JP4522266B2 - Double row roller bearing - Google Patents
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Description
この発明は、風力発電機のブレードが取付けられた主軸を支持する軸受に適用される複列ころ軸受に関する。 The present invention relates to a double row roller bearing applied to a bearing that supports a main shaft to which a blade of a wind power generator is attached.
大型の風力発電機における主軸用軸受には、図7に示すような大型の複列自動調心ころ軸受51が用いられることが多い。主軸50は、ブレード49が取付けられた軸であり、風力を受けることによって回転し、その回転を増速機(図示せず)で増速して発電機を回転させ、発電する。
A large double-row self-aligning roller bearing 51 as shown in FIG. 7 is often used for a main shaft bearing in a large wind power generator. The
風を受けて発電している際に、ブレード49を支える主軸50は、ブレード49にかかる風力による軸方向荷重(軸受スラスト荷重)と、径方向荷重(軸受ラジアル荷重)が負荷される。複列自動調心ころ軸受51は、ラジアル荷重とフラスト荷重を同時に負荷することができ、かつ調心性を持つため、軸受ハウジング48の精度誤差や、取付誤差による主軸50の傾きを吸収でき、かつ運転中の主軸50の撓みを吸収できる。そのため、風力発電機主軸用軸受に適した軸受であり、利用されている(例えば、非特許文献1)。
しかしながら、風車においては、ラジアル荷重に比べてスラスト荷重が大きく、複列のころ54,55のうち、スラスト荷重を受ける列のころ54が、もっぱらラジアル荷重とスラスト荷重を同時に負荷することになる。そのため、転がり疲労寿命が短くなる。加えて、反対側の列では軽負荷となり、ころ55が内外輪52,53の軌道面52a,53aで滑りを生じ、表面損傷や摩耗を生じるという問題がある。そのため、軸受サイズが大きなものを用いたり、潤滑性を高めることで対処されるが、軽負荷側では余裕が大きくなり過ぎて、不経済である。また、無人で運転されたり、ブレード49が大型となるために高所に設置される風力発電機主軸用軸受では、メンテナンスフリー等のために、潤滑面でも簡易なものとすることが望まれる。
However, in the wind turbine, the thrust load is larger than the radial load, and the
この発明の目的は、風力発電機の主軸を支持する軸受に適用され、左右の列に非対称の負荷が作用する場合に、負荷に応じた適正な支持が各列で行えて、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のない経済的な複列ころ軸受を提供することである。 The object of the present invention is applied to a bearing that supports the main shaft of a wind power generator. When an asymmetric load is applied to the left and right rows, proper support according to the load can be performed in each row, thereby extending the actual life. It is also possible to provide an economical double row roller bearing which can be made and the material is not wasted.
この発明の複列ころ軸受は、内輪と外輪との間に複列にころを介在させた複列ころ軸受において、左右の列の軸受部分における負荷容量が互いに異なり、風力発電機のブレードが取付けられた主軸を支持する主軸支持軸受として使用されるものであることを特徴とする。この互いに異ならせる負荷容量は、ラジアル負荷およびスラスト負荷に対するいずれの負荷容量であっても、また両方であっても良い。この複列ころ軸受は、上記外輪の軌道面を球面状とし、上記ころの外周面を上記外輪の軌道面に沿う形状とした複列自動調心ころ軸受であっても良い。 The double-row roller bearing according to the present invention is a double-row roller bearing in which rollers are interposed between the inner ring and the outer ring. The present invention is characterized in that it is used as a main shaft support bearing for supporting the main shaft formed. The load capacities different from each other may be any load capacities for radial loads and thrust loads, or both. This double row roller bearing may be a double row self-aligning roller bearing in which the raceway surface of the outer ring is spherical and the outer peripheral surface of the roller is shaped along the raceway surface of the outer ring.
