JPH10288220A - ティルティグパッド軸受 - Google Patents

ティルティグパッド軸受

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JPH10288220A
JPH10288220A JP9113348A JP11334897A JPH10288220A JP H10288220 A JPH10288220 A JP H10288220A JP 9113348 A JP9113348 A JP 9113348A JP 11334897 A JP11334897 A JP 11334897A JP H10288220 A JPH10288220 A JP H10288220A
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JP
Japan
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bearing
pad
lubricating oil
radius
tilt
Prior art date
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Pending
Application number
JP9113348A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirokuni Hiyama
浩国 桧山
Kenichi Sugiyama
憲一 杉山
Yoichi Kanemitsu
陽一 金光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/03Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸の回転数が上昇し、潤滑油の発熱によ
り温度が上昇するにしたがって軸受パッドのプリロード
を小さくできるティルティグパッド軸受を提供するこ
と。 【解決手段】 回転軸の回りにピボット2で傾斜可能に
支持された複数の軸受パッド3を配置した構造のティル
ティグパッド軸受において、軸受パッド3を回転軸10
側の第1部材3−1とピボット2側の第2部材3−2と
を接合した構成とし、第1部材3−1の材料にその熱膨
張係数が第2部材3−2の材料の熱膨張係数より小さい
材料を用い、第1部材3−1の回転軸10との接触面に
軸受メタル層3bを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はティルティグパッド
軸受に関し、特に低振動のティルティグパッド軸受に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図5はこの種のティルティグパッド軸受
の構造を示す断面図である。図示するように、ティルテ
ィグパッド軸受は軸受外輪1にピボット2で傾斜可能に
支持された複数個(図では4個)の軸受パッド3を回転
軸10の回りに配置した構造である。給油口4から潤滑
油を供給することにより、回転する回転軸10の外周と
軸受パッド3の表面との間に潤滑油膜が形成されるよう
になっている。図6は1個の軸受パッド3の構造を示す
図で、軸受パッド3は炭素鋼などの軸受パッド本体3a
の表面(回転軸10との接触面)にホワイトメタル等の
軸受メタル層3bを設けた構造である。
【0003】上記構造のティルティグパッド軸受におい
て、回転軸10の半径をRS、軸受半径R、軸受パッド
3の半径をRPとすると、軸受半径隙間CB、パッド半径
隙間CPは、 CB=R−RSP=RP−RS プリロードPLは、 PL=1−(CB/CP) で表わされる。また、ゾンマーフェルト数Sは、 S={(μDLN)/W}(R/CB2 で表わされる。但し、μ:潤滑油の粘度、D:回転軸1
0の直径(=2RS)、L:軸受幅、N:回転数、W:
荷重
【0004】図7にプリロードPLをパラメータとする
図8のジェフコットロータの振動応答解析結果を示す。
図7において、横軸はゾンマーフェルト数S又は回転数
Nを示し、縦軸は応答倍率(応答振動倍率)Mを示す。
曲線C1はプリロードPL=mp1の場合を、曲線C2
はプリロードPL=mp2の場合を(但しmp1>mp
2)をそれぞれ示す。図8に示すジェフコットロータの
応答解析結果から、プリロードが小さくなると、応答曲
線はC3→C1→C2と変わる。
【0005】また、回転数Nが上昇すると動作点はA1
→A3と変化する。この時軸受パッド3の曲率半径が大
きくなると動作点はA1→A4と変化する。また、回転
数Nの上昇に伴い軸受パッドのプリロードPLを小さく
すると動作点はA1→A2と変化する。なお、図8にお
