JP6891180B2 - ティルティングパッド軸受 - Google Patents

Description

本発明は、内面およびハウジング長軸を有するハウジングと、ハウジングの内面のほうを向く裏面を備えた少なくとも１つのティルティングパッドとを有する、シャフトを支承するためのティルティングパッド軸受に関する。

このような種類の軸受は以前から従来技術より知られている。このような軸受は少なくとも１つのティルティングパッドを備えており、好ましくは、それぞれ軸受面を有する、円周方向で互いに間隔をおく少なくとも２つのティルティングパッドを備えている。このような軸受は、各々のティルティングパッドの軸受面と、支承されるべきシャフトとの間の潤滑間隙にある潤滑膜を形成するオイルで少なくとも潤滑される。支承されるべきシャフトの回転速度に応じて、この油膜の上でシャフトが浮動し、それにより、個々のティルティングパッドのそれぞれ変化したティルティング状況が生じる。したがって、これらは支承されるべきシャフトの回転速度が相違すると、それぞれ相違する角度でハウジング内壁に当接する。

従来、各々のティルティングパッドはハウジングの内面に当接する当接面を備えている。個々の当接面の傾斜と湾曲を通じて、ティルティング方向だけに制限されていなくてよいティルティング可能性を実現することができる。たとえば球欠状に湾曲し、それによってほぼどのような方向へもティルティングが可能である、回転対称の当接面が知られている。

ティルティングパッド軸受で支承される、場合により高速回転するシャフトによって、個々のティルティングパッドにトルクが伝達される。したがって、個々のティルティングパッドがハウジングに対して相対的に回転するのを防止する、滑り止めまたは回り止めを設けることが必要である。このような種類の回り止めは、たとえばハウジング内壁から半径方向内側に向かって突出して、そのために設けられるティルティングパッドの切欠きに係合するピンの形態で構成されていてよい。しかしながら、このことは設計上のいっそう高いコストに帰結することが欠点となる。一方では、ハウジング内壁に対して相対的なティルティングパッドの滑りや回転が確実に回避されるようにピンが構成されていなくてはならないが、それと同時に、支承されるべきシャフトの最善の支承を実現するために、ハウジング内壁に対して相対的なティルティングパッドのティルティングは可能だからである。しかしながら、ティルティングパッドの切欠きが材料脆弱化となり、そのために、部品強度を低下させることが欠点となる。

さらに従来技術より、ティルティングパッドの裏面に凹部を設けるとともに、ハウジング内壁に、ティルティングパッドの凹部に係合することができるように構成された隆起部または突起を設けることが知られている。このようにして、両方の部品はこの凹部の内部でのみ互いに当接し、それによって同時に回り止めが実現されるとともに、当接面が形成される。両方の接触面の湾曲差によって、ティルティングパッドの長軸をシャフト軸に合わせてアライメントすることができる。シャフトは潤滑膜圧力を通じて回転方向でトルクをパッドに及ぼし、それによって第２の接触面が生じる。これは、パッドがティルティングしていない位置にあるとき、ハウジング内壁にある隆起部とティルティングパッドの凹部との間の線形の接触部である。欠点となるのは、シャフト軸を中心とするパッドのティルティング角が増したとき、隆起部と凹部との間の接触長さが変化し、ならびに接触面の特徴が変化することである。このような変化は、軸受の動作挙動に対してマイナスの影響を及ぼすことがある。

したがって本発明の課題は、簡単かつそれに伴って低コストに製造可能であり、メンテナンスコストおよび摩耗が低減されるように、ティルティングパッド軸受をさらに改良することにある。

本発明は、少なくとも１つのティルティングパッドの裏面に配置された隆起部がハウジングの内面に配置された凹部の中に配置されて、隆起部に存在する第１の接触面が凹部の底面にある第２の接触面に当接するようになっていることを特徴とする、請求項１のプレアンブルに記載のティルティングパッド軸受によって、課せられた課題を解決する。

このように驚くほど単純な設計によって、複数の利点が得られる。この設計により、一方では、ハウジング内壁からピンであれ隆起部であれいかなる部材も半径方向内側に向かって突出しないことが実現され、それにより、ティルティングパッドにおける材料脆弱化が引き起こされ得ない。他方ではこの設計により、両方の接触面が互いに当接する当接領域が、従来技術より知られる装置に比べて半径方向外側に向かってシフトすることが実現される。それにより、驚くべきことに、低減された摩耗が実現される。

