JP2929533B2 - スラスト滑り軸受 - Google Patents
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Description
ていてこれの潤滑オイル回路を介して、フィルタ内で粗
く浄化された潤滑オイルの供給を受ける排ガスターボ過
給機の軸を支承するためのスラスト滑り軸受であって、
軸受ハウジングに固定的に結合された軸受本体と、軸と
一緒に回転する軸受つばと、これら両者の間に形成され
た少なくとも1つの潤滑隙間とから成り、この潤滑隙間
が、成形された円環面と平らな滑り面とにより形成され
ていてオイル供給部に結合されている形式のものに関す
る。
体力学的な滑り軸受が使用される。スラスト滑り軸受と
しては一般に固定セグメント軸受が使用される。この固
定セグメント軸受は、成形された円環面を備えていて軸
受ハウジングに固定的に結合された軸受本体と、いわゆ
る軸受つばの、軸と一緒に回転する平らな滑り面とから
成っている。成形された側には、半径方向の複数の潤滑
オイル溝と、これらに対応するウェッジ面及びキャッチ
面とが設けられている(ドイツ連邦共和国特許公開第3
244893号明細書参照)。これら両者は同様に軸受
つば上に配置されていてもよい。
平らな面との間の潤滑オイルの剪断流れにもとづき、支
持性を有する流体力学的な潤滑膜が生じる。この潤滑膜
は他面において軸受の負荷に依存しており、かつ圧力比
が高い場合にはほぼ20μmと極めて小さくなることが
ある。
はターボ過給機に結合された内燃機関の潤滑系統により
受け持たれる。その場合、その比較的大きな潤滑オイル
流は粗くしか濾過されず、換言すればほぼ35ないし5
0μmのメッシュ幅でしか濾過されない。しかし、ター
ボ過給機はその回転数が高くかつ潤滑隙間が狭いために
比較的細かなコンシステンシィの潤滑オイルを必要とす
る。ターボ過給機のために別個に濾過することは多くの
場合不可能であるか、もしくは不経済であり、従って高
価である(ドイツ連邦共和国特許第4411617号明
細書参照)。
軸受では最小の潤滑膜厚が、機関フイルタを通過する最
大の汚れ粒子に比して小さくなる。このことは、軸受
面、特にウェッジ面の早期の摩耗をもたらす。軸受の最
低限必要なウェッジ面を下回るまで摩耗した場合には、
この軸受はもはや運転確実性を有していない。この場合
には、早晩軸受が故障するものとみこまなければならな
い。それゆえ、ターボ過給機のスラスト滑り軸受は摩耗
リスクの大きい構成部分である。
ば、軸受ハウジングに固定的に結合された軸受本体と、
軸と一緒に回転する軸受つばと、これらの両部材の間に
形成された潤滑隙間とから成る、ターボ機械のためのス
ラスト滑り軸受が公知である。潤滑隙間は、軸を中心と
して回転する成形された円環面と定置の平らな滑り面と
の間に形成されている。円環面は半径方向に配置された
複数の潤滑オイル溝と、これに周方向で結合されたそれ
ぞれ1つのウェッジ面とを備えており、その場合、これ
らの潤滑オイル溝とウェッジ面とは交番に円環面上に配
置されている。潤滑オイル溝は外側でそれぞれ1つのシ
ールウエブにより制限されている。それぞれのシールウ
エブはこれを貫通して半径方向外側へ案内されたスキャ
ベンジング開口を備えている。
は、潤滑オイルの大部分が、成形された円環面の縁を越
えて、より正確には、ウェッジ面を越えて外側へ流出し
てしまう。このことにより、潤滑隙間内の圧力形成が減
少し、その結果、圧力が低下する。このことの結果、汚
れ粒子による摩耗、ひいては軸受の耐用寿命の減少が生
じる。
8号明細書からは、定置の軸受本体と回転する軸受つば
との間に配置された遊動ディスクがターボ過給機軸上に
案内されている形式の排ガスターボ過給機が公知であ
る。この遊動ディスクは両側に配置されたスパイラル状
のオイル溝を備えた多面幾何学形状を有しており、この
オイル溝は軸受本体もしくは軸受つばとの接触領域にま
で延びている。このオイル溝を介して、軸受本体と遊動
ディスクとの間、並びに遊動ディスクと軸受つばとの間
にそれぞれ1つの潤滑膜が形成される。
は、ターボ過給機の損失出力が減少すると共に、二重の
潤滑隙間にもとづきスラスト軸受のスキュー補償能力が