いて、mは質量、P(xb,yb)は軸受変位座標、0
(x,y)は軸中心座標、G(xG,yG)は重心点の座
標、Kは弾性係数、Cは減衰係数、εは偏心量を示す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記構造のティルティ
グパッド軸受は、軸受パッド3が回転軸10の動きに沿
って傾き、動的な潤滑油膜力は回転軸10を振れ回らせ
ようとする成分をもたないから、本質的に自励振動に対
して安定した軸受である。しかしながら、通常のティル
ティグパッド軸受においては、回転軸10の回転数Nが
高くなり、潤滑油の油温が上昇すると、軸受パッドの曲
率半径が大きくなり、プリロードも大きくなる。軸受パ
ッドの曲率半径が大きくなると、図7に示すように動作
点はA1→A4となり、応答振動倍率Mが大きくなり、
軸の振動が大きくなるという欠点があった。
【0007】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、回転軸の回転数が上昇し、潤滑油の発熱により温度
が上昇するにしたがって軸受パッドのプリロードを小さ
くできるティルティグパッド軸受を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の発明は、回転軸の回りにピボットで傾
斜可能に支持された複数の軸受パッドを配置した構造の
ティルティグパッド軸受において、軸受パッドを回転軸
側の第1部材とピボット側の第2部材とを接合した構成
とし、第1部材の材料にその熱膨張係数が第2部材の材
料の熱膨張係数より小さい材料を用い、第1部材の回転
軸との接触面に軸受メタル層を設けたことを特徴とす
る。
【0009】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載のティルティグパッド軸受において、軸受パッド
は潤滑油からの熱による軸受パッドの極率半径及びプリ
ロードの変化を考慮して回転軸の回転数が変わっても振
動応答が最小になるように設計していることを特徴とす
る。
【0010】また、請求項3に記載の発明は、請求項2
に記載のティルティグパッド軸受において、潤滑油の温
度を制御する油温制御手段を具備し、軸受パッドの温度
を前記振動応答が最小になる点に維持することを特徴と
する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図1はティルティグパッド軸受
に用いる軸受パッドの構造を示す図である。図示するよ
うに軸受パッド3は回転軸(図示せず)側の第1部材3
−1とピボット2側の第2部材3−2を接合した構造で
あり、第1部材3−1の表面(回転軸と接する面)には
ホワイトメタル等の軸受メタル層3bが設けられてい
る。第1部材3−1の材料にはその熱膨張係数が第2部
材3−2の材料の熱膨張係数より小さい材料を用いる。
本実施形態例では、第1部材3−1に炭素鋼を用い、第
2部材3−2に銅を用いている。また、第2部材3−2
の両端面a、bは傾斜して第1部材3−1と接合してい
る。
【0012】上記構造の軸受パッド3において、第1部
材3−1の熱膨張率と第2部材3−2の熱膨張率は上記
のように、 第1部材3−1の熱膨張率<第2部材3−2の熱膨張率 の関係にあるから、潤滑油の温度が上昇すると、第2部
材3−2が第1部材3−1より大きく膨張し、軸受パッ
ド3の曲率半径RPが小さくなる。従って、パッド半径
隙間CP=RP−RSは小さくなり、プリロードPL=1−
(CB/CP)も小さくなる。(但し、前記と同様RS
回転軸の半径、RP:軸受パッドの半径、CB:軸受半径
隙間、CP:パッド半径隙間)
【0013】上記のようにプリロードPLが小さくなる
と図7に示すように、振動応答曲線はゾンマーフェルト
数Sの大きい方向にシフトする。回転数Nが上昇して運
転点Aのゾンマーフェルト数Sが大きくなると、振動極
小点も移動する。従って、図1の構造の軸受バット3を
その熱変形によるプリロードPLの変化を事前に考慮し
て設計を行うと、回転数を変えても振動応答の極小点で
運転されるようにすることが可能となる。
【0014】軸受パッドのμ単位の曲率半径の変位を制
御するには調整が必要となる。以下軸受パッド曲率半径
変位調整方法の例を説明する。図2は軸受パッド3の曲
率半径変位調整方法の一例を説明する図で、図示するよ
うに、熱膨張係数の大きい第2部材3−2の厚さtを調
整(例えば削って調整)することにより、厚さtを小さ
くすると該第2部材3−2の熱膨張による伸びる力が減
少するので軸受パッドの曲率半径の減少する割合も小さ
くなる。
【0015】図3は軸受パッド曲率半径変位調整方法の
他の例を説明する図で、図示するように熱膨張係数の大
きい第2部材3−2の長さlを調整することにより、長
