JPS5829405B2 - bearing device - Google Patents

bearing device

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JPS5829405B2
JPS5829405B2 JP52024394A JP2439477A JPS5829405B2 JP S5829405 B2 JPS5829405 B2 JP S5829405B2 JP 52024394 A JP52024394 A JP 52024394A JP 2439477 A JP2439477 A JP 2439477A JP S5829405 B2 JPS5829405 B2 JP S5829405B2
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JP
Japan
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bearing
pad
bellows
air supply
pressure
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JP52024394A
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Inventor
興二 竹下
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高速安定性のよい軸受装置に関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a bearing device with good high-speed stability.

第1図及び第2図に示すものは、従来より一般に広く用
いられる自戒絞り形の静圧気体軸受装置で、第2図は、
第1図のA−A断面である。
What is shown in FIGS. 1 and 2 is a static pressure gas bearing device of the self-diaphragm type that has been widely used in the past.
This is a cross section taken along the line AA in FIG.

図において、符号1′は軸受本体で、2′は摺動面、3
′は給気孔で、4′は01Jング溝である。
In the figure, 1' is the bearing body, 2' is the sliding surface, and 3 is the bearing body.
' is an air supply hole, and 4' is an 01J groove.

この軸受装置は、給気孔3′に加圧気体を供給し、図示
されていないが、軸との間に作られる軸受すきまに、流
体静力学的なフィルム圧力が発生し、これによって軸と
の接触を防止するものである。
This bearing device supplies pressurized gas to the air supply hole 3', and although not shown, hydrostatic film pressure is generated in the bearing gap created between the shaft and the shaft. This prevents contact.

静圧軸受装置の特徴は、外部より加圧気体を供給してい
るときは、軸の回転に関係なく、フィルムが形成され、
軸との接触が防止され、半永久的な寿命があり、回転中
の摩擦トルクが極めて小さいことである。
A feature of hydrostatic bearing devices is that when pressurized gas is supplied from the outside, a film is formed regardless of the rotation of the shaft.
It prevents contact with the shaft, has a semi-permanent life, and has extremely low friction torque during rotation.

しかし、第1図及び第2図に示す静圧軸受装置は、内面
全周が軸と摺動するいわゆる全周軸受であるため、軸の
回転が高くなり、軸受すきま内に流体動力学的な圧力が
付加され、これがある程度大きくなって来ると、ふれま
わりを発生する。
However, the hydrostatic bearing devices shown in Figures 1 and 2 are so-called full-circle bearings in which the entire inner circumference slides on the shaft, so the rotation of the shaft is high and fluid dynamics occur within the bearing clearance. When pressure is applied and this increases to a certain extent, whirling occurs.

これが、この種の軸受を使用するとき、大きな問題とな
る。
This poses a major problem when using this type of bearing.

これを防止するため、第1図の4′部にOリングなどの
弾性部材を入れて、軸受本体1′全体に、半径方向に自
由度を持たせて支持する。
In order to prevent this, an elastic member such as an O-ring is inserted into portion 4' in FIG. 1 to support the entire bearing body 1' with a degree of freedom in the radial direction.

いわゆる弾性支持方法などが取られ、十分ではないにし
ても可成の効果を上げている。
So-called elastic support methods have been adopted, and although they are not sufficient, they have achieved considerable results.

一方、第3図及び第4図に示す例は、上記ふれまわりに
対し、非常に安定が良いといわれているチルチングパッ
ド形軸受である。
On the other hand, the examples shown in FIGS. 3 and 4 are tilting pad type bearings that are said to be very stable against the above-mentioned whirling.

第4図は第3図のB−B断面を示す。FIG. 4 shows a BB cross section in FIG. 3.

図において、符号1“はパッド、2“はピボット、3“
は軸受本体、4“はパッド1“用の調整可能な上部ピボ
ット、5“は上部ピボット4“の止めねじ、6“はリン
グ、7“はスナップリングである。
In the figure, 1" is a pad, 2" is a pivot, and 3" is a pad.
is a bearing body, 4" is an adjustable upper pivot for pad 1", 5" is a set screw for upper pivot 4", 6" is a ring, and 7" is a snap ring.

