JP2006132673A - 複列円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 荷重分布が不均一となる軸に取付けられる複列円筒ころ軸受において、複列の円筒ころ間の荷重分布を均等にする。
【解決手段】 複列円筒ころ軸受３０は、内輪３１と、外輪３２と、軸方向に複列に配置された４列の円筒ころ３３，３４，３５，３６とを備える。片持ち支持される軸の根元側に位置する円筒ころ３３の外径面クラウニング量は、軸の自由端側に位置する円筒ころ３６の外径面クラウニング量よりも大きい。
【選択図】 図５

Description

この発明は、軸方向に複列に配置した円筒ころを持つ複列円筒ころ軸受に関し、特に荷重の分布が不均一となる軸に取付けられる複列円筒ころ軸受に関するものである。

軸方向の荷重の分布が不均一となる軸の一例として、風力発電機用の増速機等に用いられる遊星歯車装置の遊星軸がある。この遊星軸は、キャリアに片持ち支持されているため、運転時に撓み、軸の根元側における荷重が大きく、軸の自由端側における荷重が小さくなる。従って、遊星軸に複列円筒ころ軸受を取付ける場合、軸の根元側に位置する円筒ころに作用する負荷の方が、軸の自由端側に位置する円筒ころに作用する負荷よりも大きくなる。そのため、軸の根元側における円筒ころには高いエッジロードが作用することになるので、その寿命は、軸の自由端側における円筒ころに比べて短くなる傾向がある。

特開２００２−１４３９２８号公報（特許文献１）は、各ころ列にかかる荷重がばらつくような条件で使用される複列円筒ころ軸受において、各ころ列におけるラジアル方向での負荷分布を軸方向にほぼ均等にするための構造を提案している。具体的には、金属板を圧延矯正する作業ロールを回転自在に押圧保持するバックアップロール（複列円筒ころ軸受）において、支軸の外周面と各ころ列との間のラジアル隙間を、軸心方向で両端側に位置するものほど大に設定している。
特開２００２−１４３９２８号公報

特開２００２−１４３９２８号公報に開示された複列円筒ころ軸受においては、荷重の分布が不均一となる軸に対処するために、各ころ列と軌道面との間のラジアル隙間の大きさを変えることにより、複数のころ列に作用する荷重の分布を段階的に異ならせて、軸方向に並ぶ複数の円筒ころに作用する荷重を均等にしようとしている。

しかしながら、軸の撓みは連続的なものであって、軸に作用する実際の荷重の変化は段階的なものではない。特開２００２−１４３９２８号公報に開示された軸受においては、個々の円筒ころに作用する荷重の分布が不均一となることについて特に考慮していない。一つの円筒ころに注目すると、その一方端部における負荷の大きさと、他方端部における負荷の大きさとが異なったものとなる。そのため、特に高負荷側になる円筒ころの一方端部におけるエッジロードは依然として高い状態のままである。

さらに、隣接する２つの円筒ころの境界部分に作用する実際の荷重の変化は連続的なものであるが、特開２００２−１４３９２８号公報に開示された軸受の構造では、このような連続的な荷重の変化を考慮していない。

この発明の目的は、荷重分布が不均一となる軸に取付けられる複列円筒ころ軸受において、複列の円筒ころ間の形態の変化を連続的なものにして、複列の円筒ころ間の荷重分布を均等にすることである。

この発明の他の目的は、各ころ自体に作用する荷重分布を均等にすることである。

この発明に従った複列円筒ころ軸受は、内輪と、外輪と、軸方向に複列に配置された第１および第２の円筒ころとを備え、次のことを特徴とする。すなわち、第１の円筒ころの外径面クラウニング量は、第２の円筒ころの外径面クラウニング量よりも大きい。

上記構成の複列円筒ころ軸受は、荷重の分布が不均一となる軸に取付けられて使用される。上記構成によれば、隣接する円筒ころのクラウニング量の大きさを変えることによって形態の変化をなだらかにしているので、隣接する円筒ころの境界部分に作用する荷重分布をほぼ均等にすることができる。

好ましくは、円筒ころは、両端部におけるクラウニング量が異なっている。このように各ころ自体に対して、両端部におけるクラウニング量を異ならせれば、各ころ自体に作用する荷重分布を均等にすることができる。

