JP2010520422A - ラジアル転がり軸受、特に、風力トランスミッションのシャフトを支持するための円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

摩擦低減式ラジアル転がり軸受（１）は、内側走行軌道（３）を有する軸受外輪（２）と外側走行軌道（５）を有する軸受内輪（４）と両軸受輪（２，４）の間の両軌道（３，５）上を転がる複数の円筒ローラを有する。円筒ローラは軸受ケージ（７）により周方向に互いに等間隔に保持されている。スリップを防止するために、複数の円筒ローラ（６）は中空ころ（８）により置換えられている。無荷重状態において、中空ころと軸受輪（２，４）との常時の接触を確保し、運動学的回転速度により軸受ケージ（７）と円筒ローラ（６）を駆動するために、この中空ころは円筒ローラよりも大きい外径と低い弾性係数を有している。発明によれば、軸受輪（２，４）と円筒ローラ（６）と中空ころ（８）の寸法は、円筒ローラ（６）と中空コロ（８）が、初期においては、軸受(1)の非装着時に所定の遊び（RL_Z,RL_H）を有し、軸受ケージ（７）の連続的駆動に必要な予荷重の調節は、摩擦低減式軸受（１）を装着した時にはじめて中空コロにおいて可能になると共に、円筒ローラの半径方向遊び（RL_Z）が同時に小さくされるようにされている。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前提部分を構成する特徴に係わるラジアル転がり軸受に関し、例えば風力トランスミッションにシャフトを組み付けるための円筒ころ軸受のような、少なくとも時折は、非常に低い負荷で動作する軸受において、特に効果的に実現可能である。

一般に、ラジアル転がり軸受は、十分な負荷がかかっているとき、運動学的に最適な動作状態にあり、摺動することなく軸受内輪および軸受外輪の軌道面上を転動体が転動するということは、ころ軸受技術の当業者には認識できる。
さらに、少なくとも時折現れるラジアル転がり軸受の低負荷での動作時には、軸受の摩擦のために、また、転動体および転動体の軸受ケージを備える転動体部の大きな質量力と、転動体および軌道面の間の時には小さい接触力とのために、転動体部は運動学的な回転の速度で回転しないということが知られている。従って、転動体部の回転速度は運動学での回転速度よりも小さく、転動体は運動学的には最適な状態にはなく、これら転動体と少なくとも一つの軌道面との間でスリップが生じることとなる。この場合、転動体と軌道面との接触面に、潤滑膜を形成できる。しかし、回転速度または負荷が急激に変化する場合、潤滑膜が破壊され、スリップが極く短期間生じる接触点では、十分な潤滑膜がなくなることになる。この結果、転動体が運動学的な回転速度に加速するまで軌道面上でスライドする転動体と軌道面とが金属的に接触することとなる。転動体と軌道面間でのこの大きな速度差、および、そのため分離した潤滑膜の欠如は、軌道面の表面および転動体の表面において接線応力を生じさせる。こうした接線応力は、一般に極微孔の形成とともに、軌道面が粗面化したり、材料が裂けたり、摩擦痕が残ったりなどというような非常に激しい損耗現象を伴う。その結果、ラジアル転がり軸受は早期に故障を起こしてしまう。

この一般的なタイプのラジアル転がり軸受は、特許文献１に提案されているが、内側軌道面を有する軸受外輪と、この軸受外輪に対して同軸上に配置され、外側軌道面を有する軸受内輪と、多数の円筒ころとを基本的に備える。円筒ころは、外輪および内輪の間でこれらの軌道面上を転動し、軸受ケージにより周方向において互いに一定距離離れて保持される。円周上に均一に分散した複数の円筒ころを、中空ころに置き換えることにより、円筒ころと軸受内外輪との上述したスリップ効果およびこのスリップ効果による不都合を避ける。中空ころは、軸方向における長さが円筒ころの長さよりも幾分短いが、直径は若干大きく、また、弾性係数は円筒ころのものより低い。その結果、無負荷状態のラジアル転がり軸受において、ころ軸受内外輪と間断なく接触するので、軸受ケージの連続駆動、したがって、運動学的な回転速度での円筒ころの連続駆動を確保する。

