JP2012531566A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受装置の信頼性、耐久性および寿命が向上し、比速度を増加させることが可能な支持アセンブリを提供する。
【解決手段】本発明の支持アセンブリのボディ４には、中空のシャフト１が装着されており、この中空のシャフト１には、少なくとも２つの保持器付き転がり軸受が互いに離間して取り付けられている。保持器６には支持体７が設けられている。保持器支持体７は、中空パイプの形態であり、シャフト１内部で、当該シャフト１と、支持アセンブリのボディ４に固定されて潤滑油供給路９が設けられた円筒状のロッド８とに対して同心になるように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は機械構造に関し、特に、転がり軸受を用いた支持アセンブリに関する。本発明は、高速運転による大きな遠心負荷が軸受装置に加わる機械や機構、特に、強力な人工重力場が生じる遊星減速歯車、遊星ギアボックス、および遊星型遠心ミルに適用可能である。

特許文献１に、既知の転がり軸受が記載されている。この転がり軸受は、内輪、外輪、転動体、および歯を端部に有するカートリッジ型の保持器を備える。この軸受の欠点として、シャフトの一端にカートリッジ型のブッシングが緩く取り付けられた非対称構造に起因する、保持器のずれが挙げられる。さらに、同特許文献１の構造は、軸受に潤滑油を供給しないので寿命が短く、その用途も、回転周波数が低く遠心負荷が過剰にならないような分野に限定される。

特許文献２に記載された既知の軸受は、シャフトに設けられた転がり軸受と、軸受端部から突出した長尺部を含む歯状の保持器とを備える。また、シャフトにはブッシングが固定されている。このブッシングは前記保持器の長尺部を取り囲む鍔部を有する。ブッシング内には、軸受潤滑用の空間が設けられている。動作時には当該空間からの潤滑剤がブッシングに到達し、保持器を経た後、軸受およびシャフトに到達する。しかし、このような構造では、保持器の歯と転動体との間に点摩擦力（spot friction force）が生じることに加えて、保持器の長尺部の外面とブッシングの内面との間に面摩擦力が発生する。結果として、摩擦損失が増加し、それに伴う発熱も増大する。遊星機構に使用された場合、過度の遠心負荷による摩擦損失が増大し、軸受の過熱や固着を引き起こす。また、潤滑剤の量も、前記潤滑用の空間の容積によって制限される。さらに、この空間に潤滑剤を充填するには、機構を分解して組立て直す必要があるので、機構の動作が複雑化する。

上述した欠点は、特許文献３に記載された軸受装置の構造によって解消される。この装置は、ボディとボディ内部に配置されたシャフトとを備える。シャフトには、転がり軸受と歯状の保持器とが装着される。さらに、この装置には２つの互いに同心なブッシングが設けられており、一方はシャフトに隙間のない緊密な状態で取り付けられ、他方は前記ボディに固定される。前記保持器は、これらブッシング間の円筒溝内部に位置する。前記ボディ、シャフトおよびブッシングには、前記保持器に潤滑剤を供給するための相互連結通路が設けられており、前記保持器には、潤滑油を到達させるための開口が設けられている。潤滑油は、外部の供給源から連続的に供給される。

このような構造では、保持器の表面がブッシング表面間の油膜上を摺動するので摩擦損失が軽減される。これにより、保持器は実質上どのような負荷にも耐えることができる。また、保持器の位置を追加されたブッシング間とすることにより、曲げの発生で起こる保持器の高周波振動を排除し、保持器の疲労も解消することができる。これにより、軸受装置の寿命および動作の信頼性が向上する。

しかしながら、高速かつ高出力の負荷をシャフトに取り付けた場合には、同特許文献３の取付構造では、軸受回転軸がずれる可能性を排除できない。このようなずれが固着の原因となり、軸受装置の機能能力を低下させるため、用途が限定される。

最も信頼性の高い構造は、２つ以上の軸受を有する構造であると考えられる。この場合、軸受と軸受との間において負荷をシャフトに接続すると、負荷が当該軸受間で均等に分
布される。このような構造によると、軸受回転軸のずれが排除されるので、ユニットの寿命を向上させることができる。

特許文献３に添付された図面にも、２つの軸受をシャフトに配置した軸受装置の構造が示されている。しかしながら、前記互いに同心なブッシングが軸受間に位置し、前記歯状の保持器がこれらブッシング間に位置しているため、負荷となるギアを、シャフトの軸受と軸受との間に取り付けることができない。

