WO2011046046A1 - 遊星軸受構造 - Google Patents

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西田 英朗
秀一 諫山
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a planetary bearing structure applied to, for example, a step-up gear of a wind power generator.
  • a wind turbine generator is a device that generates power by a generator that is driven by rotating a rotor head provided with wind turbine blades by receiving wind force and increasing the speed of the rotation by a gearbox.
  • An example of a speed up gear that speeds up the rotation of the rotor head is a planetary planetary gear speed increasing mechanism.
  • the planetary planetary gear speed increasing mechanism includes a plurality of planetary gears attached to a carrier that rotates integrally with an input shaft, and the planetary gear is mounted on a sun gear that rotates integrally with an output shaft and a housing of the speed increaser. It is configured to revolve by meshing with a fixed internal gear.
  • the planetary planetary gear speed increasing mechanism increases the number of rotations (revolution of the planetary gear) of the carrier connected to the input shaft according to the gear ratio set for the planetary gear, the sun gear, and the internal gear. It is an apparatus which outputs from the output shaft connected with the sun gear.
  • Each of the planetary gears of the planetary planetary speed increasing mechanism described above is rotatably supported by a carrier via a planetary bearing.
  • a rolling bearing or a sliding bearing is usually used.
  • a sliding bearing 50 is used by being attached to the inner peripheral surface of the planetary gear 40, and the outer periphery of the planetary pin 30 fixed to the carrier 21 side. Rotate.
  • the sliding bearing 50 rotates together with the planetary gear 40, thereby generating lubricating oil pressure in the bearing. Therefore, the sliding surface of the sliding bearing 50 can prevent contact with the planetary pin 30 by the pressure of the lubricating oil.
  • the sliding bearing 50 when adopted as the planetary bearing, forced lubrication is normally required for the bearing portion. Therefore, lubrication that reliably supplies the lubricating oil to the sliding surface using a lubricating oil pump (not shown) or the like is required. Structure is adopted. In the planetary bearing structure shown in FIG. 11, since lubricating oil is supplied to the sliding surface of the sliding bearing 50 from an oil supply device (not shown), as shown by a broken line in the drawing, the carrier 21 passes through the axial center portion of the planetary pin 30. A lubricating oil channel 60 is formed.
  • the lubricating oil flow path 60 includes radial oil supply holes 61 formed inside the planetary pin 30 in order to supply the lubricating oil to the oil supply groove 31 provided on the outer peripheral surface of the planetary pin 30.
  • symbol 31a in a figure is the chamfer formed in the axial direction both ends of the oil supply groove
  • the sliding bearing 50 when used for the planetary bearing, it is inevitable that the planetary pin 30 contacts the sliding surface of the sliding bearing 50 when the sliding bearing 50 that rotates integrally with the planetary gear 40 is rotated at a low speed. For this reason, as a material used for the sliding surface of the sliding bearing 50, a soft alloy or a resin-based material is employed. However, in the sliding bearing 50, since the contact between the sliding surface (bearing surface) and the planetary pin 30 is unavoidable, the sliding surface is worn. As a result, abrasion powder of the sliding surface material is generated on the sliding surface of the sliding bearing 50. Therefore, if the abrasion powder is not smoothly discharged from the sliding surface of the sliding bearing 50, the abrasion powder is involved and further wear is promoted. Will be.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to eliminate wear powder generated by contact between a bearing surface and a planetary pin in a planetary bearing using a sliding bearing for a bearing. Another object is to provide a planetary bearing structure that can be smoothly discharged from the sliding surface (bearing surface).
  • a planetary bearing structure includes a sliding bearing attached to an inner peripheral surface of a shaft hole of a planetary gear, and the planetary gear rotates around the planetary pin fixed to a carrier via the sliding bearing. 1 or a plurality of oil supply grooves formed so as to extend in the axial direction on the outer peripheral surface of the planetary pin, and a lubricating oil supply outlet opening in the oil supply groove so as to forcibly supply the lubricating oil to the oil supply groove And a discharge path for foreign matter trapping that communicates from the oil supply groove to the downstream side in the rotational direction of the planetary gear and is shallower than the oil supply groove.
  • one or a plurality of oil supply grooves extending in the axial direction are formed on the outer peripheral surface of the planetary pin, and the lubricating oil supply outlet of the lubricating path for forcibly supplying the lubricating oil to the oil supply groove is provided.
  • the lubricating oil supply outlet of the lubricating path for forcibly supplying the lubricating oil to the oil supply groove.
  • it communicates from the oil supply groove to the downstream side in the rotation direction of the planetary gear, and a discharge groove for trapping foreign matter shallower than the oil supply groove is provided, so that a pressure flow that flows backward from the shallow discharge groove to the oil supply groove is generated
  • foreign matter can be trapped in the oil supply groove.
  • the discharge groove communicating from the oil supply groove to the wake side is preferably provided to be inclined at least to one of the left and right with respect to the rotation direction, whereby the discharge is inclined from the rotation direction.
  • the groove functions as a spiral groove, and a pressure flow that flows backward from the discharge groove toward the oil supply groove can be generated to trap foreign matter in the oil supply groove.
  • the discharge groove communicating from the oil supply groove to the downstream side is preferably adjacent to the oil supply groove in the circumferential direction, and thereby flows backward from the shallow discharge groove toward the oil supply groove. Since the pressure flow is generated, the foreign matter can be reliably trapped in the oil supply groove arranged in the axial direction with the discharge groove.
  • the discharge groove preferably has a cross-sectional shape that generates a back flow in the lubricating oil to form a pressure flow for guiding foreign matter to the oil supply groove.