左右の列の軸受部分における負荷容量を互いに異ならせる構成としては、少なくとも、左右の列のころを、互いに幅寸法が異なるものとする。さらに左右の列の接触角の方向を互いに逆方向でかつ左右の列の接触角の大きさを互いに異ならせる。左右いずれか片方の列のころを、中心に孔を有する中空ころとしても良い。左右のころを、径方向寸法が異なるものとしても良い。左右の列の軸受部分における負荷容量を互いに異ならせる構成として、左右の列のころを、互いに幅寸法が異なるものとし、かつ左右の列の接触角を互いに異ならせても良い。
また、この複列ころ軸受は、前記のように風力発電機のブレードが取付けられた主軸を支持する主軸支持軸受として使用されるが、前記ブレードから遠い方の軸受部分を、近い方の軸受部分よりも負荷容量が大きく、かつ接触角、およびころの幅寸法が大きいものとする。左右の列に作用する負荷が互いに異なるが、例えばスラスト荷重が負荷される列では、接触角は大きくし、ころの幅寸法は大きくし、反対側の列では接触角は小さくし、ころの幅寸法は小さくする。
As a configuration in which the load capacities of the bearing portions in the left and right rows are different from each other, at least the left and right rows of rollers have different width dimensions . Further, the contact angle directions of the left and right rows are opposite to each other, and the contact angles of the left and right rows are made different from each other. The rollers of the left or right one column may be a hollow roller having a hole in the center. The left and right rollers may have different radial dimensions. As a configuration in which the load capacities of the bearing portions in the left and right rows are different from each other, the left and right rows of rollers may have different width dimensions, and the left and right rows may have different contact angles.
In addition, this double row roller bearing is used as a main shaft support bearing for supporting the main shaft to which the blade of the wind power generator is mounted as described above, but the bearing portion far from the blade is replaced with the near bearing portion. load capacity than a large, or one contact angle, and having a large width dimension of the child filtration. Although the loads acting on the left and right rows are different from each other, for example, in a row where a thrust load is applied, the contact angle is increased and the roller width is increased, and in the opposite row, the contact angle is decreased and the roller width is increased. Reduce dimensions.
風力発電機の主軸支持軸受は、主軸に取付けられたブレードに作用する風圧で、上記のように片方の列にスラスト荷重が偏って作用する。そのため、上記のように、左右の列のころの幅寸法を異ならせことなどで、左右の列の負荷容量を互いに異ならせると、左右の列に作用する非対称の負荷に対して、負荷に応じた適正な支持が各列で行える。これにより、軽負荷側の列で、負荷容量の余裕が大きくなり過ぎて材料の無駄が生じることが防止でき、また軽負荷のために生じるころの滑りが発生し難くなり、表面損傷や摩耗が生じ難い。これらにより、総合的に軸受の実質寿命が向上する。 The main shaft support bearing of the wind power generator is a wind pressure acting on the blade attached to the main shaft, and the thrust load acts on one row as described above with bias. Therefore, as described above, if the load capacity of the left and right rows is made different from each other, for example, by varying the width dimensions of the rollers on the left and right rows, the load on the asymmetric load acting on the left and right rows depends on the load. Proper support can be provided in each row. As a result, it is possible to prevent the material from being wasted due to excessive load capacity in the light load side row, and it is difficult for the rollers to slip due to the light load, resulting in surface damage and wear. Not likely to occur. As a result, the overall life of the bearing is improved overall.
詳しくは、ころの幅寸法または外径等の寸法を異ならせた場合は、寸法の大きいころ列の負荷容量が増大する。また、寸法の小さいころ列では、ころの自重が軽くなることで、滑りが軽減され、摩耗、表面損傷が軽減される。片方のころ列のころを中空ころとした場合も、その列のころの自重が軽くなることで、滑りが軽減され、摩耗、表面損傷が軽減される。 Specifically, when the width or outer diameter of the roller is varied, the load capacity of the roller train having a large size increases. Further, in a roller train having a small size, the weight of the roller is reduced, so that slippage is reduced, and wear and surface damage are reduced. Even when the roller of one roller row is a hollow roller, the weight of the roller of that row is reduced, so that slippage is reduced, and wear and surface damage are reduced.
