WO2006080127A1 - はすば歯車支持構造、風力発電機用増速機および垂直軸支持構造 - Google Patents

はすば歯車支持構造、風力発電機用増速機および垂直軸支持構造 Download PDF

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bearing
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Naoki Matsumori
Junichi Hattori
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a helical gear support structure, a wind power generator that includes a helical gear, and a swivel reducer that includes a vertical shaft support structure and a vertical shaft.
  • the wind speed booster 1 is supported by an input shaft 2 that rotates together with blades that receive wind power, and a double-row rolling bearing 4, and an output connected to the generator. It comprises a shaft 3 and a planetary gear mechanism 5 that accelerates the rotation of the input shaft 2 and transmits it to the output shaft 3.
  • the planetary gear mechanism 5 includes a sun gear 6 connected to the output shaft 3, an internal gear 7 fixed to the housing, and the input shaft 2 via a bearing 9. It consists of 6 gears and 8 planetary gears.
  • the sun gear 6, the internal gear 7 and the planetary gear 8 are helical gears that can transmit a large force with extremely smooth transmission and little vibration noise.
  • FIG. 2A is a diagram showing a state in which the helical gear 71 and the helical gear 72 are held together.
  • the helical gear 71 rotates clockwise as viewed from the right side of the figure, the helical gear 71 is caused by the meshing of the helical gear 71 and the helical gear 72 as shown in FIG.
  • the power F which is the resultant force of the radial component force Fr and the axial component force Fa, acts.
  • both the radial load and the axial load are applied to one row of the double row rolling bearing 4 while only the radial load is applied to the other row. Therefore, the rolling fatigue life of the high load side row is shortened.
  • slip occurs between the rollers and the raceway surfaces of the inner and outer rings, causing problems of surface damage and wear.
  • the margin becomes too large on the light load side, which is uneconomical.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the swivel reducer described in the publication.
  • a swivel reducer 101 is supported by an input shaft 102 connected to a power generation device such as a hydraulic motor and a double row rolling bearing 105, and rotates the input shaft 102 with a gear 106.
  • a power generation device such as a hydraulic motor and a double row rolling bearing 105
  • the input shaft 102 and the output shaft 103 are vertically supported vertically.
  • the vertical axis includes the case where it is supported at a certain angle from the vertical direction, which is not strictly supported in the vertical direction.
  • the planetary gear mechanism 104 is connected to the output shaft 103 via a sun gear 107 connected to the input shaft 102, an internal gear 108 fixed to the housing, and a bearing 110.
  • the planetary gear 109 meshes with the tooth gear 108 and also becomes a force.
  • the swivel reducer 101 shown in FIG. 3 operates as follows.
  • the double-row rolling bearing 105 that supports 103 is required to have a large axial load capacity.
  • a double-row self-aligning roller bearing or a double-row tapered roller bearing is used as a bearing that supports a vertical shaft such as the output shaft 103 of the swivel reducer 101.
  • An object of the present invention is to provide an appropriate support according to the load condition of each row in an environment where different loads are applied to the left and right rows, to extend the actual life, and to waste materials. It is an object to provide a helical gear support structure provided with an economical double-row rolling bearing, and a wind turbine speed increaser provided with such a helical gear support structure.
  • Another object of the present invention is to provide an appropriate support according to the load condition of each row in an environment where different loads are applied to the left and right rows, thereby extending the substantial life, and It is to provide a vertical shaft support structure with an economical double row rolling bearing that is free of material.
  • a helical gear support structure includes a helical gear having a central axis, and a double-row rolling bearing incorporated in a fixed member and rotatably supporting the central axis.
  • This is a Subaru gear support structure. Focusing on double row rolling bearings, the load capacity of the left and right rows is different from each other, and the load capacity of the row that receives a large axial load is increased.
  • the double row rolling bearing includes, for example, an inner ring having raceway surfaces in the left and right rows, an outer ring having a raceway surface of a spherical recess, and spherical rollers arranged in a double row between the inner ring and the outer ring. It is preferable to provide a double row spherical roller bearing. As a result, a double-row rolling bearing having alignment with respect to misalignment due to shaft sag or the like can be obtained.
  • the roller lengths in the left and right rows are different from each other, and the roller length on the side receiving a large axial load is increased.
  • the load capacity of the row having the spherical roller having a long roller length can be increased.
  • the roller diameters in the left and right rows are different from each other, and the roller diameter in the row on the side receiving a large axial load is increased.
  • the load capacity of the row having the spherical roller having a large roller diameter is increased.
  • the contact angles of the left and right rows are the same.
  • a symmetrical standard product can be used for the outer ring, so that the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, since the right and left columns can be measured under the same measurement conditions when measuring the accuracy of the outer ring, the measurement work can be performed efficiently.
  • the double-row rolling bearing includes, for example, a double-row tapered roller bearing including an inner ring having raceways in the left and right rows, an outer ring, and a tapered roller disposed in a double row between the inner ring and the outer ring. It is preferable to do.
  • the double row tapered roller bearing is preferably, for example, a back combination bearing in which the small diameter side ends of the tapered rollers in the left and right rows face each other.
  • This configuration increases the distance between the rotation center line of the bearing and the contact line between the tapered rollers in the left and right rows and the inner and outer rings (hereinafter referred to as the “distance between the operating points”). Capacity and moment load capacity are improved.
  • the double-row tapered roller bearing is preferably a front combination bearing in which the large-diameter end portions of the left and right rows of tapered rollers face each other.
  • the left and right rows have different roller lengths, and the length of the row on the side receiving a large axial load is increased.
  • a wind turbine speed increaser is fixed to one end of a blade that receives wind power, and rotates with the blade, an output shaft connected to the generator, an input shaft, and an output shaft. It is a speed increasing device for wind power generators provided with a speed increasing mechanism that is disposed between the speed increasing rotation of the input shaft and transmitting it to the output shaft.
  • the speed increasing mechanism includes a helical gear as one element of the power transmission means and a double-row rolling bearing that rotatably supports the shaft of the helical gear.
  • the present invention uses negative bearings in each row by using bearings having different load capacities in the left and right rows. Proper support according to the load situation can be performed, and a long-life helical gear support structure with high reliability can be obtained.
