JP5845711B2

JP5845711B2 - スラスト軸受

Info

Publication number: JP5845711B2
Application number: JP2011178292A
Authority: JP
Inventors: 秀樹尾形
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: JP2013040650A

Description

本発明は、回転軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受に関する。

一般に、例えばターボチャージャやターボ圧縮機等の回転機械において、回転軸にかかるスラスト荷重を受け止めるため、スラスト軸受が用いられている。従来の一般的なスラスト軸受について図４を用いて説明する。従来のスラスト軸受１００は、図４に示すように、回転軸と一体化されたスラストカラー１０１と、このスラストカラー１０１を介して回転軸１０２のスラスト荷重を受ける軸受部１０３と、を備えており、回転軸１０２に作用する軸方向の負荷を軸受部１０３で受けるようにしている。

回転軸１０２は、駆動源からの回転力を受けて回転するが、このとき、回転軸１０２には、主として、剛体の振動の一次モードである円筒（パラレル）モードや、剛体の振動の二次モードである円錐（コニカル）モードが発生する。

そして、従来例のスラスト軸受１００のように、スラストカラー１０１と軸受部１０３との接触面が共に平面に構成されていると、円錐モードの振動が生じた場合に、それぞれの接触面が平行ではなく相対的に傾斜することとなる。そのため、振動が大きくなって傾斜が大きくなると、図４（ｂ）に破線の円で示す部分のように、スラストカラー１０１と軸受部１０３とが面接触せず、片当たり状態となってしまい、双方の接触面が摩耗、劣化してしまう。

そこで、円錐モードの振動が発生しやすい回転機械において、例えば、特許文献１の図４に示されるように、滑り面が凸状半球面に形成された内輪（スラストカラーに対応）と、その外周に沿って凹状球面に形成された外輪（軸受部に対応）とによって、それぞれの接触面を球面とした、所謂球面スラスト滑り軸受を採用することが考えられる。こうした球面スラスト滑り軸受によれば、上記の円錐モードが発生した場合にも、スラストカラーと軸受部との接触面がある程度確保され、接触面の摩耗、劣化を低減することができる。

特開２００２−３２７７３７号公報（図４）

しかしながら、上記特許文献１に示されるように、軸受部とスラストカラーそれぞれの接触面を球面としただけでは、円錐モードでの振動が激しくなれば、軸受部とスラストカラーは、やはり片当たり状態となり、スラスト軸受の許容負荷が低下し、条件によっては、摩耗や焼き付けが起こる可能性も否定できない。

本発明の目的は、振動の円錐モードが発生しても、軸受部とスラストカラーとが片当たり状態となることに起因する、許容負荷の低下、摩耗、および焼き付け等を防止することができるスラスト軸受を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のスラスト軸受は、回転軸に固設され、回転軸の軸方向に該回転軸と一体的に移動するスラストカラーと、回転軸と離隔して配され、スラストカラーに対して回転軸の軸方向のいずれか一方に対面配置される軸受部と、を備え、回転軸に軸方向のいずれか一方に作用するスラスト荷重を、スラストカラーを介して軸受部に作用させるスラスト軸受であって、スラストカラーの軸受部との対向面であるカラー側対向面は、スラストカラーを含む回転軸と一体的に回転する回転系全体の重心を曲率中心とする球面であり、軸受部のスラストカラーとの対向面である軸受側対向面は、カラー側対向面と曲率が等しく、カラー側対向面に沿って延在する球面であることを特徴とする。

本発明によれば、振動の円錐モードが発生しても、軸受部とスラストカラーとが片当たり状態となることに起因する、許容負荷の低下、摩耗、および焼き付け等を防止することができる。

スラスト軸受の断面図である。図１の部分拡大図である。スラスト軸受の円錐モードにおける振動の影響を説明するための説明図である。従来のスラスト軸受を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、スラスト軸受１を説明するための説明図である。図１では、回転軸２が挿通されたスラスト軸受１の断面を示す。

回転軸２は、図示しないターボチャージャやターボ圧縮機等の回転機械に設けられており、スラスト軸受１およびラジアル軸受１０によって軸支されている。スラスト軸受１の構成について、図２を用いて詳述する。

図２は、図１の部分拡大図である。スラスト軸受１は、回転軸２が挿通可能な孔３ａを有するスラストカラー３を備えている。このスラストカラー３は、孔３ａに回転軸２を挿通して回転軸２に固設され、回転軸２の軸方向に回転軸２と一体的に移動するとともに、回転軸２と一体回転する。

また、スラスト軸受１は、スラストカラー３に対して、回転軸２の軸方向に対面配置される軸受部４、５を備えている。この軸受部４、５は、それぞれ孔４ａ、５ａを備えており、これらの孔４ａ、５ａに、非接触状態を維持して回転軸２を挿通させて、スラストカラー３に対して回転軸２の軸方向に対面配置される。

より詳細に説明すると、スラストカラー３は、回転軸２の軸方向の一方の側（図中左側）に対向面３ｂを臨ませ、回転軸２の軸方向の他方の側（図中右側）に対向面３ｃを臨ませている。そして、軸受部４は、その対向面４ｂを、スラストカラー３の対向面３ｂに対面させた状態でハウジング６に固定され、軸受部５は、その対向面５ｂを、スラストカラー３の対向面３ｃに対面させた状態でハウジング６に固定されている。