フランス特許２４７９３６９公報

しかし、このように設計したラジアル転がり軸受の不都合な点とは、円筒ころの直径よりもわずかに大きい直径で形成された中空ころが、前述したタイプの軸受の組み立ておよび解体をさらに著しく難しくするか、追加費用があれば可能にすることである。このことは、第１に軸受負荷を円筒ころによってのみ吸収し、第２に、直径がわずかに大きい中空ころに軸受ケージの連続駆動に必要な予圧を設けるためには、いずれの２つの対向する円筒ころの間の距離に相当する外径を、連結して同速回転する軸受輪、通常は、軸受内輪の外径とする必要があるということである。したがって、軸受内輪の外側半径は、長手方向の軸受軸と中空ころの外径との間の距離よりもわずかに大きいので、製造者が要求するような軸受内輪の組み立ては、さらに熱処理を行うことによってのみ可能である。この熱処理では、軸受外輪を転動体部とともに加熱し、このようにして起こる軸受外輪の熱膨張により軸受内輪を軸受内に軸方向に十分に挿入できるまで、加熱する。製造者のそのような費用の増加を避けるために、転動体部が設けられた軸受外輪とラジアル転がり軸受の軸受内輪とを、個別の組み立て品として供給することが可能だとしても、その結果は、例えば風力トランスミッションにシャフトを取り付けるためのラジアル転がり軸受を組み付けることが、まず緩い軸受内輪をシャフトに対して締まり嵌めし、転動体部を備えた軸受外輪をハウジングのボアに挿入し締まり嵌めすることにより、より複雑化するにすぎない。次いで、ハウジングを、軸受外輪および転動体部と一緒に、シャフトと軸受内輪とが軸方向に軸受に挿入できるまで加熱する必要がある。ハウジングと軸受外輪とが冷めると、軸受ケージの連続駆動に必要な中空ころの予圧が生じる。しかし、このような方法は、実際にはあまりに複雑でコストがかかりすぎることが分かったので、管理が簡単でコンパクト設計という様式の、現代のスリップを起こさないラジアル転がり軸受の要求を満たしていない。

そこで、既知の従来技術の上述した不都合の背景に対して、本発明は、円筒ころと軸受内外輪との間にスリップが生じることを防ぐために複数の中空ころを設け、特にその組み立てる際の簡単な管理を特徴としコンパクト設計により特徴付けられるラジアル転がり軸受、特に、風力トランスミッションにシャフトを取り付けるための円筒ころ軸受を設計する目的に基づいている。

本発明によれば、請求項１の前提部に係わるラジアル転がり軸受の場合において、この目的を達成するために、軸受輪と、円筒ころと、中空ころとの寸法は、組み立てられたラジアル転がり軸受の取り付けられていない状態において、まず、円筒ころと、円筒ころよりも大きい外径で形成された中空ころとの双方が、所定のラジアル軸受遊びを有し、ラジアル転がり軸受が取り付けられるまで、軸受ケージの連続駆動に必要な円筒ころにおけるラジアル軸受遊びの同時最小化を伴う中空ころの予圧を設定することができないように構成されるようになっている。

したがって、本発明が基づく知見は、円筒ころの直径よりも大きな直径の中空ころでさえ、所定のラジアル軸受遊びを有するような寸法でラジアル転がり軸受の全部品を形成することにより、まず第１に、転動体部を有する軸受外輪およびラジアル転がり軸受の軸受内輪を別々に供給することはなくなり、事前に組み立てて供給すること、第２にラジアル転がり軸受を完成したモジュラーユニットとして現場で取り付けること、そして、全部品の最終的ラジアル軸受遊びをそのような取り付け工程で設定することが容易に可能であるということである。

