JP2000320342A - 転がり軸受の選択方法、転がり軸受および流体機械 - Google Patents
転がり軸受の選択方法、転がり軸受および流体機械Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】転がり軸受において、その使用対象機器に発生
する振動を抑制し、使用対象機器の耐久性を向上させる
こと。 【解決手段】回転要素の支持に用いる転がり軸受とし
て、その振動周波数ｆ２が、ｍｆ１≠ｎｆ２、（但し、
ｆ１は回転要素固有の振動周波数、ｍ，ｎは共に正の整
数）の関係式を満たす転がり軸受を選択する。
する振動を抑制し、使用対象機器の耐久性を向上させる
こと。 【解決手段】回転要素の支持に用いる転がり軸受とし
て、その振動周波数ｆ２が、ｍｆ１≠ｎｆ２、（但し、
ｆ１は回転要素固有の振動周波数、ｍ，ｎは共に正の整
数）の関係式を満たす転がり軸受を選択する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受の選択
方法、転がり軸受および流体機械に関する。
方法、転がり軸受および流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】流体機械として、例えば自動車の過給機
などで代表されるターボ機械が知られている。過給機で
は、回転軸の軸方向両端に羽根車を取り付けた回転要素
を有しており、一方の羽根車をエンジンの排気ガスで回
転駆動させることにより、他方の羽根車を回転させて、
大量の空気を吸引するとともに、エンジンに対して大量
の燃焼ガスを強制的に供給させるようにしている。
などで代表されるターボ機械が知られている。過給機で
は、回転軸の軸方向両端に羽根車を取り付けた回転要素
を有しており、一方の羽根車をエンジンの排気ガスで回
転駆動させることにより、他方の羽根車を回転させて、
大量の空気を吸引するとともに、エンジンに対して大量
の燃焼ガスを強制的に供給させるようにしている。
【０００３】上述した回転要素は、従来、滑り軸受を用
いて支持させていたが、近年では、回転抵抗の低減を目
的として転がり軸受を用いる傾向となっている。
いて支持させていたが、近年では、回転抵抗の低減を目
的として転がり軸受を用いる傾向となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した過
給機では、回転軸に取り付けられる羽根車が持つ固有振
動周波数で全体が共振（タービン共振）を起こす現象が
発生する。
給機では、回転軸に取り付けられる羽根車が持つ固有振
動周波数で全体が共振（タービン共振）を起こす現象が
発生する。
【０００５】これに対し、回転軸を支持する転がり軸受
について、その転動体の通過振動周波数などの条件を無
視して選択していると、前記タービン共振が転がり軸受
の転動体通過振動により増大されてしまうことがあり、
過給機そのものの耐久性を低下させる要因となる。この
ような不具合は、過給機に限らず、流体機械としての範
疇に含まれるものすべてにおいて同様に起こる。
について、その転動体の通過振動周波数などの条件を無
視して選択していると、前記タービン共振が転がり軸受
の転動体通過振動により増大されてしまうことがあり、
過給機そのものの耐久性を低下させる要因となる。この
ような不具合は、過給機に限らず、流体機械としての範
疇に含まれるものすべてにおいて同様に起こる。
【０００６】そこで、本発明においては、転がり軸受の
使用対象機器に発生する振動を抑制し、使用対象機器の
耐久性を向上させることを目的としている。
使用対象機器に発生する振動を抑制し、使用対象機器の
耐久性を向上させることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明においては、回転
要素の支持に用いる転がり軸受の選択方法であって、回
転要素固有の振動周波数から外れた振動周波数に設定さ
れた転がり軸受を選択することによって上述の課題を解
決している。
要素の支持に用いる転がり軸受の選択方法であって、回
転要素固有の振動周波数から外れた振動周波数に設定さ
れた転がり軸受を選択することによって上述の課題を解
決している。
【０００８】好ましくは転がり軸受の振動周波数を転動
体の通過振動による周波数とする。
体の通過振動による周波数とする。
【０００９】好ましくはその振動周波数ｆ２が、ｍｆ１
≠ｎｆ２、（但し、ｆ１は前記回転要素固有の振動周波
