JP3963946B2 - オフセットされたバンプフォイルを備えた流体圧式空気スラスト軸受 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、流体圧式空気スラスト軸受に関し、より詳しくは、裏材ばねバンプフォイルに対する、スラスト軸受のバンプフォイルの相対的な配置に関する。
背景技術
当業者にはすぐ分かるように、空気フォイル軸受は、非常に洗練された高度に技術的な装置であり、これらのタイプの軸受の部品及び構造に対する変形、変更及び改良は、非常に微妙であり、かつその動作に大きな影響を及ぼす。流体圧式流体フィルムスラスト軸受の１つの例が、１９８４年７月３１日にＧ．Ｌ．Ａｇｒａｗａｌに付与された米国特許第４，４６２，７００号「Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ Ｆｌｕｉｄ Ｆｉｌｍ Ｔｈｒｕｓｔ Ｂｅａｒｉｎｇ」（ユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレイションに譲渡された）に記載されている。この発明は、上記の特許に開示されたスラスト軸受の改良に寄与するものである。
通常、スラスト軸受は、固定されたスラスト板と、このスラスト板から軸方向に隔てられた回転スラストランナと、その間に配置された１つ若しくは２つのフォイルとを有する。各フォイルは、異なるばね定数の裏当て部材を有する。２つの波形の裏当て部材を含むスラスト軸受けでは、回転スラストランナに隣接する裏当て部材は、固定スラスト板に隣接する裏当て部材よりも高いばね定数を有する波形の金属製部材からなる。これによって、全ての負荷、速度、及びその他の動作条件のもとで、最適な流体フィルムの構造が形成されかつ保持される。低いばね定数を有するもう一方の裏当て部材は、十分な負荷容量に対するコンプライアンスと制動特性とを備えたベアリングを提供する。幾つかの用途では、特定の性能特性を得るために、両方の裏当て部材が等しいばね定数を有するように設計することが有益であることが理解される。
当業者にはよく知られているように、ワッシャ型のスラスト軸受のフォイル板の表面には、周方向に配置された複数のＶ字型のスラスト軸受の波形バンプフォイル（セグメント）が取り付けられている。この波形バンプフォイルのリーディングエッジは、スラスト軸受のフォイル板の表面に溶接されていて、トレーリングエッジは固定されておらず軸方向に沿って自由に動く。波形のフォイル板と等しい形状の上部フォイルが、そのリーディングエッジでスラスト軸受けのフォイル板に溶接されている。上部フォイルのリーディングエッジは、波形のスラスト軸受けのバンプフォイルのリーディングエッジの直ぐ上流側に設けられている。用途に応じて、このスラスト軸受は、このような幾つかのセグメントを有し、用いられるセグメントの個数は、その用途に対する最適な性能を達成するように決定される。
制動を達成するために、スラスト軸受は、第２のワッシャ型の裏材ばねフォイル板と、複数の波形の裏材ばねバンプフォイルとを有する。波形の裏材ばねバンプフォイルの各々は、波形のバンプフォイルの各々と等しい形状及び寸法を有し、リーディングエッジ及びトレーリングエッジの何れかが裏材ばねフォイル板の表面に溶接されていて、もう一方のエッジが固定されていない。スラスト軸受のバンプフォイルは、フォイル板の上面に取り付けられていて、裏材ばねバンプフォイルはフォイル板の下側面に取り付けられている。
当業者にはよく知られているように、慣例では、スラスト軸受のバンプフォイルのリーディングエッジを、裏材ばねバンプフォイルのリーディングエッジと軸線方向で整合させることが行われている。即ち、全てのセグメントのリーディングエッジとその対応する溶接点とは、互いに軸線方向で整合している。
スラスト軸受のバンプフォイルのリーディングエッジを、裏材ばねバンプフォイルのリーディングエッジに対してオフセットすることによって、ランニングトルクを非常に低減しながら、スラスト軸受の負荷容量を増加できることが見出された。スラスト軸受のこの改良によって、特定の回転機器におけるスラスト軸受に対する要求を満足するための特定の用途で、相違点が明らかとなる。
発明の開示
本発明の目的は、改良された流体圧式空気スラスト軸受を提供することである。
本発明の特徴は、互いにオフセットされた一対のバンプフォイルを流体圧式空気スラスト軸受に提供することである。
本発明の上述された及びその他の特徴は、以下の説明及び添付の図面からより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のスラスト軸受を表す分解斜視図である。
第２図は、第１図の上部フォイル、スラスト軸受のバンプフォイル、スラスト軸受のフォイル板、及び裏材ばねのフォイル板を表す部分断面図である。
第３図は、バンプフォイルを下板に取り付けるための溶接箇所がリーディングエッジではなくトレーリングエッジに設けられている点以外第２図の実施例と等しい本発明の他の実施例を表す部分断面図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明は、第１図及び第２図を参照することによってよく理解され、この第１図及び第２図には、参照符号１０が付されたスラスト軸受が描かれており、このスラスト軸受は、フォイル板１４とバンプフォイルと上部フォイル１８とを備えた上板１２と、フォイル板２２とバンプフォイル２４とを備えた下板２０とを含む。第１図に例示されているように、フォイル板１４及び２２は、ワッシャと同様の環状の形状を有し、各々、周方向に間隔をおいて配置された突起部２０及び２８を有し、その突起部は、凹部３２及び３０を各々有し、この凹部によって軸受支持部材（図示されていない）を受容する。複数のバンプフォイル１６と、同じ個数のスラスト軸受の上板１２の上部フォイル１８とが、フォイル板１４の上側面３６に周方向に間隔をおいて配置されて取り付けられている。