特許文献４にも、２つの軸受を備えた取付アセンブリの一例（プロトタイプ）が記載されている。このユニットは中空のシャフトを備えており、この中空のシャフトに２つの対称的な転がり軸受の内輪が設けられている。内輪は互いに離間してシャフトに固定されている。軸受の外輪はボディに装着されている。軸受の複数の転動体は保持器によって互いに離間されている。この保持器は、転動体で支持されるものであってもよいし、軸受の内輪または外輪に支持されるものであってもよい。しかしながら、このような構造は、遠心速度が低く負荷が過剰でない場合にのみ動作可能である。高速運転下では保持器に過剰な負荷が加わるため、保持器の支持部品にもこの負荷が伝達する。保持器の支持部品と転動体または軸受輪との接触面積が極めて小さいため、流体潤滑がなされていても、保持器、軸受輪および転動体に、大幅な過熱および摩耗が生じる。こうなると、アセンブリおよび機構全体の早期の故障は免れない。

旧ソビエト連邦発明者証第１７６４６８号明細書（１９６３年３月２０日付公開、国際特許分類：Ｆ０６Ｃ） 旧ソビエト連邦発明者証第１３２８５９５号明細書（１９８４年６月１３日付公開、国際特許分類：Ｆ１６Ｃ１９／５４） ロシア国特許第２２１６６５９号明細書（２００１年１０月１９日付公開、国際特許分類：Ｆ１６Ｃ１９／５４） 旧ソビエト連邦特許第１０３６９８１号明細書（１９８２年５月２７日付公開、国際特許分類：Ｆ１６Ｈ１／２８；５７／０８）

本発明にかかる支持アセンブリの目的は、軸受装置の信頼性および耐久性を向上し、比速度を増加させ、寿命を向上させることである。

上記目的を達成するために、少なくとも２つの保持器付き転がり軸受が互いに離間して取り付けられる保持器支持体の構造を改良した。本発明にかかる構造において、保持器支持体は、中空パイプの形態であり、シャフト内部で、当該シャフトと、ボディに固定されて潤滑油供給路が設けられた円筒状のロッドとに対して同心になるように配置される。

前記保持器支持体は、前記円筒状のロッドの上、つまり外周に、隙間を介して配置されてもよいし、前記円筒状のロッドが、前記保持器支持体の上に隙間を介して配置されてもよい。

本発明にかかる構造では、保持器における、転動体を離間させる離間部に、様々な変形例がある。詳細には、前記保持器は、軸方向の一方に開口した歯状または冠形状であってもよいし、一対の保持器半体がリベット留めされたものであってもよい。

前記保持器支持体および前記円筒状のロッドは、前記ボディの端部から軸方向外方へ延出していてもよい。また、複数の別個の保持器支持体を設けてもよい。

摩擦負荷を軽減するために、保持器は、前記転がり軸受の軸受輪との間に隙間を有するように配置される。

中空のシャフト内部に延設された保持器支持体に保持器を固定することにより、保持器支持体とシャフトとの摩擦を、保持器支持体とシャフト内部に位置した円筒状のロッドとの摩擦に代えることができる。この場合、接触面の径が減少するので、保持器支持体の摺動の摩擦損失および線速度（linear speed）が減少し、負荷の均等性が向上する。さらに、保持器支持体をシャフト内部に配置することにより、支持アセンブリ部品の全体的な寸法および重量を減少させることができ、部品の回転慣性が減少し、比速度が増加する。保持器支持体の可動部に潤滑油が連続的に供給されることにより、機構の長期間にわたる途切れのない動作が確実となる。

本発明にかかる支持アセンブリを示す縦断面図である。

図示の支持アセンブリは、中空パイプの形態のシャフト１を備える。このシャフトの各端部に、転がり軸受が互いに離間して設置されている。転がり軸受の内輪２はシャフト１に取り付けられ、外輪はボディ４に装着されている。転動体５は内外輪間に位置している。歯状の保持器が使用される場合、ボールのような転動体５は保持器６の歯によって互いに離間される。他の構造の保持器、特に、軸方向に２つ割りされた保持器半体同士がリベット留めされた保持器も使用可能である。

保持器６に固定されてこの保持器６を支持する保持器支持体７は、中空パイプの形態であり、シャフト１のパイプ内部（中空部）に同心に取り付けられる。保持器支持体７のパイプは、ボディ４に固定された円筒状のロッド８の外周に隙間を介して取り付けられる。変形例として、保持器支持体７は、ボディ内部に同心に固定された円筒状のロッド８内部に隙間を介して取り付けられた構造、つまり、保持器支持体７の外周に隙間を介して円筒状のロッド８が取り付けられた構造としてもよい。