一つの実施形態に係る複列円筒ころ軸受は、片持ち支持の軸に取付けられるものである。この場合、好ましくは、第１の円筒ころは軸の根元側に配置され、第２の円筒ころは軸の自由端側に配置される。片持ち支持の軸の場合、軸の根元側の撓みが大きい。したがって、根元側に位置する第１の円筒ころのクラウニング量を大きくすれば、そのような軸の撓みを十分に許容できるようになり、複列の円筒ころ間の荷重分布も均等にすることができる。

片持ち支持の軸に取付けられる複列円筒ころ軸受の場合、好ましくは、第１の円筒ころは、軸の根元側端部のクラウニング量が他方端部のクラウニング量よりも大きくする。このようにするのは、軸の根元側における撓み量が大きいことに対処するためである。

他の実施形態に係る複列円筒ころ軸受は、両持ち支持の軸に取付けられるものである。この場合、好ましくは、クラウニング量の大きな第１の円筒ころは軸の端部側に配置され、クラウニング量の小さい第２の円筒ころは軸の中央部側に配置される。このようにするのは、軸の両端部における撓み量が大きいことに対処するためである。

上記の他の実施形態において、好ましくは、第１の円筒ころは、軸の端部側に位置する一方端部のクラウニング量が他方端部のクラウニング量よりも大きい。このようにするのは、円筒ころの両端部に対応する位置にある軸の撓み量が異なっていることに対処するためである。

複列の円筒ころ間に作用する荷重分布をほぼ均等にするために、好ましくは、第１の円筒ころの直径と内外輪の軌道面間の距離との差は、第２の円筒ころの直径と内外輪の軌道面間の距離との差よりも大きくする。一つの実施形態では、第１の円筒ころの直径を、第２の円筒ころの直径よりも小さくする。他の実施形態では、第１の円筒ころに対面する内外輪の軌道面間の距離を、第２の円筒ころに対面する内外輪の軌道面間の距離よりも大きくする。

上記構成の複列円筒ころ軸受は、例えば、風力発電機用の増速機等に用いられる遊星歯車装置の遊星軸を支持するのに使用される。

以上のように、この発明によれば、第１の円筒ころの外径面クラウニング量を、第２の円筒ころの外径面クラウニング量よりも大きくしているので、隣接する円筒ころの境界部分に作用する荷重分布をほぼ均等にすることができる。

この発明の実施形態に係る複列円筒ころ軸受は、荷重の分布が不均一となる軸に取付けられるものである。荷重の分布が不均一となる軸として、例えば、風力発電機用の増速機等に用いられる遊星歯車装置の遊星軸、圧延機のロールの支軸、印刷機の印刷シリンダの支軸等がある。

図１および図２は、遊星歯車装置を備えた風力発電機用増速機を示している。増速機は、入力軸１の回転を増速して低速軸２に伝達する遊星歯車装置３と、低速軸２の回転をさらに増速して出力軸４に伝達する２次増速装置５とを備える。遊星歯車装置３および２次増速装置５は、共通のケーシング６内に設けられている。入力軸１は風車（図示せず）の主軸（図示せず）等に接続され、出力軸４は発電機（図示せず）に接続される。

遊星歯車装置３は、旋回自在なキャリア７の周方向複数箇所に設けられた遊星軸１０を備えており、各遊星軸１０に遊星歯車８が本発明の一実施形態に係る複列円筒ころ軸受３０を介して回転自在に支持されている。

キャリア７は、入力軸１の部分で軸受１１，１１Ａを介してケーシング６に旋回自在に支持されている。キャリア７に支持された各遊星歯車８は、ケーシング６に設けられた内歯のリングギヤ１２に噛合い、かつこのリングギヤ１２と同心位置に回転自在に設けられた太陽歯車１３に噛合う。リングギヤ１２は、ケーシング６に直接に形成されたものであっても、ケーシング６に固定されたものであってもよい。太陽歯車１３は、遊星歯車装置３における出力部となる部品であり、低速軸２に設けられている。低速軸２は、軸受１４，１５を介してケーシング６に回転自在に支持されている。

２次増速装置５は、ギヤ列により構成されている。図示の例では、２次増速装置５は、低速軸２に固定されたギヤ１７が中間軸２１の小径側ギヤ１８に噛合い、中間軸２１に設けられた大径側ギヤ１９が出力軸４のギヤ２０に噛合うギヤ列とされている。中間軸２１および出力軸４は、それぞれ軸受２２，２３によってケーシング６に回転自在に支持されている。

ケーシング６の下部は、潤滑油の油浴１６を形成する部分とされ、その油浴１６の油面レベルＬは遊星歯車８を支持する複列円筒ころ軸受３０が、キャリア７の旋回によって出入りする高さとされている。

