WO1985001328A1 - Rotary gas machine - Google Patents

Description

一 一 明 細

[ 発明 の名称 ]

回転気体機械

[ 技術分野 〗

本発明 は歯車増速機を備え て 歯車増速機 に よ り 羽根 車を回転さ せ る送風機 、 圧縮機な ど の回転気体機械 に 関 す る もので ある 。

[ 背景技術 ]

従来例 え ば タ ー ポ圧縮機 に お い て は通常電動機か ら 増速装置に よ り 羽根車 は増速さ れ高速で回 転 す る よ う に な っ て い る 。 最近 は ま す ま す 高速 化 が 進 め ら れ 、 3 0 , 0 0 0 r. p. m 以上 に 及ぶ極め て 高速化が な さ れ て い る 。 圧縮機が コ ンパ ク ト で あ る こ と 、 部品点数を 少 く す る こ と 等が要求 さ れる場合 に は羽根車軸 に ピニ オ ン を設け 、 こ の ピニ オ ンを駆動 す る歯車 前記羽根 車軸 、 即 ち ピニ オ ン軸 に 平行 に 設け た 驩動 軸 に と り つ け る平行二軸 の駆動関係 と する こ と が多い 。

こ の様な歯車配管に於 て は髙速要件 に 関 し て 歯車の 嚙合い に 髙精度が要求さ れ 、 こ の た め 、 前記二軸 間 の 距離、 平行度に 高精度が必要 と な り 、 ギ ヤ ケ ー シ ン グ 、 軸受部品等の工作加工 、 組立 に きび し い公差 、 例 え ば 軸 間距離で 1 0 ひ 0分〜 1 0 0分の数翻程度の公差が 要求さ れる 。 （ 一倒 と し て 2 5 0職の軸心間距離の 場 合 + 0 . 0 3 2 — 0騮の公差が要求さ れて い る 。 ） 歯車の嚙合い精度を確保するため に は、 軸のたわみ を小に するこ と 、 及び軸の共振を防ぐこ と が必要であ る。 このた め に従来は軸の剛性を大とな し 、 危険速匿 を使用回転数よ り かな り 高く なる よう に選んでいた 。

しか しなが ら軸の剛性を大 とする と軸自体及び軸受 やギ ヤケー シングの寸法が大 と な り 、 かつ重量も大と なる 。 この様な傾向を避けるため に は一次の危険速度 を越えた状態で使用 するよ う に軸の翻性を減じ た いわ ゆる フ レキシブル翰が用い ら れる。

この よ う に フ レキシプル軸を用いれば各部寸法や重 量は璩少するが、 これを起動すれぱ必 らず危険速度の 点を通遏する こ と となる。 危険速度を通過する際及び 危険速度よ り上の平常運転速度でフ レキシプル軸を確 実に支持するため、 軸受に はテ ィ ル 卜パ ッ ドなどの特 殊すべ り 軸受を用いる こ と が必要 となる 。

し か し 、 すべ り軸受は機梂的損失が大き く 、 ま た 、 製作が容易でな く高価である と いう 欠点を有する 。 従 つ て フ レキシブル軸を採用 しかつ転が り 軸受の使用 を 可能とする こ とが望ま l'ていた 。

と ころが転り 翰受を用 い た場合は、 危険速度を通遏 する とき に 、 強い振動を丰 じ危険速度を通過後も振動 値が大きな ま まである場合があ り 、 従来通り の構造で 転が り軸受を用いた フ レキシブル軸 は採用不可であ つ ま た髙速側の ピニオン軸に羽裉車から 、 或いは ピニ 一 — オ ン に ヘ リ カ ル ギ ヤを使用 し た 場合 に は ヘ リ カ ルギ ヤ に に よ るス ラ ス 卜 力 が作用 し 高速軸 の軸受部 に過大 な 力 が作用 し て 軸受寿命等 に 影響を及ぼす 。

