zwischen der Welle 15 und dem dazwischenliegenden Abschnitt 37b. Der Abstand zwischen der Welle 15 und dem Vergrößerungsabschnitt 37c verringert sich zu der hinteren Seite in der Drehrichtung der Welle 15.
• Das Schmieröl zwischen der Welle 15 und der Radiallagerfläche 13d bewegt sich in der Drehrichtung der Welle 15, wenn die Welle 15 dreht. Zu dieser Zeit wird das Schmieröl von dem Verringerungsabschnitt 37a zu dem dazwischenliegenden Abschnitt 37b hin komprimiert. Das komprimierte Schmieröl drückt die Welle 15 radial nach innen (d. h. in der Radialrichtung) (Keileffekt). Somit wird die Last in der Radialrichtung durch die Radiallagerfläche 13d abgestützt.
• An der Radiallagerfläche 13d sind eine Vielzahl (hier vier) von Verringerungsabschnitten 37a und dazwischenliegenden Abschnitten 37b ausgebildet. Die Vielzahl von Verringerungsabschnitten 37a und dazwischenliegenden Abschnitten 37b sind in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung der Radiallagerfläche 13d angeordnet. Die Welle 15 wird durch die Vielzahl von Verringerungsabschnitten 37a und dazwischenliegenden Abschnitten 37b radial nach innen gedrückt. Somit wird die Welle 15 durch das halbschwimmende Lager 13 stabil und schwenkbar gestützt. Wie vorstehend beschrieben ist, ist das halbschwimmende Lager 13 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Mehrflächenlager, das die Vielzahl von Bogenflächen 37 hat. Als eine Folge kann die Stabilität des schwenkbaren Stützens der Welle 15 verbessert werden.
• Die Stabilität des schwenkbaren Stützens der Welle 15 ändert sich gemäß einem Vorspannungskoeffizienten Mp, der durch die folgende Formel (4) ausgedrückt ist. Es sei angemerkt, dass ein Fall, in dem der Vorspannungskoeffizient Mp 0 ist, einem Fall entspricht, in dem die Querschnittsform der Radiallagerfläche 13d ein idealer Kreis ist. $$\text{Mp}=1-\left(\text{Ra}-\text{Ra}\right)/\left(\text{Rb}-\text{Rs}\right)$$

