JPH1054208A - 高速回転ロータのための軸受支持部材 - Google Patents

高速回転ロータのための軸受支持部材

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JPH1054208A
JPH1054208A JP9086189A JP8618997A JPH1054208A JP H1054208 A JPH1054208 A JP H1054208A JP 9086189 A JP9086189 A JP 9086189A JP 8618997 A JP8618997 A JP 8618997A JP H1054208 A JPH1054208 A JP H1054208A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速回転ロータの軸受装置の耐用寿命を高
め、製作費を軽減する。 【解決手段】 軸受支持部材１０が１部分から形成され
ている。軸受支持部材はケーシング２に結合された外側
フランジ１１と、カルダンリング１２と、軸受３を収容
する内側の軸受ブッシュ１３とから成る。カルダンリン
グと外側フランジとの間、並びにカルダンリングと軸受
ブッシュとの間にはそれぞれ周方向スリット１４，１５
が形成されている。カルダンリング１２は、それぞれ内
側と外側のウエブ１６，１７を介して軸受ブッシュ１３
もしくは外側フランジ１１に結合されている。軸受ブッ
シュ１３とケーシング２との間にはカルダンリング１２
に対して軸方向でずれて環状隙間２５が形成されてい
る。外側フランジ１１並びにケーシング２にはそれぞれ
少なくとも１つのセンタリング面２２，２３が互いに協
働するように軸受３に対して同軸的に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高速回転ロータのラ
ジアル及びスラスト軸受のための、特にターボ過給機軸
の支承部のための軸受支持部材であって、少なくとも１
つの軸受と軸受フランジとの間に配置されていて単数又
は複数の軸受の半径方向の支持に役立てられる構成部分
から成る形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばターボ過給機の軸のような高速回
転ロータには大きな軸方向力及び半径方向力が作用する
が、これらの力は適当に形成されかつ配置されたスラス
ト軸受もしくはラジアル軸受により受け止められる。さ
らに、故障のない運転のためには半径方向のロータ振動
並びに偶発的なロータ傾斜位置が補償されなければなら
ない。
【０００３】ドイツ連邦共和国特許公開第２６２８８２
８号明細書によれば、特にターボ過給機の軸のための回
転する機械部分の支承部が公知であり、この支承部では
ターボ過給機の圧縮側での軸方向力が、タンデム排列さ
れた２つの玉軸受により受け止められる。この玉軸受の
半径方向及び軸方向の支持はそれぞれダンパ薄板パケッ
トにより行われる。このダンパ薄板パケットの配置によ
り、軸受内での偶発的なロータ軸傾斜位置が吸収され
る。
【０００４】しかし、この解決手段は、非直線的なばね
特性曲線を有しており、その結果、規定されないばね・
緩衝特性が生じる。それゆえ、規定された運転条件では
軸受力が許容されないほど高くなる。その上、半径方向
の軸運動時に不所望な摩耗が軸方向のダンパ薄板パケッ
ト内に生じる。上述の欠点は軸受排列の耐用寿命の減少
をもたらす。
【０００５】ヨーロッパ特許第０１４３９５０号明細書
によれば、タンデム形ころがり軸受を備えた排ガスター
ボ過給機のための別の軸受装置が公知である。この解決
手段によれば、軸受の周方向にわたり配置された複数の
円筒状のばねロッドにより直線的なばね特性曲線が実現
されている。さらに、この軸受装置は２つの分離された
緩衝機構を備えており、これらの緩衝機構はそれぞれ半
径方向振動の緩衝を行う。このことのために、第１の緩
衝機構は適当な環状隙間を備えた圧縮オイルダンパとし
て形成されている。第２の緩衝機構はころがり軸受外レ
ースの外側端面に当接した緩衝リングとこれに続いて設
