JP2017057950A - 複列自動調心ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 左右の列に互いに大きさが異なる荷重が作用する場合に、左右各列のころが持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担させて、軸受全体で大きな負荷容量を確保すると共に、軸受全体の実質寿命を向上させることができる複列自動調心ころ軸受を提供する。
【解決手段】 複列自動調心ころ軸受１は、内輪２と外輪３との間に左右２列にころ４，５が介在する。外輪３の軌道面３ａが球面状であり、左右２列のころ４，５は外周面が外輪３の軌道面３ａに沿う断面形状である。左右２列のころ４，５は、左列のころ４と右列のころ５の長さＬ１，Ｌ２が互いに異なり、かつ左列のころ４と右列のころ５の本数が互いに異なる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、左右２列のころに不均等な荷重が負荷される用途、例えば風力発電装置や産業機械の主軸を支持する軸受等に適用される複列自動調心ころ軸受に関する。

風力発電装置の主軸を支持する軸受には、ブレードやロータヘッドの自重によるラジアル荷重の他に、風力によるアキシアル荷重が作用する。軸受が複列自動調心ころ軸受である場合、左右２列のころのうち、主に一方の列のころだけがアキシアル荷重を受ける。つまり、左右２列のころで均等に荷重を受けるのではなく、アキシアル荷重を受ける側の列の荷重分担が大きくなる。アキシアル荷重を受ける列のころは、アキシアル荷重を殆ど受けない列のころと比べて、転動疲労寿命も短くなると同時に、表面損傷や摩耗が生じやすくなる。このアキシアル荷重を受ける列のころの転がり寿命により、軸受全体の実質寿命が決定される。

単に軸受の寿命を向上させるだけであれば、サイズの大きな軸受を用いて軸受全体の負荷容量を大きくすればよいが、その場合、アキシアル荷重を殆ど受けない列のころだけが負荷容量や転がり寿命につき余裕を持つこととなり、設計上の無駄が多い。

そこで、例えば図１０に示すように、内輪２と外輪３との間に介在する左右各列のころ４，５の長さＬ１，Ｌ２や接触角θ１，θ２を互いに異ならせることで、アキシアル荷重を受ける列のころ５の負荷容量を、アキシアル荷重を殆ど受けない列のころ４の負荷容量よりも大きくすることが提案されている（特許文献１）。具体的には、アキシアル荷重を受ける列のころ５の長さＬ１を長く、かつ接触角θ１を大きくする。このようにして、左右各列のころ４，５の負荷容量を適正に定めることにより、左右各列のころ４，５の転がり寿命がほぼ同じになり、軸受全体の実質寿命を向上させることができる。

国際公開第２００５／０５００３８号パンフレット

しかし、軸受は規格により幅寸法および径方向厚さが決まっているため、限られたスペースの中で左右各列のころの長さや接触角の大きさを決定しなければならない。このため、設計の自由度が少なく、軸受が受けるラジアル荷重とアキシアル荷重に合わせて、左右各列のころが持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担するように設計するのが難しい。例えば、アキシアル荷重を受ける列の負荷容量を大きくするために、当該列のころの長さを長くすると、他方の列のころの長さが短くなりすぎて、風車の静止時におけるラジアル荷重に対する負荷容量が不足することになりかねない。

この発明の目的は、左右の列に互いに大きさが異なる荷重が作用する場合に、左右各列のころが持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担させて、軸受全体で大きな負荷容量を確保すると共に、軸受全体の実質寿命を向上させることができる複列自動調心ころ軸受を提供することである。

この発明の複列自動調心ころ軸受は、内輪と外輪との間に左右２列にころが介在し、前記外輪の軌道面が球面状であり、前記左右２列のころは外周面が前記外輪の軌道面に沿う断面形状であって、前記左右２列のころは、左列のころと右列のころの長さが互いに異なり、かつ前記左列のころと前記右列のころの本数が互いに異なることを特徴とする。