  
• Wie in 3 dargestellt ist, repräsentiert in Formel (4) Ra den minimalen Abstand zwischen der Mittelachse O und der Bogenfläche 37, Rb repräsentiert den Krümmungsradius der Bogenfläche 37 und Rs repräsentiert den Radius der Welle 15 (im Speziellen des mitteldurchmessrigen Abschnitts 15b). Der minimale Abstand Ra zwischen der Mittelachse O und der Bogenfläche 37 entspricht dem Abstand zwischen der Mittelachse O und dem dazwischenliegenden Abschnitt 37b. Der Krümmungsradius Rb der Bogenfläche 37 entspricht der Summe aus dem minimalen Abstand Ra zwischen der Mittelachse O und der Bogenfläche 37 und dem Abstand von der Mittelachse O zu dem Krümmungszentrum A. Die Krümmungsradien Rb der Vielzahl von Bogenflächen 37 sind gleich zueinander. Jedoch können die Krümmungsradien Rb der Vielzahl von Bogenflächen 37 verschieden voneinander sein.
• Der Bereich des Vorspannungskoeffizienten Mp, in dem die zulässige Drehzahl der Welle 15 (d. h. der Grenzwert der Drehzahl, bei der die Welle 15 stabil und schwenkbar gestützt werden kann) wirksam erhöht wird, wurde durch den tatsächlichen Maschinentest abgeleitet. Nachstehend werden die Ergebnisse des tatsächlichen Maschinentests beschrieben.
• In dem tatsächlichen Maschinentest wurde die zulässige Drehzahl der Welle 15 durch Beobachten des Verhaltens der Welle 15, während die Drehzahl der in das halbschwimmende Lager 13 eingesetzten Welle 15 allmählich erhöht wurde, unter der Bedingung, dass die vorstehende Formel (1) (Ra / Rs ≥ = 1,001) erfüllt ist, beobachtet. Der Vorspannungskoeffizient Mp wurde durch Ändern der Abmessungen der Radiallagerflächen 13d und 13e (im Speziellen des Krümmungsradius Rb der Bogenfläche 37 und der Position des Krümmungszentrums A) und der Abmessungen der Welle 15 (im Speziellen des Radius Rs des mitteldurchmessrigen Abschnitts 15b) geändert. Für jeden der vielen unterschiedlichen Vorspannungskoeffizienten Mp wurde die zulässige Drehzahl der Welle 15 identifiziert.
• Ra/Rs entspricht einem Index, der die Größe des minimalen Freiraums zwischen der Welle 15 und der Radiallagerfläche 13d kennzeichnet. Wenn der minimale Freiraum zwischen der Welle 15 und der Radiallagerfläche 13d übermäßig klein ist, ist Schmieröl zwischen der Welle 15 und der Radiallagerfläche 13d unzureichend, und es kann schwierig sein, die Welle 15 stabil und schwenkbar zu stützen. Gemäß den Ergebnissen des tatsächlichen Maschinentests wurde herausgefunden, dass die Knappheit des Schmieröls zwischen der Welle 15 und der Radiallagerfläche 13d unterdrückt werden kann, wenn die vorstehende Formel (1) (Ra / Rs ≥ 1,001) erfüllt ist.
• Die Ergebnisse hinsichtlich der zulässigen Drehzahl des tatsächlichen Maschinentests sind in 4 gezeigt. 4 ist ein Diagramm, dass eine Beziehung zwischen dem Vorspannungskoeffizienten Mp und einem zulässigen Drehzahlverhältnis darstellt. Das zulässige Drehzahlverhältnis in 4 kennzeichnet ein Verhältnis zu der zulässigen Drehzahl, wenn der Vorspannungskoeffizient Mp 0 ist (d. h. einen Fall, in dem die Querschnittsform der Radiallagerfläche 13d ein idealer Kreis ist). Je größer das zulässige Drehzahlverhältnis ist, desto höher ist die zulässige Drehzahl der Welle 15.
• Gemäß 4, wenn der Vorspannungskoeffizient Mp innerhalb des Bereichs von 0,0 bis ungefähr 0,8 ist, erhöht sich das zulässige Drehzahlverhältnis, wenn der Vorspannungskoeffizient Mp ansteigt. Das zulässige Drehzahlverhältnis ist maximal, wenn der Vorspannungskoeffizient Mp ungefähr 0,8 ist. Wenn der Vorspannungskoeffizient Mp innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,8 bis 1,0 ist, fällt das zulässige Drehzahlverhältnis, wenn sich der Vorspannungskoeffizient Mp erhöht.
• Wenn der Vorspannungskoeffizient Mp größer ist, ist die Querschnittsform der Radiallagerfläche 13d näher zu einem Viereck als zu einem idealen Kreis, derart, dass der Abstand zwischen der Welle 15 und dem Endabschnitt an der hinteren Seite in der Drehrichtung der Welle 15 in dem Verringerungsabschnitt 37a größer ist. Als eine Folge erhöht sich der Keileffekt (d. h. der Effekt des Drückens der Welle 15 radial nach innen) durch das Schmieröl, das mit der Drehung der Welle 15 komprimiert wird, und die Stabilität des schwenkbaren Stützens der Welle 15 erhöht sich. Andererseits, wenn der Vorspannungskoeffizient Mp übermäßig groß ist, wird der Bereich, in dem das komprimierte Schmieröl sich zwischen der Welle 15 und der Radiallagerfläche 13d befindet, übermäßig eng. Als eine Folge wird der Bereich, in dem die Last in der Radialrichtung an der Radiallagerfläche 13d abgestützt ist, übermäßig eng, und die Stabilität des schwenkbaren Stützens der Welle 15 nimmt umgekehrt ab. Deshalb steigt, wie in 4 dargestellt ist, in dem Prozess des Erhöhens des Vorspannungskoeffizienten Mp das zulässige Drehzahlverhältnis an und fällt dann ab.
• Gemäß 4, wenn der Vorspannungskoeffizient Mp die folgende Formel (5) erfüllt, übersteigt das zulässige Drehzahlverhältnis 1,025 und die zulässige Drehzahl wird wirksam erhöht. $$\mathrm{0,6}\le \text{Mp}\le \text{0}\text{,9}$$

