JPH0469429A - 回転軸の支持装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、破砕機や遠心分離機、工作機械等の回転機械
における回転軸を支持するための装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

一般に、上記のような回転軸を備えた回転機械では、そ
の回転軸を自軸回りに回転可能に支持するための支持装
置か装備される。

第５図（ａ）（ｂ）は、上記回転機械の一例を示したも
のである。図において、回転軸９０が軸受９１によって
回転可能に支持されるとともに、この回転軸９１の一端
にロータ９２が、他端に■プーリ９３が各々固定されて
いる。この■プーリ９３は、駆動用モータ９４の駆動軸
に固定されたＶプーリ９５にＶベルト９６を介して連結
されている。

第６図は、上記回転軸９０を支持するための支持装置を
示したものである。上記軸受９１は、円筒状の支持筒９
７内に固定され、この支持筒９７はそれよりも−回り大
きいハウジング９８内に収納されており、両者の間に連
結部材９９が介設されている。この連結部材９９は、回
転軸９０の回転により発生する遠心力を受けるためのも
のであり、このため等方性を有する状態で配役されてい
る。具体的に、園側では、上記Ｖベルト９６の張架方向
と同方向（図のＸ方向）および上記張架方向と直交する
方向（図のＸ方向）の双方に計４つの互いに同形な連結
部材９９か設けられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、回転軸９０にはＶプーリ９３を介してＶ
ベルト９６が掛けられているので、二〇Ｖベルト９６の
張力により、回転軸９０はＸ方向に引張られる。

従って、上記軸受９１が例えば第７図に示されるような
転がり軸受である場合、この軸受９１では、内輪９１１
と外輪９１２との間に一定の隙間をおいて軸受転動体９
１３が配されるため、上記のように回転軸９０に対して
Ｘ方向にのみ引張力が働くと、このＸ方向については内
輪９１１、軸受転動体９１３、および外輪９１２が相互
接触するのに対し、Ｘ方向については各部材同士の間に
隙間が生じる。従って、この軸受９１ではＸ方向につい
ての剛性がＸ方向についての剛性よりも大きくなり、こ
れに起因してこの装置には一般に第８図に示されるよう
な２つの方向に関する固有振動数（ここでは−次固有振
動数のみを採り上げる）が発生すること１こなる。

ここで、各固有振動数の近辺の範囲（第８図に斜線で示
した範囲）は、この範囲にある回転数で回転軸９０を駆
動すると共振を励起して非常に危険であるので、一般に
不使用領域とされる。従って実際の運転は、上記不使用
領域以外の領域、すなわち、Ｘ方向に関する固有振動数
よりも一定値以上小さい領域（第８図の領域ａ）、Ｘ方
向に関する固有振動数よりも一定値以上大きくてＸ方向
に関する固有振動数よりも一定値以上小さい領域（第８
図の領域ｂ）、もしくはＸ方向に関する固有振動数より
も一定値以上大きい領域（第８図の領域Ｃ）で行われる
必要がある。

ここで従来は、上記領域すが狭くて制限を受は易いこと
から、領域ａまたは領域Ｃでの運転が実行されている。

ところが、回転機械によっては、その性能上、上記領域
すでの運転が最も好ましい場合が多々あり、このような
場合にも上記領域すての運転ができないことは非常に不
合理である。

また従来は、軸受９１や支持装置全体の剛性を高めるこ
とにより、上記Ｘ方向の固有振動数を高めて領域ａを広
げたり、上記剛性を下げることにより、上記Ｘ方向の固
有振動数を下げて領域Ｃを広げたりすることが試みらで
いる。しかし、上記のように剛性を上げても、Ｘ方向に
ついては軸受９１にガタがあるので、同方向についての
固有振動数は大きく上がらず、よって領域ａを有効に拡
大するのは困難である。また、剛性を下げる場合には、
これが直接装置の強度低下につながるので、回転軸９０
を支持するだけの充分な強度を保ちながら上記剛性を下
げるには厳しい制限を受けることになり、よってこの場
合も上記領域Ｃを有効に拡大することは難しい。従って
従来は、各領域ａ〜Ｃを拡大することは困難とされ、特
に範囲すでの使用はほとんどされていないのが現状であ
る。

