JP2000205251A - 軸受機構 - Google Patents
軸受機構Info
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- JP2000205251A JP2000205251A JP11013103A JP1310399A JP2000205251A JP 2000205251 A JP2000205251 A JP 2000205251A JP 11013103 A JP11013103 A JP 11013103A JP 1310399 A JP1310399 A JP 1310399A JP 2000205251 A JP2000205251 A JP 2000205251A
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- bearing
- pad
- piezoelectric element
- flexible pad
- rotating shaft
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/005—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion using electro- or magnetostrictive actuation means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
- F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
- F16C17/03—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
- F16C17/035—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings the segments being integrally formed with, or rigidly fixed to, a support-element
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
- F16C27/02—Sliding-contact bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
- F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
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- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Support Of The Bearing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転軸のまわりに間隔を保って複数個の軸受
パッドを配設してなる軸受機構において、水などの粘性
の低い流体で潤滑しても流体膜を確保して軸の振動を良
好に減衰させうる軸受機構を提供することを課題として
いる。 【解決手段】 軸受１，２は、複数個の可撓性パッド３
と圧力壁４を有している。各可撓性パッド３には圧電素
子５が取付けられており、圧電素子５は電圧が印加され
ると伸びて可撓性パッド３を変形させる。可撓性パッド
３の変形により、回転軸１００との間に可撓性パッド３
が形成する隙間分布が変化する。回転軸１００の振動は
センサ６により検出され、その振動を減衰させるのに適
した隙間分布が与えられるよう可撓性パッドを変形させ
るための印加電圧が圧電素子５に制御装置から与えられ
る。
パッドを配設してなる軸受機構において、水などの粘性
の低い流体で潤滑しても流体膜を確保して軸の振動を良
好に減衰させうる軸受機構を提供することを課題として
いる。 【解決手段】 軸受１，２は、複数個の可撓性パッド３
と圧力壁４を有している。各可撓性パッド３には圧電素
子５が取付けられており、圧電素子５は電圧が印加され
ると伸びて可撓性パッド３を変形させる。可撓性パッド
３の変形により、回転軸１００との間に可撓性パッド３
が形成する隙間分布が変化する。回転軸１００の振動は
センサ６により検出され、その振動を減衰させるのに適
した隙間分布が与えられるよう可撓性パッドを変形させ
るための印加電圧が圧電素子５に制御装置から与えられ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は軸受機構に関し、特
に、ターボ冷凍機の冷媒潤滑軸受や、ポンプの水潤滑軸
受など、プロセス流体を潤滑剤とする軸受機構に用いて
好適な軸受機構に関する。
に、ターボ冷凍機の冷媒潤滑軸受や、ポンプの水潤滑軸
受など、プロセス流体を潤滑剤とする軸受機構に用いて
好適な軸受機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転軸のまわりに間隔を保って複数個の
軸受パッドを配設した形式の軸受があり、図１９にその
ような形式の従来のティルティングパッドシャーナル軸
受を示してある。図１９において、１００は回転軸で、
そのまわりには、回転軸１００と間隔を保って複数個の
パッド２００が配設されている。各パッド２００は、そ
の外周側に設けられたピボット３００のまわりに傾ける
ように構成されている。
