JP2011007279A

JP2011007279A - 回転体の軸受支持装置

Info

Publication number: JP2011007279A
Application number: JP2009152106A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Fujisaki; 克弥藤咲; Kogyo Go; 宏堯呉
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】組立作業を単純化して製造コストの低廉化を図り、また、ＦＥＭなどの性能予測により正確な減衰力を把握することで製品の信頼性を高めることができる回転体の軸受支持装置を提供する。
【解決手段】軸受支持装置１は、ケーシング４が制振合金により形成され、かつ、回転体２を支持する軸受５に嵌合する軸受嵌合部位Ｆと、軸受嵌合部位Ｆに対して回転体２の軸方向に離間した位置に配置されると共に固定部６に固着される固着部位Ｍと、軸受嵌合部位Ｆと固着部位Ｍとを連結すると共に回転体２からの振動を制振する制振部位Ｈとから形成され、制振部位Ｈは、円管形に形成され円周方向に沿って複数の貫通孔１０が並列に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、防振性能を有する回転体の軸受支持装置に関する。

従来、軸受支持装置として、回転体の軸受けマウントと固定ケーシングとの間、及び軸受けマウントと固定部との間に、締付ボルトに嵌合したヒステリシスダンパをそれぞれ配置し、締付ボルトにより締付け固定するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に係る軸受支持装置は、ヒステリシスダンパをバネ材料からなる所要幅のワイヤメッシュを筒状に巻いた形状とし、開口部に締付けボルトを通して取付けるようにしたものである。

そして、このヒステリシスダンパは、ワイヤメッシュのヒステリシスにより振動エネルギーを熱エネルギーに変換する摩擦ダンパとして働くようになっている。これによって、振動を減衰させて高い防振性能を発揮し、特に粘性を利用したダンパを実施できない極低温用回転体の軸受支持装置等に有効に利用できる効果を有している。

特開平３−４１２１１号公報

特許文献１に係る回転体の軸受支持装置では、締付ボルトに嵌合するように配置したヒステリシスダンパが、ボルトの締め付け力によって圧縮状態になるときに、この変形が弾性変形かまたは塑性変形であるかによって減衰力が変化する。

特に、上記のようなヒステリシスダンパ（ワイヤメッシュ）では、製造時におけるボルトの締め付け力の強さ加減によって減衰力のバラツキが生ずるため、常に一定の減衰力を得ることが困難となることから信頼性の低下を招く問題を有している。加えて、組立て時においては、ワイヤメッシュの数が多いため取付けに手間が掛かり組立作業が煩雑でコスト高となる問題を有している。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、減衰力のバラツキを抑制する調整作業を無くすことで組立作業を単純化して製造コストの低廉化を図り、また、ＦＥＭなどの性能予測により正確な減衰力を把握することで製品の信頼性を高めることができる回転体の軸受支持装置を提供することを目的とする。

本発明に係る回転体の軸受支持装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明に係る回転体の軸受支持装置は、回転体を支持する軸受をケーシングを介して固定部に固定する軸受支持装置において、前記ケーシングは、制振合金により形成され、かつ、前記軸受に嵌合する軸受嵌合部位と、前記軸受嵌合部位に対して前記回転体の軸方向に離間した位置に配置されると共に前記固定部に固着される固着部位と、前記軸受嵌合部位と前記固着部位とを連結すると共に前記回転体からの振動を制振する制振部位とを有し、前記制振部位は、円管形に形成され円周方向に沿って複数の貫通孔が並列に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、ケーシングを固定部に固着される固着部位とこの固着部位から離間した軸受嵌合部位とを連結する制振部位を設けたので、ケーシング自体に防振性能を備えることができる。これにより、従来のように減衰力のバラツキを抑制するボルトの締め付け力を加減する作業が不要となり組立作業が単純化されるので製造コストの低廉化を図ることができる。また、モデル化が容易になるのでＦＥＭ（有限要素法）などの性能予測により正確な減衰力が把握し易くなり、製品の信頼性を高めることができる。

また、ケーシングを振動対策に有用な制振合金を用いて一体構成とすることができる。また、制振部位の形状（肉厚、側面貫通孔の形状、離間長さなど）を変えることでバネ定数をコントロールすることができるので、回転体から伝わった振動を制振部位の形状と材料の持つ高い減衰性能で吸収することができる。

