JP2014085006A - Thrust bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スラスト軸受に関する。 The present invention relates to a thrust bearing.
従来、高速回転体用の軸受として、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受が知られている。このようなスラスト軸受のうち、動圧効果を利用するスラスト動圧軸受では、例えば軸受面にスパイラル溝を形成し、スラストカラーと軸受面との間に流体潤滑膜を形成することで、該潤滑膜を介して回転軸を支持している。
このようなスラスト動圧軸受としては、特許文献1に、軸振動や衝撃を吸収するために柔軟なフォイル、例えば厚さ100μm前後の金属製薄板で軸受面を形成し、この軸受面の下に該軸受面を柔軟に支持するためのフォイル構造を有したものが開示されている。
Conventionally, as a bearing for a high-speed rotating body, a thrust bearing is known that is disposed so as to face a thrust collar provided on a rotating shaft. Among such thrust bearings, a thrust dynamic pressure bearing that uses a dynamic pressure effect, for example, forms a spiral groove on the bearing surface and forms a fluid lubrication film between the thrust collar and the bearing surface, thereby providing the lubrication. The rotating shaft is supported through the membrane.
As such a thrust dynamic pressure bearing, in Patent Document 1, a bearing surface is formed of a flexible foil, for example, a metal thin plate having a thickness of about 100 μm, in order to absorb shaft vibration and shock, and the bearing surface is formed below the bearing surface. The one having a foil structure for flexibly supporting the bearing surface is disclosed.
この特許文献1では、一方の面(スラストカラーに対向する面)にスパイラル溝を形成したフォイル(トップフォイル)を軸受面(軸受板)としている。そして、軸受面の下に挿入した各フォイルにもそれぞれエッチング溝を形成し、溝が互い違いになるようにフォイル同士を重ね合わせることにより、バネのように機能させている。
したがって、特許文献1に開示された軸受にあっては、軸受面が柔軟なため、振動や衝撃によって発生する回転軸の動き、すなわちスラストカラーの軸方向の動きと、スラストカラーの振動(面振れ)による傾きとをある程度吸収できるようになっている。
In Patent Document 1, a foil (top foil) in which a spiral groove is formed on one surface (a surface facing the thrust collar) is used as a bearing surface (bearing plate). Etching grooves are also formed in each foil inserted under the bearing surface, and the foils are overlapped so that the grooves are alternated to function like a spring.
Therefore, in the bearing disclosed in Patent Document 1, since the bearing surface is flexible, the movement of the rotating shaft caused by vibration or impact, that is, the axial movement of the thrust collar and the vibration of the thrust collar (surface runout). ) Can be absorbed to some extent.
ところで、薄い金属板の片面に溝加工を施すと、板両面の残留応力の釣り合いが崩れ、金属板に反りが発生する。すなわち、薄い金属板にはその圧延加工時に圧縮応力が残留するため、片面に溝加工を施すとこの加工面側が圧縮応力から解放され、残留応力が依然として残る裏面との間で応力差が生じ、反りが発生する。したがって、軸受面(軸受板)となるトップフォイルの片面にスパイラル溝を加工したときにも、同じ理由によってトップフォイルに反りが生じる。 By the way, when groove processing is performed on one side of a thin metal plate, the balance of residual stresses on both sides of the plate is lost, and the metal plate is warped. That is, since compressive stress remains in the thin metal plate during the rolling process, if a groove is formed on one side, the processed surface side is released from the compressive stress, and a stress difference occurs between the back side where the residual stress remains, Warping occurs. Therefore, when the spiral groove is machined on one surface of the top foil that becomes the bearing surface (bearing plate), the top foil warps for the same reason.
この反りが大きいと、スラストカラーとトップフォイルとの隙間が不均一になり、特に回転軸の回転開始後、流体潤滑膜が形成されて反りが平たく伸ばされるまでの初期時において、設計どおりの軸受負荷能力が発揮されなくなる。また、反りがより大きいと、流体潤滑膜が形成されても反りが平たく伸ばされず、したがって最悪の場合、トップフォイルがスラストカラーに接触し続けることで焼き付きに陥る可能性がある。 If this warpage is large, the gap between the thrust collar and the top foil becomes non-uniform, especially at the initial stage after the rotation of the rotating shaft until the fluid lubrication film is formed and the warp is flattened. The load capacity will not be demonstrated. If the warpage is larger, the warpage is not flattened even when the fluid lubricating film is formed. Therefore, in the worst case, the top foil may be kept in contact with the thrust collar and may be seized.
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、軸受面(軸受板)の反りを抑制し、これによって流体潤滑膜が形成されるまでの初期時においても、設計どおりの良好な軸受負荷能力を発揮できる、スラスト軸受を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to suppress warping of the bearing surface (bearing plate), and as a result, even at the initial stage until the fluid lubrication film is formed. It is an object of the present invention to provide a thrust bearing capable of exhibiting a good bearing load capability.
本発明のスラスト軸受は、回転軸に設けられたスラストカラーに対向して配置されるスラスト軸受であって、
前記スラストカラーに対向して配置される円環状の軸受板と、
前記軸受板の、前記スラストカラーに対向する面と反対側の面に対向して配置されて、該軸受板を支持するベース部とを備え、
前記軸受板には、前記スラストカラーに対向する第1面に動圧発生用のスパイラル溝が形成されるとともに、前記第1面と反対の側の第2面にスパイラル溝が形成されていることを特徴とする。
The thrust bearing of the present invention is a thrust bearing disposed to face a thrust collar provided on a rotating shaft,
An annular bearing plate disposed to face the thrust collar;
The bearing plate is disposed to face the surface opposite to the surface facing the thrust collar, and includes a base portion that supports the bearing plate,
In the bearing plate, a spiral groove for generating dynamic pressure is formed on a first surface facing the thrust collar, and a spiral groove is formed on a second surface opposite to the first surface. It is characterized by.
このスラスト軸受によれば、軸受板のスラストカラーに対向する第1面に動圧発生用のスパイラル溝を形成するとともに、第1面と反対の側の第2面にスパイラル溝を形成しているので、第1面だけでなく第2面にもスパイラル溝を形成していることにより、軸受板の両面に残留する圧縮応力の差が小さくなり、したがって、応力差に起因する反りが軸受板に発生するのが抑制される。 According to this thrust bearing, the spiral groove for generating dynamic pressure is formed on the first surface of the bearing plate facing the thrust collar, and the spiral groove is formed on the second surface opposite to the first surface. Therefore, by forming spiral grooves not only on the first surface but also on the second surface, the difference in compressive stress remaining on both surfaces of the bearing plate is reduced, so that warpage due to the stress difference is caused in the bearing plate. Occurrence is suppressed.