  • the vertical shaft support structure according to the present invention is a vertical shaft support structure including a vertical shaft and a double row rolling bearing that is incorporated in a fixed member and rotatably supports the vertical shaft.
  • double row rolling bearings When paying attention to double row rolling bearings, the load capacity of the left and right rows is different from each other, and the load capacity of the row receiving the large axial load is increased.
  • the double row rolling bearing includes, for example, an inner ring having a raceway surface in the left and right rows, an outer ring having a spherical concave raceway surface, and spherical rollers arranged in a double row between the inner ring and the outer ring. It is preferable that it is a double row self-aligning roller bearing provided. As a result, a double row rolling bearing having alignment with respect to misalignment due to shaft sag or the like can be obtained.
  • the roller lengths in the left and right rows are different from each other, and the roller length on the side receiving a large axial load is increased.
  • the load capacity of the row having the spherical roller having a long roller length can be increased.
  • the roller diameters of the left and right rows are different from each other, and the roller diameter of the row on the side receiving a large axial load is increased.
  • the load capacity of the row having the spherical roller having a large roller diameter is increased.
  • the contact angles of the left and right rows are the same.
  • a symmetrical standard product can be used for the outer ring, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the right and left columns can be measured under the same measurement conditions when measuring the raceway diameter, surface roughness, roundness, etc. (hereinafter referred to as “dimensions etc.”) of the outer ring raceway surface. Can be performed efficiently.
  • the double-row rolling bearing is, for example, a double-row tapered roller bearing including an inner ring having raceways in the left and right rows, an outer ring, and tapered rollers arranged in a double row between the inner ring and the outer ring. It is preferable to have it.
  • the double row tapered roller bearing is preferably, for example, a back combination bearing in which the small diameter side ends of the tapered rollers in the left and right rows face each other.
  • the double row tapered roller bearing is preferably, for example, a back combination bearing in which the large diameter side ends of the tapered rollers in the left and right rows face each other.
  • the roller lengths of the left and right rows are different from each other, and the roller length of the row on the side receiving a large axial load is increased.
  • the roller diameters in the left and right rows are different from each other, and the roller diameter in the row on the side receiving a large axial load is increased.
  • the present invention uses the bearings in which the load capacities of the left and right rows are different from each other, thereby responding to the load condition of each row. Therefore, it is possible to obtain a reliable and long-life vertical shaft support structure.
  • FIG. 1 is a schematic view of a conventional wind speed booster.
  • FIG. 2A A view showing a pair of helical gears.
  • FIG. 2B is a diagram showing the direction of a load acting during rotation.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional turning speed reducer.
  • FIG. 2 is a view showing a double-row self-aligning roller bearing in which the roller lengths in the left and right rows are different from each other.
  • FIG. 5 is a bearing used in the helical gear support structure and the vertical shaft support structure according to the present invention, wherein the roller lengths are different from each other in the left and right rows, and the contact angles of the left and right rows of the bearings are the same. It is a figure showing a double row self-aligning roller bearing.
  • FIG. 6 shows a front row double row tapered roller bearing that is used in the helical gear support structure and the vertical shaft support structure according to the present invention and that has different roller lengths in the left and right rows.
  • FIG. 7 A bearing used in the helical gear support structure and the vertical shaft support structure according to the present invention, showing a double-row conical roller bearing with a back surface combination in which the roller lengths are different from each other in the left and right rows.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a wind power speed increaser according to another embodiment of the present invention.
  • the double row rolling bearing shown in FIG. 4 holds the inner ring 12, the outer ring 13, and the spherical rollers 14, 15 and the spherical rollers 14, 15 arranged in a double row between the inner ring 12 and the outer ring 13.
  • This is a double row spherical roller bearing 11 provided with a cage 16.
  • the inner ring 12 has a raceway surface along the outer diameter surface of each of the spherical rollers 14 and 15, and an intermediate flange 17.
  • the outer ring 13 is a common raceway surface along the outer diameter surface of the spherical rollers 14 and 15.
  • roller length L of spherical roller 15 is the same as the roller length L of spherical roller 14.
  • the contact angle ⁇ of the bearing l ib in the row is larger than the contact angle ⁇ of the bearing 11a in the left row.
  • the double-row self-aligning roller bearing 11 having the above-described configuration has a spherical bearing 15 on the side of the spherical roller 15 having a longer roller length by making the roller lengths different between the left and right rows.
  • Roller 14 It can be made larger than the bearing 11a on the side.
  • the axial load capacity of the bearings ib in the right row with the increased contact angles can be made larger than that in the bearings 11a in the left row.
  • the double-row rolling bearing shown in FIG. 5 is arranged in a double row between the inner ring 22 having a center collar 27, the outer ring 23 having a spherical concave raceway surface, and the inner ring 22 and the outer ring 23. It is equipped with spherical rollers 24 and 25 with different roller lengths in a row, L, and a cage 26 that holds the spherical rollers 24 and 25.
  • the force using a symmetric roller as the spherical roller is not limited to this.
  • the maximum radial position force of the roller The center in the length direction of the roller Asymmetrical rollers that do not exist in may be used.
  • an induced thrust load is generated when the double row spherical roller bearing receives a load, and the spherical roller is pressed against the center. Can be suppressed.
  • the inner ring has a center collar
  • the inner ring has a guide collar guided by the inner ring or the outer ring. As good as that.
  • the double-row rolling bearing shown in FIG. 6 includes an inner ring 32 that abuts the large-diameter side ends of two inner ring members, an outer ring 33 that abuts two outer ring members across a spacer 37, an inner ring 32, and A double-row tapered roller bearing 31 having tapered rollers 34 and 35 having different roller lengths in the left and right rows between outer rings 33 and a retainer 36 that holds the tapered rollers 34 and 35 in each row. .
  • each of the tapered rollers 34, 35 in the left and right rows is provided.
  • This is a front combination bearing with large diameter side ends facing each other.
  • the roller length L of the tapered roller 35 is set to the length of the tapered roller 34.
  • roller length is longer than L, the axial load carrying capacity is higher in the row of tapered rollers 35 having a longer roller length.