本発明に従って設計されたラジアル転がり軸受の好適な改善点および進歩は、従属請求項で説明する。

請求項２で主張するように、本発明にしたがって設計されたラジアル転がり軸受において、中空ころの外径は、円筒ころの外径に対して大きめのサイズであり、この大きめのサイズは、ラジアル転がり軸受の取り付けられていない状態において、円筒ころのラジアル軸受遊びの半分未満である。例えば、もし中空ころの外径が円筒ころの外径に対して略６０μｍ大きめのサイズで形成されている場合、軸受内輪の外径に対して中空ころに略１０μｍのラジアル軸受遊びが残るためには、ラジアル軸受遊びの合計が略１３０μｍになるようにする必要がある。このようにして、固定されていない軸受輪、通常は、軸受内輪は、中空ころを備えない従来のラジアル転がり軸受の場合と同様に、軸方向に軸受に挿入されることができ、緩く嵌められた軸受輪、通常は、軸受外輪を加熱する、或いは、軸受内輪を冷却するなどというような別の処置を必要とすることなく、事前に組み立てられたモジュラーユニットとして供給できることが確実となる。

最後に、請求項３で主張するように、本発明にしたがって設計されたラジアル転がり軸受の別の特徴において、中空ころの必要な予圧および円筒ころの最小のラジアル軸受遊びは、２つの軸受輪のうち少なくとも一方の嵌合を引き起こすような膨張または収縮により設定されることが好ましい。これは、当然ながら、予圧なく本発明に従って設計されたラジアル転がり軸受は、いずれの場合にもシャフト軸受装置または軸受内輪のハウジングのボアでの一致嵌合に基づいて風力発電のトランスミッション等におけるようなシャフト軸受装置の組み立てに対して幾つかの有益な選択肢を提供することを意味する。

ここで、第１の好適な組み立て選択肢としては、内燃機関のクランクシャフト軸受装置と同様に、分割設計のシャフト軸受装置のハウジングにあり、また、最初に、軸受内輪と対応するシャフトとの間の締まり嵌めによって、その対応するシャフト上で組み立てることで、軸受ケージの連続駆動に必要な予圧の大部分がすでに生じているようされたラジアル転がり軸受全体にある。次いで、このように組み立てられた軸受は、軸受を囲むように第２のハウジング部分を第１のハウジング部分上に続いて設置しそこで支えられるように、シャフトとともにシャフト軸受装置の第１のハウジング部分内に設置する。ここでは軸受を保持するハウジングのボアの寸法を、２つのハウジング部分が固定されると、軸受ケージの連続駆動に必要な軸受の中空ころの残りの予圧を設定される一方、同時に円筒ころにおけるラジアル軸受遊びを最小限にするように軸受外輪が収縮されるようにする。

対照的に、同様に有益性が高い第２の選択肢としては、シャフト軸受装置用に設けるハウジングは単一であるが、ラジアル転がり軸受用のハウジングの保持ボアも軸受外輪の外径より僅かに小さくなるような寸法で形成される。ここでも、ラジアル転がり軸受全体は、まず、軸受内輪と対応するシャフトとの締まり嵌めによってその対応するシャフト上に組み立てられ、続いてハウジング内にシャフトとともに挿入される。しかし、軸受外輪の外径よりもハウジングの保持ボアが小さいので、ハウジングの保持ボア部分を短時間加熱し、熱によるボアの膨張によりラジアル転がり軸受を備えたシャフトがボアに挿入できるようにするか、同様にラジアル転がり軸受を備えたにシャフトをボアに挿入できるまで、軸受と一緒にシャフトも冷却する。それに続くハウジングボアの冷却または軸受を備えたシャフトの加熱により、軸受ケージの連続駆動に必要な軸受の中空ころの予圧を設定し、同時に円筒ころでのラジアル軸受遊びを最小限するように、軸受外輪は再度収縮するか、または、内輪は再度膨張する。

