JP4051523B2 - Two-stage thrust bearing device and multi-stage thrust bearing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大きなスラスト力を受けることができる多段スラスト軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】
スラスト方向に大きな力を受ける回転軸を支持する場合、一般的にスラスト軸受が用いられる。かかるスラスト軸受は、回転軸側に設けられたフランジ状の内輪と、ハウジング側に設けられたフランジ状の外輪との間にころを挟持して、スラスト方向の力を受けるようになっている。
【0003】
ところで、スラスト方向の力が大きくなるに従って、ころと内外輪間に生じる面圧が高くなり、スラスト軸受の寿命が短かくなるという問題がある。ころと内外輪間に生じる面圧を低くするためには、各ころが負担する荷重を減少させることが考えられるが、そのためには、ころの数を増大させなくてはならない。ところが、ころの数を増大させると、ころのピッチ円径が大きくなって、内外輪の径が増大するため、スラスト軸受が径方向に大型化するという問題が生じる。
【0004】
このような問題に対し、軸線方向に沿って、各々ころを挟持する複数段の内外輪を設けた多段スラスト軸受が開発されている。かかる多段スラスト軸受によれば、各段の内外輪に挟持されるころにより、スラスト力を分散して受けることができるため、通常のスラスト軸受と比較すると、外径が小さいにもかかわらず、大きなスラスト力を受けることができ、また同一のスラスト力を受けるとすれば、通常のスラスト軸受の場合よりも内外輪ところとの間に生じる面圧が低くなるため、より長寿命化が期待できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術の多段スラスト軸受装置には、以下に述べるような問題がある。かかる問題を図面を参照して説明する。
【0006】
図4は、従来技術における2段スラスト装置の一部を示す断面図である。図4において、図4において、回転軸11とハウジング13との間に、内輪1、2と、外輪3,4と、これらにそれぞれ挟持される複列のころ5,6;7,8とを有する多段スラスト軸受が配置されている。
【0007】
より具体的には、回転軸11の段部11aに内周側を当接するようにして、回転軸11の外周に円盤状の内輪1が取り付けられている。内輪1の下方における、回転軸11の外周には、薄肉円筒状の内輪間座9が配置され、その下方には内輪2が配置されている。
【0008】
一方、ハウジング13の段部13aに外周側を当接するようにして、ハウジング13の円筒状内壁13bには円盤状の外輪4が取り付けられている。内輪4の上方における、円筒状内壁13bには、薄肉円筒状の外輪間座10が配置され、その上方には内輪3が配置されている。
【0009】
内輪1と外輪3との間には、転動体としてのころ5,6が挟持され、内輪2と外輪4との間には、転動体としてのころ7,8が挟持されている。
【0010】
ここで、内輪間座9及び外輪間座10は,スラスト力を受けると軸方向に圧縮変形する。軸方向の変形量は,内輪間座9及び外輪間座10にかかるスラスト力や,内輪間座9及び外輪間座10の形状によって変ってくるが,それぞれの軸方向の変形量が等しくないと,各段のころ荷重が不均一となり,非常に大きなころ荷重が負荷されたり,それとは逆に小さなころ荷重しか負荷されないなどの荷重の不均一が発生し,それにより軸受装置全体としての寿命が短くなるという問題がある。そのため,一般的には,間座9,10の肉厚を、図4において、半分になるよう変更し,内輪間座9と外輪間座10にかかるスラスト力に対して軸方向の剛性を等しくし,軸方向の変形量が等しくなるようにするという手法を採用している。
【0011】
しかし,間座9,10の肉厚を変えるという手法では,図4に示す如く内輪側で厚い間座9が必要となる。間座9が厚くなると,その分ころ長さが短くなることになり定格荷重が小さくなってしまう。更に、4段の多段スラスト軸受を示す図5から明らかなように,段数が増えればより異なった肉厚の間座9,9’、9”:10,10’、10”が必要となり,その影響は顕著となる。
【0012】
そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、ころ荷重の不均一化を防止しながらも、軸方向の変形量を均一化させることが可能な間座を備えた多段スラスト軸受装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、第1の本発明の二段スラスト軸受装置は、軸とハウジングとの間に配置される二段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる2つの内輪と、前記ハウジングに取り付けられる2つの外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記2つの内輪間に配置される内輪間座と、前記2つの外輪間に配置される外輪間座と、を有し、
前記内輪間座及び前記外輪間座は円筒状であって、その肉厚は互いに等しく且つ各々軸線方向にわたって一様であり、
前記外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構としての穴を形成し、
内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kiと、外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko’との間に、以下の関係が成立するようにしている。
0.76×Ki<Ko’<1.24×Ki (11)
【0014】
第2の本発明の多段スラスト軸受装置は、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる3つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる3つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記3つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記3つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、
前記複数の内輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける内輪間座に対し、小さな荷重を受ける内輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記内輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、
前記内輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、
前記構造は、前記内輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、
1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kilに対して、n段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kinとの間、及びn段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立するようにしている。
0.76×Cn×Kil<Kin<1.24×Cn×Kil (4)
0.76×Cn×Kil<Ko(Z+1-n)<1.24×Cn×Kil (5)
ここで、Cn=(Z+1−n)/Zであり、Zは間座の段数である。
第3の本発明の多段スラスト軸受装置は、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる3つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる3つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記3つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記3つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、
前記複数の外輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける外輪間座に対し、小さな荷重を受ける外輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記外輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、
前記外輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、
前記構造は、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、
1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kilに対して、n段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kinとの間、及びn段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立するようにしている。
0.76×Cn×Kil<Kin<1.24×Cn×Kil (4)
0.76×Cn×Kil<Ko(Z+1-n)<1.24×Cn×Kil (5)
ここで、Cn=(Z+1−n)/Zであり、Zは間座の段数である。
【0015】
【作用】
第1の本発明の二段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される二段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる2つの内輪と、前記ハウジングに取り付けられる2つの外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記2つの内輪間に配置される内輪間座と、前記2つの外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記内輪間座及び前記外輪間座は円筒状であって、その肉厚は互いに等しく且つ各々軸線方向にわたって一様であり、前記外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構としての穴を形成し、内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kiと、外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko’との間に、(11)式が成立するようにしているので、例えば内輪間座及び各外輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
