JP2004340939A - ジャーナルを備えていないロータのための釣合い試験方法および釣合い試験用支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ジャーナルを備えていないロータに対し、高精度の動釣合い試験ができるようにする支持装置を提供すること。
【解決手段】軸受マンドレル５が流体を供給するための開口１０，２０を有している。さらに、軸受マンドレル５の上端面１６とロータ孔６の底面１７とにより区画される流体室４０に、流体を供給するための導入管１１を有している。軸受マンドレル５により支持されるロータ２は、流体室４０の流体による流体クッションで、軸方向に支持される。 【効果】有底孔６を持つロータ２の不釣合いを高精度で調べることができる釣合い試験機用の支持装置である。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ジャーナルを備えていないロータのための釣合い試験方法に関する。また、この発明は、ジャーナルを備えておらず、貫通していない孔を有するロータを、動釣合い試験のために支持する支持装置に関する。

動釣合い試験をするロータが、ジャーナルを備えたロータの場合は、そのジャーナルを軸受支持してロータを回転させ、釣合い試験を行うことができる。一方、ロータに固有のジャーナルがない場合には、ロータに対して補助シャフトを固定し、その補助シャフトを中心にロータを回転させて釣合い試験が行われることが多い。この場合、不釣合い測定の精度（釣合い精度）を十分な高精度にまで達成できないことがあるという問題がある。

ヨーロッパ公開特許０１０４２６６（対応特許：特公平４−４０６５０号公報）には、ジャーナルを備えていないロータに対し、補助シャフトなしで高精度に釣合わせるための釣合い試験方法が開示されている。開示の方法では、釣合い試験機の軸受マンドレル上にロータが載せられ、かつ、軸受マンドレルとロータの孔との対向面に支持流体が与えられる。互いに対向するロータ孔の内周面とマンドレル軸外周面との間に、表面精度の低さ（表面の細かな凹凸等）に起因する隙間のバラつきが存在する場合に生じる誤差は、与えられる支持流体によって吸収され、ロータの回転に影響を与えず、ロータを安定して回転させることができる。
特公平４−４０６５０号公報

ところが、背景技術に開示された構成では、軸受マンドレルの軸方向端面には流体は供給されない。このため、軸受マンドレルの軸方向端面の表面精度が低い場合には、正確な測定結果を得ることができないという課題がある。特に、軸受マンドレルによってロータを軸方向に支持する場合、軸方向の支持を円滑に、ロータの回転に影響を与えないように行えないという課題があった。

そこでこの発明は、不釣合いを高精度で確かめることができるような、ジャーナルを備えていないロータのための釣合い試験方法およびその方法を実現する釣合い試験機用の支持装置を新たに作り出すということを解決課題としている。
この発明の目的は、ジャーナルを備えていないロータのための高精度な釣合い試験方法を提供することである。

この発明の他の目的は、ジャーナルを備えていないロータに対し、高精度の動釣合い試験ができるように支持する支持装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、ジャーナルを備えておらず、代わりに回転軸上に有底のロータ孔を備えたロータの釣合い試験をする方法であって、上記ロータを支持するための軸受マンドレルを準備し、軸受マンドレルに上記ロータのロータ孔を嵌め、軸受マンドレルの先端面とロータ孔の底面との間に形成される空間内に流体を供給することによって流体室を作り、ロータを軸方向に流体によって所定の位置に支持し、かつ、軸受マンドレルの外周面に流体を供給することにより、ロータ孔の所定の位置を半径方向に支持し、上記軸方向および半径方向の支持によって支持されたロータを回転させ、ロータの不釣合いを測定することを特徴とする、ジャーナルを備えていないロータのための釣合い試験方法である。