軸受パッドを配設した形式の軸受があり、図１９にその
ような形式の従来のティルティングパッドシャーナル軸
受を示してある。図１９において、１００は回転軸で、
そのまわりには、回転軸１００と間隔を保って複数個の
パッド２００が配設されている。各パッド２００は、そ
の外周側に設けられたピボット３００のまわりに傾ける
ように構成されている。
【０００３】各パッド２００では、図２０に示すよう
に、回転軸１００の回転方向に挟まっているくさび形状
の隙間に、回転軸１００とパッド２００の相対運動と流
体の粘性のために潤滑流体が引き込まれて荷重を支える
圧力４００が隙間分布に応じて発生する。この圧力によ
って、パッド２００を支えているピボット３００のまわ
りのモーメントがパッドに発生し、パッド２００はモー
メントがバランスするように傾き、前記隙間分布が変化
する。このように荷重の変化に対し常にモーメントがバ
ランスしてパッド２００に対し最適な圧力分布と隙間分
布を形成する。
に、回転軸１００の回転方向に挟まっているくさび形状
の隙間に、回転軸１００とパッド２００の相対運動と流
体の粘性のために潤滑流体が引き込まれて荷重を支える
圧力４００が隙間分布に応じて発生する。この圧力によ
って、パッド２００を支えているピボット３００のまわ
りのモーメントがパッドに発生し、パッド２００はモー
メントがバランスするように傾き、前記隙間分布が変化
する。このように荷重の変化に対し常にモーメントがバ
ランスしてパッド２００に対し最適な圧力分布と隙間分
布を形成する。
【０００４】このようなティルティングパッドジャーナ
ル軸受では、通常、潤滑流体に潤滑油が使用される。潤
滑油は粘性が高く、運転時には十分な油膜が確保される
ため高減衰となり、軸振動をよく吸収する。しかしなが
ら、プロセス流体潤滑軸受としてこのような従来の軸受
を使用すると、水や冷媒などの粘性の低い流体で潤滑す
るため、十分な油膜が確保できず、低減衰となり、軸振
動を抑えきれないという問題がある。
ル軸受では、通常、潤滑流体に潤滑油が使用される。潤
滑油は粘性が高く、運転時には十分な油膜が確保される
ため高減衰となり、軸振動をよく吸収する。しかしなが
ら、プロセス流体潤滑軸受としてこのような従来の軸受
を使用すると、水や冷媒などの粘性の低い流体で潤滑す
るため、十分な油膜が確保できず、低減衰となり、軸振
動を抑えきれないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した従
来の軸受機構に見られた問題点に鑑み、回転軸のまわり
に間隔を保って複数個の軸受パッドを配設してなる軸受
機構において、水などの粘性の低い流体で潤滑しても流
体膜を確保して軸の振動を良好に減衰させうる軸受機構
を提供することを課題としている。
来の軸受機構に見られた問題点に鑑み、回転軸のまわり
に間隔を保って複数個の軸受パッドを配設してなる軸受
機構において、水などの粘性の低い流体で潤滑しても流
体膜を確保して軸の振動を良好に減衰させうる軸受機構
を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、回転軸のまわりに間隔を保って複数個の軸
受パッドを配設してなる軸受機構において、前記軸受パ
ッドを、軸受内面に一端部を固定された可撓性パッドと
その自由端に対向して設けられた圧力壁によって構成す
るとともに、前記可撓性パッドに取り付けられ、供給電
圧に応じて変形して同可撓性パッドを変形させる圧電素
子、前記回転軸の変位を検出するセンサ、及び同センサ
からの出力信号を受け、前記可撓性パッドを変形させて
前記回転軸の変位を減衰させる電圧を前記圧電素子に供
給する制御装置を有する軸受機構を提供する。
決するため、回転軸のまわりに間隔を保って複数個の軸
受パッドを配設してなる軸受機構において、前記軸受パ
ッドを、軸受内面に一端部を固定された可撓性パッドと
その自由端に対向して設けられた圧力壁によって構成す
るとともに、前記可撓性パッドに取り付けられ、供給電
圧に応じて変形して同可撓性パッドを変形させる圧電素
子、前記回転軸の変位を検出するセンサ、及び同センサ
からの出力信号を受け、前記可撓性パッドを変形させて
前記回転軸の変位を減衰させる電圧を前記圧電素子に供
給する制御装置を有する軸受機構を提供する。
【０００７】本発明のこの軸受機構においては、軸方向
に対し垂直方向に回転軸の振動が生ずると、それをセン
サが検出し、可撓性パッドに取付けられた圧電素子に電
圧を印加する。電圧を印加された圧電素子は、その印加
電圧に応じて変形するので、可撓性パッドと回転軸の間
の隙間分布が変化し、回転軸と可撓性パッドの間にある
潤滑流体による弾性力と減衰力が変化する。
に対し垂直方向に回転軸の振動が生ずると、それをセン
サが検出し、可撓性パッドに取付けられた圧電素子に電
圧を印加する。電圧を印加された圧電素子は、その印加
電圧に応じて変形するので、可撓性パッドと回転軸の間
の隙間分布が変化し、回転軸と可撓性パッドの間にある
潤滑流体による弾性力と減衰力が変化する。
【０００８】従って、圧電素子に供給する電圧を調整す
ることにより、センサで検出された回転軸の振動を抑え
るように回転軸と可撓性パッドの間の潤滑流体による弾
性力と減衰力を変えることができる。こうして、本発明
の軸受機構によれば、軸振動を抑えるように動特性を最
適な状態に保つことができる。
ることにより、センサで検出された回転軸の振動を抑え
るように回転軸と可撓性パッドの間の潤滑流体による弾
性力と減衰力を変えることができる。こうして、本発明
