JP2021524563A - すべり軸受 - Google Patents

Abstract

本発明はすべり軸受、特にシリンダ状のシャフトを支持するためのすべり軸受であって、長手中心軸線を有した実質的に中空円筒状の基体を含み、前記シャフトが前記基体の軸受ボア内に径方向クリアランスを伴って受け入れられるすべり軸受に関する。本発明により、少なくとも一つの小表面長手方向凹所が前記軸受ボアの荷重ゾーンの領域に配されており、かつ、該すべり軸受の摩耗を低減するために、少なくとも一つの前記長手方向凹所は、圧力下での流体を備えた外部流体供給によって作用され得る。このすべり軸受は摩耗が最大９０％減少した。

Description

本発明はすべり軸受、特にシリンダ状のシャフトを支持するためのすべり軸受に関し、長手中心軸線を有した事実上中空円筒形の基体を含み、前記基体の軸受ボアに前記シャフトが、径方向クリアランスを伴って受け入れられるすべり軸受に関する。

この技術においては、水又は他の流体と共に作動する静水圧的あるいは流体力学的なすべり軸受が、保守維持の低さ，及び流体フィルムの展開による機械部品の事実上摩擦のない支持のために幅広く使用されている。

特に船上及びポンプ構造において、シャフトの支持のためのゴムシャフト軸受が〔特許文献１〕から知られている。潤滑用及び洗浄用溝の数を最小にすべく、それらの溝の配置は、最大圧力のピークを形成するために必要な領域の外部に設定されている。該すべり軸受の軸受スリーブ内への潤滑剤又は洗浄剤の規定された供給は設けられていない。この既知のすべり軸受が起動中、摩耗が増加する可能性がある。

独国特許第２８５１５７号公開公報

本発明の目的は、可能な限り摩耗が低減されるすべり軸受、それも、例えば水といった低粘性流体によって事実上非流体力学的に駆動できる方法で機能するすべり軸受を提供することである。

上記の目的は請求項１の特徴を含んだすべり軸受によって達成される。その特徴は、少なくとも一つの長手方向凹所が軸受ボアの荷重ゾーンの領域内に設けられ、該すべり軸受の摩耗を低減するために、この少なくとも一つの長手方向凹所が、圧力下にある流体とともに外部流体供給によって作用され得るというものである。したがって、この発明による（ハイブリッド）すべり軸受は、静水圧的なすべり軸受の利点と、流体力学的なすべり軸受の利点とを併せ持つ。通常作動では、流体力学的かつ静水圧的なすべり軸受は摩耗せず、また低摩擦である。この発明によるすべり軸受は、たとえば水といった低粘性流体により作用されている場合であってもこれらの優位な特性を発揮し、かつ、実質的に流体力学的には機能しない。流体のための少なくとも一つの高圧ポンプの形態における高い構築費用、さもなくば従来の純粋な静水圧的すべり軸受に求められる高額な構築費用、は低減することができる。何故なら、必要となるのは１基のみの中程度の圧力のポンプだからである。本発明によるすべり軸受では、前記水の挙動も，支持されるシャフトと、該すべり軸受の基体の軸受ボアとの間の相対速度から独立している。海洋利用では、０．６ＭＰａ迄のすべり軸受荷重又は表面荷重が実現され、これはオイル潤滑の最大達成可能耐荷重能力のオーダーに移動する。最終的な分析では、オイル潤滑によって、僅かだけ高い最大０．８ＭＰａのすべり軸受荷重を支持可能である。ここで、前記荷重ゾーンにおける前記長手方向凹所の表面は、好ましく該荷重ゾーンの５０％未満に対応しており、より好ましくは荷重ゾーンの３０％未満，あるいは全内面の１０％未満に対応している。さらに、小表面の前記長手方向凹所の長さと幅の比率は少なくとも１０：１とされている。よって、前記長手方向凹所は前記軸受ボアの全内面に対して小表面である。