向上する。付加的に、ディスク回転により相対的な速度
がほぼ回転子回転数の半分に減少し、これにより、スラ
スト軸受の摩耗のふるまいが著しく改善される。しかし
ながら、この種の遊動ディスクでは最小の潤滑膜厚が、
潤滑オイルの最大の汚れ粒子に比して同様に小さく、そ
の結果、オイルの使用に関して上述の欠点を排除するこ
とができない。
ころは、上述のすべての欠点を排除すべく、簡単かつコ
スト的に有利であり、かつ摩耗が少ないと共に耐用寿命
が改善されるようなスラスト滑り軸受を提供し、さら
に、このスラスト滑り軸受の運転法をも提供することに
ある。
ば、請求項1に記載のように、a)成形された円環面
が、軸を中心として回転するように、または軸と一緒に
回転するように形成されており、半径方向に配置された
複数の潤滑オイル溝と、この潤滑オイル溝に周方向で結
合されたウェッジ面とを備えており、かつ、それぞれの
ウェッジ面と、これに隣り合った潤滑オイル溝との間に
キャッチ面が形成されており、b)潤滑オイル溝及びウ
ェッジ面が半径方向外側でシールウエブにより制限され
ており、c)シールウエブが、潤滑オイル溝の領域内に
潤滑オイル溝と外側とに開いた汚れ溝を備えていること
により解決される。
力形成に必要な、潤滑隙間の成形された円環面が軸を中
心として回転するように、または軸と一緒に回転するよ
うに形成されている。円環面は半径方向に配置された複
数の潤滑オイル溝と、この潤滑オイル溝に周方向で接続
されたそれぞれ1つのウェッジ面とを備えている。それ
ぞれのウェッジ面の間、並びにこれに隣合う潤滑オイル
溝の間にキャッチ面が形成されている。潤滑オイル溝及
びウェッジ面は半径方向外向側でシールウエブにより制
限されている。シールウエブは潤滑オイル溝の領域内に
これに向かってかつ同様に半径方向外側へ向かって開い
た汚れ溝を備えている。
すると共に、これと一緒に、半径方向で外側に配置され
た汚れ溝が回転し、その結果、粗く浄化された潤滑オイ
ル内に含まれる比較的大きな汚れ粒子が潤滑隙間に達す
る前に、より正確に言えば潤滑オイル溝の領域内で遠心
分離により排除される。その場合、半径方向の潤滑オイ
ル溝内で潤滑オイルと汚れ粒子との混合物へ作用する遠
心力にもとづき分離が行われる。汚れ粒子はその大きな
密度にもとづき外側へ圧迫され、潤滑オイル流と一緒に
汚れ溝を通して外側へ跳ね飛ばされる。このことによ
り、汚れ溝はある程度、成形された円環面のキャッチ面
と軸受本体の平らな滑り面との間で最も狭く形成された
潤滑隙間のためのバイパスとして作用する。
外側で制限するシールウエブにより、ウェッジ面の領域
内では潤滑オイルがわずかにしか半径方向で外方へ流出
しない。これにより、圧力形成が改善され、このことが
比較的大きな潤滑隙間を生ぜしめると共に軸受の摩耗の
減少及び比較的高い耐用寿命を生ぜしめる。この効果
は、軸受本体の平らな滑り面と軸受つばの成形された円
環面との間の圧力形成を改善せしめるキャッチ面の配置
によりさらに改善され、かつさらに強化される。最大の
支持力を有する軸受ジオメトリと、汚れ溝による粗大な
汚れ粒子の遠心分離との組合せにもとづき、軸受の摩耗
は現代の排ガスターボ過給機コンポーネントの耐用寿命
への要求を満たすまで削減される。
円環面が軸受つばに、かつ平らな滑り面が軸受本体に配
置されている。それゆえ、潤滑オイル溝内の潤滑オイル
は軸と一緒に回転し、かつ、汚れ粒子は汚れ溝を介して
遠心分離により排除される。このことによる潤滑隙間の
ウェッジ面の摩耗減少にもとづき、つば軸受の耐用寿命
が有利に増大する。
ばと軸受本体との間に遊動ディスクが配置されている。
この遊動ディスクは両面に成形された円環面を備えてい
る。軸受つば並びに軸受本体は平らな滑り面を備えてい
る。その場合、潤滑オイル溝内の潤滑オイルは遊動ディ
スクの両側で軸を中心として回転し、かつ、汚れ粒子は
同様に汚れ溝を介して遠心分離により排除される。自体
公知のこの遊動ディスクと汚れ溝との組合せは軸受の摩
耗のふるまいを持続的に改善する。
を、かつそれぞれの汚れ溝が入口ウェッジ深さの0.5
ないし3倍に相応する深さを有していると特に有利であ
る。この大きさの範囲内で、汚れ溝は一面においては粗
い汚れ粒子が相応する汚れ溝の開口を容易に通過するこ