  • the inner ring 32 may be integrally formed.
  • the double-row rolling bearing shown in FIG. Different tapered rollers 44, 45 are arranged.
  • the tapered rollers 44 and 45 are double row tapered roller bearings 41 each having a retainer 46 that holds the tapered rollers 44 and 45 in each row.
  • the double row tapered roller bearing 41 is a rear combination bearing in which the small diameter side ends of the tapered rollers 44 and 45 of the left and right rows are aligned! /.
  • the roller length L of the tapered roller 44 is longer than the roller length L of the tapered roller 45.
  • FIG. 4 to 7 an example has been shown in which the load capacity is changed between the left and right rows of the bearing by making the roller lengths different between the left and right rows.
  • the left and right rows may have different roller diameters, or one roller may be a solid roller and the other roller may be a hollow roller having a through hole penetrating both end faces. Furthermore, by combining these, it is also effective to vary the load capacity between the left and right rows of the bearing.
  • the load capacity of the bearing on the larger roller diameter side can be increased.
  • the load capacity of the bearing on the side where the solid roller is disposed can be increased by using one of the left and right rows of the bearing as a solid roller and the other as a hollow roller.
  • the inner ring and the outer ring can be used as standard products, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the speed increaser 50 for a wind power generator includes an input shaft 51 that rotates together with a blade that receives wind power, an intermediate shaft 52, and a planetary gear mechanism 55 that accelerates the rotation of the input shaft 51 and transmits the rotation to the intermediate shaft 52.
  • a first speed increasing device comprising: intermediate shafts 52 and 53; an output shaft 54 connected to the generator; and parallel shafts connecting the intermediate shafts 52 and 53 and the output shaft 54 with helical gears 56 to 59.
  • a second speed increasing device of the gear mechanism is a first speed increasing device comprising: intermediate shafts 52 and 53; an output shaft 54 connected to the generator; and parallel shafts connecting the intermediate shafts 52 and 53 and the output shaft 54 with helical gears 56 to 59.
  • the planetary gear mechanism 55 is connected to the input shaft 51 via the sun gear 60 connected to the intermediate shaft 52, the internal gear 61 fixed to the housing, and the bearing 63. It consists of a planetary gear 62 that meshes with the toothed gear 61. Helical gears are used for the sun gear 60, the internal gear 61 and the planetary gear 62.
  • the intermediate shafts 52 and 53 and the output shaft 54 are supported by double-row rolling bearings 64 to 69 fixed to the housing, respectively.
  • the first speed increasing device rotates by meshing with the internal gear 61 when the planetary gear 62 revolves around the sun gear 60 as the input shaft 51 rotates.
  • the sun gear 60 transmits rotation of the input shaft 51 to the intermediate shaft 52 by meshing with the planetary gear 62 that rotates.
  • the greater the difference in the number of teeth between the sun gear 60 and the internal gear 61 the faster the rotation of the input shaft 51 is transmitted to the intermediate shaft 52.
  • the second speed increasing device transmits the rotation of the intermediate shaft 52 to the output shaft 54 via the intermediate shaft 53 by means of helical gears 56 to 59.
  • the rotation of the intermediate shaft 52 is accelerated and the output shaft is increased. Is transmitted to 54.
  • Spur gears may be used for some or all of the various gears used in the wind turbine speed increaser 50. However, by using helical gears, transmission is extremely smooth and vibration is achieved. It is possible to obtain a gearbox capable of transmitting a large force with less dynamic noise.
  • the input shaft 51, the intermediate shafts 52 and 53, and the output shaft 54 each receive an axial load due to the meshing of the helical gears. Therefore, by using the double-row rolling bearing shown in Figs. 4 to 7 as the double-row rolling bearing that supports each shaft, appropriate support according to the load condition of each row can be performed, so the reliability is high. A long-life wind generator gearbox can be obtained.
  • the double row rolling bearing 68 has a row closer to the helical gear 59. It is preferable to arrange the row on the side with the higher load capacity of the bearing in the row farther from the helical gear 59 of the double row rolling bearing S 69.
  • the double row rolling bearing shown in Fig. 7 is used for the double row rolling bearings 68 and 69, the double row rolling bearing 68 has a row farther from the helical gear 59 and a double row rolling bearing. Place the row with the higher load capacity of the bearing in the row closer to the helical gear 59 of the bearing 69.
  • Each of the embodiments shown in FIGS. 4 to 7 has a force applicable to the double row rolling bearing 105 that supports the output shaft 102 of the swivel reducer shown in FIG. It can also be applied to a vertical shaft support structure to be loaded.
  • the present invention is advantageously used in a helical gear support structure and a vertical shaft support structure.