けられた皿ばねとを備えた摩擦緩衝装置がら成ってい
る。
【０００６】しかし、この解決手段では、軸受フランジ
の接触面及びころがり軸受の外レースの接触面のみなら
ず、特に緩衝リングへの皿ばねの接触箇所が摩耗する。
その理由は特にこの箇所では軸受支持部材へロータの軸
方向荷重の伝達が行われるからである。このことによ
り、もはや半径方向の緩衝が十分に保証されなくなり、
このことが軸受負荷を増大せしめ、最終的にはターボ過
給機の故障を誘発する。その上、軸受装置は極めて精密
に製作しなければならない多数の構成部分から成ってい
る。それゆえ、一面においては比較的高い製作コスト
が、他面においては軸受装置の時間のかかる組立が必要
となる。
【０００７】以上の両方の解決手段の有する共通の欠点
は、これらの解決手段により軸傾斜位置を補償すること
ができないか、又はわずかな軸傾斜位置しか補償するこ
とができないことにある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記欠点を解決すべき
本発明の課題とするところは、高速回転ロータのための
軸受支持部材を改良し、これにより軸受装置の耐用寿命
を高めると共に、その製作コスト並びに組立費用を減少
せしめることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、請求項１の上位概念に記載の装置において、軸受支
持部材が１部分から形成されており、軸受支持部材が、
ケーシングに結合された外側フランジと、カルダンリン
グと、単数又は複数の軸受を収容する内側の軸受ブッシ
ュとから成り、カルダンリングと外側フランジとの間、
並びにカルダンリングと軸受ブッシュとの間に、それぞ
れ１つの周方向スリットが形成されており、カルダンリ
ングが、それぞれの周方向スリットを中断する内側及び
外側のそれぞれ２つのウエブを介して軸受ブッシュもし
くは外側フランジに結合されており、圧縮オイルダンパ
の環状隙間が軸受ブッシュとケーシングとの間に形成さ
れており、かつカルダンリングに対して軸方向にずれて
位置しており、外側フランジ並びにケーシングに、それ
ぞれ少なくとも１つのセンタリング面が、互いに協働す
るように、かつ単数又は複数の軸受に対して同軸的に配
置されていることにより解決される。
【００１０】
【発明の効果】本発明の利点は特に軸受支持部材が１部
分から形成されていることにより理由づけられる。この
ことにより、個々のエレメントの間に摩耗が生じるとい
う不都合がなく、その結果、軸受支持部材が完全に摩耗
から解放され、従って、軸受支持部材ひいてはカルダン
リングが直線的なばね特性曲線、換言すれば正確に規定
されたばね強度を有している。従って、発生する軸受力
を予め規定することができ、これにより、要求に応じて
軸受を設計することができる。このことにより、軸受装
置の耐用寿命を高めることができる。軸受支持部材の１
部分から成る構成にもとづき、製作コスト並びに組立時
間が著しく軽減される。
【００１１】ロータの運転時に、軸受に作用するすべて
の力が最終的には軸受支持部材を介してケーシングに伝
達される。軸受支持部材の所要の半径方向の可撓性及び
角度的な可撓性はカルダンリングにより得られる。この
ことのために重要なことは、軸受支持部材の種々のエレ
メント間の摩擦を生じることなしに、カルダンリングが
軸方向荷重のもとで半径方向運動を行うことがてきるこ
とである。このことのために、外側フランジはケーシン
グに固定的に結合されていると共にセンタリング面によ
り適当にセンタリングされるように配置されている。さ
らに、本発明にもとづき配置された圧縮オイルダンパを
介して、摩耗のない緩衝が保証される。
【００１２】内側のウエブが互いに角１８０°ずれて配
置され、かつ外側のウエブが内側のウエブに対してそれ
ぞれ角９０°ずれて配置されていると特に効果的であ
る。このことにより、カルダンリングは半径方向の極め
て良好な可撓性とわずかなこわさとを有している。これ
により、カルダンリングは適当な負荷時にその弾性を失
うことなしに最大に半径方向で変形することができる。