数、ｍ，ｎは共に正の整数）の関係式を満たす転がり軸
受を選択する。
≠ｎｆ２、（但し、ｆ１は前記回転要素固有の振動周波
数、ｍ，ｎは共に正の整数）の関係式を満たす転がり軸
受を選択する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の詳細を、図面に示す実施
形態に基づいて説明する。
形態に基づいて説明する。
【００１１】この実施の形態では、流体機械として過給
機を例に挙げる。この過給機の一例を図１および図２に
示す。図１は、過給機の要部の概略構成を示す断面図、
図２は、図１のＡーＡ線に沿う断面図である。
機を例に挙げる。この過給機の一例を図１および図２に
示す。図１は、過給機の要部の概略構成を示す断面図、
図２は、図１のＡーＡ線に沿う断面図である。
【００１２】図示例の過給機１は、排気タービン式過給
機（ターボチャージャー）と呼ばれるものであり、軸方
向両端に２つの羽根車２，３が取り付けられた回転軸４
の軸方向中間部分を、ケーシング５に対して２つの転が
り軸受６を介して支持させた構造になっている。
機（ターボチャージャー）と呼ばれるものであり、軸方
向両端に２つの羽根車２，３が取り付けられた回転軸４
の軸方向中間部分を、ケーシング５に対して２つの転が
り軸受６を介して支持させた構造になっている。
【００１３】ここで、一方の羽根車２は、ケーシング５
の排気通路８に、また、他方の羽根車３は、ケーシング
５の吸気通路９にそれぞれ配設されている。この関係よ
り、この実施形態では、一方の羽根車２を排気側羽根車
と呼び、他方の羽根車３を吸気側羽根車と呼ぶことにす
る。
の排気通路８に、また、他方の羽根車３は、ケーシング
５の吸気通路９にそれぞれ配設されている。この関係よ
り、この実施形態では、一方の羽根車２を排気側羽根車
と呼び、他方の羽根車３を吸気側羽根車と呼ぶことにす
る。
【００１４】このような過給機１では、排気側羽根車２
をエンジンの排気ガスで回転駆動させることにより、吸
気側羽根車３を回転させて、大量の空気を吸引するとと
もに、エンジンに対して大量の燃焼ガスを強制的に供給
させるようになっている。
をエンジンの排気ガスで回転駆動させることにより、吸
気側羽根車３を回転させて、大量の空気を吸引するとと
もに、エンジンに対して大量の燃焼ガスを強制的に供給
させるようになっている。
【００１５】こうした過給機１においては各羽根車２，
３が高速回転する回転系として所定の条件下で回転軸４
および回転羽根２，３を含む過給機１が共振する。そし
て、この場合、過給機１が振動する大きな回転要素とな
るのは羽根車２，３であるから、これに着目し、例えば
一方の羽根車３の回転翼枚数をｎ１（枚）、回転軸４の
回転数をｎ（ｒｐｍ）とすると、その羽根車２の回転に
よる過給機１固有の振動周波数ｆ１（ｒｐｍ）は、次式
（１）で与えられる。
３が高速回転する回転系として所定の条件下で回転軸４
および回転羽根２，３を含む過給機１が共振する。そし
て、この場合、過給機１が振動する大きな回転要素とな
るのは羽根車２，３であるから、これに着目し、例えば
一方の羽根車３の回転翼枚数をｎ１（枚）、回転軸４の
回転数をｎ（ｒｐｍ）とすると、その羽根車２の回転に
よる過給機１固有の振動周波数ｆ１（ｒｐｍ）は、次式
（１）で与えられる。
【００１６】ｆ１＝ｎ１×ｎ／６０ … （１） 図３は、横軸を回転軸４の回転数をｎ（ｒｐｍ）、縦軸
を周波数（ｋＨｚ）とするものであり、図中のｆ１は、
式（１）の右辺の羽根車３の回転翼枚数ｎ１が「５」の
ときの振動周波数ｆ１である。この場合、２ｆ１は、振
動周波数ｆ１を基本周波数としその基本周波数ｆ１で共
振したときにあらわれ得る一次高調波の周波数である。
なお、図３ではこの一次より大きい次数の高調波振動に
よる周波数は図示されていない。この振動の現象につい
て説明すると、羽根車３の振動が例えば正弦波状で振動
するとは限らず、通常、羽根車３に対する流動体の流動
荷重の不均衡とか回転軸４の回転中心の不均衡などで振
動の形態が歪む。そこで、振動の形態として最低の周期
の周波数をｆ１としその周波数での振動を基本振動とす
ると、その周波数の整数倍の周波数を高調波とし、それ
による振動を高調波振動とすると、過給機の振動はこれ
ら基本周波数と高調波とによる振動となる。この高調波
も上述したように一次、二次等の高調波がある。
を周波数（ｋＨｚ）とするものであり、図中のｆ１は、
式（１）の右辺の羽根車３の回転翼枚数ｎ１が「５」の
ときの振動周波数ｆ１である。この場合、２ｆ１は、振
