JP2017057953A - 複列自動調心ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 左右のころ列に互いに大きさが異なる荷重が作用する用途に用いるのに適し、軸受全体の負荷容量を増大させて長寿命化を図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、かつ長さＬ１の短いころ４の径Ｄ１ｍａｘが長さＬ２の長いころ５の径Ｄ２ｍａｘよりも大きい。【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、一方の列のころがラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を受けるのに対し、他方の列のころはほぼラジアル荷重だけを受ける。ラジアル荷重に比べて一方向のアキシアル荷重が大きいため、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、表面損傷や摩耗が生じやすく、転がり寿命の短い。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６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Ｌ２を長く、かつ接触角θ２を大きくする。このようにして、左右各列のころ４，５の負荷容量を適切に設定することにより、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。なお、左右各列のころ４，５の最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘは互いに同じである。

国際公開第２００５／０５００３８号パンフレット

上記のように左右各列のころ４，５の長さＬ１，Ｌ２や接触角θ１，θ２を互いに異ならせる場合、長さＬ２の長いころ５は、長さＬ１の短いころ４よりも全体的に内径側に位置する。特に、長さＬ２の長いころ５の幅方向外側端が内径側に位置する。図６の例ではあまり明確ではないが、長さＬ２の長いころ５の長さをもっと長く、かつ接触角θ２をもっと大きくすると、長さＬ２の長いころ５の幅方向外側端が内径側に位置することがより一層顕著となる。上記理由から、必然的に、アキシアル荷重を受けるころ列では内輪２の肉厚が薄く、アキシアル荷重を受けないころ列では内輪２の肉厚が厚くなっている。このような構造上の特徴を利用して、規格によって決められた幅寸法および径方向厚さの中で、負荷容量の増大と長寿命化を図ることが課題である。

この発明の目的は、左右のころ列に互いに大きさが異なる荷重が作用する用途に用いるのに適し、左右各列でころ長さが異なるという構造上の特徴を利用し、軸受全体の負荷容量を増大させて長寿命化を図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、かつ長さの短いころの径が長さの長いころの径よりも大きいことを特徴とする。ここで言うころの径は、基準となる径のことであり、この基準となる径は最大径であってもよく最小径であってもよい。

この構成によると、左列のころと右列のころの長さが互いに異なり、かつ長さの短いころの径が長さの長いころの径よりも大きくした。一般に、ころの長さが長いほど、またころの径が大きいほど負荷容量が大きくなる。左右各列のころの長さおよび径を適切に設定することにより、左右各列のころの負荷容量が適正な大きさとなり、左右各列のころでそれぞれ決められた比率で荷重を負担するようにできる。例えば、長さが長く径が小さいころの方が、長さが短く径が大きいころよりも負荷容量が大きい場合、荷重を負担する比率が高い側の列は、長さが長く径が小さいころとし、荷重を負担する比率が低い側の列は、長さが短く径が大きいころとする。

長さの長いころは長さの短いころよりも全体的に内径側に位置するため、左右各列のころの最大径が同じである場合、長さの短いころの側では内輪の肉厚に余裕がある。この肉厚の余裕を利用することで、規格によって決められた幅寸法および径方向厚さの中であっても、長さの短いころの径を長さの長いころの径よりも大きくすることが可能である。長さの短いころの径を大きくすることにより、軸受全体の負荷容量が増大する。

この複列自動調心ころ軸受は、左右のころ列に互いに大きさが異なる荷重が作用する用途に用いられる。その場合、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で、左右各列のころの面圧がほぼ均等になる。これにより、軸受全体で大きな負荷容量を確保することができると共に、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中つばが存在せず、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内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が設けられていても良い。
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。すなわち、片方の列はラジアル荷重とアキシ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だけを受ける。その場合、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で、左右各列のころの面圧がほぼ均等になる。これにより、軸受全体で大きな負荷容量を確保することができると共に、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、かつ長さの短いころの径が長さの長いころの径よりも大きいため、左右のころ列に互いに大きさが異なる荷重が作用する用途に用いるのに適し、ころ長さが異なることによって内輪の肉厚に余裕が生まれる荷重負担の小さい側の列のころの径を大きくすることで、軸受全体の負荷容量を増大させて長寿命化を図ることができる。