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Description

明 細 書
はすば歯車支持構造、風力発電機用増速機および垂直軸支持構造 技術分野
[0001] この発明は、はすば歯車の支持構造およびはすば歯車を備える風力発電機用増 速機、並びに垂直軸支持構造および垂直軸を備える旋回減速機に関するものであ る。
背景技術
[0002] 風力発電機用の増速機として、例えば、特開 2000— 337246号公報に遊星歯車 機構を備える風力発電機用増速機が記載されている。同公報によると、風力発電機 用増速機 1は、図 1に示すように、風力を受けるブレードとともに回転する入力軸 2と、 複列転がり軸受 4によって支持され、発電機に接続された出力軸 3と、入力軸 2の回 転を増速して出力軸 3に伝達する遊星歯車機構 5とからなる。
[0003] 遊星歯車機構 5は、出力軸 3に接続された太陽歯車 6と、ハウジングに固定された 内歯歯車 7と、軸受 9を介して入力軸 2に接続され、太陽歯車 5および内歯歯車 6〖こ 嚙み合う遊星歯車 8とからなる。太陽歯車 6、内歯歯車 7および遊星歯車 8には、伝動 が極めて円滑で、振動音が少なぐ大きな力を伝えることができるはすば歯車が用い られている。
[0004] 遊星歯車 8は、入力軸 2の回転に伴って太陽歯車 6の周りを公転する際に、内歯歯 車 7と嚙み合うことにより自転する。太陽歯車 6は、自転する遊星歯車 8と嚙み合うこと により、入力軸 2の回転を出力軸 3に伝達する。このとき、太陽歯車 6と内歯歯車 7の 歯数の差が大きい程、入力軸 2の回転が増速されて出力軸 3に伝達される。
[0005] 図 2Aは、はすば歯車 71と、はすば歯車 72とを嚙み合わせた状態を示す図である 。はすば歯車 71が図の右側から見て時計回りに回転する場合、はすば歯車 71には 、はすば歯車 71およびはすば歯車 72の嚙み合いによって、図 2Bに示すように、ラジ アル方向の分力 Frとアキシアル方向の分力 Faとの合力である動力 Fが作用する。
[0006] これを、図 1の風力発電機用増速機 1に当てはめると、出力軸 3が複列転がり軸受 4 側から見て時計回りに回転する場合、複列転がり軸受 4は、太陽歯車 6から図の右方 向に向力うアキシアル荷重を受けることとなる。その結果、複列転がり軸受 4には、ラ ジアル荷重とアキシアル荷重の両方の支持能力が要求される。
[0007] このとき、複列転がり軸受 4の一方の列には、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方 が負荷されるのに対し、他方の列には専らラジアル荷重のみが負荷される。そのため 、高負荷側の列の転がり疲労寿命が短くなる。一方、軽負荷側の列では、ころと内外 輪の軌道面との間で滑りを生じ、表面損傷や摩耗の問題を引き起こす。大きな荷重 に対応するために軸受サイズを大きくすることが考えられるが、軽負荷側では余裕が 大きくなりすぎ、不経済である。
[0008] 油圧ショベル等が備える旋回体を旋回させるための旋回減速機は、例えば、特開 平 6— 330537号公報に記載されている。図 3は、同公報に記載されている旋回減速 機の図解的断面図である。
[0009] 図 3を参照して、旋回減速機 101は、油圧モータ等の動力発生装置に接続されて いる入力軸 102と、複列転がり軸受 105に支持され、入力軸 102の回転を歯車 106 に伝える出力軸 103と、入力軸 102の回転を減速して出力軸 103に伝達する遊星歯 車機構 104と、ハウジングに固定され、歯車 106に嚙み合う内歯歯車 111とを備え、 油圧ショベル等の旋回体内部に固定される。
[0010] 入力軸 102と、出力軸 103とは、垂直に支持された垂直軸である。ここで、垂直軸と は、厳密に鉛直方向に支持されている必要はなぐ鉛直方向からある程度の角度を もって支持される場合を含むものとする。
[0011] 遊星歯車機構 104は、入力軸 102に接続された太陽歯車 107と、ハウジングに固 定された内歯歯車 108と、軸受 110を介して出力軸 103に接続され、太陽歯車 107 および内歯歯車 108に嚙み合う遊星歯車 109と力もなる。
[0012] 図 3に示す旋回減速機 101は、以下のように作動する。
[0013] 太陽歯車 107が入力軸 102の回転に伴って回転することにより、太陽歯車 107と嚙 み合う遊星歯車 109が自転する。そして、遊星歯車 109が内歯歯車 108と嚙み合つ て、遊星歯車 109が内歯歯車 108に沿って公転をすることにより、入力軸 102の回転 が減速されて出力軸 103に伝達される。このとき、太陽歯車 107と内歯歯車 108の歯 数の差が大きい程、減速比が大きくなる。 [0014] 出力軸 103の回転に伴い、歯車 106が内歯歯車 111と嚙み合って、歯車 106が内 歯歯車 111に沿って公転することにより、旋回体が旋回する。
[0015] 図 3に示すような旋回減速機 101において、出力軸 103には、出力軸 103の自重 および旋回体等の重量により、鉛直下向きの荷重が負荷される。したがって、出力軸
103を支持する複列転がり軸受 105には、大きなアキシアル荷重負荷能力が要求さ れる。
[0016] そこで、旋回減速機 101の出力軸 103のような垂直軸を支持する軸受として、複列 自動調心ころ軸受ゃ複列円錐ころ軸受が用いられる。
[0017] ただし、アキシアル荷重は、複列転がり軸受の左右の列に不均等に負荷されるので 、高負荷側の列の転がり疲労寿命が短くなる。一方、軽負荷側の列では、ころと内外 輪の軌道面との間で滑りを生じ、表面損傷や摩耗の問題を引き起こす。大きな荷重 に対応するために軸受サイズを大きくすることが考えられるが、軽負荷側では余裕が 大きくなりすぎ、不経済である。
発明の開示
[0018] この発明の目的は、左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状況に 応じた適切な支持が行なえて、実質寿命を延長することができ、また、材料に無駄の ない経済的な複列転がり軸受を備えたはすば歯車支持構造、および、そのようなは すば歯車支持構造を備えた風力発電機用増速機を提供することである。
[0019] この発明の他の目的は、左右の列で異なる荷重が作用する環境で、各列の負荷状 況に応じた適切な支持が行なえて、実質寿命を延長することができ、また、材料に無 駄のない経済的な複列転がり軸受を備えた垂直軸支持構造を提供することである。
