JP2000145781A - 軸受装置 - Google Patents

軸受装置

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JP2000145781A
JP2000145781A JP10321668A JP32166898A JP2000145781A JP 2000145781 A JP2000145781 A JP 2000145781A JP 10321668 A JP10321668 A JP 10321668A JP 32166898 A JP32166898 A JP 32166898A JP 2000145781 A JP2000145781 A JP 2000145781A
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oil
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lower half
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Tomoaki Inoue
知昭 井上
Makoto Henmi
真 辺見
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】軸受荷重が運転条件により変化する回転機械に
おいて、荷重変動に影響されることなく、自励振動を防
止できる軸受を提供することを目的としている。 【解決手段】上半軸受には、軸受摺動面に冷却用の油溝
が設けられている。下半軸受の軸受摺動面には荷重方向
から回転方向に20〜30°位置より、該割面近傍まで
の角度で軸受幅全面に安定化油溝が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は回転体を支持する軸
受の構造にかかわり、特に荷重変動の生ずる恐れのある
回転体を支持し、不安定振動の発生を未然に防止する軸
受として、油膜圧力の発生範囲を限定する軸受構造を用
いた軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、火力プラント等の多スパンで
軸の固有振動数が比較的低い大形回転体を支持する軸受
には自励振動を防止する目的から楕円軸受が一般的に用
いられている。しかしながら火力プラントのように多ス
パンロータで構成される回転体においてはアライメント
のセッティング不良、経時変化及び部分負荷運転時等の
条件により軸受荷重が設計値から外れることにより、軸
系の安定性がそこなわれオイルホイップなどの自励振動
が発生する場合があった。オイルホイップは軸受荷重が
減少して、軸の偏心量が低下することにより軸・軸受系
の安定性がそこなわれるため発生するものである。軸受
平均面圧が低く、軸偏心量が小さいと、軸受の油膜剛性
が低下するだけでなく、油膜剛性特有の連成項が支配的
となるため不安定性が増大する。
【0003】自励振動の防止方法としては、連成項が小
さく無視できるティルティングパッド軸受を用いるのが
一般的であるが、ティルティングパッド軸受は耐荷重性
が低いために、火力プラントのような大形回転機械では
特開昭53−104056号公報や特開昭54−109548号公報に記
載の軸受のように上半軸受にパッド軸受を配置し、上方
より軸を下半に押さえつけることにより安定化を図る方
法や、特開昭51−64142 号公報に記載のように、下半軸
受摺動面の中央部に周方向油溝を設けて耐荷重性を低減
する(以下中央溝付き軸受と称する)方法あるいは特開昭
41−68430号公報に記載の軸受のように軸受負荷面に油
溝を設けて、上半軸受に圧力ダムと称するステップ状の
油溝を設け、この油溝に発生する動圧で軸の偏心を増加
させる方法が取られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、通常の荷重に対しては安定性に優れてはいる
ものの軸受荷重が極端に低下すると軸を下方に押さえつ
ける力には限界があり、軸の浮上量が増すために不安定
となり、自励振動を発生させることがある。また中央溝
付き軸受のように負荷面に油溝を設けて耐荷重性を低下
させている軸受においては、逆に軸受荷重が増加すると
油膜の厚さが低下するために軸受の焼損を招く恐れもあ
る。したがって、火力プラントのような多スパンロータ
の軸・軸受系の回転機械では、アライメント調整により
軸受荷重が大幅に変化する場合や部分負荷運転により荷
重変動があるため、上記発明においては、軽荷重条件に
おける安定性に関しては配慮されていない。
【0005】本発明の目的は、以上の点に鑑み為された
もので、軽荷重条件でも安定性を確保し、かつ高荷重条
件でも焼損を防止できる軸受を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】オイルホィップ等の不安
定振動は、軽荷重条件で軸が浮上することにより発生す
る。従って、上記目的を達成するために本発明において
は、軽荷重条件において油膜圧力の発生範囲を制限する
ことにより、偏心率が低下しないような構造とする。具
体的には、軸受摺動面の一部を削除し、油膜圧力の発生
範囲を限定する。削除する位置としては通常の荷重にお
いて油膜圧力が発生しない部分として、半割の軸受にお