の軸受機構によれば、軸振動を抑えるように動特性を最
適な状態に保つことができる。
【０００９】以上説明した本発明の軸受機構において、
可撓性パッドの自由端に対向して設けられた圧力壁にダ
ッシュポットを設けた構造にすると、前記した振動減衰
作用に加え、ダッシュポットを通じて発生する背圧とく
さび膜圧力との差圧によってもパッドが撓んで振動を吸
収することができるので、更に振動振幅を抑えることが
できるものとなって好ましい。
可撓性パッドの自由端に対向して設けられた圧力壁にダ
ッシュポットを設けた構造にすると、前記した振動減衰
作用に加え、ダッシュポットを通じて発生する背圧とく
さび膜圧力との差圧によってもパッドが撓んで振動を吸
収することができるので、更に振動振幅を抑えることが
できるものとなって好ましい。
【００１０】また、本発明は、前記課題を解決するた
め、回転軸のまわりに間隔を保って複数個の軸受パッド
を配設してなる軸受機構において、前記各パッドを、軸
受内面に一端部を固定された可撓性パッドとその自由端
に対向する圧力壁で構成するとともに、同可撓性パッド
の固定端側の内面に取り付けられ、供給電圧に応じて変
形して回転軸との間の隙間を変化させる圧電素子、前記
回転軸の変位を検出するセンサ、同センサからの出力信
号を受け、前記回転軸との間の隙間を変化させて前記回
転軸の変位を減衰させる電圧を前記圧電素子に供給する
制御装置を有する軸受機構を提供する。
め、回転軸のまわりに間隔を保って複数個の軸受パッド
を配設してなる軸受機構において、前記各パッドを、軸
受内面に一端部を固定された可撓性パッドとその自由端
に対向する圧力壁で構成するとともに、同可撓性パッド
の固定端側の内面に取り付けられ、供給電圧に応じて変
形して回転軸との間の隙間を変化させる圧電素子、前記
回転軸の変位を検出するセンサ、同センサからの出力信
号を受け、前記回転軸との間の隙間を変化させて前記回
転軸の変位を減衰させる電圧を前記圧電素子に供給する
制御装置を有する軸受機構を提供する。
【００１１】この軸受機構においては、回転軸に振動が
発生したことをセンサが検出すると、圧電素子に電圧が
印加されて圧電素子が伸び回転軸との間の隙間が狭くな
る。このため、可撓性パッドには堰止め効果により圧力
分布の変化が生じるので、回転軸に発生した振動を抑え
るように潤滑流体による弾性力と減衰力を調整すること
ができる。
発生したことをセンサが検出すると、圧電素子に電圧が
印加されて圧電素子が伸び回転軸との間の隙間が狭くな
る。このため、可撓性パッドには堰止め効果により圧力
分布の変化が生じるので、回転軸に発生した振動を抑え
るように潤滑流体による弾性力と減衰力を調整すること
ができる。
【００１２】この軸受機構においても、前記したように
圧力壁にダッシュポットを設けた構造にすると、前記し
た振動減衰作用に加え、ダッシュポットを通じて発生す
る背圧とくさび膜圧力との差圧によってもパッドが撓ん
で振動を吸収できるものとするので好ましい。
圧力壁にダッシュポットを設けた構造にすると、前記し
た振動減衰作用に加え、ダッシュポットを通じて発生す
る背圧とくさび膜圧力との差圧によってもパッドが撓ん
で振動を吸収できるものとするので好ましい。
【００１３】また本発明は、前記した課題を解決するた
め、回転軸のまわりに軸受パッドを配設してなる軸受機
構において、前記軸受パッドの摺動面に回転軸の回転方
向に並べた複数個の圧電素子を設けるとともに、前記回
転軸の変位を検出するセンサ、及び同センサからの出力
信号を受け、前記圧電素子の高さを変化させて前記回転
軸の変位を減衰させる電圧を前記圧電素子に供給する制
御装置を有する軸受機構を提供する。
め、回転軸のまわりに軸受パッドを配設してなる軸受機
構において、前記軸受パッドの摺動面に回転軸の回転方
向に並べた複数個の圧電素子を設けるとともに、前記回
転軸の変位を検出するセンサ、及び同センサからの出力
信号を受け、前記圧電素子の高さを変化させて前記回転
軸の変位を減衰させる電圧を前記圧電素子に供給する制
御装置を有する軸受機構を提供する。
【００１４】この軸受機構によれば、軸受パッドの摺動
面に設けられた圧電素子に電圧を印加することにより、
圧電素子は変形して回転軸との間の隙間分布を変化する
ので、回転軸の振動を抑えるような軸受特性が得られる
ように隙間分布を変えることができる。また、回転軸と
の間の隙間分布は、配置される圧電素子の個数、配置、
形状、及び印加する電圧によって調整可能である。こう
しして、この軸受機構によれば、軸振動を抑えることが
できる。
面に設けられた圧電素子に電圧を印加することにより、
圧電素子は変形して回転軸との間の隙間分布を変化する
ので、回転軸の振動を抑えるような軸受特性が得られる
ように隙間分布を変えることができる。また、回転軸と
の間の隙間分布は、配置される圧電素子の個数、配置、
形状、及び印加する電圧によって調整可能である。こう
しして、この軸受機構によれば、軸振動を抑えることが
できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明による軸受機構につ
いて図１〜図１６に示した実施の形態に基づいて具体的
に説明する。
いて図１〜図１６に示した実施の形態に基づいて具体的
に説明する。
【００１６】（第１実施形態）まず、図１〜図５に基づ
いて、第１実施形態による軸受機構について説明する。
この第１実施形態による軸受機構は、軸受部１０、制御
部２０、計測部３０から構成されている。その軸受部１