[0020] この発明に係るはすば歯車の支持構造は、中心軸を有するはすば歯車と、固定部 材に組み込まれ、中心軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備えたはすば歯 車支持構造である。複列転がり軸受に注目すると、左右の列で負荷容量を互いに異 ならせて、大きなアキシアル荷重を受ける側の列の負荷容量を大きくしたことを特徴と する。
[0021] 上記構成とすることにより、中心軸に作用する荷重の特性に応じた適正な支持が行 えるので、信頼性が高ぐ長寿命のはすば歯車支持構造が得られる。 [0022] 複列転がり軸受は、例えば、左右の列に軌道面を有する内輪と、球面状凹部の軌 道面を有する外輪と、内輪および外輪の間に複列に配置された球面ころとを備える 複列自動調心ころ軸受とするのが好ましい。これにより、軸の橈み等による芯ずれに 対して調心性を有する複列転がり軸受が得られる。
[0023] 好ましくは、複列自動調心ころ軸受は、左右の列でころ長さが互いに異なり、大きな アキシアル荷重を受ける側の列のころ長さを長くするとよい。これにより、ころ長さの長 い球面ころを有する列の負荷容量を高くすることができる。
[0024] 好ましくは、複列自動調心ころ軸受は、左右の列でころ径が互いに異なり、大きなァ キシアル荷重を受ける側の列のころ径を大きくするとよい。これにより、ころ径の大き い球面ころを有する列の負荷容量を高くすることができる。
[0025] さらに、複列自動調心ころ軸受は、左右の列の接触角を同一とするのが好ましい。
これにより、外輪に左右対称の標準品を使用することができるので、製造コストを抑え ることが可能となる。さらに、外輪の精度測定時に左右の列を同じ測定条件で測定す ることができるので、測定作業を効率的に行うことができる。
[0026] 複列転がり軸受は、例えば、左右の列に軌道面を有する内輪と、外輪と、内輪およ び外輪の間に複列に配置された円錐ころとを備える複列円錐ころ軸受とするのが好 ましい。
[0027] 複列円錐ころ軸受は、例えば、左右の列の円錐ころの小径側端部を向かい合わせ た背面組み合わせ軸受とするのが好ましい。この構成とすることにより、軸受の回転 中心線と、左右の列の円錐ころと内外輪の接触線との交点の距離 (以下、「作用点間 距離」という）が長くなるので、ラジアル荷重負荷能力やモーメント荷重負荷能力が向 上する。
[0028] 複列円錐ころ軸受は、例えば、左右の列の円錐ころの大径側端部を向かい合わせ た正面組み合わせ軸受とするのが好ま 、。
[0029] 好ましくは、複列円錐ころ軸受は、左右の列でころ長さが互いに異なり、大きなアキ シアル荷重を受ける側の列のころ長さを長くするとよい。
[0030] 好ましくは、円錐ころ軸受は、左右の列でころ径が互いに異なり、大きなアキシアル 荷重を受ける側の列のころ径を大きくするとよい。 [0031] この発明に係る風力発電機用増速機は、風力を受けるブレードの一端に固定され 、ブレードとともに回転する入力軸と、発電機に接続された出力軸と、入力軸および 出力軸の間に配置され、入力軸の回転を増速して出力軸に伝達する増速機構とを 備えた風力発電機用増速機である。増速機構は、動力伝達手段の一要素としての はすば歯車と、はすば歯車の軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備える。 複列転がり軸受に注目すると、左右の列で負荷容量を互いに異ならせて、大きなァ キシアル荷重を受ける側の列の負荷容量を大きくしたことを特徴とする。
[0032] この発明は、軸受の左右の列で異なる荷重が作用するはすば歯車支持構造にお いて、左右の列の負荷容量を互いに異ならせた軸受を使用することにより、各列の負 荷状況に応じた適切な支持が行なえるので、信頼性が高ぐ長寿命のはすば歯車支 持構造が得られる。
[0033] この発明に係る垂直軸支持構造は、垂直軸と、固定部材に組み込まれ、垂直軸を 回転自在に支持する複列転がり軸受とを備えた垂直軸支持構造である。複列転がり 軸受に注目すると、左右の列で負荷容量を互いに異ならせて、大きなアキシアル荷 重を受ける側の列の負荷容量を大きくしたことを特徴とする。
[0034] 上記構成とすることにより、垂直軸に作用する荷重の特性に応じた適正な支持が行 えるので、信頼性が高ぐ長寿命の垂直軸支持構造が得られる。
[0035] 複列転がり軸受は、例えば、左右の列に軌道面を有する内輪と、球面状凹部の軌 道面を有する外輪と、内輪および外輪の間に複列に配置された球面ころとを備える 複列自動調心ころ軸受であるとするのが好ましい。これにより、軸の橈み等による芯 ずれに対して調心性を有する複列転がり軸受が得られる。
[0036] 好ましくは、複列自動調心ころ軸受は、左右の列でころ長さが互いに異なり、大きな アキシアル荷重を受ける側の列のころ長さを長くするとよい。これにより、ころ長さの長 い球面ころを有する列の負荷容量を高くすることができる。
[0037] 好ましくは、複列自動調心ころ軸受は、左右の列でころ径が互いに異なり、大きなァ キシアル荷重を受ける側の列のころ径を大きくするとよい。これにより、ころ径の大き い球面ころを有する列の負荷容量を高くすることができる。
[0038] さらに、複列自動調心ころ軸受は、左右の列の接触角が同一とするのが好ましい。 これにより、外輪に左右対称の標準品を使用することができるので、製造コストを抑え ることが可能となる。さらに、外輪軌道面の軌道径、表面粗さ、真円度等 (以下、「寸 法等」という）の計測の際に左右の列を同じ計測条件で計測することができるので、計 測作業を効率的に行うことができる。
[0039] 複列転がり軸受は、例えば、左右の列に軌道面を有する内輪と、外輪と、内輪およ び外輪の間に複列に配置された円錐ころとを備える複列円錐ころ軸受であるとする のが好ましい。
[0040] 複列円錐ころ軸受は、例えば、左右の列の円錐ころの小径側端部を向かい合わせ た背面組み合わせ軸受とするのが好ましい。この構成とすることにより、軸受の回転 中心軸と、左右の列の円錐ころと内外輪の接触線との交点の距離 (以下、「作用点間 距離」という）が長くなるので、ラジアル荷重負荷能力やモーメント荷重負荷能力が向 上する。
[0041] 複列円錐ころ軸受は、例えば、左右の列の円錐ころの大径側端部を向かい合わせ た背面組み合わせ軸受とするのが好ま 、。