いて荷重方向から回転方向に20〜30°位置より割面
までとする。
【0007】これにより、油膜圧力はいかなる荷重にお
いても荷重方向から回転方向に20〜30°位置以下し
か発生しないため、軽荷重条件においても軸の浮きあが
りが制限される。また、反負荷側の摺動面は静荷重条件
では通常の円筒形状とし、荷重方向が反転する場合で
は、反負荷側の摺動面も同様な形状とすることにより同
一の効果が得られる。
【0008】即ち、上記のように構成された本発明の軸
受では軸受面圧が高い場合は軸心位置は偏心角が小さい
方向に変化するため、通常の円筒軸受と同様な圧力分布
となり耐荷重性は低下することがない。したがって高面
圧条件では耐荷重性は通常の円筒軸受と同一である。一
方、軸受面圧が低い場合は通常の軸受では偏心率が低下
し、偏心角が増加するため油膜圧力は広範囲に発生し、
油膜剛性が低下するために自励振動が発生しやすいが、
上記構造の軸受では、油膜圧力の発生範囲が荷重方向か
ら20〜30°位置に定されるため、偏心率がある値以
下には低下しない。このため軸受剛性低下も少なく、軸
・軸受系が不安定となることも無いため自励振動も発生
しない。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図
1,図2,図3,図4を用いて詳細に説明する。図1は
本発明の一実施例を示す縦断面図である。本実施例で
は、楕円軸受の例を示すが、真円軸受でも効果はほぼ同
様である。軸1の荷重を支持するジャーナル軸受2は半
割形状上半軸受2aと下半軸受2bで構成されており、
ボルト(図示せず)で該上半軸受2aと該下半軸受2b
が締結されジャーナル軸受を構成している。該上半軸受
2aと該下半軸受2bは表面をホワイトメタル等の軸受
合金3がライニングされている。
【0010】荷重は垂直方向に加わっており、該下半軸
受2bには割面4に給油溝5a,5bが設けられてお
り、該給油溝5a,5bにそれぞれ連通する給油孔6
a,6bが設けられている。また該給油溝5a,5bは
軸受摺動面6に設けられたオイルガイド溝7a,7bと
連通しており、該軸受摺動面8に潤滑油(図示せず)が
均一に供給されるように配慮されている。一方、該上半
軸受には、該軸受摺動面6に冷却用の油溝9が設けられ
ている。
【0011】次に本発明の軸振動の安定化を図るための
構造について説明する。図2は図1のA−A断面を示し
たものである。該下半軸受2bの該軸受摺動面6には荷
重方向から回転方向に20〜30°位置より、該割面4
近傍までの角度で軸受幅全面に安定化油溝10が設けら
れている。
【0012】以下本発明の実施例の作用効果について詳
細に説明する。図3は軸受摺動面に発生する動圧に関す
る説明図である。実線は通常の荷重すなわち平均面圧
(荷重を軸受径と幅で割った値)で1.5MPa程度の
場合、破線は軽荷重0.5〜1.0MPa、一点鎖線は高面
圧2.0MPa 以上の圧力分布を示している。軸受の動
圧は油膜が回転方向に狭くなるくさび形状位置で発生
し、荷重が小さくなると低い値で広範囲に発生するのに
対し、荷重が大きくなると発生範囲が狭くなる。通常の
面圧では圧力の発生範囲は割面4から荷重方向より回転
方向に約30°の範囲となる。一方、軽荷重の場合は荷
重方向より回転方向に約50〜70°の範囲に発生す
る。
【0013】次に図4に軸心の軌跡を示す。軸心位置は
やはり軸受の荷重によって異なり、軽荷重(×),通常
の荷重(〇),高荷重(△)の場合、図中に示す位置と
なる。オイルホィップ等の自励振動は通常、偏心率(軸
の軸受中心よりの編心量/半径すきま)が0.8 以上で
あれば発生することがないため、軸系の安定化を図る手
法として、偏心率を大きくするために、楕円軸受を用い
て、上半軸受2aに動圧を発生させ軸を下方に押さえつ
ける構造や、下半軸受2bに油溝を設けて耐荷重性を低
下させ、偏心率を増加させる構造が採用されている。
【0014】ところが、これらの方法は軸を押さえつけ
るには限界があり、荷重が極端に低下すると軸は浮上し
てしまい、偏心率は低下し、従って、安定性に関しては
限界がある。また、負荷面に溝を設けて耐荷重性を低下
させる構造では軸受荷重が過大になると、逆に偏心率が
増加し過ぎて油膜厚さが低下し、軸受の焼損にいたる場
合がある。
【0015】これに対し、本実施例における圧力分布を
図5に示す。本実施例の軸受においては、通常の荷重及
び高荷重が作用した場合は従来の円筒軸受と同様な圧力
分布を示すため自励振動に対する安定性は同様に確保さ
れる。また、軽荷重の場合は従来の円筒軸受の圧力分布
(破線)が広範囲に発生するのに対し、本発明の軸受で
は安定化溝10の部分は圧力が発生しないため通常の荷
重の場合と同様の圧力分布(2点鎖線)となり、軽荷重
においても偏心率が低下しない。従って、軽荷重条件に
おいても自励振動に対する安定性が損なわれることはな
い。また、本実施例では楕円軸受であるため。上半軸受
2aでも圧力が発生するため、自励振動に対する安定性
は真円軸受に比べ更に増加する。
【0016】図6に本発明の他の実施例を示す。本実施
例では荷重方向が一定しない場合を示している。軸1の
荷重を支持するジャーナル軸受2は半割形状上半軸受2
aと下半軸受2bで構成されており、ボルト(図示せ