接触角については、接触角が大きくなるに従い、ラジアル負荷に対してスラスト負荷の支持力の割合が増大する。そのため、接触角を大きくした列のスラスト支持力が大きくなる。接触角を小さくした方のころ列では、ころと軌道面との接触応力が大きくなり、これによって滑りが軽減され、摩耗、表面損傷が軽減される。 As for the contact angle, as the contact angle increases, the ratio of the supporting force of the thrust load to the radial load increases. For this reason, the thrust supporting force of the row with the increased contact angle is increased. In the roller row with the smaller contact angle, the contact stress between the roller and the raceway surface increases, thereby reducing slippage and reducing wear and surface damage.
左右の列の負荷容量を異ならせる構成として、ころの幅寸法を異ならせる場合や、接触角を異ならせる場合は、ころ径を異ならせる場合に比べて、内外輪の肉厚確保のための内外輪の径方向寸法の設計変更が僅かで済み、あるいは設計変更が不要となり、左右列が非対称であっても設計,製造が容易である。 As a configuration in which the load capacity of the left and right rows is different, when the roller width dimension is different or when the contact angle is different, the inner and outer rings are secured to ensure the inner and outer ring wall thickness compared to when the roller diameter is different. design change of the radial dimensions of the wheel requires only slight, or design change is unnecessary, even right column is an asymmetrical design, Ru manufactured easily der.
この発明における上記各構成の複列ころ軸受は、いずれも、外輪を軸方向に並ぶ2つの分割外輪に分割しても良い。
外輪を分割構造とすることで、2つの分割外輪を個々に製造すれば良いため、非対称の外輪の製造が容易となる。
In each of the double row roller bearings of the above-described configuration according to the present invention, the outer ring may be divided into two divided outer rings arranged in the axial direction.
Since the outer ring has a split structure, it is only necessary to manufacture the two split outer rings individually, which makes it easy to manufacture the asymmetric outer ring.
上記のように外輪を分割構造とする場合に、2つの分割外輪の間に隙間を設け、これら分割外輪間に予圧を負荷しても良い。予圧は、小さい方のころ列の側から負荷することが好ましい。
このように予圧を負荷することにより、ころの滑りを積極的に抑制することができる。したがって外輪を分割構造として製造の容易を図りながら、上記滑りの抑制が得られる。
When the outer ring has a split structure as described above, a gap may be provided between the two split outer rings, and a preload may be applied between the split outer rings. The preload is preferably applied from the smaller roller row side.
By applying the preload in this way, it is possible to positively suppress roller slip. Therefore, the above-mentioned slip can be suppressed while the manufacture of the outer ring as a divided structure is facilitated.
この発明の風力発電機主軸支持装置は、ブレードが取付けられた主軸を、ハウジングに設置された1個または複数の軸受により支持し、上記いずれか一個または複数の軸受を、この発明における上記のいずれかの構成の複列ころ軸受としたものである。その場合に、上記ブレードから遠い方の列の軸受部分を、近い方の軸受部分よりも負荷容量が大きいものとする。
この構成とすることで、主軸支持軸受となる複列ころ軸受の実質軸受寿命の向上効果が得られる。
A wind power generator main shaft support device of the present invention supports a main shaft to which a blade is attached by one or a plurality of bearings installed in a housing, and any one or a plurality of the bearings described above in the present invention. This is a double row roller bearing having such a configuration. In that case, it is assumed that the load capacity of the bearing portion in the row far from the blade is larger than that of the near bearing portion.
By setting it as this structure, the improvement effect of the substantial bearing life of the double row roller bearing used as a spindle support bearing is acquired.