請求項２記載の発明は、上記流体室の容積を変更することによって、上記軸受マンドレルが支持するロータの軸方向の位置が調整されることを特徴とする、請求項１記載のジャーナルを備えていないロータのための釣合い試験方法である。
請求項３記載の発明は、軸受ジャーナルを備えておらず、代わりに回転軸上に有底のロータ孔を備えるロータを、釣合い試験のために支持する支持装置であって、上記ロータのロータ孔が嵌められる軸受マンドレルを有し、当該軸受マンドレルは、ロータ孔が嵌められたときに、マンドレル先端面とロータ孔の底面との間に流体室が区画される形状をしており、かつ、軸受マンドレルの外周面は、ロータ孔の内周面と対向してロータ孔を支持する軸方向に離れた少なくとも２つの軸受領域を有しており、上記軸受マンドレル内には、上記流体室および少なくとも２つの軸受領域に対して流体を供給するための流体供給路と、供給された流体を上記２つの軸受領域の間の領域から回収するための回収路とが設けられていることを特徴とする支持装置である。

請求項４記載の発明は、上記流体室に供給された流体を回収路が形成された回収領域に導くための回収溝が軸受マンドレルの外周面に形成されており、回収溝は、嵌合されたロータのロータ孔の嵌合深さに応じて回収領域に臨む開口断面積が変化し得ることを特徴とする、請求項３記載の支持装置である。
この発明によれば、貫通していない軸受孔（以下、「有底孔」と称する。）を有し、ジャーナルを備えていないロータのための釣合い試験方法を提供できる。上記ジャーナルを有さず、代わりに有底孔を有するロータを釣合い試験する際には、軸受マンドレルの上端面とロータの有底孔底面との間に、たとえば軸受スリットから流体を供給し、流体が生じる正圧力を利用する。すなわち、軸受マンドレルの上端面と軸受マンドレルに嵌められたロータの有底孔底面との間に形成される空間（流体室）に流体を供給して、供給された流体による正圧力を介して軸受マンドレルの上端面がロータ重量を支持するようにする。このとき、供給される流体が気体、たとえば空気の場合、流体室に最初から存在していた空気と一緒に、流体室を所定の空気圧に保つ。また、供給される流体が液体の場合、流体室に供給される液体が満たされてもよいし、流体室に液体層と空気層とが存在していてもよい。いずれにしろ、流体室は流体（気体のみ、液体のみ、または液体および気体）で満たされて、所定圧の流体クッションが作られる。これにより、ロータは、軸方向に関して、流体で支えられ、予め定めた一定の位置において軸受マンドレル上で回転する。

流体室の容量は、流体室内の圧力を変えることにより変更できることが好ましい。
このようにすると、ロータを軸方向に支持するための、上記以外の複雑な支持システムを必要としない。また、ロータの有底孔の内周面のすべてを軸受しなくても、ロータを回転させることができる。
この発明を用いれば、固有の軸受ジャーナルを有さず、代わりに、回転軸心に有底孔または貫通孔が形成された全てのロータ、たとえばコンプレッサホイール、フライホイール等のロータを、精度良く釣合い試験することができる。この場合、ロータに貫通孔が形成されている場合は、プラグを用いて貫通孔を閉じ、貫通孔を有底孔とすれば、有底孔を有するロータと同様に動釣合い試験することができる。

この発明の主たる構成は、ロータを軸方向に支持するために、軸受マンドレル上端面と有底孔底面との間に生じる空間（流体室）内に流体を供給し、当該流体を介してロータを軸方向に支持することであるが、ロータを軸と直交する有底孔の半径方向に支持するべく、軸受マンドレルの外周面と有底孔内周面との間に流体を供給するようにしてもよい。この供給する流体は、軸方向に支持するために用いた流体と同一でもよいし、異なっていてもよい。たとえば、半径方向に支持するための流体としては液体を用い、軸方向に支持するための流体としてはガス状媒体、特に空気を用いることができる。また、半径方向の支持にも、軸方向の支持にも、同じ流体を用いることもできる。その場合には、軸受マンドレル内部に通じる導管によって流体の供給および流出を行うことができる。そして、流体として液体を用いると、ほぼ完全にカプセル化された液体の循環経路を構成することができ、動釣合い試験機に対して組み込み易くなる。