この構成によると、左列のころと右列のころの長さを互いに異ならせることにより、長さの長いころが長さの短いころよりも、大きな負荷容量を持つようになる。また、左列のころと右列のころの本数を互いに異ならせることにより、左右の列のころの本数が同じである場合と比べて、左列のころ全体が負担する負荷容量と右列のころ全体が負担する負荷容量との比率が変わる。具体的には、ころの本数を多くすると、ころ列の負荷容量が大きくなる。
上記のころの長さを異ならせる手法ところ本数を異ならせる手法とを併用して左右のころ列の負荷容量を調整すれば、ころの長さを異ならせる手法だけで左右のころ列の負荷容量を調整するよりも、設計の自由度が高くなる。このため、規格により幅寸法および径方向厚さが決められた限られたスペースの中であっても、左右各列のころが持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担させることができる。その結果、左右各列のころの面圧が均等になる。これにより、軸受全体で大きな負荷容量を確保すると共に、軸受全体の実質寿命を向上させることができる。

この複列自動調心ころ軸受は、左右の列に互いに大きさが異なる荷重が作用する用途、例えば片方の列はアキシアル荷重とラジアル荷重の両方を受け、もう片方の列は殆どラジアル荷重のみを受けるような用途に用いられる。その場合、アキシアル荷重を受ける列のころは、長さが長いころとし、かつアキシアル荷重を殆ど受けない列のころは、長さが短いころとする。また、アキシアル荷重を受ける列のころは、アキシアル荷重を殆ど受けない列のころよりも、接触角を大きくする。これにより、負荷容量の大きな長さが長いころが、アキシアル荷重とラジアル荷重の両方を受け、負荷容量の小さな長さが短いころがラジアル荷重のみを受けることとなる。これに加えて、左列のころと右列のころの本数を互いに異ならせて、左列のころ全体が負担する負荷容量と右列のころ全体が負担する負荷容量との比率を調整することで、軸受全体で大きな負荷容量を確保しつつ、左右各列のころにほぼ均等に荷重を分担させる。

この発明において、前記左列のころと前記右列のころの最大径が互いに異なっていても良い。
左列のころと右列のころの最大径を互いに異ならせることにより、左右の列のころの本数が同じである場合と比べて、左列のころ全体が負担する負荷容量と右列のころ全体が負担する負荷容量との比率が変わる。すなわち、ころの最大径が大きいほど、ころ列の負荷容量が大きくなる。前記左右各列でころの長さを異ならせる手法、および左右各列のころの本数を異ならせる手法に加えて、左右各列のころの最大径を異ならせる手法を併用することで、設計の自由度がより一層高くなり、軸受全体で大きな負荷容量を確保しつつ、左右各列のころが持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担させることがさらに容易になる。

この発明において、前記左右２列のころは、最大径の位置がころ長さの中央から外れた非対称ころであり、前記内輪の外周面における前記左列のころと前記右列のころ間に前記左右２列のころを案内する中つばを有していても良い。
非対称ころの場合、誘起スラスト荷重が発生する。この誘起スラスト荷重を中つばが支持する。非対称ころと中つばの組合せは、ころの案内精度が良いので、高速回転する軸受に適する。

この発明において、前記左右２列のころは、最大径の位置がころ長さの中央に位置する対称ころであっても良い。その場合、前記左右２列のころを保持する保持器と前記内輪との間に、これら保持器および前輪に対して自由回転し前記左右２列のころを案内する案内輪を設けると良い。
左右２列のころを対称ころとすると、誘起スラスト荷重が発生しないので、前記中つばを無くすことができる。中つばの代わりに、案内輪を設けることで、ころのスキューを抑えることができる。

この複列自動調心ころ軸受は、風力発電装置の主軸の支持に適する。
風力発電装置の主軸を支持する複列自動調心ころ軸受には、ブレードやロータヘッドの自重によるラジアル荷重、および風力によるアキシアル荷重が作用し、左右の列に互いに大きさが異なる荷重が作用する。このような左右の列に作用する荷重が異なる場合でも、この複列自動調心ころ軸受を用いると、左右各列のころが持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担させることができる。

