JP2009063101A - Rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、転がり軸受、特に軸方向に分割された内輪を有する転がり軸受に関するものである。 The present invention relates to a rolling bearing, and more particularly to a rolling bearing having an inner ring divided in the axial direction.
自動調心ころ軸受は、風力発電機や鉄鋼・転炉設備等の低速・重荷重環境下で使用される軸受として採用されている。なお、上記の用途で使用される自動調心ころ軸受は大型であるので、補修時の軸受交換には多くの作業工数と多額の費用が必要となる。そこで、鉄鋼・転炉設備等に採用される自動調心ころ軸受が、例えば、特開2002−139032号公報(特許文献1)に記載されている。 Spherical roller bearings are used as bearings used in low-speed and heavy-load environments such as wind power generators, steel, and converter facilities. In addition, since the self-aligning roller bearing used in the above-mentioned application is large, a large number of work steps and a large amount of cost are required to replace the bearing at the time of repair. Then, the self-aligning roller bearing employ | adopted as steel, a converter equipment, etc. is described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-139032 (patent document 1), for example.
同公報に記載されている自動調心ころ軸受は、補修交換を容易にするために内外輪を回転軸線に平行な平面で分割(「軸方向に分割」という)している。さらに、内輪の軸方向両端部から張り出した嵌合部に締付輪を嵌合し、ボルトで締め付けることによって内輪を結合一体化していると記載されている。これにより、ギヤボックス等の周辺部品を撤去することなく、軸受のみを交換することが可能となる。 In the self-aligning roller bearing described in this publication, the inner and outer rings are divided by a plane parallel to the rotation axis (referred to as “dividing in the axial direction”) in order to facilitate repair and replacement. Furthermore, it is described that the inner ring is coupled and integrated by fitting the tightening ring to the fitting portion protruding from both axial ends of the inner ring and tightening with a bolt. This makes it possible to replace only the bearing without removing peripheral parts such as a gear box.
風力発電機の主軸支持用軸受も鉄鋼・転炉設備等と同様に、軸受の交換には多くの作業工数と多額の費用が必要となる。さらに、軸受交換時にブレードやナセルを地上に降ろす必要があるので、広大な敷地を確保することも必要である。
そこで、上記構成の自動調心ころ軸受を風力発電機の主軸支持用軸受として採用する場合、軸受ハウジングには通常より大きな軸方向スペースが必要となる。しかし、風力発電機はナセル内部のスペースが限られているので、上記構成の自動調心ころ軸受をそのまま適用することができない。 Therefore, when the self-aligning roller bearing configured as described above is adopted as a main shaft support bearing of a wind power generator, a larger axial space than usual is required for the bearing housing. However, since the wind generator has a limited space inside the nacelle, the self-aligning roller bearing having the above configuration cannot be applied as it is.
さらに、上記構成の自動調心ころ軸受は、軸受本来の構成要素に加えて、締結輪、ボルト、座金、および廻り止め等の多くの部品が必要であり、軸受の交換作業をさらに困難なものにしている。 Furthermore, the self-aligning roller bearing configured as described above requires a number of parts such as fastening rings, bolts, washers, and detents in addition to the original components of the bearing, making it even more difficult to replace the bearing. I have to.
そこで、この発明の目的は、内輪が軸方向に分割されている転がり軸受において、内輪を適切に締結可能な転がり軸受、およびこのような転がり軸受を主軸支持用軸受として採用した風力発電機の主軸支持構造を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rolling bearing in which the inner ring is divided in the axial direction, a rolling bearing capable of appropriately fastening the inner ring, and a main shaft of a wind power generator that employs such a rolling bearing as a main shaft support bearing. It is to provide a support structure.
この発明に係る転がり軸受は、円弧形状の内輪部材を円周方向に複数連ねて形成される円環形状の内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置される複数の転動体と、内輪の外径面に嵌合して、複数の内輪部材を締結するリング形状の締結バンドとを備える。そして、締結バンドが嵌合する位置における内輪の外径寸法をd、締結バンドの厚み寸法をh、締結バンドのヤング率をE、締結バンドの降伏点をσyとすると、h/d≦σy/Eを満たす。 A rolling bearing according to the present invention includes an annular inner ring formed by connecting a plurality of arc-shaped inner ring members in the circumferential direction, an outer ring, a plurality of rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring, and an inner ring. And a ring-shaped fastening band that is fitted to the outer diameter surface and fastens the plurality of inner ring members. When the outer diameter dimension of the inner ring at the position where the fastening band is fitted is d, the thickness dimension of the fastening band is h, the Young's modulus of the fastening band is E, and the yield point of the fastening band is σ y , h / d ≦ σ y / E is satisfied.