以下に、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、釣合い試験機における軸受マンドレルを備えた支持装置の概略図である。また、図２は、図１の支持装置の詳細図である。
図１および図２において、１点鎖線で示されているのが試験すべきロータ２である。この実施形態に係る支持装置１は、釣合い試験機の振動ブリッジ３に固定されている。支持装置１には試験すべきロータ２が回転可能に載せられる軸受マンドレル５が備えられている。振動ブリッジ３は、図１では２本だけ示されているが、実際にはたとえば４本の支持ばね４を介して動釣合い試験機のベース枠１５に振動可能に取り付けられている。ロータ２は、図示されていない駆動装置（たとえばロータ２に対してエアを吹き付けてロータ２を回転させる駆動装置など）によって回転される。ロータ２に不釣合いが存在する場合に、その不釣合いによって誘導される軸受マンドレル５の振動は、振動ブリッジ３の振動として現れる。それゆえ振動ブリッジ３の振動が図示しないピックアップ等によって測定され、ロータ２の不釣合い測定に用いられる。

ロータ２は、垂直に配置された軸受マンドレル５によって支持される。すなわち、ロータ２の中心に設けられた貫通していないロータ孔（有底孔）６が軸受マンドレル５に嵌められて、軸受マンドレル５によってロータ２は支持される。ロータ２の重心Ｓは、ロータ孔６の広がりの外、すなわち、ロータ２の軸方向における軸受領域外に存在する。実施形態では、ロータ孔６はその内周面が階段状をしており、下方に直径の大きな孔、上方に直径の小さな孔という異なる直径の２つのセグメントを有している。そして軸受マンドレル５の上端面１６とロータ孔６の底面１７との間に形成される流体室４０内に流体が供給されることにより、ロータ２は当該流体室４０の流体を介して軸方向に支持される。

この発明の実施形態では、流体室４０を含む上部セグメントおよびその下方の下部セグメントの双方に対して流体が供給される。供給される流体は、同じものが用いられる。たとえば油もしくは油を含む液体または他の潤滑性を有する流体が用いられる。
軸受マンドレル５には、その中心（上下方向に延びる中心軸）に沿って上下に延びる流体の導入管１１と、その周囲に放射状に配置された４つの流体回収管１２が形成されている（図２，図３，図４参照）。

導入管１１は、軸受マンドレル５内を上方まで延びているが、上端面１６までは達していない。回収管１２は、軸受マンドレル５の高さ方向中央部よりやや上方まで延びている。そして、導入管１１の上端には、導入管１１に比べて十分に細い孔４３が連通し、孔４３は軸受マンドレル５の上端面１６に開口している。さらに、導入管１１の上方には、軸受マンドレル５の半径方向に、９０度間隔で放射状に延びる４つの細い横孔１３が形成されている。４つの横孔１３は軸受マンドレル５の外周面に開口１０ａを形成している。さらに、導入管１１の上下方向ほぼ中央部には、軸受マンドレル５の半径方向に延び、９０度間隔で放射状に配置された４つの細い横孔１４が形成されている。４つの横孔１４は軸受マンドレル５の外周面に開口１０ｂを形成している。

４つの回収管１２には、それぞれ、その上端部近傍において、軸受マンドレル５の外周面に開口する開口孔２０が連通している。開口孔２０は、軸受マンドレル５の上部セグメントの下端寄りに設けられている。
軸受マンドレル５の上方の径の小さな部分（上部セグメント）に形成された横孔１３が軸受マンドレル５の外周面に臨む開口１０ａは、ロータ孔６の上部セグメントの軸受平面７に存在する。また、下方の横孔１４が軸受マンドレル５の外周面に臨む開口１０ｂは、ロータ孔６の下部セグメントの軸受平面８に存在する。そして、導入管１１から流体が供給されると、これら開口１０ａ，１０ｂから噴出する流体は、ロータ孔６内で、ロータ２を半径方向に静圧的に支持する。

