JP2017166598A - Journal bearing - Google Patents
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Description
本発明は、ジャーナル軸受に関する。 The present invention relates to a journal bearing.
例えば、特許文献1に記載のジャーナルパッド軸受装置は、軸受台座の内周面に配置され、かつ内周面に接する背面が円筒面もしくは球面からなる分割された複数のパッドにおいて、パッドの背面曲率を軸受台座の内周面曲率の0.85倍から0.9倍の曲率にすることが記載されている。
For example, in the journal pad bearing device described in
また、例えば、特許文献2に記載のティルティングパッド型ジャーナル軸受は、軸受ハウジング内に配設された複数個のティルティングパッドで回転軸を支承するジャーナル軸受において、ティルティングパッドの背面の曲率半径を軸受ハウジングの内面の曲率半径よりも小さく形成すると共に、ティルティングパッドの内面の曲率半径を回転軸の曲率半径よりも大きく形成することが記載されている。 Further, for example, a tilting pad type journal bearing described in Patent Document 2 is a journal bearing in which a rotating shaft is supported by a plurality of tilting pads disposed in a bearing housing. Is formed smaller than the radius of curvature of the inner surface of the bearing housing, and the radius of curvature of the inner surface of the tilting pad is larger than the radius of curvature of the rotating shaft.
ところで、ジャーナル軸受は、軸受内周面と回転軸外周面との間の潤滑油の油膜により回転軸を支持するため、軸受内周面と回転軸外周面との間の軸受隙間と、軸受内周面半径との比(軸受隙間比=軸受隙間/軸受内周面半径)に関係して、ジャーナル軸受が回転軸を支持する剛性である軸受剛性(K)と潤滑油に基づき回転軸の挙動を減衰させる軸受減衰(Cω)との関係Cω/Kが変化する。具体的には、軸受隙間比が小さくなると軸受減衰(Cω)および軸受剛性(K)が大きくなり、軸受隙間比が大きくなると軸受減衰(Cω)および軸受剛性(K)が小さくなる。軸受減衰(Cω)と軸受剛性(K)の効き具合によってCω/Kの大小関係は変化し、Cω/Kが大きくなると回転軸を支持する軸受安定性が高くなって回転軸の振動を抑制する効果が高い傾向となり、Cω/Kが小さくなると軸受安定性が低くなって回転軸の振動を抑制する効果が低い傾向となる。 By the way, since the journal bearing supports the rotating shaft by an oil film of lubricating oil between the bearing inner peripheral surface and the rotating shaft outer peripheral surface, the bearing clearance between the bearing inner peripheral surface and the rotating shaft outer peripheral surface, In relation to the ratio to the peripheral surface radius (bearing clearance ratio = bearing clearance / bearing internal peripheral surface radius), the behavior of the rotating shaft based on the bearing rigidity (K), which is the rigidity with which the journal bearing supports the rotating shaft, and the lubricant. The relationship Cω / K with the bearing attenuation (Cω) that attenuates the pressure changes. Specifically, when the bearing clearance ratio decreases, the bearing damping (Cω) and the bearing rigidity (K) increase, and when the bearing clearance ratio increases, the bearing attenuation (Cω) and the bearing rigidity (K) decrease. The magnitude relationship of Cω / K changes depending on the effect of bearing damping (Cω) and bearing stiffness (K). When Cω / K increases, the stability of the bearing that supports the rotating shaft increases, and vibration of the rotating shaft is suppressed. The effect tends to be high, and when Cω / K becomes small, the bearing stability becomes low and the effect of suppressing the vibration of the rotating shaft tends to be low.
そして、試験により回転軸が軸受内周面に近づいて軸受隙間が小さくなるほど、軸受回転軸の振動が増加する事象がある。この事象は、軸受隙間が小さくなるほど潤滑油の油膜の硬さが高くなり軸受に掛かる荷重が大きくなって軸受剛性(K)が過大となり、Cω/Kが小さくなって軸受安定性が低くなっているものと考えられる。 As a result of the test, there is an event in which the vibration of the bearing rotating shaft increases as the rotating shaft approaches the inner peripheral surface of the bearing and the bearing clearance becomes smaller. In this event, the smaller the bearing clearance, the higher the hardness of the lubricating oil film, the greater the load applied to the bearing and the greater the bearing stiffness (K), the smaller Cω / K and the lower the bearing stability. It is thought that there is.