フ レ キ シブル軸 を採用 し て そ の振動 の 問題を解決 す るた め に 考え ら れる こ と は平行二軸で な.け ればダ ンバ 軸受の採用 が考え ら れる 。 然 し 平行二軸 ギ ヤ駆動 関係 の場合 に は二軸 の軸心藺距離の精度 が厳 し く 、 軸線に 直角方向の力 が負荷さ れる ので軸心の偏位を 許容す る ダ ンパ軸受の採用 に は難点が あ る と 考え ら れて 来た 。 その た め従来平行二軸 の ギ ヤ駆動 関係 に フ レ キ シブル 軸 を採用 する場合 に 転が り 軸受を含 むダ ンバ方式 は使 用 出来ない も の と し て テ ィ ル テ ィ ン グパ ッ ド型等の メ タ ル軸受を採用 せ ざる を得ず 、 転が り 軸受の採用 が見 送 ら れて 来た 。

[ 発明の開示 ]

本発明 は上述の如 き従来技術の状況 に 鑑み 、 高速を 要求 さ れる 二軸 式 回 転気体機械の 髙速軸 を フ レ キ シ ブ ル軸 と し 、 こ れ に 転が り 軸受を使用 し て 機搣全体を コ ンパク 卜 に な し 、 又過酷な 工作、 組立精度の必要性を 緩和 し た 回転気体機梂を提供する こ と を 目 的 と す る も の で あ る 。

本発明 は平行二軸式 の 歯車増速機構を 有 す る 回転気 体機械の高速側 出力 軸 、 即 ち ピニ オ ン軸 を フ レ キ シ プ ル軸 と な し 、 こ の フ レキ シブル軸 の支持を ダ ンパ軸受 と し て し かも そ れ に 転が り 軸受を使用 す る こ と に よ り 一 ΟΜΡΙ 前記目 的を達成するものである 。

尚前記ピニオン軸に加わるスラス 卜力 は高速側軸受 で受けず低速側戟受で受ける様に 慮されて いる。

[ 図面の簡単な説明 ]

第 1 図 は本発明の実施例 と しての回転気体機械を示 す図解的断面図、

第 2 図は第 1 図の機梂に採用 し たダンパ軸承の図解 的断面図、

第 3 図 は第 2 図 と比較するための、 ダンバ軸承の一 形態を示す参考図、

第 4 図は従来型の回転気体機械を示す参考図である 。

[ 発明を実施するための最良の形態 ]

以下本発明の実施例を添付の図面に よ り 説明する 。 便宜のため、 第 1 図に は本発明の実施例がコ ンプ レ ツ サと し て示されている 。

第 1 図に於て 、 コ ンプ レ ッ サ用 の羽根車 2 が ピニォ ン 3 を担持する髙速ピ二オ ン軸 4 の端部に と りつ け ら れコ ンプ レ ッ サケーシング 1 内で回転する様になさ れ ている。 ピニオ ン軸 4 はギヤケーシング 5 にダンバ軸 受 6 A , 6 B に よ り支承さ れている。

ピニオン 3 と ¾合う ギヤ 8 は駆動用 モー タ 1 1 の回 転軸 1 2 の端部に と り つけ られ、 ピニオン 3 と嚙合い 、 モー タ 1 1 の回 に よ り ピニ オン軸 4 を回転せ し める 様にな つ て いる。 モー タ 回転軸 1 2 はモー タ ケ一シン グ 1 5 の エ ン ドブラ ケ ッ ト 1 6 , 1 7 に 設け た 軸 受 8 , 1 9 に よ り 支承 さ れて い る 。 エ ン ドブラ ケ ッ ト 6 は前記軸受 1 8 を支持する 支持部 2 を有 し 、 こ の支持部 2 1 は ギ ヤ ケ ー シ ン グ 9 内 に 突 出 嵌合 し 、 そ の 中 に 軸受 1 8 を 担持す る 。 軸受 1 8 は後 に 説明 す る 如 く ラ ジ アル荷重並び に ス ラ ス 卜 荷重を負荷出来る型 式 を選択す る 。 ギ ヤ 8 は前述の如 く 、 軸 1 2 の端部 に 才 ー パ ー ハ ン グ 的 に 支 持 さ れ て い る 。 オ イ ル シ ー ル 2 0 が エ ン ドブラ ケ ッ ト 1 6 に 収容さ れ軸 1 2 の 回 り を密封 し て ギ ヤ ボ ッ ク ス 5 内 の潤 滑油 を封止 し て い る ピ ニ オ ン 3 の 両側 で ピニオ ン軸 2 上 に ス ラ ス 卜 伝達 カ ラ ー 1 4 が と り つ け ら れ、 こ れ は覊動 ギ ヤ 8 の両側 面 に 接蝕 し て ピニ オ ン軸 4 の軸方向位置を定 め る と 共 に ピニ オ ン軸 4 に かかる ス ラ ス 卜を ギ ヤ 8 に 伝え る様 に な さ れて い る 。 前記の軸受 1 8 を ス ラ ス 卜 荷重を受 け得る如 く 選択 する の は こ の ス ラ ス 卜 を受け る 様 に す る た めであ る 。