０は、回転軸１００に対する両端の軸受１，２を有して
いる。軸受１，２は同じ構造であり、複数個（図では４
個）の可撓性パッド３を有している。各可撓性パッド３
は回転軸１００を囲む円筒体の一部を構成する形状で、
その一端部を軸受１の内面に固定されていて、他端は自
由端となっている。
いて、第１実施形態による軸受機構について説明する。
この第１実施形態による軸受機構は、軸受部１０、制御
部２０、計測部３０から構成されている。その軸受部１
０は、回転軸１００に対する両端の軸受１，２を有して
いる。軸受１，２は同じ構造であり、複数個（図では４
個）の可撓性パッド３を有している。各可撓性パッド３
は回転軸１００を囲む円筒体の一部を構成する形状で、
その一端部を軸受１の内面に固定されていて、他端は自
由端となっている。
【００１７】各可撓性パッド３の自由端に対向して圧力
壁４が軸受１の内面に固定されている。各可撓性パッド
３の固定端には圧電素子５が取付けられている。可撓性
パッド３は、制止時及び運転時に荷重によって塑性変形
を起こさない材料（例えば炭素鋼）製で、かつ、そのよ
うな形状とされている。可撓性パッド３と圧力壁４との
間の隙間、及び軸受側面の隙間は、可撓性パッド３の撓
みに対し物理的干渉を起こさないように構成されてい
る。
壁４が軸受１の内面に固定されている。各可撓性パッド
３の固定端には圧電素子５が取付けられている。可撓性
パッド３は、制止時及び運転時に荷重によって塑性変形
を起こさない材料（例えば炭素鋼）製で、かつ、そのよ
うな形状とされている。可撓性パッド３と圧力壁４との
間の隙間、及び軸受側面の隙間は、可撓性パッド３の撓
みに対し物理的干渉を起こさないように構成されてい
る。
【００１８】可撓性パッド３の固定端側に取付けられた
圧電素子５に電圧が印加されると、圧電素子５が図２の
矢印のように伸びるので、可撓性パッド３を図の破線の
ように変形させ、その自由端は角度αだけ傾斜される。
可撓性パッド３がこのように変形されると、図３に見ら
れるようにパッド３に生起される圧力のピークが大きく
なる。
圧電素子５に電圧が印加されると、圧電素子５が図２の
矢印のように伸びるので、可撓性パッド３を図の破線の
ように変形させ、その自由端は角度αだけ傾斜される。
可撓性パッド３がこのように変形されると、図３に見ら
れるようにパッド３に生起される圧力のピークが大きく
なる。
【００１９】すなわち、図３は可撓性パッド３の周方向
位置と圧力の関係を示しているが、圧電素子５により可
撓性パッド３が図２のように変形される前と後では、図
３の破線、実線のグラフのように圧力分布が変化する。
また、図４は、可撓性パッド３の傾斜角αと、潤滑流体
による弾性力（ばね定数ｋ）と減衰力（減衰係数ｃ）の
関係を示したものであるが、このばね定数ｋと減衰係数
ｃは可撓性パッド３の傾斜角αにより図４のグラフに見
られるように傾斜が大きくなるにつれてばね定数ｋは小
さくなり、逆に減衰係数ｃは大きくなる。
位置と圧力の関係を示しているが、圧電素子５により可
撓性パッド３が図２のように変形される前と後では、図
３の破線、実線のグラフのように圧力分布が変化する。
また、図４は、可撓性パッド３の傾斜角αと、潤滑流体
による弾性力（ばね定数ｋ）と減衰力（減衰係数ｃ）の
関係を示したものであるが、このばね定数ｋと減衰係数
ｃは可撓性パッド３の傾斜角αにより図４のグラフに見
られるように傾斜が大きくなるにつれてばね定数ｋは小
さくなり、逆に減衰係数ｃは大きくなる。
【００２０】以上説明した軸受部１０における軸受１，
２の力学モデルを示したのが図５であるが、質点である
回転軸１００、潤滑流体、例えば油膜と可撓性パッド３
の撓みによる弾性力を表わすばね、減衰力を表わすダッ
シュポッドから構成されている。次に、図１における計
測部３０は、回転軸１００の周りに配置された変位セン
サ６を有している。変位センサ６で検出された回転軸１
００の変位は制御部２０の制御装置に供給される。
２の力学モデルを示したのが図５であるが、質点である
回転軸１００、潤滑流体、例えば油膜と可撓性パッド３
の撓みによる弾性力を表わすばね、減衰力を表わすダッ
シュポッドから構成されている。次に、図１における計
測部３０は、回転軸１００の周りに配置された変位セン
サ６を有している。変位センサ６で検出された回転軸１
００の変位は制御部２０の制御装置に供給される。
【００２１】図１に示す第１実施形態による軸受機構は
以上の構成を有しており、回転軸１００が例えば鉛直方
向に振動すると、変位センサ６が回転軸１００との間の
隙間が変化したことを検出し、その変位検出信号を受け
た制御部２０の制御装置は、その検出信号に基づき、予
め定められた高さの電圧を軸受部１０の圧電素子５へ供
給する。
以上の構成を有しており、回転軸１００が例えば鉛直方
向に振動すると、変位センサ６が回転軸１００との間の
隙間が変化したことを検出し、その変位検出信号を受け
た制御部２０の制御装置は、その検出信号に基づき、予
め定められた高さの電圧を軸受部１０の圧電素子５へ供
給する。
【００２２】各圧電素子５は印加された電圧に応じて図
２のように伸び、可撓性パッド３の自由端を傾斜角αに
傾斜させる。この結果、回転軸１００と可撓性パッド３
の間の隙間分布が変化し、従って、圧力分布は図３の如
く変化する。制御装置から各圧電素子５に印加する電圧
は、図４に示す隙間とばね定数、減衰係数の関係から振
動を抑える値に選定される。
２のように伸び、可撓性パッド３の自由端を傾斜角αに