この発明の複列自動調心ころ軸受は、内輪と外輪との間に左右２列にころが介在し、前記外輪の軌道面が球面状であり、前記左右２列のころは外周面が前記外輪の軌道面に沿う断面形状であって、前記左右２列のころは、左列のころと右列のころの長さが互いに異なり、かつ前記左列のころと前記右列のころの本数が互いに異なるため、左右の列に互いに大きさが異なる荷重が作用する場合に、左右各列のころが持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担させて、軸受全体で大きな負荷容量を確保すると共に、軸受全体の実質寿命を向上させることができる。

この発明の一実施形態にかかる複列自動調心ころ軸受の断面図である。 図１のII矢視断面図である。 図１のIII矢視断面図である。 非対称ころの説明図である。 この発明の異なる実施形態にかかる複列自動調心ころ軸受の断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかる複列自動調心ころ軸受の断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかる複列自動調心ころ軸受の断面図である。 風力発電装置の主軸支持装置の一例の一部を切り欠いて表した斜視図である。 同主軸支持装置の破断側面図である。 提案例の複列自動調心ころ軸受の断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。
図１に示すように、この複列自動調心ころ軸受１は、内輪２と外輪３との間に幅方向に並ぶ左右２列にころ４，５を介在させてある。外輪３の軌道面３ａは球面状であり、左右各列のころ４，５は外周面が外輪３の軌道面３ａに沿う断面形状である。言い換えると、ころ４，５の外周面は、外輪３の軌道面３ａに沿った円弧を中心線Ｃ１，Ｃ２回りに回転させた回転曲面である。内輪２には、左右各列のころ４，５の外周面に沿う断面形状の複列の軌道面２ａ，２ｂが形成されている。内輪２の外周面の両端には、つば６，７がそれぞれ設けられている。また、内輪２の外周面の中央部、すなわち左列のころ４と右列のころ５との間には、中つば８が設けられている。

左右各列のころ４，５は、いずれも最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘの位置がころ長さの中央Ａ１，Ａ２から外れた非対称ころである。図４に誇張して示すように、左列のころ４の最大径Ｄ１_ｍａｘの位置はころ長さの中央Ａ１よりも右側にあり、左列のころ５の最大径Ｄ２_ｍａｘの位置はころ長さの中央Ａ２よりも左側にある。このような非対称ころからなる左右各列のころ４，５は、誘起スラスト荷重が発生する。この誘起スラスト荷重を受けるために、内輪２の前記中つば８が設けられる。非対称ころと中つばの組合せは、ころ４，５を内輪２、外輪３、および中つば８の３箇所で案内するので、案内精度が良く高速回転する軸受に適する。

左列のころ４と右列のころ５は、中心線Ｃ１，Ｃ２に沿った長さＬ１，Ｌ２が互いに異なり、かつそれぞれの接触角θ１，θ２が互いに異なっている。この場合、長さＬ２の長いころ５の接触角θ２の方が、長さＬ１の短いころ４の接触角θ１よりも大きく設定されている。また、この実施形態では、左右各列のころ４，５は、最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘが同じとされている。

図２は図１のII矢視断面図、図３は図１のIII矢視断面図である。これら図２、図３に示されているように、左列のころ４と右列のころ５の本数が互いに異ならせてある。この例の場合、長さＬ１の短い左列のころ４は１８本であり、長さＬ２の長い右列のころ５は１６本である。この本数は一例であり、各列のころ４，５の本数は任意に決めることができる。長さＬ２の長いころ５の方が長さＬ１の短いころ４よりも本数を多くしても良い。

図１において、左右各列のころ４，５は、それぞれ保持器１０Ｌ，１０Ｒにより保持されている。左列用の保持器１０Ｌは、円環部１１から複数の柱部１２が左側に延び、これら柱部１２間のポケットに左列のころ４が保持される。右列用の保持器１０Ｒは、円環部１１から複数の柱部１２が右側に延び、これら柱部１２間のポケットに右列のころ５が保持される。