第１の接触面および／または第２の接触面は湾曲して構成されるのが好ましい。このとき両方の接触面は、湾曲または屈曲の相違する曲率半径を備えており、それにより互いに相対的にティルティングが可能となる。設計に応じて、第１の接触面および／または第２の接触面はたとえば球欠状または円筒部分状に構成されていてよく、それは、１つを超える空間方向または１つの空間方向だけでのティルティングが望ましい場合であり、または技術的に必要な場合である。当然ながら、ティルティングパッドの隆起部にある第１の接触面と、ハウジングの内面の凹部の底面にある第２の接触面とが両方とも湾曲して構成されていてもよい。しかしながら、これら両方の接触面のうち一方が湾曲して構成されていれば十分であり、それにより、それぞれ他方は平坦もしくは平面状に構成することができ、それによって製造が簡素化され、それに伴って費用コストと製造コストが削減される。

凹部は、中空円筒状の側壁と、円形の底面とを備えているのが好ましい。凹部は、ハウジング長軸に対して垂直をなしてこれと交わる凹部長軸を備えているのが特に好ましい。このような凹部長軸に関して凹部が回転対称に構成されるのが好ましく、それにより、特に少なくとも１つの球欠状に湾曲する接触面において、すべての方向へのティルティングが可能となる。

隆起部は、隆起部長軸を中心として回転対称に構成されるのが好ましく、隆起部長軸はハウジング長軸に対して垂直をなす。特に、回転対称に構成された凹部と、回転対称に構成された隆起部との組み合わせが数多くの利点を備えている。

隆起部が、隆起部長軸に関して半径方向外側に向かって突出するビードを有していると、特別に好ましいことが判明している。このビードは球環状の外面を備えているのが好ましく、この球環状の外面は、凹部の円形の底面の直径よりもわずかに小さい直径、特に０．１％〜５％だけ小さい直径を有するのが特別に好ましい。直径の差異は、たとえば１０分の数ミリメートル〜数ミリメートルであり得る。このようにして、意図されるティルティング領域の内部で、すなわちティルティングパッドがハウジングに対して相対的にティルティング可能である角度領域の内部で、両方の部品の間で常に当接面が存在することを保証することができ、ハウジングに対して相対的なティルティングパッドのティルティング運動が、１つまたは複数の空間方向で制約されることがない。それにより、確実でクリアランスを低減する、さらにはクリアランスフリーでさえある支承が可能であり、運動の自由度が制約されることがない。

当然ながら、外側に向かって突出するビードが球環状の外面を有することが必須なのではない。特にビードは、隆起部の半径よりも明らかに小さい半径を有する湾曲を有することができる。ビードの外面は、このケースでは球ではなくトーラスの外面の一部となる。当然ながら、不規則に成形されたビードの外面も可能である。

凹部は少なくとも２ミリメートル、好ましくは少なくとも５ミリメートル、特別に好ましくは少なくとも１０ミリメートルの深さであるのが特別に好ましい。

隆起部は、ティルティングパッドの裏面にそのために存在する収容部の中に配置された接触コンポーネントによって形成されるのが好ましい。このようにして設計上のコストがいっそう削減され、このようにしても製造費用が削減される。当然ながら、凹部の底面に、第２の接触面が構成されたコンポーネントを配置することも可能である。このようにして、たとえば凹部をハウジングの内面に刻設することができ、たとえばフライス加工することができ、比較的大きい許容誤差が可能となる。次いで、好ましくは長さと幅を変更可能なコンポーネントが凹部に挿入されて、たとえばその中で応力固定またはねじ止めされ、それにより、このように少ない許容誤差で製作されるコンポーネントによって、凹部を所望の寸法に合わせることができる。

次いで、添付の図面を用いて本発明の実施例を詳しく説明する。図面は次のものを示す。

本発明の第１の実施例に基づくティルティングパッド軸受を示す断面図である。 本発明の第１の実施例に基づく拡大部分図である。 本発明の第２の実施例に基づく拡大断面図である。 本発明の第３の実施例に基づく拡大図である。