本発明は、上述した課題を解決するものであり、軸受隙間が小さくなっても軸受安定性の低下を抑制することのできるジャーナル軸受を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a journal bearing that can suppress a decrease in bearing stability even when the bearing gap is reduced.
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るジャーナル軸受は、回転軸外周面に対面する軸受内周面の一部に凹部を有することを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, a journal bearing according to an aspect of the present invention is characterized by having a recess in a part of the bearing inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the rotating shaft.
また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の曲率と前記軸受内周面の曲率とが異なることが好ましい。 In the journal bearing according to one aspect of the present invention, the inner circumferential surface of the bearing is formed with a constant circumferential curvature, and the inner surface of the concave portion is formed with a constant circumferential curvature, It is preferable that the curvature of the inner surface is different from the curvature of the inner peripheral surface of the bearing.
また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記回転軸外周面の周方向の曲率xaと、前記凹部の周方向の曲率xbと、前記軸受内周面の周方向の曲率xcとが、xa<xb<xcの関係を満たすことが好ましい。 In the journal bearing according to one aspect of the present invention, the circumferential curvature xa of the outer peripheral surface of the rotating shaft, the circumferential curvature xb of the concave portion, and the circumferential curvature xc of the inner peripheral surface of the bearing are: It is preferable to satisfy the relationship of xa <xb <xc.
また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記凹部の内面の最大深さeと前記回転軸の直径rとが、0.003≦e/r≦0.007の関係を満たすことが好ましい。 In the journal bearing according to one aspect of the present invention, it is preferable that the maximum depth e of the inner surface of the recess and the diameter r of the rotating shaft satisfy a relationship of 0.003 ≦ e / r ≦ 0.007. .
また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、周方向に分割された複数のパッドからなり、1つのパッドにおける前記軸受内周面の周方向長さθwと、1つのパッドにおける前記凹部の周方向長さβとが0.5≦β/θw≦0.8の関係を満たすことが好ましい。 Further, the journal bearing according to one aspect of the present invention includes a plurality of pads divided in the circumferential direction, the circumferential length θw of the inner circumferential surface of the bearing in one pad, and the circumference of the recess in one pad. It is preferable that the direction length β satisfies the relationship of 0.5 ≦ β / θw ≦ 0.8.
また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、周方向に分割された複数のパッドからなり、1つのパッドにおける前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線に一致することが好ましい。 Further, in the journal bearing according to an aspect of the present invention, the bearing includes a plurality of pads divided in the circumferential direction, and the bearing inner circumferential surface of one pad is formed with a constant curvature in the circumferential direction, and the inner surface of the concave portion Is preferably formed with a constant curvature in the circumferential direction, and the center line of the arc length of the inner surface of the recess coincides with the center line of the arc length of the inner peripheral surface of the bearing.
また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、周方向に分割された複数のパッドからなり、1つのパッドにおける前記軸受内周面が周方向の曲率を一定に形成され、かつ前記凹部の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線と位置が異なり、前記凹部の内面の弧長の中心線が前記軸受内周面の弧長の中心線に対して前記回転軸の回転方向の前方にずれて配置されていることが好ましい。 Further, in the journal bearing according to an aspect of the present invention, the bearing includes a plurality of pads divided in the circumferential direction, and the bearing inner circumferential surface of one pad is formed with a constant curvature in the circumferential direction, and the inner surface of the concave portion Is formed with a constant curvature in the circumferential direction, and the center line of the arc length of the inner surface of the recess is different from the center line of the arc length of the inner peripheral surface of the bearing, and the center line of the arc length of the inner surface of the recess Is preferably arranged so as to be shifted forward in the rotational direction of the rotary shaft with respect to the arc length center line of the bearing inner peripheral surface.
また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記凹部が前記軸受内周面の縁に掛からず設けられていることが好ましい。 Moreover, in the journal bearing which concerns on 1 aspect of this invention, it is preferable that the said recessed part is provided without hooking on the edge of the said bearing internal peripheral surface.
また、本発明の一態様に係るジャーナル軸受では、前記凹部が周方向の下半部に設けられていることが好ましい。 Moreover, in the journal bearing which concerns on 1 aspect of this invention, it is preferable that the said recessed part is provided in the lower half part of the circumferential direction.