傾斜させる。この結果、回転軸１００と可撓性パッド３
の間の隙間分布が変化し、従って、圧力分布は図３の如
く変化する。制御装置から各圧電素子５に印加する電圧
は、図４に示す隙間とばね定数、減衰係数の関係から振
動を抑える値に選定される。
【００２３】これによって、回転軸１００の鉛直方向の
振動の減衰が増加され振動が抑えられる。水平方向に回
転軸１００の振動が起ったときも同様に制振作用が行わ
れる。このように、図１の軸受機構によれば、運転時、
軸振動に応じて動特性を常に最適値に保ち、振動を抑え
ることができる。なお、可撓性パッド３の撓み量は、圧
電素子５のゲイン、可撓性パッド３の材質と形状で調整
される。 （第２実施形態）次に、図６〜図８に基づいて第２実施
形態による軸受機構について説明する。なお、図６〜図
８において、図１〜図５の第１実施形態による軸受機構
と同じ構成の部分には同じ符号を付してあり、それらに
ついての重複する説明は省略する。
振動の減衰が増加され振動が抑えられる。水平方向に回
転軸１００の振動が起ったときも同様に制振作用が行わ
れる。このように、図１の軸受機構によれば、運転時、
軸振動に応じて動特性を常に最適値に保ち、振動を抑え
ることができる。なお、可撓性パッド３の撓み量は、圧
電素子５のゲイン、可撓性パッド３の材質と形状で調整
される。 （第２実施形態）次に、図６〜図８に基づいて第２実施
形態による軸受機構について説明する。なお、図６〜図
８において、図１〜図５の第１実施形態による軸受機構
と同じ構成の部分には同じ符号を付してあり、それらに
ついての重複する説明は省略する。
【００２４】この第２実施形態による軸受機構では、圧
力壁４にダッシュポット７が形成されている。可撓性パ
ッド３と圧力壁４の間の隙間及び軸受側面隙間３ａは、
ダッシュポット７によるパッド背面空間の圧力変化に影
響を及ぼさない程度の寸法であることはもとより、可撓
性パッド３の撓みに対して物理的干渉を起こさないもの
とされている。なお、図７において、３ｂは可撓性パッ
ド３の側面に対するシール部を示している。
力壁４にダッシュポット７が形成されている。可撓性パ
ッド３と圧力壁４の間の隙間及び軸受側面隙間３ａは、
ダッシュポット７によるパッド背面空間の圧力変化に影
響を及ぼさない程度の寸法であることはもとより、可撓
性パッド３の撓みに対して物理的干渉を起こさないもの
とされている。なお、図７において、３ｂは可撓性パッ
ド３の側面に対するシール部を示している。
【００２５】この第２実施形態の軸受機構の力学モデル
が図８に示してあるが、第１実施形態における図５の力
学モデルに比べ、可撓性パッド背圧による減衰力を表わ
すダッシュポットが直列に追加された状態になってい
る。この第２実施形態の軸受機構のその他の構成は第１
実施形態のものと実質同じである。
が図８に示してあるが、第１実施形態における図５の力
学モデルに比べ、可撓性パッド背圧による減衰力を表わ
すダッシュポットが直列に追加された状態になってい
る。この第２実施形態の軸受機構のその他の構成は第１
実施形態のものと実質同じである。
【００２６】このように構成されたこの第２実施形態に
よる軸受機構では、回転軸１００の振動に対し、第１実
施形態の軸受機構と同様のダンピング効果を与えること
に加え、可撓性パッド３は、くさび膜圧力と、圧力壁４
におけるダッシュポット７を通じて発生する背圧との差
圧によっても撓むため、振動をより効果的に吸収するこ
とができ、振動、振幅を抑えることができる。なお、可
撓性パッド３の撓み量は、圧電素子５のゲイン、可撓性
パッド３の材質と形状、及びダッシュポット７の形状が
調整する。
よる軸受機構では、回転軸１００の振動に対し、第１実
施形態の軸受機構と同様のダンピング効果を与えること
に加え、可撓性パッド３は、くさび膜圧力と、圧力壁４
におけるダッシュポット７を通じて発生する背圧との差
圧によっても撓むため、振動をより効果的に吸収するこ
とができ、振動、振幅を抑えることができる。なお、可
撓性パッド３の撓み量は、圧電素子５のゲイン、可撓性
パッド３の材質と形状、及びダッシュポット７の形状が
調整する。
【００２７】（第３実施形態）次に、図９及び図１０に
示す第３実施形態による軸受機構について説明する。こ
の図９は、図２に対応し、図１０は図６に対応する図面
である。図９及び図１０に示す可撓性パッド３にあって
は、圧電素子８が可撓性パッド３と隣の圧力壁４等との
間に配設されていて、その伸びによって可撓性パッド３
を押してその傾斜角αを変えるようになっている。その
他の構成は、それぞれ図２，図６について説明したとこ
ろと同じである。この第３実施形態のものは、製造が容
易であり、また、圧電素子８の印加電圧による変形を確
実に可撓性パッド３に伝えて変形させる。
示す第３実施形態による軸受機構について説明する。こ
の図９は、図２に対応し、図１０は図６に対応する図面
である。図９及び図１０に示す可撓性パッド３にあって
は、圧電素子８が可撓性パッド３と隣の圧力壁４等との
間に配設されていて、その伸びによって可撓性パッド３
を押してその傾斜角αを変えるようになっている。その
他の構成は、それぞれ図２，図６について説明したとこ
ろと同じである。この第３実施形態のものは、製造が容
易であり、また、圧電素子８の印加電圧による変形を確
実に可撓性パッド３に伝えて変形させる。
【００２８】（第４実施形態）次に、図１１〜図１４に
示す第４実施形態による軸受機構について説明する。こ
の第４実施形態において、図１１は図２に対応し、図１