【0016】
第2の本発明の多段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる3つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる3つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記3つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記3つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、前記複数の内輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける内輪間座に対し、小さな荷重を受ける内輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記内輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、前記構造は、前記内輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kilに対して、n段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kinとの間、及びn段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko(Z+1-n)との間に、(4)、(5)式が成立するようにしているので、例えば内輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各内輪間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
第3の本発明の多段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる3つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる3つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記3つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記3つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、前記複数の外輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける外輪間座に対し、小さな荷重を受ける外輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記外輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、前記外輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、前記構造は、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kilに対して、n段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kinとの間、及びn段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko(Z+1-n)との間に、(4)、(5)式が成立するようにしているので、例えば外輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各内輪間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
【0017】
前記調整手段および機構を備えた構造は、前記内輪間座もしくは前記外輪間座の周面に形成された穴を含む。
【0018】
ここで,前記内輪間座または前記外輪間座の周面に穴がある場合と、無い場合の荷重を受けた時の軸方向の剛性の比をcとし,穴の形状とcの関係を考える。説明を簡略化するため,穴の形状を矩形とし,軸方向長さをa,円周方向長さをb,穴の数をnとする。穴の無い場合の軸方向の変位をδ1とすると、以下の式が成立する。
δ1=(L×F)/(π×d×t×E) (1)
ただし、
L:間座の軸方向長さ
F:間座が受ける軸方向の荷重
d:間座の板厚の中心位置の直径[(間座の内径+間座の外径)/2]となる。
E:間座の材料のセング率
【0019】
一方、穴が有る場合の軸方向の変位をδ2とおくと、以下の式が成立する。
δ2=[(L−a)×F]/(π×d×t×E)
+(a×F)/[(π×d−b×n)×t×E] (2)
ここで、A=a/L、B=b×n/(π×d)とおけば、穴がある場合とない場合との変位の比は、
c=δ1/δ2=(1−B)/[(1−A)(1−B)+A] (3)
となる。従って、穴がない間座の剛性をK,穴がある間座の剛性をK’とすると、
K’=cKとなる。以上の場合は、穴の形状を矩形状としたが、円形の穴の場合には、穴の半径をRとしたときに、A=(2πR2)/B/L、B=2R×n/(π×d)を上式(3)に適用することにより、近似的に穴有り無しの場合における剛性比を求めることが出来る。尚、矩形や円形以外の穴において、より正確にcの値を求める場合、有限要素法を使用するとよい。更に、アムスラー荷重試験機で荷重をかけて、そのときの変位比cを実験的に求めることもできる。変位比cに関して、計算と実験結果とで値が異なるときは、実験結果を用いるのが実用的である。
【0020】
又、1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kilに対して、n段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kinとの間、及びn段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立することが好ましい。
0.76×Cn×Kil<Kin<1.24×Cn×Kil (4)
0.76×Cn×Kil<Ko(Z+1-n)<1.24×Cn×Kil (5)
ここで、Cn=(Z+1−n)/Zであり、Zは間座の段数である。
【0021】
なお、外輪間座の肉厚と、内輪間座の肉厚とが等しいときに、式(4)、(5)が満たされるようにすると好ましく、外輪間座及び内輪間座が複数ある場合、すべての間座の肉厚が等しいときに、式(4)、(5)が満たされるようにすると好ましい。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下,図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明にかかる実施の形態による多段スラスト軸受の軸方向断面図である。図1において,回転軸11とハウジング13との間に,内輪1,2と,外輪3,4と,これらにそれぞれ狭持される複列のころ5,6,7,8とを有する多段スラスト軸受が配置されている。
【0023】
より具体的には,回転軸11の段部11aに内周側を当接するようにして,回転軸11の外周に円盤状の内輪1が取り付けられている.内輪1の下方における,回転軸11の外周には,薄肉円筒状の内輪間座9が配置され,その下方には内輪2が配置されている。
【0024】
一方,ハウジング13の段部13aに外周側に当接するようにして,ハウジング13の円筒状内壁13bには円筒状の外輪4が取り付けられている。外輪4の上方における,円筒状内壁13bには,薄肉円筒状の外輪間座10が配置され,その上方には外輪3が配置されている。内輪1と外輪3との間には,転動体としてのころ5,6が狭持され,内輪2と外輪4の間には,転動体としてのころ7,8が狭持されている。
【0025】
本実施の形態においては、荷重の不均一化を抑止するために、内輪間座9の厚みtinと外輪間座10との厚みtonを等しくしている。それだけでは、内輪間座9と外輪間座10の圧縮変形量が異なるので、その分外輪間座10の剛性を低くするよう調整している。外輪間座10の剛性を低くするための手法としては、素材を変えることなどもあるが、本実施の形態においては、調整手段および機構を備えた構造として図2に示すように外輪間座10に矩形状の穴10aを周方向に等間隔に空けている。ここで、外輪間座10の剛性をいかほど低下させれば最適な寿命が得られるかという問題がある。これを以下に説明する。
【0026】
本実施の形態の多段スラスト軸受装置は、以下の仕様を有する。
内輪内径:400mm
外輪外径:800mm
間座板厚:12mm
内輪間座軸方向長さ:110mm
外輪間座軸方向長さ:110mm
1段目ころ数:40個
2段目ころ数:40個
1段目ころ有効長さ:66mm
2段目ころ有効長さ:66mm
定格荷重Ca:10000000N
P/Ca:0.1
スラスト荷重:1000000N
【0027】
内輪間座9の軸方向長さLi,外輪間座10の軸方向長さLo,内輪間座9の板厚の中心位置の直径di,外輪間座10の板厚の中心位置の直径do,内輪間座9の材料のヤング率をEi,外輪間座10の材料のヤング率をEo,内輪間座9の厚さti,外輪間座10の厚さto,内輪間座9の軸方向の剛性Ki,穴が空いていない場合の外輪間座10の軸方向の剛性をKo,穴が空いている場合の外輪間座10の軸方向の圧縮剛性をK0’とすると、以下の式が成立する。
K0’=c×Ko (6)
Ki={(di/do)×(Ei/Eo)×(Lo/Li)}×Ko (7)
で表せる。
【0028】
剛性比cをパラメータに,1段目の転動体荷重Q1と2段目の転動体荷重Q2の比Q1/Q2を求めると,cとQ1/Q2の関係は図6のようになる。c=0.5でQ1=Q2,すなわち両方の転動体荷重が等しくなる。cが0.5以上では1段目の転動体荷重が大きく,逆に0.5以下では2段目の転動体荷重が大きくなる。
【0029】
更に、転動体荷重Q1,Q2をもとに,Lundgerg−Palmgrenの寿命計算理論を適用して,計算寿命を求めることができる(例えば、「転がり軸受・ころ軸受の動的負荷容量」岡本純三著、正文社、平成2年、第2刷)。ここで、転がり軸受の寿命Lは以下の式で表わされる。
L=(C/P)p (8)
【0030】
多段スラスト軸受では複数列のころがあるので、個々の列がそれぞれの軸受寿命特性を有し、その複数の軸受の組み合せで軸受寿命が決定されるものとする。
【0031】
まず個々のころ列については、図5の転動体荷重により軸受に負荷されるスラスト荷重が決まり、(8)式から寿命Li(i:ころ列)が求まる。
【0032】
さらに上記寿命Liを基に、複数の軸受の組み合せ寿命Lは以下の計算式を用いて求まる.