  • a stronger pressure flow that flows backward in the direction of the groove is generated, and foreign matter can be reliably trapped in the oil supply groove.
  • the discharge groove for foreign matter trap that is communicated from the oil supply groove to the downstream side in the rotation direction of the planetary gear and shallower than the oil supply groove is provided.
  • a pressure flow that flows backward from the shallow discharge groove toward the oil supply groove is generated, and foreign matter can be trapped in the oil supply groove by this flow.
  • the abrasion powder generated by the contact between the sliding surface of the sliding bearing (bearing surface) and the planetary pin is smoothly discharged from the lubrication groove of the bearing surface together with the lubricating oil. It is possible to prevent a typical bearing damage and provide a planetary bearing structure having excellent reliability and durability. If this planetary bearing structure is applied to a speed increaser or the like of a wind power generator, damage to the slide bearing is prevented or suppressed, and the reliability and durability of the speed increaser and the wind power generator are improved.
  • FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A. It is a figure which shows the outline
  • FIG. 6B is an enlarged sectional view taken along line AA in FIG. 6A. It is sectional drawing of the principal part which shows the lubrication structure of the slide bearing in 3rd Embodiment of the planetary bearing structure which concerns on this invention.
  • FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7A. It is sectional drawing which shows the 1st modification of cross-sectional shape about the discharge groove
  • a wind turbine generator 1 shown in FIG. 4 includes a tower (also referred to as a “post”) 2 erected on the foundation B, a nacelle 3 installed at the upper end of the tower 2, and a substantially horizontal lateral rotation axis. And a rotor head 4 which is rotatably supported around and provided on the front end side of the nacelle 3.
  • a plurality of (for example, three) wind turbine blades 5 are attached to the rotor head 4 in a radial pattern around its rotational axis.
  • An anemometer 7 for measuring the peripheral wind speed value and an anemometer 8 for measuring the wind direction are installed at appropriate positions (for example, the upper part) of the outer surface of the nacelle 3.
  • a speed increaser 10 connected to the rotor head 4 via the main shaft 9 and a generator 12 connected to the output shaft 11 of the speed increaser 10 are provided. is set up. In other words, the rotational speed of the rotor head 4 is transmitted to the speed increaser 10 connected via the main shaft 9, thereby increasing the speed of the output shaft 11 side of the speed increaser 10. Then, when the generator 12 is driven at the output speed increased through the speed increaser 10, the electric power generated by the power generator 12 can be obtained. Furthermore, a windmill control device 13 that performs various operation controls of the wind turbine generator 1 is provided inside the nacelle 3.
  • the above-described speed increaser 10 is generally configured by combining a plurality of speed increasing mechanisms, and the rotation speed of the main shaft 9 serving as an input shaft is the final output speed of the output shaft 11 through a plurality of speed increases. It is increased to.
  • FIGS. 2 and 3 show, as an example of a planetary gear device to which the planetary bearing structure of the present invention is applied, for example, a planetary planetary gear device (hereinafter referred to as “planetary type”) that performs the first stage speed increase of the speed increaser 10 described above. 20) (referred to as "speed increaser").
  • planetary type planetary planetary gear device
  • speed increaser the carrier 21 is connected to the main shaft 9 and rotates.
  • three planetary pins 30 are fixed to the carrier 21, and the planetary gear 40 is rotatably attached to each planetary pin 30 via a sliding bearing 50 and a bearing back metal 51 of the sliding bearing 50. ing. Note that the relationship between the planetary pin 30 and the sliding bearing 50 in FIG. 3 (difference between the inner diameter and the outer diameter) is extremely shown for the sake of illustration.
  • the planetary gearbox 20 includes three planetary gears 40 attached to a carrier 21 that rotates integrally with the main shaft 9 that serves as an input shaft.
  • the planetary gear 40 rotates integrally with the output shaft 22.
  • the sun gear 23 and the internal gear 25 fixed to the housing 24 are engaged with each other and revolved. That is, the planetary gearbox 20 rotates the carrier 21 connected to the main shaft (input shaft) 9 (revolution of the planetary gear) according to the gear ratio set for the planetary gear 40, the sun gear 23, and the internal gear 25. )
  • the number of revolutions is increased, and the increased number of revolutions is output from an output shaft 22 connected to the sun gear 23 to a two-stage speed increasing mechanism (not shown).
  • lubricating oil is stored up to, for example, the lubricating oil surface Lo shown in FIG. It is desirable that the lubricating oil surface Lo has such a depth that at least the shaft hole 40a of the revolving planetary gear 40 can be bathed in the lubricating oil.
  • the planetary gearbox 20 described above includes a planetary bearing structure in which the planetary pin 30 rotatably supports the planetary gear 40 as shown in FIGS. 1A and 1B, for example. That is, the illustrated planetary bearing structure includes a planetary pin 30 fixed to a carrier (not illustrated) and a planetary gear 40 having a sliding bearing 50 attached to the inner peripheral surface of the shaft hole 40a. The planetary gear 40 is configured to be rotatably supported via the intermediate gear.
  • the sliding bearing 50 in this case has a structure in which, for example, PEEK (polyether ether ketone) resin is attached to the inner peripheral surface of the bearing back metal 51.
  • PEEK polyether ether ketone
  • the planetary bearing structure shown in FIGS. 1A and 1B includes the slide bearing 50 attached to the inner peripheral surface of the shaft hole 40 a provided in the planetary gear 40, and the planetary gear 40 is connected to the carrier via the slide bearing 50.