本発明は、このような事情に鑑み、回転軸が一方向に引
張られることに起因して２つの固有振動数をもつ回転軸
の支持装置において、上記２つの固有振動数の間の領域
においても安全に運転を実行することができる装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、一方向に引張られた状態で自軸口りに回転駆
動される回転軸と、この回転軸を回転可能に支持する支
持部材と、この支持部材を収納するハウジングと、この
ハウジングと支持部材との間に配され、両者を連結する
複数の連結部材とを備えるとともに、これらの連結部材
のうち上記回転軸の引張力向と同方向に延びる連結部材
の剛性が上記引張力向に直交する方向に延びる連結部材
の剛性よりも大きくなるように各連結部材を構成したも
のである。

なお、この発明では、上記引張方向に直交する方向の連
結部材の剛性が０のもの、すなわち、この方向における
連結部材が省略されたものも含まれる。

〔作　用〕

上記構成によれば、回転軸の引張方向と同方向（以下、
Ｘ方向と称す）に延びる連結部材の剛性を、回転軸の引
張方向と直交する方向（以下、Ｘ方向と称す）に延びる
連結部材の剛性よりも大きくすることにより、Ｘ方向に
ついての固有振動数とＸ方向についての固有振動数との
差が大きくなり、両開有振動数の間における運転可能な
領域が広げられる。

この原理をより詳しく説明する。上記装置において、回
転中の支持部材のＸ方向の剛性（ばね定数）を＆Ｘ、Ｖ
方向の剛性をｊｌ、連結部材およびハウジングのＸ方向
の剛性をＫｘ、Ｘ方向の剛性をＫｙとすると、この装置
の振動特性については第４図に示されるような質点Ｍお
よび４つのばねＳ　ｚｌ、　　Ｓ　Ｉ２．　　Ｓ　ｙｌ
、　　Ｓ　ｙ２からなるモデルに置き換えることができ
る。

ここで、ばねＳ　ｚｌ、　　Ｓ　ｚ２およびばねＳｙｌ
、Ｓｒ１は各々直列に接続されているので、ばねＳ　ｘ
Ｉ。

Ｓ　ｘ２全体ノ剛性ｋｘ’、Ｊ６よびばネＳ　ｙｌ、　
　Ｓ　Ｆ２全体の剛性ｂｙ’　は次式で表わされる。

Ａ！Ｉ　′＝Ｋｘ　ｋｒ　／　（ＫＩ↓ｋｘ）＝ｋｘ　
／　（１＋Ａ！Ｉ　／ＫＸ）　　　・・・■ｂｙ　　’
　　−Ｋｙ　　ｂｙ　　／　　（Ｋｙ　　＋ｂｙ　　）
−ｂｙ　　／　　（１＋赴ｙ／に７）　　　　　・・・
■また、軸受は前記第７図に示されるような偏心状態に
あることから、 Ａ！Ｉ　＞ｂｙ　　　　　・・・■ である。

ここで、従来の通常の設計では、Ｋｘ＝Ｋｙであるので
、これらの値を総括してＫとおき、上記■、■式に代入
すると次式が得られる。

ｋｘ’　＝ｋｘ　／　（１＋Ａ！Ｉ　／Ｋ）　　　　−
■ｋｖ　’　−ｂｙ　／　（１＋−ｂｙ　／Ｋ）　　　
　・・■一方、上記質点Ｍの質量をｍとすると、Ｘ方向
についての固有振動数ｆｘおよびＹ方向についての固有
振動数ｆ７は、次式で表わされる。

ｆｘ　＝　（１／２π）　　・ＦＴ〒７　／、、　　　
、・、■ｆｙ　＝　（１／２π）・Ｆ７「７７習　　・
・・■また、これらの式と前記■式より、 ｆｘ＞ｆｙ　　　　−＝■ である。

従って、例えば第８図における領域ａを広げるには、上
記■式に示される固有振動数ｆｙを上げる、すなわちＸ
方向の全体剛性＆Ｙ’　を上げればよく、領域Ｃを広げ
るには、上記０式に示される固有振動数ｆｘを下げる、
すなわちＸ方向の全体剛性ｋｘ’　を下げればよいこと
になる。