動周波数ｆ１を基本周波数としその基本周波数ｆ１で共
振したときにあらわれ得る一次高調波の周波数である。
なお、図３ではこの一次より大きい次数の高調波振動に
よる周波数は図示されていない。この振動の現象につい
て説明すると、羽根車３の振動が例えば正弦波状で振動
するとは限らず、通常、羽根車３に対する流動体の流動
荷重の不均衡とか回転軸４の回転中心の不均衡などで振
動の形態が歪む。そこで、振動の形態として最低の周期
の周波数をｆ１としその周波数での振動を基本振動とす
ると、その周波数の整数倍の周波数を高調波とし、それ
による振動を高調波振動とすると、過給機の振動はこれ
ら基本周波数と高調波とによる振動となる。この高調波
も上述したように一次、二次等の高調波がある。
【００１７】転がり軸受６は、内輪１０、外輪１１、お
よび両輪１０，１１間の転動体１２とを含む。ただし、
内輪１０とか外輪１１がケーシング５とか回転軸４の一
部を利用して構成されている場合もある。一方の転がり
軸受６について、内輪１０と外輪１１との間を転動体１
２が転動していくときに、図４（回転軸４の要部の側面
拡大断面図）および図５（図４のＢーＢ線に沿う縦断拡
大断面図）で示すように、その荷重方向の真下に転動体
１２が来るときと荷重方向に対して左右対称の位置に来
るときとで、内輪１０と外輪１１との弾性接近量がわず
かに相違して、軸の中心の位置が違って、軸の回転によ
って軸の中心が上下に移動する。この左右対称の位置の
所定の角度範囲を転動体通過領域１３という。この領域
１３を通過するときに転がり軸受６は振動する。このと
きの転がり軸受６の振動周波数ｆ２は、転動体１２の数
をｎ２、転動体１２の径をｄ、転動体１２それぞれの中
心を結ぶ線で形成される円の直径をＤ（Ｐ．Ｃ．Ｄ．：
ピッチ円直径）、転がり軸受６の接触角（作用線とラジ
アル平面とのなす角度）をαとすると、次式（２）の関
係を有していることで知られる。ただし、図４および図
５では転がり軸受として斜接形式の転がり軸受の一つで
あるアンギュラ玉軸受が示されているが、これに限定さ
れるものではない。
よび両輪１０，１１間の転動体１２とを含む。ただし、
内輪１０とか外輪１１がケーシング５とか回転軸４の一
部を利用して構成されている場合もある。一方の転がり
軸受６について、内輪１０と外輪１１との間を転動体１
２が転動していくときに、図４（回転軸４の要部の側面
拡大断面図）および図５（図４のＢーＢ線に沿う縦断拡
大断面図）で示すように、その荷重方向の真下に転動体
１２が来るときと荷重方向に対して左右対称の位置に来
るときとで、内輪１０と外輪１１との弾性接近量がわず
かに相違して、軸の中心の位置が違って、軸の回転によ
って軸の中心が上下に移動する。この左右対称の位置の
所定の角度範囲を転動体通過領域１３という。この領域
１３を通過するときに転がり軸受６は振動する。このと
きの転がり軸受６の振動周波数ｆ２は、転動体１２の数
をｎ２、転動体１２の径をｄ、転動体１２それぞれの中
心を結ぶ線で形成される円の直径をＤ（Ｐ．Ｃ．Ｄ．：
ピッチ円直径）、転がり軸受６の接触角（作用線とラジ
アル平面とのなす角度）をαとすると、次式（２）の関
係を有していることで知られる。ただし、図４および図
５では転がり軸受として斜接形式の転がり軸受の一つで
あるアンギュラ玉軸受が示されているが、これに限定さ
れるものではない。
【００１８】 ｆ２＝ｎ２×(１−ｄｃｏｓα／Ｄ）×ｎ／６０ … （２） この式（２）で示される転がり軸受６の振動周波数ｆ２
とそれの一次高調波の周波数２ｆ２，二次高調波の周波
数３ｆ２，…とが図３で示されている。この高調波は上
述したのでその説明を省略する。
とそれの一次高調波の周波数２ｆ２，二次高調波の周波
数３ｆ２，…とが図３で示されている。この高調波は上
述したのでその説明を省略する。
【００１９】本実施の形態では上記式（１）（２）よ
り、要するに、回転軸４の支持に転がり軸受を選択する
に際し過給機１固有の振動周波数ｆ１およびそれの高調
波のいずれからも、その振動周波数ｆ２およびそれの高
調波がはずれている転がり軸受を選択するものである。
このように転がり軸受４の振動周波数を過給機１のそれ
から外すのは、過給機１が共振したときは、その振動周
波数ｆ１およびそれの高調波２ｆ…のいずれに対しても
転がり軸受６の振動周波数ｆ２またはそれの高調波の位
相が一致すると、周波数が同じであれば、転がり軸受６
の振動が、過給機１の共振を増大つまり振動を大きくさ
せる方向に作用し、これによって、過給機１そのものの
