JPS5938454B2 - 回転軸の軸線方向の移動を防止する調心軸受を有する軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転機械の回転軸を軸線を含む平面内の制限
された角偏位は許容するがステータに対する軸線方向の
移動は防止するように軸承する調心軸受を有する軸受装
置に関する。

本発明は、垂直軸を有し、相当の重量と大なる直径を有
するロータを持つ回転機械に特に有利に適用し得るもの
である。従来この種の軸受装置においては、回転軸の限
られた範囲内の角偏位を許容する球状滑動領域を画成す
るために、第１図に示されるように、球状軸受の軸線方
向両端部分が軸受ハウジングの表面の相補的な部分にそ
れぞれ実質上当接しており、これら部分は通常は凸状で
成つていて且つ同心の球状領域であつた。

以下に説明するように、かような従来技術は、もし軸受
が大きい荷重を支承するようにするならば、相当の大き
さと重さの球状軸受を備えなければならなかつた。更に
、回転軸を正確な軸線方向位置に保持させるためには、
球状軸受は極めて小さな運動間隙をもつように設計され
なければならなかつた。然し運動間隙を小とすることは
軸受がひつかかつたり固着されてしまつたりする危険が
どうしても出てきて、軸受の円滑な滑動を妨げるおそれ
がある。本発明は従来技術におけるかような問題を克服
し、特に垂直軸と重（／印−タとを有する回転機械に適
用し得てしかも全体的な大きさが小さい軸受装置を提供
するものであり、回転軸の軸，線方向の推力がどちらの
方向を向いているかに関係なく、何ら振動の危険なしで
回転軸を心合せ調心することを確実ならしめるものであ
る。

軸受装置の大きさを小さくすること及び前述した軸受の
ひつかからや固着を阻止することを慮つて、２つの球状
滑動領域の一方を回転軸に対して自由に運動できるよう
にしておいて、２つの球状滑動領域を互いに近づけるよ
うにすることができないかどうか検討された。

すなわち、第１図において、２つの球状滑動領域が互い
に近づけば当然全高ハを小さくすることができる。この
ために必要なことは、２つの球状滑動領域の中心が合致
しないようにすすことであり、且つ２つの球状滑動領域
の一方の中心が他方の滑動領域の外に位置しており、ま
た、他方の中心が一方の滑動領域の外に位置している（
後述する第２図の実施例でＺ１の中心がＺ２の外側の０
１にあり、Ｚ２の中心がＺ１の外側にあるということ）
ようにすることである。このような構成はある運転条件
が満たされる場合にのみ適切である。それで、本発明に
よる軸受装置の一実施例においては、球状滑動領域の少
なくとも一つの部分が凹状であり、軸受ハウジングの相
補的形状面の部分が凸状にされている。好適な実施例と
しては、その球状滑動領域の他の部分が凸状であり、軸
実ハウジングの相補的形状面の部分が凹状であるように
なつていることである。本発明のその他の特徴および効
果は、図面を参照して既知の軸受装置と比較して先に概
説した特性を具現した本発明の軸受装置の下記の説明か
ら明らかになろう。

２つの球状滑動領域が同一球体の部分をなしている（即
ち、中心は同じである）従来の軸受装置の欠点を分析す
るためまず第１図を参照する。

第１図は従来の軸受装置の縦断面図である。軸受ハウジ
ング１２の中で揺動し得る球状軸受支持部材１１は、２
個の対称的傾斜ころ軸受１４によつて軸１３を支えてい
る。

軸受１４の内方リング１４１は、軸１３に嵌合される。
リング１４１は、軸１３の固定環状フランジ１３１と、
一つの環状フランジをなしかつ軸１３のねじ部分１３３
にねじ込まれるナツト１３２との間の定位置に締付けら
れる。外方軸受リング１４２を装入し得るように穴をあ
けられている球状軸受支持部材１１は、その内方つば１
１１が外方軸受リング１４２の間の定位置に保持される
。平均間隙Ｊを無視すれば軸受ハウジング１２と球状軸
受支持部材１１との間の滑動は、その中心が軸１３の軸
線上に位置する半径ｒをもつ球状領域を介して行われる
。滑動領域は環状通路１５によつて二つの球状領域Ｚｌ
ｌ，Ｚｌ２に分割されるが、通路１５は、軸受ハウジン
グ１２に形成された環状みぞ１２１と、球状軸受支持部
材１１の円周面に切削により形成された部分１１２とに
より画成されている。この通路１５により球状軸受支持
部材の潤滑が確実に行われる。この案内装置によつて軸
１３は大体において中心０のまわりで角偏位することが
許容されていて、しかも軸１３の正確な軸方向の位置決
めが確保されるようになつている。