なお、軸受マンドレル５は、下端において振動ブリッジ３に固定されているフランジ９を有している。また、軸受マンドレル５の上端面１６の周囲には、環状スリット４２が形成されている。
流体導入管１１を介して供給される流体は、横孔１３，１４を通って開口１０ａ，１０ｂから軸受マンドレル５の外周面に供給される。その際、横孔１３，１４は断面積の小さな小孔であるから、軸受平面７，８に流体を供給する際に、流体に絞り作用を与える。さらに、導入管１１の上端から孔４３を通って流体室４０へも流体が供給される。それぞれ供給された流体は、図２において矢印で示すように、軸受平面７，８においてはロータ孔６と軸受マンドレル５との対向面の隙間に入り込むとともに、流体室４０に供給される。

よって、流体室４０の流体は、ロータ２の重量によって所定の静圧力を生じ、ロータ２を軸方向に受け止める。すなわち、ロータ２は、流体室４０の流体によって軸方向に支持される。
一方、供給される流体は、ロータ孔６の上部セグメントと下部セグメントとのつなぎ目に存在する、言い換えれば軸受マンドレル５の直径の大きな下部セグメントと直径の小さな上部セグメントとの段差部に位置する環状室４４内に流れ込む。そして環状室４４内に流れ込んだ流体は、開口孔２０を通って流体回収管１２に入り、流体回収管１２を通って回収される。

さらに、開口１０ｂから軸受マンドレル５の外周面に供給されて下方に流れ落ちる流体は、軸受マンドレル５の下端部周囲に形成された、すなわちフランジ９と軸受マンドレル５との境界部に形成された環状窪み５０で受け止められる。そして環状窪み５０には流体回収管１２に連通する斜め方向に延びる孔２１が設けられており、流体は孔２１を通って回収管１２へと回収される。

ところで、流体室４０の流体は、必要以上に流体が供給された場合にその流体が環状室４４へ流れ落ちるように、軸受マンドレル５の外周面には、上下方向に延び、周方向に９０°間隔でたとえば４つの縦溝４１が設けられている。
ロータ孔６の上部セグメントと下部セグメントとの境界に位置する環状縁はコントロール・エッジ部４５を形成している。すなわち、軸受マンドレル５に嵌められたロータ２の上下方向の相対位置が変わると、縦溝４１の下端部とコントロール・エッジ部４５との対向位置が変化し、縦溝４１の下端部から環状室４４へ流れ込む流体の流出隙間の断面積が変化する。流体室４０内の流体圧が予め定めた圧力より高くなると、ロータ２の軸は上部にずれることによってコントロール・エッジ部４５が開く。これにより縦溝４１を通って環状室４４へ流れ込む流体の量が増え、流体室４０内の流体圧を低下させて、流体室４０内の流体圧が調整される。流体圧は、軸受マンドレル５上のロータ２の上下方向の位置が、軸方向に所定の位置を保つように調整する。同じ形状であっても、たとえば鋼合金またはチタン合金など種々の材料で作られたロータの釣合い試験に際しては、種々のロータ重量に基づく流体圧が異なるが、軸受マンドレル５上でのロータの軸方向の位置は、ほぼ同じである。つまり、ロータ２の重量が異なっても、それに応じて流体室４０内の流体の静圧力が変化するので、形状が同じであれば、ロータ２は流体室４０内の流体により軸受マンドレル５の上下方向ほぼ同じ位置に支持されるのである。

軸受領域における開口１０ａ，１０ｂは、ロータの形状、完成度、重量等によって、その数と配置が決定されるが、最低３個は必要である。開口１０ａ，１０ｂにつながる横孔１３，１４の断面積も、ロータの形状、完成度、重量等を考慮して決められる。
上述の実施形態において、縦孔４１の代わりに、軸受マンドレル５の上端面１６から出発し、かつ、軸受マンドレル５の外周面に沿って下方に延びる流出孔を用いることもできる。この場合も、流出孔下方部に対応してコントロール・エッジ部４５を配置することにより、流出隙間の断面積を調整することが可能である。

