JP2015059645A - Rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、航空機用ジェットエンジンの主軸、特にフロント・ファンの支持部に使用される転がり軸受に関するものである。 The present invention relates to a rolling bearing used for a main shaft of an aircraft jet engine, particularly a front fan support.
フロント・ファンを支持する転がり軸受は、飛行中に鳥を吸い込む等の外乱によるFBO(Fan Blade Off)を起因として過大なラジアル荷重を受けて損傷する恐れがある。FBO後、航空機は最寄りの空港に安全に着陸する必要があるが、ジェットエンジンの主軸の回転が止まるとファンが空気抵抗となって飛行に支障をきたすため、主軸を支持する軸受は最低限回転することが要求される。 The rolling bearing that supports the front fan may be damaged by receiving an excessive radial load due to FBO (Fan Blade Off) due to disturbance such as inhaling birds during flight. After the FBO, the aircraft needs to land safely at the nearest airport, but if the main shaft of the jet engine stops rotating, the fan will become air resistance and hinder the flight. It is required to do.
このような事態に対処すべく、ジェットエンジンの主軸用転がり軸受として、軸受外輪とケーシングの間に弾性部材と振動減衰部を介在し、大きなラジアル荷重が作用した場合においても転動体に過大な荷重が作用しないようにした構造が知られている(特許文献1)。 In order to cope with such a situation, as a rolling bearing for the main shaft of a jet engine, an elastic member and a vibration damping part are interposed between the bearing outer ring and the casing, and an excessive load is applied to the rolling element even when a large radial load is applied. There is known a structure that does not act (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示された転がり軸受は、FBO時に転動体に負荷される荷重の軽減効果が十分でないうえに、構造が複雑で製造コストが高く、また大きなスペースが必要となるなどの問題がある。また、転動体に過大なラジアル荷重が作用した場合、転動体と軌道面間の接触面圧が高くなり、転動体が変形する恐れがある。さらに、変形した転動体が軌道輪の肩部に乗り上げ、そのとき発生するエッジ応力により損傷を受ける恐れもある。 However, the rolling bearing disclosed in Patent Document 1 is not sufficient in reducing the load applied to the rolling element during FBO, and has a complicated structure, high manufacturing cost, and a large space. There is. In addition, when an excessive radial load is applied to the rolling elements, the contact surface pressure between the rolling elements and the raceway surface increases, and the rolling elements may be deformed. Furthermore, the deformed rolling element rides on the shoulder portion of the race and may be damaged by the edge stress generated at that time.
そこで、この発明は、FBO等による過大なラジアル荷重が作用した場合において、転動体が変形したり肩部に乗り上げたりすることを防止し、転動体が損傷を受ける恐れを無くすることを課題とする。 Accordingly, the present invention has an object to prevent the rolling element from being deformed or riding on the shoulder when an excessive radial load due to FBO or the like is applied, and to eliminate the risk of the rolling element being damaged. To do.
前記の課題を解決するために、この発明は、内輪、外輪、これらの軌道輪の軌道面間に介在された多数の転動体及び前記転動体を一定間隔に保持する保持器とからなり、前記各軌道輪はその軌道面に沿った一定幅の肩部を備えた転がり軸受において、前記内輪又は外輪のいずれか、若しくはその両方の軌道面が、軸受の軸方向から見て、2つの異なる溝曲率比でできており、その変曲点は通常運転時における接触楕円を中心として、該接触楕円より外側の両側にあり、その両側の変曲点より外側の両軌道面の溝曲率比が同じであり、且つ、両側の変曲点より外側の両軌道面の溝曲率比は、該接触楕円を含む軌道面両変曲点の内側の軌道面の溝曲率比より小さい構成を採用した。
溝曲率比とは、溝曲率半径/ボール半径として定義される。
In order to solve the above problems, the present invention comprises an inner ring, an outer ring, a large number of rolling elements interposed between the raceway surfaces of these raceways, and a cage that holds the rolling bodies at a constant interval, Each bearing ring is a rolling bearing having a shoulder of a constant width along the raceway surface, and the raceway surface of either the inner ring or the outer ring or both of them is two different grooves when viewed from the axial direction of the bearing. The inflection point is on both sides outside the contact ellipse with the center of the contact ellipse during normal operation, and the groove curvature ratio of both raceway surfaces outside the inflection points on both sides is the same. The groove curvature ratio of both raceway surfaces outside the inflection points on both sides is smaller than the groove curvature ratio of the raceway surface inside the raceway both inflection points including the contact ellipse.