また、前記スラスト軸受において、前記第2面のスパイラル溝は、前記第1面のスパイラル溝と同一形状に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、軸受板の両面に残留する圧縮応力の差がほぼ無くなり、したがって反りの発生が防止される。
また、スラスト軸受は、一般にスラストカラーの両側にそれぞれ配置されて用いられるが、その場合にスラストカラーの一方の側と他方の側では、スパイラル溝の向きが互いに異なる向きのものが用いられる。すなわち、従来ではスラストカラーの一方の側と他方の側では、それぞれ異なる軸受板が用いられる。これに対してこのスラスト軸受における軸受板は、第1面のスパイラル溝と第2面のスパイラル溝とを使い分けることにより、同じ軸受板でスラストカラーの一方の側と他方の側の両方に用いることが可能になる。したがって、部品の共通化を可能にしてコスト削減を図ることができる。
In the thrust bearing, it is preferable that the spiral groove on the second surface is formed in the same shape as the spiral groove on the first surface.
In this way, the difference in compressive stress remaining on both surfaces of the bearing plate is almost eliminated, and therefore the occurrence of warpage is prevented.
Further, the thrust bearing is generally used by being disposed on both sides of the thrust collar, and in this case, the thrust collars having different directions on one side and the other side are used. That is, conventionally, different bearing plates are used on one side and the other side of the thrust collar. On the other hand, the bearing plate in this thrust bearing should be used on both the one side and the other side of the thrust collar with the same bearing plate by using the spiral groove on the first surface and the spiral groove on the second surface. Is possible. Therefore, it is possible to reduce the cost by enabling common parts.
また、前記スラスト軸受において、前記第2面のスパイラル溝は、前記第1面のスパイラル溝に対して面対称に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、軸受板の両面に残留する圧縮応力の差が無くなり、したがって反りの発生が確実に防止される。
また、同じ軸受板でスラストカラーの一方の側と他方の側の両方に用いることができ、したがって部品の共通化を可能にしてコスト削減を図ることができる。
さらに、軸受板の第1面に形成された溝間のランド部の裏側(第2面)も必ずランド部となり、したがって第1面に形成されたランド部は第2面の対応する箇所のランド部で支持されることにより、軸受板が撓みにくくなる。これにより、スラスト軸受は設計通りの良好な負荷能力を発揮するようになる。
In the thrust bearing, it is preferable that the spiral groove on the second surface is formed symmetrically with respect to the spiral groove on the first surface.
In this way, there is no difference in compressive stress remaining on both surfaces of the bearing plate, and therefore warpage is reliably prevented.
Further, the same bearing plate can be used for both the one side and the other side of the thrust collar, so that the parts can be shared and the cost can be reduced.
Further, the back side (second surface) of the land portion between the grooves formed on the first surface of the bearing plate is always a land portion, and therefore the land portion formed on the first surface corresponds to the land of the corresponding portion of the second surface. By being supported by the portion, the bearing plate is hardly bent. Thereby, the thrust bearing comes to exhibit a good load capacity as designed.
また、前記スラスト軸受において、前記第1面のスパイラル溝は、ポンプイン形スパイラル溝であることが好ましい。 In the thrust bearing, the spiral groove on the first surface is preferably a pump-in spiral groove.
本発明のスラスト軸受によれば、軸受板に、その第1面だけでなく第2面にもスパイラル溝を形成することにより、軸受板の両面に残留する圧縮応力の差を小さくして応力差に起因する反りが軸受板に発生するのを抑制しているので、流体潤滑膜が形成されるまでの初期時においても、設計どおりの良好な軸受負荷能力を発揮することができる。したがって、軸受板がスラストカラーに接触し続けることで焼き付きに陥る不都合を、確実に回避することができる。 According to the thrust bearing of the present invention, the spiral groove is formed not only on the first surface but also on the second surface of the bearing plate, thereby reducing the difference in compressive stress remaining on both surfaces of the bearing plate. Therefore, the bearing load capacity as designed can be exhibited even at the initial stage until the fluid lubrication film is formed. Therefore, it is possible to reliably avoid the inconvenience that the bearing plate continues to contact the thrust collar and falls into seizure.
以下、図面を参照して本発明のスラスト軸受を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図1は、本発明のスラスト軸受が適用されるターボ機械の一例を模式的に示す側面図であり、図1中符号1は回転軸、2は回転軸の先端部に設けられたインペラ、3は本発明に係るスラスト軸受である。
Hereinafter, the thrust bearing of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
FIG. 1 is a side view schematically showing an example of a turbo machine to which a thrust bearing of the present invention is applied. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a rotating shaft, 2 denotes an impeller provided at the tip of the rotating shaft, 3 Is a thrust bearing according to the present invention.
