JP3609371B2 - ロール機の油膜ベアリングに用いるスリーブ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロール機（ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ）のロールネックを回転自在に支持するのに用いられるタイプの油膜（ｏｉｌ ｆｉｌｍ）ベアリングに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ロール機の油膜ベアリングは普通、ロールネックに軸方向に嵌め合わされ、ロールネックに回転自在に固定されているスリーブを備える。このスリーブは、ロールハウジングに取り付けられたチョック内に備えられるブシュで囲まれている。運転の際には、このスリーブは、スリーブとブシュとの間のベアリング荷重ゾーンに流体力学的に維持される薄い油膜上に回転自在に支持される。
【０００３】
スリーブのタイプには、内部が円筒形のスリーブであって円筒形つまり「ストレート」形状のロールネックに用いるものと、内部がテーパ状のスリーブであってテーパ状ロールネックに用いるものとがある。更にスリーブには「セルフロッキング」と「ノンロッキング」のタイプがある。セルフロッキング型スリーブは締りばめでロールネックに摩擦力で固定されるもので、一方、ノンロッキング型スリーブはロールネックに機械的に嵌め合わせるにはキーのような固定部品が必要なものである。
【０００４】
本発明は、少なくとも５００ｍｍの比較的大きいジャーナル直径と少なくとも３°のノンロッキングテーパ角とを有する内部がテーパ状のスリーブの改良に関する。
【０００５】
図１を参照すると、そのようなスリーブが１０の個所にロール機油膜ベアリング１２の部品として示されている。スリーブ１０はロールネックのテーパ部分１６に脱着自在に嵌め込まれ、キー１４などの部品でロールネックに回転自在に固定されている。スリーブ１０はブシュ１８で囲まれ、ベアリングチョック２０内に固定されている。運転の際には、前述のように、スリーブ１０は、スリーブ１０とブシュ１８との間のベアリング荷重ゾーンに流体力学的に維持される薄い油膜（図示せず）上に回転自在に支持されている。
【０００６】
図２を参照すると、スリーブ１０が長さＬの内部テーパ部２１と内部テーパ部２１の外端部を超えて軸方向に延びる端部２２と内部テーパ部２１を囲む円筒形外表面部２３とを備えることが分かる。円筒形外表面部２３は直径Ｄ（通常「ジャーナル」径とも称される）を有する。内部テーパ部２１はテーパ角αと内端部の個所の最小厚さｔと端部２２近くの外端部の個所の最大厚さｔ’とを有する。キー溝１５はキー１４と機械的に噛み合う。キー１４もキー溝１５も内部テーパ部２１の外側の端部２２内だけに配置される。
【０００７】
内部テーパ部２１のジャーナル径Ｄと長さＬとは、ベアリングのサイズと荷重負荷能力を左右する。テーパ角αは、スリーブがセルフロッキング型であるかノンロッキング型であるかを定める。
【０００８】
このタイプの油膜ベアリングが１９３０年代に初めてロール機に導入された時に当業者が必須であると考えたことは、荷重ゾーンのスリーブ壁は荷重条件下にスリーブの弾性変形を防止するのに十分な厚さの最小厚さｔを有しなければならないことであり、またトルクで起こされる応力によるキー溝損傷を防止するに十分な最大厚さｔ’を採用しなければならないということであった。このことから、図５のプロット線２４に示されるように、５００〜２１００ｍｍの範囲のジャーナル径を有するスリーブに対しては、最小厚さｔは３０〜７０ｍｍで、平均は破線のプロット線で示されるようにｔ＝０．０２４Ｄ＋２２．６ｍｍである。
【０００９】
この設計基準は、米国特許第４，０９３，３２１号に開示されているように、キー溝を付けて内部テーパ部を断続形状にすると、ロール（圧延）製品に寸法不均一が生じる原因になるということを当業者が認識した１９７０年代中期までは実質的に不変であった。この問題を修正するため、内部テーパ状部分２１からキー溝とキーとを現在の位置に移して、図１と図２に示されるように、これらを端部２２だけに配置するようにした。これにより、内部テーパ部の外端の厚さを増大して厚さｔ’を維持する必要はなくなったけれども、スリーブ厚さは依然として不変であった。荷重で起されるスリーブ弾性変形は不利であるので、コストがどんなにかっても避けなければならないと当業者が引き続いて信じたからである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
しかし、現在発見されたことは、従来の知恵とは異なって、ある程度の量のスリーブ弾性変形は、許容可能であるのみならず、ベアリングの荷重ゾーンの油膜に支えられるスリーブ表面域を増大する結果になるという意味では望ましいということである。これは、ベアリングのベアリング荷重能力を増大させる。従って、所与のジャーナル径Ｄとテーパ角αに対して、最小厚さｔを小さくすることによって、弾性変形を有利な大きさで導入することが可能である。これにより、所与の長さＬとテーパ角αに対して、内部テーパ部の長さ全体にわたってスリーブの厚さを小さくする結果となる。厚さｔを減少するには、ジャーナル径Ｄを一定にしておいてスリーブの口径を大きくすることによって行うことが好ましい。こうすることにより、スリーブは、より太いロールネックを収容することが可能となり、従ってアセンブリ全体の強度が更に上がることになる。
【００１１】