  • the planetary pin 30 fixed to 21 is configured to rotate about an axis.
  • an oil supply groove 31 extending in the axial direction is formed on the outer peripheral surface of the planetary pin 30.
  • One or a plurality of the oil supply grooves 31 are formed in the circumferential direction of the planetary pin 30 (for example, two places at a 180 degree pitch or four places at a 90 degree pitch), and the groove depth is usually about several millimeters. Is done.
  • chamfers 31a are provided at both axial ends of the oil supply groove 31 so that the groove depth gradually decreases toward both axial ends.
  • the oil supply groove 31 described above is connected to an oil supply device such as a lubricating oil pump (not shown) via a lubricating oil passage 60. That is, the planetary bearing structure shown in FIGS. 1A and 1B performs forced lubrication in which the lubricating oil supplied from the oil supply device is supplied from the oil supply groove 31 to the sliding surface of the slide bearing 50.
  • a lubricating path comprising a lubricating oil flow path 60 formed so as to pass through the axial center of this shaft and a radial oil supply hole (lubricating oil supply outlet) 61 formed in the planetary pin 30 is provided. ing.
  • the above-described oil supply groove 31 has an oil supply hole 61 serving as a lubricant supply outlet of a lubrication path for forcibly supplying the lubricant.
  • a foreign matter trap discharge groove 32 shallower than the oil supply groove is provided on the outer peripheral surface of the planetary pin 30.
  • the discharge groove 32 is one or a plurality of grooves communicating from the oil supply groove 31 to the downstream side in the rotation direction of the planetary gear 40 (see the arrow in the figure), and has a groove cross-sectional shape such as a rectangular cross section or a semicircular cross section. And has a groove depth of about 100 ⁇ m.
  • two discharge grooves 32 are provided, and in each discharge groove 32, the end on the downstream side in the rotation direction is directed toward both ends of the planetary pin 30 with respect to the rotation direction.
  • the arrangement is such that it covers an axial region that is inclined and substantially the same as or longer than the length of the sliding bearing 50.
  • one or a plurality of oil supply grooves 31 extending in the axial direction are formed on the outer peripheral surface of the planetary pin 30, and an oil supply hole serving as a lubricant supply outlet of a lubrication path for forcibly supplying the lubricant to the oil supply groove 31.
  • 61 is opened, and the planetary bearing structure is provided with a discharge groove 32 for trapping foreign matter shallower than the oil supply groove 31 and communicated from the oil supply groove 31 to the downstream side in the rotational direction of the planetary gear 40. Therefore, the groove depth is reduced. The pressure flow that flows backward from the discharged groove 32 toward the oil supply groove 31 is generated.
  • the discharge groove 32 is formed in a range substantially equal to or greater than the width of the sliding bearing 50, the sliding bearing 50 rotates together with the planetary gear 40, so that the foreign matter F existing on the sliding surface is reliably removed. Therefore, the foreign oil F existing on the sliding surface can be reliably trapped in the lubricating oil flow flowing backward in the direction of the oil supply groove 31.
  • the foreign matter F trapped in the oil supply groove 31 is discharged to the outside of the sliding surface through the circulation passage of the lubricating oil that is forcibly lubricated.
  • the above-described discharge groove 32 is provided to be inclined to at least one of the left and right with respect to the rotation direction. That is, as shown in FIG. 1A, the discharge groove 32 is arranged to open left and right from the vicinity of the center of the oil supply groove 31 toward the downstream side in the rotation direction, on the contrary, the position on the downstream side near the center of the oil supply groove 31. To the both ends of the oil supply groove 31 to the left and right, or an arrangement in which the oil supply groove 31 is inclined substantially parallel to either the left or right direction.
  • the discharge groove 32 that is inclined to the left and right with respect to the rotation direction functions as a spiral groove by the rotation of the sliding bearing 50, and therefore, the pressure that flows backward from the discharge groove 32 toward the oil supply groove 31.
  • the discharge groove 32 functioning as a spiral groove further accelerates (pressurizes) the pressure flow of the lubricating oil generated by the above-described difference in groove depth, so that a stronger pressure flow is generated and the foreign matter F is surely removed. Can be trapped.
  • channel 32 mentioned above is not limited to two shown in figure, You may provide only one or it is good also as three or more.
  • the above-described discharge groove 32 has a cross-sectional shape, for example, a triangular cross-section, for example, as shown in FIG. 8 to FIG.
  • a cross-sectional shape capable of forming an inclined surface (taper).
  • the depth of the groove is about 100 ⁇ m at the deepest portion as in the case of the discharge groove 32 described above.
  • the discharge groove 32A of the first modification shown in FIG. 8 has a substantially right-angled triangular cross section in which the groove depth gradually decreases in the rotational direction of the sliding bearing 50 and the planetary gear 40, and the inclined surface formed in the discharge groove 32A.
  • the action of 33 further promotes the formation of a pressure flow that causes a reverse flow in the lubricating oil and guides the foreign matter F to the oil supply groove 31.
  • a stronger lubricating oil pressure flow is formed in cooperation with the above-described formation of the pressure flow by the spiral groove, so that the foreign matter F can be trapped in the oil supply groove 31 more smoothly and reliably.
  • the discharge groove 32B of the second modification shown in FIG. 9 has a substantially right-angled triangular cross section opposite to that of the first modification, and the inclined surface 33 formed in the discharge groove 32B also causes a reverse flow to the lubricating oil. It is possible to further promote the formation of a pressure flow that is generated and guides the foreign matter F to the oil supply groove 31.