[0042] 好ましくは、複列円錐ころ軸受は、左右の列でころ長さが互いに異なり、大きなアキ シアル荷重を受ける側の列のころ長さを長くするとよい。
[0043] 好ましくは、円錐ころ軸受は、左右の列でころ径が互いに異なり、大きなアキシアル 荷重を受ける側の列のころ径を大きくするとよい。
[0044] この発明は、軸受の左右の列で異なる荷重が作用する垂直軸支持構造において、 左右の列の負荷容量を互いに異ならせた軸受を使用することにより、各列の負荷状 況に応じた適切な支持が行なえるので、信頼性が高ぐ長寿命の垂直軸支持構造が 得られる。
図面の簡単な説明
[0045] [図 1]従来の風力発電機用増速機の概略図である。
[図 2A]—対のはすば歯車を嚙み合わせた状態を示す図である。
[図 2B]回転時に作用する荷重の方向を示す図である。
[図 3]従来の旋回減速機の図解的断面図である。
[図 4]この発明に係るはすば歯車支持構造および垂直軸支持構造で使用される軸受 であって、左右の列でころ長さを互いに異ならせた複列自動調心ころ軸受を示す図 である。
[図 5]この発明に係るはすば歯車支持構造および垂直軸支持構造で使用される軸受 であって、左右の列でころ長さを互いに異ならせ、軸受の左右の列の接触角を同一 とした複列自動調心ころ軸受を示す図である。
[図 6]この発明に係るはすば歯車支持構造および垂直軸支持構造で使用される軸受 であって、左右の列でころ長さを互いに異ならせた正面組み合わせの複列円錐ころ 軸受を示す概略図である。
[図 7]この発明に係るはすば歯車支持構造および垂直軸支持構造で使用される軸受 であって、左右の列でころ長さを互いに異ならせた背面組み合わせの複列円錐ころ 軸受を示す概略図である。
[図 8]この発明の他の実施の形態に係る風力発電機用増速機を示す概略図である。 発明を実施するための最良の形態
[0046] 図 4を参照して、この発明に係るはすば歯車支持構造および垂直軸支持構造、例 えば、図 1に示す風力発電機用増速機 1や図 3に示す旋回減速機 101に使用する複 列転がり軸受を説明する。
[0047] 図 4に示す複列転がり軸受は、内輪 12と、外輪 13と、内輪 12および外輪 13の間に 複列に配置された球面ころ 14, 15と、球面ころ 14, 15を保持する保持器 16とを備え る複列自動調心ころ軸受 11である。
[0048] 内輪 12は、球面ころ 14, 15それぞれの外径面に沿う軌道面と、中鍔 17とを有し、 外輪 13は、球面ころ 14, 15の外径面に沿う共通の軌道面を有する。球面ころ 14, 1
5のころ長さ L , Lに関しては、球面ころ 15のころ長さ Lを球面ころ 14のころ長さ L
1 2 2 1 より長くしている。
[0049] さらに、軸受中心軸に垂直な平面と、内輪 12および外輪 13によって左右の列の球 面ころ 14, 15へ伝えられる合力の作用線とがなす接触角 θ , Θ に関しては、右側
1 2
列の軸受 l ibの接触角 Θ を左側列の軸受 11aの接触角 Θ より大きくしている。
2 1
[0050] 上記構成の複列自動調心ころ軸受 11は、ころ長さを左右の列で互いに異ならせる ことにより、ころ長さを長くした球面ころ 15の側の軸受 l ibの負荷容量を球面ころ 14 の側の軸受 11aよりも大きくすることができる。さらに、左右の列の接触角を互いに異 ならせることにより、接触角を大きくした右側列の軸受 l ibのアキシアル荷重負荷能 力を左側列の軸受 11aよりも大きくすることができる。
[0051] 次に、図 5を参照して、この発明に係るはすば歯車支持構造および垂直軸支持構 造に使用する複列転がり軸受の他の形態を説明する。
[0052] 図 5に示す複列転がり軸受は、中鍔 27を有する内輪 22と、球面状凹部の軌道面を 有する外輪 23と、内輪 22および外輪 23の間に複列に配置され、左右の列でころ長 さし , Lの異なる球面ころ 24, 25と、球面ころ 24, 25を保持する保持器 26とを備え
1 2
る複列自動調心ころ軸受 21である。
[0053] さらに、左右の列の軸受 21a, 21bの接触角 θ , Θ は同一である。これにより、外
1 2
輪 23に左右対称の標準品を使用することができるので、製造コストを抑えることが可 能となる。さらに、外輪 23の精度測定時に左右の列を同じ測定条件で測定すること ができるので、測定作業を効率的に行うことができる。
[0054] また、図 4および図 5に示す複列自動調心ころ軸受においては、球面ころには対称 ころを用いた力 これに限ることなぐころの最大径位置力 ころの長さ方向の中央に 存在しない非対称ころを用いてもよい。非対称ころを用いた場合、複列自動調心ころ 軸受が荷重を受けたときに誘起スラスト荷重が発生し、球面ころが中鍔に押し当てら れるから、球面ころの姿勢が安定し、スキューを抑制することができる。
[0055] さらには、内輪に中鍔を有する例を示したが、これに限ることなぐ内輪に中鍔を有 しな 、ものとしてもよ 、し、内輪若しくは外輪によって案内される案内輪を有するもの としてちよい。
[0056] 次に、図 6を参照して、この発明に係るはすば歯車支持構造および垂直軸支持構 造に使用する複列転がり軸受の他の形態を説明する。
[0057] 図 6に示す複列転がり軸受は、 2つの内輪部材の大径側端部を突き合わせた内輪 32と、間座 37を挟んで 2つの外輪部材を突き合わせた外輪 33と、内輪 32および外 輪 33の間に左右の列でころ長さが互いに異なる円錐ころ 34, 35と、各列の円錐ころ 34, 35をそれぞれ保持する保持器 36とを備えた複列円錐ころ軸受 31である。
[0058] また、複列円錐ころ軸受 31においては、左右の列の円錐ころ 34, 35のそれぞれの 大径側端部を向かい合わせた正面組み合わせ軸受である。
[0059] 上記の構成の複列円錐ころ軸受 31では、円錐ころ 35のころ長さ Lを円錐ころ 34の
2
ころ長さ Lより長くしたので、ころ長さの長い円錐ころ 35の列ではアキシアル荷重負 荷能力が高くなる。
[0060] なお、図 6に示す複列円錐ころ軸受 31においては、内輪 32を一体として形成する こととしてちよい。
[0061] 図 4〜図 6に示す複列転がり軸受を、図 1に示す風力発電機用増速機 1の軸受 4に 適用する場合、軸受の負荷容量を高くした側を遊星歯車機構 5から遠いほうに配置 する。また、図 3に示す旋回減速機 101の複列転がり軸受 105に適用する場合、軸 受のアキシャル荷重負荷能力の高い側を下側に配置する。そうすることで、各列の負 荷状況に応じた適切な支持が行えるので、信頼性が高ぐ長寿命のはすば歯車支持 構造および垂直軸支持構造が得られる。