４は図６に対応する可撓性パッド一枚についての軸方向
断面である。図１１及び図１４において、９は圧電素子
であり、この圧電素子９は、可撓性パッド３の固定端部
に取付けられ、電圧の印加により破線で示すようにその
摺動面側に伸びるように取付けられている。圧電素子９
の形状及び取付け状態が異る他は、図１１及び図１４
は、それぞれ図２及び図６で説明したものと同じであ
る。
示す第４実施形態による軸受機構について説明する。こ
の第４実施形態において、図１１は図２に対応し、図１
４は図６に対応する可撓性パッド一枚についての軸方向
断面である。図１１及び図１４において、９は圧電素子
であり、この圧電素子９は、可撓性パッド３の固定端部
に取付けられ、電圧の印加により破線で示すようにその
摺動面側に伸びるように取付けられている。圧電素子９
の形状及び取付け状態が異る他は、図１１及び図１４
は、それぞれ図２及び図６で説明したものと同じであ
る。
【００２９】図１１及び図１４に示す軸受機構では、圧
電素子９が制御装置から電圧を印加されると、破線で示
すように回転軸方向に伸びるので、可撓性パッド３にお
ける潤滑流体に対する出口端が狭くなる。この堰止め効
果により、可撓性パッド３と回転軸１００の間の圧力分
布が変化する。
電素子９が制御装置から電圧を印加されると、破線で示
すように回転軸方向に伸びるので、可撓性パッド３にお
ける潤滑流体に対する出口端が狭くなる。この堰止め効
果により、可撓性パッド３と回転軸１００の間の圧力分
布が変化する。
【００３０】すなわち、図１１のものについて図１２に
示すように、圧電素子９が変形された後の圧力は実線の
ようにピークが高くなり、また、そのピークの位置が出
口に近くなる。
示すように、圧電素子９が変形された後の圧力は実線の
ようにピークが高くなり、また、そのピークの位置が出
口に近くなる。
【００３１】また、可撓性パッド３の出口端の隙間とば
ね定数ｋ、減衰係数ｃの関係は図１３に示すようにな
り、圧電素子９が電圧印加により伸びて出口端隙間が狭
くなるとばね定数ｋは小さくなり、一方、減衰係数ｃは
大きくなる。
ね定数ｋ、減衰係数ｃの関係は図１３に示すようにな
り、圧電素子９が電圧印加により伸びて出口端隙間が狭
くなるとばね定数ｋは小さくなり、一方、減衰係数ｃは
大きくなる。
【００３２】従って、各圧電素子９に印加する電圧を、
図１３に示すばね定数ｋ、減衰係数ｃの関係から回転軸
１００の振動を抑えるように制御装置によって調整す
る。こうして回転軸の鉛直方向、水平方向等の振動に応
じ動特性を最適に保って振動を効果的に抑えることがで
きる。
図１３に示すばね定数ｋ、減衰係数ｃの関係から回転軸
１００の振動を抑えるように制御装置によって調整す
る。こうして回転軸の鉛直方向、水平方向等の振動に応
じ動特性を最適に保って振動を効果的に抑えることがで
きる。
【００３３】（第５実施形態）次に、図１５〜図１８に
示す第５実施形態による軸受機構について説明する。図
１５〜図１８において、１１は軸受パッドであり、その
回転軸１００に対面する摺動面には、回転軸１００の回
転方向に複数個の圧電素子１２を並べて埋設してある。
軸受パッド１１は荷重によって塑性変形を起こさない材
料（例えば炭素鋼）製とし、また、停止時に回転軸１０
０が圧電素子１２に接触して破損しないよう鉛直下方に
パッド摺動面（回転軸支持面）を残すとともに、給油孔
１３を設けた構造としてある。
示す第５実施形態による軸受機構について説明する。図
１５〜図１８において、１１は軸受パッドであり、その
回転軸１００に対面する摺動面には、回転軸１００の回
転方向に複数個の圧電素子１２を並べて埋設してある。
軸受パッド１１は荷重によって塑性変形を起こさない材
料（例えば炭素鋼）製とし、また、停止時に回転軸１０
０が圧電素子１２に接触して破損しないよう鉛直下方に
パッド摺動面（回転軸支持面）を残すとともに、給油孔
１３を設けた構造としてある。
【００３４】第５実施形態による軸受機構における軸受
パッドは以上の構成を有しているので、回転軸１００に
振動が発生して圧電素子１２に電圧が印加されると圧電
素子１２は印加電圧に応じた高さに変化する。従って、
回転軸１００の振動を抑えるような軸受特性になる隙間
分布を与えるよう各圧電素子１２に対し制御装置から電
圧を印加する。
パッドは以上の構成を有しているので、回転軸１００に
振動が発生して圧電素子１２に電圧が印加されると圧電
素子１２は印加電圧に応じた高さに変化する。従って、
回転軸１００の振動を抑えるような軸受特性になる隙間
分布を与えるよう各圧電素子１２に対し制御装置から電
圧を印加する。
【００３５】各圧電素子１２に対し電圧を印加したとき
の圧電素子１２の形状変化の例を図１６〜図１８に示し
てある。図１６は圧電素子１２の高さを同じにした基本
形であり、これは従来の部分円弧軸受と同じ形状とな
る。図１７は、パッド終端に位置する圧電素子１２のみ
高さを大きくしたものであり、これによってプレッシャ
ーダム軸受と同じ形状となる。また、図１８は、圧電素
子１２の高さをステップ状に変えたもので、これによっ
てオフセット軸受と同じ形状になる。
の圧電素子１２の形状変化の例を図１６〜図１８に示し
てある。図１６は圧電素子１２の高さを同じにした基本
形であり、これは従来の部分円弧軸受と同じ形状とな
る。図１７は、パッド終端に位置する圧電素子１２のみ
高さを大きくしたものであり、これによってプレッシャ
ーダム軸受と同じ形状となる。また、図１８は、圧電素
子１２の高さをステップ状に変えたもので、これによっ
