JPH01312220A - 流体力学的軸受 - Google Patents

流体力学的軸受

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JPH01312220A
JPH01312220A JP1053042A JP5304289A JPH01312220A JP H01312220 A JPH01312220 A JP H01312220A JP 1053042 A JP1053042 A JP 1053042A JP 5304289 A JP5304289 A JP 5304289A JP H01312220 A JPH01312220 A JP H01312220A
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drive shaft
hydrodynamic
spherical
shaft
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JP1053042A
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Roelf J Meijer
ルルフ・ヤン・メーイェル
Benjamin Ziph
ベンジァミン・ジップ
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Stirling Thermal Motors Inc
Original Assignee
Stirling Thermal Motors Inc
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Publication date
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    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体力学的軸受に関し、詳細にはスターリング
サイクル機関の如き熱機関の駆動シャフトの軸受として
有用な軸受に関するものである。
スターリング機関の1型式においては回転斜板をハウジ
ング内に回転自在に軸支する。回転斜板は往復動ピスト
ンに連結したクロスヘツドによって駆動し、次いでこの
回転斜板が駆動シャフトを回転させ、この駆動シャフト
によって機械的動力を機関に連結した負荷に与える。こ
の型式の駆動機構の構造は回転斜板に作用する力が回転
斜板の回転軸線から径方向に置かれるように構成する。
回転斜板と駆動機構の相互作用は回転斜板に作用する力
を回転を生じる分力と、駆動シャフトに回転曲げ荷重を
与える分力とに分解できる如きものとなす。
上記載式の熱機関の駆動シャフトは軸受によって軸線方
向に離間した位置で支持される。回転斜板は回転曲げモ
ーメントによって生じる曲げ撓みを受ける軸受間の支持
されない軸長部分によって支持される。それ故軸受は小
程度の駆動シャフトの曲げ撓みに順応しなければならな
い。転がり素子型式の軸受は駆動シャフトの予定範囲の
角度変位を可能となすものを使用することができる。か
かる軸受は一般に満足な作用をなすが、使用寿命に限り
がある。何らかの複雑な機構を用いて、必要な保守や機
械的故障を最少限度となすことが望まれる。簡単な軸着
又は流体力学的平面軸受は本来長い使用寿命をもつこと
ができる。しかし典型的な平面軸受は軸受に対する軸着
の角度変位に順応しない。従って、駆動シャフトの回転
曲げ撓みに順応することができると共に長い使用寿命を
与えることのできるスターリング機関の如き熱機関の駆
動シャフトを支持するための改良された軸受が要求され
る。
本発明によれば、上記所望の特色は相補形の凹状球面を
成す軸受内に嵌合する駆動シャフトの回転軸線に一致す
る中心をもつ凸状球面を形成する流体力学的平面軸受を
使用することによって得られる。本発明の第1実施例に
よれば、球面軸着が支持された駆動シャフトに固定され
かつこれと共に回転する。本発明の第2実施例によれば
、駆動シャフトは円筒形軸着をもち、これはシャフト軸
着を支持する内側の円筒形軸受面をもつ軸受部材を貫通
し、更に凹状球面軸受によってきっちりと受入れられる
外側球面をもつ。両実施例は支持された駆動シャフトの
僅かな軸線方向゛ふらつき゛。
に順応する。軸受面界面の潤滑ははねかけ型式又は浸漬
系の潤滑手段によって、又は加圧潤滑供給手段によって
行なうことができる。
本発明は上述する処に限定されず、本発明の範囲内で種
々の変更を加えることができる。
(実施例の説明) 第1図はスターリングサイクル機関として例示した本発
明の原理を用いた熱機関10を示す。この機関10はハ
ウジング12を有し、これはピストン16(その1つを
図示している)の往復動を駆動シャフト18の回転に変
える作動機構14を含む。作動機構14は駆動シャフト
18と共に回転する回転斜板20を含む。この斜板はハ
