JP2005009669A

JP2005009669A - 自動調心ころ軸受

Info

Publication number: JP2005009669A
Application number: JP2003413487A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Mori; 信之毛利; Takeshi Maeda; 剛前田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】軽荷重下で急加速や急停止し、急激なアキシアル荷重や振動負荷を受ける回転軸や、一方向からの大きなアキシアル荷重を受ける回転軸の支持に使用されても、軌道面のフレッティング、スミアリングおよびピーリングや中鍔のかじりを防止し、その信頼性と耐久寿命を向上できる自動調心ころ軸受を提供することである。
【解決手段】外輪９を軸方向に２分割して軸方向の予圧Ｆを負荷することにより、各列全てのころ１０が内輪８の中鍔１２側で案内されるようにして姿勢を安定させ、急加速、急停止時や急激なスラスト荷重負荷時に発生するころ１０のスキューやチルトを抑制するとともに、軸受のラジアル内部隙間を負の隙間として、急加速、急停止時におけるころ１０のスリップや、振動負荷によるころ１０の振動を抑制し、中鍔１２のかじりや各軌道面８ａ、９ａのフレッティングを防止して、その信頼性と耐久寿命を向上できるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は自動調心ころ軸受に関し、特に、風力発電機の風車の主軸の支持に好適な自動調心ころ軸受に関するものである。

近年、安全性に不安のある原子力発電や、環境に害を与える火力発電に代わるものとして、クリーンで無尽蔵なエネルギを利用できる風力発電が注目されている。世界の風力発電設備は、１９９８年には９．８百万ｋＷであったものが、２００２年には２３百万ｋＷに達し、さらに、２００５年には５８百万ｋＷと大幅に増加することが予想されている。国内でも、国の施策として風力発電設備の設置が奨励されており、地方自治体を中心に設備の普及が著しい状況にある。

また、需要の増加に伴って風力発電設備も大型化しており、現在は２０００ｋＷのものが主流となっている。このような大型の風力発電設備では、風車を備えた発電機本体が地上から数十ｍの高さに設置されている。このため、風車の主軸に使用される軸受の保守には大変な労力と危険が伴い、軸受の信頼性と耐久寿命のさらなる向上が求められている。

風力発電機の風車の主軸は、風車のブレードが設けられた先端側を片持ち支持するようにハウジングに取り付けられるので、その片持ち支持用の軸受には、軸の撓みに対応可能で、ハウジングへの取り付け誤差も許容できる大型の自動調心ころ軸受が使用されている。また、増速機の入力軸とされる風車の主軸の基端側も、別の軸受で支持されている。

自動調心ころ軸受は、内輪と外輪の軌道面間に、たる形のころを軸受中心の左右両側で各１列ずつ２列に配列したものであり、軸の撓みに応じて内輪と外輪が相対回動できるように、外輪の軌道面は球面とされている。この自動調心ころ軸受には、２列のころを案内するために、内輪に中鍔を一体に設けたものと、２列のころの間に別体の案内輪を有するものとがある。内輪に中鍔のほかに外鍔も一体に設けたものもある。なお、案内輪を有する自動調心ころ軸受には、案内輪の組み込みを容易にするために、外輪を軸線方向に２分割したものもある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−１４０８７４号公報（第２−４頁、第１−４図）

上述したような風力発電機の風車の主軸は、軽荷重下で低速回転（約２０ｒｐｍ）し、風の状態によって急加速で回転を始めたり急停止したりするとともに、急激なアキシアル荷重を受け、さらに、風車のブレードの振動も伝播される。このため、このような回転軸を支持する自動調心ころ軸受は、油膜切れを生じやすい停止状態や軽荷重下の低速回転状態で、急加速や急停止の負荷を受けるとともに振動負荷も受け、ころのスリップや軸受の内部隙間に起因するころの振動によって、軌道面にフレッティングが発生しやすく、耐久寿命が短くなる問題がある。

また、自動調心ころ軸受は、減速機等の回転軸を支持するもののように、一方向からの大きなアキシアル荷重を受けることがあると、片列負荷となって、負荷が殆どかからない反負荷側の軌道面にスミアリングやピーリングが発生しやすくなる問題もある。

さらに、自動調心ころ軸受は、急加速や急停止によってころにスキューも発生しやすい。また、急激なアキシアル荷重が負荷されると、図７に示すように、内輪５１と外輪５２が内部隙間によって軸方向に相対移動し、ころ５３の外輪５２との接触点がたる形の中央最大径部よりも外側に移動して、ころ５３が内輪５１の軌道面中央側で浮き上がる、いわゆるチルトが発生することがある。このため、特に、内輪５１に中鍔５４を一体に設けたものでは、ころ５３のスキューやチルト、とりわけチルトによる中鍔５４のかじりが発生しやすい。この中鍔５４のかじりは、軸受の焼き付き、ひいては軸受破損に繋がる恐れがある。