回転軸1には、インペラ2が形成された側にスラストカラー4が固定されており、このスラストカラー4には、このスラストカラー4を挟持するようにしてスラスト軸受3が配置されている。
また、インペラ2は静止側となるハウジング5内に配置されており、ハウジング5との間にチップクリアランス6を有している。
また、回転軸1には、スラストカラー4より中央側に、ラジアル軸受7が設けられている。
A
The
The rotary shaft 1 is provided with a radial bearing 7 on the center side of the
図2(a)、(b)は、このような構成のターボ機械に適用されたスラスト軸受の第1実施形態を示す図であり、(a)は側断面図、(b)は(a)のA−A線矢視図である。なお、(a)は(b)のB−B線で断面視した図である。この第1実施形態のスラスト軸受3A(3)は、スラストカラー4の両側にそれぞれ配置される軸受部30、30を有し、これら軸受部30、30間が軸受スペーサ31を介して一体化されたものである。
FIGS. 2A and 2B are views showing a first embodiment of a thrust bearing applied to the turbomachine having such a configuration, where FIG. 2A is a side sectional view, and FIG. It is an AA line arrow directional view. In addition, (a) is the figure seen by the cross section by the BB line of (b). The
軸受部30、30は、互いに同じ構成に形成されたもので、スラストカラー4を挟んで対称に配設されている。これら軸受部30は、回転軸1に固定された円板状のスラストカラー4に対向して配置された円環状(円筒状)のもので、回転軸1に外挿した状態に設けられている。軸受部30は、スラストカラー4に対向して配置される軸受層8と、この軸受層8の、前記スラストカラー4に対向する面と反対側の面に対向して配置されたベース板9と、これら軸受層8とベース板9との間に配置された円環バネ(弾性支持部)10と、を備えている。
The bearing
軸受層8は、本実施形態では3枚の軸受フォイル19、20、21が重ねられて形成されている。3枚の軸受フォイル19、20、21は、いずれも、回転軸1を挿通するための貫通孔8aを有した金属製で円環板状のものである。これら軸受フォイル19、20、21のうち、スラストカラー4側の軸受フォイル19は、本発明における軸受板として機能するもので、厚さが例えば0.2mm程度に形成されており、図3(a)〜(c)に示すようにその表裏両面にスパイラル溝11(16)を形成している。ここで、図3(a)は軸受フォイル19の第1面(表面)19aを示す平面図、図3(b)は軸受フォイル19の側面図、図3(c)は軸受フォイル19の第2面(裏面)19bを示す平面図である。
In the present embodiment, the
軸受フォイル19には、図2(b)、図3(a)に示すように、スラストカラー4に対向する面、すなわち軸受面となる第1面(表面)19aに、動圧発生用のスパイラル溝11が30〜40μm程度の深さで形成されている。スパイラル溝11は、公知のポンプイン形のもので、多数の螺旋形溝(スパイラル状の溝)11aを周方向に沿って等間隔に配置したものであり、本実施形態では螺旋形溝11aが全て同一の流入角を有して形成されている。ただし、本発明におけるスパイラル溝は、必ずしも螺旋形溝が全て同一の流入角を有しておらず、例えば一部の螺旋形溝で異なっていたり、さらには一つの螺旋形溝内において異なる流入角を有しているような動圧発生用のスパイラル溝であっても、本発明における動圧発生用のポンプイン形スパイラル溝であるものとする。
As shown in FIGS. 2 (b) and 3 (a), the bearing
螺旋形溝11aは、第1面19aの外周端から、前記貫通孔8aの周囲に設けられた円環状のランド11bにまで延びて形成されている。ランド11bは、螺旋形溝11aの底面に対して相対的に高い位置(外側の位置)に外面を有したものである。なお、螺旋形溝11a、11a間もランド(図示せず)となっている。
The
このような構成によってスパイラル溝11(螺旋形溝11a)は、スラストカラー4が回転した際、軸受周囲の流体が第1面19aの外周側から螺旋形溝11aに沿って内周側に引き込まれ、これによってスラストカラー4と第1面19aとの間に流体潤滑膜が形成される。また、スパイラル溝11(螺旋形溝11a)によって引き込まれた流体は、ランド11bに衝突することでその流れが遮られ、動圧が保持されるため、特に軸受フォイル19の内周側で圧力が高くなる。すなわち、スパイラル溝11(螺旋形溝11a)によって形成される流体潤滑膜は、第1面19aの外周側に比べ、内周側で高くなるような圧力分布を有するものとなっている。
With such a configuration, when the
図4は、このような流体潤滑膜の圧力(動圧)の分布を示すグラフである。図4中横軸は、図2(b)に示した第1面19aにおける、中心からの半径方向の距離(位置)[r]を示し(右側に行くほど長くなる)、縦軸は流体潤滑膜の圧力(動圧)[P]を示している(上側に行くほど高くなる)。また、図4のグラフにおける(1)は、図2(b)中のランド11bの内周縁での圧力を示し、(2)は同じくランド11bの外周縁での圧力を示し、(3)は第1面19aの外周縁での圧力を示している。
FIG. 4 is a graph showing the distribution of pressure (dynamic pressure) of such a fluid lubricating film. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the distance (position) [r] in the radial direction from the center on the
図4に示すように、第1面19aの外周縁(3)からランド11bの外周縁(2)までの範囲内においては、外周側から内周側に行くに連れて流体潤滑膜の圧力(動圧)は連続的に高くなるように変化している。また、第1面19a全体で見ても、ランド11bの外周縁(2)、すなわちスパイラル溝11が形成された領域の内周端で、流体潤滑膜の圧力(動圧)が最も高くなっている。
本発明では、このようなグラフ(図4)で示される半径方向の距離[r]と流体潤滑膜の圧力[P]との関係を示す式を、P(r)として定義する。
As shown in FIG. 4, within the range from the outer peripheral edge (3) of the
In the present invention, an expression showing the relationship between the radial distance [r] and the fluid lubricating film pressure [P] shown in such a graph (FIG. 4) is defined as P (r).
また、軸受フォイル19には、図3(c)に示すようにその第2面(裏面)19bにも、スパイラル溝16が形成されている。このスパイラル溝16は、スラストカラー4と反対の側、すなわち図2中の軸受フォイル20に対向することで、動圧発生用としては機能せず、ダミーの溝となっている。また、本実施形態では、図3(a)、(c)に示すようにこのスパイラル溝16は第1面19aのスパイラル溝11と同一形状であり、該スパイラル溝11と面対称に形成されている。すなわち、第1面19aのスパイラル溝11と第2面19bのスパイラル溝16とは、各螺旋形溝11aの形状や数が同一であるだけでなく、その位相も同じであり、単にその向きだけが互いに逆に形成されている。
Further, as shown in FIG. 3C, the bearing
これらスパイラル溝11、16は、基材(金属箔)に対してエッチング加工することで形成される。したがって、第1面19aへのエッチング加工、及び第2面19bへのエッチング加工については、例えば同一のマスクを逆に用いることで同一の条件で行うことができ、工程管理を容易にすることができる。そして、このように第1面19aと第2面19bとで同一形状のスパイラル溝11、16を形成していることにより、この軸受フォイル19は、その両面に残留する圧縮応力の差が無くなっている。したがって、この軸受フォイル19は、一方の面にのみスパイラル溝を形成した従来の軸受板とは異なり、反りの無い平坦な薄板となっている。すなわち、反りの発生が確実に防止されている。
These
また、この軸受フォイル19は、図2(a)においてスラストカラー4より上側(一方の側)に配置される軸受フォイル19としても、下側(他方の側)に配置される軸受フォイル19としても使用することが可能になっている。