前記少なくとも一つの長手方向凹所は、好ましくは、少なくとも一つの流体チャネルによって前記流体供給に接続されている。従って流体は前記少なくとも一つの長手方向凹所に直接供給し得る。

技術的に優れたある構成では、前記少なくとも一つの長手方向凹所の入口開口の領域における前記流体の圧力は、前記流体供給によって、該すべり軸受に作用するすべり軸受荷重が最大部分的に補償されるように設定される。したがって、このすべり軸受は、静水圧的すべり軸受と流体力学的すべり軸受との中間的な混合携帯を呈する。前記入口開口の領域における圧力は、好ましくは、該すべり軸受荷重が約４０％補償されるよう寸法規定される。これにより、摩耗は約９０％減少する。

前記少なくとも一つの長手方向凹所は好ましくは径方向内側に開いている。これにより、少なくとも一つの長手方向凹所内の流体の規定された圧力を確立することが可能である。この目的を達成するために、前記少なくとも一つの長手方向凹所は、少なくとも両側で軸方向に閉じられて具現化されている。

１つの有利なさらなる形態においては、少なくとも一つの長手方向凹所は、細長く狭いかつほぼ楕円形の円周方向輪郭を含む。したがって、大表面の静水圧潤滑ポケットとは対照的に、少なくとも一つの長手方向凹所は、狭くて細長い形状を有する。この狭い形状は、流体力学的効果をできるだけ妨害しないよう、軸方向に延びている。加えて、それにより、前記少なくとも一つの長手方向凹所は、例えば，従来の機械加工方法、特にフライス加工によって単純に形成することが可能である。

好ましくは、基体の長手中心軸線とシャフトの長手中心軸線との間には径方向にオフセットが存在する。基体内部に十分大きい径方法クリアランスが与えられる。

有利な一形態では、基体はプラスチック材料を用いて形成され、かつシャフトは金属材料を用いて形成されている。その結果、直接的な、流体のない機械的接触（「ドライラン」）の場合におけるシャフトと軸受ボアとの間の摩耗（いわゆる「フレッチング」）の増加が回避される。プラスチック材料としては熱可塑性ポリウレタンが特に適している。加えて、さまざまなプラスチックを使用した広範な実際の実験により、プラスチックの選択が決定的な重要性を持っていることが示されている。したがって、摩耗低減の望ましい効果は、軸受材料として特に適切なプラスチックの使用によってのみ達成され得る。

技術的に有利はさらなる構成では、前記流体は低粘性を有した液体媒体であって、特には水である。これにより、本発明によるすべり軸受は、海洋用途、好ましくは造船において問題のない使用が可能である。

さらなる一形態においては、前記基体は、特に金属材料を使用して形成された軸受ハウジング内に配置されている。したがって、シャフトが該すべり軸受によって支持されるべき所定の機械部品において、該すべり軸受の構造的により単純な統合が保証される。

以下、本発明の好ましい例示的な実施形態を，概略的な図面を参照してより詳細に説明する。

本発明のすべり軸受の長手断面を示す図である。 図１のすべり軸受の基体の部分概略斜視図である。

図１は、本発明のすべり軸受の長手断面を示している。シリンダ状のシャフト１２を回転可能に支持するためのすべり軸受１０は、長手中心軸線１６を有する本質的に中空の円筒形の基体１４を含む。シャフト１２が静止しているとき、半径方向オフセットＲｖが２つの長手方向中心軸１６，１８の間に存在し、そのためシャフト１２は、径方向クリアランスを有して、あるいは偏心して、すべり軸受１０の基体１４の軸受ボア２０内に回転可能に横たわる。結果として、シャフト１２が回転していなければ、シャフト１２と円筒形の軸受ボア内面２２との間には、重力方向ベクトルｇに対して上向きに横たわる三日月形の径方向間隙２４が存在する。ここで、すべり軸受１０の中空円筒形の基体１４は、単なる例として、例えばピローブロック軸受ハウジングなどであり得る中実軸受ハウジング２６に受け入れられる。象徴的に図示されたすべり軸受荷重Ｆは、すべり軸受１０に，いわゆる表面荷重として作用する。すべり軸受１０は、好ましくは大径のシャフト１２のために設けられる。