ところが、従来のように、上記固有振動数ｆｙを上げよ
うとして単に全体の剛性Ｋを一括して増大させても、こ
の増大に伴ってＸ方向の全体剛性＆ｙ′はＸ方向の軸受
剛性ｂ１に近付くのみであり、この剛性に７を超えるこ
とはできない。すなわち、Ｘ方向の全体剛性ｋＹ′を軸
受剛性＆！よりも大きくすることは理論上でも不可能で
あり、しかも、この軸受剛性４７は軸受のガタで小さな
値となっているので、上記領域ａを有効に広げることは
困難である。

また、固有振動数ｆｘを下げようとする場合には、上記
剛性Ｋを下げなければならないが、この剛性低下は直接
装置全体の強度低下につながるので、回転軸を支持する
ための強度を保ちながら上記剛性にの低下すなわち固有
振動数ｆｘの低下を実現するには極めて限りがある。こ
れは領域Ｃの拡大についても厳しい制限を受けることを
意味するものであり、いずれにしても、領域ａ、Ｃの拡
大によって領域すあるいはその近辺の領域での運転を実
現化することは到底不可能であると言える。

これに対し、本発明装置のようにＸ方向の連結部材の剛
性をＸ方向の連結部材の剛性よりも高くなるように設計
すれば、上記剛性ＫＸと剛性Ｋｙとの差（Ｋｚ　−Ｋｙ
　）が太き（なることにより、上記０式に示される剛性
ｂ　ｚｌ　と■式に示される剛性に７’　との差も大き
くなり、最終的に固有振動数ｆｘと固有振動数ｆＹとの
差も広がる。これによって、第８図に示される領域すが
広げられることになり、この領域での安全な運転が可能
になる。

〔実施例〕

第１図〜第３図は、本発明装置を破砕機に適用した例を
示したものである。なお、本発明装置は、回転軸を備え
た種々の回転機械に適用可能であり、この破砕機の他、
遠心分離機や各種工作機械等、幅広い分野に亘って応用
できるものである。

上記破砕機は、ハウジング１０を備え、このハウジング
１０は、大径の上部ハウジング１２と、小径の下部ハウ
ジング１４とを備えている。

下部ハウジング１４内の中央部には、この下部ハウジン
グ１４よりも小径の支持筒１６が下部ハウジング１４と
同軸の位置に収納されている。この支持筒１６内には、
上下一対の軸受１８が固定されており、これらの軸受１
８によって、上下方向に延びる回転軸２０が自軸回りに
回転可能に支持されている。すなわち、この軸受１８お
よび上記支持筒１６によって、回転軸２０を支持する支
持部材が構成されている。

この回転軸２０の下端にはＶプーリ２２が固定され、こ
のＶプーリ２２がＶベルト２４を介して図外の駆動モー
タの駆動軸に連結されており、この駆動伝達により、上
記回転軸２０が回転駆動される。ここで、上記Ｖベルト
２４は図のＸ方向に張架されており、同方向に回転軸２
０か引張られた状態にある。

二の回転軸２０の上端には、水平方向に延びる筒状のロ
ータ２６が固定されており、このロータ２６とハウジン
グ１０の外部とが上下方向に延びる搬入筒２８を介して
連通されている。また、ロータ２６の周囲の領域、すな
わち上部ハウジング１２の内周面上には、上記ロータ２
６に対向する複数の破砕板３０が周方向に並設されてい
る。そして、上記回転軸２２およびロータ２６が回転し
ている状態で、このロータ２６内に搬入筒２８を通じて
石等の被破砕物が搬入されることにより、この被破砕物
がロータ２６の遠心力で半径方向に吹き飛ばされ、破砕
板３０に激突して破砕されるようになっている。

一方、上記支持筒１６の外周面と下部ハウシング１４の
内周面との間には、ロッド状の複数本の連結部材３２が
介設され、この連結部材３２によって支持筒１６と下部
ハウジング１４とが連結されており、上記回転軸２０の
回転による遠心力が支持されている。ここで従来の構造
では、上記連結部材３２としてＸ方向に延びるものきＸ
方向に延びるもの（二点鎖線参照）の双方が設けられて
いるが、この装置ではＸ方向の連結部材３２が省略され
、Ｘ方向の連結部材３２のみが配設されている。