  
• Die vorstehende Formel (2) ((Rb - Ra) / 0,9 ≤ (Rb - Rs) ≤ (Rb - Ra) / 0,6) ist von Formel (5) abgeleitet. In dem halbschwimmenden Lager 13 des vorliegenden Ausführungsbeispiels erfüllen der minimale Abstand Ra zwischen der Mittelachse O der Welle 15 und der Bogenfläche 37, der Krümmungsradius Rb der Bogenfläche 37 und der Radius Rs der Welle 15 die Beziehung, die durch die vorstehende Formel (2) ausgedrückt ist, zusätzlich zu der vorstehenden Formel (1). Als eine Folge kann die zulässige Drehzahl der Welle 15 verbessert werden.
• Gemäß 4, wenn der Vorspannungskoeffizient Mp die folgende Formel (6) erfüllt, übersteigt das zulässige Drehzahlverhältnis 1,045 und die zulässige Drehzahl wird wirksamer verbessert. $$\mathrm{0,75}\le \text{Mp}\le \text{0}\text{,85}$$

  
• Die vorstehende Formel (3) ((Rb - Ra) / 0,85 ≤ (Rb - Rs) ≤ (Rb - Ra) / 0,75) ist von der Formel (6) abgeleitet. Der minimale Abstand Ra zwischen der Mittelachse O der Welle 15 und der Bogenfläche 37, der Krümmungsradius Rb der Bogenfläche 37 und der Radius Rs der Welle 15 erfüllen bevorzugt die Beziehung, die durch die vorstehende Formel (3) ausgedrückt ist. Als eine Folge kann die zulässige Drehzahl der Welle 15 wirksamer verbessert werden.
• In dem tatsächlichen Maschinentest wurde ein Verlust in dem halbschwimmenden Lager 13 für jeden von vielen verschiedenen Vorspannungskoeffizienten Mp identifiziert. Der Verlust ist ein Reibungsverlust, der in dem halbschwimmenden Lager 13 erzeugt wird. Der Verlust wurde durch Vergleichen der Energie, die zu der Welle 15 eingegeben wird, und der Energie, die von der Welle 15 abgegeben wird, identifiziert.
• Die Ergebnisse hinsichtlich des Verlusts des tatsächlichen Maschinentests sind in 5 gezeigt. 5 ist ein Diagramm, dass eine Beziehung zwischen dem Vorspannungskoeffizienten Mp und einem Verlustverhältnis darstellt. Das Verlustverhältnis in 5 kennzeichnet ein Verhältnis zu dem Verlust, wenn der Vorspannungskoeffizient Mp 0 ist (d. h. ein Fall, in dem die Querschnittsform der Radiallagerfläche 13d ein idealer Kreis ist). Je kleiner das Verlustverhältnis ist, desto kleiner ist der Reibungsverlust, der in dem halbschwimmenden Lager 13 erzeugt wird.
• Wie von 5 gesehen werden kann, verringert sich das Verlustverhältnis, wenn sich der Vorspannungskoeffizient Mp erhöht. Je größer der Vorspannungskoeffizient Mp ist, desto größer ist der Durchschnittswert in der Umfangsrichtung des Abstands zwischen der Welle 15 und der Radiallagerfläche 13d (im Speziellen des Abstands zwischen der Welle 15 und dem Verringerungsabschnitt 37a und des Abstands zwischen der Welle 15 und dem Vergrößerungsabschnitt 37c). Als eine Folge wird die Menge von Wärme, die durch das Schmieröl zwischen der Welle 15 und der Radiallagerfläche 13d erzeugt wird, verringert, derart, dass der Reibungsverlust, der in dem halbschwimmenden Lager 13 erzeugt wird, verringert wird.
• Gemäß 5, wenn der Vorspannungskoeffizienten Mp die vorstehende Formel (5) (0,6 ≤ Mp ≤ 0,9) erfüllt, ist das Verlustverhältnis kleiner als 0,90 (insbesondere wenn der Vorspannungskoeffizient Mp 0,9 ist, ist das Verlustverhältnis kleiner als 0,70). Wenn der Vorspannungskoeffizient Mp die vorstehende Formel (6) (0,75 ≤ Mp ≤ 0,85) erfüllt, ist das Verlustverhältnis kleiner als 0,80. Wie vorstehend beschrieben ist, kann man sehen, dass der Verlust wirksam verringert wird, wenn der Vorspannungskoeffizient Mp die vorstehende Formel (5) oder die vorstehende Formel (6) erfüllt.
• Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung vorstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden sind, braucht es nicht gesagt zu werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es ist offensichtlich, dass ein Fachmann sich verschiedene Änderungen oder Modifikationen innerhalb des Umfangs, der in den Ansprüchen beschrieben ist, erdenken kann, und es ist zu verstehen, dass solche Änderungen oder Modifikationen natürlicherweise zu dem technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung gehören.
• Das Beispiel, in dem das Mehrflächenlager das halbschwimmende Lager 13 ist, ist vorstehend beschrieben worden. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, und das Mehrflächenlager kann ein vollschwimmendes Lager sein. Falls das Mehrflächenlager ein vollschwimmendes Lager ist, können eine Vielzahl von Bogenflächen, die unterschiedliche Krümmungszentren haben und benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind, an der Innenumfangsfläche 3f des Lagerlochs 3b des Lagergehäuses 3 ausgebildet sein. Wenn eine Vielzahl von Bogenflächen an der Innenumfangsfläche 3f des Lagerlochs 3b ausgebildet sind, ist es bevorzugt, dass der minimale Abstand zwischen der Mittelachse des vollschwimmenden Lagers und der Bogenfläche, der Krümmungsradius der Bogenfläche und der Radius der Außenumfangsfläche des vollschwimmenden Lagers die gleiche Beziehung erfüllen wie die Beziehung, die durch die vorstehenden Formeln (1) und (2) ausgedrückt ist. In diesem Fall entspricht der minimale Abstand zwischen der Mittelachse des vollschwimmenden Lagers und der Bogenfläche des Lagerlochs 3b Ra in den vorstehenden Formeln (1) und (2), der Krümmungsradius der Bogenfläche entspricht Rb in den vorstehenden Formeln (1) und (2) und der Radius der Außenumfangsfläche des vollschwimmenden Lagers entspricht Rs in den vorstehenden Formeln (1) und (2).
• Bezugszeichenliste