少なくとも一つの本発明による小表面長手方向凹所３２が，機械的（主）荷重ゾーン３０又は流体的引上げゾーンに設けられており、シャフト１２は，少なくとも領域的に内部ボア２０に置かれている。外部流体供給４０を用いて、前記少なくとも一つの長手方向凹所３２は、該すべり軸受１０を潤滑するための、圧力ｐ下にある流体４２によって作用され得る。少なくとも一つの長手方向凹所３２は，流体４２を、該すべり軸受１０の少なくとも下部（主）荷重ゾーン３０の領域に分配する。

少なくとも一つの長手方向凹所３２は、圧力が確立されるように、径方向内側に開き、かつ軸方向の両側は閉じている。前記少なくとも一つの長手方向凹所３２は、例えば、略溝状で、本質的に僅かに楕円形又は略矩形の外周形状５０を有することができる。シャフト１２が回転し、かつ前記少なくとも一つの長手方向凹所３２に外部流体供給４０によって加圧された流体４２を送り込むことによって、接触領域３０は最適に潤滑及び冷却される。

流体４２は低粘性のものでよく、よって、例えば水を用いることも可能である。シャフト１２が静止し、かつ流体４２が存在しない状態では、荷重ゾーン３０は本質的に、円筒状にカーブした当接面４４、又は、シャフト１２と軸受ボア内面２０との間の接触ゾーンと一致する。流体４２は、流体供給４２内に到るまでは実質的に加圧されていない。

少なくとも一つの長手方向凹所３２は、管状の流体チャンネル４６によって流体供給４０に流体的に接続されている。流体チャネル４６は、基体１４に、好ましくはすべり軸受荷重Ｆに対向して位置している。少なくとも一つの長手方向凹所３２に入る入口開口４８の領域において、流体４２の圧力ｐは外部流体供給によって、すべり軸受荷重Ｆまたはシャフト１２もしくはすべり軸受１０に作用する表面荷重が最大でも部分的に補償されるように設定される。ここで、すべり軸受荷重Ｆは、主に、軸受ボア２０内の荷重ゾーン３０の領域において作用する。特に、圧力ｐは、入口開口４８の領域において、すべり軸受荷重Ｆが約４０％補償されかつ軸受摩耗が最大９０％減少するように、外部流体供給４０によって設定される。結果として、圧力ｐのレベルは、すべり軸受１０の流体力学的供給と静水圧流体供給のレベルとの間のレベルにある。

少なくとも一つの小表面の長手方向凹所３２内の流体４２、及び長手方向凹所３２に近接してある流体４２の圧力ｐにより、すべり軸受荷重Ｆは最大でも部分的に補償される。その結果、すべり軸受１０の基体１４の軸受ボア２０及びシャフト１２の形をとる関連するすべり部品間の摩耗挙動が変化し大幅な摩耗低減がもたらされる。

荷重ゾーン３０の領域の少なくとも一つの長手方向凹所３２は、すべり軸受１０の基体１４の軸受ボア２０内の機械的なすべり軸受荷重Ｆに対し、本質的に空間的に対向して位置している。

また、少なくとも一つの長手方向凹所３２は、基体１４の軸方向の全長Ｌを超えて延びることはない。むしろ、基底小体１４の第１及び第２の軸方向端部６０，６２にある第１及び第２の環状ランド５６，５８には、少なくとも一つの長手方向凹所３２は到っていない。

すべり軸受１０の中空円筒形基体１４は、好ましくは、可能な限り低摩擦であり，かつ中程度の耐性であるが十分に機械的負荷を掛けることの可能な適切なプラスチック材料によって形成されている。一方、すべり軸受１０のシャフト１２及び軸受ハウジング２６は、金属材料を使用して製造されることが好ましい。

