JP5167514B2 - Rolling bearing assembly - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、転がり軸受アセンブリに関し、特に、航空機用ジェットエンジンの主軸に使用される転がり軸受アセンブリに関するものである。 The present invention relates to a rolling bearing assembly, and more particularly to a rolling bearing assembly used for a main shaft of an aircraft jet engine.
航空機用ジェットエンジン等のガスタービンエンジンの主軸は、他の用途の軸と比較すると、軸方向に長い形状であって、タービンや圧縮機等の複数の大型の部材が取り付けられている。主軸は、上記した形状に加え、タービンの回転に伴い高速回転することから、振動や撓みを生じやすい。したがって、このような主軸には、振動等を減衰させる機構を必要とする。このような機構を具備し、主軸を支持する軸受を含む転がり軸受アセンブリは、例えば、特開2006−105199号公報(特許文献1)に開示されている。
図5は、特許文献1に開示されている従来の転がり軸受アセンブリの一例を示す図である。図5を参照して、転がり軸受アセンブリは、主軸101を回転自在に支持する転がり軸受102と、転がり軸受102の外輪102aの径方向外側に設けられる一対のダンパ104とを含む。
FIG. 5 is a view showing an example of a conventional rolling bearing assembly disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. Referring to FIG. 5, the rolling bearing assembly includes a rolling
転がり軸受102の外輪102aの軸方向一端側には、円筒バネ103が設けられている。円筒バネ103は、外輪102aの軸方向一端側に延び、長円窓103bが周方向に等配に設けられている円筒部103aによって構成されている。そして、外輪102aは、円筒部103aの軸方向一端側から径方向外側に延びるフランジ部103cにより、ハウジング105に固定される。円筒バネ103は、図5中の矢印Aの方向またはその逆の方向に弾性変形可能である。また、一対のダンパ104は、ハウジング105と外輪102aとの間に介在するように配置され、ダンパ104間で油膜を形成する。
A
主軸101は、矢印Aの方向またはその逆の方向に振動を生じる。この振動は、円筒バネ103および一対のダンパ104間に形成される油膜によって減衰される。
The
ここで、特許文献1に開示の転がり軸受アセンブリでは、転がり軸受102と円筒バネ103とを軸方向に並列に設けているため、全体の軸方向長さが長くなってしまう。そうすると、航空機用ジェットエンジンの小型化が困難となってしまう。
Here, in the rolling bearing assembly disclosed in Patent Document 1, since the
この発明の目的は、小型化が可能であって、軸の振動を適切に減衰することができる転がり軸受アセンブリを提供することである。 An object of the present invention is to provide a rolling bearing assembly that can be miniaturized and can appropriately dampen vibrations of a shaft.
この発明に係る転がり軸受アセンブリは、回転軸に固定された内輪、ハウジングに固定された外輪、および内輪と外輪との間に配置される複数の転動体を含む転がり軸受と、回転軸の振動を減衰させる減衰手段とを備える。減衰手段は、外輪の外径部から、回転軸の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延び、弾性変形可能なフィンを含む。 A rolling bearing assembly according to the present invention includes a rolling bearing including an inner ring fixed to a rotating shaft, an outer ring fixed to a housing, and a plurality of rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring, and vibrations of the rotating shaft. Attenuating means for attenuating. The damping means includes fins that are elastically deformable and extend radially outward from the outer diameter portion of the outer ring while being inclined with respect to the rotation axis of the rotation shaft.
こうすることにより、転がり軸受アセンブリは、回転軸の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延びるフィンの弾性変形によって、主軸の振動を減衰することができる。フィンは、外輪の外径部に設けられるため、軸受が軸方向に大型化することはない。その結果、小型化が可能であって、軸の振動を適切に減衰することができる。 By doing so, the rolling bearing assembly can attenuate the vibration of the main shaft by elastic deformation of the fin that is inclined with respect to the rotation axis of the rotation shaft and extends radially outward. Since the fin is provided at the outer diameter portion of the outer ring, the bearing does not increase in size in the axial direction. As a result, the size can be reduced, and the vibration of the shaft can be appropriately damped.