  • the discharge groove 32C of the third modification shown in FIG. 10 has a substantially isosceles triangular cross-section integrated by combining the cross-sectional shapes of the first modification and the second modification, and is formed in the discharge groove 32C. The two inclined surfaces 33 can further promote the formation of a pressure flow that causes a reverse flow in the lubricating oil and guides the foreign matter F to the oil supply groove 31.
  • a second embodiment of the planetary bearing structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
  • the above-described lubricating oil flow path 60 and oil supply hole 61 are not shown, and the same reference numerals are given to the same parts as those in the above-described embodiment, and the detailed description thereof is omitted. Description is omitted.
  • a discharge groove 32 ⁇ / b> D communicating from the oil supply groove 31 to the downstream side is provided so as to form a step portion adjacent to the oil supply groove 31 in the circumferential direction.
  • the shallow discharge groove 32D is a step portion where the groove depth changes.
  • the cross-sectional shapes of the oil supply groove 31 and the discharge groove 32A are rectangular, but the present invention is not limited to this.
  • a pressure flow is generated that flows backward from the high pressure side discharge groove 32D having a shallow groove depth toward the low pressure side oil supply groove 31 having a deep groove depth.
  • the foreign matter F can be guided and reliably trapped in the oil supply groove 31 aligned in the axial direction with 32D.
  • the foreign matter F trapped in the oil supply groove 31 is discharged to the outside of the sliding surface through the circulation passage of the lubricating oil that is forcibly lubricated.
  • the number of the discharge grooves 32D is one. However, a plurality of discharge grooves whose depth is gradually reduced may be provided side by side.
  • the discharge groove 32E of this embodiment has a cross-sectional shape such as an inclined surface 33 formed by a triangular cross section so as to generate a back flow in the lubricating oil and to form a pressure flow for guiding the foreign matter F to the oil supply groove 31. That is, it has a cross-sectional shape that accelerates the pressure flow.
  • the inclined surface 33 is not limited to a straight line as long as the groove depth gradually becomes shallower toward the downstream side in the rotation direction.
  • the discharge groove 32E having a deeper groove depth is provided from the downstream side in the rotational direction, and the oil supply groove 31 having a deep groove depth is present adjacent to the discharge groove 32E.