耐久性に悪影響を与えることになるからである。逆に転
がり軸受６の振動周波数を過給機１のそれから外れてい
ると、上述したようなことはなくなり、転がり軸受６の
振動が過給機１の共振を増大させることにならないから
である。
り、要するに、回転軸４の支持に転がり軸受を選択する
に際し過給機１固有の振動周波数ｆ１およびそれの高調
波のいずれからも、その振動周波数ｆ２およびそれの高
調波がはずれている転がり軸受を選択するものである。
このように転がり軸受４の振動周波数を過給機１のそれ
から外すのは、過給機１が共振したときは、その振動周
波数ｆ１およびそれの高調波２ｆ…のいずれに対しても
転がり軸受６の振動周波数ｆ２またはそれの高調波の位
相が一致すると、周波数が同じであれば、転がり軸受６
の振動が、過給機１の共振を増大つまり振動を大きくさ
せる方向に作用し、これによって、過給機１そのものの
耐久性に悪影響を与えることになるからである。逆に転
がり軸受６の振動周波数を過給機１のそれから外れてい
ると、上述したようなことはなくなり、転がり軸受６の
振動が過給機１の共振を増大させることにならないから
である。
【００２０】以上の関係を式（３）で示す。
【００２１】 ｍｆ１≠ｎｆ２、（但し、ｍ，ｎは共に正の整数） … （３） 以上の式（３）の関係を満たす転がり軸受を選択するこ
とで回転軸を含む過給機における共振の増大という不具
合なく滑り軸受に代わる転がり軸受による回転抵抗の減
少つまり応答性に優れた回転系にすることができる。
とで回転軸を含む過給機における共振の増大という不具
合なく滑り軸受に代わる転がり軸受による回転抵抗の減
少つまり応答性に優れた回転系にすることができる。
【００２２】なお、上述の実施の形態では過給機等の回
転系が起こす共振動作とは実質的に無関与となる振動条
件を備えた転がり軸受を選択するものであるが、共振が
増大するもののその振動条件によりその増大程度が緩和
（その緩和の程度は問わない）される場合も転がり軸受
の振動条件を規定する作用効果があるので、これも含
む。また、回転系は回転する物がありそれが軸受で支持
される限りはすべての回転系が含まれるものである。
転系が起こす共振動作とは実質的に無関与となる振動条
件を備えた転がり軸受を選択するものであるが、共振が
増大するもののその振動条件によりその増大程度が緩和
（その緩和の程度は問わない）される場合も転がり軸受
の振動条件を規定する作用効果があるので、これも含
む。また、回転系は回転する物がありそれが軸受で支持
される限りはすべての回転系が含まれるものである。
【００２３】なお、転がり軸受全体として共振する条件
としてラジアル隙間があり、ラジアル隙間が負の場合で
は内輪である回転軸、転動体、外輪であるケーシングの
系で、軸受がバネとなり固有振動数が形成されて共振す
ることがある。したがって、この意味からもラジアル隙
間を正隙間とすることでその共振の増大を抑制すること
ができるから、このラジアル隙間も前記共振の増大に無
関与もしくは緩和できる振動条件に含められる。
としてラジアル隙間があり、ラジアル隙間が負の場合で
は内輪である回転軸、転動体、外輪であるケーシングの
系で、軸受がバネとなり固有振動数が形成されて共振す
ることがある。したがって、この意味からもラジアル隙
間を正隙間とすることでその共振の増大を抑制すること
ができるから、このラジアル隙間も前記共振の増大に無
関与もしくは緩和できる振動条件に含められる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、回転要素
固有の振動周波数から外れた振動周波数に設定された転
がり軸受を選択するので、回転要素がそれ固有の振動周
波数で共振しても、転がり軸受がその共振の増大に関与
しなくなる結果、転がり軸受を用いた場合の回転要素に
おける共振の増大という不具合がなくなり、回転要素が
高速回転することによる滑り軸受に代わる転がり軸受に
よる回転抵抗の減少という利点を享受することができ
る。
固有の振動周波数から外れた振動周波数に設定された転
がり軸受を選択するので、回転要素がそれ固有の振動周
波数で共振しても、転がり軸受がその共振の増大に関与
しなくなる結果、転がり軸受を用いた場合の回転要素に
おける共振の増大という不具合がなくなり、回転要素が
高速回転することによる滑り軸受に代わる転がり軸受に
よる回転抵抗の減少という利点を享受することができ
る。
【図１】本発明の実施形態に係る過給機の要部の側面断