尚第 1 図 に 於て 潤 滑油 の循環用 の油 ポ ン プ 2 5 、 冷 却用 フ ァ ン 2 3 が示さ れて居 り 、 ポ ンプ 2 5 は ギ ヤボ ッ ク ス への潤滑油 を循環.供給す る 。

第 2 図 に ダ ンパ軸受 6 Α の部分を拡大図 と し て示 し て ある 。

ギ ヤ ケー シ ン グ 5 の一部 に軸 4 の周 囲 に 円 筒孔保持 部 2 6 が形成さ れ 、 保持部 2 6 内 に ダ ンパ軸受の外周 輪 2 7 が 嵌合さ れて い る 。 外周輪 2 7 の 内側面 に 対 し て 隙間 2 8 を 隔て て 内周鑄 2 9 がパネ 3 0 を介 し て保 持 さ れ て い る 。 パ ネ 3 0 は 例 え ば 外 周 绘 の 周 Sに 4 5。 簡隔で配置さ れて い る 。 パネ 3 0は外周輪 2 7 に設けた半径方向孔 3 7内 に収容さ れ、 孔 3 7に設け た雄ね じ にね じ係合す るパネ座 3 に よ り 抑止 さ れ 、 パネ座 3 1 の回転に よ り パネ 3 0、 隙圊 2 8が調節、 設定 さ れる 。 内周輪 2 9の 内側 に 耘が り 軸受 3 3が保 持さ れ 、 こ の転が り 輸受 3 3が ピニ オ ン軸 4を回転可 能に担持する 。 ケー シ ング 5 に は油道 3 4が又パネ座 に は油道 3 2が設け ら れ こ れ ら を介 し て油 ポ ンプ 2 5 か ら 潤滑油がダ ンバ軸受隙閭 28 に供給さ れる 。 潤滑 油 は又図示のな い分岐路 に あ り 軸受 3 3等に も供給さ れる 。

ダンパ軸受 6 Bも第 2図 に示す軸受 6 A と 同様な構 造であ る 。 （ 第 1 図 に於 て 軸受 6 Bは転が り 軸承を 1 個保持 し 、 軸受 6 Aが 2個保持する様に示さ れて い る が こ れ ら は適宜同一、 或い は図示の如 く 別の数 と する こ と が出来る 。 ）

前述 し た ダ ンパ軸受 6 A , 6 Bに よ り 支持さ れた ピ 二 オ ン軸 4は回転に よ り 危険速度点を通過す る が 、 内 周輪 2 9がその際振動 を受け て も 隙园 2 8 に於ける油 膜の スク イ ーズ効果に よる減衰作用 に よ り 振動が軽減 吸収さ れる 。 パネ 3 0の強さ は ピニ オ ン 3 と ギヤ 8 と の 間 の ト ルク伝達に よ り ピニ オ ン軸 4に 直角方向 （ 半 径方向 ） の力が加わ っ た 時に 内周輪 2 9の儷心が外周 ^ 2 7の 内側面に接绒 し な い様に選択さ れる 。 尚隙間

OMPI 一

2 8 の 寸度 は 半径方 向 に 於 て 、 一 例 と し て 0 . 2 〜 0 . 3 職で あ る 。

前述の如 き弾性支持の ピニ オ ン軸 4 が移動 し 、 或い は若干傾い て も ピニ オ ン 3 と ギ ヤ 8 と の良好な嚙み合 い を保持す る た め に 歯面 に ク ラ ウ ニ ン グを施す こ と が 望 ま し い 。 ，