好ましくは、フィンは、周方向に連なった形状である。こうすることにより、より確実に振動を減衰することができる。 Preferably, the fin has a shape continuous in the circumferential direction. By so doing, vibration can be damped more reliably.
さらに好ましくは、フィンは、軸方向に複数設けられている。こうすることにより、効率的に振動を減衰することができる。 More preferably, a plurality of fins are provided in the axial direction. By doing so, vibration can be damped efficiently.
さらに好ましくは、複数のフィンは、軸方向に等配に設けられている。こうすることにより、効率的に振動を減衰することができる。 More preferably, the plurality of fins are provided equally in the axial direction. By doing so, vibration can be damped efficiently.
一実施形態として、減衰手段は、ハウジングとフィンとの間に形成される油膜形成手段を含む。 In one embodiment, the damping means includes an oil film forming means formed between the housing and the fin.
好ましくは、油膜形成手段は、ハウジングの径方向内側であって、フィンの径方向外側に設けられるカラーと、ハウジングとカラーとの間に設けられ、潤滑油を保持する油保持部とを有する。 Preferably, the oil film forming means includes a collar provided inside the housing in the radial direction and outside the fin in the radial direction, and an oil holding part provided between the housing and the collar and holding the lubricating oil.
さらに好ましくは、フィンは、カラーに嵌合されている。こうすることにより、ジェットエンジンの温度変化等により、フィンやカラーの膨張収縮が生じた場合であっても、その膨張収縮により径方向の隙間が生じる虞を低減することができる。 More preferably, the fin is fitted to the collar. By doing so, even if fins and collars expand and contract due to a change in temperature of the jet engine or the like, it is possible to reduce the possibility that a radial gap is generated due to the expansion and contraction.
他の実施形態として、減衰手段は、軸方向に複数設けられたフィンの間に充填されるゴム材および樹脂材のうちの少なくとも一方を含む。こうすることにより、減衰手段を構成する部材の数を減らすことができる。その結果、減衰手段を簡素化することができる。 As another embodiment, the damping means includes at least one of a rubber material and a resin material filled between a plurality of fins provided in the axial direction. By doing so, the number of members constituting the attenuation means can be reduced. As a result, the attenuation means can be simplified.
好ましくは、フィンの周面には、その表面に硬化層を形成する表面処理が施されている。こうすることにより、フィンの疲労強度を向上させることができる。 Preferably, the peripheral surface of the fin is subjected to a surface treatment for forming a hardened layer on the surface. By carrying out like this, the fatigue strength of a fin can be improved.
この発明に係る転がり軸受アセンブリは、回転軸の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延びるフィンの弾性変形によって、主軸の振動を減衰することができる。フィンは、外輪の外径部に設けられるため、軸受が軸方向に大型化することはない。その結果、小型化が可能であって、軸の振動を適切に減衰することができる。 In the rolling bearing assembly according to the present invention, the vibration of the main shaft can be damped by elastic deformation of the fin that is inclined with respect to the rotation axis of the rotation shaft and extends radially outward. Since the fin is provided at the outer diameter portion of the outer ring, the bearing does not increase in size in the axial direction. As a result, the size can be reduced, and the vibration of the shaft can be appropriately damped.
