JP2013060988A - Cylindrical roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、円筒ころ軸受に関し、特に液体ロケットエンジン用ターボポンプの極低温流体中で使用される円筒ころ軸受に関するものである。 The present invention relates to a cylindrical roller bearing, and more particularly to a cylindrical roller bearing used in a cryogenic fluid of a turbo pump for a liquid rocket engine.
現行の液体ロケットエンジン用ターボポンプに使用される軸受(アンギュラ玉軸受)は、液体水素や液体酸素中の極低温流体中で使用されるため、潤滑油やグリースによる潤滑を採用することはできない。このため、固体潤滑剤であるPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)をガラス織布に含浸させた複合材によって保持器を形成し、回転中に保持器のポケットに滑り接触する転動体及びその転動体と接触する軌道輪の軌道面に固体潤滑剤を移着することで潤滑を行うようにしている(特許文献1)。 Since the bearings (angular ball bearings) used in current liquid rocket engine turbo pumps are used in cryogenic fluids in liquid hydrogen and liquid oxygen, lubrication with lubricating oil or grease cannot be employed. For this reason, a cage is formed of a composite material in which a glass woven fabric is impregnated with PTFE (polytetrafluoroethylene), which is a solid lubricant, and the rolling element slidingly contacts the pocket of the cage during rotation, and the rolling element Lubrication is carried out by transferring a solid lubricant to the raceway surface of the raceway in contact (Patent Document 1).
この場合、運転開始直後においては保持器からの固体潤滑剤の移着が不十分であるため、予め転動体及び軌道面にスパッタリングによって固体潤滑剤の被膜を形成することにより、運転初期における潤滑性を確保している(非特許文献1) In this case, since the transfer of the solid lubricant from the cage is insufficient immediately after the start of operation, the lubricity at the initial stage of the operation is formed by forming a coating film of the solid lubricant by sputtering on the rolling elements and the raceway surface in advance. (Non-patent Document 1)
液体ロケットエンジン用ターボポンプでは、性能及び信頼性を高めるため、軸受のラジアル剛性を向上させる必要があるが、従来使用されているアンギュラ玉軸受では大幅なラジアル剛性の向上は望めない。そこで、ラジアル剛性の高い円筒ころ軸受を使用する。 In a liquid rocket engine turbo pump, it is necessary to improve the radial rigidity of the bearing in order to improve performance and reliability. However, a conventionally used angular ball bearing cannot be improved significantly. Therefore, cylindrical roller bearings with high radial rigidity are used.
しかし、アンギュラ玉軸受において採られていた従来の潤滑手段をそのまま円筒ころ軸受に適用しただけでは、ころの端面に固体潤滑剤を積極的に移着させることができず、ころの端面とこれに対向した軌道輪のつばとの間の潤滑が不十分になる問題がある。 However, simply applying the conventional lubrication means employed in angular ball bearings to cylindrical roller bearings as it is, it is not possible to positively transfer the solid lubricant to the roller end surfaces. There is a problem of insufficient lubrication between the collars of the facing races.
そこで、この発明はころの端面にも十分に固体潤滑剤を移着させることができる構造の円筒ころ軸受を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a cylindrical roller bearing having a structure capable of sufficiently transferring a solid lubricant to the end face of the roller.
前記の課題を解決するために、この発明は、内輪、外輪、これらの軌道面間に介在された円筒形の多数のころ及び各ころを一定間隔に保持する保持器とからなり、前記保持器が固体潤滑剤を含んだ材料によって形成された円筒ころ軸受において、固定側の軌道輪のつばところとの間に固体潤滑剤を含んだ潤滑リングが介在された構成を採用した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises an inner ring, an outer ring, a large number of cylindrical rollers interposed between these raceway surfaces, and a cage that holds each roller at a predetermined interval. In the cylindrical roller bearing formed of a material containing solid lubricant, a configuration in which a lubrication ring containing solid lubricant is interposed between the flanges of the stationary-side raceway ring is adopted.
前記ころが保持器の柱部に接触することによりころの転動面に固体潤滑剤が移着され、ころの自転に伴いその固体潤滑剤が内外輪の軌道面に移着される。 When the roller contacts the pillar portion of the cage, the solid lubricant is transferred to the rolling surface of the roller, and the solid lubricant is transferred to the raceway surface of the inner and outer rings as the roller rotates.
固定側の軌道輪のつばと潤滑リングの間に固定リングが介在された構成を採ることが望ましい。固定リングにより潤滑リングの軸方向の反りを抑制させることができ、ころの端面と潤滑リングとの接触が確実となる。 It is desirable to adopt a configuration in which a fixing ring is interposed between the collar of the fixed-side raceway ring and the lubricating ring. The fixing ring can suppress the axial warping of the lubricating ring, and the contact between the end face of the roller and the lubricating ring is ensured.
