JP2015523521A - 恒久的な視覚的インジケータおよび直径方向−軸線方向リレーションゲージおよびそれを使用する方法 - Google Patents

Abstract

ベアリングアセンブリをシャフトに取り付けるためのシステムおよび方法は、内側フランジ、外側フランジ、およびスリーブを含む。内側フランジは、ベアリングアセンブリに固定可能であり、シャフトに対するベアリングアセンブリの初期位置を規定し外側に延在する変位ピンを有する。外側フランジは、細長い孔を通過するファスナを介して内側フランジに固定される。外側フランジは、変位ピンを受け取るように構成された開口を有する。外側フランジは、外側フランジ開口が変位ピンと位置合わせされていない第１の位置と、外側フランジ開口が変位ピンと位置合わせされている第２の位置との間でファスナによって内側フランジに結合されると、回転され得る。スリーブは、テーパ外径を有し、外側フランジと係合可能である。

Description

本発明は、要素をシャフトに機械的に取り付ける分野に関する。より詳細には、本発明は、ベアリングアセンブリまたは他の機械要素をシャフトに取り付けるのに使用される革新的なテーパスリーブシステムに関する。

回転機械システムは、それぞれの部品間で相対的な回転移動を可能にするベアリングなどの要素を含む。たとえば、回転システムは、ベアリングアセンブリを介して回転シャフトを支持する固定ハウジングを含むこともある。ベアリングアセンブリは、典型的には、シャフトに直接取り付けられ、固定ハウジングと回転シャフトとの間で相対的な回転移動を可能にする。

いろいろな取付けシステムが、知られており、ベアリングアセンブリまたは他の機械要素をシャフトに取り付けるのに商業的に利用可能である。これらのシステムのいくつかは、シャフトの外周とベアリングアセンブリの内輪との間でぴったりと嵌合するテーパスリーブを利用する。スリーブのテーパ外径は、ベアリングアセンブリのテーパ内径に係合し、スリーブが内輪およびシャフトの両方との締り嵌めになることを引き起こす。このタイプの構成の変形は、シャフトまたはベアリングリングのどちらかへのテーパの必要性を軽減する複数スリーブ、ならびにスリーブを押しつけまたは引き入れて緊密係合するためのさまざまな機械的構成を含むことができる。

当業者は、このタイプのシステムの動作、およびこの種のシステムを用いる限界に通じている。第１の限界は、部品公差、およびこれらの部品（すなわち、シャフト外径、スリーブ幅、ベアリングアセンブリの内径等）の間の初期隙間に関する。これらは、あらゆる機械システムに固有であり、なぜなら、各構成部品はある公差範囲内で製造され、ユーザが部品を組み立て初期にそれらを配置することを可能にするように各アセンブリはいくらかの初期隙間を有するためである。ユーザは、これらの公差および部品間の初期隙間のすべてが除去されている位置を表わす初期位置または「ゼロ基準点」に部品を組み立てることによってこの変動するものを除去することができる。この初期位置は、正確に確立されなければ、下記で考察されるさらなる組み立て問題に至り得るという点で問題があり得る。

公差および対合部品のすべての間の初期隙間の他にも、ベアリングアセンブリ自体が、ベアリングの内部構成部品間の初期内部隙間を有する。たとえば内輪に過度の負荷をかけることから結果として生じる、あまりにも多い特にあまりにも少ない内部隙間は、ベアリングへの損傷、および最終的な機械システムの故障を結果としてもたらし得る。