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、航空機用ジェットエンジンの主軸10に使用されるこの発明の一実施形態に係る転がり軸受アセンブリ8を示す断面図である。図1を参照して、転がり軸受アセンブリ8は、ジェットエンジン(図示せず)の固定部であるハウジング17の径方向内側に設けられるカラー16と、カラー16の径方向内側に設けられる円筒ころ軸受11とを備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a rolling
カラー16は、ジェットエンジンの固定部であるハウジング17の径方向内側に固定されている。カラー16の外径面16bには、軸方向中央部に位置し、外径面16bより径方向内側に凹む凹部16cを有する。ハウジング17には、凹部16cに向かって潤滑油を供給する油路19が設けられている。
The
ハウジング17とカラー16との間には、潤滑油を保持する油保持部18が設けられている。油保持部18は、ハウジング17の内径面17aと、凹部16cとの間に設けられる間隙であって、油路19から供給される潤滑油を保持する。
Between the
潤滑油は、油路19から凹部16cに向かって供給される。そして、ハウジング17の内径面17aと凹部16cとの間に油膜を形成する。ここで、カラー16および油保持部18は、油膜形成手段として作動する。油膜は、主軸10の振動を減衰する。ここで、油膜は、減衰手段として作動する。詳細については後述する。
Lubricating oil is supplied from the
ハウジング17とカラー16とは、同様の素材から構成されている。これにより、ジェットエンジンの温度変化等によって、ハウジング17やカラー16の膨張収縮が生じた場合であっても、油保持部18の径方向幅を一定に保つことができる。その結果、油膜を適切に形成することができる。
The
次に、円筒ころ軸受11の構成ついて説明する。円筒ころ軸受11は、ジェットエンジンの主軸10に固定され、主軸10と共に高速回転する内輪12と、ハウジング17に固定される外輪13と、内輪12と外輪13との間に配置される複数の転動体としての円筒ころ14と、円筒ころ14の周方向間隔を一定に保持する保持器15とを含む。
Next, the configuration of the cylindrical roller bearing 11 will be described. The cylindrical roller bearing 11 is fixed to the
図2は、外輪13の一部を示す斜視図である。図2においては、理解を容易にする観点から、外輪13を径方向に分割した状態を示しているが、実際は分割されていない。図1および図2を参照して、外輪13は、その軸方向一方側端部13cが、軸方向他方側端部13dより軸方向に延びる形状である。軸方向一方側端部13cは、ハウジング17と当接する。外輪13の外径部には、フィン20が設けられている。フィン20は、カラー16の径方向内側に設けられている。すなわち、カラー16は、フィン20の径方向外側に設けられている。
FIG. 2 is a perspective view showing a part of the
フィン20は、外輪13の外径部から、図1中の一点鎖線で示す主軸10の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延びている。具体的には、フィン20の軸方向一方側面20aと回転軸心との角度が、90°未満の所定の角度となるよう傾斜している。フィン20の軸方向一方側面20aと軸方向他方側面20bとは略平行である。また、フィン20は、周方向に連なった形状であって、軸方向に複数等配に設けられている。なお、この実施形態においては、フィン20は、4本設けられている。また、フィン20は、弾性変形可能である。
The
高速回転に伴う主軸10の振動は、フィン20と上記した油膜とによって減衰される。図3は、フィン20の動きを示す図である。点線で動作前のフィン20の状態を示している。
The vibration of the
図3を参照して、まず、主軸10は、図3に示す矢印Aの方向またはその逆の方向、すなわち、径方向に振動を生じる。このとき、フィン20は、回転軸心に対し傾斜しているため、主軸10の振動に伴い、例えば、矢印Bで示す方向またはその逆の方向に動作する。すなわち、フィン20は、外径面20cがカラー16の内径面16aと接触した状態で弾性変形することによって主軸10の振動を減衰する。ここで、フィン20は、減衰手段として作動する。さらに油膜も、主軸10の振動を減衰する。
With reference to FIG. 3, first, the
このように、転がり軸受アセンブリ8は、主軸10の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延びるフィン20の弾性変形によって、主軸10の振動を減衰することができる。フィン20は、外輪13の外径部に設けられるため、軸受が軸方向に大型化することはない。その結果、小型化が可能であって、主軸10の振動を適切に減衰することができる。
In this way, the rolling
また、フィン20を周方向に連なった形状にすることにより、より確実に振動を減衰することができる。また、フィン20を軸方向に複数等配に設けることにより、効率的に振動を減衰することができる。