ピニ オ ン軸 4 は端部の羽根車 に よ り 、 又 は ギ ヤが へ リ カ ルギ ヤ で あ る場合に はそ の捩 れ角 に よ り 軸方向 の ス ラ ス 卜 を受け る が こ れ はス ラ ス 卜 伝達カ ラ ー 1 4 の 存在 に よ り ギ ヤ 8 を介 し て モ ー タ 軸 1 2 に 伝達さ れる こ の伝達さ れ た ス ラス 卜 は軸受 1 8 に よ り 受け ら れる も し 前記の ス ラ ス 卜 伝達カ ラ ー 1 4 が存在 し な い と ピニ オ ン軸 4 の前記の ス ラ ス 卜 は例 え ば第 2 図 に 仮想 線 3 6 で示す如 き フ ラ ン ジ を外周絵 2 7 内側 に 設け こ の フ ラ ン ジ 3 6 に よ り 内周輪 2 9 の軸方向移動 を抑止 す る 必要が 生 ず る 。 こ の 様 な フ ラ ン ジ 3 6 は 内 周 ^ 2 9 の半径方向 の 自 由 な動 き を 阻害 し 従 っ て充分 な減 衰作用 が得 ら れな く な る 。 尚 こ の自 由 な動 き を フ ラ ン ジ 3 6 の存在 下 に於て補助 す る た め に ス ラ ス 卜 受圧面 積を広く し 潤 滑油 を高圧で給油 し 油膜の形成を計画 す る と 、 軸受本体の寸度の増加 、 又潤 滑油の大量の循環 の必要性が生 じ得策で は な い 。 （ 仮想線 フ ラ ン ジ 3 6 は参考図示で あ り 本発明 の一部で はな い 。 ）

第 3 図 は第 2 図 の仮想線 フ ラ ン ジ 3 6 を使用 せ ず 、 ま だス ラ ス 卜 伝達 カ ラ ー 1 4 を使用 し な い場合 に 考え られる対策の別倒を示す参考図である。 便宜上第 2 図 に対応する部分に は第 2 図 と周様な参照番号にダッ シ ュ （ 一 ） を 付 し て 示 し て あ る 。 こ の 場 合 、 外 周 輪

2 7 ' はギヤボ ッ ク スケー シングの一部 と し ての円筒 孔保持部 2 6 ' と一体 となされ内周縿 2 9 ' は薄肉円 筒状パネ 3 5 に よ り弾性的に支持さ れている 。'この構 造は隙圜 2 8 ' に導かれた油のスク イ ーズ作用 に よ り 制振.作用を行う と共に スラス 卜荷重を受ける様に な つ ている 。 但 し充分な減衰作用を行わせるために は円筒 状部の軸方向長 が或る長さ を有するこ とが必要であ り 、 全体の翰方向長さが長く な り 、 ケーシングを大と する必要が生 じ て来る。

第 2 図の フ ラ ンジ 3 6 、 又は第 3 図の軸方向長さ 殳 に よるスラス 卜受け等を採用 する と フ レキシブル軸、 転が り贛受を含むダンパ軸受を採用 する利点が減 じ て し ま う が、' 本発明 に於て は前述のスラス 卜伝達カ ラ ー 1 4 を設ける こ と に よ り 、 第 2 図 の仮想線フ ラ ン ジ

3 6 、 第 3 図の薄肉円筒状パネ 3 5 の必要性を解消 し ている 。 従っ て 、 ダンパ軸受 6 A , 6 B ではスラス 卜 荷重を受けないので内周 ¾ 2 9 と外周餘 2 7 と の間の 隙間 2 8 を挟んで対向する面は単耗に 円筒面で差支え なく 、 製作容易であ り 、 隙間 2 8 に油膜を形成する こ とだけが .必要なので油も少量で よい。

スラス 卜伝達カ ラ一 1 4 と ギヤ 8 の側面 と はギ ヤ 8 の ピ ッ チサー クル付近で接蝕せ し めればその閭の相対

OMPI 一 一 速度を低下せ し め る こ と が 出 来、 又接觖面積を小さ く す る こ と が 可能で例 え ば第 2図の仮想線 フ ラ ン ジ 3 6 を設け る こ と に よ る機械的損失 に 比 し 、 ^ ス ラ ス 卜 伝達カ ラ ー に よ る機搣的損失は極め て小であ る 。