てオフセット軸受と同じ形状になる。
【００３６】以上のようにして、本第５実施形態の軸受
機構によれば、圧電素子１２に印加する電圧を制御装置
で調整することによって軸振動を抑えるような軸受特性
が得られる。また、隙間分布は、圧電素子１２の個数、
配置、印加する電圧で調整する。なお、起動時、停止時
には給油孔１３から静圧を加えることによって焼付きを
防止する。
機構によれば、圧電素子１２に印加する電圧を制御装置
で調整することによって軸振動を抑えるような軸受特性
が得られる。また、隙間分布は、圧電素子１２の個数、
配置、印加する電圧で調整する。なお、起動時、停止時
には給油孔１３から静圧を加えることによって焼付きを
防止する。
【００３７】
【発明の効果】本発明による軸受機構において、可撓性
パッドに対し圧電素子を取付け、この圧電素子を電圧印
加によって変形させることにより可撓性パッドを変形さ
せるように構成したものでは、この可撓性パッドと回転
軸の間の隙間分布を変えることができる。これによって
回転軸と可撓性パッドの間の潤滑流体による弾性力と減
衰力を変え軸振動を抑えるよう動特性を最適な状態に保
つことができる。
パッドに対し圧電素子を取付け、この圧電素子を電圧印
加によって変形させることにより可撓性パッドを変形さ
せるように構成したものでは、この可撓性パッドと回転
軸の間の隙間分布を変えることができる。これによって
回転軸と可撓性パッドの間の潤滑流体による弾性力と減
衰力を変え軸振動を抑えるよう動特性を最適な状態に保
つことができる。
【００３８】また、本発明による軸受機構において、可
撓性パッドに圧電素子を取付け、その圧電素子に対する
供給電圧に応じて変形して回転軸との間の隙間を変化さ
せるようにしたものでは、可撓性パッドによる堰止め効
果による圧力分布を変化させ、これによって軸の振動を
抑えるよう潤滑流体による弾性力と減衰力を調節するこ
とができる。
撓性パッドに圧電素子を取付け、その圧電素子に対する
供給電圧に応じて変形して回転軸との間の隙間を変化さ
せるようにしたものでは、可撓性パッドによる堰止め効
果による圧力分布を変化させ、これによって軸の振動を
抑えるよう潤滑流体による弾性力と減衰力を調節するこ
とができる。
【００３９】また、これらの軸受機構において、圧力壁
にダッシュポットを設けたものでは、そのダッシュポッ
トを通じて発生する背圧とくさび膜圧力との差圧によっ
てもパッドが撓んで振動を効果的に吸収できる。
にダッシュポットを設けたものでは、そのダッシュポッ
トを通じて発生する背圧とくさび膜圧力との差圧によっ
てもパッドが撓んで振動を効果的に吸収できる。
【００４０】また、本発明の軸受機構において、軸受パ
ッドの摺動面に回転軸の回転方向に複数個の圧電素子を
並べたものでは、それらの圧電素子に印加する電圧を調
節することにより、圧電素子と回転軸との間の隙間分布
を変えることができ、これによって回転軸の振動を抑え
るような軸受特性が得られるものとなる。
ッドの摺動面に回転軸の回転方向に複数個の圧電素子を
並べたものでは、それらの圧電素子に印加する電圧を調
節することにより、圧電素子と回転軸との間の隙間分布
を変えることができ、これによって回転軸の振動を抑え
るような軸受特性が得られるものとなる。
【００４１】以上のように、本発明の軸受機構によれ
ば、プロセス流体などの粘性の低い流体で潤滑しても、
隙間分布、従って、圧力分布を振動減衰に好ましい形に
制御することができる。
ば、プロセス流体などの粘性の低い流体で潤滑しても、
隙間分布、従って、圧力分布を振動減衰に好ましい形に
制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による軸受機構の構成を
示す説明図。
示す説明図。
【図２】図１に示した軸受機構における可撓性パッドの
作用を説明するための図面で、可撓性パッド一枚につい
ての軸方向断面図。
作用を説明するための図面で、可撓性パッド一枚につい
ての軸方向断面図。
【図３】図１に示した軸受機構における可撓性パッドの
摺動面での周方向位置に対する圧力分布を示す線図。
摺動面での周方向位置に対する圧力分布を示す線図。
【図４】図１に示した軸受機構における可撓性パッドの
傾斜角とばね定数、減衰係数との関係を示す線図。
傾斜角とばね定数、減衰係数との関係を示す線図。
【図５】図１に示した軸受機構の力学モデルを示した説
明図。
明図。
【図６】本発明の第２実施形態による軸受機構における
可撓性パッドの作用を説明するための、可撓性パッド一
枚についての軸方向断面図。
可撓性パッドの作用を説明するための、可撓性パッド一
枚についての軸方向断面図。
【図７】図６に示した軸受機構における可撓性パッド部
分の周方向展開図。
分の周方向展開図。
【図８】図６に示した軸受機構の力学モデルを示した説
明図。
明図。
【図９】本発明の第３実施形態による軸受機構における
可撓性パッドの作用を説明するための可撓性パッド一枚
についての軸方向断面図。
可撓性パッドの作用を説明するための可撓性パッド一枚
についての軸方向断面図。
【図１０】本発明の第３実施形態による軸受機構の他の
例を示す図９と同様の図面。
例を示す図９と同様の図面。
【図１１】本発明の第４実施形態による軸受機構におけ
る可撓性パッド一枚についての軸方向断面図。
る可撓性パッド一枚についての軸方向断面図。
【図１２】図１１に示した可撓性パッドの摺動面での周
方向位置に対する圧力分布を示す図面。
方向位置に対する圧力分布を示す図面。