In addition, the vibration can be damped more reliably by making the
また、主軸10に生じる現象としては、上記した矢印Aの方向またはその逆の方向の振動だけでなく、矢印Aの方向またはその逆の方向に撓みも生じる。フィン20は、この撓みも吸収することができる。
Further, as a phenomenon occurring in the
また、フィン20の周面には、表面に硬化層を形成する表面処理として、窒化処理またはショットピーニング処理を施すことが好ましい。窒化処理は、ラジカル窒化処理である。ラジカル窒化処理は、真空容器中の処理部材を加熱昇温し、その後、真空容器中にアンモニアと水素の混合ガスを導入する。そして、混合ガスを処理部材にグロー放電することによって、低エネルギー状態のプラズマを形成し、表面を窒化させる処理である。これにより、フィン20の周面に硬化層を形成することができ、弾性変形するフィン20の疲労強度を向上させることができる。
Moreover, it is preferable to perform a nitriding process or a shot peening process as a surface treatment for forming a hardened layer on the peripheral surface of the
また、ショットピーニング処理とは、処理部材の表面に鋼製の小球を高速で衝突させる処理である。これにより、フィン20の周面に硬化層を形成することができ、弾性変形するフィン20の疲労強度を向上させることができる。
The shot peening process is a process in which small steel balls collide with the surface of the processing member at high speed. Thereby, a hardened layer can be formed in the peripheral surface of the
なお、フィン20の疲労強度が十分なものである場合には、特に上記した表面処理を施さなくてもよい。
In addition, when the fatigue strength of the
また、フィン20の外径面20cには、表面処理として、銀メッキ処理が施されていることが好ましい。フィン20の外径面20cは、カラー16の内径面16aと接触して、磨耗を生じる虞がある。このような場合に、銀は延性が大きく潤滑機能を果たすことができるため、銀メッキ処理を施すことによって、フィン20の外径面20cとカラー16の内径面16aとの接触による摩耗を適切に防止することができる。
Moreover, it is preferable that the
また、フィン20は、カラー16に嵌合されていてもよい。これにより、カラー16と外輪13とが異なる素材から構成されている場合であって、ジェットエンジンの温度変化等によって、フィン20やカラー16の膨張収縮が生じた場合であっても、その膨張収縮により径方向の隙間が生じる虞を低減することができる。
Further, the
次に、この発明の他の実施形態に係る転がり軸受アセンブリ8について説明する。図4は、この発明の他の実施形態に係る転がり軸受アセンブリ8を示す断面図である。なお、図4においては、図1と同一の構成要素には同一の参照番号を付している。図4を参照して、転がり軸受アセンブリ8は、ハウジング17の径方向内側に設けられる円筒ころ軸受11と、樹脂材22とを備える。
Next, a rolling
円筒ころ軸受11の外輪13の外径部には、フィン20と、フランジ部21a,21bとが設けられている。
A
フィン20は、ハウジング17の径方向内側に設けられている。そして、周方向に連なった形状であって、軸方向に複数等配に設けられている。
The
フランジ部21a,21bは、外輪13の軸方向両側端部13c,13dに設けられている。軸方向一方側端部13cに設けられているフランジ部21aは、ハウジング17と当接する。フランジ部21a,21bは、図4中の一点鎖線で示す主軸10の回転軸線に対し垂直な方向に径方向外側に延び、周方向に連なった形状である。また、フランジ部21a,21bの径方向長さは、フィン20の径方向長さよりも短くなっている。
The
樹脂材22は、複数のフィン20とフランジ21a,21b部との間に充填されている。樹脂材22は、この実施形態においては、複数のフィン20とフランジ部21a,21bとの間の全てに充填されている。樹脂材22としては、例えば、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等が挙げられる。樹脂材22は、主軸10の振動を減衰する。ここで、樹脂材22は、減衰手段として作動する。なお、充填されるものは、ゴム材であってもよく、ゴム材としては、例えば、フッ素ゴム等が挙げられる。また、樹脂材22およびゴム材を組み合わせて充填してもよい。
The
このように構成することにより、減衰手段を構成する部材の数を減らすことができる。その結果、減衰手段を簡素化することができる。 By comprising in this way, the number of the members which comprise an attenuation | damping means can be reduced. As a result, the attenuation means can be simplified.