このような装置によれば、回転軸２０がＸ方向に引張ら
れるのに起因゛して、前記第８図に示されるように２つ
の固有振動数ｆｘ、ｆ７が発生するが、Ｘ方向の連結部
材３２が省略されることにより、同方向の剛性が下げら
れ、Ｘ方向の剛性とＸ方向の剛性との差が大きくなるの
で、上記固有振動数ｆｘ、ｆ７の差も広がり、前記第８
図に示される領域すが広げられる。

実際に、上記と同様の連結部材を備えたモデルを想定し
、この連結部材を従来と同様にＸ方向とＸ方向の双方に
設けたもの（モデル１）、および本発明のようにＸ方向
の連結部材を省略したもの（モデル２）についてコンピ
ュータにより振動解析を行ったところ、次のようなデー
タを得ることができた。

［モデルｌｌＸ方向の固有振動数１！：１００Ｈｚｙ方
向の固有振動数ｆＶ＋７０Ｈｓ ［モデル２］　Ｘ方向の固有振動数ｆｘ　　・１００Ｈ
＋ｙ方向の固有振動数ｆＶ：２０Ｈ＋ ここで、通常、各固有振動数ｆｘ、ｆ７の上下２０％の
回転領域は共振を防ぐために不使用領域とされるので、
モデルｌの場合には、固有振動数ｆｘ、ｆｙの間の領域
（第８図では領域ｂ）での運転が全くできないのに対し
、モデル２の場合には、２４Ｈ２〜８０）１２という幅
広い領域に亘って運転が可能ということになる。この結
果は、本発明によって使用可能領域が大幅に拡大される
ことを明示している。

なお、本発明ではＸ方向の連結部材の剛性がＸ方向の連
結部材の剛性よりも高くなるように構成すればよく、上
記のようにＸ方向の連結部材を省略する他、Ｘ方向の連
結部材の断面形状や断面二次モーメントをＸ方向の連結
部材のそれよりも小さくしたり、あるいはＸ方向の連結
部材をコイルばね等で構成したりすることによっても、
上記と同様の効果を得ることができる。また、両方向の
連結部材の形状が同じであっても、Ｘ方向の連結部材は
鋼材等の比較的弾性係数の高い材料で形成し、Ｘ方向の
連結部材はアルミニウムや合成樹脂、ゴム等の比較的弾
性係数の低い材料で形成するようにすれば、同様の効果
が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、回転軸を支持する支持部材とハ
ウジングとが複数の連結部材で連結される装置において
、上記回転軸の引張方向と同方向の連結部材の剛性を上
記引張方向に直交する方向に延びる連結部材の剛性より
も大きくしたものであるので、装置全体の剛性を十分に
維持しながら、２方向についての固有振動数同士の差を
広げることにより、両固有振動数の間での安全な運転領
域を広げることができ、ひいては回転機械の運転性能の
向上を果すことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における破砕機の断面側面図
、第２図は同破砕機の断面正面図、第３図は第１図のｍ
−ｕｒ線断面図、第４図は本発明装置を質点およびばね
からなるモデルで表わした図、第５図（ａ）は従来の回
転機械の一例を示す側面図、同図（ｂ）は同回転機械の
底面図、第６図は同回転機械に設けられる回転軸の支持
装置を示す断面平面図、第７図は同支持装置に設けられ
た軸受の偏心状態を示す説明図、第８図は同装置におけ
る回転軸の回転数と振動振幅との関係を示すグラフであ
る。 １０・・・ハウジング、１６・・・支持筒（支持部材を
構成）、１８・・・軸受（支持部材を構成）、２０回転
軸、２４・・・Ｖベルト、２６・・・ロータ、３２・。 連結部材。 特許出願人　　　　　株式会社　神戸製鋼折代　理　人
　　　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　　　　弁理
士　　長１）　正面　　　　　　　弁理士　　伊藤　孝
夫味 第 図 ＼ｊ 派 第 （ａ） （ｂ） 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一方向に引張られた状態で自軸回りに回転駆動され
   る回転軸と、この回転軸を回転可能に支持する支持部材
   と、この支持部材を収納するハウジングと、このハウジ
   ングと支持部材との間に配され、両者を連結する複数の
   連結部材とを備えるとともに、これらの連結部材のうち
   上記回転軸の引張方向と同方向に延びる連結部材の剛性
   が上記引張方向に直交する方向に延びる連結部材の剛性
   よりも大きくなるように各連結部材を構成したことを特
   徴とする回転軸の支持装置。