図１ａは、本発明の第１の実施例に基づくティルティングパッド軸受１の横断面を示している。それぞれ軸受面４を備える４つのティルティングパッド２を見ることができる。これらの軸受面に対向して、ハウジング１０の内壁８のほうを向く裏面６がある。

ハウジング１０の内壁８には４つの凹部１２があり、その中に、ティルティングパッド２の裏面６に配置された接触コンポーネント１４が突入している。このコンポーネントは、図２ａ〜図４ｂに詳細に示されている。

図１ｂは、ハウジング長軸Ｌと平行なティルティングパッド軸受１の断面図を示す。互いに向かい合う両方のティルティングパッド２を見ることができ、そのうち下側のものには、ハウジング１０の内壁８のほうを向く裏面６から突出する接触コンポーネント１４が示されている。

図２ａおよび図２ｂは、図１ａおよび図１ｂに示す断面に沿った模式的な断面図の拡大部分図を示す。ただし、これらの図面は本発明の別の実施例を示している。ハウジング１０は内壁８を備えていて、そこに凹部１２がある。この凹部の中に、たとえば緩衝や製造公差の補償可能性のため、あるいは間隔を調整するために設けられていてよい支承部１８を介して凹部１２に配置された補償コンポーネント１６がある。この補償コンポーネント１６の、図２の上側に示す表面が凹部の底面を形成し、それに伴って第２の接触面２０を形成する。

ティルティングパッド２は裏面６を備えていて、そこから接触コンポーネント１４が突出しており、したがってこれが隆起部２２を形成する。接触コンポーネント１４は、本実施例では、２つの取付ねじ２４を介してティルティングパッド２に取り付けられる。接触コンポーネント１４の、図２ａの下側の表面が第１の接触面２６を形成し、これは第２の接触面２０とは異なり、図２ａおよび図２ｂに示す実施例では湾曲して構成されている。

図２ａの下側の領域で、接触コンポーネント１４すなわち隆起部２２は、外方に向かって突出するビード２８を備えており、このビードは球環状に構成されるのが好ましく、凹部１２の直径よりもわずかに小さい半径を有している。図示した実施例では、凹部１２と隆起部２２は両方とも、同時に凹部長軸でもある隆起部長軸Ｅを中心として回転対称に構成されている。

図２ｂは、図１ｂに示す断面に相当する断面図として、同じ実施形態を示している。補償コンポーネント１６も、２つのねじ３０を介してハウジング１０に取り付けられる様子を見ることができる。

図３ａおよび図３ｂは、図２ａおよび図２ｂと同じ断面図を、本発明の別の実施例について示している。ここでもハウジング１０の凹部１２の中に補償コンポーネント１６が配置されており、これは本実施例では多部分で構成されている。この補償コンポーネントは皿形または鉢形の位置決め部材３２で構成されており、その側壁３４が接触コンポーネント１４のための側方の当接部としての役目を果たす。接触コンポーネント１４には、位置決め部材３２の側壁３４に当接するビード２８がある。第２の接触面２０がある第２のコンポーネントが、位置決め部材３２に配置されている。

図４ａおよび図４ｂは、同じ断面図を本発明のさらに別の実施例について示している。凹部１２の中に、やはり複数のコンポーネントが配置されており、このケースでは補償コンポーネント１６は多部分で構成されており、第２の接触面２０がある本体部材３６と、皿形または鉢形の位置決め部材３２の縁部と呼ぶこともできる周回する側壁３４とで成り立っている。

