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

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JP2000320342A
JP2000320342A JP13038799A JP13038799A JP2000320342A JP 2000320342 A JP2000320342 A JP 2000320342A JP 13038799 A JP13038799 A JP 13038799A JP 13038799 A JP13038799 A JP 13038799A JP 2000320342 A JP2000320342 A JP 2000320342A
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vibration
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rolling
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Kazuhisa Kajiwara
一寿 梶原
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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    • F16C2360/24Turbochargers

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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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
【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
【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
【符号の説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
JP13038799A 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 Pending JP2000320342A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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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