JP2015152133A - 歯車装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動装置によって回転する軸に作用するスラスト力を支持する軸受のうち、反スラスト側に配設された軸受の滑り面における隙間を狭くすることが可能であり、必要以上に潤滑油が供給されることを防止することができる歯車装置を提供する。
【解決手段】駆動装置により回転する大歯車軸11、大歯車軸11に配設され、大歯車軸11の軸心を中心に回転駆動される大歯車12、大歯車12と歯合し且つ大歯車12の歯数よりも少ない歯数を有する小歯車14、大歯車軸11に配設され、大歯車軸11に作用するスラスト力を支持する複合軸受20A及び20B、反スラスト側に配設された複合軸受20Aを、スラスト側に向けて付勢する弾性部材25を備えてなる。
【選択図】図1
【解決手段】駆動装置により回転する大歯車軸11、大歯車軸11に配設され、大歯車軸11の軸心を中心に回転駆動される大歯車12、大歯車12と歯合し且つ大歯車12の歯数よりも少ない歯数を有する小歯車14、大歯車軸11に配設され、大歯車軸11に作用するスラスト力を支持する複合軸受20A及び20B、反スラスト側に配設された複合軸受20Aを、スラスト側に向けて付勢する弾性部材25を備えてなる。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば、ターボ圧縮機等に搭載される歯車装置に関する。
例えば、歯車駆動ターボ圧縮機には、歯車装置が搭載されており、電動機、エンジン、タービン等の駆動装置の回転を当該歯車装置で増速し、当該歯車駆動ターボ圧縮機のインペラを高速で回転駆動する構成を備えている。この歯車装置は、羽根車の回転軸に配設された小歯車と、駆動装置の回転軸に配設された大歯車とが歯合し、大歯車から小歯車にトルクを伝達している。羽根車で生じるスラスト力は小歯車に配されたスラストカラーを介して大歯車に伝達され、スラスト軸受にて支持する構造になっている。このような歯車装置では、前記駆動装置の回転軸にスラスト軸受が配設されているが、特に大型の装置では、このスラスト軸受に高負荷がかかるため、一般的に滑り軸受が用いられている。
また、住宅用の小型換気扇のモータに好適に組み込むことができる流体動圧軸受装置として、ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成し、かつスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成し、これらの軸受隙間に潤滑油を介在させた流体動圧軸受装置が紹介されている。この流体動圧軸受装置は、前記外方部材を構成する少なくとも1つの部材が、板材のプレス加工により成形されたものであって、このプレス加工により前記ラジアル軸受面と少なくとも片側のスラスト軸受面が形成されていると共に、前記内方部材の少なくともラジアル軸受面とスラスト軸受面を形成する部分が焼結金属からなることを特徴としている。(例えば、特許文献1参照)。
前述した歯車装置では、通常、前記スラスト荷重は一方向に作用するが、位置決めを目的として、前記スラスト荷重がかかる側とは反対側(以下、「反スラスト側」という)にもスラスト軸受が配設されている。ここで、この反スラスト側に配設されたスラスト軸受には殆ど負荷がかからないが、滑り面における隙間が広くなり、無駄な潤滑油が流れてしまうことになる。即ち、反スラスト側に配設されたスラスト軸受は、軸受として殆ど機能しないが、潤滑油が必要以上に供給されることになる。したがって、潤滑油を貯蔵するタンクや、当該潤滑油を供給するポンプ等が大型化することになる。
また、特許文献1に記載された流体動圧軸受装置は、スラスト荷重がかからない軸受に必要以上に潤滑油が供給されることを防止することについては何ら考慮がなされていない。また、特許文献1に記載された流体動圧軸受装置は、住宅用の小型換気扇のモータに搭載されるものであり、駆動装置によって回転する第1の軸の回転を歯車機構を介して増速し、第2の軸に伝達するような大型の装置に適用することについては、何ら記載がなされていない。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、電動機、エンジン、タービン等の駆動装置の回転を増速させる歯車装置において、駆動装置によって回転する軸に作用するスラスト力を支持する軸受のうち、反スラスト側に配設された軸受の滑り面における隙間を狭くすることが可能であり、必要以上に潤滑油が供給されることを防止することができる歯車装置を提供することを目的とする。