本発明によれば、軸受隙間が小さくなっても軸受安定性の低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in bearing stability even when the bearing gap is reduced.
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図1は、本実施形態に係るジャーナル軸受の概略構成図である。図2は、本発明の実施形態に係るジャーナル軸受の詳細構成図であり、図2(a)は側面図、図2(b)は平面図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a journal bearing according to the present embodiment. 2A and 2B are detailed configuration diagrams of the journal bearing according to the embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a plan view.
図1に示すように、本実施形態のジャーナル軸受1は、回転軸3を回転可能に支持するため、軸受内周面1aを回転軸における回転軸外周面3aに対面させ、その間の軸受隙間Bに潤滑油の油膜をなすものである。このため、ジャーナル軸受1は、軸受外周面1bが、内輪5の内周面5aに対して固定されている。また、本実施形態のジャーナル軸受1は、回転軸3の回転方向である周方向で複数(本実施形態では4つ)に分割されたパッドからなる。
As shown in FIG. 1, since the journal bearing 1 of this embodiment supports the rotating
本実施形態のジャーナル軸受1は、図2に示すように、軸受内周面1aの一部に凹部7を有している。凹部7は、軸受内周面1aから径方向外側(軸受外周面1b側)に凹んだ部分であって軸受外周面1b側に貫通しない。
As shown in FIG. 2, the journal bearing 1 of the present embodiment has a
凹部7を有さないジャーナル軸受では、回転軸3がジャーナル軸受に近づいた場合、回転軸外周面3aと軸受内周面との間の軸受隙間が小さくなり、潤滑油の油膜の硬さが高くジャーナル軸受に掛かる荷重が大きくなって、ジャーナル軸受が回転軸3を支持する剛性である軸受剛性(K)が過大となり、潤滑油に基づき回転軸3の挙動を減衰させる軸受減衰(Cω)との関係であるCω/Kが小さくなって軸受安定性が低くなる。
In the journal bearing having no
これに対して、凹部7を有する本実施形態のジャーナル軸受1によれば、凹部7を有することでジャーナル軸受1の負荷能力が低下することで軸受内周面1a側への回転軸3の沈み込み効果が生じるため、凹部7を有さないジャーナル軸受と同等の荷重状態であっても軸受内周面1aにおける軸受隙間比がより小さくなる。そして、凹部7の部分では、潤滑油が回転軸外周面3aによって押し出されるのに抵抗する圧力が生じるため(スクイズ効果という)、この発生圧力で軸受減衰(Cω)が大きくなる一方で、凹部7を有さないジャーナル軸受と同等の荷重状態であるため軸受剛性(K)の増加が小さい。すなわち、本実施形態のジャーナル軸受1は、凹部7を有さないジャーナル軸受と同等の運転条件であれば、Cω/Kが大きくなることから軸受安定性が高くなる。この結果、軸受隙間が小さくなっても軸受安定性の低下を抑制することができる。
On the other hand, according to the journal bearing 1 of the present embodiment having the
なお、凹部7は、回転軸3の回転方向である周方向の両側が、図2に示すように、傾斜により徐々に軸受内周面1aに近づいて繋がるように形成されていることがスクイズ効果を顕著に得るうえで好ましい。
Note that, as shown in FIG. 2, the
また、本実施形態のジャーナル軸受1では、図2に示すように、軸受内周面1aが中心Oaとして周方向の曲率を一定に形成され、かつ凹部7の内面が中心Obとして周方向の曲率を一定に形成されており、凹部7の内面の曲率と軸受内周面1aの曲率とが異なることが好ましい。
Further, in the journal bearing 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the circumferential curvature is constant with the bearing inner
このジャーナル軸受1によれば、軸受内周面1aの周方向の曲率を一定に形成し、かつ凹部7の内面の周方向の曲率を一定に形成することで、十分にスクイズ効果を得て軸受減衰(Cω)を大きくすることができるため、Cω/Kを大きくして軸受安定性を高くすることができる。
According to the journal bearing 1, a squeeze effect can be sufficiently obtained by forming a constant curvature in the circumferential direction of the bearing inner