この発明の複列ころ軸受は、風力発電機のブレードが取付けられた主軸を支持する主軸支持軸受として使用されるころ軸受であって、内輪と外輪との間に複列にころを介在させた複列ころ軸受において、左右の列の軸受部分における負荷容量が互いに異なり、左右の列の接触角の方向を互いに逆方向でかつ左右の列の接触角の大きさを互いに異ならせ、左右の列のころの幅寸法が互いに異なるものとし、前記ブレードから遠い方の軸受部分を、近い方の軸受部分よりも負荷容量が大きく、かつ接触角、およびころの幅寸法が大きいものとしたため、主軸に取付けられたブレードに作用する風圧で左右の列に非対称の負荷が作用する場合に、負荷に応じた適正な支持が各列で行えて、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のない経済的なものとなる。
The double row roller bearing of the present invention is a roller bearing used as a main shaft support bearing for supporting a main shaft to which a blade of a wind power generator is attached, and the rollers are interposed between the inner ring and the outer ring. in the double row roller bearing, unlike the load capacity of the bearing portions of the right and left columns with one another, the left and right and mutually opposite directions of contact angles of the left and right rows of the contact angle of the column size was a different from each other, the left and right shall width of the roller rows are different from each other, a bearing portion remote from the blade, a large load capacity than bearings parts closer or one contact angle, because of the assumed large width dimension of the child filtration When asymmetrical loads act on the left and right rows due to the wind pressure acting on the blades attached to the main shaft, proper support according to the load can be provided in each row, and the real life can be extended. Economy without waste Become a thing.
この発明の第1の実施形態を図1と共に説明する。この複列ころ軸受は、複列自動調心ころ軸受1であって、内輪2と外輪3との間に複列にころ4,5を介在させてある。各列のころ4,5は、それぞれ保持器6により保持されている。保持器6は、各列毎に別個に設けられたものである。外輪3の軌道面3aは球面状とし、各列のころ4,5の外周面は、外輪3の軌道面3aに沿う断面形状としてある。外輪3は、外径面における両列間の中間に油溝7を有し、油溝7から内径面に貫通する油孔8が、円周方向の1箇所または複数箇所に設けられている。内輪2は、各列のころ4,5の外周面に沿う断面形状の複列の軌道面2a,2bを有し、両軌道面2a,2bの間、および両端に、鍔9〜11がそれぞれ設けられている。内輪2は、鍔無しのものであっても良い。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This double row roller bearing is a double row self-aligning roller bearing 1 in which
左右の列のころ4,5は、互いに幅寸法L1,L2が異なるものとされ、かつ左右の列の軸受部分1a,1bは、互いに接触角θ1,θ2が異なるものとされている。この場合に、幅寸法の大きなころ4の列に対応する軸受部分1aの接触角θ1の方が、幅寸法の小さなころ5の列の軸受部分1bの接触角θ2よりも大きく設定されている。両列のころ4,5の外径は、例えば最大径が同じとされる。両列のころ4,5の外径は、互いに異なっていても良い。例えば、幅寸法の大きなころ4の方が、幅寸法の小さなころ5よりも外径が大きくされていても良い。
The left and right rows of
この構成の複列自動調心ころ軸受1は、左右の列に非対称の負荷が作用する用途、例えば片方の列にスラスト荷重とラジアル荷重とを受け、もう片方の列には殆どラジアル荷重のみを受けるような用途に適したものである。具体的には、風力発電機の主軸支持軸受等に用いられる。その場合に、スラスト荷重を負荷する列を、接触角θ1が大きく、かつ幅寸法L1が大きなころ4の列とする。なお、各列のころ4,5自体の形状は、非対称ころであっても、また非対称ころでなくても良い。
The double-row self-aligning
このように、スラスト負荷列について、接触角θ1を大きくし、かつころ4の幅寸法L1を大きくすることによって、スラスト負荷負荷能力を大きくしたため、転がり疲労寿命が向上する。反対側の列は、接触角θ2を小さくし、かつころ5の幅寸法L2を小さくしたため、ころ5と軌道面2b,3aとの接触応力が大きくなり、かつころ5の自重が軽くなることで、滑りが軽減される。そのため、軽負荷でも、ころ5の滑りが生じ難く、表面損傷を生じ難い。これらの作用から、総合的に、風力発電機主軸支持軸受等となる複列自動調心ころ軸受1の実質寿命が向上する。