とができるように、かつ他面においてはこの汚れ溝によ
り潤滑流量が過大とならないように寸法決めされる。
いるフィルタは、このフィルタにより潤滑オイルが内燃
機関の要求に応じて粗く濾過されるようなメッシュ幅を
有している。それぞれの汚れ溝の深さはフィルタのこの
メッシュ幅の少なくとも2倍に相応している。このよう
な深さは汚れ溝の目詰まりを有利に阻止する。
ジ面の入口ウェッジ深さの2倍に比して小さく形成され
ていると特別効果的である。このことにより、汚れ粒子
の排出のために必要なオイル量もしくはオイル消費量が
削減される。
が軸受のウェッジ面全体の広がりのほぼ1/4である
と、スラスト滑り軸受の最適な支持力が得られる。
スターボ過給機の支承部につき本発明の2つの実施例を
図面に示して説明する。
メントだけが図示されている。装置のうち、例えば内燃
機関から排ガスターボ過給機への排ガス通路並びに内燃
機関の過給のための排ガス通路は図示されていない。潤
滑オイルの流れ方向及び成形された円環面の回転方向は
矢印で示されている。
オイルパン2からオイル導管4内へ潤滑オイル3を供給
するオイルポンプ5と、フィルタ6と、ディーゼル機関
として形成された内燃機関8への、もしくは排ガスター
ボ過給機9へのオイル導管4の分岐部7と、オイルパン
2への戻し導管10,11とから成る。略示された排ガ
スターボ過給機9は、軸14を介して互いに結合された
圧縮機側12とタービン側13とを備えている。圧縮機
側並びにタービン側には、軸14の支承のためにそれぞ
れ1つのラジアル滑り軸受15が配置されている。両ラ
ジアル滑り軸受15の間には排ガスターボ過給機9のス
ラスト力を受け止めるためにスラスト滑り軸受16が形
成されている(図1)。
グ17と、軸14の軸受ジャーナル18に固定的に結合
されていて定置の軸受本体20と協働している回転可能
な軸受つば19とから成る。軸受本体20内には半径方
向のオイル通路として形成されたオイル供給部21が配
置されており、このオイル供給部はその外側の端部で、
内燃機関8及び排ガスターボ過給機9の1つの共通の潤
滑オイル回路1に結合されている。半径方向のオイル通
路21はその内側の端部に環状通路22を備えている
(図2)。
平らな滑り面23を有しており、他面において軸受つば
19の、軸受本体20に面した側に、成形された円環面
24が形成されている。(図2,図3)。成形された円
環面24と平らな滑り面23との間には、スラスト軸受
16の支持能力を決定する潤滑隙間25が形成されてい
る。
1つの半径方向の潤滑隙間26に接続された複数のウェ
ッジ面27を備えている。それぞれのウェッジ面27
と、これに隣り合った潤滑オイル溝26との間の領域内
には、それぞれ1つの平らなキャッチ面28が配置され
ている。潤滑オイル溝26並びにウェッジ面27は半径
方向外側でシールウエブ29により制限されている。こ
のシールウエブ29は潤滑オイル溝26の領域内にこの
潤滑オイル溝に向かって開いていて半径方向に向けられ
た汚れ溝30を備えている。この汚れ溝30は半径方向
外向きに、換言すれば軸受ハウジング17へ向かっても
同様に開いて形成されている(図3ないし図6)。軸受
つば、より正確にはその成形された円環面24のベース
のところに環状溝31が形成されており、この環状溝は
それぞれ互いに結合されていると共に軸受本体の環状通
路22にも結合されている。
ャッチ面28と軸受本体20の平らな滑り面との間で最
も狭く形成されている。ウェッジ面27は入口ウェッジ
深さ32を有しており、汚れ溝30は入口ウェッジ深さ
32の1.5倍の深さ33を有している(図6)。図1
に略示されたフィルタ6は、図示されていないメッシュ
幅を有しており、このメッシュ幅に関して汚れ溝30の
深さ33はほぼ3倍に増大されている。その場合、汚れ
溝30はその深さ33に比してほぼ潤滑隙間25の幅だ
け増大した溝幅34を有している。汚れ溝30を図示す
る目的だけのために、図2にはこの幅34がその他の構
成部分に比して過大寸法で図示されている。
オイル3がオイルポンプ5を介してオイルパン2から搬
送されてフィルタ6内で粗く浄化される。フィルタから
は潤滑オイル3はオイル導管4内の分岐部7を介して、