この軸受装置は、軸の回転によって、フィルム圧力を生
ぜしめ、これによってバンド1“と軸の接触を防止する
流体動力学的軸受であり、回転が十分に高くないときは
、パッド1“と軸は接触する。
This bearing device is a hydrodynamic bearing that, by rotation of the shaft, creates a film pressure and thereby prevents contact between the band 1" and the shaft, and when the rotation is not high enough, the pad 1" and the shaft comes into contact.

これを防ぐため、ピボット2“を通じて予備的な給気孔
を設け、外部より加圧気体を送ってリフトアップする方
法が取られることもある。
In order to prevent this, a method is sometimes used in which a preliminary air supply hole is provided through the pivot 2'' and pressurized gas is sent from the outside to lift it up.

チルチングパッド軸受の狙いは、ピボットrを支点に、
パッド1“が限られた範囲であるが、回転し得るため、
パッド1“の摺動面に発生する流体動力学的な圧力を積
分して得られる力の作用点が、ピボット2“の上にあり
、同時にその方向は、軸の中心に向っているため、軸に
対し、ふれまわり力を生じさせない点にある。
The purpose of the tilting pad bearing is to use pivot r as a fulcrum,
Since pad 1" can rotate to a limited extent,
The point of application of the force obtained by integrating the fluid dynamic pressure generated on the sliding surface of the pad 1" is on the pivot 2", and at the same time, its direction is toward the center of the axis. The point is that it does not generate whirling force on the shaft.

しかし、チルチングパッド軸受は流体動力学的軸受であ
るため、軸の回転が相当高いものでも、フィルム圧力が
小さく、フィルムの剛性が小さいため、上記の狙いに対
し、パッド1“の慣性力や、ピボット2“、4“の摩擦
力が無視できず、ふれまわりを完全に防止することはで
きない。
However, since the tilting pad bearing is a hydrodynamic bearing, even if the shaft rotation is considerably high, the film pressure is small and the film rigidity is small. , the frictional force of the pivots 2", 4" cannot be ignored, and whirling cannot be completely prevented.

気体軸受のふれまわり安定性の向上は実用化する上にお
いて非常に重要である。
Improving the whirling stability of gas bearings is very important for practical use.

本発明は、このことに着眼して、第1図及び第2図の軸
受の良いところと第3図及び第4図に示したチルチング
パッドの長所を採り入れて、高速安定性のよい気体軸受
装置を提供するものである。
Focusing on this, the present invention has developed a gas bearing with good high-speed stability by incorporating the advantages of the bearings shown in FIGS. 1 and 2 and the advantages of the tilting pads shown in FIGS. 3 and 4. It provides equipment.

チルチングパッド軸受は流体動力学的軸受であり、フィ
ルムの剛性が小さいが、本発明ではこれを静圧形軸受(
流体静力学的軸受)とし、フィルム剛性を高くし、かつ
ピボットと摩擦が介在しないベローによる支持とし、同
時に、ベローの弾性を利用した弾性支持とする。
The tilting pad bearing is a hydrodynamic bearing, and the rigidity of the film is low, but in the present invention, this is replaced by a hydrostatic bearing (
A hydrostatic bearing) is used to increase the rigidity of the film, and support is provided by a bellows with no friction between the pivot and at the same time, elastic support is provided using the elasticity of the bellows.

さらに、超高速回転時に生ずるフィルム圧力による不安
定を防止するため、ベローの受圧部と軸受摺動面の面積
の選択により、軸受の剛性はフィルム圧力よりも、ベロ
ーの剛性が支持的になるようにした。
Furthermore, in order to prevent instability due to film pressure that occurs during ultra-high-speed rotation, the area of the bellows' pressure-receiving part and bearing sliding surface is selected so that the rigidity of the bellows is more supportive than the film pressure. I made it.

このようにすることによって、極めて、安定のよい気体
軸受装置を得ることができる。
By doing so, an extremely stable gas bearing device can be obtained.