最後に、上述した組み立て選択肢に代わるものとして、第３の組み立て選択肢は、ラジアル転がり軸受全体が、まず、軸受外輪と同様に単一のハウジングのボアとの締まり嵌めによってそのハウジング内に組み立てられること、そして、シャフトが軸受内輪に軸方向に挿入できるまで、挿入されるシャフトだけが冷却されることである。次いで、軸受ケージの連続駆動に必要な軸受の中空ころの予圧が再度設定される一方、同時に円筒ころにおけるラジアル軸受遊びが最小限になるまで、それに続くシャフトの加熱が軸受内輪を膨張させる。

したがって、以上のことをまとめてみると、本発明にしたがって設計されたラジアル転がり軸受には、従来技術で知られるラジアル転がり軸受よりも優位な特長があり、円筒ころ間で軸受輪の間に複数の中空ころが配置される。その特長とは、取り付け前の状態で、円筒ころの直径より大きな直径となるように設計された中空ころでさえ、所定のラジアル軸受遊びを有するような寸法で、上記のラジアル転がり軸受の個々の部品を形成した結果、製造業者は前述のラジアル転がり軸受を事前に組み立てておくことができ、したがって、このラジアル転がり軸受はコンパクト設計に優れ、また特に、例えば風力発電所のトランスミッション等におけるようなシャフト軸受装置に組み付けたり分解したりする際の管理が容易であることにより特徴づけられる。

本発明に従って設計されたラジアル転がり軸受の好適な一実施形態について、以下に添付図面を参照してより詳細に説明する。添付図面において、
本発明に従って設計されたラジアル転がり軸受の側面図である。 本発明に従って設計されたラジアル転がり軸受の、図１に示すようなＡ−Ａ線での断面図である。 本発明に従って設計されたラジアル転がり軸受の取り付け前の側面図を拡大したものである。 取り付ける後の本発明に従って設計されたラジアル転がり軸受の側面図を拡大したものである。

図１および図２の例示ではラジアル転がり軸受１が明示され、ラジアル転がり軸受１は、風力トランスミッショへのシャフトの組み付けに適しており、内側軌道面３を有する軸受外輪２と、この軸受外輪２に対して同軸上に配置され、外側軌道面５を有する軸受内輪４と、軸受輪２、４の間でこれらの軌道面３，５上を転動し、軸受ケージ７により周方向において互いに一定距離離れて保持される多数の円筒ころ６とを既知の方法で備える。同様に、図面には、例示のラジアル転がり軸受１の場合、円筒ころ６および軸受輪２，４の間で生じるスリップを避けるために、円周上に均一に分散された３つの転動体が中空ころ８と置き替えられていることが明確に示されている。中空ころ８は、円筒ころ６よりも、直径Ｄ_Ｈがわずかに大きく、弾性係数が低い。こうすることにより、ラジアル転がり軸受１に負荷がない状態では、中空ころ８が軸受輪２，４と連続的に接触するので、軸受ケージ７、したがって、円筒ころ６の運動学的な回転速度における連続駆動を確保する。
また、図３ａおよび図３ｂからも分かるように、このように設計されたラジアル転がり軸受１の組み立てを容易にするために、本発明では、軸受輪２，４の寸法、円筒ころ６の寸法および中空ころ８の寸法を、図３ａの例示に相当する組立てられたラジアル転がり軸受１の取り付け前の状態では、まず、円筒ころ６と、この円筒ころ６よりも大きい外径Ｄ_Ｈを有する中空ころ８との双方ともが、所定のラジアル軸受遊びＲＬ_Ｚ、ＲＬ_Ｈを有し、図３ｂの例示に相当するラジアル転がり軸受１の取り付けられた状態でのみ軸受ケージ７の連続駆動に必要な中空ころ８上に予圧を設け、そして円筒ころ６におけるラジアル軸受遊びＲＬ_Ｚの同時最小化をできるように構成する。ここで、図３ａから目安として分かるように、中空ころ８の外径Ｄ_Ｈは、円筒ころ６の外径Ｄ_Ｚに対して大きすぎるが、この大きめのサイズは、まだ取り付けられていない状態のラジアル転がり軸受１において、円筒ころ６のラジアル軸受遊びＲＬ_Ｚの半分未満であるので、従来のラジアル転がり軸受の場合と同様に、さらに別の処置を必要とすることなく固定されていない軸受内輪４をラジアル転がり軸受１に軸方向に挿入することができる。そして、図３ｂに示すような円筒ころ６の最小のラジアル軸受遊びＲＬ_Ｚおよび中空ころの必要な予圧は、２つの軸受輪２，４のうち少なくとも一方の嵌合を引き起こすような膨張または収縮により設定する。