ウジング12に支承して軸線22の回りに回転自在とす
る。
エネルギーは連結棒24を介してピストン16によって
回転斜板20に与える。連結棒は軸線22から経方向外
方へ離間した場所で回転斜板に作用する。
図示の機関10については、ピストン16と連結棒24
の対を4つ備え、これらの対は回転斜板20の周囲に沿
って径方向に等間隔をおいて配列される。スライダ26
によって連結棒24を回転斜板20の回転中その平面運
動に追従せしめる。回転斜板20の平面は軸線22に対
する直角線から傾いているので、ピストン16の往復動
は回転斜板の回転に変化する。
歯車28.30は回転斜板20と駆動シャフト18間に
相対的回転を起こす機構の一部であり、回転の角度(即
ち軸線22に対する直角線からの傾斜角度)を変化させ
て、ピストン16の行程、それ故機関出力を変化させる
第1図に示す熱機関10については、機械的出力はハウ
ジング外板内に備えた発電機34を駆動し、この発電機
は回転子38と固定子40を含む。回転子38は軸線方
向に離間配置した軸受42.44によって支持する。駆
動シャフト18の回転は角栓結合部46によって回転子
38に連結する。
回転斜板20に作用する力は2つの分力に分解される。
1つの分力は軸線22の回りの回転斜板の回転を起こす
。他方の分力は駆動シャフト18に曲げモーメントを生
ぜしめ、これによって曲げ撓みを引起こす。この曲げは
第1図に破線5oで誇張して示している。
第2図は回転斜板20に作用する力によって回転シャフ
ト18に作用する曲げモーメントを簡単に示す。回転シ
ャフト18は離間した軸受52.54によって支持して
いる。連結棒24の力が矢印58で示すように回転斜板
20に加わる代表的な負荷条件において、曲げモーメン
トが曲線56で示すように駆動シャフト18に加わる。
この曲線は第2図の下部に示され、これは駆動シャフト
に沿う長手方向の配置を回転軸に加わる曲げ荷重に関連
させている。この曲げ荷重は軸受52.54によって与
える支点でゼロに減少する。第2図に示す曲げ荷重は駆
動シャフト18と共に回転し、第1.2図に線50で示
す撓みも回転して、駆動シャフトの高速“ふらつき“を
発生させる0回転斜板20は軸受54の近くに配置し、
回転斜板と軸受52の間の曲げモーメントの大きさは回
転斜板と軸受54の間のそれよりも大きいことに注目す
べきである。そのため軸受54における駆動シャフトの
曲げによって生じる軸線方向の不整列の程度は軸受52
において生じるそれよりも小さい。
種々の型式の軸受を駆動シャフト18を支持するために
使用できる。転がり素子型式の軸受を有利に使用できる
が、その使用寿命が限定されるので、その使用は機関1
0の保守とオーバーホールの時間的間隔を縮めるように
影響する。軸受の使用寿命を長くするためには単純な平
面軸受の使用が望ましい。しかし普通の設計のかかる軸
受は駆動シャフト18に作用する曲げ荷重によって生じ
る小さいけれども重大な意味をもつ軸線方向の不整列に
順応することができない。
本発明によれば、普通の平面軸受の使用寿命をもつと共
に駆動シャフトのぐらつきに順応できる駆動シャフト1
8用の新規な軸受構造が提供される。
本発明の第1実施例による軸受60は第3図に示され、
そして第2図に示す軸受52の位置で使用される。軸受
60中で駆動シャフト18は軸受リング62を通過し、
このリングは前記軸と一体であるか又はこの軸に固定さ
れた別個の部品によって形成される。リング62の径方
向外方の凸面64は中心が駆動シャフトの軸線22に一
致する球形をなす。軸受外殻66、68は径方向でリン
グ62を包囲し、相補形の凹状球面70を成す。軸受外
殻66、68は組立体を収容する別個の部品から作る。
球状リング面64は好適には極めて滑らかな状態にマイ
クロ仕上げを行ない、軸受外殻面70は好適には一層剛
性の下層に結合した軸受バビット合金から作る。
作用に際しては、球面64と70は相互に作用して周知
の流体力学的軸受原理に従って潤滑膜が前記両面を分離
する軸受界面を形成する。軸受60の潤滑には多くの方
法を用いることができる。例えばはねかけ方式の潤滑系
を用いたり又は軸受を油溜め内に浸漬したりすることが
できる。第3図に示すように、圧力潤滑系を用いて、長
手方向の油供給路72を通して汲出される潤滑剤を径方
向通路を通して送る。周知の平面軸受潤滑原理に従って
油出口ポート76の位置は球面64と70の間に作られ
た圧迫フィルムの低圧区域に置く。
軸受60の外形は成る種の軸“操縦”能力を与え、径方
向荷重を抑制するのに加えて駆動シャフト18を軸線方
向に位置せしめる。前述の如く、回転斜板20と軸受5
4の間の駆動シャフト部分の軸線方向長さは比較的小さ
い。従って駆動シャツ目8に加わる曲げ荷重は第2図に
示す軸受54を通過するとき駆動シャフトに重大な角度
撓みを発生させない。
従ってこの位置に、単純な円筒形平面軸受78を使うこ
とができる。かかる軸受は第1図に示され、1対の円筒
形外殻82.84をもつ普通の円柱形軸着80を含む。