1/L=(1/L1 e+1/L2 e+1/L3 e+1/L4 e)1/e−−− (9)
【0033】
(9)式により求めた寿命値によれば、転動体荷重Q1=Q2で最も長寿命となる。得られた寿命値を最も長寿命の場合を1として,転動体荷重比Q1/Q2と寿命比の関係をグラフ化すると図7が得られる。この図から0.8≦Q1/Q2≦1.2の範囲で寿命値は、転動体荷重が等しい場合のほぼ95%以内に入っており,転動体荷重の差を上記範囲とすることにより,軸受長寿命が可能となる。
【0034】
転動体荷重比を0.8≦Q1/Q2≦1.2とするには,図6から剛性比cを
0.38≦c≦0.62 (10)
と設定することにより可能となる。ここで、本実施の形態の場合、幾何学的関係から、di/do=0.5,Ei=Eo、Lo=Liであるので、これを(6)式に代入すると、
Ki=0.5×Ko (6’)
が得られる。更に、両辺に2を乗算し、
Ko=2×Ki (6”)
を得る。
【0035】
ここで、Ko’=cKo=2cKiであり、更に(10)式に基づき、
0.76≦2c≦1.24 (10’)
が得られるので、これと、(7)式から、
0.76Ki≦Ko’≦1.24Ki (11)
が得られる。
【0036】
本実施の形態においては、0.76×{(di/do)×(Ei/Eo)×(Lo/Li)}<c<1.24×{(di/do)×(Ei/Eo)×(Lo/L1)}となるように外輪間座10に穴を空け,内輪間座9の板厚tiと外輪間座の板厚toを等しくしている。ここで,cの値に幅をもたせているのは,穴を加工する際のコストを抑える,強度上の問題で大きな穴を空けられない場合がある等、状況により適切に対応できるためである。
【0037】
図3は、本発明にかかる別な実施の態による4段の多段スラスト軸受の軸方向断面図である。図3においては、図面を見やすくするために間座の断面のみハッチングを施している。回転軸11の段部11aに内周側を当接するようにして,回転軸11の外周に円盤状の内輪14が取り付けられている。内輪14の下方における,回転軸11の外周には,薄肉円筒状の内輪間座26が配置され,その下方には内輪15が配置されている。内輪15の下方における,回転軸11の外周には,薄肉円筒状の内輪間座27が配置され,その下方には内輪16が配置されている。内輪16の下方における,回転軸11の外周には,薄肉円筒状の内輪間座28が配置され,その下方には内輪17が配置されている。
【0038】
一方,ハウジング13の段部13aに外周側に当接するようにして,ハウジング13の円筒状内壁13bには円筒状の外輪21が取り付けられている。外輪21の上方における,円筒状内壁13bには,薄肉円筒状の外輪間座31が配置され,その上方には外輪20が配置されている。外輪20の上方における,円筒状内壁13bには,薄肉円筒状の外輪間座30が配置され,その上方には外輪19が配置されている。外輪19の上方における,円筒状内壁13bには,薄肉円筒状の外輪間座29が配置され,その上方には外輪18が配置されている。
【0039】
内輪14と外輪18との間には,転動体としてのころ22が狭持され,内輪15と外輪19の間には,転動体としてのころ23が狭持され、内輪16と外輪20との間には,転動体としてのころ24が狭持され,内輪17と外輪21の間には,転動体としてのころ25が狭持されている。尚、外輪間座の材質及び軸方向長さ,内輪間座の材質及ぴ軸方向長さは全て等しいとする。また、各内輪間座同士及び各外輪間座同士の肉厚は等しいものとする。
【0040】
回転軸11とハウジング13との間にPという軸力が働くと、外輪間座29,30,31にかかる荷重は、1/4×P、2/4×P,3/4×Pで、その比が1:2:3となる。一方、内輪間座26,27,28にかかる荷重は、3/4×P、2/4×P,1/4×Pで、その比が3:2:1となる。よって、穴を開けない間座(内輪間座26,外輪間座31)の剛性を1とすると、中央の間座(内輪間座27,外輪間座30)の剛性比cは0.667であり、反対側の間座(内輪間座27,外輪間座30)の剛性比cは0.333となる。
【0041】
以上を一般化して,多段であるスラスト軸受装置の場合に適用すると,
上述した式(4)、(5)の条件が成立する。
0.76×Cn×Ki1<Kin<1.24×Cn×Ki1 (4)
0.76×Cn×Ki1<Ko(Z+1-n)<1.24×Cn×Ki1 (5)
ただし、Kilは、1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性であり、間座の段数をZとしたときに、Cn=(Z+1−n)/Zである。このように、Kin、Konが中央値となるように、間座の剛性を決めてやることにより、多段スラスト軸受装置の寿命を最適化することが出来る。
【0042】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本発明は、上述した2段スラスト軸受装置又は4段スラスト軸受装置に限らず、3段もしくは他段スラスト軸受装置に適用可能である。また、穴の形状は、矩形、円形、楕円形など、様々な形状を用いることが出来、穴は貫通しているものをいう。
【0043】
【発明の効果】
第1の本発明の二段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される二段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる2つの内輪と、前記ハウジングに取り付けられる2つの外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記2つの内輪間に配置される内輪間座と、前記2つの外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記内輪間座及び前記外輪間座は円筒状であって、その肉厚は互いに等しく且つ各々軸線方向にわたって一様であり、前記外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて穴を形成し、内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kiと、外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko’との間に、(11)式が成立するようにしているので、例えば内輪間座及び各外輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
【0044】
第2の本発明の多段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる3つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる3つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記3つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記3つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、前記複数の内輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける内輪間座に対し、小さな荷重を受ける内輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記内輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、前記内輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、前記構造は、前記内輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kilに対して、n段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kinとの間、及びn段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko(Z+1-n)との間に、(4)、(5)式が成立するようにしているので、例えば内輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各内輪間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
第3の本発明の多段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる3つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる3つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記3つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記3つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、前記複数の外輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける外輪間座に対し、小さな荷重を受ける外輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記外輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、前記外輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、前記構造は、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kilに対して、n段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kinとの間、及びn段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko(Z+1-n)との間に、(4)、(5)式が成立するようにしているので、例えば外輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各内輪間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態による2段スラスト軸受の軸線方向断面図である。
【図2】外輪間座の一例を示す斜視図(a)及び側面図(b)である。
【図3】第2の実施の形態による4段スラスト軸受の軸線方向断面図である。
【図4】従来技術における2段スラスト装置の一部を示す断面図である。
【図5】従来技術における4段スラスト装置の一部を示す断面図である。
【図6】剛性比と転動体荷重比軌道輪との関係を示すグラフ図である。
【図7】寿命比と転動体荷重比との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1、2、14,15,16,17 内輪
3、4、18,19,20,21 外輪
5,6;7,8:22〜25 ころ
9、26,27,28 内輪間座
10、29,30,31 外輪間座
11 回転軸
13 ハウジング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multistage thrust bearing capable of receiving a large thrust force.
[0002]
[Prior art]