本発明 に よ る 回転空気機械の小型化 、 コ ンパ ク 卜 化 を説明 す る た め に 第 4図 に 平行二 軸式の通常の タ イ プ が参考図 と し て 図解的 に 示さ れて いる 。 こ の図 に 於 て ピニ オ ン 3 ' を有す る ピニ オ ン 4 ' は ギ ヤケ ー シ ン グ 5 ' 内 に 軸受 6 ' ， 6 ' に よ り 回転可能 に 支持さ れ 、 そ の 一端 に 羽根車 2 ' をコ ンプ レ ッ サグ ー シ ング 1 ' 内 に支持 し て い る 。 ピニ オ ン軸 4 ' に 平行 に ピニ オ ン 3 ' に 嚙み合 う ギ ヤ 8を有 す る駆動軸 9 ' が ギ ヤ ケ ー シ ン グ 5 ' 内 に 軸受 7 ' , 7 ' に よ り 回転的に 支持さ れ 、 ピニ オ ン 3 ' と ギ ヤ 8 ' 啳合係合関係 と な っ て い る 。 軸 9 ' を駆動 す る た め 、 モ ー タ 1 1 ' の モ ー タ 軸 1 2 ' が カ ッ プ リ ン グ 1 0 ' を介 し て 軸 9 ' に 接続 さ れて い る 。 こ の様な機械 に 於 て は装置全体の軸方向長 さ が長 く な り.、 部品数が増 し 、 又軸 9 ' と 軸 1 2 ' の 芯出 し 作業が必要 と な り 、 組立 、 保守 に手数が かかる こ と に なる 。

本発明 に よ る装置、 例 え ば第 1 図 の実施倒 に 於 て は 、 ピニ オ ン軸 を フ レ キ シ'ブル軸 と し 、 こ れを支承す る た め に 転が り 軸受を使用 す る ダ ンパ軸受を採用 し た た め 、 小型化を達成 し て い る が 、 更 に 、 モ ー タ ケ一シ ン グの エ ン ドブラ ケ ッ ト を ギ ヤ ケ ー シ ン グ内 に 嵌入せ し め 、 モ ー タ 軸 に ¾接ギヤ 8 を担持せ し め 、 ケ ー シ ングのェ ン ドプラケ ッ 卜 の軸受 1 8 に よ り 第 4 図 の 7 ' , 7 ' を実質的に省略 し た こ と とな つ て居 り 、 全体のコ ンパ ク 卜 化が更に 助長さ れて い る 。

[ 産業上の利用の可能性 ]

上記 に 説明 し た如 く 本顥発明 の 回転気体機梂は従来 得 ら れなかつ た種々 の特徴利点を有 し て い る 。 こ れ は 平行二軸 ギ ヤ駆動関係に フ レ キシプル軸 を導入 し 、 又 こ の軸 を転が り 贛受を用 いた ダ ンパ軸受で支持 し た こ と に よ る ち のであ る

小型化のた め に フ レ キ シブル軸 を採用 する こ と は考 え ら れる こ と で ある が 、 ニ軸 ギャ駆動 関係の軸の横方 向儷位を避ける と い う 点か ら ダンパ軸受の採用 を行わ ない と す れば ピニ 才 ン軸 が フ レ キシ プル軸の為転が り 軸受 と すれば 、 起動 時に危険速度を通過する こ と が難 し く な a

こ の対策 と し て

( ィ ) 軸径を太 ぐ し て 剛性軸 に する 、

( □ ) ティ.ルテ ィ ン グパ ッ ド タ イ プな どのメ タ ル 軸 ¾を使 う 。

と う 方法が考え ら れる 。

( ィ ) の場合、 軸受部の 回転周速が早 く な り 、 又ラ ジ アル荷堇 増大する ので転が り 軸受の ま 、 と する と 寿命が著 し く 低下する 。