そこで、この発明の課題は、軽荷重下で急加速や急停止し、急激なアキシアル荷重や振動負荷を受ける回転軸や、一方向からの大きなアキシアル荷重を受ける回転軸の支持に使用されても、軌道面のフレッティング、スミアリングおよびピーリングや中鍔のかじりを防止し、その信頼性と耐久寿命を向上できる自動調心ころ軸受を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、内輪と外輪の軌道面間に、たる形のころを軸受中心の左右両側で各１列ずつ２列に配列した自動調心ころ軸受において、前記外輪を軸受中心で軸方向に２分割し、この２分割した外輪に軸方向の予圧を負荷する構成を採用した。

すなわち、外輪を軸受中心で軸方向に２分割して、この２分割した外輪に軸方向の予圧を負荷することにより、各列全てのころが内輪の中鍔側で案内されるようにその姿勢を安定させ、急加速、急停止時や急激なスラスト荷重負荷時に発生するころのスキューやチルトを抑制して、中鍔のかじりを防止するとともに、軸受のラジアル内部隙間を負の隙間として、急加速、急停止時や片列負荷時におけるころのスリップや、振動負荷によるころの振動を抑制して、軌道面のフレッティング、スミアリングおよびピーリングを防止できるようにした。

また、外輪に予圧を負荷することにより、軸受の必要最低荷重を確保して、油膜の形成を促す効果も期待できる。さらに、軸受の剛性を高めて、回転精度を向上させる効果も期待できる。

前記たる形のころを、たる形の中央最大径部から軸受中心側への長さが、反対側の軸受端側への長さよりも短い非対称なものとすることにより、前記外輪の予圧によって各ころを軸受中心の中鍔側へ押す分力を発生させ、各ころの姿勢をより安定させることができる。

上記各自動調心ころ軸受は、前記内輪がかじりを生じやすい中鍔を有するものに好適である。

また、この発明は、内輪と外輪の軌道面間に、たる形のころを軸受中心の左右両側で各１列ずつ２列に配列した自動調心ころ軸受において、前記内輪を軸方向で２分割または３分割し、この分割した内輪に軸方向の予圧を負荷する構成も採用した。

すなわち、内輪を軸方向で２分割または３分割し、この分割した内輪に軸方向の予圧を負荷することにより、軸受のラジアル内部隙間を負の隙間として、急加速、急停止時や片列負荷時におけるころのスリップや、振動負荷によるころの振動を抑制して、軌道面のフレッティング、スミアリングおよびピーリングを防止できるようにした。内輪に予圧を負荷することによっても、軸受の必要最低荷重を確保して油膜の形成を促す効果や、軸受の剛性を高めて回転精度を向上させる効果を期待できる。

上述した各自動調心ころ軸受は、軽荷重下で低速回転して、急加速で回転を始めたり急停止したりし、かつ、急激なスラスト荷重や振動負荷を受ける風力発電機の風車の主軸の支持に使用されるものに好適である。

この発明の自動調心ころ軸受は、外輪を軸受中心で軸方向に２分割して、この２分割した外輪に軸方向の予圧を負荷することにより、各列全てのころが内輪の中鍔側で案内されるようにして姿勢を安定させ、急加速、急停止時や急激なスラスト荷重負荷時に発生するころのスキューやチルトを抑制するとともに、軸受のラジアル内部隙間を負の隙間として、急加速、急停止時や片列負荷時におけるころのスリップや、振動負荷によるころの振動を抑制するようにしたので、中鍔のかじりや軌道面のフレッティング、スミアリングおよびピーリングを防止して、その信頼性と耐久寿命を向上させることができ、風力発電機の風車の主軸の支持に使用すれば、その保守を楽にすることができる。

前記たる形のころを、たる形の中央最大径部から軸受中心側への長さが、反対側の軸受端側への長さよりも短い非対称なものとすることにより、外輪の予圧によって各ころを軸受中心の中鍔側へ押す分力を発生させ、各ころの姿勢をより安定させて、さらに軸受の信頼性と耐久寿命を向上させることができる。

また、この発明の自動調心ころ軸受は、内輪を軸方向で２分割または３分割し、この分割した内輪に軸方向の予圧を負荷することにより、軸受のラジアル内部隙間を負の隙間として、急加速、急停止時や片列負荷時におけるころのスリップや、振動負荷によるころの振動を抑制するようにしたので、軌道面のフレッティング、スミアリングおよびピーリングを防止して、その信頼性と耐久寿命を向上させることができる。

以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は、第１の実施形態である。図１は、第１の実施形態の自動調心ころ軸受１を使用した風力発電設備を示す。この風力発電設備は、風車２と増速機３と発電機４から成る発電機本体が地上から数十ｍの高さの柱５上に設置されたものである。風車２の主軸２ａは、そのブレード２ｂが取り付けられた先端側を、自動調心ころ軸受１を介してハウジング６に片持ち支持され、増速機３の入力軸となる基端側は複列のころ軸受７で支持されている。