この目的を達成するため本発明は、駆動装置により回転する第1の軸と、前記第1の軸の回転が伝達される第2の軸と、前記第1の軸に配設され、当該第1の軸の軸心を中心に回転駆動される第1の歯車と、前記第2の軸に配設され、前記第1の歯車と歯合し且つ当該第1の歯車の歯数よりも少ない歯数を有し、前記第2の軸の軸心を中心に回転駆動される第2の歯車と、前記第1の軸に配設され、当該第1の軸に作用するスラスト力を支持する複数の軸受と、前記複数の軸受のうち、反スラスト側に配設された軸受を、スラスト側に向けて付勢する弾性部材とを備えてなる歯車装置を提供するものである。
この構成を備えることで、第1の軸の反スラスト側に配設された軸受をスラスト側に向けて付勢する(予圧を与える)ことができるため、当該軸受が第1の軸のスラスト受面に接近させることができる。したがって、反スラスト側に配設された軸受の滑り面と、前記第1の軸との間に形成される隙間を狭くすることができ、この隙間に供給される潤滑油の量を減少させることができる。
また、本発明に係る歯車装置は、前記第2の軸に配設され、第2の軸の軸心を中心に回転駆動される羽根車と、前記第2の軸に配設され、当該第2の軸のスラスト力を前記第1の歯車に伝達するスラストカラーとをさらに備えることができる。
このように、本発明に係る歯車装置は、前記第2の軸が最も回転速度が速い軸(即ち、羽根車が配設される軸)であってもよく、別の歯車機構を介して、前記第2の軸の回転がさらに増速されて伝達される第3の軸を有していてもよい。
前記軸受は、スラスト軸受であってもよく、スラスト力及びラジアル力を共に支持する複合軸受であってもよい。
本発明に係る歯車装置は、駆動装置によって回転する軸に作用するスラスト力を支持する軸受のうち、反スラスト側に配設された軸受をスラスト側に向けて付勢して第1の軸のスラスト受面に接近させることができる。このため、反スラスト側に配設された軸受の滑り面と、前記第1の軸との間に形成される隙間を狭くすることができ、この隙間に供給される潤滑油の量を減少させることができるので、潤滑油を貯蔵するタンクや、潤滑油を供給するポンプ等を小型化することができる。
次に、本発明の実施形態に係る歯車装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
図1は、本実施形態に係る歯車装置の主要部を示す断面図、図2は、図1に示す歯車装置のスラスト軸受付近を拡大して模式的に示す断面図である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。
図1に示すように、本実施形態に係る歯車装置1は、大歯車軸11と、大歯車軸11に配設された大歯車12と、大歯車軸11に配設された複合軸受20A及び20Bと、大歯車12に歯合する小歯車14と、小歯車14の回転支軸である小歯車軸13と、小歯車軸13の先端に配設された羽根車16A及び16Bと、小歯車軸13に配設されたスラストカラー18A及び18Bと、複合軸受20Aを複合軸受20Bに向けて付勢する弾性部材25とを備えている。なお、本実施形態では、大歯車軸11、大歯車12が、本発明に係る「第1の軸」、「第1の歯車」にそれぞれ相当し、小歯車軸13、小歯車14が、本発明に係る「第2の軸」、「第2の歯車」にそれぞれ相当している。
大歯車軸11及び小歯車軸13は、互いに間隔をおいて平行に配設されており、大歯車12及び小歯車14を収容する歯車箱15を貫通している。大歯車軸11には、図示しない外部駆動装置(例えば、電動機、エンジン、タービン等)に接続されており、この駆動装置の駆動により大歯車軸11が回転するようになっている。小歯車14は、後に詳述する大歯車12との歯合により、大歯車軸11の回転が伝達されるようになっている。
大歯車12は、大歯車軸11に固定されており、大歯車軸11の軸心を中心として大歯車軸11と共に回転する。この大歯車12は、小歯車14の回転速度を増速するように、小歯車14よりも大きい径を有している。なお、本実施形態では、大歯車12として、小歯車14の10倍程度歯数が多いはすば歯車を配設したが、これに限らず、大歯車12は、例えば平歯車、やまば歯車等、増速機能を有すれば、他の歯車であってもよい。
小歯車14は、大歯車12と歯合し、高速回転する。なお、小歯車14と小歯車軸13は、一体に成形されていてもよく、別体として形成し、両者を固定した構成を有していてもよい。