【００１３】さらに、軸受ブッシュが、ウエブを介して
カルダンリングもしくは外側フランジに結合された第１
のブッシュ部分と、このブッシュ部分に対して軸方向に
延びる第２のブッシュ部分とから成り、かつ、環状隙間
が第２のブッシュ部分とケーシングとの間に形成されて
いると効果的である。このことにより、その環状隙間が
常に、振動する構成部分と静的な構成部分との間に配置
されなければならないところの圧縮オイルダンパが比較
的簡単に実現される。
【００１４】カルダンリングはその全周にわたり一定の
厚さを有することができる。このことにより、簡単な製
作が保証されると共に良好の作用が得られる。これに対
して、ウエブの領域内ではカルダンリングの厚さが増大
して形成されることもできる。このようにすることによ
り、この領域内に発生する応力が最適となる。
【００１５】本発明の第１構成では、軸受が半径方向で
圧縮オイルダンパの下方に配置されており、かつ第２構
成では直にカルダンリングの下方に配置されている。こ
れら両方のバリエーションにより、種々の組立の可能性
が与えられ、その場合、第１構成は特に、緩衝力がばね
力に比して大きい場合に使用される。これに対して、力
の配分が逆の場合には、第２構成が使用される。
【００１６】圧縮オイルダンパの環状隙間のためのオイ
ル供給手段は圧力オイル接続部と、接続孔とから成り、
これら両方がケーシング内に配置されている。この解決
手段は特に、十分な構造スペースを有する使用例のため
に適しており、その場合、有利には付加的な孔及びパッ
キンが不要である。半径方向のスペースが足りない場
合、換言すればケーシングがアクセス不可能である場
合、接続孔がケーシング内に、かつ圧力オイル接続部が
外側フランジ内に配置される。
【００１７】さらに、外側フランジは容易に解離可能に
ケーシングに結合されている。このことにより、単数又
は複数の軸受の交換のために要する作業時間が著しく軽
減される。
【００１８】
【発明の実施の形態】次ぎに、排ガスターボ過給機のタ
ンデム排列で構成されたスラスト／ラジアル軸受のため
の圧縮機側の軸受支持部材について本発明の２つの実施
例を図面に即して説明する。
【００１９】本発明の理解にとって重要なエレメントだ
けが図示されている。装置のうち、例えば排ガスターボ
過給機の圧縮機側及びタービン側は図示されていない。
【００２０】本排ガスターボ過給機は主として、圧縮羽
根車とタービン羽根車と共通の１つの軸とを備えたロー
タと、圧縮機ケーシングと、タービンケーシングと、そ
れぞれ１つの圧縮機側もしくはタービン側の軸受ケーシ
ングとして形成されたケーシング２とから成る。軸１の
支承手段は圧縮機側でタンデム排列の玉軸受として形成
された２つのスラスト／ラジアル軸受３を備えており、
これらの玉軸受はそれぞれ１つの外レース４、１つのケ
ージ５、１つの内レース６及び多数の球７から成ってい
る。
【００２１】軸１への両方の玉軸受３の固定は、これら
の玉軸受を軸の肩９に圧着せしめるナット８により行わ
れている。軸受ケーシング２と玉軸受３との間には１部
分から成る軸受支持部材１０が配置されている。この軸
受支持部材１０は、軸受ケーシング２に結合された外側
フランジ１１と、カルダンリング１２と、玉軸受３を収
容する内側の軸受ブッシュ１３とから成る。カルダンリ
ング１２と外側フランジ１１との間、並びにカルダンリ
ング１２と軸受ブッシュ１３との間には、それぞれ１つ
の周方向スリット１４，１５が形成されている（図
１）。カルダンリング１２は、それぞれの周方向スリッ
トを中断している２つの内側のウエブ１６と２つの外側
のウエブ１７とを介して軸受ブッシュ１３もしくは外側
フランジ１１に結合されている。その場合、カルダンリ
ング１２の両方の内側のウエブ１６は互いに角１８０°
ずれて配置されており、かつ、外側のウエブ１７は内側
のウエブ１６に対してそれぞれ角９０°ずれて配置され
ている。
【００２２】カルダンリング１２はその周囲にわたり一
定の厚さを有しており、かつ、周方向スリット１４，１
５は一定のスリット幅を有している（図２）。これに対
して、カルダンリング１２の厚さはウエブ１６，１７の