When supporting a rotating shaft that receives a large force in the thrust direction, a thrust bearing is generally used. Such a thrust bearing receives a force in the thrust direction by sandwiching a roller between a flange-shaped inner ring provided on the rotating shaft side and a flange-shaped outer ring provided on the housing side.
[0003]
By the way, there is a problem that as the thrust force increases, the surface pressure generated between the rollers and the inner and outer rings increases, and the life of the thrust bearing becomes shorter. In order to reduce the surface pressure generated between the rollers and the inner and outer rings, it is conceivable to reduce the load borne by each roller, but in order to do so, the number of rollers must be increased. However, when the number of rollers is increased, the pitch circle diameter of the rollers is increased, and the diameter of the inner and outer rings is increased, which causes a problem that the thrust bearing is enlarged in the radial direction.
[0004]
In response to such a problem, a multi-stage thrust bearing has been developed in which a plurality of stages of inner and outer rings are provided that sandwich the rollers along the axial direction. According to such a multi-stage thrust bearing, the thrust force can be distributed and received by the rollers sandwiched between the inner and outer rings of each stage. Therefore, compared with a normal thrust bearing, although the outer diameter is small, it is large. If the thrust force can be received and if the same thrust force is received, the surface pressure generated between the inner and outer rings is lower than that in the case of a normal thrust bearing, so that a longer life can be expected.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the conventional multistage thrust bearing device has the following problems. Such a problem will be described with reference to the drawings.
[0006]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of a two-stage thrust device in the prior art. 4, in FIG. 4, between the rotating
[0007]
More specifically, the disc-shaped
[0008]
On the other hand, a disc-shaped
[0009]
[0010]
Here, the
[0011]
However, the method of changing the thickness of the
[0012]
Accordingly, in view of the problems of the prior art, the present invention provides a multi-stage thrust bearing device provided with a spacer capable of making the amount of axial deformation uniform while preventing roller load non-uniformity. The purpose is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, a two-stage thrust bearing device according to a first aspect of the present invention is a two-stage thrust bearing device disposed between a shaft and a housing, and includes two inner rings attached to the shaft, Two outer rings attached to the housing, the inner ring, a rolling element arranged between the adjacent outer rings, an inner ring spacer arranged between the two inner rings, and the gap between the two outer rings And an outer ring spacer disposed on the
The inner ring spacer and the outer ring spacer are cylindrical, and their thicknesses are equal to each other and are uniform over the axial direction.
The circumferential surface of the outer ring spacer is spaced apart in the circumferential direction,As adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the outer ring spacerForming a hole,
Axial compression stiffness K of inner ring spaceriAnd of the outer spaceAxial compressionRigidity KoThe following relationship is established with '.
0.76 × Ki<Ko‘<1.24 × Ki (11)
[0014]
A multi-stage thrust bearing device according to a second aspect of the present invention is a multi-stage thrust bearing device disposed between a shaft and a housing, wherein three or more inner rings attached to the shaft and three or more outer rings attached to the housing. Rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring adjacent thereto, a plurality of inner ring spacers disposed between the three or more inner rings, and the three or more outer rings. A plurality of outer ring spacers disposed,
When the plurality of inner ring spacers receive different loads, the inner ring spacer receiving a large load is larger than the case where the inner ring spacer receiving a small load has a radial cross-sectional area proportional to the small load. While having a cross-sectional area in the radial direction, the deformation amount generated in the inner ring spacer is made closer to the side to be equalized,
The inner ring spacer is cylindrical, and its thickness is uniform in the axial direction,
The structure isAs an adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the inner ring spacer,Formed on the circumferential surface of the inner ring spacer that receives the small load at intervals in the circumferential directionholeAnd formed on the peripheral surface of the inner ring spacer that receives the large load with a circumferential interval.holeAndPreparation,
Compressive rigidity K in the axial direction of the first stage inner ring spacerilIn contrast, the axial compression stiffness K of the n-th inner ring spacerinAnd the n-th stageAxial compressionRigidity Ko (Z + 1-n)The following relationship is established between
0.76 × Cn × Kil<Kin<1.24 × Cn × Kil (4)
0.76 × Cn × Kil<Ko (Z + 1-n)<1.24 × Cn × Kil (5)
Here, Cn = (Z + 1−n) / Z, and Z is the number of steps of the spacer.