図２は、図１に示したすべり軸受の概略部分斜視図である。

すべり軸受１０の基体１４は、軸方向長さＬを有する本質的に中空の円筒形を有する。楕円形の円周輪郭５０（ここでは単に長方形又はわずかに楕円形である）を有する長手方向凹所３２は、基体１４の軸受ボア２０の内面２２に凹所として形成されている。好ましくは、長手方向凹所３２は、軸受ボア２０に、携わるすべり軸受荷重Ｆに対向して配置されている。

図示しないシャフトの下方の流体のより大きな分布のために、すべり軸受１０の（主）荷重ゾーン３０に、前記長手方向凹所３２と僅かに間隔を空けて、ここでは例示として２つとされたさらなる小表面長手方向凹所７０，７２が、両側に平行にかつ均一に延在している。これらの長手方向凹所７０，７２の構成は，好ましくは前記中央の長手方向凹所３２と同一である。３つの長手方向凹所３２，７０，７２は、好ましくは、軸受ボア内面２２の、最大１２０°の比較的小さい円周角にわたって延びている。３つの長手方向凹所３２，７０，７２が配置された軸受ボア内面２２のこの円周角の領域において、これら長手方向凹所は、軸受ボア内面２２の表面の最大で半分、好ましくは３０％未満の表面を占める。したがって、全軸受ボア内面２２の１０％未満である。

基体１４の軸受ボア２０内の長手方向凹所３２，７０，７２の数、空間形状、軸方向長さ、及び／又は、円周側位置は、すべり軸受１０の対象用途のそれぞれの要求応じて、単に例としてここに示した位置とは適宜異なっていてもよい。

本発明は、特に、長手中心軸線を有する本質的に中空の円筒形基体を含むシリンダ状のシャフトを支持するためのすべり軸受に関する。ここで、シャフトは、基体の軸受ボア内に径方向クリアランスを有して受け入れられる。本発明によれば、軸受ボアの荷重ゾーンの領域に少なくとも一つの小表面長手方向凹所が配置され、すべり軸受の摩耗低減のために、外部流体供給によって、圧力下の流体が少なくとも一つの長手方向凹所に作用することができる。すべり軸受の摩耗が最大９０％減少した。

１０ すべり軸受
１２ シリンダ状シャフト
１４ 中空円筒形基体
１６ 長手中心軸線（基体）
１８ 長手中心軸線（シャフト）
２０ 軸受ボア
２２ 軸受ボア内面
２４ 径方向間隙
２６ 軸受ハウジング
３０ 荷重ゾーン
３２ 小表面長方向軸線
４０ 外部流体供給
４２ 流体
４４ 下部当接面
４６ 流体チャネル
５０ 円周方向輪郭
５６ 第１環状ランド
５８ 第２環状ランド
６０ 第１軸方向端部
６２ 第２軸方向端部
７０ 小表面長手方向凹所
７２ 小表面長手方向凹所
Ｆ すべり軸受荷重
ｇ 重力
Ｌ 軸方向長さ
ｐ 圧力
Ｒｖ 径方向オフセット

特に船上及びポンプ構造において、シャフトの支持のためのゴムシャフト軸受が〔特許文献１〕から知られている。潤滑用及び洗浄用溝の数を最小にすべく、それらの溝の配置は、最大圧力のピークを形成するために必要な領域の外部に設定されている。該すべり軸受の軸受スリーブ内への潤滑剤又は洗浄剤の規定された供給は設けられていない。この既知のすべり軸受が起動中、摩耗が増加する可能性がある。さらなる先行技術が、〔特許文献２〕、〔特許文献３〕、〔特許文献４〕、〔特許文献５〕、〔特許文献６〕、及び〔特許文献７〕に開示されている。

独国特許第２８５１５７号公開公報 特許公開第２０１２−０６２８７２号公報 国際特許公開第２０１０／１０３１０００号公報 独国特許公開第２４４３２０号公報 英国特許公開第１１６１８９５号公報 米国特許第２００６／１６５３２６号公報 独国特許第３３１７３４号公報