上記構成のように、締結バンドに負荷される応力が降伏点σyを超えないように設定すれば、内輪に嵌合させたときに締結バンドが塑性変形するのを有効に防止することができる。また、この締結バンドは、外径面に嵌合させるだけで内輪を締結することができるので、従来と比較して部品点数を削減することができる。 If the stress applied to the fastening band is set so as not to exceed the yield point σ y as in the above configuration, it is possible to effectively prevent the fastening band from being plastically deformed when fitted to the inner ring. . Moreover, since this fastening band can fasten an inner ring | wheel only by making it fit to an outer diameter surface, it can reduce a number of parts compared with the former.
好ましくは、内輪の外径面には締結バンドを受け入れる円周溝が設けられている。これにより、締結バンドを安定して保持することができる。また、締結バンドが転動体等の他の構成要素と干渉するのを有効に防止することができる。 Preferably, a circumferential groove for receiving a fastening band is provided on the outer diameter surface of the inner ring. Thereby, a fastening band can be stably hold | maintained. Moreover, it can prevent effectively that a fastening band interferes with other components, such as a rolling element.
好ましくは、転がり軸受は、外径面の軸方向中央部に中鍔、軸方向両端部に一対の外鍔、および中鍔と一対の外鍔との間それぞれに内側軌道面が形成されている内輪と、内径面に球面形状の外側軌道面が形成されている外輪と、内側軌道面および外側軌道面の間に配置される転動体としての球面ころとを備える複列自動調心ころ軸受である。そして、締結バンドは中鍔の外径面に配置されている。これにより、内輪の軸方向端部に締結バンドを配置するスペースを確保する必要がなくなるので、従来と比較して転がり軸受の軸方向のサイズを小さくすることができる。 Preferably, the rolling bearing is formed with a center flange in the axial center portion of the outer diameter surface, a pair of outer flanges at both axial ends, and an inner raceway surface between the center flange and the pair of outer flanges. A double-row spherical roller bearing comprising an inner ring, an outer ring having a spherical outer raceway surface formed on the inner diameter surface, and a spherical roller as a rolling element disposed between the inner raceway surface and the outer raceway surface. is there. And the fastening band is arrange | positioned at the outer-diameter surface of the inside. This eliminates the need to secure a space for disposing the fastening band at the axial end portion of the inner ring, so that the size of the rolling bearing in the axial direction can be reduced as compared with the conventional case.
さらに好ましくは、締結バンドは一対の外鍔の外径面に配置されている。隣接する内輪部材の間に生じる隙間は、締結バンドによる締結位置から遠ざかる程大きくなる。したがって、突合部分の幅方向全域で隙間の発生を抑制するためには、締結バンドを複数箇所に設けるのが望ましい。 More preferably, the fastening band is disposed on the outer diameter surface of the pair of outer casings. The gap generated between the adjacent inner ring members increases as the distance from the fastening position by the fastening band increases. Therefore, in order to suppress the generation of gaps in the entire width direction of the abutting portion, it is desirable to provide fastening bands at a plurality of locations.
一実施形態として、締結バンドは金属材料によって形成されている。一般構造用圧延鋼材等の金属材料によれば、上記の数式を満足し、かつ締結バンドに必要な強度を得ることができる。 In one embodiment, the fastening band is made of a metal material. According to a metal material such as a general structural rolled steel, the above mathematical formula is satisfied and the strength required for the fastening band can be obtained.
この発明に係る風力発電機の主軸支持構造は、風を受けて回転するブレードと、ブレードを支持する主軸と、主軸を回転自在に支持する上記のいずれかに記載の転がり軸受とを備える。上記構成の転がり軸受を採用することにより、信頼性の高い風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。 A main shaft support structure for a wind power generator according to the present invention includes a blade that rotates by receiving wind, a main shaft that supports the blade, and the rolling bearing according to any one of the above that rotatably supports the main shaft. By adopting the rolling bearing with the above configuration, a highly reliable main shaft support structure for a wind power generator can be obtained.
この発明によれば、分割内輪を適切に締結可能な転がり軸受、およびこのような転がり軸受を採用した風力発電機の主軸支持構造を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a rolling bearing capable of appropriately fastening a split inner ring and a main shaft support structure for a wind power generator that employs such a rolling bearing.
