JPH01312220A - 流体力学的軸受 - Google Patents

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。