ず)で該上半軸受2aと該下半軸受2bが締結されジャ
ーナル軸受を構成している。該上半軸受2aと該下半軸
受2bは表面をホワイトメタル等の軸受合金3がライニ
ングされている。該下半軸受2bには割面4に給油溝5
a,5bが設けられており、該給油溝5a,5bにそれ
ぞれ連通する給油孔6a,6bが設けられている。
【0017】また該給油溝5a,5bは軸受摺動面8に
設けられたオイルガイド溝7a,7bと連通しており、
該軸受摺動面8に潤滑油(図示せず)が均一に供給され
るように配慮されている。該上半軸受2a及び該下半軸
受2bの該軸受摺動面8には図7に示すように、該割面
4aから回転方向に110〜120°位置より、該割面
4b近傍までの角度で軸受幅両端を残して安定化油溝1
0a及び10bが設けられている。
【0018】本実施例では上半軸受2a及び下半軸受2
bが対称に配置されているため、例えば減速機等の回転
機のように荷重方向が反転するような場合においても、
上半軸受2a下半軸受2bのいずれの軸受も前記実施例
と同様な圧力分布となるため、荷重方向によらす安定性
は確保される。また、本実施例では該安定化溝10は軸
受幅両端を残して設けられているが、前記実施例のよう
に軸受幅全体に設けてもよい。
【0019】図8は本発明の軸受と従来の円筒軸受の水
平方向の油膜ばね定数の比較を示したものである。軸受
のばね定数は回転数の増加に伴い低下するが、本発明の
軸受では従来の円筒軸受に比べばね定数の低下の割合が
大きい。これは該安定化油溝10のため圧力発生範囲が
制限されるためである。軸受のばね定数は単に大きけれ
ばよいというものではないが、アンバランス振動に対し
ては、ばね定数が大きい方が好ましい。そこで本実施例
の欠点をカバーする他の実施例を図9に示す。
【0020】図9は本発明の他の実施例を示す縦断面図
で、軸1の荷重を支持するジャーナル軸受2は半割形状
上半軸受2aと下半軸受2bで構成されており、ボルト
(図示せず)で該上半軸受2aと該下半軸受2bが締結
されジャーナル軸受を構成している。該上半軸受2aと
該下半軸受2bは表面をホワイトメタル等の軸受合金3
がライニングされている。該下半軸受2bには割面4に
給油溝5a,5bが設けられており、該給油溝5a,5
bにそれぞれ連通する給油孔6a,6bが設けられてい
る。また該給油溝5a,5bは軸受摺動面8に設けられ
たオイルガイド溝7a,7bと連通しており、該軸受摺
動面8に潤滑油(図示せず)が均一に供給されるように
配慮されている。該上半軸受2a及び該下半軸受2bの
該軸受摺動面8には、該割面4aから回転方向に110
〜120°位置より、該割面4b近傍までの角度で軸受
幅全体に安定化油溝10a及び10bが設けられてい
る。
【0021】また、本実施例では上半軸受2a及び下半
軸受2bが該割面位置で水平方向にオフセットされてい
る。しかも、オフセットの方向が通常のオフセット軸受
と反対方向になっている。図10は本実施例の軸受(実
線)と前記実施例の軸受(破線)の油膜圧力分布の比較
を示したものである。本実施例においては上半軸受2a
のくさび膜形状範囲がオフセットにより広がるため発生
圧力がより大きくなるため、前記実施例の場合よりも上
半軸受2aでの動圧が大きくなる。
【0022】図11は本実施例の軸受と従来の円筒軸受
の水平方向のばね定数の比較を示したものである。本実
施例では水平方向のばね定数は従来の円筒軸受と大差な
く、しかも回転数の上昇に伴って増加するため、自励振
動に対する安定性とともに、アンバランス振動に対する
制振効果も得られる。
【0023】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、安定化油溝を設けることにより、いかなる荷重の
変動に対しても自励振動を発生することがなく、しかも
オフセット構造とすることにより、アンバランス振動に
対しても安定性が高い軸受が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である軸受装置を示す縦断面
図。
【図2】図1のA−A断面図。
【図3】軸受の圧力分布の説明図。
【図4】軸心位置と安定性に関する説明図。
【図5】本発明の軸受における圧力分布を示す図。
【図6】本発明の他の実施例である軸受装置を示す横面
図。
【図7】図6のB−B断面図。
【図8】本発明の軸受ばね定数を示す特性図。
【図9】本発明の他の実施例である軸受装置を示す縦断
面図。
【図10】本発明の軸受における圧力分布を示す図。
【図11】本発明の軸受ばね定数を示す特性図。
【符号の説明】
1…軸、2…軸受、2a…上半軸受、2b…下半軸受、
3…軸受合金、4…割面、5a,5b…給油溝、6a,
6b…給油孔、7a,7b…オイルガイド溝、8…軸受
摺動面、9…冷却溝、10…安定化溝。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】横軸回転機のロータを支持するジャーナル
    軸受において、負荷側軸受部に荷重方向から回転方向に
    20°の位置から回転方向に荷重方向からほぼ90°の
    位置までの範囲内で軸受幅方向全体に油溝を設けたこと
    を特徴とする軸受装置。
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