  • a stronger pressure flow of the lubricating oil flowing backward from the discharge groove 32E toward the oil supply groove 31 is generated. Therefore, the lubricating oil flow from the high pressure side to the low pressure side can be reliably trapped by introducing the foreign substance F into the low pressure side oil supply groove 31 aligned in the axial direction with the high pressure side discharge groove 32E.
  • the foreign matter F trapped in the oil supply groove 31 is discharged to the outside of the sliding surface through the circulation passage of the lubricating oil that is forcibly lubricated.
  • a pressure flow that flows backward from the shallow discharge grooves 32, 32A to 32E toward the oil supply groove 31 is generated, and foreign matters are trapped in the oil supply groove 31 by this flow. Can do.
  • the abrasion powder generated by the contact between the sliding surface (bearing surface) of the plain bearing 50 and the planetary pin 30 is smoothly discharged from the sliding surface (bearing surface) together with the lubricating oil.
  • this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably.

Abstract

 遊星歯車(40)の軸穴(40a)に取り付けられた滑り軸受(50)を備え、遊星歯車(40)が滑り軸受(50)を介してキャリアに固定された遊星ピン(30)の外周を回転する遊星軸受構造において、遊星ピン(30)の外周面に軸方向へ延在するように、1または複数の給油溝(31)が形成されている。また、前記給油溝(31)に潤滑油を強制給油するように、該給油溝(31)に潤滑油流路(60)の給油孔(61)が開口している。さらに、給油溝(31)より浅い異物トラップ用の排出溝(32)が、給油溝(31)から遊星歯車(40)の回転方向後流側へ連通している。

Description

遊星軸受構造
 本発明は、たとえば風力発電装置の増速機等に適用される遊星軸受構造に関する。
 風力発電装置は、風車翼を備えたロータヘッドが風力を受けて回転し、この回転を増速機により増速するなどして駆動される発電機により発電する装置である。
 ロータヘッドの回転を増速する増速機には、たとえばプラネタリ型遊星歯車増速機構がある。このプラネタリ型遊星歯車増速機構は、入力軸と一体に回転するキャリアに取り付けられた複数の遊星歯車を備え、この遊星歯車が、出力軸と一体に回転する太陽歯車及び増速機のハウジングに固定された内歯車と噛合して公転するように構成されている。すなわち、プラネタリ型遊星歯車増速機構は、遊星歯車、太陽歯車及び内歯車に設定されたギア比に応じて、入力軸と連結されたキャリアの回転(遊星歯車の公転)数を増速し、太陽歯車と連結された出力軸から出力する装置である。
 上述したプラネタリ型遊星増速機構の遊星歯車は、それぞれが遊星軸受を介してキャリアに回動自在に支持されている。この遊星軸受には、通常転がり軸受や滑り軸受が使用されている。
 このうち、滑り軸受を採用した遊星軸受構造では、たとえば図11に示すように、滑り軸受50が遊星歯車40の内周面に取り付けて使用され、キャリア21側に固定された遊星ピン30の外周を回転する。このとき、滑り軸受50と遊星ピン30との摺動面では、滑り軸受50が遊星歯車40と共に回転することにより、軸受内に潤滑油の圧力を発生させる。従って、滑り軸受50の摺動面では、潤滑油の圧力によって遊星ピン30との接触を防止することができる。
 また、遊星軸受に滑り軸受50を採用する場合には、通常軸受部に対する強制給油が必要であるから、潤滑油ポンプ(不図示)等を用いて摺動面まで確実に潤滑油を供給する潤滑構造が採用される。
 図11に示す遊星軸受構造では、図示しない給油装置から滑り軸受50の摺動面に潤滑油を供給するため、図中に破線で示すように、キャリア21から遊星ピン30の軸中心部を通る潤滑油流路60が形成されている。この潤滑油流路60は、遊星ピン30の外周面に設けた給油溝31まで潤滑油を供給するため、遊星ピン30の内部に形成された半径方向の給油孔61を備えている。なお、図中の符号31aは、給油溝31の軸方向両端部に形成されたチャンファーである。
 また、強制潤滑を行う滑り軸受の潤滑構造としては、温度上昇した潤滑油の軸受内循環を阻止し、潤滑油温度の上昇を防止して軸受面の摩耗や焼き付きを防止する技術が知られている。この技術において、軸受円弧面には軸方向に長い給油溝が形成され、各軸受円弧面の下流側端縁には、軸方向に長いブラシシールが嵌着されている。(たとえば、特許文献1の図1等を参照)
 さらに、ジャーナル軸受においては、回転軸の回転による潤滑油の流動を積極的に利用し、軸受本体内部の固形異物を軸受本体外部へ積極的に排出することが提案されている。(たとえば、特許文献2参照)
特開平10-103344号公報 特開2000-337360号公報
 ところで、遊星軸受に滑り軸受50を使用した場合、遊星歯車40と一体に回転する滑り軸受50が低速回転になると、遊星ピン30が滑り軸受50の摺動面に接触することは避けられない。このため、滑り軸受50の摺動面に使用する材料としては、軟質合金や樹脂系材料が採用されている。
 しかし、滑り軸受50においては、摺動面(軸受面)と遊星ピン30との接触が避けられないため、摺動面に摩耗を生じることとなる。この結果、滑り軸受50の摺動面には摺動面材料の摩耗粉が発生するため、滑り軸受50の摺動面から摩耗粉がスムーズに排出されないと、摩耗粉を巻き込んでさらに摩耗が促進されることとなる。
 このような摩耗の促進は、最終的には滑り軸受50を損傷させる原因となるので、遊星軸受の耐久性や信頼性を向上させるためにも対策が望まれる。