両保持器１０Ｌ，１０Ｒを比較した場合、基本的には円環部１１の断面の径方向厚さおよび柱部１２の断面の径方向厚さは同じであるが、柱部１２の断面の径方向厚さについては、左列用の保持器１０Ｌの柱部１２の方が右列用の保持器１０Ｒの柱部１２よりも厚くしてもよい。このように、長さＬ２が長く負荷容量が大きい右列のころ５を保持する右列用の保持器１０Ｒの柱部１２の断面を大きくすると、右列用の保持器１０Ｒが損傷するリスクを低減することができる。

この構成の複列自動調心ころ軸受１は、左右の列に互いに大きさが異なる荷重が作用する用途、例えば片方のころ列にアキシアル荷重とラジアル荷重とを受け、もう片方のころ列には殆どラジアル荷重のみを受けるような用途に用いられる。具体的には、風力発電装置の主軸支持軸受等に用いられる。

上記用途で用いる場合、アキシアル荷重を受ける列のころは、長さＬ２が長い右列のころ５とし、かつアキシアル荷重を殆ど受けない列のころは、長さＬ１が短い左列のころ４とする。また、アキシアル荷重を受ける右列のころ５の接触角θ２を、アキシアル荷重を殆ど受けない左列のころ４の接触角θ１よりも大きくする。これにより、負荷容量の大きな長さＬ１の長いころ５がアキシアル荷重とラジアル荷重の両方を受け、負荷容量の小さな長さＬ１の短いころ４はほぼラジアル荷重のみを受けることとなる。

さらに、左列のころ４と右列のころ５の本数を互いに異ならせることで、左右の列の負荷容量がほぼ同じになるように調整する。この実施形態の場合、図２、図３のように、左列のころ４の本数の方が右列のころ５の本数よりも多くしている。長さＬ１が短く接触角θ１が小さい左列のころ４は、長さＬ２が長く接触角θ２が大きい右列のころ５よりも、全体的に僅かながら外径側に位置している。このため、ころ４，５の最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘが同じである場合、左列のころ４の本数を増やす方が、右列のころ５の本数を増やすよりも、ころ同士が接近し過ぎることによる障害が起き難い。

このように、左右各列でころの長さを異ならせる手法と、左右各列のころ本数を異ならせる手法とを併用して左右のころ列の負荷容量を調整すれば、ころの長さを異ならせる手法だけで左右のころ列の負荷容量を調整するよりも、設計の自由度が高い。このため、規格により幅寸法および径方向厚さが決められた限られたスペースの中であっても、左右各列のころ４，５が持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担させることができる。その結果、左右各列のころ４，５の面圧が均等になる。これにより、軸受全体で大きな負荷容量を確保すると共に、軸受全体の実質寿命を向上させることができる。

図５、図６は、それぞれこの発明の異なる実施形態を示す。これらの複列自動調心ころ軸受１は、左右各列でころ４，５の長さＬ１，Ｌ２を異ならせること、および左右各列のころ４，５の本数を異ならせることに加えて、左右各列のころ４，５の最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘを異ならせてある。図５の複列自動調心ころ軸受１は、左列のころ４の最大径Ｄ１_ｍａｘの方が右列のころ５の最大径Ｄ２_ｍａｘよりも大きくしてある。逆に、図６の複列自動調心ころ軸受１は、右列のころ５の最大径Ｄ２_ｍａｘの方が左列のころ４の最大径Ｄ１_ｍａｘよりも大きくしてある。

このように、左右各列のころ４，５の最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘを互いに異ならせることにより、左右各列のころ４，５の本数が同じである場合と比べて、左列のころ４全体が負担する負荷容量と右列のころ５全体が負担する負荷容量との比率が変わる。すなわち、ころの最大径が大きいほど、ころ列の負荷容量が大きくなる。左右各列でころ４，５の長さＬ１，Ｌ２を異ならせる手法、および左右各列のころ４，５の本数を異ならせる手法に加えて、左右各列のころ４，５の最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘを異ならせる手法を併用することで、設計の自由度がより一層高くなり、軸受全体で大きな負荷容量を確保しつつ、左右各列のころ４，５が持つ負荷容量に応じた比率で荷重を分担させることがさらに容易になる。