The groove curvature ratio is defined as groove radius of curvature / ball radius.
前記構成の転がり軸受が、航空機のジェットエンジン主軸のフロント・ファンの支持軸受等に用いられ、FBO等によって過大なラジアル荷重を受けた場合、前記軌道面外側の溝曲率比を軌道面内側の溝曲率比より小さくすることにより、転動体が軌道面外側において受けられ、転動体の変形を小さくすることができ、転動体の破損リスクを低減することができる。また、発生する接触楕円が肩部まで届かないため、転動体が肩部に乗り上げることが避けることができ、エッジ応力による転動体の損傷リスクを低減することができる。 When the rolling bearing having the above configuration is used for a front fan support bearing of an aircraft jet engine main shaft and receives an excessive radial load by FBO or the like, the groove curvature ratio on the outer surface of the raceway is changed to the groove on the inner side of the raceway surface. By making it smaller than the curvature ratio, the rolling element can be received outside the raceway surface, the deformation of the rolling element can be reduced, and the risk of breakage of the rolling element can be reduced. Further, since the generated contact ellipse does not reach the shoulder, it is possible to avoid the rolling element from riding on the shoulder, and the risk of damage to the rolling element due to edge stress can be reduced.
以上のように、この発明の転がり軸受を航空機のジェットエンジン主軸のフロント・ファン支持用軸受に用いた場合、FBOが生じても軸受の損傷を生じることなく回転を続行することができ、航空機は最寄りの空港まで安全に航行し、着陸することができる。 As described above, when the rolling bearing of the present invention is used as a front fan support bearing for an aircraft jet engine main shaft, even if FBO occurs, the rotation can continue without causing damage to the bearing. You can navigate safely and land at the nearest airport.
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に示した実施形態1に係る転がり軸受は、内輪11、外輪12、これらの対向した軌道面13、14間に介在された転動体としての単列の多数の玉15及び各玉15を一定間隔に保持する保持器16によって構成された玉軸受である。内輪11は軸方向に二分された分割内輪11a、11bの組み合わせからなり、外輪12と合せ、玉15はこれらの3部材によって支持された3点接触玉軸受である。3点接触玉軸受を使用する理由は、エンジンの不具合等によりファンが止まると通常運転とは逆方向のアキシアル荷重が軸受にかかる恐れがあるためである。
The rolling bearing according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes an
内輪11が回転側、外輪12が静止側として使用に供され、保持器16は外輪12に滑り接触して案内される。
The
前記内輪11及び外輪12の軌道面13、14の軸方向両側には、それぞれ一定幅を持った肩部17、18が設けられる。
On the both sides in the axial direction of the
外輪12の軌道面14は、その底面から通常運転における接触楕円までの範囲が通常運転に必要な軌道面14a(軌道面内側14aと称する。)と、これに連続して通常運転における接触楕円外側の両側に形成された軌道面外側14bとにより構成され、軌道面内側14aと軌道面外側14bが異なる溝曲率比でできている。
ここで、「通常運転」とは、ジェットエンジンが正常に稼動している状態をいう。
The
Here, “normal operation” means a state in which the jet engine is operating normally.
前記軌道面内側14aと軌道面外側14bの変曲点の位置は、軸受の軸方向中心から見て、左右対称とした。
The positions of the inflection points on the raceway
前記軌道面内側14aの溝曲率比X1は、軌道面外側14bの溝曲率比X2との間に、1.00≦X2<X1≦1.12という関係が成立する必要がある。その理由は次のとおりである。 Groove curvature ratio X 1 of the raceway surface inner 14a is provided between the groove curvature ratio X 2 of track surface outer 14b, relationship 1.00 ≦ X 2 <X 1 ≦ 1.12 must be established. The reason is as follows.
