JP2017061949A - 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、保持器によりころを安定して保持することができ、大きな負荷容量の確保および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。左列のころ４と右列のころ５の長さＬ１，Ｌ２が互いに異なる。保持器１０Ｌ，１０Ｒは、左右のころ４，５間に配置される円環部１１と、この円環部１１から幅方向の外側に延びる複数の柱部１２とを有し、柱部１２間にころ４，５が保持される。長さの長いころ５を保持する保持器１０Ｒは、長さの短いころ４を保持する保持器１０Ｌよりも、柱部１２の断面の径方向厚さが厚い（ｔ１＜ｔ２）。
【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、転がり寿命が短い。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９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）。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。

国際公開第２００５／０５００３８号パンフレット

複列自動調心ころ軸受１の保持器としては、図９に図示されているように、左右のころ４，５間に配置される円環部１１から複数の柱部１２が幅方向外側に延びたくし形の保持器１０Ｌ，１０Ｒが用いられる。ころ４，５は、各保持器１０Ｌ，１０Ｒの柱部１２間のポケットにそれぞれ保持される。くし形の保持器１０Ｌ，１０Ｒは、柱部１２が片持ち状であるため、本来、ころ４，５の保持能力が高いとは言えない構造である。このようなくし形の保持器１０Ｌ，１０Ｒにあって、アキシアル荷重を受けるころ５の長さＬ２を長くすると、当該ころ５の最大径位置が軸受内径側に移動し、ころ５を保持器１０Ｒの柱部径方向中央ではなく、柱部内径側端部で保持するようになり、ころ５の安定性の低下や保持器の早期損傷が考えられる。

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、保持器によりころを安定して保持することができ、大きな負荷容量の確保および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、前記左列のころおよび前記右列のころをそれぞれ個別に保持する左右２つの保持器を有し、これら左右２つの保持器は、前記左列のころと前記右列のころ間に配置される円環部と、この円環部から幅方向の外側に延びる複数の柱部とを有し、前記柱部間に前記左列のころまたは前記右列のころが保持される形態であり、ころ長さの長い方の列のころを保持する保持器は、ころ長さの短い方の列のころを保持する保持器よりも、前記柱部の断面の径方向厚さが厚いことを特徴とする。

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、長さの長いころは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。複列自動調心ころ軸受を、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場合、左右両列のころを比較して大きな荷重を受ける列のころは、長さの長いころとし、かつ比較して小さな荷重を受ける列のころは、長さの短いころとする。これにより、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。

長さの長いころは最大径位置が軸受内径側になるため、ころを保持する箇所が保持器柱部径方向中央ではなく、保持器内径側に移動する。そこで、ころ長さの長い方の列のころを保持する保持器は、ころ長さの短い方の列のころを保持する保持器よりも、柱部の断面の径方向厚さを厚くする。これにより、保持器のころ保持能力が向上し、保持器によりころを安定して保持することができる。

この発明において、前記左右２つの保持器は、前記円環部に前記複数の柱部が片持ち状に支持されたくし形の保持器であっても良い。

具体的には、前記ころ長さの長い方の列のころを保持する保持器は、前記柱部の内径端が前記円環部の内径端よりも内径側に位置する構成とするのが良い。
複列自動調心ころ軸受のころは、径方向に対しころの中心線が傾斜した接触角を持っており、幅方向の外側へ行くほど内径側に位置する。このため、柱部の内径端を円環部の内径端よりも内径側に位置させることで、柱部がころ外周面の径方向の中心付近を当接するようになり、ころの安定性を高められる。

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、アキシアル荷重を受ける列のころは、長さの長いころとし、殆どラジアル荷重だけを受ける列のころは、長さの短いころとすることで、左右各列のころの面圧をほぼ均等にすることができる。

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、前記左列のころおよび前記右列のころをそれぞれ個別に保持する左右２つの保持器を有し、これら左右２つの保持器は、前記左列のころと前記右列のころ間に配置される円環部と、この円環部から幅方向の外側に延びる複数の柱部とを有し、前記柱部間に前記左列のころまたは前記右列のころが保持される形態であり、ころ長さの長い方の列のころを保持する保持器は、ころ長さの短い方の列のころを保持する保持器よりも、前記柱部の断面の径方向厚さが厚いため、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、保持器によりころを安定して保持することができ、大きな負荷容量の確保および長寿命化を図ることができる。