( □ ) メ タ ル翰受 と すれば 、 軸径を太 く す る必要は

OMPI IPO - - な いが 、 転が り 軸受の場合 に 比べ て 、

軸受部の機械損失が増大 し て 、 消費電力 が増加 す る ： 軸受構造か'複雑 と な り 髙価 と な る ；

必要潤 滑油量が増大 し 、 潤滑裝匿が 高価 に な る と 共 に 、 潤滑油ポンプの消費電力 が大 と な る ；

機械全体が大型 に な り 、 大き な据付面積を必要 と す る よ う に な る ；

な どの多 く の不利益を生 じ る こ と と な る 。

こ れ ら の不具合 は すべ て本発明 に よ り 解消 さ れる も の で あ る 。

尚 ダ ンパ軸受の採用 に よ り そ の外周輪、 内周輪の 間 に 隙間 ( 2 8 ) が設け ら れ る こ と に よ り 、 耝立体の 隙 閽 2 8 の不均一 、 或い は機械力 0ェ精度 に若干誤差が生 じ て 歯車 に 嚙み合い が悪い場合が生 じ て もダ ンパ軸受 が こ れを補憤 し て正常な逆転を 許容す る 。 従 っ て 、 加 ェ公差 、 組立精度の條件を従来 よ り も緩和 す る こ と が 可 能 と な る 。 又髙速 ピ二 オ ン軸 の転 が り 軸受 はス ラ ス 卜 を負担 す る必要が ない か ら 長寿命を期待出来る 。

従 っ て 本発明 は装置の小型化 、 長寿命、 機械的損失 の減少、 維持度の低減 、 取扱の容易性等多大の効 果を 有 し 産業上 に 大い に利用 でき る も ので あ る 。

Ο.ΜΗ 0

Claims

請 求 の 箱 囲

[ 1 ] 端部に 羽根車を と り つ け 、 中閽部に ピニ オ ン を 有す る ピニ オン軸 と ；

前記 ピニオ ン軸 に平行で 、 前記 ピニ オ ン と嚙合う ギ ャを有する駆動義 と ；

を備え た 回転気体機梂に於て 、

前記 ピニ オ ン軸 が フ レキシプル軸 と ¾ さ れて ダ ンパ 軸受に よ り 支持さ れ、

前記ダ ンパ軸受は 固定さ れた外周輪 と 、 外周輪の 内 側 に 前記内側 に対 し て 環状の 隙間を隔て て弾性的に 支 持さ れた内周輪 と 、

内周輪内側 に保持さ れ た 転が り 軸受と 、

前記環状隙圊 に 液体を導 く 手段 と

を含む こ と を特徴 と す る 回転気体镲梂 。

[ 2 ] 前記第 1 項の回転気体機械 に於て 、 前記内周 ^ は前記外周绘に付属さ せたパネ に よ り 弾性的に 支持 さ れる回転気体襪梂。

[ 3 ] 前記第 1 項の回転気体機棟に於て 、 前記の液体 を導く 手段 は前記外周 &の輪体に 半径方向 に 設け た 孔 と 、 こ の孔を液体供給源に接続する通路 と か ら 成る 回 転気体機械。

[ 4 ] 前記第 1 項の 回転気体機梂 に於て 、 前記驅動軸 はス ラ ス 卜 負荷を支え る軸受に よ り 支承さ れ、 ¾動軸 の ギ ヤ の両側面に接触す る一対の ス ラ ス 卜 伝達カ ラ ー が ピニ オ ン の両側で ピニ オ ン軸 に 支持さ れて いる こ と を特徴 と す る 回転気体機械。

[ 5 ] 前記第 1 項の 回転気体機械 に 於て 、 前記駆動軸 を駆動 する モ ー タ の エ ン ドブラ ケ ッ 卜 の内 の駆動軸 ギ ャ側のブラ ケ ッ 卜 が前記駆動軸 と ピニ オ ン軸 と を収容 する ギ ヤ ボ ッ ク ス 内 に突 出嵌入 す る形態 と さ れ、 前記 エ ン ドブラ ケ ッ 卜 に 支持さ れる翱受が前記駆動軸 を前 記ギ ヤ を オ ーバ ーハ ングさ せ て 回転的 に 支持 し て い る こ と を特徴 と す る 回転気体機械 。

[ 6 ] 一端 に 羽根車を 才 ーパ ー ハ ン グ し て備え た ピ ニ オ ン軸 を有す る ギ ヤ ケ ー シ ン グ と 、 モ ー タ 軸端 に ギ ヤ を オ ーバ 一八 ング し て備え た モ ー タ と を有 し 、 該 モ ー タ の 歯車側軸受ハ ウ ジ ン グを 、 ギ ヤ ケ ー シン グ に 嵌装 保持せ し め 、 モ ー タ 軸端の ギ ヤ と 、 ピニ オ ン軸 の ピニ オ ン と を嚙合せ る よ う に し た こ と を特徴 と す る 回転気 体機械 。