また、円管形の円周方向に沿って設けた貫通孔の数や、貫通孔の形状を変えることによって、制振性能（バネ定数・ダンパ定数）の調整が容易になる。また、ＦＥＭ（有眼要素法）により、正確な制振性能が容易に把握し易く、性能予測を確実に行うことができる。

また、本発明は、前記ケーシングは、マンガン（Ｍｎ）をベースとし、基本組成として原子％で、Ｃｕ：２０±５％、Ｎｉ：５±３％、Ｆｅ：５±３％、Ａｌ：２〜５％を含有し、８００〜１１００℃で焼純し、徐炉冷処理されたマンガン基制振合金で形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ケーシングを固定部に固着される固着部位とこの固着部位から離間した軸受嵌合部位間の連結部に制振部位を設けた単純構成とする。これにより、減衰力のバラツキを抑制するための煩雑な作業が不要となるので製造コストの低廉化を図ることができる。また、制振合金を用いた一体構成化されるので制振部位の形状を変えることでバネ定数をコントロールすることができる。従って回転体から伝わった振動を制振部位の形状と材料の持つ高い減衰性能で吸収することができる。更に、一体構成とすることでモデル化が容易になり、ＦＥＭ（有限要素法）などにより正確な減衰力が把握し易くなり、製品の信頼性を高めることができる。

本発明の実施形態に係る回転体の軸受支持装置の断面図である。回転体の軸受支持装置の全体斜視図である。軸受支持装置のヒステリシス線図である。軸受支持装置の性能を表す図表である。

以下、本発明に係る回転体の軸受支持装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、軸受支持装置１は、ケーシング４が後述する制振合金により所定長さの中空状の円筒形に一体形成されたものである。ケーシング４の一端には、固着部位Ｍにフランジ８が設けられており、このフランジ８は複数のボルト９によりハウジングなどの固定部６に固着されている。

ケーシング４の先端には、危険速度以上で高速回転する回転軸２を支持する軸受５が固定される軸受嵌合部位Ｆが設けられている。この軸受嵌合部位Ｆは、軸受５の外形を例えば焼き嵌めにより嵌合する嵌合孔１２が形成されており、嵌合孔１２の先端側内周縁には抜け止め部１４が形成されている。

ケーシング４の一端である固着部位Ｍと、この固着部位Ｍから離間した他端部位に配置される軸受嵌合部位Ｆとの間は、円筒状の連結部が設けられており、この連結部には回転軸２からの振動を制振する制振部位Ｈとして機能する。

この制振部位Ｈは、軸受嵌合部位Ｆの嵌合孔１２より薄い肉圧に形成された大径の円管形に形成された円管部１６となっている。円管部１６には、複数の貫通孔１０が円周方向に沿って均等且つ並列に設けられている。

図２は、ケーシング４の全体斜視図である。ケーシング４は、制振合金により所定長さの中空状の円筒形に一体形成されているので、ＦＥＭ（有限要素法）で解析するためのＦＥＭモデルをコンピュータ上に容易に作成することができる。

次に、ケーシング４を形成する制振合金に付き説明する。
この制振合金は、合金そのものが振動を吸収してしまう合金で、大別して複合型、強磁性型、転位型、双晶型の４種類がある。

本実施形態では、例えば、マンガン（Ｍｎ）をベースとし、基本組成として原子％で、Ｃｕ：２０±５％、Ｎｉ：５±３％、Ｆｅ：５±３％、Ａｌ：２〜５％を含有する加工性に優れたマンガン基制振合金が使用される。そして、前記制振合金は、鋳造後および／または加工後に８００〜１１００℃で焼純し、徐炉冷処理される。

次に、軸受支持装置１の制振特性、具体的にはケーシング４のヒステリシス線図に付き図３を参照して説明する。
図３には、上述した制振合金を用いて一体形成したケーシング４のＦＥＭモデルをＦＥＭ解析して求めたヒステリシス線図が示されている。

すなわち、図３に示すヒステリシス線図において、縦軸は図１に示したケーシング４の固着点Ａから所定距離だけ離間した先端部位の荷重作用点Ｂにおける軸受５のラジアル方向の正逆荷重Ｒの大きさ（ｋｇｆ）を示し、横軸は荷重作用点Ｂにおけるラジアル方向の変位（μｍ）を示す。