テーパスリーブ取付けシステムの別の限界は、テーパスリーブが駆動されまたは引き入れられてベアリングアセンブリとシャフトとの間で係合する方法に関する。これらのタイプのシステムでは多くの場合、駆動ねじが、テーパスリーブを所定の位置に促すのに使用される。この駆動ねじは、スリーブ自体の外径に組み込まれる場合が多く、それ故、ねじがシャフト直径以上である必要がある。これらのシステムは非常に大きなシャフト直径（たとえば、１０インチ以上）で使用され得るので、ねじ自体もまた、比較的大きくなければならない。その結果、特定のツーリングが、特大のねじと係合するより大きな構成部品にトルクを与えるのに必要とされる場合が多い。また、大きな直径のねじは、より大きな接触面積を有し、それ故、摩擦損失が増大される。テーパシステム自体の摩擦力と組み合わされる場合には、これらの力は、スリーブを適切に螺合して係合するように構成部品に与えられなければならない非常に大きなモーメントを結果としてもたらす。また、ねじにおける摩擦力は、大きく変化し得、このねじと係合するのに必要とされるトルクにおける非常に多くの不確実性を結果としてもたらす。このことは、このトルク値が初期位置および／または完全な係合位置を決定するのに使用される場合が多いので問題がある。このトルクが安定しない場合、ユーザは、これらが初期位置に達していない場合に初期位置に達していると不正確に考える場合があり、またはユーザは、これらが初期位置に達している場合に初期位置に達していないと考える場合がある。これらの望ましくない結果は両方とも、ベアリングへの損傷および／または機械システムの故障に至り得る。

既存の技術のこれらの欠点のうちの少なくともいくつかを軽減しまたはこれらに対処する回転構成部品、特にベアリングおよびシャフトを固定するための技法の必要性が当技術分野においてある。ベアリングとシャフトの間、または任意の２つの同心的な対合要素の間でのスリーブの初期および最終係合の正確な判断を可能にするスリーブシステムの組み立てにおける手法の必要性が特にある。

本発明の現在企図されている実施形態のベアリングアセンブリ、内側フランジ、外側フランジ、テーパスリーブ、およびファスナを示す取付けシステムの分解斜視図である。 外側フランジを内側フランジに対するゼロ基準位置に置くのに使用されるストレートピンを備える変位ピンを示す取付けシステムの断面図である。 外側フランジを内側フランジに対するゼロ基準位置に置くのに使用されるショルダーピンを示す図１の取付けシステムの別の断面図である。 ゼロ基準位置における図１の取付けシステムを示す図である。 最終装着位置における図１の取付けシステムを示す図である。 外側フランジが内側フランジに対するゼロ基準位置にある、外側フランジのところで見た取付けシステムの正面図である。それ故、図６の図は、図４の図の側面図である。 外側フランジを内側フランジに当接した最終装着位置における取付けシステムを示す図１の取付けシステムの端面図である。

次に続く本開示は、上記で考察した論点および問題のいくつかまたはすべてに対処する手法を提供する。一具現化形態においては、システムまたはキットは、通常、内側フランジ、ベアリングアセンブリ（または他のシャフト取付け要素）、外側フランジ、テーパスリーブ、および複数のファスナを含むことができる。システムは、テーパスリーブをシャフトとベアリングアセンブリ（または他のシャフト取付け要素）との間のアセンブリに引き入れることによってベアリングアセンブリ（または他のシャフト取付け要素）をシャフトに取り付ける。一実施形態においては、システムは、ベアリングアセンブリに取り付けられる内側フランジと、複数のファスナによって内側フランジに取り付けられスリーブと螺合される外側フランジとによって予め組み立てられ、予め設定される。変位ピンが、内側フランジと間隔をあけた配置で外側フランジを保持する。システムは、シャフト上の所定の位置に摺動され得る。外側フランジおよび内側フランジは、スリーブがシャフトと内輪の内径面との間で固定されるアセンブリにスリーブを引き入れるように、好ましくは手動で、スリーブに対して１つのユニットとして回転され得る。この初期位置またはゼロ基準点（「ＺＲＰ」）は、公差および対合部品間の初期隙間が除去されている点である。

いったん初期またはゼロ基準位置が決定されると、複数のファスナが、アセンブリを最終位置に設定するのに使用され得る。内側フランジと外側フランジとの間で内側フランジから外側に延在する変位ピン（複数可）は、ベアリングアセンブリまたは他のシャフト取付け要素に対するスリーブの初期位置と最終位置との間の適切な距離を設定する。変位ピンの長さは、適切な取付けに必要とされる、シャフトおよびベアリングに対する軸線方向のスリーブ移動量に等しくてもよい。外側フランジは開口を有し、開口はノッチであることができ、そのため、外側フランジが内側フランジに対して回転されると、変位ピンは外側フランジの開口と位置合わせされ、それによって、フランジが引き入れられて当接接触することを可能にする。ファスナは、システム動作中に所定の位置のままであることができ、それにより、スリーブがベアリングを離脱させないということを確保する。