第３図及び第２図に例示されているように、バンプフォイル１６の各々は、金属製のばね材料から製造されていて、フォイルプレート１４の半径方向に沿った並びで整列した波形の形状を有する。バンプフォイルの各々のリーディングエッジ４０は、バンプフォイル１６の切頭扇形（つまり、切り分けられた一ピースのパイ（扇形）から、その頂部部分が切りとられた形状）のセグメントの各々を支持するように溶接されている。上部フォイル１８も同様の形状で構成され、かつばね定数の高い金属材料から製造されているが、波形の形状を有していない。上部フォイルの各々のリーディングエッジ４２も、上板１４の上面に取り付けられている。バンプフォイル１６及び上部フォイル１８の各々のトレーリングエッジ４４及び４６は取り付けられておらず、軸線方向に沿って自由に動くことができる。第２図から分かるように、上部フォイル１８のリーディングエッジ４２は、周方向に沿って、バンプフォイル１６のリーディングエッジ４０を越えて突出している。
バンプフォイル２４は、波形の付けられたセグメントとして製造され、バンプフォイル１６のばね定数以下のばね定数を有する金属製のばね材料から製造され、その波形は同じ向きに整列されている。第２図では、リーディングエッジ５０の各々は、下板２２の下面に溶接されている。溶接は、通常、スポット溶接によって行われ、溶接箇所は参照部号５３によって表されている。バンプフォイル１６の場合と同様に、リーディングエッジのみが固定されていて、トレーリングエッジ５４は軸線方向に自由に動くようになっている。用途によっては、バンプフォイル５５のトレーリングエッジ５２が溶接部分５３において固定され、リーディングエッジ５６が軸線方向に自由に動くようにされて、構造が最適にされてもよい（第３図に例示されている）。当業者には知られているように、バンプフォイルは、コンプライアンスと、ベアリングのプレロードと、負荷の偏りと、ばね定数とを提供し、２つのバンプフォイルを用いることによって（図示されているように）、制動が提供される。このようなタイプの軸受の動作の詳細に関しては、米国特許第４，４６２，７００号明細書に記載されている。
本発明に基づけば、バンプフォイル１６及び２４は、周方向に沿ってオフセットされていて、バンプフォイル１６のリーディングエッジ４０は、バンプフォイル２４のリーディングエッジ５０と周方向に沿って間隔をおいて配置されている。このようにバンプフォイルのリーディングエッジを配置することによって、スラスト軸受のコンプライアンスの特性を改良し、上部フォイルを流れる空気の流れを改良するように空気ウェッジを強化する。
実際の試験によって、このオフセットされたバンプフォイルの配置により、上部フォイルのリーディングエッジ４２によって改良された空気フィルムが形成され、負荷容量が増加し、ランニングトルクが低減される。
本発明が、その詳細な実施例に関して例示され且つ説明されてきたが、当業者には、形状及び詳細な部分の変更が添付の請求項の範囲を逸脱せずに可能なことは容易に理解される。

Claims (10)

1. 流体圧式流体フィルムスラスト軸受であって、
   上側面を画定する上板（１２）と、
   前記上側面に周方向に間隔を置いて配置された複数の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）であって、前記セグメント（１６）の各々が、リーディングエッジ（４０）と、前記リーディングエッジ（４０）を前記上板（１４）に取り付ける手段とを有する、前記複数の可撓性を有するバンプフォイルセグメントと、
   複数の上部フォイル（１８）であって、前記複数の上部フォイルの各々が、前記上側面に間隔を置いて周方向に配置され、かつ前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）を覆うように配置されたリーディングエッジ（４２）を有する、前記複数の上部フォイルと、
   下側面を画定する下板（２０）であって、前記下板が、前記上板（１２）を補完し、かつ軸線方向に前記上板に接触しながら前記上板と同軸的に配置されている、前記下板と、
   前記下側面に周方向に間隔を置いて配置された複数の他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（２４）であって、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（２４）の各々がリーディングエッジ（５０）を有する、前記複数の他の可撓性を有するバンプフォイルセグメントと、
   前記リーディングエッジ（５０）を前記下板（２０）に取り付けるための手段とを有し、
   前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の各々と、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（２４）の各々とが、軸方向に積層されるように配置されていて、前記上板と前記下板（１２、２０）とが、環状の板（１２、２０）であり、
   前記軸方向にそれぞれ積層配置関係にある、前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）と、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（２４）とが、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（２４）の前記リーディングエッジ（５０）が前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の前記リーディングエッジ（４０）とトレーリングエッジ（４４）との間の円周方向の中央部に配置されるように、互いに円周方向にオフセットされていることを特徴とする流体圧式流体フィルムスラスト軸受。