Further, the bearing
すなわち、スラストカラー4の一方の側と他方の側では、スパイラル溝の向きが面対称となるように互いに異なる向きのものが用いられる。したがって、従来ではスラストカラー4の一方の側と他方の側では、それぞれ異なる軸受板が用いられる。これに対して本実施形態の軸受フォイル19は、例えば一方の側では第1面19aがスラストカラー4に対向し、他方の側では第2面19bがスラストカラー4に対向するように使い分けることにより、同じ軸受フォイル19でスラストカラー4の一方の側と他方の側の両方に用いることができる。すなわち、他方の側では第2面19bを第1面として機能させることにより、使用することができる。
That is, on the one side and the other side of the
さらに、この軸受フォイル19では、第1面19aのスパイラル溝11と第2面19bのスパイラル溝16とが面対称に形成されていることにより、第1面19aに形成された螺旋形溝11a、11a間のランド部の裏側(第2面19b)も、必ず同じランド部となっている。したがって、第1面19aに形成されたランド部は、スラスト軸受3A(3)の動作時において第2面19bの対応する箇所のランド部で支持されることにより、軸受フォイル19は撓みにくくなる。
Further, in the
また、この軸受フォイル19には、図2(b)に示すようにその外周部に、外周縁から延出する複数の保持片12が形成されている。保持片12は、本実施形態では軸受フォイル19の円周を4等分する位置にそれぞれ形成されており、したがって計4つ形成されている。これら保持片12は、前記軸受スペーサ31に形成された切欠部32内に配置され、これによって軸受フォイル19は軸受スペーサ31に保持されている。切欠部32は、その深さが保持片12の厚さより充分に深く、また、幅も保持片12の幅より広く形成されている。
Further, as shown in FIG. 2B, the bearing
このような構成のもとに保持片12は、切欠部32内にてその深さ方向に変位可能になっており、かつ、幅方向(軸受スペーサ31の周方向)にも変位可能になっている。なお、保持片12が形成された部位は軸受フォイル19の円周全体に比べて僅かであり、保持片12が形成されていない多くの部位では、軸受フォイル19は軸受スペーサ31に支持されない状態、すなわち支持点が無い状態となっている。
With this configuration, the holding
また、軸受フォイル19以外の軸受層8を形成する軸受フォイル20、21は、軸受フォイル19と同一形状、同一寸法に形成されている。ただし、これら軸受フォイル20、21には、軸受フォイル19と異なり、その第1面にも第2面にも、スパイラル溝が形成されておらず、単なる薄厚の円環板となっている。また、これら軸受フォイル20、21は、いずれも厚さが0.2mm〜0.6mm程度に形成されている。
The bearing foils 20 and 21 that form the
図2(a)に示すようにベース板9は、回転軸1を挿通するための貫通孔9aを有した金属製で円環板状(略円筒状)のもので、軸受層8におけるスラストカラー4側と反対側の面に対向して配置されたものである。このベース板9は、前記軸受スペーサ31に円環バネ10を介してボルト33で固定され、さらにこのボルト33によってターボ機械のケーシング35に固定されている。なお、本実施形態では図2(b)に示すように軸受スペーサ31にボルト孔34が8個形成されており、したがって本実施形態のスラスト軸受3A(3)は、8本のボルト33によってケーシング35に固定されている。
As shown in FIG. 2 (a), the
ベース板9には、軸受層8に対向する面の内周部に、軸受層8に対して所定の隙間をあけて近接する突出部13が形成されている。突出部13は、円筒状に形成されたもので、図2(b)に示す軸受フォイル19のランド11bの内周縁に対応する位置、すなわち軸受フォイル19の内周縁から、ランド11bの径の半分程度となる位置までの幅(厚さ)に形成されている。また、その先端面は、前記所定の隙間が20〜30μmとなるように軸受層8に対して配置され、軸受スペーサ31に固定されている。
In the
また、ベース板9は、その外周部も円筒状に突出しており、この突出した円筒状の部位は、軸受スペーサ31に円環バネ10を介して接続し固定される固定部14となっている。すなわち、この固定部14には、前記ボルト33が挿通されるボルト孔(図示せず)が形成されており、該ボルト33によって固定部14(ベース板9)は軸受スペーサ31に固定されるとともに、ケーシング35に固定されている。また、固定部14は、前記突出部13に比べて低い高さに形成されており、これによって該固定部14と軸受スペーサ31との間に、円環バネ10が挟着されるようになっている。そして、このように外周部に固定部14が形成され、内周部に突出部13が形成されたことにより、ベース板9にはその中央部に、相対的な凹部が形成されている。
Further, the outer peripheral portion of the
円環バネ10は、金属製で円環板状のもので、その外周部に前記ボルト33が挿通されるボルト孔(図示せず)が形成されている。これにより、前記したように円環バネ10は、ベース板9の固定部14と軸受スペーサ31との間に挟着され、前記ボルト33によって軸受スペーサ31に固定されるとともに、ケーシング35に固定されている。この円環バネ10は、例えば1mm程度の厚さに形成されたもので、その内周側に円環状の厚肉部15が形成されている。
The
厚肉部15は、円環バネ10の表裏両面に対称形状となるようそれぞれ突出して形成されたもので、特に軸受層8の軸受フォイル21に対向する面に形成された凸部が、軸受フォイル21(軸受層8)に当接してこれを支持するようになっている。厚肉部15を円環バネ10の表裏両面にそれぞれ突出させて形成しているので、円環バネ10は反りが発生しにくくなっている。なお、厚肉部15の突出高さは、設計によって変更可能であるものの、例えば50μm程度に形成される。
The
このような厚肉部15を形成した円環バネ10は、その内周側、すなわち厚肉部15側がベース板9の前記凹部内に配置されることにより、この内周側が前記凹部内にて軸受層8とベース板9との間を弾性変形可能、すなわち変位可能になっている。これによって円環バネ10は、厚肉部15によって軸受層8の径方向中央部を弾性的に支持する弾性支持部となっている。また、このような円環バネ10と前記ベース板9とにより、本発明のベース部が形成されている。
The
ここで、軸受層8の径方向中央部とは、軸受層8の径方向における中央位置、すなわち中央の点(線)位置のみを意味するものではなく、該中央の点(線)位置とその近傍を含む範囲を意味している。このような径方向中央部として具体的には、軸受層8の加重平均的な位置が採用され、本実施形態ではこの位置に前記厚肉部15が当接するように円環バネ10が配置されている。
Here, the radial central portion of the
軸受層8の加重平均的な位置、すなわち軸受層8(軸受フォイル21)に厚肉部15を当接させ、支持させる位置Rcは、以下の式によって求められる。ただし、Rcは、軸受層8(軸受フォイル21)の中心からの距離(半径)とする。
The weighted average position of the
Rc=[2π∫rP(r)rdr]/[2π∫P(r)rdr] ……[式]
前記式中においてP(r)は、前記したように図4で示される半径方向の距離[r]と流体潤滑膜の圧力[P]との関係を示す式である。また、rは図4で示される半径方向の距離(位置)、Pは同じく流体潤滑膜の圧力(動圧)である。
また、前記式中において分母[2π∫P(r)rdr]は、軸受面に作用する荷重の和を示し、分子[2π∫rP(r)rdr]は、モーメントの和を示す。
なお、厚肉部15の半径方向の幅については、応力集中しない程度となるように構造解析で決定され、例えば前記Rcの1/10程度とされる。
Rc = [2π∫rP (r) rdr] / [2π∫P (r) rdr] [Formula]
In the above formula, P (r) is a formula showing the relationship between the radial distance [r] shown in FIG. 4 and the pressure [P] of the fluid lubricating film as described above. R is the distance (position) in the radial direction shown in FIG. 4, and P is the pressure (dynamic pressure) of the fluid lubricating film.
In the above formula, the denominator [2π∫P (r) rdr] represents the sum of loads acting on the bearing surface, and the numerator [2π∫rP (r) rdr] represents the sum of moments.