前記固定リングを潤滑リングとつばとの間に設けられた嵌合溝に密着嵌合させることにより、固定リングの姿勢を安定させることができる。前記嵌合溝の幅に比べて固定リングの幅が小さい場合は、嵌合溝とつばと間に皿ばね等の弾性体を介在することにより固定リングを安定させることができる。弾性体を介在させる構成は、固定リングや潤滑リングの幅が狭く剛性が低い場合のこれら部品の反りを防止するうえで有効である。 The posture of the fixing ring can be stabilized by closely fitting the fixing ring in a fitting groove provided between the lubricating ring and the collar. When the width of the fixing ring is smaller than the width of the fitting groove, the fixing ring can be stabilized by interposing an elastic body such as a disc spring between the fitting groove and the collar. The configuration in which the elastic body is interposed is effective in preventing warpage of these parts when the width of the fixing ring or the lubricating ring is narrow and the rigidity is low.
以上のように、この発明によれば、液体水素や液体酸素などの極低温流体中で使用されることにより、潤滑油やグリースによる潤滑手段を採用できない場合の円筒ころ軸受において、ころの転動面はもとより、ころの端面にも積極的に固体潤滑剤を移着させることができる。 As described above, according to the present invention, in a cylindrical roller bearing in which lubrication means using lubricating oil or grease cannot be employed by being used in a cryogenic fluid such as liquid hydrogen or liquid oxygen, the roller rolling Solid lubricant can be positively transferred not only to the surface but also to the end face of the roller.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
[実施形態1]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[Embodiment 1]
図1及び図2に示した実施形態1の円筒ころ軸受11は、通常の場合と同様の内輪12、外輪13、これらの軌道面14、15の間に介在された円筒形の多数のころ16及び各ころ16を一定間隔に保持する保持器17を備えた内輪回転の円筒ころ軸受である。
A cylindrical roller bearing 11 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 includes an
保持器17は、内輪12に接触して回転される内輪案内形式であり、ガラス織布にPTFE等の自己潤滑性を有する固体潤滑剤を含浸させた複合材によって形成される。保持器17は、図3に示したように、軸方向両側の円環部17aと、その円環部17a相互間を連結する一定間隔の柱部17bによって構成され、前記円環部17aと柱部17bによって囲まれた多数のポケット18が円周方向に等間隔に設けられる。ポケット18内にころ16が収納され、ころ16の両端面19が円環部17aに接触し、転動面21が柱部17bに接触する。
The
図2に示したように、前記内輪12の軌道面14の両側に外径方向に立ち上がったつば22が設けられる。つば22の軌道面14からの高さをx1とする。外輪13の軌道面15の両側に外径方向の段差面23が設けられ、その段差面23だけ拡径された取付け面24が設けられる。前記取付け面24と外輪13のつば20の間に嵌合溝25が設けられる。
As shown in FIG. 2,
前記段差面23と取付け面24によって形成されるコーナ部に、潤滑リング26が介在される。潤滑リング26は、PTFE等の自己潤滑性を有する固体潤滑剤によって形成される。また、より強度が求められる場合は、ガラス織布に上述の固体潤滑剤を含浸させた複合材によって形成してもよい。取付け面24の軸方向の幅は潤滑リング26の幅に一致するよう形成され、嵌合溝25に収納された固定リング27が前記潤滑リング26に密着する。固定リング27はスプリットリングにより形成される(図4参照)。
A
潤滑リング26の内径は、外輪13の軌道面15から高さx2だけ内径側に突き出す大きさに設定される。前記高さx2は、前記内輪12のつば22の高さx1と等しいか、大きく設定される(x1≦x2)。
The inner diameter of the
前記固定リング27の内径は潤滑リング26の内径に等しいか、わずかに大きく形成され、固定リング27によって潤滑リング26が運転中にころ16と接触した時の軸方向の反りが抑制される。
The inner diameter of the
図2に示したように、前記のころ16が軌道面14、15のセンター位置にある場合において、ころ16の各端面19と潤滑リング26の内側面29との軸方向スキマy及び内輪12のつば22の内側面28との軸方向スキマzは、y<zの関係になるように設定される。
As shown in FIG. 2, when the
スキマy、zが前記の関係にあることにより、つば22の内側面28の位置が潤滑リング26の内側面29の位置よりわずかな量δ(=z−y)だけ外方にある。これにより、ころ16が軸方向に移動して(図5の矢印a参照)その端面19が潤滑リング26の内側面29に接触した際において、端面19とつば22の内側面28との間にδの大きさの微小スキマが生じる。
Since the gaps y and z are in the above relationship, the position of the
なお、運転開始直後においては保持器17及び潤滑リング26からの固体潤滑材(PTFE)の移着が不十分であることに対処すべく、予めころ16及び軌道面14、15及び内輪12のつば22の内側面28にスパッタリングによって固体潤滑剤被膜を形成することにより、運転初期における潤滑性を確保する。
It should be noted that immediately after the start of operation, in order to cope with the insufficient transfer of the solid lubricant (PTFE) from the
図6は、前記円筒ころ軸受11とアンギュラ玉軸受31を組み合わせた使用例を示す。アンギュラ玉軸受31は、その内輪32の幅面34と外輪33の幅面35を円筒ころ軸受11の内輪12と外輪13の端面に接触させている。これによりアンギュラ玉軸受31でアキシャル荷重を負荷し、円筒ころ軸受11の軌道面14、15のセンター位置を合わせ、内輪12及び外輪13の軸方向位置を固定するようにしている。
FIG. 6 shows a usage example in which the cylindrical roller bearing 11 and the angular ball bearing 31 are combined. In the angular ball bearing 31, the
実施形態1の円筒ころ軸受11は以上のように構成される。なお、外輪回転の場合は、固定側となる内輪に同様の構成を持つ。
次にその作用について説明する。
The cylindrical roller bearing 11 of Embodiment 1 is configured as described above. In the case of outer ring rotation, the inner ring on the fixed side has the same configuration.