ハウジング６は、孔６ａ、６ｂに回転軸２を挿通させた状態で回転機械に固設されており、軸受部４、５が受けた回転軸２のスラスト荷重に対応する抗力で軸受部４、５を支えることとなる。

上述した構成によって、スラストカラー３は、軸受部４と接触した状態で、回転軸２の図２中左側への移動を制限し、軸受部５と接触した状態で、回転軸２の図２中右側への移動を制限することができる。

そして、本実施形態においては、スラストカラー３の対向面３ｂ、３ｃ、および、軸受部４、５の対向面４ｂ、５ｂが球面状に形成されているが、その詳細は次のとおりである。すなわち、図１および図２に示すように、スラストカラー３の対向面３ｂは、回転軸２と一体的に回転する回転系全体の重心Ｇを曲率中心とする、半径Ｒ１（曲率１／Ｒ１）の球面である。また、軸受部４の対向面４ｂは、スラストカラー３の対向面３ｂと曲率が等しい（曲率１／Ｒ１）球面である。

同様に、スラストカラー３の対向面３ｃは、回転軸２と一体的に回転する回転系全体の重心Ｇを曲率中心とする、半径Ｒ２（曲率１／Ｒ２）の球面である。また、軸受部５の対向面５ｂは、スラストカラー３の対向面３ｃと曲率が等しい（曲率１／Ｒ２）球面である。

回転軸２に振動の円錐モードが発生する場合、回転軸２は、当該回転軸２と一体的に回転する回転系全体の重心Ｇを中心として振動する。すなわち、回転軸２の振動による軌跡は、重心Ｇを頂点とする円錐を描く。その結果、回転軸２に固定されたスラストカラー３の振動の軌跡は、重心Ｇを曲率中心とする球面を描く。

図３は、スラスト軸受１における振動の円錐モードの影響を説明するための説明図である。図３（ａ）に示すように、図中左方向にスラスト荷重がかかると、スラスト軸受１において、スラストカラー３の対向面３ｂと、軸受部４の対向面４ｂとが面接触する。

そして、図３（ｂ）に示すように、回転軸２に振動の円錐モードが発生し、ここでは矢印の向きに回転軸２が振動したとする。上述したように、本実施形態のスラスト軸受１は、スラストカラー３の対向面３ｂが回転系全体の重心Ｇを曲率中心とする球面となっており、軸受部４の対向面４ｂは、スラストカラー３の対向面３ｂと同じ曲率の球面となっている。そのため、回転軸２の円錐モードの振動に伴うスラストカラー３の振動の軌跡に沿うように対向面３ｂ、４ｂが位置することとなる。

換言すれば、スラストカラー３は、軸受部４の対向面４ｂに沿って揺動することとなり、回転軸２に振動の円錐モードが発生したとしても、対向面３ｂ、４ｂ同士の面接触状態が維持される。

同様に、図２中、右方向にスラスト荷重がかかった状態でも、スラストカラー３は、軸受部５の対向面５ｂに沿って揺動するので、対向面３ｃ、５ｂ同士の面接触状態が維持される。

このように、本実施形態のスラスト軸受１は、振動の円錐モードが発生しても、軸受部４、５とスラストカラー３とが片当たり状態となることに起因する、許容負荷の低下、摩耗、および焼き付け等を防止することができる。

なお、上述した実施形態では、図２中、回転軸２の左右いずれの方向のスラスト荷重も受け止めるスラスト軸受１を例に挙げたが、スラスト軸受は、回転軸２のいずれか一方のスラスト荷重を受け止める構成であってもよい。

また、上述した実施形態では、スラストカラー３および軸受部４、５のそれぞれに、回転軸２を挿通させた状態で当該回転軸２を支持する構成について説明したが、例えば、スラストカラー３を回転軸２の端部に設けると共に、この回転軸２の端部に一方の軸受部４を対向配置することとしてもよい。この場合には、一方の軸受部４には貫通孔を形成する必要がなく、スラストカラー３の対向面３ｂと、軸受部４の対向面４ｂとの接触面をより広くすることができる。

本発明は、回転軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受に利用することができる。

１…スラスト軸受
２…回転軸
３…スラストカラー
４、５ …軸受部
３ｂ、３ｃ、４ｂ、５ｂ …対向面
Ｇ…重心

Claims

回転軸に固設され、前記回転軸の軸方向に該回転軸と一体的に移動するスラストカラーと、
前記回転軸と離隔して配され、前記スラストカラーに対して前記回転軸の軸方向のいずれか一方に対面配置される軸受部と、を備え、
前記回転軸に前記軸方向のいずれか一方に作用するスラスト荷重を、前記スラストカラーを介して前記軸受部に作用させるスラスト軸受であって、
前記スラストカラーの前記軸受部との対向面であるカラー側対向面は、前記スラストカラーを含む前記回転軸と一体的に回転する回転系全体の重心を曲率中心とする球面であり、前記軸受部の前記スラストカラーとの対向面である軸受側対向面は、前記カラー側対向面と曲率が等しく、前記カラー側対向面に沿って延在する球面であることを特徴とするスラスト軸受。