このローディングシステムは、駆動機構における摩擦損失を低減し、ユーザが過剰な量の駆動ねじ抵抗に打ち勝つことを必要としない。また、これは、スリーブが駆動されて係合すると、ユーザがスリーブの初期位置を正確に決定し確実に定量化することを可能にする非常に重要な利益を有する。さらなる説明が以下に続く。

次に、図面を見ると、図１は、例示的なテーパスリーブ取付けシステムまたはキットの要素を示している。図２および図３は、図１の線２−２に沿って切断した図１の取付けシステムの断面図である。例示的な実施形態においては、ベアリングシステムまたはキット１０は、内側フランジ１４に取り付けられるテーパ穴軸受１２を備える。テーパ穴球面ころ軸受が図に示されているが、説明は、一般に、これらの特定のタイプのベアリングまたはベアリング製品に限定されるものではなく、ベアリングの内輪のみが説明を容易にするために図示されている。ベアリングアセンブリ１２は、テーパ内径１６と、内側フランジ１４の内径２０を半径方向に配置しこれと対合するためのガイド１８とを有することができる。また、システムまたはキット１０は、外側フランジ２２を備えることができ、外側フランジは、内側フランジの前面に配置されるねじ孔２８に係合する複数のファスナ２６を介して内側フランジ１４の前面２４に固定され得る。外側フランジ２２の細長い孔３０は、ファスナ２６が外側フランジを通過し外側フランジの前面３２に負荷をかけることを可能にし、それによって、フランジが一緒に結合されることを可能にする。ワッシャ３４が、外側フランジ２２の前面３２への負荷を分配するようにファスナとともに使用され得る。

変位ピン３６は、内側フランジ１４の変位ピン孔３７に取り付けられ得る。変位ピン３６は、以下でより詳細に説明されるように、変位ピン孔から突出し内側フランジ１４の前面２４から外側フランジ２２の背面３８まで延在することができる。変位ピン３６は、内側フランジ１４に見出される対応する孔に圧入するように機械加工され得る。図２に示されるように、変位ピン３６は、一定の円筒面を有することができ、必要とされる軸線方向変位および必要とされる径方向隙間の低減をもたらすように正確な高さでピンを突き出させておく深さで内側フランジに圧入され得る。図３に示されるように、変位ピン３６は、ピンのより大きな直径の部分の高さが、取付けシステムおよびベアリングアセンブリ内の所望の径方向隙間の低減を提供するのに必要とされる軸線方向変位に等しい長さであるように、ショルダーによって機械加工され得る。本開示によれば、変位ピン３６は、ベアリング構成部品が適切に取り付けられている視覚的インジケータを提供する。したがって、ベアリング製造業者は、変位ピン３６が内側フランジ１４から突出する距離を精密に設定し、かつファスナ２６によってその距離（すなわち、ピン寸法）で外側フランジ２２を内側フランジで固定することによって、必要とされる軸線方向変位「ｘ」を設定することができる。

キットまたはシステムは、ベアリングアセンブリ１２のテーパ内径１６に係合するテーパ外径５２を有するスリーブ５０をさらに備えることができる。スリーブの外側部分は、テーパ外径からスリーブの前面５６の近くの均一な外径５４まで移行することができる。また、スリーブ５０は、外側フランジ２２の内径上の駆動ねじ６０に螺合する均一な直径部分５４に隣接するねじ５８を有することができる。外側フランジを内側フランジ１４に取り付けるファスナ２６によって、外側フランジおよび内側フランジはスリーブ５０に対して１つのユニットとして回転され得、そのため、外側フランジねじ６０およびスリーブねじ５８が協働してスリーブをベアリングアセンブリの中に駆動し、それによって、初期にベアリングアセンブリを初期位置においてシャフトに固定する。テーパスリーブは、テーパ径が一緒に駆動されるとテーパスリーブが円形シャフトを締め付けることを可能にする均一な内径６６および軸線方向割れ目６８を有することができる。本システムは、特に係合用テーパが関係しているのであれば、異なって構成された構成部品で使用され得ることに留意されたい。たとえば、ベアリングリング自体にテーパを付けることを回避するために、別のスリーブが、内輪の内径と相互作用する表面と、スリーブのテーパ外径に接触するテーパ内側表面とを有するアセンブリに挿入され得る。