ディーゼル機関8の図示されていない軸受箇所もしくは
排ガスターボ過給機9の両方のラジアル滑り軸受15及
びスラスト滑り軸受16に達する(図1)。
定置の軸受本体20の半径方向のオイル通路21と、環
状通路22と、軸受つば19の環状溝31とを介して潤
滑オイル溝26へ搬送される(図3)。それゆえ、潤滑
オイル回路1からの潤滑オイル溝26の恒久的な潤滑オ
イル供給と、軸受つば19の成形された円環面24の回
転と、外側に配置されたシールウエブ29とにもとづ
き、潤滑オイル3は潤滑オイル溝26を起点としてそれ
ぞれウェッジ面27を介して、次第に狭くなる潤滑隙間
25内へ達する(図3)。潤滑隙間25から潤滑オイル
は剪断流れによりキャッチ面28へ向かって引き出され
て、大部分が側方へシールウエブ29を越えて押し出さ
れ、その際、シールウエブ29と軸受本体20の平らな
滑り面23との間に最狭の潤滑隙間25が形成されてい
る。シールウエブ29は半径方向外向きに押し出される
潤滑オイル3のための流れ横断面を狭め、これにより、
潤滑隙間25内の圧力が増大し、かつスラスト滑り軸受
16の潤滑オイル消費量が軽減される。それと同時に、
半径方向の潤滑オイル溝26内で軸14と一緒に回転す
る潤滑オイル3が遠心作用により分離される。その際、
汚れ粒子はその比較的大きな密度にもとづき外向きに圧
迫されて、潤滑オイル3の部分流と一緒に汚れ溝30を
通して外側へ跳ね飛ばされる(図5)。
通して案内された主要流並びに汚れ溝30を通して案内
された部分流は汚れ粒子を含んで、軸受ハウジング17
内に形成されたオイル流出部35を通し、かつ戻し導管
11を介してディーゼル機関8のオイルパン2内へ排出
される(図1,図2)。
回転する軸受つば19との間に遊動ディスク36が配置
されている(図7)。この遊動ディスクは両面に成形さ
れた円環面24′を備えており、この円環面は第1実施
例の軸受つば19の円環面24と同様に形成されてい
る。それゆえ、それぞれの円環面24′は半径方向の複
数の潤滑オイル溝26′と、これに周方向で接続された
ウェッジ面27′と、平らなキャッチ面28′とを備え
ている。潤滑オイル溝26′及びウェッジ面27′は半
径方向外側でシールウエブ29′により制限されてお
り、その場合、このシールウエブは第1実施例と同様に
形成された汚れ溝30′を有している。両方の円環面2
4′の潤滑オイル溝26′は、遊動ディスク36の内部
の斜めの切欠37を介して互いに結合されている(図
8,図9)。軸受つば19並びに軸受本体20は遊動デ
ィスク36に面した側に平らな滑り面23′を備えてい
る(図7)。スラスト滑り軸受16′のその他の構造は
大体において第1実施例と同じである。
遊動ディスク36の両側にそれぞれ1つの潤滑隙間2
5′が形成される。第1の潤滑隙間25′は軸受本体2
0の平らな滑り面23′と、これに面した、遊動ディス
ク36の成形された円環面24′との間に配置されてお
り、かつ、第2の潤滑隙間は軸受つば19の平らな滑り
面23′と、これに面した、遊動ディスク36の成形さ
れた円環面との間に配置されている。この場合、潤滑オ
イル3内の汚れ粒子の分離及び跳ね飛ばしは大体におい
て第1実施例の場合と同様に行われる。相違点は、遊動
ディスク36の成形された円環面24′が軸14と一緒
には回転せずに軸14を中心として回転することにある
が、しかし、このことは汚れ溝30′の洗浄効果を損な
わない。潤滑隙間25′内での相対的な速度が遊動ディ
スク36の回転によりほぼ軸14の回転数の半分まで軽
減されるので、このスラスト滑り軸受16′、特にウェ
ッジ面27′及びキャッチ面28′の摩耗のふるまいが
著しく改善される。
持力は両方の実施例において、キャッチ面28,28′
の広がりが軸受のウェッジ面27,27′の広がりのほ
ぼ1/4となる場合に得られる(図3,図8)。
オイル回路の略示図である。
で部分的に縦断面した図である。
IIIに沿って断面した図である。
た図である。
を拡大して断面した図である。
えた実施例を示す断面図である。
スクを断面した図である。
面した図である。
イル、 4 オイル導管、 5 オイルポンプ、 6
フィルタ、 7 分岐部、 8 内燃機関(ディーゼル
機関)、 9 排ガスターボ過給機、 10,11 戻