なお、上記の実施の形態においては、フィン20は、4本設けられている例について説明したが、これに限らず、フィン20の本数、間隔、軸方向幅や径方向長さ等においては、この実施形態に限らず、ジェットエンジンの主軸10の固有振動数によって決定されてもよい。例えば、ジェットエンジンの主軸10は、所定の固有振動数を有するが、ジェットエンジンの主軸10の固有振動数と異なる固有振動数となるようにフィン20を設けてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which four
また、フィン20は、旋削加工にて、外輪の外径部に形成してもよい。また、予め製造された外輪の外径面にフィンのみを接着させることによって、外輪の外径部にフィンを形成してもよい。
Moreover, you may form the
また、上記の実施の形態においては、転がり軸受アセンブリ8は、カラー16を備え、カラー16等によって油膜を形成し、この油膜も減衰手段として作動する例について説明したが、これに限らず、フィン20のみで充分に減衰できる場合には、カラー16等によって油膜を形成することなく、フィン20のみが減衰手段として作動してもよい。
In the above embodiment, the rolling
また、上記の実施の形態においては、この発明に係る転がり軸受アセンブリとして、円筒ころ軸受を採用する例について説明したが、これに限らず、例えば、保持器を構成要素としない他の転がり軸受等においても適用することができる。 In the above embodiment, an example in which a cylindrical roller bearing is employed as the rolling bearing assembly according to the present invention has been described. However, the present invention is not limited to this example. For example, other rolling bearings that do not have a cage as a constituent element, etc. It can also be applied.
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.
この発明は、航空機用ジェットエンジンの主軸に使用される転がり軸受アセンブリとして有効に利用される。 The present invention is effectively used as a rolling bearing assembly used for a main shaft of an aircraft jet engine.
8 転がり軸受アセンブリ、10 主軸、11 円筒ころ軸受、12 内輪、13 外輪、13c,13d 端部、14 円筒ころ、15 保持器、16 カラー、16a カラーの内径面、16b カラーの外径面、16c 凹部、17 ハウジング、17a ハウジングの内径面、18 油保持部、19 油路、20 フィン、20a フィンの軸方向一方側面、20b フィンの軸方向他方側面、20c フィンの外径面、21a,21b フランジ部、22 樹脂材。 8 Rolling bearing assembly, 10 Spindle, 11 Cylindrical roller bearing, 12 Inner ring, 13 Outer ring, 13c, 13d End, 14 Cylindrical roller, 15 Cage, 16 Collar, 16a Collar inner surface, 16b Collar outer surface, 16c Recess, 17 housing, 17a housing inner diameter surface, 18 oil retaining portion, 19 oil passage, 20 fin, 20a fin axial one side surface, 20b fin axial other side surface, 20c fin outer diameter surface, 21a, 21b flange Part, 22 resin material.
Claims (9)
前記主軸に固定された内輪、ハウジングに固定された外輪、および前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の転動体を含む転がり軸受と、
前記主軸の振動を減衰させる減衰手段とを備え、
前記減衰手段は、前記外輪の外径部から、前記主軸の回転軸線に対し傾斜して径方向外側に延び、弾性変形可能なフィンを含む、転がり軸受アセンブリ。 A rolling bearing assembly used for a main shaft of an aircraft jet engine,
A rolling bearing including an inner ring fixed to the main shaft , an outer ring fixed to the housing, and a plurality of rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring;
E Bei and attenuating means for attenuating the vibration of the main spindle,
The rolling bearing assembly includes a fin that includes an elastically deformable fin that extends from the outer diameter portion of the outer ring to the outer side in the radial direction while being inclined with respect to the rotation axis of the main shaft.
前記ハウジングの径方向内側であって、前記フィンの径方向外側に設けられるカラーと、
前記ハウジングと前記カラーとの間に設けられ、潤滑油を保持する油保持部とを有する、請求項5に記載の転がり軸受アセンブリ。 The oil film forming means includes
A collar provided radially inside the housing and radially outside the fin;
The rolling bearing assembly according to claim 5, further comprising an oil retaining portion that is provided between the housing and the collar and retains lubricating oil.
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