【図１３】図１１に示した可撓性パッドの傾斜角とばね
定数、減衰係数との関係を示す線図。
定数、減衰係数との関係を示す線図。
【図１４】本発明の第４実施形態による軸受機構の他の
例を示す図１１と同様の図面。
例を示す図１１と同様の図面。
【図１５】本発明の第５実施形態による軸受機構におけ
る軸受パッド部の部分的断面図。
る軸受パッド部の部分的断面図。
【図１６】第５実施形態による軸受機構における圧電素
子の形状変化の一例を示す断面図。
子の形状変化の一例を示す断面図。
【図１７】第５実施形態による軸受機構における圧電素
子の形状変化の他の例を示す断面図。
子の形状変化の他の例を示す断面図。
【図１８】第５実施形態による軸受機構における圧電素
子の形状変化の更に他の例を示す断面図。
子の形状変化の更に他の例を示す断面図。
【図１９】従来のティルティングパッドジャーナル軸受
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
【図２０】図１９に示した軸受における荷重支持作用を
示す説明図。
示す説明図。
１，２ 軸受 ３ 可撓性パッド ３ａ 軸受側面隙間 ３ｂ シール部 ４ 圧力壁 ５、８、９、１２ 圧電素子 ６ 変位センサ ７ ダッシュポット １０ 軸受部 １１ 軸受パッド １３ 給油孔 ２０ 制御部 ３０ 計測部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 一彦 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 貝漕 高明 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 Ｆターム(参考） 3J011 AA02 AA20 BA13 DA01 3J012 AB04 AB07 BB01 CB10 EB06 FB01
Claims (4)
- 【請求項１】 回転軸のまわりに間隔を保って複数個の
軸受パッドを配設してなる軸受機構において、前記軸受
パッドを、軸受内面に一端部を固定された可撓性パッド
とその自由端に対向して設けられた圧力壁によって構成
するとともに、前記可撓性パッドに取り付けられ、供給
電圧に応じて変形して同可撓性パッドを変形させる圧電
素子、前記回転軸の変位を検出するセンサ、及び同セン
サからの出力信号を受け、前記可撓性パッドを変形させ
て前記回転軸の変位を減衰させる電圧を前記圧電素子に
供給する制御装置を有することを特徴とする軸受機構。 - 【請求項２】 回転軸のまわりに間隔を保って複数個の
軸受パッドを配設してなる軸受機構において、前記軸受
パッドを、軸受内面に一端部を固定された可撓性パッド
とその自由端に対向して設けられた圧力壁で構成すると
ともに、前記可撓性パッドの固定端側の内面に取り付け
られ、供給電圧に応じて変形して回転軸との間の隙間を
変化させる圧電素子、前記回転軸の変位を検出するセン
サ、及び同センサからの出力信号を受け、前記回転軸と
の間の隙間を変化させて前記回転軸の変位を減衰させる
電圧を前記圧電素子に供給する制御装置を有することを
特徴とする軸受機構。 - 【請求項３】 前記圧力壁にダッシュポットを設けたこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受機構。 - 【請求項４】 回転軸のまわりに軸受パッドを配設して
なる軸受機構において、前記軸受パッドの摺動面に回転
軸の回転方向に並べた複数個の圧電素子を設けるととも
に、前記回転軸の変位を検出するセンサ、及び同センサ
からの出力信号を受け、前記圧電素子の高さを変化させ
て前記回転軸の変位を減衰させる電圧を前記圧電素子に
供給する制御装置を有することを特徴とする軸受機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11013103A JP2000205251A (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | 軸受機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11013103A JP2000205251A (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | 軸受機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000205251A true JP2000205251A (ja) | 2000-07-25 |
Family
ID=11823827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11013103A Pending JP2000205251A (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | 軸受機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000205251A (ja) |
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- 1999-01-21 JP JP11013103A patent/JP2000205251A/ja active Pending
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