図5および図6を参照して、この発明の一実施形態に係る主軸支持構造を採用した風力発電機11を説明する。風力発電機11は、支持台12と、旋回座軸受13と、ナセル14と、ブレード15と、回転軸としての主軸16と、増速機17と、発電機18と、軸受ハウジング19と、主軸支持用軸受としての自動調心ころ軸受31と、旋回用モータ20と、減速機21とを備える。
With reference to FIG. 5 and FIG. 6, the wind power generator 11 which employ | adopted the spindle support structure which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. The wind power generator 11 includes a
ナセル14は、支持台12の上に旋回座軸受13を介して設置されており、旋回用モータ20および減速機21によって水平旋回自在となっている。また、風力発電機11の主要部品である主軸16、増速機17、発電機18、自動調心ころ軸受31、旋回用モータ20、および減速機21等を収容するハウジングとして機能する。
The
ブレード15は、主軸16の一端に固定されて風を受けて回転する。主軸16は、一端がブレード15に他端が増速機17それぞれに接続されると共に、軸受ハウジング19に組み込まれた自動調心ころ軸受31によって回転自在に支持されている。そして、ブレード15の回転を増速機17を介して発電機18に伝達する。
The
自動調心ころ軸受31には、ブレード15が受ける風力等によって大きなアキシアル荷重が負荷されると共に、ブレード15の自重等によって大きなラジアル荷重が負荷される。
A large axial load is applied to the self-aligning roller bearing 31 by wind force received by the
そこで、このような環境で使用される主軸支持用軸受として、図1および図2に示すような自動調心ころ軸受31を採用する。なお、図1はこの発明の一実施形態に係る転がり軸受としての自動調心ころ軸受31を示す図、図2は図1のII−IIにおける断面図である。 Therefore, a self-aligning roller bearing 31 as shown in FIGS. 1 and 2 is adopted as a spindle support bearing used in such an environment. 1 is a view showing a self-aligning roller bearing 31 as a rolling bearing according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
図1および図2を参照して、自動調心ころ軸受31は、内輪32と、外輪33と、内輪32および外輪33の間に配置される転動体としての複数の球面ころ34と、隣接する球面ころ34の間隔を保持する保持器35と、締結バンド36とを備える。
1 and 2, a self-aligning roller bearing 31 is adjacent to an
内輪32は、円弧形状の内輪部材32a,32bを円周方向に連ねて形成されている。また、内輪32の外径面には、軸方向中央部に中鍔32cと、軸方向両端部に一対の外鍔32d,32eと、中鍔32cと外鍔32dとの間および中鍔32cと外鍔32eとの間にそれぞれ内側軌道面32f,32gとが形成されている。さらに、中鍔32c、および外鍔32d,32eの外径面には、それぞれ締結バンド36を受け入れる円周溝32hが形成されている。
The
外輪33は、内輪32と同様に、円弧形状の外輪部材33a,33bを円周方向に連ねて形成さている。また、外輪33の内径面には球面の一部を構成する外側軌道面33cが形成されている。さらに、保持器35は、内輪32および外輪33と同様に、円弧形状の保持器セグメント35a,35bを円周方向に連ねて形成されている。このように、内輪32、外輪33、および保持器35を軸方向に分割すれば、主軸16に径方向から組み込み可能となる。
As with the
締結バンド36は、例えば、一般構造用圧延鋼材等の金属材料で形成されたリング形状の部材である。そして、内輪32の外径面の少なくとも1箇所に嵌合して内輪部材32a,32bを締結する。この実施形態においては、中鍔32c、および外鍔32d,32eの円周溝32hに嵌まり込んでいる。この締結バンド36は、継ぎ目のないリングを弾性変形させながら内輪32の外径面に嵌合させてもよいし、鋼帯を内輪32の外径面に巻きつけて両端を連結するようにしてもよい。
The
なお、上記の実施形態においては、中鍔32cの外径面で保持器35を案内しているので、締結バンド36の外径面が中鍔32cの外径面から突出しないように円周溝32hの溝深さを設定するのが望ましい。すなわち、円周溝32hの溝深さを締結バンド36の厚み寸法より深くする。一方、外鍔32d,32eに嵌まり込む締結バンド36の外径面は、外鍔32d,32eの外径面から突出していてもよい。
In the above embodiment, since the
ここで、内輪32に嵌合させたときの締結バンド36の塑性変形を防止するためには、以下の条件を満たしている必要がある。なお、締結バンド36が嵌合する位置における内輪32の外径寸法をd(mm)、締結バンド36の厚み寸法をh(mm)、締結バンド36の厚み方向中央部における直径(「中立軸径」という)をdm(mm)、締結バンド36のヤング率をE(MPa)、締結バンド36の降伏点をσy(MPa)、締結バンド36の内径面の周方向ひずみをε、締結バンド36の内径面の周方向応力をσ(MPa)とする。
Here, in order to prevent plastic deformation of the
まず、中立軸径dmは、dm=d+hで表わされる。そうすると、周方向ひずみεは下記数式(1)で、周方向応力σは下記数式(2)でそれぞれ表わされる。 First, the neutral axis diameter d m is expressed by d m = d + h. Then, the circumferential strain ε is represented by the following formula (1), and the circumferential stress σ is represented by the following formula (2).