本発明の軸受装置は、へりウームサーキュレータ、ガス
膨張タービン、高速回転ガス圧縮機、高速回転圧縮機(
小形フレオンタービンコンプレッサなと)に応用できる
The bearing device of the present invention can be applied to a hem worm circulator, a gas expansion turbine, a high-speed rotation gas compressor, a high-speed rotation compressor (
It can be applied to small Freon turbine compressors.

次に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照し
て詳細に説明する。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第5図及び第6図に本発明の静圧気体軸受装置を示す。5 and 6 show a static pressure gas bearing device of the present invention.

第6図は、第5図のC−C部分を断面した側面図である
FIG. 6 is a side view taken along the line CC in FIG. 5.

第7図は作用説明のための図で、バット1個分を取り出
したものである。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation, and shows one bat taken out.

第5図及び第6図において、符号1はパッド、2はベロ
ー、3はベローの口金で、軸受本体8に固定されている
In FIGS. 5 and 6, reference numeral 1 is a pad, 2 is a bellows, and 3 is a base of the bellows, which are fixed to the bearing body 8.

4もベローの口金で、パッド1にねじ込まれている。4 is also a bellows cap, which is screwed into pad 1.

5はばねで、3つのパッド1の相対位置を調整するもの
である。
A spring 5 adjusts the relative positions of the three pads 1.

6は調整ねじ、7は調整ねじ6を固定するための止めね
じである。
6 is an adjustment screw, and 7 is a set screw for fixing the adjustment screw 6.

8は軸受本体、9はパッド1の給気孔である。8 is a bearing body, and 9 is an air supply hole of the pad 1.

第6図で示すように、複数個のパッド1(通常は3枚で
あるが、4枚、5枚、6枚のものもある)より構成され
るチルチングパッド軸受において、パッド1に給気孔9
を設ける。
As shown in Fig. 6, in a tilting pad bearing composed of a plurality of pads 1 (usually three, but some have four, five, or six pads), the pad 1 has an air supply hole. 9
will be established.

この給気孔9に、外部より加圧気体をパッド1の自由度
を損うことなく供給するため、軸受本体8とパッド1と
の間ニ、ベロー2、口金3,4を介して連結される。
In order to supply pressurized gas from the outside to this air supply hole 9 without impairing the degree of freedom of the pad 1, the bearing body 8 and the pad 1 are connected via the bellows 2 and the bases 3 and 4. .

そして、ベロー2は製作時の精度だけではその長さを等
しくすることは困難なため、ベロー2の内側にばね5と
調整ねじ6により、図示されてないが軸を入れた状態で
、軸と軸受本体8とが同心になるように調整する。
Since it is difficult to make the length of the bellows 2 equal just by the precision in manufacturing, the shaft is inserted inside the bellows 2 using a spring 5 and an adjusting screw 6 (not shown). Adjust so that it is concentric with the bearing body 8.

調整ねじ6は、止めねじ7により調整後固定される。The adjustment screw 6 is fixed by a set screw 7 after adjustment.

調整ねじ6、止めねじ7は、実施例では六角孔がおいて
おり、これは供給気体の流路と、締付用を兼ねている。
In the embodiment, the adjusting screw 6 and the set screw 7 have hexagonal holes, which serve both as a flow path for the supply gas and for tightening.

ベロー2の有効径(第7図のde)を直径とする円内に
は、供給気体の圧力が作用するが、この面積をパッド1
の摺動面の投影面積の1イ0より大きくする。
The pressure of the supplied gas acts within a circle whose diameter is the effective diameter of the bellows 2 (de in Figure 7), and this area is
The projected area of the sliding surface should be larger than 1i0.

原則として、ベロー2はパッド1の中央に設ける。In principle, the bellows 2 is provided in the center of the pad 1.

次に本発明の作用および効果について説明する。Next, the functions and effects of the present invention will be explained.