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。 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。 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と共に説明する。
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、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２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。なお、図２は非対称ころを説明するための図であり、左右のころ４，５の長さおよび径の比が、図１に示す複列自動調心ころ軸受１のものとは違っている。

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に前記中つば８が設けられている。非対称ころを中つばで支持する構成は、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。

図１において、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、かつ接触角θ１，θ２が互いに異なっている。すなわち、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、長さＬ１の短いころ４の径（例えば最大径Ｄ１_ｍａｘ）の方が、長さＬ２の長いころ５の径（最大径Ｄ２_ｍａｘ）よりも大きい。左右各列のころ４，５の負荷容量が適正な大きさとなるように、左右各列のころ４，５の長さＬ１，Ｌ２および最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘが決められている。この例の場合、長さＬ２が長く最大径Ｄ２_ｍａｘが小さいころ５の方が、長さＬ１が短く最大径Ｄ１_ｍａｘが大きいころ４よりも負荷容量が大きい。

長さＬ２の長いころ５は長さＬ１の短いころ４よりも全体的に内径側に位置するため、左右のころ４，５の最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘが同じである場合、長さＬ１の短いころ４の側では内輪２の肉厚に余裕がある。この肉厚の余裕を利用することで、規格によって決められた幅寸法および径方向厚さの中であっても、長さＬ１の短いころ４の最大径Ｄ１_ｍａｘを長さＬ２の長いころ５の最大径Ｄ２_ｍａｘよりも大きくすることが可能である。

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。

この構成の複列自動調心ころ軸受１は、左右のころ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負荷容量が大きいころ、すなわち長さＬ２が長く最大径Ｄ２_ｍａｘが小さい右列のころ５とし、かつアキシアル荷重を殆ど受けない列のころは負荷容量が小さいころ、すなわち長さＬ１が短く最大径Ｄ１_ｍａｘが大きい左列のころ４とする。アキシアル荷重を受ける右列のころ５の接触角θ２は、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よりも大きい。これにより、負荷容量が大きい右列のころ５がアキシアル荷重とラジアル荷重の両方を受け、負荷容量が小さい左列のころ４がほぼラジアル荷重のみを受けることとなる。

ころ４，５の長さＬ１，Ｌ２および最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘを適切に設定することにより、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。加えて、左右各列でころ４，５の長さＬ１，Ｌ２が異なる複列自動調心ころ軸受１の構造上の特徴を利用し、長さＬ１の短いころ４の最大径Ｄ１_ｍａｘを長さＬ２の長いころ５の最大径Ｄ２１ _ｍａｘよりも大きくすることで、より一層の負荷容量の増大が図られている。

図３はこの発明の異なる実施形態を示す。この複列自動調心ころ軸受１は、左右各列のころ４，５を、最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘの位置がころ長さＬ１，Ｌ２の中央Ａ１，Ａ２に位置する対称ころとしてある。対称ころであるころ４，５は、誘起スラスト荷重が発生しないので、図１の実施形態における前記中つば８を無くすことができる。中つば８を無くすことで、左右のころ４，５を互いに接近させることが可能となり、その分だけ左右の列のころ４，５の長さＬ１，Ｌ２を長くして軸受全体の負荷容量を高めることができる。図３の例では、図１の例に対して、右列のころ５の長さＬ２のみを長くしているが、左列のころ４の長さＬ１のみを長くしてもよく、また左右各列のころ４，５の長さＬ１，Ｌ２を共に長くしてもよい。

左右のころ列間における内輪２と保持器１０Ｌ，１０Ｒとの間には、左右各列のころ４，５の端面に当接してこれらのころ４，５を案内する案内輪１３が設けられている。案内輪１３は、ころ４，５、内輪２、および保持器１０Ｌ，１０Ｒのいずれに対して自由回転するように設けられている。中つば８の代わりに案内輪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４、図５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５）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、図１、図３に示す各実施形態のうちのいずれかの複列自動調心ころ軸受１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、負荷容量が大きいころ、すなわち長さＬ２が長く最大径Ｄ２_ｍａｘが小さいころ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、負荷容量が小さいころ、すなわち長さＬ１が短く最大径Ｄ１_ｍａｘが大きいころ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 (3)

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、かつ長さの短いころの径が長さの長いころの径よりも大きい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中つばが存在せず、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内輪に対し自由回転し前記左右２列のころを案内する案内輪が設けられてい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、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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