Note that the radial width of the
軸受スペーサ31は、図2(a)、(b)に示すように金属製で円筒状のもので、その内径が軸受層8の外径(保持片12を除く外径)より僅かに大きく形成されている。これにより、軸受スペーサ31は軸受層8の面方向のガタツキをある程度許容しつつ、該軸受層8を内部に収容している。また、軸受スペーサ31は、前述したように切欠部32に軸受層8の保持片12を保持しており、これによって保持片12は、切欠部32の深さ方向に変位可能になっており、かつ、幅方向(軸受スペーサ31の周方向)にも変位可能になっている。
The bearing
ここで、軸受層8は、図2(a)に示すようにスラストカラー4と反対側の面、すなわち軸受フォイル21の裏面(第2面)が円環バネ10で支持されることにより、その保持片12が切欠部32の内面(底面)側に付勢されており、これによって軸受層8を構成する各軸受フォイル19、20、21は、軸受スペーサ31に保持されている。その際、軸受層8はベース板9の突出部13に対し、前記したように20〜30μm程度の所定の隙間をあけて、配置されるようになっている。なお、軸受層8は、保持片12が形成されていない箇所では軸受スペーサ31に支持されておらず、したがって外周側は支持点が無い状態となっている。したがって、軸受層8の外周側は、実質的には軸受スペーサ31に支持されない自由端となっている。
Here, as shown in FIG. 2A, the
次に、このような構成からなるスラスト軸受3A(3)の作用について説明する。
回転軸1が高速で回転すると、スラストカラー4と軸受層8の軸受フォイル19における軸受面(第1面19a)との間に、スパイラル溝11で形成された動圧によって流体潤滑膜が形成され、これによってスラスト軸受3A(3)は、形成された流体潤滑膜を介してスラストカラー4を支持するようになる。
Next, the operation of the thrust bearing 3A (3) having such a configuration will be described.
When the rotary shaft 1 rotates at a high speed, a fluid lubricating film is formed by the dynamic pressure formed by the spiral groove 11 between the
その際、軸受フォイル19は前記したように反りの無い平坦な薄板となっているため、回転軸1が回転し始めてから流体潤滑膜が形成されるまでの初期時においても、軸受フォイル19はスラストカラー4と接触することがなく、したがって初期時においても設計どおりの軸受負荷能力を発揮する。
なお、形成された流体潤滑膜の動圧は、前述したようにスラスト軸受3A(3)の内周側で高く、外周側で低くなっている。
At this time, since the bearing
The dynamic pressure of the formed fluid lubrication film is high on the inner peripheral side of the thrust bearing 3A (3) and lower on the outer peripheral side as described above.
また、回転軸1にスラスト荷重が作用すると、スラスト荷重はスラストカラー4と前記第1面19aとの間に形成された流体潤滑膜を介して軸受層8(軸受フォイル19)に伝達される。さらにスラスト荷重が増すと、軸受層8はこれを支持する円環バネ10を押しながら軸方向に変形(移動)し始める。
Further, when a thrust load is applied to the rotary shaft 1, the thrust load is transmitted to the bearing layer 8 (bearing foil 19) through a fluid lubricating film formed between the
その際、軸受層8は初期状態ではその内周側が支持されておらず、一方、内周側の流体膜圧(流体潤滑膜の動圧)が高くなっているので、内周側から先に撓んでいく。
そして、その撓み量がベース板9の突出部13との隙間に相当する量に達し、軸受層8の内周側が突出部13に当接すると、軸受層8の内周側の撓み(変形)、すなわち回転軸1(スラストカラー4)の軸方向への移動が停止する。
At that time, the
When the amount of bending reaches an amount corresponding to the gap with the protruding
この状態からさらにスラスト荷重が増すと、円環バネ10が軸受層8によってさらに押し込まれ、軸受層8の外周側が撓み始める。外周側の撓みが進行すると、軸受層8は側面視して「ハ」の字状となるように外周側が外側に撓むことになるが、内周側はベース板9の突出部13に当接した状態になっているので、回転軸1の軸方向移動へは変位しない。
When the thrust load further increases from this state, the
したがって、高圧の流体潤滑膜が生じる内周側がベース板9との接触により剛に支持されるので、この内周側での軸受層8の撓みが規制されて必要以上に大きく撓むことがなく、これによって内周側でも流体潤滑膜に所望の動圧が発生され易くなるため、軸受3A(3)の軸受負荷能力の低下が抑制される。
また、軸受層8の中央部が円環バネ10によって支持されているので、予め軸受層8の厚さを適切に設計しておけば、軸受面となる軸受フォイル19の第1面19aは外周方向へ僅かに傾斜するだけになる。したがって、軸受フォイル19の局所的な撓みが生じ難くなるので、負荷能力の低下がさらに抑制される。
Accordingly, since the inner peripheral side where the high-pressure fluid lubricating film is generated is rigidly supported by contact with the
In addition, since the center portion of the
また、回転軸1は、回転軸が有する不釣合い、外部環境の影響および運転状態などによってその回転が回転中心から僅かながらぶれて振動することがあり、その場合にはこれに固定されているスラストカラー4も僅かながら振動して面振れし、瞬間的に傾いた状態となることがある。また、衝撃によっても同様に傾いた状態となることがある。その際、軸受層8はその中央部から外周部にかけて、実質的に円環バネ10で支持されているだけであるので、スラストカラー4に沿うように変形(傾斜)する。したがって、流体潤滑膜はその厚さが極端に狭められることがなく、一定に保たれるため、破断し難くなる。これにより、スラストカラー4の振動等による傾きが、軸受3A(3)によって良好に吸収されるようになる。
Further, the rotation shaft 1 may vibrate slightly from the center of rotation due to the unbalance of the rotation shaft, the influence of the external environment, the operating condition, and the like. The
また、スラストカラー4に傾き(面振れ)が生じた際、軸受層8を形成する複数枚の軸受フォイル19、20、21が互いに擦れ合うことにより、その摩擦によって前記振れ回り振動をより良好に減衰させることができる。
また、軸受層8が変形する際に円環バネ10との摺動が起こり、摩擦によってエネルギーを散逸するので、振動や衝撃等による回転軸の動き(主として傾き運動)を減衰させることができる。
Further, when the
Further, when the
本実施形態のスラスト軸受3A(3)によれば、本発明の軸受板として機能する軸受フォイル19に、第1面19aだけでなく第2面19bにもスパイラル溝を形成しているので、その両面に残留する圧縮応力の差を小さくして応力差に起因する反りを無くすことができる。したがって、このような反りの無い軸受フォイル19を備えることにより、スラスト軸受3A(3)は、流体潤滑膜が形成されるまでの初期時においても、設計どおりの良好な軸受負荷能力を発揮することができる。よって、軸受フォイル19がスラストカラー4に接触し続けることで焼き付きに陥る不都合を、確実に回避することができる。