第7図の作用説明図において部分の符号は第5図、第6
図と同様である。
In the action explanatory diagram of Fig. 7, the reference numbers of parts are shown in Fig. 5 and 6.
It is similar to the figure.

この軸受装置に外部より加圧気体が供給されると、ベロ
ー2の内側を通って、パッド1の摺動面に流れ、図示さ
れてないが、軸とパッド1で作る小さなすきまを気体が
流れる時、第7図に示すように、給気孔9の間では、は
ぼ一定の圧力で、給気孔9とパッド1の端までの間は、
なめらかに減圧される分布となる。
When pressurized gas is supplied to this bearing device from the outside, it flows through the inside of the bellows 2 and onto the sliding surface of the pad 1, and although not shown, the gas flows through a small gap created between the shaft and the pad 1. At this time, as shown in FIG. 7, the pressure between the air supply hole 9 is approximately constant, and the pressure between the air supply hole 9 and the end of the pad 1 is as follows.
This results in a smooth depressurization distribution.

給気孔9は自戒絞りとなっており、軸受すきまが小さく
なると、この圧力は全体に高くなり、また、軸受すきま
が大きくなると、圧力が低くなるいわゆる軸受剛性を有
していることは衆知のとおりである。
It is well known that the air supply hole 9 is a self-limiting restriction, and as the bearing clearance becomes smaller, the overall pressure increases, and as the bearing clearance becomes larger, the pressure decreases, which is called bearing rigidity. It is.

パッド1は、ベロー2を介して軸受本体8に締結されて
いるため、ベロー2の有効径deを直径とする円内には
、気体の供給圧力が作用する。
Since the pad 1 is fastened to the bearing body 8 via the bellows 2, gas supply pressure acts within a circle whose diameter is the effective diameter de of the bellows 2.

したがって、パッド1には、摺動面よりフィルム圧力が
、背面からは供給気体圧力と、ベロー2の弾性力が作用
し、定常運転時はこれらの力が釣り合っている。
Therefore, the film pressure acts on the pad 1 from the sliding surface, the supply gas pressure acts from the back side, and the elastic force of the bellows 2 acts on the pad 1, and these forces are balanced during steady operation.

このような静圧軸受において、フィルム厚さと、給気孔
9の大きさによって、摺動面の圧力が決まるが、概略、
給気孔9を出た気体の圧力が、供給圧力PSのほぼ1/
2のとき、フィルムの摺動面の圧力分布が四角錐状であ
ると仮定すると、摺動面の力は、パッド1の投影長さ3
1幅をbとすると、ソスすべき背面の力はベロー2の有
効径deが作る円の面積をパッド1の投影面積(aXb
)の!/10〜いにすればよいことになる。
In such a static pressure bearing, the pressure on the sliding surface is determined by the film thickness and the size of the air supply hole 9, but roughly speaking,
The pressure of the gas exiting the air supply hole 9 is approximately 1/ of the supply pressure PS.
2, assuming that the pressure distribution on the sliding surface of the film is square pyramidal, the force on the sliding surface is equal to the projected length 3 of pad 1.
1 width is b, the force on the back surface to be soothed is calculated by dividing the area of the circle made by the effective diameter de of bellows 2 into the projected area of pad 1 (aXb
)of! /10 ~ It would be good to do it.

軸受としての安定性を良くするためには、軸受のフィル
ムの剛性に比べて、ベロー2の弾性係数を小さくするこ
とによって、摺動面のフィルム圧力による力は、背面の
供給気体圧力による力とバランスし、フィルムの厚さが
軸の偏心に関係なく、はぼ一定に保たれ、軸受の剛性は
、ベロー2の弾性係数にほぼ等しくなる。
In order to improve the stability of the bearing, the elastic modulus of the bellows 2 is made smaller than the rigidity of the bearing film, so that the force due to the film pressure on the sliding surface is equal to the force due to the supply gas pressure on the back side. In balance, the thickness of the film remains approximately constant regardless of the eccentricity of the shaft, and the stiffness of the bearing is approximately equal to the elastic modulus of the bellows 2.