A multi-stage thrust bearing device according to a third aspect of the present invention is a multi-stage thrust bearing device disposed between a shaft and a housing, wherein three or more inner rings attached to the shaft and three or more outer rings attached to the housing. Rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring adjacent thereto, a plurality of inner ring spacers disposed between the three or more inner rings, and the three or more outer rings. A plurality of outer ring spacers disposed,
When the plurality of outer ring spacers receive different loads, the outer ring spacer receiving a large load is larger than the case where the outer ring spacer receiving a small load has a radial cross-sectional area proportional to the small load. While having a cross-sectional area in the radial direction, a structure that brings the deformation amount generated in the outer ring spacer closer to the side to be equalized,
The outer ring spacer is cylindrical, and its thickness is uniform in the axial direction,
The structure isAs an adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the outer ring spacer,Formed on the circumferential surface of the outer ring spacer that receives the small load at intervals in the circumferential direction.holeAnd formed on the peripheral surface of the outer ring spacer that receives the large load at intervals in the circumferential direction.holeAndPreparation,
Compressive rigidity K in the axial direction of the first stage inner ring spacerilIn contrast, the axial compression stiffness K of the n-th inner ring spacerinAnd the n-th stageAxial compressionRigidity Ko (Z + 1-n)The following relationship is established between
0.76 × Cn × Kil<Kin<1.24 × Cn × Kil (4)
0.76 × Cn × Kil<Ko (Z + 1-n)<1.24 × Cn × Kil (5)
Here, Cn = (Z + 1−n) / Z, and Z is the number of steps of the spacer.
[0015]
[Action]
According to the two-stage thrust bearing device of the first aspect of the present invention, in the two-stage thrust bearing device arranged between the shaft and the housing, the two inner rings attached to the shaft and the two outer rings attached to the housing Rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring adjacent thereto, an inner ring spacer disposed between the two inner rings, and an outer ring spacer disposed between the two outer rings. The inner ring spacer and the outer ring spacer are cylindrical, and the wall thickness thereof is equal to each other and uniform over the axial direction, and the circumferential surface of the outer ring spacer is arranged in the circumferential direction. With an intervalAs adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the outer ring spacerCompressive rigidity K in the axial direction of the inner ring spaceriAnd of the outer spaceAxial compressionRigidity KoSince the expression (11) is established between the inner ring spacer and the outer ring spacer, for example, the axial deformation amount of each spacer is made constant even if the thicknesses of the inner ring spacer and the outer ring spacer are substantially the same. And by making the length of the rolling element constant regardless of the stage, the load received by it can be equalized.
[0016]
According to the multistage thrust bearing device of the second aspect of the present invention, in the multistage thrust bearing device arranged between the shaft and the housing, three or more inner rings attached to the shaft and three or more attached to the housing. Rolling rings disposed between the outer ring, the inner ring, and the outer ring adjacent thereto, a plurality of inner ring spacers disposed between the three or more inner rings, and the three or more outer rings. An inner ring spacer that receives a small load with respect to the inner ring spacer that receives a large load when the plurality of inner ring spacers receive different loads. While having a larger radial cross-sectional area than the case of having a radial cross-sectional area proportional to the small load, it is configured to approach the side to equalize the amount of deformation generated in the inner ring spacer, the structure,As an adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the inner ring spacer,Formed on the circumferential surface of the inner ring spacer that receives the small load at intervals in the circumferential directionholeAnd formed on the peripheral surface of the inner ring spacer that receives the large load with a circumferential interval.holeAndPreparationCompressive stiffness K in the axial direction of the first stage inner ring spacerilIn contrast, the axial compression stiffness K of the n-th inner ring spacerinAnd the n-th stageAxial compressionRigidity Ko (Z + 1-n)Since the equations (4) and (5) are established between the inner ring spacer and the inner ring spacer, for example, the axial deformation amount of each inner ring spacer can be constant. It is possible to equalize the load received by making the length of the rolling element constant regardless of the stage.
According to the multistage thrust bearing device of the third aspect of the present invention, in the multistage thrust bearing device disposed between the shaft and the housing, three or more inner rings attached to the shaft and three or more attached to the housing. Rolling rings disposed between the outer ring, the inner ring, and the outer ring adjacent thereto, a plurality of inner ring spacers disposed between the three or more inner rings, and the three or more outer rings. A plurality of outer ring spacers disposed between, and when the plurality of outer ring spacers receive different loads, an outer ring spacer that receives a small load with respect to the outer ring spacer that receives a large load, While having a larger radial cross-sectional area than the case of having a radial cross-sectional area proportional to the small load, the outer ring spacer is configured to approach the side to equalize the amount of deformation generated in the outer ring spacer, Cylindrical Te, and the thickness thereof is uniform in the axial direction, the structure,As an adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the outer ring spacer,Formed on the circumferential surface of the outer ring spacer that receives the small load at intervals in the circumferential direction.holeAnd formed on the peripheral surface of the outer ring spacer that receives the large load at intervals in the circumferential direction.holeAndPreparationCompressive stiffness K in the axial direction of the first stage inner ring spacerilIn contrast, the axial compression stiffness K of the n-th inner ring spacerinAnd the n-th stageAxial compressionRigidity Ko (Z + 1-n)Since the equations (4) and (5) are established between the inner ring spacer and the outer ring spacer, for example, the axial deformation amount of each inner ring spacer can be constant. It is possible to equalize the load received by making the length of the rolling element constant regardless of the stage.