即ち、1.00未満の場合は、通常運転中に軸受に所定の荷重が作用した際に、軌道面外側14bと玉15とが干渉する不具合が生じる。また、X2>X1になると、玉15との干渉は無いが、過大なラジアル負荷が作用した際に、玉15の変形量が大きくなる不具合がある。また、X1>1.12になると、接触面圧が過大となり、軸受寿命が短くなる。結局、1.00≦X2<X1≦1.12の関係が満たされる場合は、玉15と軌道面外側14bとの干渉が無く、また玉15の変形が抑制される。
That is, when it is less than 1.00, when a predetermined load is applied to the bearing during normal operation, there is a problem that the raceway
前記軌道面内側14aは、通常運転において玉15が転動する部分であるので、通常通りスーパー研磨が施される。これに対し、軌道面外側14bは、過大なラジアル負荷が作用した場合にのみ玉15が接触する部分であり、通常運転の場合に転動する面ではないので、軌道面内側14aより粗面でよく、従って、スーパー研磨を施す必要はない。
Since the raceway
軌道面内側14aのスーパー研磨を容易にするために、軌道面内側14aと軌道面外側14bとの境界部分に溝形のヌスミ形状22を設けることが望ましい。ヌスミ形状22は、研磨加工をする際の逃がしに作用する。
In order to facilitate the super polishing of the raceway
また、軌道面外側14bと肩部18とが作るコーナ部23にR面取り加工を施すことが望ましい。これは、過大なラジアル荷重が作用した際に、肩部18と玉15との間にエッジ応力が発生する恐れを解消するためである。
Further, it is desirable that the
保持器16は、SAE4340等の金属材料を加工し表面に銀メッキ処理を施したものを用いることができる。
The
また、内輪11及び外輪12は、耐熱性軸受鋼であるM50や、表面硬化鋼であるM50NiLを用いることができる。
Further, the
玉15は、M50又はセラミックスを用いることができる。セラミックスとしては、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素中の一つを主成分とするものを用いることができる。
The
ここで、比較対象として従来から知られている3点接触玉軸受を図2に示す。この玉軸受は、前述の場合と同様に、内輪11、外輪12、これらの対向した軌道面13、14間に介在された転動体としての単列の多数の玉15及び各玉15を一定間隔に配列する保持器16によって構成された玉軸受である。内輪11は軸方向に二分された分割内輪11a、11bの組み合わせからなり、外輪12と合せ、玉15はこれらの3部材によって支持された3点接触玉軸受である。
Here, FIG. 2 shows a three-point contact ball bearing conventionally known as a comparison target. In the same manner as described above, this ball bearing has a plurality of single-
前記内輪11の軌道面13の両側に一定幅の肩部17が設けられるところまでは実施形態1の場合と同一構造である。しかし、この比較対象の3点接触玉軸受の場合は、外輪12の軌道面14が2つの異なる溝曲率比でできている点において相違している。
The structure is the same as that of the first embodiment up to the point where
前記比較対象との対比から明らかなように、実施形態1の場合は、軌道面内側14aに連続して軌道面外側14bを設けている。さらに軌道面外側14bの溝曲率比X2を1.00≦X2<X1≦1.12に設定している。このため、航空機のジェットエンジン主軸のフロント・ファンの支持部に用いられ、FBOに起因する過大なラジアル荷重を受けた場合において、玉15は軌道面外側14bで受けられるため、接触面圧が過大になることが抑制され、変形が防止される。また肩部18へ乗り上げることも防止され、エッジ応力による玉15の損傷が防止される。
As is clear from the comparison with the comparison object, in the case of the first embodiment, the track surface
なお、以上の実施形態1は、外輪12に2つの異なる溝曲率比を設ける場合について説明したが、内輪11のみ、若しくは外輪12と内輪11の両方に本発明を適用してもよい。
In the above-described first embodiment, the case where two different groove curvature ratios are provided in the
11 内輪
11a、11b 分割内輪
12 外輪
13 軌道面
14 軌道面
14a 軌道面内側
14b 軌道面外側
15 玉
16 保持器
17 肩部
18 肩部
21 被案内面
22 ヌスミ形状
23 コーナー部
E 通常運転における接触楕円
11
Claims (6)
The rolling bearing according to claim 1, wherein the rolling bearing is used as a support portion of a front fan in an aircraft jet engine main shaft.
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