 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸受部に滑り軸受を用いた遊星軸受において、軸受面と遊星ピンとの接触により発生する摩耗粉を潤滑油と共に摺動面(軸受面)からスムーズに排出することができる遊星軸受構造を提供することにある。
 本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
 本発明に係る遊星軸受構造は、遊星歯車の軸穴内周面に取り付けられた滑り軸受を備え、前記遊星歯車が前記滑り軸受を介してキャリアに固定された遊星ピンの外周を回転する遊星軸受構造において、前記遊星ピンの外周面に軸方向へ延在するように形成された1または複数の給油溝と、前記給油溝に潤滑油を強制給油するように該給油溝に開口する潤滑油供給出口を備えた潤滑経路と、前記給油溝から前記遊星歯車の回転方向後流側へ連通し、前記給油溝より浅い異物トラップ用の排出溝とを備えたものである。
 このような遊星軸受構造によれば、遊星ピンの外周面に軸方向へ延在する1または複数の給油溝を形成し、該給油溝に潤滑油を強制給油する潤滑経路の潤滑油供給出口を開口させるとともに、給油溝から遊星歯車の回転方向後流側へ連通し、給油溝より浅い異物トラップ用の排出溝を設けたので、浅くした排出溝から給油溝の方向へ逆流する圧力流れが発生し、給油溝に異物をトラップすることができる。
 上記の発明において、前記給油溝から後流側へ連通する前記排出溝は、回転方向を基準に少なくとも左右の一方へ傾斜して設けられていることが好ましく、これにより、回転方向から傾斜した排出溝がスパイラルグルーブとして機能し、排出溝から給油溝の方向へ逆流する圧力流れを発生させて異物を給油溝にトラップすることができる。
 上記の発明において、前記給油溝から後流側へ連通する前記排出溝は、前記給油溝と周方向に隣接していることが好ましく、これにより、浅くした排出溝から給油溝の方向へ逆流する圧力流れが発生するので、排出溝と軸方向に並んでいる給油溝に異物を確実にトラップすることができる。
 上記の発明において、前記排出溝は、潤滑油に逆流を発生させて異物を前記給油溝へ導くための圧力流れを形成する断面形状を有していることが好ましく、これにより、排出溝から給油溝の方向へ逆流するより強い圧力流れが発生し、給油溝に異物を確実にトラップすることができる。
 上述した本発明によれば、軸受部に滑り軸受を用いた遊星軸受において、給油溝から遊星歯車の回転方向後流側へ連通し、給油溝より浅い異物トラップ用の排出溝を設けたことにより、浅い排出溝から給油溝の方向へ逆流する圧力流れが発生し、この流れにより給油溝に異物をトラップすることができる。このため、滑り軸受の摺動面(軸受面)と遊星ピンとの接触により発生する摩耗粉は、潤滑油と共に軸受面の給油溝からスムーズに排出されるようになり、従って、摩耗粉による二次的な軸受損傷の防止が可能となり、優れた信頼性や耐久性を有する遊星軸受構造を提供することができる。
 そして、この遊星軸受構造を風力発電装置の増速機等に適用すれば、滑り軸受の損傷を防止または抑制し、増速機や風力発電装置の信頼性及び耐久性が向上する。
本発明に係る遊星軸受構造の第1の実施形態における滑り軸受の潤滑構造を示す要部の断面図である。 図1AのA-A断面拡大図である。 本発明の遊星軸受構造が適用される遊星歯車装置の一例として、プラネタリ型増速機の概要を示す図である。 図2に示すプラネタリ型増速機を軸方向から見た概略構成図である。 本発明の遊星軸受構造を増速機に適用した風力発電装置を示す側面図である。 図4に示す風力発電装置について、ナセル内部の概略構造例を示す要部断面図である。 本発明に係る遊星軸受構造の第2の実施形態における滑り軸受の潤滑構造を示す要部の断面図である。 図6AのA-A断面拡大図である。 本発明に係る遊星軸受構造の第3の実施形態における滑り軸受の潤滑構造を示す要部の断面図である。 図7AのA-A断面拡大図である。 図1A、図1Bに示した遊星軸受構造の排出溝について、断面形状の第1変形例を示す断面図である。 図1A、図1Bに示した遊星軸受構造の排出溝について、断面形状の第2変形例を示す断面図である。 図1A、図1Bに示した遊星軸受構造の排出溝について、断面形状の第3変形例を示す断面図である。 本発明と関連する遊星軸受構造を示す要部の断面図であり、強制給油の潤滑構造が示されている。
 以下、本発明に係る遊星軸受構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
 本発明に係る遊星軸受構造は、たとえば風力発電装置の増速機等に好適である。図4に示す風力発電装置1は、基礎B上に立設されるタワー(「支柱」ともいう。)2と、タワー2の上端に設置されるナセル3と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転可能に支持されてナセル3の前端部側に設けられるロータヘッド4とを有している。
 ロータヘッド4には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚(たとえば3枚)の風車翼5が取り付けられている。これにより、ロータヘッド4の回転軸線方向から風車翼5に当たった風の力が、ロータヘッド4を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
 ナセル3の外周面適所(たとえば上部等)には、周辺の風速値を測定する風速計7と、風向を測定する風向計8とが設置されている。
 ナセル3の内部には、たとえば図5に示すように、ロータヘッド4と主軸9を介して連結された増速機10と、増速機10の出力軸11に連結された発電機12とが設置されている。すなわち、ロータヘッド4の回転数は、主軸9を介して連結された増速機10に伝達されることにより、増速機10の出力軸11側が増速された値となる。そして、発電機12が増速機10を介して増速された出力側の回転数で駆動されることにより、発電機12によって発電された電力が得られるようになっている。
 さらに、ナセル3の内部には、風力発電装置1の各種運転制御を行う風車制御装置13が設けられている。
 上述した増速機10は、通常複数段の増速機構を組み合わせた構成とされ、入力軸となる主軸9の回転数は、複数段階の増速を経て最終的な出力軸11の出力回転数まで増速される。