[0017]
The structure including the adjusting means and the mechanism is formed on a peripheral surface of the inner ring spacer or the outer ring spacer.Including holes.
[0018]
Here, the ratio of axial rigidity when a load is applied to the case where there is a hole on the peripheral surface of the inner ring spacer or the outer ring spacer and when there is no hole is c, and the relationship between the shape of the hole and c is considered. . In order to simplify the description, the hole shape is rectangular, the axial length is a, the circumferential length is b, and the number of holes is n. When the axial displacement when there is no hole is δ1, the following equation is established.
δ1 = (L × F) / (π × d × t × E) (1)
However,
L: Axial length of spacer
F: Axial load received by the spacer
d: Diameter of the center position of the thickness of the spacer [(inner diameter of spacer + outer diameter of spacer) / 2].
E: Seng rate of spacer material
[0019]
On the other hand, when the axial displacement when there is a hole is δ2, the following equation is established.
δ2 = [(L−a) × F] / (π × d × t × E)
+ (A × F) / [(π × db−n) × t × E] (2)
Here, if A = a / L and B = b × n / (π × d), the displacement ratio between the case with and without the hole is
c = δ1 / δ2 = (1-B) / [(1-A) (1-B) + A] (3)
It becomes. Therefore, if the stiffness of the spacer without holes is K and the stiffness of the spacer with holes is K ',
K '= cK. In the above case, the shape of the hole is rectangular, but in the case of a circular hole, when the radius of the hole is R, A = (2πR2) / B / L, B = 2R × n / (π × d) is applied to the above equation (3), whereby the rigidity ratio in the case of no hole is approximately obtained. In the case of obtaining the value of c more accurately in a hole other than a rectangle or a circle, the finite element method may be used. Furthermore, a load is applied by an Amsler load tester, and the displacement ratio c at that time can also be obtained experimentally. When the value of the displacement ratio c differs between the calculation and the experimental result, it is practical to use the experimental result.
[0020]
Also, the axial compression stiffness K of the first stage inner ring spacerilIn contrast, the axial compression stiffness K of the n-th inner ring spacerinAnd the n-th stageAxial compressionRigidity Ko (Z + 1-n)The following relationship is preferably established between
0.76 × Cn× Kil<Kin<1.24 × Cn× Kil (4)
0.76 × Cn× Kil<Ko (Z + 1-n)<1.24 × Cn× Kil (5)
Where Cn= (Z + 1-n) / Z, where Z is the number of steps of the spacer.
[0021]
In addition, when the thickness of the outer ring spacer is equal to the thickness of the inner ring spacer, it is preferable to satisfy the expressions (4) and (5). It is preferable to satisfy the expressions (4) and (5) when the thicknesses of all the spacers are equal.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an axial sectional view of a multistage thrust bearing according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a multi-stage thrust having
[0023]
More specifically, the disc-shaped
[0024]
On the other hand, a cylindrical
[0025]
In the present embodiment, the thickness t of the
[0026]
The multistage thrust bearing device of the present embodiment has the following specifications.
Inner ring inner diameter: 400mm
Outer ring outer diameter: 800mm
Spacer plate thickness: 12 mm
Inner ring spacer axial length: 110 mm
Outer ring spacer axial length: 110mm
Number of first stage rollers: 40
Number of rollers on the second stage: 40
First stage roller effective length: 66mm
Second stage roller effective length: 66mm
Rated load Ca: 10000000N
P / Ca: 0.1
Thrust load: 1000000N
[0027]
Axial length L of
K0′ = C × Ko (6)
Ki= {(Di/ Do) × (Ei/ Eo) X (Lo/ Li)} × Ko (7)
It can be expressed as
[0028]
When the ratio Q1 / Q2 between the first-stage rolling element load Q1 and the second-stage rolling element load Q2 is obtained using the rigidity ratio c as a parameter, the relationship between c and Q1 / Q2 is as shown in FIG. When c = 0.5, Q1 = Q2, that is, both rolling element loads are equal. When c is 0.5 or more, the first-stage rolling element load is large. Conversely, when c is 0.5 or less, the second-stage rolling element load is large.
[0029]
Furthermore, based on the rolling element loads Q1 and Q2, the calculation life can be obtained by applying the Lundgerg-Palmgren life calculation theory (for example, “Dynamic load capacity of rolling bearings / roller bearings” Junzo Okamoto Written by Shobunsha, 1990, second print). Here, the life L of the rolling bearing is expressed by the following equation.
L = (C / P)p (8)
[0030]
Since a multi-stage thrust bearing has a plurality of rows of rollers, each row has its own bearing life characteristics, and the bearing life is determined by a combination of the plurality of bearings.
[0031]
First, for each roller train, the thrust load applied to the bearing is determined by the rolling element load of FIG. 5, and the life Li (i: roller train) is obtained from equation (8).
[0032]
Further, based on the above life Li, the combined life L of a plurality of bearings can be obtained using the following calculation formula.
1 / L = (1 / L1 e+ 1 / L2 e+ 1 / LThree e+ 1 / LFour e)1 / e--- (9)
[0033]
According to the life value obtained by the equation (9), the longest life is obtained when the rolling element load Q1 = Q2. FIG. 7 is obtained by graphing the relationship between the rolling element load ratio Q1 / Q2 and the life ratio, assuming that the obtained life value is 1 for the longest life. From this figure, the life value in the range of 0.8 ≦ Q1 / Q2 ≦ 1.2 is within approximately 95% of the case where the rolling element load is equal. By making the difference of the rolling element load into the above range, Longer bearing life is possible.
[0034]
To set the rolling element load ratio to 0.8 ≦ Q1 / Q2 ≦ 1.2, the rigidity ratio c is determined from FIG.
0.38 ≦ c ≦ 0.62 (10)
It becomes possible by setting. Here, in the case of this embodiment, from the geometric relationship, di/ Do= 0.5, Ei= Eo, Lo= LiTherefore, if this is substituted into equation (6),
Ki= 0.5 × Ko (6 ’)
Is obtained. Furthermore, multiply both sides by 2,
Ko= 2 × Ki (6 ”)
Get.