ロータ２を流体室４０内の流体で支持する場合、すなわち流体クッションによりロータ２を軸方向に支持する場合、ロータ２の半径方向の支持には、流体として同じ液体ではなく、ガス状媒体、特に空気を用いることができる。
実施形態では軸受マンドレルの軸の方向は垂直方向としたが、この方向は垂直方向には限定されず、水平方向を含む任意の角度方向でもよい。この方向は、軸受マンドレルへのロータの着脱や、ロータの形状に基づいて種々変更が可能である。

この発明は、有底孔を備えたロータの釣合い試験のみに限定されない。たとえば、回転コンプレッサ、弾み車等のような固有の軸受ジャーナルがない全てのロータは、有底孔または貫通孔を有しているが、この発明を用いた支持装置によって動釣合い試験をすることができる。その場合、貫通孔を有するロータは、貫通孔をプラグで塞ぐことなどによって閉じれば、貫通孔を有底孔とみなして軸受マンドレルに載置することができ、流体室４０を形成できる。

軸受マンドレル５の構成は、釣合わせるべきロータの形状、重量等、さらにはロータの有底孔または貫通孔の形状等に個々に対応させたものとしなければならない。
その他、この発明は、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る動釣合い試験機の概略図であり、特に、有底孔を有するロータのための軸受マンドレルを備えた支持装置の概略図である。 図１に示す支持装置の詳細図である。 図１の線II−IIに沿った軸受マンドレルの断面図である。 図１の線III −III に沿った軸受マンドレルの断面図である。

符号の説明

１ 支持装置
２ ロータ
３ 振動ブリッジ
４ 支持ばね
５ 軸受マンドレル
６ ロータ孔（有底孔）
７，８ 軸受平面
９ フランジ
１０ａ，１０ｂ 開口
１１ 流体の導入管
１２ 流体の回収管
１３，１４ 横孔
１６ 軸受マンドレルの上端面
１７ 有底孔の底面
２０ 開口孔
２１ 孔
４０ 流体室
４１ 縦孔
４４ 環状室
４５ コントロール・エッジ部

Claims (4)

1. ジャーナルを備えておらず、代わりに回転軸上に有底のロータ孔を備えたロータの釣合い試験をする方法であって、
   上記ロータを支持するための軸受マンドレルを準備し、
   軸受マンドレルに上記ロータのロータ孔を嵌め、
   軸受マンドレルの先端面とロータ孔の底面との間に形成される空間内に流体を供給することによって流体室を作り、ロータを軸方向に流体によって所定の位置に支持し、
   かつ、軸受マンドレルの外周面に流体を供給することにより、ロータ孔の所定の位置を半径方向に支持し、
   上記軸方向および半径方向の支持によって支持されたロータを回転させ、ロータの不釣合いを測定することを特徴とする、ジャーナルを備えていないロータのための釣合い試験方法。
2. 上記流体室の容積を変更することによって、上記軸受マンドレルが支持するロータの軸方向の位置が調整されることを特徴とする、請求項１記載のジャーナルを備えていないロータのための釣合い試験方法。
3. 軸受ジャーナルを備えておらず、代わりに回転軸上に有底のロータ孔を備えるロータを、釣合い試験のために支持する支持装置であって、
   上記ロータのロータ孔が嵌められる軸受マンドレルを有し、当該軸受マンドレルは、ロータ孔が嵌められたときに、マンドレル先端面とロータ孔の底面との間に流体室が区画される形状をしており、
   かつ、軸受マンドレルの外周面は、ロータ孔の内周面と対向してロータ孔を支持する軸方向に離れた少なくとも２つの軸受領域を有しており、
   上記軸受マンドレル内には、上記流体室および少なくとも２つの軸受領域に対して流体を供給するための流体供給路と、供給された流体を上記２つの軸受領域の間の領域から回収するための回収路とが設けられていることを特徴とする支持装置。
4. 上記流体室に供給された流体を回収路が形成された回収領域に導くための回収溝が軸受マンドレルの外周面に形成されており、回収溝は、嵌合されたロータのロータ孔の嵌合深さに応じて回収領域に臨む開口断面積が変化し得ることを特徴とする、請求項３記載の支持装置。

Images