前記少なくとも一つの長手方向凹所の入口開口の領域における前記流体の圧力は、前記流体供給によって、該すべり軸受に作用するすべり軸受荷重が最大部分的に補償されるように設定される。したがって、このすべり軸受は、静水圧的すべり軸受と流体力学的すべり軸受との中間的な混合携帯を呈する。前記入口開口の領域における圧力は、該すべり軸受荷重が約４０％補償されるよう寸法規定される。これにより、摩耗は約９０％減少する。

前記少なくとも一つの長手方向凹所は径方向内側に開いている。これにより、少なくとも一つの長手方向凹所内の流体の規定された圧力を確立することが可能である。この目的を達成するために、前記少なくとも一つの長手方向凹所は、少なくとも両側で軸方向に閉じられて具現化されている。

少なくとも一つの長手方向凹所は、細長く狭いかつほぼ楕円形の円周方向輪郭を含む。したがって、大表面の静水圧潤滑ポケットとは対照的に、少なくとも一つの長手方向凹所は、狭くて細長い形状を有する。この狭い形状は、流体力学的効果をできるだけ妨害しないよう、軸方向に延びている。加えて、それにより、前記少なくとも一つの長手方向凹所は、例えば、従来の機械加工方法、特にフライス加工によって単純に形成することが可能である。

Claims (9)

1. すべり軸受（１０）、特にシリンダ状のシャフト（１２）を支持するためのすべり軸受であって、長手中心軸線（１６）を有した実質的に中空円筒状の基体を含み、前記シャフト（１２）が前記基体（１４）の軸受ボア（２０）内に径方向クリアランスを伴って受け入れられるすべり軸受において、小表面を有した少なくとも一つの長手方向凹所（３２，７０，７２）が前記軸受ボア（２０）の荷重ゾーン（３０）の領域に配されており、かつ、該すべり軸受（１０）の摩耗を低減するために、少なくとも一つの前記長手方向凹所（３２）は、外部流体供給（４０）により圧力（ｐ）下にある流体（４２）によって作用され得ることを特徴とする、すべり軸受（１０）。
2. 前記少なくとも一つの長手方向凹所（３２，７０，７２）が，少なくとも一つの流体チャネル（４６）によって前記流体供給（４０）に接続されている、請求項１に記載のすべり軸受（１０）。
3. 前記少なくとも一つの長手方向凹所（３２，７０，７２）の入口開口（４８）の領域における前記流体（４２）の圧力（ｐ）は、前記流体供給（４０）によって、該すべり軸受（１０）に作用するすべり軸受負荷（Ｆ）が最大でも部分的に補償されるように設定される、請求項１または２に記載のすべり軸受（１０）。
4. 前記少なくとも一つの長手方向凹所（３２，７０，７２）が径方向内方に開いている、請求項１から３のいずれか一項に記載のすべり軸受（１０）。
5. 前記少なくとも一つの長手方向凹所（３２，７０，７２）が、細長く狭く、かつ略楕円の円周輪郭を有している、請求項４に記載のすべり軸受（１０）。
6. 前記基体（１４）の前記長手中心軸線（１６）と，前記シャフト（１２）の長手中心軸線（１８）との間には径方向にオフセット（Ｒｖ）が存在する、請求項１から５のいずれか一項に記載のすべり軸受（１０）。
7. 前記基体（１４）がプラスチック材料を使用して形成され、かつ前記シャフト（１２）は金属材料を用いてなる、請求項１から６のいずれか一項に記載のすべり軸受（１０）。
8. 前記流体（４２）が低粘性の液体媒体，特に水である、請求項１から７のいずれか一項に記載のすべり軸受（１０）。
9. 前記基体（１２）が、特に金属材料を用いてなる軸受ハウジング（２６）内に配置され、請求項１から８のいずれか一項に記載のすべり軸受（１０）。

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