 図2及び図3は、本発明の遊星軸受構造が適用される遊星歯車装置の一例として、たとえば上述した増速機10の第1段増速を行うプラネタリ型遊星歯車装置(以下、「プラネタリ型増速機」と呼ぶ)20の概要を示している。このプラネタリ型増速機20は、これを風力発電装置1の増速機として使用する場合、キャリア21が主軸9に連結されて回転する。図示の構成例では、キャリア21に3本の遊星ピン30が固定され、各遊星ピン30には、滑り軸受50及び滑り軸受50の軸受バックメタル51を介して遊星歯車40が回転自在に取り付けられている。
 
 なお、図3における遊星ピン30と滑り軸受50との関係(内径及び外径の差)は、図示の都合上実際より極端に示されている。
 また、プラネタリ型増速機20は、入力軸となる主軸9と一体に回転するキャリア21に取り付けられた3個の遊星歯車40を備え、この遊星歯車40が、出力軸22と一体に回転する太陽歯車23及びハウジング24に固定された内歯車25と噛合して公転するように構成されている。すなわち、プラネタリ型増速機20は、遊星歯車40、太陽歯車23及び内歯車25に設定されたギア比に応じて、主軸(入力軸)9と連結されたキャリア21の回転(遊星歯車の公転)数を増速する装置であり、増速された回転数は太陽歯車23と連結された出力軸22から図示しない2段増速機構等に出力される。
 また、キャリア21とともに遊星歯車40が公転するハウジング24内には、たとえば図3に示す潤滑油面Loまで潤滑油が溜められている。この潤滑油面Loは、少なくとも公転する遊星歯車40の軸穴40aが潤滑油内で油浴される程度の深さを有することが望ましい。
 上述したプラネタリ型増速機20は、たとえば図1A、図1Bに示すように、遊星ピン30が遊星歯車40を回転可能に支持する遊星軸受構造を備えている。すなわち、図示の遊星軸受構造は、図示しないキャリアに固定された遊星ピン30と、軸穴40aの内周面に滑り軸受50を取り付けた遊星歯車40とを備え、遊星ピン30が滑り軸受50を介して遊星歯車40を回動自在に支持するように構成されている。なお、この場合の滑り軸受50は、たとえば軸受バックメタル51の内周面にPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂を張り付けた構造となっている。
 このように、図1A、図1Bに示す遊星軸受構造は、遊星歯車40に設けた軸穴40aの内周面に取り付けられた滑り軸受50を備え、遊星歯車40が滑り軸受50を介してキャリア21に固定された遊星ピン30を軸に回転するように構成されている。
 このような遊星軸受構造において、遊星ピン30の外周面には軸方向へ延在する給油溝31が形成されている。この給油溝31は、遊星ピン30の円周方向へ1または複数(たとえば、180度ピッチに2箇所や90度ピッチに4箇所など)形成されており、その溝深さは通常数ミリ程度とされる。なお、給油溝31の軸方向両端部には、軸方向両端部へ向けて徐々に溝深さを浅くしたチャンファー31aが設けられている。
 上述した給油溝31は、図示しない潤滑油ポンプ等の給油装置と潤滑油流路60を介して連結されている。すなわち、図1A、図1Bに示す遊星軸受構造には、給油装置から供給される潤滑油を給油溝31から滑り軸受50の摺動面に給油する強制潤滑を行うため、キャリア21から遊星ピン30の軸中心部を通るように形成された潤滑油流路60と、遊星ピン30の内部に形成された半径方向の給油孔(潤滑油供給出口)61とを具備してなる潤滑経路が設けられている。そして、上述した給油溝31には、潤滑油を強制給油する潤滑経路の潤滑油供給出口となる給油孔61が開口している。
 さらに、遊星ピン30の外周面には、給油溝より浅い異物トラップ用の排出溝32が設けられている。この排出溝32は、給油溝31から遊星歯車40の回転方向後流側(図中の矢印参照)へ連通する1または複数の溝であり、たとえば矩形断面や半円形断面等の溝断面形状を有するとともに、概ね100μm程度の溝深さとなっている。
 また、図示の構成例では、2本の排出溝32が設けられており、いずれの排出溝32も回転方向後流側の端部が回転方向を基準として遊星ピン30の両端部側へ向けて傾斜し、かつ、滑り軸受50の長さと略同じか長くなる軸方向領域をカバーするような配置となっている。
 このように、遊星ピン30の外周面に軸方向へ延在する1または複数の給油溝31を形成し、この給油溝31に潤滑油を強制給油する潤滑経路の潤滑油供給出口である給油孔61を開口させるとともに、給油溝31から遊星歯車40の回転方向後流側へ連通し、給油溝31より浅い異物トラップ用の排出溝32を設けた遊星軸受構造としたので、溝深さを浅くした排出溝32から給油溝31の方向へ逆流する圧力流れが発生する。すなわち、溝深さの浅い排出溝32内の潤滑油圧力が給油溝31より高くなるので、高圧の排出溝32から低圧の給油溝31へ向けた潤滑油の流れが発生する。この結果、滑り軸受50の摺動面に存在する異物Fは、排出溝32から給油溝31へ向かう潤滑油流れに導かれて移動するので、摺動面の異物Fを給油溝31へ速やかにトラップすることができる。
 この場合、排出溝32が滑り軸受50の幅と略同じかそれ以上の範囲に形成されているので、遊星歯車40とともに滑り軸受50が回転することにより、摺動面に存在する異物Fを確実に給油溝31の方向へ逆流する潤滑油流れに取り込むことができ、従って、摺動面に存在する異物Fを確実にトラップすることができる。
 なお、給油溝31にトラップした異物Fは、強制潤滑される潤滑油の循環流路を通って摺動面の外部へ排出される。
 また、上述した排出溝32は、回転方向を基準に少なくとも左右の一方へ傾斜して設けることが望ましい。すなわち、排出溝32は、図1Aに示すように、給油溝31の中央付近から回転方向後流側へ向けて左右に開いた配置、これとは反対に給油溝31の中央付近後流側位置から給油溝31の両端部付近へ向けて左右に開いた配置、あるいは、給油溝31から左右いずれかの方向へ略平行に傾斜させた配置などが可能である。
 このように、回転方向を基準に左右へ傾斜して配置された排出溝32は、滑り軸受50が回転することによりスパイラルグルーブとして機能するので、排出溝32から給油溝31の方向へ逆流する圧力流れを発生させて、異物Fを給油溝31にトラップすることができる。すなわち、スパイラルグルーブとして機能する排出溝32は、上述した溝深さの差により発生する潤滑油の圧力流れをさらに加速(加圧)するので、より強い圧力流れを発生させて異物Fを確実にトラップすることができる。
 なお、上述した排出溝32は、図示した2本に限定されることはなく、1本のみを設けてもよいし、あるいは3本以上としてもよい。
 ところで、上述した排出溝32は、たとえば図8から図10に示すように、潤滑油に逆流を発生させて異物Fを給油溝31へ導くための圧力流れを形成する断面形状、たとえば三角形断面等により傾斜面(テーパー)を形成可能な断面形状とすることが望ましい。なお、この場合の溝深さは、上述した排出溝32と同様に、最も深い部分が百μm程度となる。