As described above, with regard to the thrust load train, the contact angle θ1 is increased and the width L1 of the
図2は、この発明の他の実施形態を示す。この複列自動調心ころ軸受1Aは、図1に示した第1の実施形態の複列自動調心ころ軸受1において、外輪3を、軸方向に並ぶ2つの分割外輪3A,3Bに、両列の間で分割したものである。両分割外輪3A,3Bは、自然状態、つまり両分割外輪3A,3Bの球面状の軌道面3Aa,3Baが同じ球面上に位置する状態で、互いの間に隙間dが生じるように設けられる。この複列自動調心ころ軸受1Aは、軸受ハウジング20に設置した状態で、予圧付与手段21によって、両側の分割外輪3A,3Bの隙間dが狭まるように予圧が付与される。予圧付与手段21には、ばね部材または締め付けねじ等が用いられる。ばね部材を用いる場合、例えば円周方向複数箇所に配置されて外輪3の端面に接する圧縮ばねとされる。予圧付与手段21は、小さい方のころ5側の外輪分割体3Bから付与するようにすることが好ましい。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. This double-row self-aligning
このように、外輪3を分割構造とすると、非対称形状の外輪3を簡単に製造することができる。また、外輪3を分割構造として予圧を与えることで、ころ5の滑りを積極的に抑制することができる。
この実施形態におけるその他の構成,効果は、第1の実施形態と同じであり、対応部分に同一符号を付してある。
As described above, when the
Other configurations and effects in this embodiment are the same as those in the first embodiment, and the corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
なお、図2の例のように、外輪3を分割する構成に加えて、図3に示す複列自動調心ころ軸受1Bのように、内輪2も、軸方向に並ぶ2つの分割内輪2A,2Bに分割しても良い。内輪2を分割すると、左右非対称な内輪2の製造が容易になる。
In addition to the configuration in which the
図4は、参考提案例を示す。この複列自動調心ころ軸受1Cは、片方の列のころ5を、中心に孔5bを有する中空ころとしたものである。この例では、左右の列の接触角θ1,θ2を互いに同じとし、かつ両列のころ4,5の幅寸法および外径を同じとしている。その他の構成は、図1に示す第1の実施形態と同じである。
FIG. 4 shows a reference proposal example . In this double-row self-aligning roller bearing 1C, one row of
この構成の場合、片方の列のころ5が中空ころとされることで、ころ5の材料が節減される。また、この列のころ5に作用する負荷が小さくても、ころ5の自重が軽くなることによって滑りが軽減され、摩耗、表面損傷が軽減される。
In this configuration, the material of the
図5,図6は、この発明の複列自動調心ころ軸受を用いた風力発電機主軸支持装置の一例を示す。支持台31上に旋回座軸受32(図6)を介してナセル33のケーシング33aが水平旋回自在に設置されている。ナセル33のケーシング33a内には、軸受ハウジング34に設置された主軸支持軸受35を介して主軸36が回転自在に設置され、主軸36のケーシング33a外に突出した部分に、旋回翼となるブレード37が取付けらている。主軸36の他端は、増速機38に接続され、増速機38の出力軸が発電機39のロータ軸に結合されている。ナセル33は、旋回用モータ40により、減速機41を介して任意の角度に旋回させられる。
5 and 6 show an example of a wind power generator main shaft support device using the double row self-aligning roller bearing of the present invention. A
主軸支持軸受35は、図示の例では2個並べて設置してあるが、1個であっても良い。この主軸支持軸受35に、上記のいずれかの実施形態における複列自動調心ころ軸受1,1A,1B,1Cが用いられる。
In the illustrated example, two main
このように風力発電機の主軸支持軸受35に、上記実施形態の複列自動調心ころ軸受1〜1Bを適用した場合、ブレード37に対して遠い方の列がスラスト荷重負荷列となる。そのため、このスラスト荷重負荷列側に、ころ幅L1の大きい列が配置されるように複列自動調心ころ軸受1〜1Bを設置する。図4の実施形態の複列自動調心ころ軸受1Cを使用する場合は中実のころ4側の列をスラスト荷重負荷列側とする。
Thus, when the double row self-aligning
1,1A〜1C…複列自動調心ころ軸受(複列ころ軸受)
2…内輪
3…外輪
2a,3a,3b…軌道面
4,5…ころ
θ1,θ2…接触角
1, 1A to 1C ... Double row spherical roller bearings (Double row roller bearings)
2 ...
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