ここで、締結バンド36の塑性変形を防止するためには、周方向応力σが降伏点σyを超えないことが条件となる。そこで、σy≧σに上記数式(2)を代入して変形すると、下記数式(3)となる。
Here, in order to prevent plastic deformation of the
ここで、E>>σyであるので、数式(3)の右辺分母からσyを省略すると、h/d≦σy/Eとなる。つまり、この関係を満足する材料および寸法で締結バンド36を形成すれば塑性変形を防止することができる。
Here, since E >> σ y , if σ y is omitted from the denominator of the right side of Equation (3), h / d ≦ σ y / E. That is, plastic deformation can be prevented by forming the
例えば、ヤング率E=208000(MPa)、降伏点σy=240(MPa)である材料で締結バンド36を形成したとすると、h/d≦1.15×10−3を満たすように、寸法を設定する必要がある。
For example, when the
次に、鍔付き自動調心ころ軸受の最小型番である22211の外鍔に上記の締結バンド36を嵌合させる場合を考える。この自動調心ころ軸受の外鍔の外径寸法はd=69.6(mm)であるので、締結バンド36の塑性変形を防止するためには、締結バンド36の厚み寸法h≦0.080(mm)としなければならない。
Next, consider the case where the
一方、上記の自動調心ころ軸受(22211)に採用される従来の締結輪の厚み寸法は、約7.7mmである。このような締結輪を中鍔32c、および/または外鍔32d,32eに嵌合させた場合、球面ころ34や保持器35に干渉して軸受のスムーズな回転を阻害する。このような観点からも、上記の関係式を満足する締結バンド36を採用するのが望ましい。
On the other hand, the thickness dimension of the conventional fastening ring employed in the above self-aligning roller bearing (22211) is about 7.7 mm. When such a fastening ring is fitted to the
なお、上記の実施形態においては、中鍔32c、および外鍔32d,32eの外径面にそれぞれ締結バンド36を配置した例を示したが、これに限ることなく、これらのうちの少なくとも1箇所にのみ締結バンド36を配置すれば、この発明の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the example in which the
例えば、締結バンド36を中鍔32cにのみ設ければ、内輪32の軸方向両端部に締結バンド36を設けるスペースを確保する必要がなくなる。これにより、自動調心ころ軸受31の軸方向のサイズをさらに小さくすることができる。
For example, if the
ただし、隣接する内輪部材32a,32bの間に生じる隙間は、締結バンド36による締結位置から遠ざかる程大きくなる。したがって、突合部分の幅方向全域で隙間の発生を抑制するためには、締結バンド36を複数箇所に設けるのが望ましい。
However, the gap generated between the adjacent
また、上記の実施形態においては、内輪32に中鍔32c、および外鍔32d,32eを設けた例を示したが、これらはこの発明の必須の構成要素ではなく、省略することができる。図3および図4を参照して、この発明の他の実施形態に係る自動調心ころ軸受41,51を説明する。なお、共通する構成要素には同一の参照番号を付し、説明は省略する。
In the above embodiment, the
まず、図3を参照して、自動調心ころ軸受41に採用される内輪42は、複列の内側軌道面42f,42gの間に中鍔に代えて案内輪47を配置している。この案内輪47は、内輪42の外径面に案内されて回転するので、複列の内側軌道面42f,42gの間に配置される締結バンド36は、内輪42の外径面から突出しないようにするのが望ましい。
First, referring to FIG. 3, in the
また、内輪42の軸方向両端部は、外鍔を省略して保持器45の回転を案内する案内面として機能する。したがって、内輪42の軸方向両端部に配置される締結バンド36も内輪42の外径面から突出しないようにするのが望ましい。次に、図4を参照して、自動調心のころ軸受51は、複列の内側軌道面42f,42gの間の案内輪をも省略している。
Further, both end portions in the axial direction of the
また、上記の各実施形態においては、風力発電機11の主軸16を支持する転がり軸受として自動調心ころ軸受31の例を示したが、これに限ることなく、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、および4点接触玉軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、軌道面が単列であるか複列であるかを問わず、内輪が軸方向に分割されているあらゆる転がり軸受を採用することができる。
In each of the above embodiments, an example of the self-aligning
さらに、上記の実施形態においては、風力発電機の主軸支持構造にこの発明を適用した例を示したが、これに限ることなく、この発明は他の用途に使用される転がり軸受にも適用することが可能である。 Furthermore, in the above embodiment, an example in which the present invention is applied to the main shaft support structure of a wind power generator has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to a rolling bearing used for other purposes. It is possible.