2. 前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の各々と、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（２４）の各々とが、波形を画定するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧式流体フィルムスラスト軸受。
3. 前記波形の並びが半径方向に延在していることを特徴とする請求項２に記載の流体圧式流体フィルムスラスト軸受。
4. 前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の前記リーディングエッジ（４０）が、スポット溶接によって、前記上側面に取り付けられていて、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（２４）の前記リーディングエッジ（５０）が、スポット溶接によって、前記下側面に取り付けられていることを特徴する請求項３に記載の流体圧式流体フィルムスラスト軸受。
5. 前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の前記セグメントと、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（２４）の前記セグメントとが、切頭扇形の形状を有することを特徴とする請求項４に記載の流体圧式流体フィルムスラスト軸受。
6. 流体圧式流体フィルムスラスト軸受であって、
   上側面を画定する上板（１２）と、
   前記上側面に周方向に間隔を置いて配置された複数の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）であって、前記セグメント（１６）の各々が、リーディングエッジ（４０）と、前記リーディングエッジ（４０）を前記上板（１２）に取り付けるための手段とを有する、複数の可撓性を有するバンプフォイルセグメントと、
   複数の上部フォイル（１８）であって、前記上部フォイル（１８）の各々が、前記上側面に周方向に沿って間隔を置いて配置され、かつ前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）と重なるように配置されたリーディングエッジ（４２）を備えている、前記複数の上部フォイルと、
   下側面を画定する下板（２０）であって、前記上板（１２）を補完し、かつ軸線方向に前記上板（１２）に接触しながら前記上板と同軸に配置された、前記下板と、
   前記下側面に周方向に間隔を置いて配置された複数の他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（５５）であって、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（５５）の各々が、リーディングエッジ（５６）とトレーリングエッジ（５７）とを有する、前記複数の他の可撓性を有するバンプフォイルセグメントと、
   前記下板（２０）に前記リーディングエッジ及び前記トレーリングエッジ（５６、５７）の一方を取り付ける手段とを有し、
   前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の各々と、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（５５）の各々とが、軸方向に積層されるように配置され、前記上板及び前記下板（１２、２０）が、環状の板（１２、２０）であり、
   前記リーディングエッジ及び前記トレーリングエッジ（５６、５７）の一方を取り付ける前記手段が、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（５５）の前記トレーリングエッジ（５７）を前記下板（２０）に取り付ける手段からなり、
   前記軸方向にそれぞれ積層配置関係にある、前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）と、前記他のバンプフォイルセグメント（５５）とが、前記他のバンプフォイルセグメント（５５）の前記リーディングエッジ（５６）が前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の前記リーディングエッジ（４０）とトレーリングエッジ（４４）との間の円周方向の中央部に配置されるように、互いに円周方向にオフセットされていることを特徴とする流体圧式流体フィルムスラスト軸受。
7. 前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の各々と、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（５５）の各々とが、波形を画定するように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の流体圧式流体フィルムスラスト軸受。
8. 前記波形の並びが半径方向に沿っていることを特徴とする請求項７に記載の流体圧式流体フィルムスラスト軸受。
9. 前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の前記リーディングエッジ（４０）が、スポット溶接によって、前記上側面に取り付けられていて、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（５５）の前記トレーリングエッジ（５５）が、スポット溶接によって、前記下側面に取り付けられていることを特徴とする請求項８に記載の流体圧式流体フィルムスラスト軸受。
10. 前記可撓性を有するバンプフォイルセグメント（１６）の前記セグメントと、前記他の可撓性を有するバンプフォイルセグメント（５５）の前記セグメントとが、切頭扇形の形状を有することを特徴する請求項９に記載の流体圧式流体フィルムスラスト軸受。

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