また、本実施形態のジャーナル軸受1では、回転軸外周面3aの周方向の曲率xaと、凹部7の周方向の曲率xbと、軸受内周面1aの周方向の曲率xcとが、xa<xb<xcの関係を満たすことが好ましい。
In the journal bearing 1 of the present embodiment, the circumferential curvature xa of the rotating shaft outer
このジャーナル軸受1によれば、xa<xb<xcの曲率の関係を満たすことで、回転軸3の回転中に潤滑油が凹部7に入り込み易くなり、十分にスクイズ効果を得て軸受減衰(Cω)を大きくすることができるため、Cω/Kを大きくして軸受安定性を高くすることができる。
According to this journal bearing 1, by satisfying the relationship of curvature of xa <xb <xc, the lubricating oil can easily enter the
また、本実施形態のジャーナル軸受1では、凹部7の内面の最大深さeと回転軸3の直径rとが、0.003≦e/r≦0.007の関係を満たすことが好ましい。回転軸3の直径rを300mmとした場合、凹部7の内面の最大深さeは1mm以上2mm以下程度となる。
In the journal bearing 1 of the present embodiment, it is preferable that the maximum depth e of the inner surface of the
このジャーナル軸受1によれば、e/rを0.003以上とすることで、回転軸3の回転中に潤滑油が凹部7に入り込み易くなり、0.007以下とすることで十分にスクイズ効果を得ることができる。この結果、軸受減衰(Cω)を大きくすることができ、Cω/Kを大きくして軸受安定性を高くすることができる。
According to this journal bearing 1, when e / r is set to 0.003 or more, the lubricating oil easily enters the
また、本実施形態のジャーナル軸受1では、周方向に分割された複数のパッドからなり、図2に示すように、1つのパッドにおける軸受内周面1aの周方向長さ(弧長)θwと、1つのパッドにおける凹部7の周方向長さ(弧長)βとが0.5≦β/θw≦0.8の関係を満たすことが好ましい。
Further, the journal bearing 1 of the present embodiment is composed of a plurality of pads divided in the circumferential direction. As shown in FIG. 2, the circumferential length (arc length) θw of the bearing inner
このジャーナル軸受1によれば、凹部7の範囲と軸受内周面1aの範囲とを上記のごとく規定することで、軸受内周面1aによるジャーナル軸受1の通常の軸受機能と、凹部7による回転軸3が近づいて回転軸外周面3aと軸受内周面1aとの間の軸受隙間Bが小さくなった場合の軸受安定性の低下を抑える機能とを両立することができる。
According to this journal bearing 1, by defining the range of the
また、本実施形態のジャーナル軸受1では、図1に示すように、周方向に分割された複数のパッドからなり、1つのパッドにおける軸受内周面1aが周方向の曲率を一定に形成され、凹部7の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、図2に示すように、凹部7の内面の弧長の中心線CL2が軸受内周面1aの弧長の中心線CL1に一致することが好ましい。
Further, in the journal bearing 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, it is composed of a plurality of pads divided in the circumferential direction, and the bearing inner
このジャーナル軸受1によれば、軸受内周面1aの弧長の中心線CL1と、凹部7の内面の弧長の中心線CL2とを一致させることで、1つのパッドにおいて中心線CL1,CL2を境として平均的に軸受内周面1aによるジャーナル軸受1の通常の軸受機能と、凹部7による回転軸3が近づいて回転軸外周面3aと軸受内周面1aとの間の軸受隙間Bが小さくなった場合の軸受安定性の低下を抑える機能とを両立することができる。
According to this journal bearing 1, the
図3および図4は、本実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図である。 3 and 4 are detailed configuration diagrams of other examples of the journal bearing according to the present embodiment.