According to the thrust bearing 3A (3) of the present embodiment, the spiral groove is formed not only on the
また、軸受フォイル19を、その第1面19aのスパイラル溝11と第2面19bのスパイラル溝16とを使い分けることで、スラストカラー4の一方の側にも他方の側にも用いることができ、したがって部品の共通化を可能にしてコスト削減を図ることができる。
さらに、軸受フォイル19の第1面(軸受面)19aに形成された螺旋形溝11a、11a間のランド部の裏側(第2面19b)も必ずランド部となり、したがって第1面19aに形成されたランド部は第2面19bの対応する箇所のランド部で支持されることにより、軸受フォイル19は撓みにくくなっている。これにより、スラスト軸受は設計通りの良好な負荷能力を発揮するようになる。
Further, the bearing
Further, the back side (
また、このスラスト軸受3A(3)にあっては、スラスト荷重(静荷重)が増えて前記動圧が高くなっても、前述したように軸受層8がベース板9側に移動するのが規制されているので、回転軸1がその軸方向に移動するのが十分に制限される。したがって、例えばこのスラスト軸受3A(3)をターボ機械のインペラ2を有する回転軸1に適用した場合に、回転軸1がその軸方向へ移動することで、インペラ2がその外側のハウジング(静止部)5に接触してしまうおそれが無くなる。
また、流体潤滑膜の動圧が高くなる内周側では、動圧が設定以上に高くなると軸受層8の支持状態が突出部13によって剛に切り替えられるようになっているので、軸受層8が必要以上に大きく撓むことがなく、したがってこの内周側でも所望の動圧を発生し易くなるため、軸受3A(3)の軸受負荷能力の低下が抑制される。また、軸受層8がスラストカラー4の傾きに沿うように変形できるため、スラストカラー4の振動(面振れ)による傾きをより良好に吸収することができる。
また、軸受層8、ベース板9、円環バネ10、軸受スペーサ31がいずれも金属によって形成されているため、高温環境下で使用される回転機械にも適用可能となり、したがって、このスラスト軸受3A(3)を例えば過給機にも適用することができる。
Further, in the thrust bearing 3A (3), even if a thrust load (static load) increases and the dynamic pressure increases, the movement of the
Further, on the inner peripheral side where the dynamic pressure of the fluid lubrication film is increased, the support state of the
Further, since the
なお、前記実施形態では、本発明における軸受板として機能する軸受フォイル19について、その第2面19bのスパイラル溝16を、第1面19aのスパイラル溝11と同一形状で面対称に形成したが、例えば同一形状とするだけで、面対称にすることなく位相をずらして形成してもよい。その場合にも、反りを無くすことができるとともに、部品の共通化を可能にしてコスト削減を図ることができる。
In the above-described embodiment, the
さらに、第2面19bのスパイラル溝を、第1面19aのスパイラル溝11と同一形状に形成することなく、例えば溝の形状や数を変えて形成してもよい。その場合に、第2面のスパイラル溝については、その深さを第1面19aのスパイラル溝11と同じにし、溝形成の際の切削量、すなわち溝全体の容積を、第1面19aのスパイラル溝11全体の容積と同程度にするのが好ましい。このようにすることで、第1面19aと第2面19bとの間の圧縮応力の差を小さくして、応力差に起因する反りの発生を抑制することができる。
Further, the spiral groove of the
また、第1面19aのスパイラル溝については、図2(b)、図3(a)に示した形態以外にも、種々の形態のものを採用することができる。例えば、図5に示すように、第1面(軸受面)の内周側に形成された複数の第1螺旋形溝40からなる第1溝群40Aと、該第1溝群40Aより第1面の外周側に形成され、かつ第1螺旋形溝40と同方向に周回する複数の第2螺旋形溝41からなる第2溝群41Aと、を有するポンプイン形のスパイラル溝42を採用することができる。
Moreover, about the spiral groove of the
このスパイラル溝42を形成した第1面では、第1溝群40Aより内周側、すなわち流体が引き込まれる側に、円環状のランド部43が形成されている。また、第1溝群40Aにおける一部の第1螺旋形溝40と第2溝群41Aにおける一部の第2螺旋形溝41とは、少なくとも一方が一部分で他方に連通してなる部分連通部44を介して連続している。
On the first surface on which the
このようなスパイラル溝42を形成した軸受フォイルにあっては、第1溝群40Aにおける一部の第1螺旋形溝40と第2溝群41Aにおける一部の第2螺旋形溝41とが、部分連通部44を介して連続しているので、外周側の第2溝群41Aにおける第2螺旋形溝41の一部を沿うように流れてきた潤滑流体は、その一部が部分連通部44で一旦堰き止められ、この部分連通部44で高い膜圧を発生する。また、その残部は内周側の第1溝群40Aにおける第1螺旋形溝40を通り、潤滑流体が引き込まれる側となるランド部43に達し、ここでも高い膜圧を発生する。また、このような螺旋形溝41、40に沿った主流から外れた傍流は、円周方向の流れとなって螺旋形溝間のランド45、46を乗り越えて膜圧を発生させる。
In the bearing foil in which
以上より、第1面上に形成される潤滑流体からなる潤滑膜の圧力(膜圧)は、その膜圧分布が例えば図3(a)に示した軸受フォイル19のように1箇所で高い膜圧(ピーク圧)を有していたのと異なり、全体的に膜圧が分散した圧力分布となり、その最高膜圧も従来に比べ低くなる。したがって、流体潤滑膜が破断し難くなり、より高い軸受荷重まで焼き付くことなく使用することができ、また、外乱等による突発的な荷重に対する余裕代を増やすことができる。
From the above, the pressure (film pressure) of the lubricating film made of the lubricating fluid formed on the first surface is a film whose film pressure distribution is high at one place like the
また、前記実施形態では、3枚の軸受フォイル19、20、21を重ねて軸受層8を形成し、スラストカラー4側の軸受フォイル19を本発明の軸受板として機能させたが、複数の軸受フォイルを重ねることなく、単一のフォイルによって本発明の軸受板を形成するようにしてもよい。さらに、2枚、あるいは4枚以上の軸受フォイルを重ねて軸受層を形成してもよい。
In the above embodiment, the
図6(a)〜(c)は、図1に示したターボ機械に適用されるスラスト軸受の第2実施形態を示す図である。この第2実施形態のスラスト軸受3B(3)は、図1においてインペラ2側に配置されたものである。なお、本実施形態では、図1においてインペラ2側に配置されたスラスト軸受3も、図1においてスラストカラー4を挟んでその反対側、すなわちラジアル軸受7側に配置されたスラスト軸受3も、同一の構成からなっている。
6A to 6C are views showing a second embodiment of a thrust bearing applied to the turbomachine shown in FIG. The
スラスト軸受3B(3)は、図6(a)に示すように回転軸1に固定された円板状のスラストカラー4に対向して配置された円環状(円筒状)のもので、回転軸1に外挿されて設けられたものである。このスラスト軸受3B(3)は、スラストカラー4に対向して配置される軸受層50と、この軸受層50の、前記スラストカラー4に対向する面と反対側の面に対向して配置されたベース板(ベース部)51と、を備えて構成されたものである。