[0062] 次に、図 7を参照して、この発明に係るはすば歯車支持構造および垂直軸支持構 造に使用する複列転がり軸受の他の形態を説明する。
[0063] 図 7に示す複列転がり軸受は、 2つの内輪部材の小径側端部を突き合わせた内輪 42と、外輪 43と、内輪 42および外輪 43の間に左右の列でころ長さが互いに異なる 円錐ころ 44, 45が配置されている。円錐ころ 44, 45は、各列の円錐ころ 44, 45をそ れぞれ保持する保持器 46とを備えた複列円錐ころ軸受 41である。
[0064] また、複列円錐ころ軸受 41は、左右の列の円錐ころ 44, 45のそれぞれの小径側端 部を向か!/、合わせた背面組み合わせ軸受である。
[0065] 上記の構成の複列円錐ころ軸受 41では、円錐ころ 44のころ長さ Lを円錐ころ 45の ころ長さ Lより長くしたので、ころ長さの長い円錐ころ 44の列ではアキシアル荷重負
2
荷能力が高くなる。
[0066] また、複列円錐ころ軸受 41は、背面組み合わせとすることにより、軸受の作用点間 距離が長くなるので、ラジアル荷重負荷能力やモーメント荷重負荷能力が向上する。
[0067] この複列円錐ころ軸受 41を、図 1に示す風力発電機用増速機 1の軸受 4に適用す る場合、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を支持することができる軸受 41aを、 遊星歯車機構 5から近いほうに配置する。そうすることで、各列の負荷状況に応じた 適切な支持が行えるので、信頼性が高ぐ長寿命のはすば歯車支持構造が得られる
[0068] また、この複列円錐ころ軸受 41を、図 3に示す旋回減速機 101の複列転がり軸受 1 05に適用する場合、アキシアル荷重負荷能力の高い軸受 41aを上側に配置する。 そうすることで、各列の負荷状況に応じた適切な支持が行えるので、信頼性が高ぐ 長寿命の垂直軸支持構造が得られる。
[0069] 図 4〜図 7の各実施形態において、左右の列でころ長さを互いに異ならせることに より、軸受の左右の列で負荷容量を異ならせる例を示したが、他の方法として、左右 の列でころ径を互いに異ならせてもよいし、一方のころを中実ころとし、他方のころを 両端面に貫通する貫通孔を有する中空ころとしてもよい。さらには、これらを組み合わ せることによって、軸受の左右の列で負荷容量を異ならせることも有効である。
[0070] 軸受の左右の列でころ径を互いに異ならせることにより、ころ径の大きい側の軸受 の負荷容量を大きくすることができる。また、軸受の左右の列の一方を中実ころ、他 方を中空ころとすることにより、中実ころが配置された側の軸受の負荷容量を大きくす ることができる。また、軸受の左右の列でころ長さおよびころ径が同一のころを用いる ことができるので、内輪および外輪を標準品とすることができ、製造コストを抑えること が可能となる。
[0071] 次に、図 8を参照して、この発明に係るはすば歯車支持構造として、風力発電機用 増速機の構成について説明する。
[0072] 風力発電機用増速機 50は、風力を受けるブレードとともに回転する入力軸 51と、 中間軸 52と、入力軸 51の回転を増速して中間軸 52に伝達する遊星歯車機構 55と からなる第 1増速装置と、中間軸 52, 53と、発電機に接続された出力軸 54と、中間 軸 52, 53および出力軸 54をはすば歯車 56〜59によって連結する平行軸歯車機構 の第 2増速装置とを備える。
[0073] 遊星歯車機構 55は、中間軸 52に接続された太陽歯車 60と、ハウジングに固定さ れた内歯歯車 61と、軸受 63を介して入力軸 51に接続され、太陽歯車 60および内歯 歯車 61に嚙み合う遊星歯車 62とからなる。太陽歯車 60、内歯歯車 61および遊星歯 車 62には、はすば歯車が用いられている。 [0074] 中間軸 52, 53および出力軸 54は、それぞれハウジングに固定された複列転がり軸 受 64〜69により支持されている。
[0075] 第 1増速装置は、遊星歯車 62が入力軸 51の回転に伴って太陽歯車 60の周りを公 転する際に、内歯歯車 61と嚙み合うことにより自転する。太陽歯車 60は、自転する遊 星歯車 62と嚙み合うことにより、入力軸 51の回転を中間軸 52に伝達する。このとき、 太陽歯車 60と内歯歯車 61の歯数の差が大きい程、入力軸 51の回転が増速されて 中間軸 52に伝達される。
[0076] 第 2増速装置は、中間軸 52の回転をはすば歯車 56〜59により、中間軸 53を介し て出力軸 54に伝達する。このとき、はすば歯車 56とはすば歯車 57、および、はすば 歯車 58とはすば歯車 59の歯数の差が大きい程、中間軸 52の回転が増速されて出 力軸 54に伝達される。
[0077] 風力発電機用増速機 50で使用される各種歯車について、その一部または全部に 平歯車を用いてもよいが、はすば歯車を用いることにより、伝動が極めて円滑で、振 動音が少なぐ大きな力を伝えることが可能な増速機を得ることができる。
[0078] 上記の風力発電機用増速機 50において、入力軸 51、中間軸 52, 53、出力軸 54 は、それぞれ、はすば歯車の嚙み合いによりアキシアル方向荷重を受けることになる 。そこで、各軸を支持する複列転がり軸受として、図 4〜図 7に示す複列転がり軸受を 使用することによって、各列の負荷状況に応じた適切な支持が行えるので、信頼性 が高ぐ長寿命の風力発電機用増速機が得られる。
[0079] 以下、出力軸 54を支持する複列転がり軸受に図 4〜図 7に示す複列転がり軸受を 適用する場合について、説明する。
[0080] 出力軸 54が複列転がり軸受 69側力も見て時計回りに回転する場合、出力軸 54は 、はすば歯車 59から図の右方向に向力 アキシアル荷重を受けることになる。
[0081] この場合において、複列転がり軸受 68, 69に図 4〜図 6に示す複列転がり軸受を 使用する場合には、複列転がり軸受 68のはすば歯車 59に近いほうの列と、複列転 力 Sり軸受 69のはすば歯車 59から遠いほうの列とに軸受の負荷容量の高い側の列を 配置するとよい。一方、複列転がり軸受 68, 69に図 7に示す複列転がり軸受を使用 する場合には、複列転がり軸受 68のはすば歯車 59から遠いほうの列と、複列転がり 軸受 69のはすば歯車 59に近いほうの列とに軸受の負荷容量の高い側の列を配置 するとよ 、。