羽根車16A及び16Bは、小歯車軸13の両端に各々固定され、小歯車軸13の軸心を中心として小歯車14と共に高速回転する。なお、本実施形態では、小歯車軸13の両端に羽根車16A及び16Bを配設したが、所望により、一方のみを配設してもよい。また、本実施形態では、羽根車16A及び16Bを囲むケーシング(コンプレッサハウジング)とガス流路は図示を省略している。
スラストカラー18A及び18Bは、小歯車14の軸方向両側に配置され、小歯車軸13の周りに固定されている。これらのスラストカラー18A及び18Bは、大歯車12の側面を摺動可能に支持し、羽根車16A及び16Bのスラスト力を大歯車12に伝達する。これらのスラストカラー18A及び18Bには、補助スラストカラー19A及び19Bが配設されている。なお、補助スラストカラー19A及び19Bは不可欠ではなく、スラストカラー18A及び18Bとそれぞれ一体に形成してもよい。
また、各々のスラストカラー18A及び18Bと、大歯車12の歯部との隙間は、油潤滑により低抵抗で摺動可能な限りで十分小さい隙間(例えば、0.1〜0.2mm程度)に設定することが好ましい。
複合軸受20A及び20Bは、スラスト軸受とラジアル軸受とを組合せた軸受であり、大歯車軸11を支持し、大歯車軸11に作用するスラスト力及びラジアル力の両方を受ける(支持する)ことができるようになっている。これらの複合軸受20A及び20Bは、歯車箱15の内部を確定する壁部15A及び15Bと、大歯車軸11とによって形成される空間に収容され、大歯車軸11の軸方向に移動可能となっている。なお、本実施形態では、大歯車軸11(大歯車12)及び小歯車軸13(小歯車14)が回転する際に、複合軸受20Bに高負荷がかかるようになっている。即ち、複合軸受20Aが反スラスト側の軸受、複合軸受20Bがスラスト側の軸受である。
弾性部材25は、反スラスト側に配設されている複合軸受20Aの背面21(大歯車12が配設されている側とは反対側の面)と、この背面21に対向する壁部15Aの面との間に配設されており、複合軸受20Aをスラスト側に向けて(即ち、図1でいう複合軸受20Bに向けて)付勢(押圧)する。この弾性部材25の付勢力により、複合軸受20Aが大歯車軸11のスラスト受面111(図2参照)に向けて押圧され、スラスト受面111と複合軸受20Aのスラスト面112(背面21とは反対側の面:図2参照)との間の隙間が狭くなるため、この隙間に供給される潤滑油の量を減らすことができる。この結果、潤滑油を供給するためのポンプや、潤滑油を貯蔵するタンク等を小型化することが可能となる。
なお、弾性部材25としては、付勢力や弾性復元力等により、複合軸受20Aを大歯車軸11のスラスト受面111に向けて押圧可能であれば、弾性部材25の材質や種類、構造等は適宜選択することができ、例えば、ばね、ピストン機構等を好適に選択することができる。
また、小歯車軸13のスラストカラー18A及び18Bが配設されている各々の位置よりも端部側には、小歯車軸13の半径方向力を支持するラジアル軸受22A及び22Bが各々配設されている。これらのラジアル軸受22A及び22Bは、好ましくは滑り軸受であり、図示しない流路を介して潤滑油が供給されている。
さらにまた、小歯車軸13の羽根車16A及び16Bが各々配設された位置の近傍には、ガスシール23A及び23Bが各々配設されており、羽根車16A及び16Bで加圧されたガスが、ラジアル軸受22A及び22Bに流入しないようになっている。ガスシール23A及び23Bとしては、例えば、ラビリンスシール、ドライガスシール、オイルフィルムシール、メカニカルシール等を用いることができる。
なお、本実施形態に係る歯車装置1は、例えば、ターボ圧縮機等に好適に搭載することができるが、このターボ圧縮機は、1段圧縮機、あるいは、複数段の圧縮機であってもよい。本実施形態では、小歯車14は、図1における左側に1つのみ示しているが、例えば、4段圧縮機の場合には、図1の右側に別の小歯車を設けることができる。
また、本実施形態では、大歯車軸11と、小歯車軸13とを示しているが、所望により大歯車軸11(回転が最も遅い軸)と、小歯車軸13(回転が最も速い軸)との間に、1本または複数本の別の軸を配設し、この軸を介して、大歯車軸11(大歯車12)の回転を小歯車軸13(小歯車14)に伝達するようにしてもよい。この場合は、大歯車12は、前記別の軸に配設された歯車と歯合し、小歯車14は、当該別の軸に配設された別の歯車と歯合することになる。