[0035]
Where Ko′ = CKo= 2cKiFurthermore, based on equation (10),
0.76 ≦ 2c ≦ 1.24 (10 ′)
From this and equation (7),
0.76 Ki ≦ Ko ′ ≦ 1.24 Ki (11)
Is obtained.
[0036]
In the present embodiment, 0.76 × {(di/ Do) × (Ei/ Eo) X (Lo/ Li)} <C <1.24 × {(di/ Do) × (Ei/ Eo) X (Lo/ L1)}, A hole is made in the
[0037]
FIG. 3 is an axial sectional view of a four-stage multi-stage thrust bearing according to another embodiment of the present invention. In FIG. 3, only the cross section of the spacer is hatched to make the drawing easy to see. A disc-shaped
[0038]
On the other hand, a cylindrical outer ring 21 is attached to the cylindrical
[0039]
A
[0040]
When an axial force of P is applied between the
[0041]
When the above is generalized and applied to a multi-stage thrust bearing device,
The conditions of the above formulas (4) and (5) are established.
0.76 × Cn× Ki1<Kin<1.24 × Cn× Ki1 (4)
0.76 × Cn× Ki1<Ko (Z + 1-n)<1.24 × Cn× Ki1 (5)
However, KilIs the compression rigidity in the axial direction of the first inner ring spacer, where Cn = (Z + 1−n) / Z, where Z is the number of steps of the spacer. Like this, Kin, KonBy determining the rigidity of the spacer so that becomes the median, the life of the multistage thrust bearing device can be optimized.
[0042]
The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, the present invention is not limited to the above-described two-stage thrust bearing device or four-stage thrust bearing device, and can be applied to a three-stage or other-stage thrust bearing device. In addition, various shapes such as a rectangle, a circle, and an ellipse can be used for the hole, and the hole penetrates.Say things.
[0043]
【The invention's effect】
According to the two-stage thrust bearing device of the first aspect of the present invention, in the two-stage thrust bearing device arranged between the shaft and the housing, the two inner rings attached to the shaft and the two outer rings attached to the housing Rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring adjacent thereto, an inner ring spacer disposed between the two inner rings, and an outer ring spacer disposed between the two outer rings. The inner ring spacer and the outer ring spacer are cylindrical, and the wall thickness thereof is equal to each other and uniform over the axial direction, and the circumferential surface of the outer ring spacer is arranged in the circumferential direction. Compressive stiffness K in the axial direction of the inner ring spacer by forming holes at intervalsiAnd of the outer spaceAxial compressionRigidity KoSince the expression (11) is established between the inner ring spacer and the outer ring spacer, for example, the axial deformation amount of each spacer is made constant even if the thicknesses of the inner ring spacer and the outer ring spacer are substantially the same. And by making the length of the rolling element constant regardless of the stage, the load received by it can be equalized.
[0044]
According to the multistage thrust bearing device of the second aspect of the present invention, in the multistage thrust bearing device arranged between the shaft and the housing, three or more inner rings attached to the shaft and three or more attached to the housing. Rolling rings disposed between the outer ring, the inner ring, and the outer ring adjacent thereto, a plurality of inner ring spacers disposed between the three or more inner rings, and the three or more outer rings. An inner ring spacer that receives a small load with respect to the inner ring spacer that receives a large load when the plurality of inner ring spacers receive different loads. While having a larger radial cross-sectional area than the case where it has a radial cross-sectional area proportional to the small load, the inner ring spacer is configured to approach the side to equalize the amount of deformation generated in the inner ring spacer, Cylindrical Te, and the thickness thereof is uniform in the axial direction, the structure,As an adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the inner ring spacer,Formed on the circumferential surface of the inner ring spacer that receives the small load at intervals in the circumferential directionholeAnd formed on the peripheral surface of the inner ring spacer that receives the large load with a circumferential interval.holeAndPreparationCompressive stiffness K in the axial direction of the first stage inner ring spacerilIn contrast, the axial compression stiffness K of the n-th inner ring spacerinAnd the n-th stageAxial compressionRigidity Ko (Z + 1-n)Since the equations (4) and (5) are established between the inner ring spacer and the inner ring spacer, for example, the axial deformation amount of each inner ring spacer can be constant. It is possible to equalize the load received by making the length of the rolling element constant regardless of the stage.
According to the multistage thrust bearing device of the third aspect of the present invention, in the multistage thrust bearing device disposed between the shaft and the housing, three or more inner rings attached to the shaft and three or more attached to the housing. Rolling rings disposed between the outer ring, the inner ring, and the outer ring adjacent thereto, a plurality of inner ring spacers disposed between the three or more inner rings, and the three or more outer rings. A plurality of outer ring spacers disposed between, and when the plurality of outer ring spacers receive different loads, an outer ring spacer that receives a small load with respect to the outer ring spacer that receives a large load, While having a larger radial cross-sectional area than the case of having a radial cross-sectional area proportional to the small load, the outer ring spacer is configured to approach the side to equalize the amount of deformation generated in the outer ring spacer, Cylindrical Te, and the thickness thereof is uniform in the axial direction, the structure,As an adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the outer ring spacer,Formed on the circumferential surface of the outer ring spacer that receives the small load at intervals in the circumferential direction.holeAnd formed on the peripheral surface of the outer ring spacer that receives the large load at intervals in the circumferential direction.holeAndPreparationCompressive stiffness K in the axial direction of the first stage inner ring spacerilIn contrast, the axial compression stiffness K of the n-th inner ring spacerinAnd the n-th stageAxial compressionRigidity Ko (Z + 1-n)Since the equations (4) and (5) are established between the inner ring spacer and the outer ring spacer, for example, the axial deformation amount of each inner ring spacer can be constant. It is possible to equalize the load received by making the length of the rolling element constant regardless of the stage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an axial sectional view of a two-stage thrust bearing according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view (a) and a side view (b) showing an example of an outer ring spacer.