図３は、複列円筒ころ軸受３０が取付けられている部分を拡大して示している。図示した実施形態では、２列の円筒ころを備えた２個の円筒ころ軸受を並べて設置することにより複列円筒ころ軸受３０を構成している。他の実施形態として、軸方向に円筒ころを４列に配置した１個の軸受によって複列円筒ころ軸受を構成してもよい。また、軸方向に配置する円筒ころの列については、２列以上であればどのような列数であってもよい。

図示する複列円筒ころ軸受３０は、内輪３１と、外輪３２と、軸方向に４列に配置された円筒ころ３３、３４、３５、３６とを備える。遊星軸１０はキャリア７に片持ち支持されているので、運転中に軸の撓みが発生する。そのため、図４に示すように、遊星軸１０に作用する荷重の分布は不均一となる。具体的には、軸１０の根元側における荷重が大きく、軸１０の自由端側における荷重が小さくなる。

上記のような遊星軸１０の撓みを考慮して、４列の円筒ころ３３，３４，３５，３６は、図５に示すように、その外径面クラウニング量の大きさを異ならせている。具体的には、撓み量の大きい遊星軸１０の根元側に位置する円筒ころ３３のクラウニング量を最も大きくし、その横の円筒ころ３４のクラウニング量を円筒ころ３３よりも小さくし、さらにその横の円筒ころ３５のクラウニング量を円筒ころ３４よりも小さくし、遊星軸１０の自由端側に位置する円筒ころ３６のクラウニング量を最も小さくする。

さらに各円筒ころの形状に注目すると、特に遊星軸１０の根元側に近い円筒ころ３３、３４、３５については、根元側端部におけるクラウニング量を他方側端部におけるクラウニング量よりも大きくしている。

図６は、円筒ころ３３，３４，３５，３６と内外輪３１，３２とを図解的に示している。円筒ころ３３，３４，３５，３６の直径をＡとし、内外輪３１、３２の軌道面間の距離をＢとしたとき、その差（Ｂ−Ａ）を各ころ３３，３４，３５，３６に対して異なるようにしてもよい。具体的には、遊星軸１０の根元側の撓み量が大きいので、その撓みを許容するために、軸１０の根元側に近い円筒ころほどころ径と内外輪の軌道面間の距離との差（Ｂ−Ａ）を大きくする。

差（Ｂ−Ａ）を大きくするための一手法として、各円筒ころ３３，３４，３５，３６の直径Ａを異ならせるようにしてもよい。例えば、遊星軸１０の根元側に位置する円筒ころ３３の直径Ａを最も小さくし、遊星軸１０の自由端側に向かって徐々に円筒ころ３４，３５，３６の直径を大きくしていく。

差（Ｂ−Ａ）を大きくするための他の手法として、各円筒ころ３３，３４，３５，３６に対面する内外輪３１，３２の軌道面間の距離Ｂを異ならせるようにしてもよい。例えば、遊星軸１０の根元側に位置する円筒ころ３３に対面する領域の距離Ｂを最も大きくし、遊星軸１０の自由端側に向かって徐々に軌道面間の距離Ｂを小さくしていく。

図１〜図６に示した実施形態に係る複列円筒ころ軸受３０は、荷重の分布が不均一となる片持ち支持の遊星軸１０に取付けられるが、撓み量が大きくなる軸の根元側に位置する円筒ころ３３の外径面クラウニング量を、軸の自由端側に位置する円筒ころ３４，３５，３６の外径面クラウニング量よりも大きくし、さらに軌道面に対するラジアル方向隙間（円筒ころの直径Ａと内外輪の軌道面間の距離Ｂとの差）を遊星軸１０の根元側に近い円筒ころ３３ほど大きくしているので、遊星軸１０の撓みを十分に吸収しつつ、４列の円筒ころ３３，３４，３５，３６に作用する荷重分布をほぼ均等にすることができる。

また、円筒ころ３３，３４，３５自体についても、遊星軸１０の根元側に位置する一方端部のクラウニング量を他方側端部よりも大きくしているので、各ころ自体に作用する荷重分布をほぼ均等にし、エッジロードが高くなるのを防止できる。

上記の実施形態では、隣接する円筒ころの外径面クラウニング量の大きさを変えることに加えて、隣接する円筒ころのラジアル方向隙間の大きさも変えていたが、他の実施形態として、隣接する円筒ころのラジアル方向隙間を一定にして外径面クラウニング量の大きさだけを変えるようにしてもよい。このような実施形態でも、軸の撓みを吸収しつつ、複数列の円筒ころに作用する荷重分布をある程度均等にすることができる。