円筒状のロッド８およびボディ４の内部には、円筒状のロッド８と保持器支持体７との間の隙間に潤滑剤を供給するための通路９が設けられている。その隙間を経た潤滑剤は、重力または飛沫により、アセンブリの残りの部品に供給される。

円筒状のロッド８は、軸受またはボディ４の端部から延出する延出部を有していてもよい。

他の実施形態において、各保持器６について１つずつ、分離した別個の保持器支持体７を、一つの円筒状のロッドに、シャフト１と同心になるように取り付けてもよい。あるいは、各保持器支持体７に対して１つずつ、シャフト１と同心な円筒状のロッドを設けて、各保持器支持体７をその円筒状のロッドに配置してもよい。

支持アセンブリは以下のように動作する：

シャフト１が回転すると、シャフト１に取り付けられた内輪２によって転動体５に回転が伝達され、転動体５が保持器６を押圧して当該保持器６を回転させる。この場合、保持器６の回転速度は、シャフト１の回転速度よりも低い。

筒状の保持器支持体７は、強固に固定された円筒状のロッド８に沿って摺動する。動作中、潤滑油が円筒状のロッド８の通路９に加圧供給される。この潤滑油は、円筒状のロッド８に形成された開口を介して保持器支持体７と円筒状のロッド８との間の隙間に入り込む。これにより油くさび（oil wedge）と称される油膜が形成されるので、保持器支持体７は、円筒状のロッド８の表面上を実質上摩擦ゼロで摺動することができる。すなわち、転がり軸受がシャフト１から荷重を受けると、円筒状のロッド８と当該円筒状のロッド８上を摺動する保持器支持体７とが摩擦軸受を形成し、保持器に対する遠心力の有害な影響を補償することができる。これにより、保持器および支持アセンブリは、実質上どのような速度および遠心負荷にも耐えることができる。また、供給される潤滑剤が温度低下することにより、部品の熱因子が軽減される。

保持器の歯部と軸受輪との間に隙間が設けられていることにより、相互に接触しないので、アセンブリの動作の信頼性が向上する。さらに、両軸受の位置をシャフト１の両端部としているので、ずれの可能性を排除することができる。よって、負荷を増加させることができる。換言すると、支持アセンブリの寿命が向上する。

負荷は、シャフトにおいて軸受と軸受との間に加わる。

このような構成により、シャフトおよび軸受の両方の強度特性を最大限に利用することができるので、支持アセンブリの寿命および動作の信頼性を向上させることができる。

つまり、この支持アセンブリの構造により、同様の用途における公知のアセンブリが有する前述の欠点を、全て解消することができる。

上述した技術的な解決手段は、高速運転による大きな遠心負荷が軸受装置に加わる機械や機構に広く適用可能であり、特に、強力な人工重力場が生じる遊星減速歯車装置、遊星ギアボックス、および遊星型遠心ミルに適用可能である。

Claims (8)

1. ボディを備える支持アセンブリであって、
   前記ボディには、中空のシャフトが装着されており、
   前記中空のシャフトには、少なくとも２つの保持器付き転がり軸受が互いに離間して取り付けられている、支持アセンブリにおいて、
   前記保持器を支持する保持器支持体が、中空パイプの形態であり、前記シャフト内部で、当該シャフトと、前記ボディに固定されて潤滑油供給路が設けられた円筒状のロッドとに対して同心になるように配置されていることを特徴とする、支持アセンブリ。
2. 請求項１において、前記保持器支持体が、前記円筒状のロッドの外周に隙間を介して取り付けられていることを特徴とする、支持アセンブリ。
3. 請求項１において、前記円筒状のロッドが、前記保持器支持体の外周に隙間を介して取り付けられていることを特徴とする、支持アセンブリ。
4. 請求項１において、前記保持器が、歯状の保持器であることを特徴とする、支持アセンブリ。
5. 請求項１において、前記保持器が、リベット留め構造であることを特徴とする、支持アセンブリ。
6. 請求項１において、前記保持器支持体および前記円筒状のロッドが、前記ボディの端部から延出していることを特徴とする、支持アセンブリ。
7. 請求項１において、前記各保持器が、複数の別個の保持器支持体に支持されていることを特徴とする、支持アセンブリ。
8. 請求項１において、前記保持器が、前記転がり軸受の軸受輪との間に隙間を有するように配置されていることを特徴とする、支持アセンブリ。

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