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、種々の修正や変形を加えることが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.
この発明は、軸方向に分割された内輪を有する転がり軸受に有利に利用される。 The present invention is advantageously used for a rolling bearing having an inner ring divided in the axial direction.
11 風力発電機、12 支持台、13 旋回座軸受、14 ナセル、15 ブレード、16 主軸、17 増速機、18 発電機、19 軸受ハウジング、20 旋回モータ、21 減速機、31,41,51 自動調心ころ軸受、32,42 内輪、32a,32b 内輪部材、32c 中鍔、32d,32e 外鍔、32f,32g,42f,42g 内側軌道面、32h 円周溝、33 外輪、33a 外側軌道面、34 球面ころ、35,45 保持器、35a,35b 保持器セグメント、36 締結バンド。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Wind generator, 12 Support base, 13 Swivel seat bearing, 14 Nacelle, 15 Blade, 16 Main shaft, 17 Gearbox, 18 Generator, 19 Bearing housing, 20 Swing motor, 21 Reducer, 31, 41, 51 Automatic Spherical roller bearings, 32, 42 inner ring, 32a, 32b inner ring member, 32c intermediate flange, 32d, 32e outer flange, 32f, 32g, 42f, 42g inner raceway, 32h circumferential groove, 33 outer ring, 33a outer raceway, 34 Spherical roller, 35, 45 Cage, 35a, 35b Cage segment, 36 Fastening band.
Claims (6)
外輪と、
前記内輪および前記外輪の間に配置される複数の転動体と、
前記内輪の外径面に嵌合して、前記複数の内輪部材を締結するリング形状の締結バンドとを備え、
前記締結バンドが嵌合する位置における前記内輪の外径寸法をd、前記締結バンドの厚み寸法をh、前記締結バンドのヤング率をE、前記締結バンドの降伏点をσyとすると、
h/d≦σy/E
を満たす、転がり軸受。 An annular inner ring formed by connecting a plurality of arc-shaped inner ring members in the circumferential direction;
Outer ring,
A plurality of rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring;
A ring-shaped fastening band that fits to the outer diameter surface of the inner ring and fastens the plurality of inner ring members;
If the outer diameter dimension of the inner ring at the position where the fastening band is fitted is d, the thickness dimension of the fastening band is h, the Young's modulus of the fastening band is E, and the yield point of the fastening band is σ y ,
h / d ≦ σ y / E
Meet the rolling bearing.
外径面の軸方向中央部に中鍔、軸方向両端部に一対の外鍔、および前記中鍔と前記一対の外鍔との間それぞれに内側軌道面が形成されている前記内輪と、
内径面に球面形状の外側軌道面が形成されている前記外輪と、
前記内側軌道面および前記外側軌道面の間に配置される前記転動体としての球面ころとを備える複列自動調心ころ軸受であって、
前記締結バンドは、中鍔の外径面に配置されている、請求項1または2に記載の転がり軸受。 The rolling bearing is
An inner ring in which an inner raceway surface is formed between each of the center rod and the pair of outer rods, and a pair of outer rods at both axial end portions,
The outer ring having a spherical outer raceway surface formed on the inner diameter surface;
A double row spherical roller bearing comprising a spherical roller as the rolling element disposed between the inner raceway surface and the outer raceway surface,
The rolling bearing according to claim 1, wherein the fastening band is disposed on an outer diameter surface of a middle collar.
前記ブレードを支持する主軸と、
前記主軸を回転自在に支持する請求項1〜5のいずれかに記載の転がり軸受とを備える、風力発電機の主軸支持構造。 A blade that rotates in response to the wind;
A main shaft supporting the blade;
A main shaft support structure for a wind power generator, comprising the rolling bearing according to any one of claims 1 to 5 that rotatably supports the main shaft.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2007-09-06 JP JP2007231929A patent/JP2009063101A/en not_active Withdrawn
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