FIG. 3 is an axial sectional view of a four-stage thrust bearing according to a second embodiment.
FIG. 4 is a sectional view showing a part of a two-stage thrust device in the prior art.
FIG. 5 is a sectional view showing a part of a four-stage thrust device in the prior art.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the rigidity ratio and the rolling element load ratio race.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the life ratio and the rolling element load ratio.
[Explanation of symbols]
1, 2, 14, 15, 16, 17 Inner ring
3, 4, 18, 19, 20, 21 Outer ring
5,6; 7,8: 22-25
9, 26, 27, 28 Inner ring spacer
10, 29, 30, 31 Outer ring spacer
11 Rotating shaft
13 Housing
Claims (4)
前記内輪間座及び前記外輪間座は円筒状であって、その肉厚は互いに等しく且つ各々軸線方向にわたって一様であり、
前記外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構としての穴を形成し、
内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kiと、外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko’との間に、以下の関係が成立する二段スラスト軸受装置。
0.76×Ki<Ko’<1.24×Ki (11)In the two-stage thrust bearing device disposed between the shaft and the housing, between the two inner rings attached to the shaft, the two outer rings attached to the housing, the inner ring, and the outer ring adjacent thereto. Each of the rolling elements, an inner ring spacer disposed between the two inner rings, and an outer ring spacer disposed between the two outer rings,
The inner ring spacer and the outer ring spacer are cylindrical, and their thicknesses are equal to each other and are uniform over the axial direction.
On the peripheral surface of the outer ring spacer, a hole is formed as an adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the outer ring spacer with a space in the circumferential direction.
A two-stage thrust bearing device in which the following relationship is established between the axial compression stiffness K i of the inner ring spacer and the axial compression stiffness K o ′ of the outer space spacer.
0.76 × K i <K o ′ <1.24 × K i (11)
前記複数の内輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける内輪間座に対し、小さな荷重を受ける内輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記内輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、
前記内輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、
前記構造は、前記内輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、
1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kilに対して、n段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kinとの間、及びn段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立する多段スラスト軸受装置。
0.76×Cn×Kil<Kin<1.24×Cn×Kil (4)
0.76×Cn×Kil<Ko(Z+1-n)<1.24×Cn×Kil (5)
ここで、Cn=(Z+1−n)/Zであり、Zは間座の段数である。In a multistage thrust bearing device disposed between a shaft and a housing, three or more inner rings attached to the shaft, three or more outer rings attached to the housing, the inner ring, and the outer ring adjacent thereto Rolling elements respectively disposed between the three or more inner rings, a plurality of inner ring spacers disposed between the three or more inner rings, and a plurality of outer ring spacers disposed between the three or more outer rings. And
When the plurality of inner ring spacers receive different loads, the inner ring spacer receiving a large load is larger than the case where the inner ring spacer receiving a small load has a radial cross-sectional area proportional to the small load. While having a cross-sectional area in the radial direction, the deformation amount generated in the inner ring spacer is made closer to the side to be equalized,
The inner ring spacer is cylindrical, and its thickness is uniform in the axial direction,
In the structure, as an adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the inner ring spacer, a hole formed in the circumferential surface of the inner ring spacer that receives the small load at a circumferential interval and the large load is received. Provided with a hole formed in the circumferential surface of the inner ring spacer at intervals in the circumferential direction,
With respect to the axial direction of the compressive stiffness K il of the inner ring spacer in the first stage, between the compressive stiffness K in the axial direction of the inner ring spacer of the n-th stage, and the axial direction of the outer輸間seat of the n-th stage Multi-stage thrust bearing device in which the following relationship is established with the compression stiffness K o (Z + 1-n) of
0.76 × Cn × K il <K in <1.24 × Cn × K il (4)
0.76 * Cn * Kil < Ko (Z + 1-n) <1.24 * Cn * Kil (5)
Here, Cn = (Z + 1−n) / Z, and Z is the number of steps of the spacer.
前記複数の外輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける外輪間座に対し、小さな荷重を受ける外輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記外輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、
前記外輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、
前記構造は、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、
1段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kilに対して、n段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Kinとの間、及びn段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ko(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立する多段スラスト軸受装置。
0.76×Cn×Kil<Kin<1.24×Cn×Kil (4)
0.76×Cn×Kil<Ko(Z+1-n)<1.24×Cn×Kil (5)
ここで、Cn=(Z+1−n)/Zであり、Zは間座の段数である。In a multistage thrust bearing device disposed between a shaft and a housing, three or more inner rings attached to the shaft, three or more outer rings attached to the housing, the inner ring, and the outer ring adjacent thereto Rolling elements respectively disposed between the three or more inner rings, a plurality of inner ring spacers disposed between the three or more inner rings, and a plurality of outer ring spacers disposed between the three or more outer rings. And
When the plurality of outer ring spacers receive different loads, the outer ring spacer receiving a large load is larger than the case where the outer ring spacer receiving a small load has a radial cross-sectional area proportional to the small load. While having a cross-sectional area in the radial direction, a structure that brings the deformation amount generated in the outer ring spacer closer to the side to be equalized,
The outer ring spacer is cylindrical, and its thickness is uniform in the axial direction,
In the structure, as an adjusting means and mechanism for adjusting the rigidity of the outer ring spacer, a hole formed in the circumferential surface of the outer ring spacer that receives the small load at a circumferential interval and the large load. Provided with a hole formed in the circumferential surface of the outer ring spacer at intervals in the circumferential direction,
With respect to the axial direction of the compressive stiffness K il of the inner ring spacer in the first stage, between the compressive stiffness K in the axial direction of the inner ring spacer of the n-th stage, and the axial direction of the outer輸間seat of the n-th stage Multi-stage thrust bearing device in which the following relationship is established with the compression stiffness K o (Z + 1-n) of
0.76 × Cn × K il <K in <1.24 × Cn × K il (4)
0.76 * Cn * Kil < Ko (Z + 1-n) <1.24 * Cn * Kil (5)
Here, Cn = (Z + 1−n) / Z, and Z is the number of steps of the spacer.
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