また、内側フランジ１４は、スナップリング８４を介して内輪に軸線方向に固定され得る。スナップリングは、スナップリングがスナップリング溝に跳び込む点まで内側フランジ１４がベアリングアセンブリ１２の内輪上を摺動することを可能にする環状カム面８２によって圧縮され得る。

外側フランジ２２には、内側フランジ１４に取り付けられる変位ピン（複数可）３６の角変位と合致する角変位をその間に有し得るクリアランスノッチ９０が設けられ得る。回転の自由を可能にするために、ノッチ９０は、寸法が変位ピンの直径より大きくてもよい。同様に、細長い孔３０は、外側フランジ２２が内側フランジ１４に対して回転されることを可能にして、ベアリングシステムが最終ローディング位置に置かれる場合に内側フランジが外側フランジの方へ駆動されると、変位ピン３６がクリアランスノッチ９０と位置合わせされ次いでこれに受け取られることを可能にするように、細長く円弧状であることができる。これに加えてまたは代替として、クリアランス孔または開口は、変位ピンを受け取るように外側フランジの背面に設けられ得る。また、外側フランジのノッチ９０は、スパナレンチノッチに対応してもよく、または別の工具を受け入れて外側フランジの回転を生じさせるように構成されていてもよい。

取付けシステムは、シャフトに配置されることができ、外側フランジ２２および内側フランジ１４ユニットは、アセンブリを初期またはゼロ基準位置にするようにスリーブ５０と係合され得る。初期またはゼロ基準位置にある場合、ファスナ２６は、内側フランジ１４に対する外側フランジ２２の回転を可能にするが内側フランジに対する外側フランジの大幅な軸線方向移動を可能にしないように僅かに弛められ得る。外側フランジ１４は、変位ピン３６が外側フランジのクリアランスノッチ９０と位置合わせされるまで回転され得る。これは、システムが最終ローディング位置まで移動される状態にある視覚的インジケータを提供する。その後、ファスナ２６は、先に変位ピンによって生じた間隙を除去するように内側フランジを外側フランジの方へ引き寄/せるように締め付けられ得る。ノッチは、フランジが当接接触すると変位ピンを受け取ることができる。距離「ｘ」の量の相対的な軸線方向移動は、内側スリーブ５０がベアリング１２の内輪に対して駆動されて拡張することを引き起こし、それにより径方向隙間を所望の量まで低減する。換言すれば、ベアリングアセンブリ１２は、初期位置（変位ピン３６が内側フランジ前面から外側に突出する量だけ外側フランジ背面３８が内側フランジ前面２４から間隔を置いて配置される位置）から、外側フランジ背面が内側フランジに当接する最終位置までスリーブ５０の上を覆って引き寄せられる。変位ピンが内側フランジの前面から延在する距離は、初期位置から、スリーブがベアリングとシャフトとの間で完全に係合される適切な最終位置までスリーブを駆動するのに必要とされる軸線方向変位に等しい。それ故、ベアリングの内部隙間を低減するのに必要とされる半径方向拡張の正確な量、またはベアリングとシャフトとの間のスリーブの緊密係合は、２つのフランジを単に対合することによって自動的かつ精密に設定される。したがって、ピンおよびクリアランスノッチは、特別なまたは外部機器を必要とせずに、ベアリングのための恒久的な視覚的インジケータおよび直径方向−軸線方向リレーションゲージを提供する。

ファスナ２６は、動作中に所定の位置のままであることができ、スリーブが前負荷面への一定負荷を保つことによってベアリングアセンブリを離脱させないということを確保する助けとなる。また、ねじは、内側フランジ１４、外側フランジ２６、テーパスリーブ５０、およびベアリングアセンブリ１２を回転可能にロックすることによって部品を一緒にキー止めする働きをする。これは、さもないと摩擦熱を生じさせ最終的な故障またはシステムのスケジュールされていない保守に至り得るこれらの部品間のいかなる相対運動も防止する。