As shown in FIG. 6A, the
軸受層50は、本実施形態では円環薄板状の3枚のフォイル10、11、12が、積層配置されて全体が円環板状に形成されたもので、回転軸1を挿通するための貫通孔50aを有したものである。3枚のフォイルは、その平面形状が全て同じ大きさ・寸法に形成されたもので、前記スラストカラー4側から順に、トップフォイル52、第1バックフォイル53、第2バックフォイル54となっている。
In this embodiment, the
トップフォイル52は、本発明における軸受板として機能するもので、図2(b)、図3(a)、図3(c)に示した軸受フォイル19と同様に、スラストカラー4と対向する第1面(軸受面)52aに動圧発生用のスパイラル溝(図示せず)を形成するとともに、該第1面52aと反対の側の第2面52bにもスパイラル溝(図示せず)を形成しているしたがって、このトップフォイル52は、反りが無い平坦な薄板となっている。なお、第2面52bのスパイラル溝は、動圧発生用として機能しないのは第1実施形態と同様である。ただし、トップフォイル(軸受板)52をスラストカラー4の一方の側にも他方の側にも使用できるように部品を共通化した場合には、第1実施形態と同様に、他方の側では第2面が第1面として機能する。
The
このトップフォイル52は、例えばステンレスやインコネル(Inconel[登録商標])などの合金や金属からなるもので、厚さが0.1mm〜0.3mm程度の薄板状のものである。また、第1バックフォイル53、第2バックフォイル54は、銅等の金属や制振合金からなるもので、厚さが0.05mm〜0.1mm程度の薄板状のものである。なお、第1バックフォイル53、第2バックフォイル54には、その表面をコーティングして摩擦による減衰効果を高めるようにしてもよい。
The
ベース板51は、回転軸1を挿通するための貫通孔51aを有した円環板状(略円筒状)のもので、ステンレス等の合金や金属からなる耐熱性のものであり、軸受層50の第2バックフォイル54に対向して配置されたものである。このベース板51は、図示しないケーシング等に螺子等で固定されており、これによって固定された状態で保持されている。
The
また、このベース板51の、前記第2バックフォイル54に対向する面は、その外周側に配置されて凹部55を形成する第1面部51bと、該第1面部51bより内周側に配置された第2面部51cとを有している。凹部55は、ベース板51の周方向に沿って周全体で連続して形成されている。すなわち、この凹部55は、平面視円環状に形成されている。また、この凹部55は、その深さが、ベース板51の半径方向において、その内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成されている。したがって、このベース板51は、凹部55によってテーパ面を形成したものとなっており、その厚さが、内周側から外周端に向かって連続的に薄くなるように形成されている。
Further, the surface of the
また、凹部55の内周側の端縁55aは、凹部55を形成した面の内周端56aより外周側に位置している。したがって、前記第2面部51c(凹部55を形成した面の内周端56aから凹部55の内周側の端縁55aまでの間)は、平坦面56となっている。
このような構成のもとに軸受層50は、その第2バックフォイル54が、通常は平坦面56にのみ接した状態でベース板51に支持されている。
Further, the inner
Under such a configuration, the
ここで、ベース板51の、第2バックフォイル54に対向する面における、第1面部51bの幅(ベース板51の半径方向の長さ)と、第2面部51cの幅(ベース板51の半径方向の長さ)とについては、以下のようにして設計するのが好ましい。
スラスト軸受3B(3)による軸受負荷能力を優先させる場合には、平坦面15の幅(半径方向の長さ)を広くする。
Here, the width of the
When giving priority to the bearing load capability of the
また、スラストカラー4に対する軸受面(第1面)52aの追従性を優先し、減衰効果をより高めたい場合には、平坦面15の幅(半径方向の長さ)を狭くして軸受層50が傾き易くなるようにする。特に、スラストカラー4に対する軸受面52aの追従性を最優先としたい場合には、平坦面56を形成することなく、第2バックフォイル54に対向する面全体を、凹部55としてもよい。その場合にも、凹部55の内周端(ベース板51の内周端)が凹部55中の他の部位より凹んでいないため、該内周端によって軸受負荷能力が発揮されるようになる。
If priority is given to the followability of the bearing surface (first surface) 52a with respect to the
このような構成のスラスト軸受3B(3)では、回転軸1が高速で回転すると、スラストカラー4と軸受層50の軸受面52aとの間に、動圧発生用のスパイラル溝で形成された動圧によって流体潤滑膜が形成され、これによってスラスト軸受3B(3)は、形成された流体潤滑膜を介してスラストカラー4を支持するようになる。
In the
その際、トップフォイル52は前記したように反りの無い平坦な薄板となっているため、回転軸1が回転し始めてから流体潤滑膜が形成されるまでの初期時においても、トップフォイル52はスラストカラー4と接触することがなく、したがって初期時においても設計どおりの軸受負荷能力を発揮する。なお、形成された流体潤滑膜の動圧は、スラスト軸受3B(3)の内周側で高く、外周側で低くなっている。
At this time, since the
また、回転軸1は、回転軸が有する不釣合い、外部環境の影響および運転状態などによってその回転が回転中心から僅かながらぶれて振動することがあり、その場合にはこれに固定されているスラストカラー4も僅かながら振動して面振れし、図6(b)に示すように瞬間的には傾いた状態となる。
Further, the rotation shaft 1 may vibrate slightly from the center of rotation due to the unbalance of the rotation shaft, the influence of the external environment, the operating condition, and the like. The
その際、本実施形態のスラスト軸受3B(3)にあっては、ベース板51に凹部55を形成し、この凹部55の深さを内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成しているので、軸受層50は、凹部55を形成したベース板51に支持されることにより、流体潤滑膜の動圧が高くなる内周側では動圧が低くなる外周側に比べて曲げ剛性が高く、相対的に強いバネとして機能するようになる。すなわち、軸受層50はその内周側のみがベース板51に保持された片持ち状になっているため、外周側では力が弱いバネとして機能しているのに対し、内周側では力が強いバネとして機能するようになっている。
よって、トップフォイル52はその内周側がほとんど撓まないため、この内周側でも流体潤滑膜に所望の動圧が発生されるようになり、スラスト軸受3B(3)はその軸受負荷能力の低下が抑制されたものとなる。
At this time, in the
Therefore, since the inner circumference side of the
また、凹部55の深さが内周側から外周端に向かって連続的に深くなっているので、軸受層50はその外周側がベース板51側に変形し易くなっており、したがって軸受面(第1面)52aはスラストカラー4に良好に追従し、図6(b)の左側に示すように、スラストカラー4とトップフォイル52の軸受面(第1面)52aとの間の流体潤滑膜の厚さ(スラストカラー4とトップフォイル52の軸受面52aとの隙間)が一定に保たれ、流体潤滑膜が破断し難くなる。すなわち、外周側が撓み易くなっているので、スラストカラー4の傾きに容易に追従できる。
Further, since the depth of the