（Ａ）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、（Ｂ）はその部分拡大図である。 同複列自動調心ころ軸受の保持器の展開断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は同保持器の左右の柱部の断面形状の一例を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は同保持器の左右の柱部の断面形状の他の例を示す図である。 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ないし図４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、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５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５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。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。この実施形態では、左右各列のころ４，５の最大径Ｄ１_ｍａｘ，Ｄ２_ｍａｘが同じとされている。

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。図２の展開断面図に示すように、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。つまり、各保持器１０Ｌ，１０Ｒは、円環部１１に複数の柱部１２が片持ち状に支持されたくし形の保持器である。

各保持器１０Ｌ，１０Ｒの柱部１２の長さ方向に垂直な面の断面形状は、図３のような矩形であっても良く、また図４のように、ころ４，５(図１)が摺接する側面が、ころ４，５の外周面に沿う曲面に形成されていても良い。

図１（Ｂ）の部分拡大図に示すように、両保持器１０Ｌ，１０Ｒを比較した場合、円環部１１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の径方向厚さｔ１よりも右列用の保持器１０Ｒの柱部１２の径方向厚さｔ２の方が厚くしてある。詳しくは、右列用の保持器１０Ｌは、柱部１２の内径端１２ａを円環部１１の内径端１１ａよりも内径側に位置させることで、柱部１２の径方向厚さｔ２の方が厚くしている。

このように、長さＬ２の長いころ５を保持する右列用の保持器１０Ｒの柱部１２の径方向厚さｔ２を厚くすることにより、保持器１０Ｒのころ保持能力が向上する。また、柱部１２の内径端１２ａを円環部１１の内径端１１ａよりも内径側に位置させることにより、保持器１０Ｒのころ保持能力がより一層向上する。その理由を説明する。右列のころ５は、径方向に対しころの中心線Ｃ２が傾斜した接触角θ２を持っており、幅方向の外側へ行くほど内径側に位置する。このため、柱部１２の内径端１２ａを円環部１１の内径端１１ａよりも内径側に位置させることで、柱部１２がころ外周面の径方向の中心付近を当接するようになり、保持器１０Ｒのころ保持能力がより一層向上するのである。
この保持器１０Ｒの構成は、構造的にあまりころの保持能力が高くないくし形の保持器に適用すると、特に有効である。

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、長さＬ２の長い右列のころ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の短い左列のころ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。

ころ４，５の長さＬ１，Ｌ２を異ならせると、長さＬ２の長いころ５の最大径位置が軸受内径側に位置するようになり、保持器１０Ｒの柱部１２ところの当接部が、保持器柱部の径方向中央の面ではなく、内径側端部となる。そこで、前述したように、ころ長さＬ２の長いころ５を保持する右列用の保持器１０Ｒのころ保持能力を向上させる。これにより、右列用の保持器１０Ｒでころ５を安定して保持することができる。また、右列用の保持器１０Ｒが損傷するリスクが低減する。

図６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６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のいずれに対しても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７、図８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７）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６のいずれかに示す実施形態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、長さＬ２の長いころ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、長さＬ１の短いころ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
１１…円環部
１１ａ…内径端
１２…柱部
１２ａ…内径端
２６…主軸
Ｌ１，Ｌ２…ころ長さ
ｔ１，ｔ２…径方向厚さ

Claims (4)

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、前記左列のころおよび前記右列のころをそれぞれ個別に保持する左右２つの保持器を有し、これら左右２つの保持器は、前記左列のころと前記右列のころ間に配置される円環部と、この円環部から幅方向の外側に延びる複数の柱部とを有し、前記柱部間に前記左列のころまたは前記右列のころが保持される形態であり、ころ長さの長い方の列のころを保持する保持器は、ころ長さの短い方の列のころを保持する保持器よりも、前記柱部の断面の径方向厚さが厚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つの保持器は、前記円環部に前記複数の柱部が片持ち状に支持されたくし形の保持器である複列自動調心ころ軸受。
3. 請求項２に記載の複列自動調心ころ軸受において、前記ころ長さの長い方の列のころを保持する保持器は、前記柱部の内径端が前記円環部の内径端よりも内径側に位置する複列自動調心ころ軸受。
4. 請求項１ないし請求項３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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