このような状態では、フィルム圧力の軸の回転による流
体動力学的な遅れをもった要素の影響はなく、単にベロ
ー2の機械的な弾性係数のみが作用する。
In such a state, there is no influence of elements having a hydrodynamic delay due to the rotation of the film pressure axis, and only the mechanical elastic modulus of the bellows 2 acts.

この弾性係数も比較的小さく選択できるため、ふれまわ
りは全く発生せず、自由支持の危険回転数近くまでの高
速回転が可能となる。
Since this elastic modulus can also be selected to be relatively small, whirling does not occur at all, and high-speed rotation close to the critical rotation speed of free support is possible.

以上、本発明による軸受装置について説明したが、更に
本発明のその他の応用例について付言すれば、ベロー2
の代りに、ゴムなどのような内部ダンピングの大きい筒
状の弾性体を用いると、固有振動数における吸振効果も
得られ、ふれまわりのみならず、固有振動数を越えると
きの振動も抑制することができる。
Although the bearing device according to the present invention has been explained above, other application examples of the present invention will be described below.
If a cylindrical elastic body with large internal damping, such as rubber, is used instead, a vibration absorption effect at the natural frequency can be obtained, suppressing not only the vibrations that occur when the vibration exceeds the natural frequency. I can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の軸受装置の断面図、第2図は第1図にお
けるA−A線矢視の断面図、第3図は従来のチルチング
パッド形軸受の断面図、第4図は第3図におけるB−B
線矢視の断面図、第5図は本発明による軸受装置の断面
図、第6図は第5図におけるC−C線矢視の断面図、第
7図は本発明の作用説明図である。 1・・・・・・パッド、2・・・・・・ベロー 3,4
・・・・・・口金、5・・・・・・ばね、6・・・・・
・調整ねじ、7・・・・・・止めねじ、8・・・・・・
軸受本体、9・・・・・・給気孔。
Fig. 1 is a sectional view of a conventional bearing device, Fig. 2 is a sectional view taken along the line A-A in Fig. 1, Fig. 3 is a sectional view of a conventional tilting pad type bearing, and Fig. 4 is a sectional view of a conventional tilting pad type bearing. B-B in Figure 3
5 is a cross-sectional view of the bearing device according to the present invention, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 5, and FIG. 7 is an explanatory diagram of the operation of the present invention. . 1... Pad, 2... Bellow 3,4
...Base, 5...Spring, 6...
・Adjusting screw, 7... Set screw, 8...
Bearing body, 9... Air supply hole.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 軸受摺動面に開口する給気孔を有する複数個のチル
チングパッドを軸受本体内側に配設し、軸受のフィルム
の剛性より小さい剛性と、所要のフィルム厚さのとき摺
動面に発生するフィルム圧力による力に対しその内側に
給気圧が作用したとき、バランスするような有効径とを
有し該給気孔に加圧流体を供給する通路を形成するよう
に一方をチルチングパッドに他方を軸受本体に締結した
ベローのみを介して、チルチングパッドを弾性支持した
ことを特徴とする軸受装置。
1. A plurality of tilting pads with air supply holes that open on the bearing sliding surface are arranged inside the bearing body, and tilting pads that occur on the sliding surface when the rigidity is lower than the rigidity of the bearing film and the required film thickness are provided. One side is used as a tilting pad, and the other is used as a tilting pad so as to form a passage for supplying pressurized fluid to the air supply hole, which has an effective diameter that balances when air supply pressure acts on the inside of the film pressure force. A bearing device characterized in that a tilting pad is elastically supported only via a bellows fastened to a bearing body.
JP52024394A 1977-03-08 1977-03-08 bearing device Expired JPS5829405B2 (en)

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JPS53110743A JPS53110743A (en) 1978-09-27
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JPS6366201U (en) * 1986-10-20 1988-05-02
JPH09314509A (en) * 1996-05-27 1997-12-09 Shiyuu Kensetsu Kk Dovetailed tenon structure of wood end part, groovecutting apparatus for forming it, and electric groove-cutting machine constituting the groove-cutting apparatus

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