しかし、もし滑動領域の半径を変えずに全高ｈを小さく
すれば、推力角ａは減少し、軸線方向負荷が大なるとき
にはひつかかつて動かなくなる危険がある。その上、球
状軸受支持部材とそのハウジングとの間の間隙ｊは、軸
線方向の遊びを制限するため、これを減少させる必要が
あるけれども、そうすると、運転中ひつかかつて動かな
くなるという危険があるとともに、製作にあたつて機械
加工が困難となる。これらの欠点を克服するためには、
一定の間隙ｊのもとでは推力角ａを増加させ軸方向の遊
びを減少させるため高さハを増加させ球状滑動領域の頂
点で軸受支持部材を覆うようにすることが考えられるが
、しかし、この場合軸線方向の負荷が増大したとき、軸
直径に比し非常に大きくてかつ重量のある軸受装置とな
つてしまう。本発明による軸受装置の一実施例を第８図
を参照して説明する前に、第１図に示す従来の軸受装置
の欠点を克服し得る本発明の軸受装置が備える自動心合
せ推力軸受を第２図から第７図までを参照して考察する
。

これらのすべての図において示すように、従来の欠点を
克服する特徴点は中心および半径さえ異なる二つの球状
滑動領域Ｚｌ，Ｚ２を形成することにある。これにより
両領域の頂点は、それら滑動領域が同一球面で形成され
た場合よりも互に著しく接近してくる。軸の角偏位を、
過度の間隙を許すことなく可能ならしめるため、通例両
滑動領域の一つ（図におけるＺ２）の球体的中心に横方
向偏位の、ある程度の自由度を与えることが必要である
と認められる。このため、滑動領域と係合する球状軸受
ハウジングの表面部分は、横方向の滑動が自由にできる
ようにハウジング本体に接する、いわゆる「浮遊」リン
グで構成される。運転位置を示す第２図から第７図まで
の推力軸受は、垂直軸を有する回転機械のロータを案内
することを意図されたものでロータの重心はＧで表示さ
れている。

ロータは推力軸受の上方に位置するものと仮定されてい
る。参照符号０１は軸受支持部材に形成される球状滑動
領域Ｚ１の球体的中心である固定点を示す。「浮遊」的
な球状滑動領域Ｚ２の中心は図示していない。第２図で
、滑動領域Ｚｌ，Ｚ２を画定する球状軸受支持部材２１
の部分はいずれも凸面である。

滑動領域Ｚ２によつて球状軸受支持部材２１と協働する
浮遊リング２３は球状軸受支持部材２１の上方に置かれ
る。領域Ｚ１は下方に位置し、かつ重心Ｇに近い中心０
１は上方に位置する。静止位置ではロータの重量によつ
て下方向に押付けられる球状軸受支持部材２１は、領域
Ｚ１によつて軸受ハウジング２２に対して正しく中心が
合つている。しかし機械運転中、もし球状軸受支持部材
２１がロータの反作用によつて上方に押付けられ領域Ｚ
２によつて浮遊リング２３に球状軸受支持部材２１が受
承されるならばもはや中心の合うこと、すなわち調心は
保証されない。第３図は両凸形球状軸受支持部材を用い
た他の解決法を示す。

機械停止のとき球状軸受支持部材３１は軸受ハウジング
３２の底部に接する浮遊リング３３の上に据わる。領域
Ｚ１は運転中ロータの上向き推力によつて球状軸受支持
部材の正確な心合せを保証するように位置する。静止位
置で中心が合わないということはそれほど問題ではない
。他方、第４図、第５図を検討すれば、凹、凸形球状推
力軸受支持部材がいかなる運転条件下でも中心合致を保
証し得ることを示す。第４図では、球状軸受支持部材４
１の凸面は静止位置においてハウジング４２の固定部分
（固定の球状滑動領域Ｚ１）に対し当接している。