領域内で増大しており、周方向スリット１４，１５のス
リット幅はこの領域内で減少して形成されている（図
３）。周方向スリット１４，１５の構成は製作の都合上
（１点鎖線で示すように）一定でもよく、又はウエブ１
６，１７の領域内で増大されてもよい（図示せず）。
【００２３】軸受ケーシング２にも、軸受支持部材１０
の外側フランジ１１にも、組立状態で互いに協働するね
じ孔１８もしくは固定用孔１９が形成されている。軸受
支持部材１０はこれらの孔１８，１９内に案内された複
数のねじ２０を介して外側フランジ１１の範囲内で軸受
ケーシング２に固定されており、かつ円筒状のはめあい
部２１を介してセンタリングされている。このことのた
めに、はめあい部２１は外側フランジ１１と軸受ケーシ
ング２とに形成されたそれぞれ１つのセンタリング面２
２，２３を備えている。これら両方のセンタリング面２
２，２３は玉軸受３の外面２４に対して同軸的に配置さ
れている（図１）。
【００２４】軸受ブッシュ１３と軸受ケーシング２との
間にはカルダンリング１２に対して軸方向にずらされ
て、環状隙間として形成された圧縮オイルダンパ２５が
配置されている。そのことのために、軸受ブッシュ１３
は、ウエブ１６，１７を介してカルダンリング１２もし
くは外側フランジ１１に結合された第１のブッシュ部分
２６と、軸方向に延びる第２のブッシュ部分２７とから
成り、その場合、第２のブッシュ部分２７と軸受ケーシ
ング２との間に環状隙間２５が形成される。軸受ケーシ
ング２内には、圧力オイル接続部２８と、接続孔２９
と、環状通路３０とから成るオイル供給手段３１が配置
されており、その場合、環状通路３０は軸方向で環状隙
間２５の外側の領域内に形成されている。環状隙間２５
は環状通路３０に連通しており、かつ両側でピストンリ
ング３２により外部に対してシールされている。
【００２５】環状隙間２５のディメンジョン、換言すれ
ばその幅及び高さは軸受支持部材１０のために必要な緩
衝特性に応じて選択される。勿論、圧力オイル接続部２
８は軸受支持部材１０の外側フランジ１１内に配置され
てもよい。外部に対する環状隙間２５のシールはただ１
つのピストンリング３２により行われることもできる。
勿論、選択的にＯ−リングの使用も適している。
【００２６】具体的な運転条件に対応して、使用される
軸受３の種類及び又は数が決定される。例えば、１つだ
け又は３つの軸受３を使用することも可能であり、その
場合、この軸受は簡単な玉軸受又はころがり軸受として
形成され、さらにまた滑り軸受としても形成されること
ができる。さらに、この種の軸受支持部材１０は軸１の
図示されていないタービン側の軸受でも使用されること
ができる。
【００２７】本発明の第１実施例では、玉軸受３が半径
方向で圧縮オイルダンパ２５の下方に配置されている。
そのことのために、第２のブッシュ部分２７は半径方向
で軸受ケーシング２と玉軸受３との間に形成されてい
る。第２のブッシュ部分２７は第１のブッシュ部分２６
に比して大きな内径を有しており、かつタービン側の端
部領域内に内ねじ山３３を備えている。第１のブッシュ
部分２６は軸方向の肩３４を備えており、この肩に、第
２のブッシュ部分２７の内ねじ山３３にねじはめられた
ナット３５により玉軸受３が圧着される。その場合、軸
受支持部材１０と玉軸受３との間に形状接続（形状によ
る拘束）が生じ、これにより、両方の部分の相対運動が
不能である。
【００２８】それゆえ、排ガスターボ過給機の運転時
に、発生した軸方向力３６は形状接続的に軸の肩９から
玉軸受３へ、かつさらに玉軸受３から肩３４を介して軸
受ブッシュ１３へ伝達される。軸受支持部材１０が１部
分から成るという構成にもとづき、軸方向力３６は完全
に摩耗なしにカルダンリング１２とウエブ１６，１７と
外側フランジ１１とを介して軸受ケーシング２へ伝達さ
れる。その際、カルダンリング１２は軸方向で可能な限
り剛性であり、換言すれば十分な長さで形成されてお
り、その結果、このカルダンリング１２は運転時に生じ
る排ガスターボ過給機の軸方向力３６を、著しい変形を
こうむることなしに受け止めることができる。基本的に