また、ベース板51の、凹部55を形成した面には平坦面56が形成されており、この平坦面56に軸受層50は支持されているため、軸受層50が平坦面56を押圧しても軸受層50に曲げ変形が生じない(撓まない)ことになる。したがって、例えばスラスト荷重(静荷重)が増えても、前記の平坦面56によって軸受層50がベース板51側に移動するのが抑制されるため、回転軸1がその軸方向に移動するのが制限されるようになる。
Further, a
さらに、3枚のフォイル52、53、54を積層することで軸受層50を構成しているので、不釣り合いや外乱等によって例えば図6(b)に示したように回転軸1が傾くような振れ回り振動をしても、スラストカラー4を介してこれに追従する軸受層50は、積層されたフォイルどうしが互いに擦れ合うことにより、その摩擦によって前記振れ回り振動を減衰させるように作用する。
Furthermore, since the
本実施形態のスラスト軸受3B(3)によれば、第1実施形態のスラスト軸受3A(3)と同様に、軸受板として機能するトップフォイル52に、第1面52aだけでなく第2面52bにもスパイラル溝を形成しているので、トップフォイル52に反りが無くなり、したがってスラスト軸受3B(3)は流体潤滑膜が形成されるまでの初期時においても、設計どおりの良好な軸受負荷能力を発揮するようになる。よって、トップフォイル52がスラストカラー4に接触し続けることで焼き付きに陥る不都合を、確実に回避することができる。
According to the
また、トップフォイル52を、その第1面52aのスパイラル溝と第2面52bのスパイラル溝とを使い分けることで、スラストカラー4の一方の側にも他方の側にも用いることができ、したがって部品の共通化を可能にしてコスト削減を図ることができる。
さらに、トップフォイル52の第1面(軸受面)52aに形成された螺旋形溝間のランド部の裏側(第2面52b)も必ずランド部になるため、トップフォイル52は撓みにくくなり、したがってスラスト軸受は設計通りの良好な負荷能力を発揮するようになる。
Further, the
Further, since the back side (
また、スラスト荷重(静荷重)が増えても、前述したように軸受層50がベース板51側に移動するのが抑制されているので、回転軸1がその軸方向に移動するのが十分に制限される。よって、図1に示したようにこのスラスト軸受3(3B)をターボ機械のインペラ2を有する回転軸1に適用した場合に、回転軸1がその軸方向に沿って図1中矢印方向に移動することで、インペラ3がその外側のハウジング(静止部)5に接触してしまうおそれが無くなる。これにより、インペラ3の先端とハウジング5との間のチップクリアランス6を小さくすることができ、ターボ機械の効率を高めることができる。
Even if the thrust load (static load) increases, the
また、流体潤滑膜の動圧が高くなる内周側では、軸受層50が必要以上に大きく撓むことがなく、したがってこの部位でも所望の動圧が発生され易くなるため、軸受3B(3)の軸受負荷能力の低下を抑制することができる。
さらに、ベース板51には凹部55が形成されているので、回転軸1が傾くように振れ回り振動し、スラストカラーに傾き(面振れ)が生じても、軸受層50はその傾きに追従するように傾斜し、その際、軸受層50を構成するフォイル52、53、54間に生じる摩擦が回転軸1の振れ回り振動を減衰させるように作用するので、軸受機能をより安定して発揮することができる。
Further, on the inner peripheral side where the dynamic pressure of the fluid lubricating film increases, the
Further, since the
なお、前記実施形態では、図6(a)、(b)に示したように、凹部55の底面を平坦な傾斜面としたが、例えば凹部55はその深さがベース板51の内周側から外周端に向かって連続的に深くなるように形成されていれば、図6(c)に示すように湾曲してなる湾曲面であってもよい。
また、前記実施形態においても、軸受層50を構成するフォイルの数を3枚としたが、1枚であっても、2枚、あるいは4枚以上であってもよい。
In the embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6B, the bottom surface of the
In the embodiment, the number of foils constituting the
また、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では軸受板の第1面に形成する動圧発生用のスパイラル溝として、ポンプイン形スパイラル溝を採用したが、これに代えて、図7に示すようにポンプアウト形スパイラル溝60を採用することもできる。図7中符号61は軸受板、62は螺旋形溝、63は最外周ランド部である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, in the above embodiment, a pump-in spiral groove is used as a dynamic pressure generating spiral groove formed on the first surface of the bearing plate. Instead, as shown in FIG. 7, a pump-out spiral groove is used. 60 can also be adopted. In FIG. 7,
この軸受板61にあっても、ポンプアウト形スパイラル溝60を形成した第1面(軸受面)60aと反対の側の第2面には、第1面60aのスパイラル溝60と好ましくは同一形状、さらに好ましくは面対称のスパイラル溝を形成しておく。
このような軸受板61は、例えば特許文献1のベアリングフォイル(トップフォイル)として用いることができる。すなわち、特許文献1のスラスト軸受に、本発明に係る軸受板61をベアリングフォイル(トップフォイル)として用いることにより、本発明のスラスト軸受とすることができる。
Even in this
Such a bearing
1…回転軸、3、3A、3B…スラスト軸受、4…スラストカラー、8…軸受層、9…ベース板(ベース部)、10…円環バネ(ベース部)、11…スパイラル溝、11a…螺旋形溝、16…スパイラル溝、19…軸受フォイル(軸受板)、19a…第1面、19b…第2面、42…スパイラル溝、50…軸受層、51…ベース板(ベース部)、52…トップフォイル(軸受板)、60…ポンプアウト形スパイラル溝、60a…軸受面(第1面)、61…軸受板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (4)
前記スラストカラーに対向して配置される円環状の軸受板と、
前記軸受板の、前記スラストカラーに対向する面と反対側の面に対向して配置されて、該軸受板を支持するベース部とを備え、
前記軸受板には、前記スラストカラーに対向する第1面に動圧発生用のスパイラル溝が形成されるとともに、前記第1面と反対の側の第2面にスパイラル溝が形成されていることを特徴とするスラスト軸受。 A thrust bearing disposed opposite to a thrust collar provided on a rotating shaft,
An annular bearing plate disposed to face the thrust collar;
The bearing plate is disposed to face the surface opposite to the surface facing the thrust collar, and includes a base portion that supports the bearing plate,
In the bearing plate, a spiral groove for generating dynamic pressure is formed on a first surface facing the thrust collar, and a spiral groove is formed on a second surface opposite to the first surface. Thrust bearing characterized by.
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