１ ラジアル転がり軸受
２ 軸受外輪
３ 内側軌道面
４ 軸受内輪
５ 外側軌道面
６ 円筒ころ
７ 軸受ゲージ
８ 中空ころ
Ｄ_Ｚ ６の外径
Ｄ_Ｈ ８の外径
ＲＬ_Ｚ ６のラジアル軸受遊び
ＲＬ_Ｈ ８のラジアル軸受遊び

Claims (3)

1. ラジアル転がり軸受、特に、風力トランスミッションにシャフトを組み付けるための円筒ころ軸受であって、内側軌道面（３）を有する軸受外輪（２）と、これに対して同軸上に配置され、外側軌道面（５）を有する軸受内輪（４）と、軸受輪（２、４）の間でこれらの軌道面（３，５）上を転動し、軸受ケージ（７）により周方向において互いに一定距離離れて保持される多数の円筒ころ（６）とを基本的に備え、円周上に均一に分散された複数の円筒ころ（６）が中空ころ（８）と置き替えられることにより、円筒ころ（６）および軸受輪（２，４）の間で生じるスリップを避け、円筒ころ（６）よりも中空ころ（８）の外径をわずかに大きくし弾性係数を低くすることにより、ラジアル転がり軸受（１）に負荷がない状態では、軸受輪（２，４）と連続的に接触と、軸受ケージ（７）、したがって、円筒ころ（６）の運動学的な回転速度における連続駆動とを確保する、ラジアル転がり軸受、特に、風力トランスミッションにシャフトを組み付けるための円筒ころ軸受において、
   軸受輪（２，４）の寸法、円筒ころ（６）の寸法および中空ころ（８）の寸法は、組み立てられたラジアル転がり軸受（１）の取り付けられていない状態において、円筒ころ（６）と、円筒ころ（６）よりも大きい外径で形成された中空ころ（８）との双方が、まず、所定のラジアル軸受遊び（ＲＬ_Ｚ、ＲＬ_Ｈ）を有し、そして、ラジアル転がり軸受（１）が取り付け後にのみ、軸受ケージ（７）の連続駆動に必要な中空ころ（８）の予圧を設定することができる一方、円筒ころ（６）におけるラジアル軸受遊び（ＲＬ_Ｚ）を同時に最小化すること、を特徴とするラジアル転がり軸受。
2. 中空ころ（８）の外径（Ｄ_Ｈ）は、円筒ころ（６）の外径（Ｄ_Ｚ）に対して大きめのサイズであり、この大きめのサイズは、ラジアル転がり軸受（１）の取り付けられていない状態において、円筒ころ（６）のラジアル軸受遊び（ＲＬ_Ｚ）の半分未満であることを特徴とする請求項１に記載のラジアル転がり軸受。
3. 中空ころ（８）の必要な予圧および円筒ころの最小のラジアル軸受遊び（ＲＬ_Ｚ）は、２つの軸受輪（２，４）のうち少なくとも一方の嵌合を引き起こすような膨張または収縮により好ましく設定することを特徴とする請求項１に記載のラジアル転がり軸受。

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