し導管、 12圧縮機側、 13 タービン側、 14
軸、 15 ラジアル滑り軸受、16,16′ スラ
スト滑り軸受、 17 軸受ハウジング、 18 軸受
ジャーナル、 19 軸受つば、 20 軸受本体、
21 オイル供給部(半径方向のオイル通路)、 22
環状通路、 23,23′ 平らな滑り面、 24,
24′ 成形された円環面、 25,25′ 潤滑隙
間、 26,26′ 潤滑オイル溝、 27,27′
ウェッジ面、 28,28′ キャッチ面、 29,2
9′ シールウエブ、 30,30′ 汚れ溝、 31
環状溝、 32入口ウェッジ深さ、 33 深さ、
34 溝幅、 35 オイル排出部、36 遊動ディス
ク、 37 切欠
Claims (9)
- 【請求項1】 内燃機関(8)に結合されていてこれの
潤滑オイル回路(1)を介して、フィルタ(6)内で粗
く浄化された潤滑オイルの供給を受ける排ガスターボ過
給機(9)の軸(14)を支承するためのスラスト滑り
軸受であって、軸受ハウジング(17)に固定的に結合
された軸受本体(20)と、軸(14)と一緒に回転す
る軸受つば(19)と、これら両者の間に形成された少
なくとも1つの潤滑隙間(25,25′)とから成り、
この潤滑隙間が、成形された円環面(24,24′)と
平らな滑り面(23,23′)とにより形成されていて
オイル供給部(21)に結合されている形式のものにお
いて、 a) 成形された円環面(24,24′)が、軸(1
4)を中心として回転するように、または軸(14)と
一緒に回転するように形成されており、半径方向に配置
された複数の潤滑オイル溝(26,26′)と、この潤
滑オイル溝に周方向で結合されたウェッジ面(27,2
7′)とを備えており、かつ、それぞれのウェッジ面
(27,27′)と、これに隣り合った潤滑オイル溝
(26,26′)との間にキャッチ面(28,28′)
が形成されており、 b) 潤滑オイル溝(26,26′)及びウェッジ面
(27,27′)が半径方向外側でシールウエブ(2
9,29′)により制限されており、 c) シールウエブ(29,29′)が、潤滑オイル溝
(26,26′)の領域内に潤滑オイル溝と外側とに開
いた汚れ溝(30,30′)を備えていることを特徴と
するスラスト滑り軸受。 - 【請求項2】 成形された円環面(24)が軸受つば
(19)に配置されており、かつ、平らな滑り面(2
3)が軸受本体(20)に配置されている請求項1記載
のスラスト滑り軸受。 - 【請求項3】 軸受つば(19)と軸受本体(20)と
の間に、成形された円環面(24′)を両面に備えた遊
動ディスク(36)が配置されており、かつ、軸受つば
(19)並びに軸受本体(20)が平らな滑り面(2
3′)を備えて形成されている請求項1記載のスラスト
滑り軸受。 - 【請求項4】 それぞれのウェッジ面(27,27′)
が入口ウェッジ深さ(32)を有しており、かつそれぞ
れの汚れ溝(30,30′)が入口ウェッジ深さ(3
2)の0.5ないし3倍に相応する深さ(33)を有し
ている請求項2又は3記載のスラスト滑り軸受。 - 【請求項5】 キャッチ面(28,28′)の広がりが
スラスト滑り軸受(16)のウェッジ面(27,2
7′)の広がりのほぼ1/4である請求項4記載のスラ
スト滑り軸受。 - 【請求項6】 フィルタ(6)がメッシュ幅を有してお
り、かつ汚れ溝(30,30′)の深さ(33)が前記
メッシュ幅の少なくとも2倍に相応している請求項5記
載のスラスト滑り軸受。 - 【請求項7】 汚れ溝(30,30′)の深さ(33)
が入口ウェッジ深さ(32)の2倍より小さく形成され
ている請求項5記載のスラスト滑り軸受。 - 【請求項8】 請求項1から7までのいずれか1項記載
のスラスト滑り軸受の運転法において、粗く浄化された
潤滑オイル(3)内に含まれる比較的大きな汚れ粒子を
潤滑隙間(25,25′)に達する前に遠心分離により
排除することを特徴とするスラスト滑り軸受の運転法。 - 【請求項9】 汚れ粒子の遠心分離による排除を潤滑オ
イル溝(26,26′)の領域内で行う請求項8記載の
スラスト滑り軸受の運転法。
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