カバー１００は、外側フランジ２２の外側に設けられ機械的ファスナ１０２により外側フランジに固定されることができ、機械的ファスナ１０２が外側フランジの外面上のファスナ孔１０４を通して方向付けられる。

最後に、本考察全体において述べられたように、本取付けシステムは、ベアリングアセンブリに限定されるものではなく、他の機械要素をシャフトに取り付けるのに使用され得る。たとえば、システムは、あるシャフトを別のシャフトに結合するのに使用される機械的結合部を取り付ける働きをすることができる。この結合を完全にするために、機械要素（典型的には、結合部「半部」）が、シャフトに直接取り付けられる。本システムは、このタイプの要素、および多くの他の要素をシャフトに直接取り付けるのに使用されることができ、それにより、上記で説明した同じ利益および利点のすべてを提供する。

特定の実施形態が詳細にかつ上述の詳細な説明で説明され、添付の図面に示されているが、当業者には、これらの詳細のさまざまな変更および代替が本開示の教示全体に照らして開発され得ることが理解されよう。したがって、開示された特定の実施形態および開示された特定の範囲は、単に例示的なものであり本発明の範囲について限定されるものではないことが意図され、本発明の範囲には、添付の特許請求の範囲の全範囲ならびにその任意のおよびすべての均等物が与えられるべきである。

Claims (29)