言えることは、外側フランジ１１、カルダンリング１２
及び軸受ブッシュ１３の第１のブッシュ部分２６のそれ
ぞれの長さ３７が増大するにつれて、軸受支持部材１０
の軸方向の強度が増大し、その結果、一層大きな力を受
け止めることができる。軸１に発生した半径方向力３８
並びに軸１の傾斜位置は軸方向力３６と同様形式で受け
止められる。
【００２９】その際、それぞれ角９０°ずれた４つのウ
エブ１６，１７が、カルダンリング１２の十分な半径方
向のたわみを可能ならしめる。傾斜位置に関連して、カ
ルダンリング１２は可能なかぎり柔軟に、換言すれば薄
く形成されている。このことにより、カルダンリング１
２は軸１の種々の角度位置を弾性的なねじれ及びたわみ
により補償することができる。さらに、カルダンリング
１２は正確に規定された直線的な半径方向のばね強度を
有しており、その結果、支承部の所望のばね・ダンパ特
性が得られる。ウエブ１６，１７の領域内で厚肉に形成
されたカルダンリング１２を使用すれば、この領域内に
発生する応力を、一定厚のカルダンリング１２を使用し
た場合に比して一層良好に軽減することができる。
【００３０】圧縮オイルダンパ２５へのオイルの供給
は、例えば排ガスターボ過給機に結合された内燃機関か
ら、図示されていないオイルポンプと、圧力オイル接続
部２８と、接続孔２９と環状通路３０とを介して行うこ
とができる。この環状通路３０内ではオイルが均一に周
囲に分配され、その結果、環状隙間２５に圧力オイルが
十分に供給される。環状隙間２５が両側でピストンリン
グ３２によりシールされていれば、緩衝のために必要な
オイル消費量が比較的少なくてすむ。しかし、その場合
には冷却効果が比較的低くなる。これに対して、環状隙
間２５が片側だけでシールされた場合には、１０倍まで
の多量のオイル消費量が必要であるが、しかし、冷却効
果は改善される。圧縮オイルダンパ２５及び玉軸受３に
は、別個にオイルが供給される。勿論、圧縮オイルダン
パ２５へのオイル供給は従来通り玉軸受３の固有の潤滑
又は外部からの潤滑と組み合わせて行うこともできる。
【００３１】本発明の第２実施例では、玉軸受３が直に
カルダンリング１２の下方に配置されるように、第１実
施例に対比して玉軸受３が軸方向にずれて位置してい
る。これにより、対応する条件に合った組立の可能性が
与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排ガスターボ過給機の本発明の第１実施例にも
とづく軸受支持部材の部分縦断面図である。
【図２】図１に示す軸受支持部材の縮小端面図である。
【図３】図２の軸受支持部材のバリエーションを縮小し
て示す端面図である。
【図４】本発明の第２実施例にもとづく軸受支持部材の
部分縦断面図である。
【符号の説明】
１ 軸、 ２ ケーシング（軸受ケーシング）、 ３
軸受（スラスト／ラジアル軸受，玉軸受）、 ４ 外レ
ース、 ５ ケージ、 ６ 内レース、 ７球、 ８
ナット、 ９ 軸の肩、 １０ 軸受支持部材、 １１
外側フランジ、 １２ カルダンリング、 １３ 軸
受ブッシュ、 １４，１５ 周方向スリツト、 １６
内側のウエブ、 １７ 外側のウエブ、 １８ 孔（ね
じ孔）、 １９ 孔（固定用孔）、 ２０ ねじ、 ２
１ はめあい部、 ２２，２３センタリング面、 ２４
外面、 ２５ 圧縮オイルダンパ（環状隙間）、２６
第１のブッシュ部分、 ２７ 第２のブッシュ部分、
２８ 圧縮オイル接続部、 ２９ 接続孔、 ３０
環状通路、 ３１ オイル供給手段、 ３２ピストンリ
ング、 ３３ 内ねじ山、 ３４ 肩、 ３５ ナッ
ト、 ３６軸方向力、 ３７ 長さ、 ３８ 半径方向
力

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高速回転ロータのための、特にターボ過
    給機軸の支承のための軸受支持部材であって、この軸受
    支持部材がケーシング（２）内に支承されており、かつ
    少なくとも１つの軸受（３）をケーシング（２）に半径
    方向で支持せしめており、ケーシング（２）と軸受支持