また、本実施形態では、スラスト軸受とラジアル軸受とを組合せた軸受(複合軸受20A及び20B)を配設したが、これに限らず、例えば、図3に示すように、大歯車軸11に作用するスラスト力を受けるスラスト軸受120と、大歯車軸11に作用するラジアル力を受けるラジアル軸受130とを配設してもよい。この構成の場合、弾性部材25は、反スラスト側に配設されているスラスト軸受120の背面21(大歯車12が配設されている側とは反対側の面)と、この背面21に対向する壁部15Aの面との間に配設されており、この弾性部材25によってスラスト軸受120をスラスト側に向けて付勢(押圧)することができる。
1…歯車装置、11…大歯車軸、12…大歯車、14…小歯車、16A及び16B…羽根車、18A及び18B…スラストカラー、20A及び20B…複合軸受、25…弾性部材
Claims (4)
- 駆動装置により回転する第1の軸と、
前記第1の軸の回転が伝達される第2の軸と、
前記第1の軸に配設され、当該第1の軸の軸心を中心に回転駆動される第1の歯車と、
前記第2の軸に配設され、前記第1の歯車と歯合し且つ当該第1の歯車の歯数よりも少ない歯数を有し、前記第2の軸の軸心を中心に回転駆動される第2の歯車と、
前記第1の軸に配設され、当該第1の軸に作用するスラスト力を支持する複数の軸受と、
前記複数の軸受のうち、反スラスト側に配設された軸受を、スラスト側に向けて付勢する弾性部材と、
を備えてなる歯車装置。 - 前記第2の軸に配設され、第2の軸の軸心を中心に回転駆動される羽根車と、
前記第2の軸に配設され、当該第2の軸のスラスト力を前記第1の歯車に伝達するスラストカラーと、
をさらに備えてなる請求項1記載の歯車装置。 - 前記軸受がスラスト軸受である請求項1または2記載の歯車装置。
- 前記軸受がスラスト力及びラジアル力を共に支持する複合軸受である請求項1または2記載の歯車装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014028191A JP2015152133A (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | 歯車装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2014028191A JP2015152133A (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | 歯車装置 |
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JP2015152133A true JP2015152133A (ja) | 2015-08-24 |
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ID=53894619
Family Applications (1)
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JP2014028191A Pending JP2015152133A (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | 歯車装置 |
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JP (1) | JP2015152133A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106438944A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-02-22 | 南京创力传动机械有限公司 | 适用多级离心压缩机的高速齿轮箱 |
-
2014
- 2014-02-18 JP JP2014028191A patent/JP2015152133A/ja active Pending
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CN106438944A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-02-22 | 南京创力传动机械有限公司 | 适用多级离心压缩机的高速齿轮箱 |
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