軸受60と同様に、軸受78は軸受面界面の圧迫膜の低
圧区域に潤滑剤を導入するきりもみ加工された油出口ポ
ート86を含む。軸受78は軸方向荷重を抑制するため
には必要ない。その理由は軸線方向操縦は前述の如く球
面軸受60によって行なわれるからである。
本発明の第2実施例の流体力学的球面軸受90を第4図
に示す。駆動シャフト18は1対の軸受面をもつ軸受リ
ング・92を通過する。内側の円筒形軸受面94は普通
の仕方で駆動シャフ、ト18の円筒形軸受面95と相互
作用して、単純な円筒形平面軸受を提供する。内側のリ
ング面94は好適には普通の平面軸受設計原理に従って
軟質金属を被覆される。第4図に示すように、油供給通
路96.98は圧力潤滑のために備える。リング92の
外面は駆動シャフトの軸線22に一致する中心をもった
凸状球面102を形成する。リング92は軸受外殻10
4.106によって支持され、外殻半部とリング間に相
対的回転が起こらないようにする。例えば回転止め突出
部とみぞを使用できる(図示せず)。軸受外殻104と
106は好適には前述の如(軟質のバビット層で被覆す
る。リング92と軸受外殻104.106の間の界面は
リング92のふらつき運動が油膜を球状軸受界面に分布
させて拡げるのに利用される如くなしたはねかけ系によ
って潤滑される。別法として、追加のきりもみ加工され
た圧力潤滑通路を使用して、潤滑剤を通路98から球状
軸受界面へ送る。
軸受90は駆動シャフトのふらつきに順応するけれども
、駆動シャツ目8の軸方向位置を維持する操縦効果は与
えない。軸方向位置決めのための何らかの機構が必要で
あり、このため、第5図に示される軸受112が使われ
、これは軸受位置54に配置される。軸受112は円筒
形平面軸受であり、径方向に突出する界面114.11
6をもち、この界面は軸線方向位置操縦効果を与える。
組立てを簡単にするため、軸受118又は軸受フランジ
120.122は多一部片構成の組立体から作る。前述
の如く、軸受112の如く円筒面をもつ軸受を軸受位置
54に用いることができる。その理由はこの位置に生じ
る駆動シャフトのふらつきは無視し得るからである。
本発明は上述した処に限定されることなく、本発明の範
囲内で種々の変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は機関駆動シャフトを支持するための本発明の第
1実施例による新規な流体力学的軸受を備えたスターリ
ングサイクル熱機関の縦断面図;第2図は第1図の機関
駆動シャフトに作用する曲げモーメントを示す図; 第3図は本発明の第1実施例の流体力学的軸受の部分立
面、断面図; 第4図は本発明の第2実施例の流体力学的軸受の部分立
面、断面図; 第5図は第4図に示す軸受に使う操縦軸受の断面を示す
図である。 10・・・熱機関      12・・・ハウジング1
6・・・ピストン     18・・・駆動シャフト2
0・・・回転斜板     24・・・連結棒28、3
0・・・歯車     34・・・発電機38・・・回
転子      40・・・固定子52、54.60・
・・軸受   62・・・軸受リング64・・・凸面 
      66、68・・・軸受外殻72・・・油供
給路     78・・・平面軸受80・・・軸筒  
     82.84・・・円筒形外殻86・・・油出
口ボート90・・・球面軸受92・・・軸受リング  
  96・・・油供給通路102・・・凸状球面   
 104.106・・・軸受外殻112・・・軸受  
    114.116・・・界面120、122・・
・軸受フランジ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、駆動シャフトに曲げ荷重が作用して駆動シャフトの
    回転曲げ撓みを生じる型式の熱機関の駆動シャフトを支
    持するための流体力学的軸受において、駆動シャフトの
    回転軸線に一致する中心をもつ凸状球面を形成するため
    に駆動シャフトによって支持される軸首手段と、前記軸
    首手段の凸状球面にきっちりと適合する凹状球面を形成
    するための軸受手段とを含み、前記両球面間の相対的運
    動が駆動シャフトの回転曲げ撓みに応動して起こること
    を特徴とする流体力学的軸受。 2、前記軸首手段は駆動シャフトに固定したリング手段
    を含み、前記凸状球面が駆動シャフトの回転時に駆動シ
    ャフトの回転軸線の回りに回転する、請求項1記載の流
    体力学的軸受。 3、前記軸首手段が円筒形内面を形成し、この内面が駆
    動シャフトの円筒形軸首面をきっちりと受入れ、そして
    駆動シャフトと前記軸首手段の間の駆動シャフトの前記
    回転軸線の回りの相対的回転に順応する、請求項1記載
    の流体力学的軸受。 4、潤滑剤を前記軸受に供給するために前記駆動シャフ
    トに形成した通路を含む、請求項1記載の流体力学的軸
    受。 5、前記軸受手段は前記軸首手段の回りに組立てた少な