図７および図８は、両持ち支持される軸に取付けられる実施形態を説明するための図である。圧延機のロールを支持する軸は、一般的には両持ち支持されるものであり、軸の両端部における撓み量が最も大きくなる。それに伴い、図７に示すように、軸の両端部に作用する荷重が大きく、軸の中央部に作用する荷重が小さくなる。このような軸を支持する軸受として、４列の円筒ころ４１，４２，４３，４４を持つ複列円筒ころ軸受を使用する場合、両端部に位置する円筒ころ４１、４４の外径面クラウニング量を、中央に位置する円筒ころ４２，４３よりも大きくする。また、中央から左側に位置する円筒ころ４１、４２については、左側端部のクラウニング量を右側端部よりも大きくする。中央から右側に位置する円筒ころ４３、４４については、右側端部のクラウニング量を左側端部よりも大きくする。

各円筒ころ４１，４２，４３，４４のラジアル方向隙間については、両端部の円筒ころ４１、４４を大きくし、中央部の円筒ころ４２，４３を小さくしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変更を加えることが可能である。

この発明は、荷重分布が不均一となる軸に取り付けられる複列円筒ころ軸受に有利に利用され得る。

この発明の一実施形態に係る複列円筒ころ軸受が使用された風力発電機用増速機を示す断面図である。 増速機の遊星歯車装置の破断正面図である。 この発明の一実施形態に係る複列円筒ころ軸受が取付けられている部分を拡大して示す断面図である。 片持ち支持された遊星軸に作用する荷重分布を示す図である。 ４列の円筒ころを並べて配置した図である。 円筒ころの直径と内外輪軌道面間の距離との関係を示す図である。 両持ち支持された軸に作用する荷重分布を示す図である。 両持ち支持される軸に取付けられる複列円筒ころ軸受の４列の円筒ころを並べて配置した図である。

符号の説明

１ 入力軸、２ 低速軸、３ 遊星歯車装置、４ 出力軸、５ ２次増速装置、６ ケーシング、７ キャリア、８ 遊星歯車、３０ 複列円筒ころ軸受、３１ 内輪、３２ 外輪、３３，３４，３５，３６，４１，４２，４３，４４ 円筒ころ。

Claims (10)

1. 内輪と、外輪と、軸方向に複列に配置された第１および第２の円筒ころとを備えた複列円筒ころ軸受において、
   前記第１の円筒ころの外径面クラウニング量は、前記第２の円筒ころの外径面クラウニング量よりも大きいことを特徴とする、複列円筒ころ軸受。
2. 前記円筒ころは、両端部におけるクラウニング量が異なっている、請求項１に記載の複列円筒ころ軸受。
3. 当該複列円筒ころ軸受は、片持ち支持の軸に取付けられるものであり、
   前記第１の円筒ころは軸の根元側に配置され、前記第２の円筒ころは軸の自由端側に配置されるものである、請求項１または２に記載の複列円筒ころ軸受。
4. 前記第１の円筒ころは、軸の根元側端部のクラウニング量が他方端部のクラウニング量よりも大きい、請求項３に記載の複列円筒ころ軸受。
5. 当該複列円筒ころ軸受は、両持ち支持の軸に取付けられるものであり、
   前記第１の円筒ころは軸の端部側に配置され、前記第２の円筒ころは軸の中央部側に配置されるものである、請求項１または２に記載の複列円筒ころ軸受。
6. 前記第１の円筒ころは、軸の端部側に位置する一方端部のクラウニング量が他方端部のクラウニング量よりも大きい、請求項５に記載の複列円筒ころ軸受。
7. 前記第１の円筒ころの直径と前記内外輪の軌道面間の距離との差は、前記第２の円筒ころの直径と前記内外輪の軌道面間の距離との差よりも大きい、請求項１〜６のいずれかに記載の複列円筒ころ軸受。
8. 前記第１の円筒ころの直径は、前記第２の円筒ころの直径よりも小さい、請求項７に記載の複列円筒ころ軸受。
9. 前記第１の円筒ころに対面する内外輪の軌道面間の距離は、前記第２の円筒ころに対面する内外輪の軌道面間の距離よりも大きい、請求項７または８に記載の複列円筒ころ軸受。
10. 風力発電機用の増速機等に用いられる遊星歯車装置の遊星軸を支持するのに使用される、請求項１〜９のいずれかに記載の複列円筒ころ軸受。

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