軸受支持部材４１の凹面は浮遊リング４３と組合つて浮
遊の球状滑動領域Ｚ２を画定している。固定中心０１は
重心Ｇに極めて近い。第２図の両凸形球状軸受の場合の
ように運転中の心合せは、もし運転中ロータの反作用が
下方向すなわち停止状態における推力と同じ方向に生ず
る場合のみ正確である。しかしもしこの反作用が上方向
に生ずるならば第５図に示すように浮遊リング５３を球
状軸受支持部材５１の凸面に合うよう形作ることによつ
てそれの下に置くことが必要である。推力を上方向と想
定する場合球状軸受支持部材５１の頂部凹面は、ハウジ
ング５２の固定部分の相補的形状部分に接する。静止状
態では心合せは確保されないがこれは差支ない。他方、
運転中は心合せ力相動的に行われる。注意すべきことは
、第４図、第５図の二つの場合Ｇ（！：０１間の懸垂距
離は球状滑動領域Ｚ１の半径を加減して極めて小ならし
め得ることである。口ータの重心Ｇは常に回転軸心上に
あるのであるから、Ｇに近いところに球状滑動領域多１
の球体的中心０１があるということは、この球状滑動領
域Ｚ１の中心もあまり軸心から外れることがないことを
意味する。

かように、Ｇ（５０１との間の懸垂距離を小とすること
は、運転中推力の方向にかかわりなく、軸受の正確な心
合せを確実ならしめるのである。最後に本発明は第６図
、第７図に示すような両凹形球状軸受支持部材を構成せ
しめ得る。

第６図において、軸受支持部材６１のは２つの凹形球状
滑動領域を有する。軸受支持物材は、底部位置において
浮遊リング６３に対して、又頂部位置において軸受ハウ
ジング６２の相補的形状部分に接する。第７図で、球状
軸受支持部材７１もまた両凹形であるが、浮遊リング７
３は上方に置かれ、一方、球状軸受支持部材７１は底部
位置において軸受ハウジング７２の相補的形状部分に接
する。これら２つの図面の点Ｇおよび０１の位置から明
らかなことは、第６図に示す構造方式のみが、運転中の
正確な心合せと、同条件で重心の懸垂距離の小さな値と
を併せもつ垂直軸のあるロータを得ること、しかし、も
し重心Ｇが球状軸受支持部材の上方に位置するならば運
転中ロータによつて作用される推力が上方に向つている
ことである。かくして一般的に言い得ることは、両凸形
の球状軸受支持部材（第２図に示すような）は、推力が
重心から球状軸受支持部材の方に向つているときのみ正
確な心合せを得ることが可能であり、この場合浮遊リン
グは、前記重心に最も近い方の球状軸受支持部材の滑動
領域面に対して置かれ、これに対して両凹形の球状軸受
支持部材は、推力が球状軸受支持部材から重心の方に向
つているとき正確な心合せを得ることが可能であり、こ
の場合浮遊リングは前記重心から遠い方の球状軸受支持
部材の滑動領域面に対して置かれるということである。
運転条件がこのようにさせ得る場合は両凹形球状軸受支
持部材は従つて凹凸形軸受支持部材（第４図に示す）の
代りに採用され得る。

対称性のゆえに両凹面形軸受支持部材はより容易かつ経
済的に機械加工で作れる利点を有し、ハウジングが二つ
の凹形球状領域を囲むようになるという事実によつて軸
線方向の全長、すなわち全高をより小ならしめ得る。第
８図は、垂直軸をもつ回転機械用の本発明による凹凸形
自動心合せ推力軸受、いわゆる調心軸受を有する軸受装
置の一実施例を示し、ロータ重心Ｇは前記推力軸受の上
方に位置し、回転機械の口ータは運転中上向き推力を生
ずるように意図されるものである。

第８図は第４図のものの変更例を適用したものである。
球状軸受支持部材８１と回転軸８３との間の回転運動の
自由な結合は、仏国特許番号２，１４７，３９８に記載
の流体膜リフト型の案内軸受８１１によつて確保される
。この特許で説明されるように、前記軸受は、最適の流
体動力学条件下に作用するようばねの力を受ける押し材
によつて前記軸に押し返えされる可動軸受ブシユを備え
ている。案内軸受８１１は、球状軸受支持部材８１の内
腔に形成される環状室の中にはめ込まれ、球状軸受支持
部材８１はまた軸８３の環状フランジ８３１，８３２の
間にそう入されている。組立て得るように球状軸受支持
部材８１は軸線方向の継目面をもつ２個の半体に分割可
能である。ハウジング８２の面の対応する部分と連系す
る固定の球状滑動領域多１を画定する球状軸受支持部材
の部分は凹面をなし、浮遊の球状滑動領域Ｚ２を画定す
る球状軸受支持部材の他の部分は凸面をなす。これは、
高さｈを著しく小にし、かつ半径工１，ｒ２の選択によ
つて決定される推力角ａを一層著しく増加する結果とな
る。本発明による軸受装置にあつては、軸受の高さが小
であり、環状フランジ８３１，８３２に当接する球状軸
受支持部材８１の受承画間の距離は小であり、球状軸受
支持部材が凹凸形のものであれ両凹形のものであれ、前
記仏国特許に示された流体動力学的な案内軸受を有効に
使用し得る。