面図
面図
【図２】図１のＡーＡ線に沿う断面図
【図３】過給機固有振動周波数と転動体通過振動周波数
との関係を示す図
との関係を示す図
【図４】図１の転がり軸受の縦断断面図
【図５】図４の転がり軸受の横断断面図
１ 過給機 ２，３ 羽根車 ４ 回転軸 ５ ケーシング ６，７ 転がり軸受
Claims (6)
- 【請求項１】回転要素の支持に用いる転がり軸受の選択
方法であって、 回転要素固有の振動周波数から外れた振動周波数に設定
された転がり軸受を選択する、ことを特徴とする転がり
軸受の選択方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の転がり軸受の選択方法に
おいて、 前記転がり軸受の振動周波数を、転動体通過振動による
周波数とする、ことを特徴とする転がり軸受の選択方
法。 - 【請求項３】請求項２に記載の転がり軸受の選択方法に
おいて、 転がり軸受の振動周波数ｆ２が、ｍｆ１≠ｎｆ２、（但
し、ｆ１は回転要素固有の振動周波数、ｍ，ｎは共に正
の整数）の関係式を満たす転がり軸受を選択する、こと
を特徴とする転がり軸受の選択方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３いずれかの転がり軸受の
選択方法において、 前記回転要素が、少なくとも流体機械が備える羽根車と
これの取り付け用の回転軸とを含むことにより前記振動
周波数ｆ１が少なくともその羽根車の回転翼の枚数ｎ１
と回転軸の回転数ｎとに比例する、ことを特徴とする転
がり軸受の選択方法。 - 【請求項５】羽根車とこれの取り付け用の回転軸とから
なる回転系を少なくとも含む流体機械においてその回転
軸の支持に用いる転がり軸受において、 転動体通過による振動周波数ｆ２が、ｍｆ１≠ｎｆ２、
（但し、ｆ１は回転系固有の振動周波数、ｍ，ｎは正の
整数）の関係式を満たす条件を備えた、ことを特徴とす
る転がり軸受。 - 【請求項６】羽根車と、これを備えた回転軸と、この回
転軸を支持する転がり軸受とを備えた流体機械におい
て、 前記転がり軸受として、請求項５に記載の転がり軸受を
備えた、ことを特徴とする流体機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13038799A JP2000320342A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 転がり軸受の選択方法、転がり軸受および流体機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13038799A JP2000320342A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 転がり軸受の選択方法、転がり軸受および流体機械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000320342A true JP2000320342A (ja) | 2000-11-21 |
Family
ID=15033117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13038799A Pending JP2000320342A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 転がり軸受の選択方法、転がり軸受および流体機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000320342A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110520608A (zh) * | 2017-11-24 | 2019-11-29 | 三菱重工发动机和增压器株式会社 | 增压器的振动抑制方法以及增压器 |
-
1999
- 1999-05-11 JP JP13038799A patent/JP2000320342A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110520608A (zh) * | 2017-11-24 | 2019-11-29 | 三菱重工发动机和增压器株式会社 | 增压器的振动抑制方法以及增压器 |
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