    部材（１０）との間に、オイル供給手段（３１）に連通
    していて圧縮オイルダンパとして機能する環状隙間（２
    ５）が形成されている形式のものにおいて、 ａ） 軸受支持部材（１０）が１部分から形成されてお
    り、 ｂ） 軸受支持部材（１０）が、ケーシング（２）に結
    合された外側フランジ（１１）と、カルダンリング（１
    ２）と、単数又は複数の軸受（３）を収容する内側の軸
    受ブッシュ（１３）とから成り、 ｃ） カルダンリング（１２）と外側フランジ（１１）
    との間、並びにカルダンリング（１２）と軸受ブッシュ
    （１３）との間に、それぞれ１つの周方向スリット（１
    ４，１５）が形成されており、 ｄ） カルダンリング（１２）が、それぞれの周方向ス
    リット（１４，１５）を中断する内側及び外側のそれぞ
    れ２つのウエブ（１６，１７）を介して軸受ブッシュ
    （１３）もしくは外側フランジ（１１）に結合されてお
    り、 ｅ） 環状隙間（２５）が軸受ブッシュ（１３）とケー
    シング（２）との間に形成されており、かつカルダンリ
    ング（１２）に対して軸方向にずれて位置しており、 ｆ） 外側フランジ（１１）並びにケーシング（２）
    に、それぞれ少なくとも１つのセンタリング面（２２，
    ２３）が、互いに協働するように、かつ単数又は複数の
    軸受（３）に対して同軸的に配置されていることを特徴
    とする高速回転ロータのための軸受支持部材。
  2. 【請求項２】 内側のウエブ（１６）が互いに角１８０
    °ずれて配置されており、かつ、外側のウエブ（１７）
    が内側のウエブ（１６）に対してそれぞれ角９０°ずれ
    て配置されている請求項１記載の軸受支持部材。
  3. 【請求項３】 軸受ブッシュ（１３）が、ウエブ（１
    ６，１７）を介してカルダンリング（１２）もしくは外
    側フランジ（１１）に結合された第１のブッシュ部分
    （２６）と、このブッシュ部分（２６）に対して軸方向
    に延びる第２のブッシュ部分（２７）とから成り、か
    つ、環状隙間（２５）が第２のブッシュ部分（２７）と
    ケーシング（２）との間に形成されている請求項１又は
    ２記載の軸受支持部材。
  4. 【請求項４】 カルダンリング（１２）がその全周にわ
    たり一定の厚さで形成されている請求項３記載の軸受支
    持部材。
  5. 【請求項５】 カルダンリング（１２）がウエブ（１
    ６，１７）の領域内で半径方向で厚肉に形成されている
    請求項３記載の軸受支持部材。
  6. 【請求項６】 単数又は複数の軸受（３）が半径方向で
    カルダンリング（１２）の下方に配置されている請求項
    ４又は５記載の軸受支持部材。
  7. 【請求項７】 単数又は複数の軸受（３）が半径方向で
    圧縮オイルダンパ（２５）の下方に配置されている請求
    項４又は５項記載の軸受支持部材。
  8. 【請求項８】 環状隙間（２５）のためのオイル供給手
    段（３１）がケーシング（２）内に配置されており、か
    つ圧力オイル接続部（２８）と、接続孔（２９）と環状
    通路（３０）とから成っている請求項１から７までのい
    ずれか１項記載の軸受支持部材。
  9. 【請求項９】 環状隙間（２５）のためのオイル供給手
    段（３１）が、圧力オイル接続部（２８）と、接続孔
    （２９）と、環状通路（３０）とから成っており、圧力
    オイル接続部（２８）が外側フランジ（１１）に配置さ
    れており、接続孔（２９）と環状通路（３０）とがケー
    シング（２）内に配置されている請求項１から７までの
    いずれか１項記載の軸受支持部材。
  10. 【請求項１０】 外側フランジ（１１）が容易に解離可
    能にケーシング（２）に結合されている請求項１から９
    までのいずれか１項記載の軸受支持部材。
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