ヒステリシス線図Ｅは、縦横軸の０を基準として右肩上がりに傾斜した２つの湾曲線からなる。このヒステリシス線図Ｅでは、上端ないし下端部においてケーシング４の先端部位（荷重作用点Ｂ）に±３００ｋｇｆの荷重を加えた時に、許容範囲内とされる±３０μｍの変位（振幅）が得られた。

ケーシング４のＦＥＭ解析の結果、すなわちヒステリシス線図Ｅから、図４の図表に示すようにケーシング４は、ヒステリシス面積（ヒステリシス線図Ｅの面積）が９２６．９ｋｇｆ・μｍ、剛性（ヒステリシス線図Ｅの傾き）が１．１５×１０^５ｋｇｆ／ｃｍとなり、要求される減衰性を満足する数値が得られた。

このように、上述した実施形態によれば、ケーシング４が、軸受５が嵌合する軸受嵌合部位Ｆと、軸受嵌合部位Ｆに対して回転軸２の軸方向に離間した位置に配置されると共に固定部６に固着される固着部位Ｍと、軸受嵌合部位Ｆと固着部位Ｍとを連結すると共に回転軸２からの振動を制振する制振部位Ｈと、を有するように形成したので、ケーシング４自体に防振性能を備えることができる。これにより、従来のようにボルトの締め付け力を加減して減衰力のバラツキを抑制するための作業が不要となり、組立作業が単純化されるので製造コストの低廉化を図ることができる。

また、ケーシング４が制振合金を使用した一体構成として形成されているので、振動試験のためのＦＥＭモデル化が容易になるのでＦＥＭ（有限要素法）などの性能予測により正確な減衰力が把握し易くなり、製品の信頼性を高めることができる。

さらに、円管状の制振部位Ｈに軸方向に向く長孔で形成される複数の貫通孔１０を並列に設けることで、制振性能（バネ定数・ダンパ定数）の調整が容易になる。また、ＦＥＭ（有眼要素法）により、正確な制振性能が容易に把握し易く、性能予測を確実に行うことができる。

前述した実施の形態で示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、制振部位Ｈの形状は、上記のような貫通孔１０の数や個々の形状に限らない。具体的には、貫通孔１０を形成せずに円管状の肉厚を薄肉に形成することもでき、固定部６に固着される固着部位Ｍと軸受嵌合部位Ｆの間の連結部の離間距離をさらに長くした構成とすることもできる。

また、本実施形態に係る回転体の軸受支持装置は、従来文献１のように危険速度で高速回転する回転体の防振性能の高いダンパとして実現することは勿論、極低温環境下においても振動を抑制する性能を備えることができる。

また、制振部位Ｈに形成された軸方向の長孔に代えて、軸方向と直交する円周方向に複数のスリットを均等に配置する構成とすることもできる。また円管形の内壁に複数の凹凸溝を並設してばね効果及びダンパー効果を奏する形状とすることもできる。

１…軸受支持装置
２…回転軸（回転体）
４…ケーシング
５…軸受
６…固定部
１０…貫通孔
Ｍ…固着部位
Ｆ…軸受嵌合部位
Ｈ…制振部位

Claims

回転体を支持する軸受をケーシングを介して固定部に固定する軸受支持装置において、
前記ケーシングは、制振合金により形成され、かつ、
前記軸受に嵌合する軸受嵌合部位と、
前記軸受嵌合部位に対して前記回転体の軸方向に離間した位置に配置されると共に前記固定部に固着される固着部位と、
前記軸受嵌合部位と前記固着部位とを連結すると共に前記回転体からの振動を制振する制振部位とを有し、
前記制振部位は、円管形に形成され円周方向に沿って複数の貫通孔が並列に設けられる
ことを特徴とする回転体の軸受支持装置。
前記ケーシングは、マンガン（Ｍｎ）をベースとし、基本組成として原子％で、Ｃｕ：２０±５％、Ｎｉ：５±３％、Ｆｅ：５±３％、Ａｌ：２〜５％を含有し、８００〜１１００℃で焼純し、徐炉冷処理されたマンガン基制振合金で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転体の軸受支持装置。