13

halbschwimmendes Lager (Mehrflächenlager)

13a

Hauptkörper

13c

Innenumfangsfläche

13d

Radiallagerfläche

13e

Radiallagerfläche

15

Welle

37

Bogenfläche

A

Krümmungszentrum

O

Mittelachse

Ra

minimaler Abstand zwischen Mittelachse der Welle und Bogenfläche

Rb

Krümmungsradius der Bogenfläche

Rs

Radius der Welle

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2020068572 [0001]
• JP 4937588 B2 [0003]

Claims (2)

1. Mehrflächenlager mit: einem ringförmigen Hauptkörper, durch den hindurch eine Welle eingesetzt ist; und einer Radiallagerfläche, die an einer Innenumfangsfläche des Hauptkörpers ausgebildet ist, wobei die Radiallagerfläche eine Vielzahl von Bogenflächen hat, die unterschiedliche Krümmungszentren haben und benachbart zueinander in einer Umfangsrichtung des Hauptkörpers angeordnet sind, und wobei ein minimaler Abstand zwischen einer Mittelachse der Welle und der Bogenfläche, ein Krümmungsradius der Bogenfläche und ein Radius der Welle Beziehungen erfüllen, die durch die folgenden Formeln (1) und (2) ausgedrückt sind: $$\text{Ra}/\text{Rs}\ge \text{1}\text{,001}$$

   

   $$\left(\text{Rb}-\text{Ra}\right)/\mathrm{0,9}\le \left(\text{Rb}-\text{Rs}\right)\le \left(\text{Rb}-\text{Ra}\right)/\mathrm{0,6}$$

   

   Ra der minimale Abstand zwischen der Mittelachse der Welle und der Bogenfläche ist, Rb der Krümmungsradius der Bogenfläche ist, und Rs der Radius der Welle ist.
2. Mehrflächenlager nach Anspruch 1, wobei der minimale Abstand zwischen der Mittelachse der Welle und der Bogenfläche, der Krümmungsradius der Bogenfläche und der Radius der Welle eine Beziehung erfüllen, die durch die folgende Formel (3) ausgedrückt ist: $$\left(\text{Rb}-\text{Ra}\right)/\mathrm{0,85}\le \left(\text{Rb}-\text{Rs}\right)\le \left(\text{Rb}-\text{Ra}\right)/\mathrm{0,75}$$

   

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