1. ベアリングアセンブリをシャフトに取り付けるためのシステムであって、
   ベアリングアセンブリに軸線方向に固定される内側フランジであり、ピン寸法だけ外側に延在する変位ピンを有する内側フランジと、
   複数のファスナを介して内側フランジに結合される外側フランジであり、複数のファスナは、外側フランジに形成される孔を通過し、外側フランジは、変位ピンを受け取るように構成された開口を有し、外側フランジが、外側フランジ開口が変位ピンと位置合わせされていない第１の位置と、外側フランジ開口が変位ピンと位置合わせされている第２の位置との間でファスナによって内側フランジに結合されると、回転されることを可能にするように、孔はファスナに対して十分に寸法決めされている、外側フランジと、
   テーパ外径を有するスリーブであり、外側フランジと結合されるようになされており、ベアリングアセンブリとシャフトとの間に配置されるように構成されたスリーブと
   を備える、システム。
2. ピン寸法が、ベアリングアセンブリおよびシャフトに対するスリーブの初期位置と、ベアリングアセンブリおよびシャフトに対するスリーブの最終位置との間の距離を規定する、請求項１に記載のシステム。
3. 初期位置と最終位置との間の距離が、ベアリングアセンブリをシャフトに適切に取り付けるのに必要とされる相対的な軸線方向のスリーブ移動量に等しい、請求項２に記載のシステム。
4. 変位ピンが外側フランジ開口に受け取られ、システムが最終位置に移動されると、外側フランジは内側フランジに当接する、請求項３に記載のシステム。
5. システムが初期位置から最終位置まで移動すると、複数のファスナは、内側フランジを外側フランジの方へ引き寄せる、請求項２に記載のシステム。
6. 変位ピンが、ピン寸法だけ内側フランジから延在する複数の変位ピンのうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
7. 外側フランジ開口が、対応する変位ピンを受け取るように構成された外側フランジの複数の開口のうちの１つである、請求項６に記載のシステム。
8. 外側フランジが、スリーブと螺合される、請求項１に記載のシステム。
9. 開口が、外側フランジの外周を通して延在するノッチを備える、請求項１に記載のシステム。
10. ノッチが、工具を受け入れて外側フランジを回転させるように構成されている、請求項９に記載のシステム。
11. テーパ内径を有する要素をシャフトに取り付けるためのシステムであって、
    要素に軸線方向に固定される内側フランジであり、ピン寸法だけ外側に延在する少なくとも１つの変位ピンを有する内側フランジと、
    少なくとも１つのファスナを介して内側フランジに結合される外側フランジであり、少なくとも１つのファスナは、外側フランジに形成される少なくとも１つの細長い孔を通過し、外側フランジは、少なくとも１つの変位ピンを受け取るように構成された少なくとも１つの開口を有し、外側フランジは、少なくとも１つの外側フランジ開口が少なくとも１つの変位ピンと位置合わせされていない第１の位置と、少なくとも１つの外側フランジ開口が少なくとも１つの変位ピンと位置合わせされている第２の位置との間で外側フランジの少なくとも１つの細長い孔を通る少なくとも１つのファスナによって内側フランジに結合されると、回転可能である、外側フランジと、
    テーパ外径を有するスリーブであり、外側フランジと結合されるようになされており、要素とシャフトとの間に配置されるように構成されたスリーブと
    を備える、システム。
12. ピン寸法が、要素およびシャフトに対するスリーブの初期位置と、要素およびシャフトに対するスリーブの所望の位置との間の距離を規定する、請求項１１に記載のシステム。
13. 所望の位置と最終位置との間の距離が、要素をシャフトに適切に取り付けるのに必要とされる相対的な軸線方向のスリーブ移動量に等しい、請求項１２に記載のシステム。
14. 変位ピンが少なくとも１つの外側フランジ開口に受け取られ、システムが所望の位置に移動されると、外側フランジは内側フランジに当接する、請求項１３に記載のシステム。
15. システムが初期位置から所望の位置まで移動されると、少なくとも１つのファスナは、内側フランジを外側フランジの方へ引き寄せる、請求項１２に記載のシステム。
16. スリーブが軸線方向に割られて、テーパ外径が係合されるとスリーブがシャフトをクランプすることを可能にする、請求項１１に記載のシステム。
17. 少なくとも１つの開口が、外側フランジの外周を通して延在するノッチを備える、請求項１１に記載のシステム。
18. ノッチが、工具を受け入れて外側フランジを回転させるように構成されている、請求項１７に記載のシステム。
19. 外側フランジが、スリーブと螺合される、請求項１１に記載のシステム。
20. 内側フランジ、外側フランジ、テーパスリーブ、およびベアリングアセンブリを備えるベアリングキットにアクセスするステップであり、内側フランジは、ピン寸法だけ内側フランジの表面から軸線方向外側に延在する変位ピンを有し、内側フランジは、ベアリングアセンブリに軸線方向に固定され、外側フランジは、外側フランジがピン距離だけ内側フランジから間隔を置いて配置されるように、複数のファスナによって内側フランジに取り付けられ、外側フランジは、複数のファスナを受け取るように構成された細長い孔を有し、外側フランジは、変位ピンを受け取るように構成された開口を有する、ステップと、
    テーパスリーブをベアリングアセンブリおよびシャフトに対する初期位置に配置するように、テーパスリーブを外側フランジと係合させるステップと、
    外側フランジ開口が変位ピンと位置合わせされるように、細長い孔内のファスナによって内側フランジに対して外側フランジを回転させるステップと、
    テーパスリーブがベアリングアセンブリおよびシャフトに対するスリーブの初期位置から最終位置まで移動されるように、内側フランジを外側フランジの方へ移動させベアリングアセンブリをスリーブの上を覆って引き寄せるように、外側フランジと内側フランジとの間で複数のファスナを係合させるステップと
    を含む、方法。
21. 変位ピンが外側フランジ開口に受け取られ、スリーブが最終位置にあると、外側フランジは内側フランジに当接する、請求項２０に記載の方法。
22. ピン寸法が、初期位置と最終位置との間の距離に等しい、請求項２１に記載の方法。
23. 動作中にスリーブの相対運動を防止するように、ファスナを外側フランジと内側フランジとの間で係合させておくステップを含む、請求項２１に記載の方法。
24. 変位ピンが、ピン寸法だけ内側フランジから延在する複数の変位ピンのうちの１つである、請求項２０に記載の方法。
25. 外側フランジ開口が、対応する変位ピンを受け取るように構成された外側フランジの複数の開口のうちの１つである、請求項２４に記載の方法。
26. スリーブが軸線方向に割られて、テーパ外径が係合されるとスリーブがシャフトをクランプすることを可能にする、請求項２０に記載の方法。
27. 開口が、外側フランジの外周を通して延在するノッチを備える、請求項２０に記載の方法。
28. 外側フランジを回転させるように工具をノッチに適用するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
29. 外側フランジが、スリーブと螺合される、請求項２０に記載の方法。

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