本実施形態のジャーナル軸受1では、図1に示すように、周方向に分割された複数のパッドからなり、1つのパッドにおける軸受内周面1aが周方向の曲率を一定に形成され、かつ凹部7の内面が周方向の曲率を一定に形成されており、図3および図4に示すように、凹部7の内面の弧長の中心線CL2が軸受内周面1aの弧長の中心線CL1と位置が異なってもよい。この場合、図3に示すように、凹部7の内面の弧長の中心線CL2が軸受内周面1aの弧長の中心線CL1に対して回転軸3の回転方向Rの前方にずれて配置されていることが好ましい。
In the journal bearing 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the bearing inner
このジャーナル軸受1によれば、回転軸3の回転において、軸受内周面1aにおける凹部7の後方(上流側)で潤滑油による油膜の圧が比較的高く、軸受内周面1aにおける凹部7の前方(下流側)で潤滑油による油膜の圧が比較的低い。従って、凹部7の内面の弧長の中心線CL2が軸受内周面1aの弧長の中心線CL1に対して回転軸3の回転方向Rの前方にずれて配置されていると、凹部7の後方(上流側)で潤滑油による油膜の圧が比較的高い軸受内周面1aの面積が広くなるため、軸受減衰(Cω)を大きくすることができ、Cω/Kを大きくして軸受安定性を高くすることができる。しかも、凹部7の後方(上流側)で潤滑油による油膜の圧が比較的高い軸受内周面1aの面積を広くすることで、剛性向上によりジャーナル軸受1の負荷能力を維持することができる。
According to this journal bearing 1, in rotation of the
図5は、本実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図であり、図5(a)は側面図、図5(b)は平面図、図5(c)は縦断面図である。 FIG. 5 is a detailed configuration diagram of another example of the journal bearing according to the present embodiment. FIG. 5 (a) is a side view, FIG. 5 (b) is a plan view, and FIG. 5 (c) is a longitudinal sectional view. is there.
本実施形態のジャーナル軸受1では、図5に示すように、凹部7が軸受内周面1aの縁1cに掛からず設けられていることが好ましい。縁1cは、軸受内周面1aにおける回転軸3が延在する軸方向(スラスト方向)の端である。すなわち、凹部7の全周囲に軸受内周面1aが存在することが好ましい。
In the journal bearing 1 of this embodiment, as shown in FIG. 5, it is preferable that the
このジャーナル軸受1によれば、凹部7の全周囲に軸受内周面1aが存在することで、凹部7の全周囲でスクイズ効果を得て軸受減衰(Cω)を大きくすることができるため、Cω/Kを大きくして軸受安定性を高くすることができる。
According to this journal bearing 1, since the bearing inner
図6は、本実施形態に係るジャーナル軸受の他の例の詳細構成図であり、図6(a)は側面図、図6(b)は平面図である。 FIG. 6 is a detailed configuration diagram of another example of the journal bearing according to the present embodiment, in which FIG. 6A is a side view and FIG. 6B is a plan view.
図6に示すように、本実施形態のジャーナル軸受1では、凹部7の周方向長さ(弧長)βが軸受内周面1aの周方向長さ(弧長)θωの範囲に設けられていてもよい。この構成であっても、スクイズ効果を得て軸受減衰(Cω)を大きくすることができ、Cω/Kを大きくして軸受安定性を高くすることができる。
As shown in FIG. 6, in the journal bearing 1 of the present embodiment, the circumferential length (arc length) β of the
また、本実施形態のジャーナル軸受1では、図1に示すように、凹部7が周方向の下半部(水平線Hの下側)に設けられていることが好ましい。
Moreover, in the journal bearing 1 of this embodiment, as shown in FIG. 1, it is preferable that the recessed
このジャーナル軸受1によれば、回転軸3は重力によりジャーナル軸受1の下半部の軸受内周面1aに近づくため、この下半部に凹部7を設けることで、スクイズ効果を得て軸受減衰(Cω)を大きくすることができるため、Cω/Kを大きくして軸受安定性を高くすることができる。
According to this journal bearing 1, since the
ところで、図には明示しないが、ジャーナル軸受1は、複数のパッドからなる構成に限らず、周方向に連続してリング状に形成されていてもよい。この場合、凹部7は、周方向に連続してリング状に形成されていても、周方向で部分的に形成されていてもよい。
By the way, although not explicitly shown in the drawing, the journal bearing 1 is not limited to a configuration including a plurality of pads, and may be formed in a ring shape continuously in the circumferential direction. In this case, the
1 ジャーナル軸受
1a 軸受内周面
1b 軸受外周面
3 回転軸
3a 回転軸外周面
5 内輪
5a 内周面
7 凹部
B 軸受隙間
CL1,CL2 中心線
H 水平線
Oa,Ob 中心
R 回転方向
r 直径
xa,xb,xc 曲率
β,θω 周方向長さ
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