１ ティルティングパッド軸受
２ ティルティングパッド
４ 軸受面
６ 裏面
８ 内壁
１０ ハウジング
１２ 凹部
１４ 接触コンポーネント
１６ 補償コンポーネント
１８ 支承部
２０ 第２の接触面
２２ 隆起部
２４ 取付ねじ
２６ 第１の接触面
２８ ビード
３０ ねじ
３２ 位置決め部材
３４ 側壁
３６ 本体部材
Ｌ ハウジング長軸
Ｅ 隆起部長軸
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 内面（８）およびハウジング長軸（Ｌ）を有するハウジング（１０）と、
前記ハウジング（１０）の内面（８）のほうを向く裏面（６）を備えた少なくとも１つのティルティングパッド（２）とを有する、シャフトを支承するためのティルティングパッド軸受（１）において、
少なくとも１つの前記ティルティングパッド（２）の裏面（６）に配置された隆起部（２２）が前記ハウジング（１０）の内面（８）に配置された凹部（１２）の中に配置されて、前記隆起部（２２）に存在する第１の接触面（２６）が前記凹部（２２）の底面にある第２の接触面（２０）に当接するようになっていることを特徴とするティルティングパッド軸受。
［２］ 前記第１の接触面（２６）および／または前記第２の接触面（２０）は湾曲していることを特徴とする、［１］に記載のティルティングパッド軸受（１）。
［３］ 前記凹部（１２）は中空円筒状の側壁と円形の底面とを有することを特徴とする、［１］または［２］に記載のティルティングパッド軸受（１）。
［４］ 前記隆起部（２２）は隆起部長軸（Ｅ）を中心として回転対称であり、前記隆起部長軸（Ｅ）は前記ハウジング長軸（Ｌ）に対して垂直をなすことを特徴とする、［３］に記載のティルティングパッド軸受（１）。
［５］ 前記隆起部（２２）は前記隆起部長軸（Ｅ）に関して半径方向外側に向かって突出するビード（２８）を有していることを特徴とする、［４］に記載のティルティングパッド軸受（１）。
［６］ 前記ビード（２８）は球環状の外面を有していることを特徴とする、［５］に記載のティルティングパッド軸受（１）。
［７］ 前記球環状の外面は前記凹部（１２）の円形の底面の底面直径よりもわずかに小さい、特に０．１％〜５％だけ小さい直径を有することを特徴とする、［６］に記載のティルティングパッド軸受（１）。
［８］ 前記凹部（１２）は少なくとも２ミリメートル、好ましくは少なくとも５ミリメートル、特別に好ましくは少なくとも１０ミリメートルの深さであることを特徴とする、［１］から［７］のいずれか１項に記載のティルティングパッド軸受（１）。
［９］ 前記隆起部（２２）は、前記ティルティングパッド（２）の裏面（６）にそのために存在する収容部の中に配置された接触コンポーネント（１４）によって形成されることを特徴とする、［１］から［８］のいずれか１項に記載のティルティングパッド軸受（１）。

Claims (8)

1. 内面（８）およびハウジング長軸（Ｌ）を有するハウジング（１０）と、
   前記ハウジング（１０）の内面（８）のほうを向く裏面（６）を備えた少なくとも１つのティルティングパッド（２）とを有する、シャフトを支承するためのティルティングパッド軸受（１）において、
   少なくとも１つの前記ティルティングパッド（２）の裏面（６）に配置された隆起部（２２）が前記ハウジング（１０）の内面（８）に配置された凹部（１２）の中に配置されて、前記隆起部（２２）に存在する第１の接触面（２６）が前記凹部（１２）の底面にある第２の接触面（２０）に当接するようになっており、
   前記凹部（１２）は中空円筒状の側壁と円形の底面とを有し、
   前記隆起部（２２）は隆起部長軸（Ｅ）を中心として回転対称であり、前記隆起部長軸（Ｅ）は前記ハウジング長軸（Ｌ）に対して垂直をなし、
   前記隆起部（２２）は前記隆起部長軸（Ｅ）に関して半径方向外側に向かって突出するビード（２８）を有している、ことを特徴とするティルティングパッド軸受。
2. 前記第１の接触面（２６）および／または前記第２の接触面（２０）は湾曲していることを特徴とする、請求項１に記載のティルティングパッド軸受（１）。
3. 前記ビード（２８）は球環状の外面を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のティルティングパッド軸受（１）。
4. 前記球環状の外面は前記凹部（１２）の円形の底面の底面直径より０．１％〜５％だけ小さい直径を有することを特徴とする、請求項３に記載のティルティングパッド軸受（１）。
5. 前記凹部（１２）は少なくとも２ミリメートルの深さであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のティルティングパッド軸受（１）。
6. 前記凹部（１２）は少なくとも５ミリメートルの深さであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のティルティングパッド軸受（１）。
7. 前記凹部（１２）は少なくとも１０ミリメートルの深さであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のティルティングパッド軸受（１）。
8. 前記隆起部（２２）は、前記ティルティングパッド（２）の裏面（６）にそのために存在する収容部の中に配置された接触コンポーネント（１４）によって形成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のティルティングパッド軸受（１）。

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