さlを小さくすると該第2部材3−2の熱膨張による伸
びる絶対量が小さくなるため軸受パッドの曲率半径の減
少する割合も小さくなる。上記のように第2部材3−2
の厚さtや長さlを調整することにより、軸受パッドの
半径RPを微細に調整することが可能となる。
【0016】上記のように軸受パッド3をその熱変形に
よるプリロードPLの変化を事前に考慮して設計した場
合、潤滑油の油温を所定の温度に維持することにより、
運転時の振動応答を極小点に維持することが可能とな
る。図4は潤滑油の油温を所定の温度に維持する油温制
御手段の構成例を示す図である。図において、11は回
転軸10を支持するティルティグパッド軸受、12は潤
滑油供給部、13はティルティグパッド軸受11内の潤
滑油温度を検出する油温センサ、15は油温制御部であ
る。潤滑油供給部12は潤滑油を冷却する冷却器及び循
環ポンプ等で構成されている。
【0017】ティルティグパッド軸受11と潤滑油供給
部12は潤滑油循環路14で接続され、潤滑油供給部1
2は油温制御部15の出力により所定温度に管理された
潤滑油を供給する。油温制御部15は軸受パッド3の振
動応答が極小点になるように設定された設定温度T1と
油温センサ13の出力T2を比較し、ティルティグパッ
ド軸受11に設定温度T1の潤滑油が供給されるように
潤滑油供給部12を制御する。これにより、ティルティ
グパッド軸受11を構成する軸受パッド3は振動応答の
極小点になる軸受パッドの曲率半径RPで運転されるこ
とになる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、軸
受パッドを回転軸側の第1部材とピボット側の第2部材
とを接合した構成とし、第1部材の材料にその熱膨張係
数が第2部材の材料の熱膨張係数より小さい材料を用い
ることにより、潤滑油の温度上昇による軸受パッドの熱
変形により曲率半径及びプリロードが小さくなり、振動
応答の極小点で運転することが可能なティルティグパッ
ド軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のティルティグパッド軸受に用いる軸受
パッドの構造例を示す図である。
【図2】軸受パッド曲率半径変位調整方法の一例を示す
図である。
【図3】軸受パッド曲率半径変位調整方法の一例を示す
図である。
【図4】軸受に供給する潤滑油の油温を制御する油温制
御手段の構成例を示す図である。
【図5】ティルティグパッド軸受の構造を示す図であ
る。
【図6】ティルティグパッド軸受の軸受パッドの構造を
示す図である。
【図7】軸受パッドのプリロードPLをパラメータとす
るジェフコットロータの振動応答解析結果を示す図であ
る。
【図8】軸受パッドのジェフコットロータ応答解析図で
ある。
【符号の説明】
1 軸受外輪 2 ピボット 3 軸受パッド 3−1 第1部材 3−2 第2部材 4 給油口 10 回転軸 11 ティルティグパッド軸受 12 潤滑油供給部 13 油温センサ 14 潤滑油循環路 15 油温制御部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸の回りにピボットで傾斜可能に支
    持された複数の軸受パッドを配置した構造のティルティ
    グパッド軸受において、 前記軸受パッドを前記回転軸側の第1部材と前記ピボッ
    ト側の第2部材とを接合した構成とし、前記第1部材の
    材料にその熱膨張係数が第2部材の材料の熱膨張係数よ
    り小さい材料を用い、前記第1部材の前記回転軸との接
    触面に軸受メタル層を設けたことを特徴とするティルテ
    ィグパッド軸受。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のティルティグパッド軸
    受において、 前記軸受パッドは潤滑油からの熱による軸受パッドの極
    率半径及びプリロードの変化を考慮して前記回転軸の回
    転数が変わっても振動応答が最小になるように設計して
    いることを特徴とするティルティグパッド軸受。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のティルティグパッド軸
    受において、 潤滑油の温度を制御する油温制御手段を具備し、前記軸
    受パッドの温度を前記振動応答が最小になる点に維持す
    ることを特徴とするティルティグパッド軸受。
JP9113348A 1997-04-14 1997-04-14 ティルティグパッド軸受 Pending JPH10288220A (ja)

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