[0082] 図 4〜図 7の各実施形態は、図 3に示す旋回減速機の出力軸 102を支持する複列 転がり軸受 105に適用可能である力 これに限ることなぐ重力によってアキシアル荷 重が負荷される垂直軸支持構造にも適用可能である。
[0083] 以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明した力 この発明は、図示した実 施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲 内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形をカ卩えることが可 能である。
産業上の利用可能性
[0084] この発明は、はすば歯車の支持構造および垂直軸支持構造において有利に利用 される。

Claims

請求の範囲
[1] 中心軸を有するはすば歯車と、
固定部材に組み込まれ、前記中心軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備 えた、はすば歯車支持構造において、
前記複列転がり軸受は、左右の列で負荷容量を互いに異ならせて、大きなアキシ アル荷重を受ける側の列の負荷容量を大きくしたことを特徴とする、はすば歯車支持 構造。
[2] 前記複列転がり軸受は、左右の列に軌道面を有する内輪と、球面状凹部の軌道面 を有する外輪と、前記内輪および前記外輪の間に複列に配置された球面ころとを備 える複列自動調心ころ軸受である、請求項 1に記載のはすば歯車支持構造。
[3] 前記複列自動調心ころ軸受は、左右の列でころ長さが互いに異なり、大きなアキシ アル荷重を受ける側の列のころ長さを長くした、請求項 2に記載のはすば歯車支持 構造。
[4] 前記複列自動調心ころ軸受は、左右の列でころ径が互いに異なり、大きなアキシァ ル荷重を受ける側の列のころ径を大きくした、請求項 2に記載のはすば歯車支持構 造。
[5] 前記複列自動調心ころ軸受は、左右の列の接触角が同一である、請求項 2に記載 のはすば歯車支持構造。
[6] 前記複列転がり軸受は、左右の列に軌道面を有する内輪と、外輪と、前記内輪およ び前記外輪の間に複列に配置された円錐ころとを備える複列円錐ころ軸受である、 請求項 1に記載のはすば歯車支持構造。
[7] 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列の円錐ころの小径側端部を向かい合わせた 背面組み合わせ軸受である、請求項 6に記載のはすば歯車支持構造。
[8] 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列の円錐ころの大径側端部を向かい合わせた 正面組み合わせ軸受である、請求項 6に記載のはすば歯車支持構造。
[9] 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列でころ長さが互いに異なり、大きなアキシアル 荷重を受ける側の列のころ長さを長くした、請求項 6に記載のはすば歯車支持構造。
[10] 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列でころ径が互いに異なり、大きなアキシアル荷 重を受ける側の列のころ径を大きくした、請求項 6に記載のはすば歯車支持構造。
[11] 風力を受けるブレードの一端に固定され、ブレードとともに回転する入力軸と、 発電機に接続された出力軸と、
前記入力軸および前記出力軸の間に配置され、前記入力軸の回転を増速して前 記出力軸に伝達する増速機構とを備えた風力発電機用増速機において、
前記増速機構は、動力伝達手段の一要素としてのはすば歯車と、前記はすば歯車 の軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備え、
前記複列転がり軸受は、左右の列で負荷容量を互いに異ならせて、大きなアキシ アル荷重を受ける側の列の負荷容量を大きくしたことを特徴とする、風力発電機用増 速機。
[12] 垂直軸と、
固定部材に組み込まれ、前記垂直軸を回転自在に支持する複列転がり軸受とを備 えた垂直軸支持構造にお!ヽて、
前記複列転がり軸受は、左右の列で負荷容量を互いに異ならせて、大きなアキシ アル荷重を受ける側の列の負荷容量を大きくしたことを特徴とする、垂直軸支持構造
[13] 前記複列転がり軸受は、左右の列に軌道面を有する内輪と、球面状凹部の軌道面 を有する外輪と、前記内輪および前記外輪の間に複列に配置された球面ころとを備 える複列自動調心ころ軸受である、請求項 12に記載の垂直軸支持構造。
[14] 前記複列自動調心ころ軸受は、左右の列でころ長さが互いに異なり、大きなアキシ アル荷重を受ける側の列のころ長さを長くした、請求項 13に記載の垂直軸支持構造
[15] 前記複列自動調心ころ軸受は、左右の列でころ径が互いに異なり、大きなアキシァ ル荷重を受ける側の列のころ径を大きくした、請求項 13に記載の垂直軸支持構造。
[16] 前記複列自動調心ころ軸受は、左右の列の接触角が同一である、請求項 13に記 載の垂直軸支持構造。
[17] 前記複列転がり軸受は、左右の列に軌道面を有する内輪と、外輪と、前記内輪およ び前記外輪の間に複列に配置された円錐ころとを備える複列円錐ころ軸受である、 請求項 12に記載の垂直軸支持構造。
[18] 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列の円錐ころの小径側端部を向かい合わせた 背面組み合わせ軸受である、請求項 17に記載の垂直軸支持構造。
[19] 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列の円錐ころの大径側端部を向かい合わせた 正面組み合わせ軸受である、請求項 17に記載の垂直軸支持構造。
[20] 前記複列円錐ころ軸受は、左右の列でころ長さが互いに異なり、大きなアキシアル 荷重を受ける側の列のころ長さを長くした、請求項 17に記載の垂直軸支持構造。
[21] 前記円錐ころ軸受は、左右の列でころ径が互いに異なり、大きなアキシアル荷重を 受ける側の列のころ径を大きくした、請求項 17に記載の垂直軸支持構造。
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