    くとも2つの外殻部分を含む、請求項1記載の流体力学
    的軸受。 6、複数の往復動ピストンが駆動シャフトの回転軸線に
    対する直角線から傾いた平面を成す回転斜板に使用し、
    ピストンが駆動シャフトに回転曲げ荷重を及ぼして駆動
    シャフトの回転曲げ撓みを生ぜしめる型式の熱機関の駆
    動シャフトを支持するための流体力学的軸受において、
    駆動シャフトの回転軸線に一致する中心をもつ凸状球面
    を形成するために駆動シャフトに固定した軸首手段と、
    前記凸状球面にきっちりと適合する凹状球面を形成する
    ための軸受手段とを含み、前記凸状球面は駆動シャフト
    の回転に応動して駆動シャフトの回転軸線の回りに回転
    し、前記両球面は駆動シャフトの前記回転曲げ撓みに順
    応することを特徴とする流体力学的球面軸受。 7、前記両球面間の界面に潤滑剤を供給するために前記
    軸首手段に形成した潤滑剤供給ポートを含む、請求項6
    記載の流体力学的球面軸受。 8、駆動シャフトは回転斜板を間に配置した第1と第2
    の軸線方向に離間した軸受によって支持し、前記回転曲
    げ荷重は前記第1の軸受において比較的大きな第1曲げ
    撓みを生じそして前記第2の軸受において第2の比較的
    小さな曲げ撓みを生じ、前記球面軸受は前記第1軸受と
    、前記第2軸受を備えた円筒形平面軸受とを含み、前記
    円筒形軸受は駆動シャフトを軸線方向で位置決めするの
    に役立つ、請求項6記載の流体力学的球面軸受。 9、前記軸受手段は前記軸首手段の回りに組立てた少な
    くとも2つの外殻部分を含む、請求項6記載の流体力学
    的球面軸受。 10、複数の往復動ピストンが駆動シャフトの回転軸線
    に対する直角線から傾いた平面を成す回転斜板に作用し
    、ピストンが駆動シャフトに回転曲げ荷重を加えて駆動
    シャフトの回転曲げ撓みを生ぜしめる型式の熱機関の駆
    動シャフトを支持するための流体力学的球面軸受におい
    て、駆動シャフトの円筒形軸首面にきっちりと適合する
    内側の円筒面をもつリング手段を含み、駆動シャフトの
    回転軸線の回りに駆動シャフトと前記リング手段の相対
    的回転を可能ならしめ、更に前記リング手段の凸状球面
    にきっちりと適合する凹状球面を形成するための軸受手
    段を含み、前記両球面間の相対的運動が駆動シャフトの
    回転曲げ撓みに応動して生じることを特徴とする流体力
    学的球面軸受。 11、駆動シャフトは回転斜板を間に配置して第1と第
    2の軸線方向に離間した軸受によって支持し、前記回転
    曲げ荷重は前記第1軸受において比較的大きな第1の曲
    げ撓みを生じそして前記第2軸受において第2の比較的
    小さい曲げ撓みを生じ、前記球面軸受は前記第1軸受と
    、前記第2軸受を備えた円筒形軸受面をもつ平面軸受と
    を含む、請求項10記載の流体力学的球面軸受。 12、前記第2軸受は前記駆動シャフトを軸線方向に位
    置決めするための径方向に延在する軸受面を含む、請求
    項11記載の流体力学的球面軸受。 13、前記流体力学的軸受に潤滑剤を供給するために前
    記駆動シャフトに形成した通路を含む、請求項10記載
    の流体力学的軸受。 14、前記軸受手段は前記軸首手段の回りに組立てた少
    なくとも2つの外殻部分を含む、請求項11記載の流体
    力学的軸受。
JP1053042A 1988-03-10 1989-03-07 流体力学的軸受 Pending JPH01312220A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US166323 1988-03-10
US07/166,323 US4885980A (en) 1988-03-10 1988-03-10 Hydrodynamic bearing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH01312220A true JPH01312220A (ja) 1989-12-18

Family

ID=22602771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1053042A Pending JPH01312220A (ja) 1988-03-10 1989-03-07 流体力学的軸受

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4885980A (ja)
EP (1) EP0332272B1 (ja)
JP (1) JPH01312220A (ja)
DE (1) DE68907356T2 (ja)

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