 図8に示す第1変形例の排出溝32Aは、溝深さが滑り軸受50及び遊星歯車40の回転方向へ徐々に浅くなる略直角三角形断面とされ、この排出溝32Aに形成された傾斜面33の作用によって、潤滑油に逆流を発生させて異物Fを給油溝31へ導く圧力流れの形成がより一層促進される。この結果、上述したスパイラルグルーブによる圧力流れの形成との協働により、より強い潤滑油の圧力流れが形成されるので、異物Fの給油溝31へのトラップをよりスムーズかつ確実に実施できるようになる。
 また、図9に示す第2変形例の排出溝32Bは、第1変形例と逆向きの略直角三角形断面とされ、この排出溝32Bに形成された傾斜面33によっても、潤滑油に逆流を発生させて異物Fを給油溝31へ導く圧力流れの形成をより一層促進することができる。
 また、図10に示す第3変形例の排出溝32Cは、第1変形例及び第2変形例の断面形状を組み合わせて一体化した略二等辺三角形断面とされ、この排出溝32Cに形成された二つの傾斜面33によっても、潤滑油に逆流を発生させて異物Fを給油溝31へ導く圧力流れの形成をより一層促進することができる。
<第2の実施形態>
 続いて、本発明に係る遊星軸受構造について、第2の実施形態を図6A、図6Bに基づいて説明する。なお、図6A、図6Bにおいては、上述した潤滑油流路60及び給油孔61の図示が省略されており、さらに、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
 この実施形態では、給油溝31から後流側へ連通する排出溝32Dが、給油溝31と周方向に隣接して段差部を形成するように設けられている。すなわち、遊星ピン30の外周側から見た平面視において、給油溝31及び排出溝32Dの一辺(軸方向に延びる長い辺)が重なり、回転方向上流側で深い給油溝31から回転方向後流側で浅い排出溝32Dに溝深さが変化する段差部となっている。なお、図示の構成例では、給油溝31及び排出溝32Aの断面形状が矩形となっているが、これに限定されることはない。
 このような構成とすれば、溝深さの浅い高圧側の排出溝32Dから溝深さの深い低圧側の給油溝31へ向けて逆流する圧力流れが発生するので、この潤滑油流れが排出溝32Dと軸方向に並んでいる給油溝31に異物Fを導いて確実にトラップすることができる。なお、給油溝31にトラップした異物Fは、強制潤滑される潤滑油の循環流路を通って摺動面の外部へ排出される。
 また、図示の構成例では、排出溝32Dを1本としたが、段階的に溝深さを浅くした複数本の排出溝を並べて設けてもよい。
<第3の実施形態>
 続いて、本発明に係る遊星軸受構造について、第3の実施形態を図7A、図7Bに基づいて説明する。なお、図7A、図7Bにおいては、上述した潤滑油流路60及び給油孔61の図示が省略されており、さらに、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
 この実施形態の排出溝32Eは、たとえば三角形断面により形成される傾斜面33のように、潤滑油に逆流を発生させて異物Fを給油溝31へ導くための圧力流れを形成するような断面形状、すなわち、圧力流れを加速するような断面形状を有している。この場合の傾斜面33は、溝深さが回転方向後流側へ徐々に浅くなるものであればよく、直線に限定されることはない。
 このような構成とすれば、回転方向後流側から徐々に溝深さを深くした排出溝32Eが設けられ、この排出溝32Eに隣接して溝深さの深い給油溝31が存在するので、排出溝32Eから給油溝31へ向けて逆流する潤滑油のより強い圧力流れが発生する。従って、高圧側から低圧側へ向かう潤滑油流れは、高圧側の排出溝32Eと軸方向に並んでいる低圧側の給油溝31に異物Fを導いて確実にトラップすることができる。
 なお、給油溝31にトラップした異物Fは、強制潤滑される潤滑油の循環流路を通って摺動面の外部へ排出される。
 このように、上述した各実施形態によれば、軸受部に滑り軸受50を用いた遊星軸受において、給油溝31から遊星歯車40の回転方向後流側へ連通し、給油溝31より浅い異物トラップ用の排出溝32,32A~32Eを設けたことにより、浅い排出溝32,32A~32Eから給油溝31の方向へ逆流する圧力流れが発生し、この流れにより給油溝31に異物をトラップすることができる。このため、滑り軸受50の摺動面(軸受面)と遊星ピン30との接触により発生する摩耗粉は、潤滑油と共に摺動面(軸受面)からスムーズに排出されるようになり、従って、優れた信頼性や耐久性を有する遊星軸受構造を提供することができる。
 そして、この遊星軸受構造を風力発電装置1の増速機10等に適用すれば、滑り軸受50の損傷を防止または抑制し、増速機や風力発電装置の信頼性及び耐久性が向上する。
 なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
  1  風力発電装置
  3  ナセル
  4  ロータヘッド
  5  風車翼
  9  主軸
 10  増速機
 11  出力軸
 12  発電機
 20  プラネタリ型遊星歯車装置(プラネタリ型増速機)
 21  キャリア
 22  出力軸
 23  太陽歯車
 24  ハウジング
 25  内歯車
 30  遊星ピン
 31  給油溝
 32,32A~32E  排出溝
 40  遊星歯車
 50  滑り軸受
 60  潤滑油流路
 61  給油孔

Claims (4)

  1.  遊星歯車の軸穴内周面に取り付けられた滑り軸受を備え、前記遊星歯車が前記滑り軸受を介してキャリアに固定された遊星ピンを軸に回転する遊星軸受構造において、
     前記遊星ピンの外周面に軸方向へ延在するように形成された1または複数の給油溝と、
     前記給油溝に潤滑油を強制給油するように該給油溝に開口する潤滑油供給出口を備えた潤滑経路と、
     前記給油溝から前記遊星歯車の回転方向後流側へ連通し、前記給油溝より浅い異物トラップ用の排出溝と
    を備えた遊星軸受構造。
  2.  前記給油溝から後流側へ連通する前記排出溝は、回転方向を基準に左右の少なくとも一方へ傾斜して設けられている請求項1に記載の遊星軸受構造。
  3.  前記給油溝から後流側へ連通する前記排出溝は、前記給油溝と周方向に隣接している請求項1に記載の遊星軸受構造。
  4.  前記排出溝は、潤滑油に逆流を発生させて異物を前記給油溝へ導くための圧力流れを形成する断面形状を有している請求項1から3のいずれかに記載の遊星軸受構造。
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