なお、図５のように、左列のころ４の最大径Ｄ１_ｍａｘを大きくする場合は、円周方向の配置スペースの関係から、左列のころ４の本数を右列のころ５の本数よりも少なくすると良い。同様に、図６のように、右列のころ５の最大径Ｄ２_ｍａｘを大きくする場合は、右列のころ５の本数を左列のころ４の本数よりも少なくすると良い。

図７は、この発明のさらに異なる実施形態を示す。この複列自動調心ころ軸受１は、左右のころ４，５を、最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘの位置がころ長さの中央Ａ１，Ａ２に位置する対称ころとしたものである。対称ころからなるころ４，５は誘起スラスト荷重が発生しないので、前記各実施形態の内輪２に設けられている中つば（８）が省かれている。そして、中つば（８）の代わりとして、内輪２と保持器１０Ａ，１０Ｂとの間に、これら前輪２および保持器１０Ａ，１０Ｂに対して自由回転し左右各列のころ４，５を案内する案内輪１３が設けられている。案内輪１３を設けることで、ころ４，５のスキューを抑えることができる。

図８、図９は、風力発電装置の主軸支持装置の一例を示す。支持台２１上に旋回座軸受２２（図９）を介してナセル２３のケーシング２３ａが水平旋回自在に設置されている。ナセル２３のケーシング２３ａ内には、軸受ハウジング２４に設置された主軸支持軸受２５を介して主軸２６が回転自在に設置され、主軸２６のケーシング２３ａ外に突出した部分に、旋回翼となるブレード２７が取り付けられている。主軸２６の他端は、増速機２８に接続され、増速機２８の出力軸が発電機２９のロータ軸に結合されている。ナセル２３は、旋回用モータ３０により、減速機３１を介して任意の角度に旋回させられる。

主軸支持軸受２５は、図示の例では２個並べて設置してあるが、１個であっても良い。この主軸支持軸受２５に、前記各実施形態のうちのいずれかの複列自動調心ころ軸受が用いられる。その場合、ブレード２７から遠い方の列にラジアル荷重とアキシアル荷重の両方がかかるので、ブレード２７から遠い方の列のころとして、接触角θ２が大きく、かつ長さＬ２が長いころ５を用いる。ブレード２７に近い方の列には主としてラジアル荷重のみがかかるので、ブレード２７に近い方の列のころとして、接触角θ１が小さく、かつ長さＬ１が短いころ４を用いる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…複列自動調心ころ軸受
２…内輪
３…外輪
３ａ…軌道面
４，５…ころ
８…中つば
１０Ｌ，１０Ｒ…保持器
１３…案内輪
２６…主軸
Ａ１，Ａ２…ころ長さの中央
Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘ…最大径
Ｌ１，Ｌ２…ころ長さ

Claims (6)

1. 内輪と外輪との間に左右２列にころが介在し、前記外輪の軌道面が球面状であり、前記左右２列のころは外周面が前記外輪の軌道面に沿う断面形状である複列自動調心ころ軸受であって、
   前記左右２列のころは、左列のころと右列のころの長さが互いに異なり、かつ前記左列のころと前記右列のころの本数が互いに異なることを特徴とする複列自動調心ころ軸受。
2. 請求項１に記載の複列自動調心ころ軸受において、前記左列のころと前記右列のころの最大径が互いに異なる複列自動調心ころ軸受。
3. 請求項１または請求項２に記載の複列自動調心ころ軸受において、前記左右２列のころは、最大径の位置がころ長さの中央から外れた非対称ころであり、前記内輪の外周面における前記左列のころと前記右列のころ間に前記左右２列のころを案内する中つばを有する複列自動調心ころ軸受。
4. 請求項１または請求項２に記載の複列自動調心ころ軸受において、前記左右２列のころは、最大径の位置がころ長さの中央に位置する対称ころである複列自動調心ころ軸受。
5. 請求項４に記載の複列自動調心ころ軸受において、前記左右２列のころを保持する保持器と前記内輪との間に、これら保持器および前輪に対して自由回転し前記左右２列のころを案内する案内輪を設けた複列自動調心ころ軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の複列自動調心ころ軸受において、風力発電装置の主軸の支持に用いられる複列自動調心ころ軸受。

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