Next, the operation will be described.
前記のように、運転の初期においては、予め形成された固体潤滑剤被膜によってころ16及び軌道面14、15が潤滑される。また、前記のδの大きさの微小スキマがあることにより、運転初期においては、ころ16の端面19は潤滑リング26の内側面29に接触するが、つば22の内側面28には接触しない。これにより、固体潤滑剤を移着する前に、ころ16の端面19がつば22の内側面28に接触することが避けられる。
As described above, at the initial stage of operation, the
ころ16の転動面21が柱部17bに接触することにより、転動面21に固体潤滑剤の移着が行われる。ころ16の回転に伴い転動面21に移着した固体潤滑剤は各軌道面14、15に移着される。
When the rolling
ころ16は左右のすきまyの範囲で軸方向に動きながら自転しつつ公転する。ころ16の端面19が潤滑リング26の内側面29と接触することにより、端面19と高さx2の範囲の接触部分に移着が行われる。
The
つば22の高さx1と潤滑リング26の高さx2の関係を、x1≦x2に設定しておくことにより、ころ端面19が内側面28と接触する部分を補うことができる。
By setting the relationship between the height x1 of the
運転が進行し、潤滑リング26の内側面29にδ(図5参照)に相当する厚さ分の摩耗が生じると、ころ16の端面19には十分に固体潤滑剤の移着が進んでいるから、その時点でころ16の端面19とつば22の内側面28が接触し、潤滑が不十分になることはない。
[実施形態2]
When the operation proceeds and the
[Embodiment 2]
図7に示した実施形態2に係る円筒ころ軸受11は、軸受幅が狭く前記の潤滑リング26及び固定リング27を装着するための幅Eを十分に確保できず、これらの部品に十分な厚さを持たせることができない場合の対策として有効な構造である。
The
即ち、潤滑リング26及び固定リング27の厚さが十分でなく、その剛性が低い場合、潤滑リング26にころ16の端面19が接触して外向きの荷重が加えられると、潤滑リング26が軸受外側方へ大きく弾性変形する可能性がある。その場合、端面19と潤滑リング26との接触面積が減少するため、固体潤滑剤を端面19側へ十分に移着することができない不都合が生じる。
That is, when the
このような不都合を防止すべく、実施形態2の場合は、嵌合溝25に収容された固定リング27の外側面に弾性体として皿ばね36を介在して、固定リング27の背面を支えるようにしたものである。
In order to prevent such inconvenience, in the case of the second embodiment, a
図8に示したように、固定リング27と嵌合溝25の内端面間の幅をM、皿ばね36の自由高さ(無負荷時高さ)をH、ころ16の端面19と潤滑リング26の内側面29のスキマをFとすると、M≦H、ただし、M<Hのとき、H−M<Fの関係に設定される。
As shown in FIG. 8, the width between the fixing
前記のただし書きは、M<Hの関係があると皿ばね36の力によって潤滑リング26がころ16側へ反ることになるが、その場合においても潤滑リング26がころ16の端面19に荷重を加えない、即ち、接触しないように当該皿ばね36の自由高さを設定すべきであることを意味する。
In the above proviso, if there is a relationship of M <H, the lubricating
以上の構成により、ころ16に余計な荷重が加えられることがなく、またころ16の端面19が潤滑リング26と接触した際に外側方へ反ることがない。このため、潤滑リング26及び固定リング27の厚さが十分にとれない場合であっても、前記実施形態1の場合と同様に、前述の高さx2の範囲においてころ16の端面19が潤滑リング26に接触し、ころ16の端面19に固体潤滑剤を移着させることができる。
With the above configuration, an extra load is not applied to the
11 円筒ころ軸受
12 内輪
13 外輪
14、15 軌道面
16 ころ
17 保持器
17a 円環部
17b 柱部
18 ポケット
19 端面
20 つば
21 転動面
22 つば
23 段差面
24 取付け面
25 嵌合溝
26 潤滑リング
27 固定リング
28 内側面
29 内側面
31 アンギュラ玉軸受
32 内輪
33 外輪
34 幅面
35 幅面
36 皿ばね
11
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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2011
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