第１図に示した従来の案内装置に使用されているごとき
軸受１４を用いるならば、環状フランジ８３１，８３２
に当接する軸受支持部材の受承面間の距離を大とせざる
を得なくなつてしまい（そうしなければ第１図の軸受１
４のごときものは入らない）、それでは高さｈを小さく
しようという本発明の目的の一つが達成できなくなつて
しまう（従つて、前記仏国特許に示されたごとき軸受を
用いるのが好ましいのである）。第８図において、環状
フランジ８３１，８３２と、８３３及び８３４で示す受
承面との間には、該受承面に備えた減摩部材即ち自己潤
滑型の適当な合金層が介在されている。

球状軸受ハウジング８２は、浮遊リング８２２がその上
に滑動的に取付けられる平らな底壁をもつケーシング８
２１で構成され、浮遊リング８２２は、浮遊球状滑動領
域Ｚ２を構成するように球状軸受支持部材８１の凸面に
連係するようになつている。

ケーシング８２１はふた８２３によつて閉ざされ、この
ふた８２３には滑動領域Ｚ１を構成するように球状軸受
支持部材８１の凹面に連係する環状ボスが形成されてい
る。機械の運転中、軸８３が小角偏位を受けるとき表わ
れる領域Ｚ２の運動間隙の変動および傾斜は、（領域Ｚ
１は接触状態にある）設計間隙に対して幾何学的にほと
んど誤差のない極めて低い値をもち、従つて軸受装置の
作動は影響されない。

球状滑動領域Ｚｌ，Ｚ２の半径Ｒｌ，ｒ２は等しいよう
に第８図に示されている。しかしもし構造上又は使用応
力によつて必要とされるならば不等半径の選択には何ら
差支がない。前述のように本発明の範囲から逸脱するこ
となく構造上多くの変型が可能である。

特に本発明は、自動心合せ軸受を有する軸受装置が必要
であるが制約された空間しか利用出来ないようなあらゆ
る場合に適用し得る。さらに、本発明による軸受装置は
どんな既知型の案内軸受でも含み得る、しかし既述のよ
うに、第８図について説明した型の流体動力学的な案内
軸受の使用はそれの全体の大きさの小なる理由から特に
有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は既知の型の自動心合せ推力軸受を有する軸受装
置の縦断面図、第２図、第３図は２個の凸面、非同心滑
動面を有する自動心合せ推力軸受の線図式の線図式断面
図、第４図、第５図、第６図、第７図は球面の少なくと
も一つの部分が凹面である自動心合せ推力軸受の線図式
断面図、第８図は本発明による自動心合せ推力軸受を有
する軸受装置の一実施例の縦断面図を示す。 説明上必要のある外これらの図面には．たとえば潤滑装
置と潤滑管、組立、解体のための案内装置の詳細配備と
平面図、組立要材その他本発明のより明瞭な理解に必ず
しも要することのない部材又は装置は示していない。符
号Ｚｌ，Ｚ２は「球状滑動領域」を、符号８２２は「リ
ング」を、符号８３は「回転軸」を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転機械の回転軸を軸線を含む平面内の制限された
   角偏位は許容するがステータに対する軸線方向の移動は
   防止するように軸承する調心軸受を有し、前記ステータ
   内に設けられたハウジング内を揺動可能な球状軸受支持
   部材を有する軸受装置であつて、該軸受支持部材は２つ
   の球状滑動領域を有し、これら２つの球状滑動領域はそ
   れぞれ中心の異なる球の一部分を形成しており、該領域
   の一方は１つのリングに形成された相補的な表面と協働
   するようになつており、前記領域の他方は前記リングの
   相補的な表面と対向する前記ハウジングの表面に形成さ
   れた相補的表面と協働するようになつており、前記リン
   グは前記ハウジング内に前記回転軸の軸線に対して横方
   向に運動自在に設けられていることを特徴とする軸受装
   置。 ２ 前記２つの球状滑動領域がともに凸状でありかつ前
   記ハウジングの相補的な凹状表面と協働することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の軸受装置。 ３ 前記２つの球状滑動領域の一方が凸状でありかつ前
   記ハウジングの相補的な凹状表面と協働し、他方の滑動
   領域が凹状でありかつ前記ハウジングの相補的な凸状表
   面と協働することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の軸受装置。 ４ 前記２つの球状滑動領域がともに凹状でありかつ前
   記ハウジングの相補的な凸状表面と協働することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の軸受装置。