前記自動調心ころ軸受１は、図２に示すように、内輪８と外輪９の各軌道面８ａ、９ａ間に、たる形のころ１０を軸受中心の左右両側で各１列ずつ２列に配列して、保持器１１で保持したものであり、内輪８の各軌道面８ａの中央側と両端側には、それぞれころ１０を案内する中鍔１２と外鍔１３が一体に設けられている。中鍔１２の替りに案内輪を設けても良い。図からは定かに検知できないが、各ころ１０はたる形の中央最大径部から軸受中心側への長さが、反対側の軸受端側への長さよりも僅かに短い非対称なものとされている。

図３に示すように、前記外輪９は軸受中心で軸方向に２分割されており、図２に示したように両者を軸受中心で合体させたときに、軸方向の適切な予圧Ｆが負荷されるように、両者間には隙間２δが設定されている。また、分割された各外輪９の軌道面９ａの球面中心Ｏは、互いに合体されたときに軸受中心で合致するように、予め軸受中心線からδだけずらされている。

図４に示すように、前記分割された外輪９を合体させて軸方向の予圧Ｆを負荷すると、ころ１０は内輪８と外輪９の各軌道面８ａ、９ａから面圧ｐ_i、ｐ_oを受ける。各ころ１０は、上述したように、たる形の中央最大径部から軸受中心側への長さが、反対側の軸受端側への長さよりも僅かに短く形成されているので、面圧ｐ_i、ｐ_oの各合力Ｐ_i、Ｐ_oは、たるの中央最大径部における法線よりも僅かに内向きとなる。したがって、ころ１０を軸受中心の中鍔１２側へ押す分力Ｐ_aが発生し、この分力Ｐ_aと外輪９の軸方向の予圧Ｆの作用によって、各列全てのころ１０は中鍔１２側で案内され、その姿勢が安定する。

図５は、第２の実施形態を示す。この自動調心ころ軸受１は、外輪９は一体に形成され、内輪８が軸受中心で軸方向に２分割されて、軸方向の予圧Ｆを負荷されるようになっている。２列のたる形のころ１０は、第１の実施形態のものと同様に、保持器１１で保持されている。なお、たる形のころ１０は対称形状とされている。

図６は、第３の実施形態を示す。この自動調心ころ軸受１も、外輪９は一体に形成され、内輪８が軸方向で３分割されて、軸方向の予圧Ｆを負荷されるようになっている。たる形のころ１０は、第２の実施形態のものと同様に対称形状とされ、保持器１１で保持されている。なお、分割された各内輪８の軌道面８ａは曲面で形成されているが、全部または一部の軌道面８ａをテーパ面で形成して、ころ１０を線接触させるようにすることもできる。

第１の実施形態の自動調心ころ軸受を風車の主軸に使用した風力発電設備を示す切欠き側面図図１の自動調心ころ軸受を示す縦断面図図２の自動調心ころ軸受の予圧前の状態を示す縦断面図図２の自動調心ころ軸受の予圧の作用を説明する拡大縦断面図第２の実施形態の自動調心ころ軸受の予圧前の状態を示す縦断面図第３の実施形態の自動調心ころ軸受の予圧前の状態を示す縦断面図従来の自動調心ころ軸受におけるころのチルトを説明する概念図

符号の説明

１自動調心ころ軸受
２風車
２ａ主軸
２ｂブレード
３増速機
４発電機
５柱
６ハウジング
７ころ軸受
８内輪
９外輪
８ａ、９ａ軌道面
１０ころ
１１保持器
１２中鍔
１３外鍔

Claims

内輪と外輪の軌道面間に、たる形のころを軸受中心の左右両側で各１列ずつ２列に配列した自動調心ころ軸受において、前記外輪を軸受中心で軸方向に２分割し、この２分割した外輪に軸方向の予圧を負荷するようにしたことを特徴とする自動調心ころ軸受。
前記たる形のころを、たる形の中央最大径部から軸受中心側への長さが、反対側の軸受端側への長さよりも短い非対称なものとした請求項１に記載の自動調心ころ軸受。
前記内輪が中鍔を有するものである請求項１または２に記載の自動調心ころ軸受。
内輪と外輪の軌道面間に、たる形のころを軸受中心の左右両側で各１列ずつ２列に配列した自動調心ころ軸受において、前記内輪を軸方向で２分割または３分割し、この分割した内輪に軸方向の予圧を負荷するようにしたことを特徴とする自動調心ころ軸受。
前記自動調心ころ軸受が、風力発電機の風車の主軸の支持に使用されるものである請求項１乃至４のいずれかに記載の自動調心ころ軸受。