本発明の主目的は、内部テーパ状ノンロッキング型スリーブを有する比較的大型の油膜ベアリングのベアリング荷重能力を、最小スリーブ厚さｔを適切に削減することによって、少なくとも１０％、好ましくは２０％以上も増大することである。
【００１２】
本発明の他の同様な目的は、スリーブを機械加工するのに用いられる鍛造または鋳造金属のサイズと重量とを削減し、従って原料コストを削減して利益を得ることである。
【００１３】
本発明のこれらと他の目的、利点、機能は添付の図面を引き続いて参照して、より詳細に以下に記載される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図３（ａ）では、図示が目的なので寸法は誇張しているが、ジャーナル径Ｄと厚さｔａを有するスリーブ１０ａが、ブシュ１８内で荷重を受けて時計回り方向に回転している状態が示される。内部テーパ部２１の個所のスリーブ１０ａに発生するセンターライン応力が図４のカーブＳａに描かれている。平均応力からの最大偏差はθ１の所で始まり、最大値に達し、その後降下してθ２の所で最小になる。θ１とθ２との間の円周距離ｗａは荷重ゾーンの幅を示す。この荷重ゾーンではスリーブは、流体力学的に維持されている油膜に支持されている。
【００１５】
図３（ｂ）では、同じジャーナル径Ｄであるが厚さはｔｂと薄くなったスリーブ１０ｂが、同じ荷重条件で回転している状態が示される。厚さがｔｂと薄くなると、荷重の下で弾性変形が起こる余裕を大きとることが可能になるので、発生するセンターライン応力は図４のカーブＳｂに示されるようになる。
【００１６】
カーブＳｂに対しても平均応力からの最大偏差はθ１の所で始まり、最大値に達した後、θ３の所で最小に戻ることが分かる。円周距離ｗｂはｗａよりｗΔだけ長くなるが、これはスリーブ厚さがｔａからｔｂに減少したことによってスリーブの弾性変形が増加した結果である。内部テーパ部２１の長さＬは両スリーブに対して同じなので、荷重ゾーン域の長さのパーセンテージ増加はｗΔ／ｗａ×１００として計算することができる。
【００１７】
本発明に従えば、図５を参照して、ｔ＝０．０２４Ｄ＋２２．６ｍｍの平均最小厚さを有する従来寸法のスリーブを備えるベアリングに比較して、最小厚さｔを約１０ｍｍ〜０．０２４Ｄ＋１４．５ｍｍの範囲に、好ましくは約１９ｍｍ〜０．０２４Ｄ＋７．４ｍｍの範囲に減少すれば、耐荷重能力を約１０％〜２０％以上増大することが可能となることが決定されたことになる。
【００１８】
最小厚さｔが１０ｍｍ、好ましくは１９ｍｍあれば、スリーブに十分な構造剛性を持たせられるので、鍛造または鋳造塊を最終製品に変えるのに用いられる機械加工処理の際に加えられる比較的穏和な力による変形に確実に耐えられる。しかし、一旦スリーブがロールネックに取り付けられてしまうと、ロール荷重が高くなって変形が起きて、荷重ゾーンで支持されるスリーブ域が増加するという利点が得られるので有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロール機に用いられるタイプの、ロールネックを回転自在に支持する油膜ベアリングアセンブリの概略図である。
【図２】図１に示される内部テーパ状ノンロッキング型スリーブの拡大縦断面図である。
【図３】本発明に係るスリーブの説明を行うための比較説明図であり、（ａ）は、従来の内部テーパ状ノンロッキング型スリーブを荷重状態で回転したときの荷重ゾーンの幅を概略示す図であり、（ｂ）は（ａ）と同様な図で、他の条件は等しくしながらスリーブ厚さｔを減少して得られる荷重状態で荷重ゾーンの幅が増大することを説明するための説明図である。
【図４】本発明に係るスリーブによる効果を従来例と比較するグラフであり、図３（ａ）と（ｂ）に示されるスリーブのスリーブセンターライン円周応力を比較するグラフである。
【図５】従来のスリーブと本発明に従って修正されたスリーブとに対するｔ／Ｄ関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ スリーブ、１２ 油膜ベアリングアセンブリ、１４ キー、１５ キー溝、１６ ロールネック外部テーパ部、１８ ブシュ、２０ チョック、２１ 内部テーパ部、２２ 端部、２３ 外表面部、２４ プロット線。

Claims (3)

  1. ロール機のロールネックを回転自在に支持するのに採用されるタイプの油膜ベアリングに用いられるスリーブであって、
    前記スリーブが内部テーパ部と前記内部テーパ部に軸方向に整合した端部と前記内部テーパ部を囲む円筒形外表面部とを備え、少なくとも５００ｍｍの直径Ｄを有する前記円筒形外表面部がベアリングのブシュ部品内で回転自在にジャーナル部品として働くように適応され、３°を超えるテーパ角と１０ｍｍ〜０．０２４Ｄ＋１４．５ｍｍの範囲の最小厚さとを有する前記内部テーパ部がロールネックの外部テーパ部分に嵌るように適応され、前記スリーブをロールネックに回転自在に固定する機械的噛合手段が前記内部テーパ部の外側の前記端部だけに配置されることを特徴とするスリーブ。
  2. 請求項１に記載のスリーブにおいて、
    前記最小厚さｔが好ましくは少なくとも１９ｍｍであることを特徴とするスリーブ。
  3. 請求項２に記載のスリーブにおいて、
    前記最小厚さｔが好ましくは０．０２４Ｄ＋７．４ｍｍ以下であることを特徴とするスリーブ。
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