JPH11336744A - 波状軸受 - Google Patents

波状軸受

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JPH11336744A
JPH11336744A JP16433998A JP16433998A JPH11336744A JP H11336744 A JPH11336744 A JP H11336744A JP 16433998 A JP16433998 A JP 16433998A JP 16433998 A JP16433998 A JP 16433998A JP H11336744 A JPH11336744 A JP H11336744A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bearing
rotating shaft
sine curve
wavy
clearance
Prior art date
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Pending
Application number
JP16433998A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinobu Saito
忍 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd filed Critical Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority to JP16433998A priority Critical patent/JPH11336744A/ja
Publication of JPH11336744A publication Critical patent/JPH11336744A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/028Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with fixed wedges to generate hydrodynamic pressure, e.g. multi-lobe bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/23Gas turbine engines
    • F16C2360/24Turbochargers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速軽荷重の軸受としてすきまが大きく自励
振動が起こらず安定な波状軸受を提供すること。 【解決手段】 軸受12の表面形状となる内周面12a
を、同心の中立円13に対して一周で4波長のサイン曲
線14を重畳した形状にする。これにより、高速で回転
して回転軸11と軸受12が同心になっても軸受表面の
サイン曲線14によるうねりにより、一周4か所に強い
くさび膜作用を持つ部分が形成され、ここで生じる動圧
により回転軸11が強く支持されるようになり、隙間が
大きくても安定して回転し、実用的に全く自励振動が生
じないようになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、波状軸受に関
し、高速軽荷重の軸受としてすきまが大きくても安定な
ものである。
【0002】
【従来の技術】高速軽荷重で回転する回転軸を支持する
必要がある場合の一つに自動車用の小型のターボチャー
ジャがあり、加速性能の向上のため摩擦損失を小さくす
る必要があるとともに、潤滑油としてエンジンのシステ
ム油を用いることからゴミなどの排出が容易であること
および安定性が高いことが要求される。
【0003】そこで、従来、高速軽荷重で回転する回転
軸を支持する軸受としては、高速回転にともなうオイル
ホワールと呼ばれる自励振動を防止する必要から、一般
産業機械では傾斜パッド軸受が用いられ、自動車用など
の小型のターボチャージャでは、浮動ブッシュ軸受が用
いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、一般産業機
械で用いられている傾斜パッド軸受は、構造が複雑でコ
ンパクトにできないため、ターボチャージャに用いるこ
とが難しく、価格も高いという問題がある。
【0005】また、浮動ブッシュ軸受では、自励振動を
完全に抑えることが難しく、機種や運転条件が変わるた
びに設計し直し最適なものにしなければならず、多くの
試験が必要となるという問題がある。
【0006】一方、小型のターボチャージャの軸受とし
ては、摩擦損失の低減、ゴミなどの排出容易、高い安定
性の3条件を満たす必要があり、すきまが大きくても安
定な軸受が必要である。
【0007】この発明は、かかる従来技術の課題に鑑み
てなされたもので、高速軽荷重の軸受としてすきまが大
きく自励振動が起こらず安定な波状軸受を提供しようと
するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の請求項1に記載の波状軸受は、軸受の内
周面を、軸心と同心の中立円にサイン曲線を複数波のせ
た曲面形状に形成してなることを特徴とするものであ
る。
【0009】この波状軸受によれば、軸受の表面形状と
なる内周面を、同心の中立円に対して一周で複数波長の
サイン曲線を重畳した形状にするようにしており、高速
で回転して回転軸と軸受が同心になっても軸受表面のサ
イン曲線によるうねりにより、例えば一周4波長のサイ
ン曲線を重畳した場合には4か所、3波長重畳した場合
には3か所、強いくさび膜作用を持つ部分が形成され、
ここで生じる動圧により回転軸が強く支持されるように
なり、隙間が大きくても安定して回転し、実用的に全く
自励振動が生じないようになる。
【0010】また、この発明の請求項2に記載の波状軸
受は、請求項1記載の構成に加え、前記軸受の外周面に
油膜を形成する固定軸受を設けてセミフロート軸受を構
成したことを特徴とするものである。
【0011】この波状軸受によれば、サイン曲線を重畳
した軸受の外周を油膜を介して支持するセミフロート軸
受を構成するようにしており、隙間が大きくても一層安
定して回転し、実用的に全く自励振動が生じないように
なる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図面を参照しながら詳細に説明する。図1はこの発明の
波状軸受の一実施の形態にかかる概略構成図および従来
の四円弧軸受の概略構成図である。
【0013】この波状軸受10では、円形断面の回転軸
11を支持する軸受12の内周面(軸受面)12aが、
回転軸11および軸受12と同心の中立円13の周上に
複数の波長のサイン曲線14をのせた形状に形成してあ
り、例えば図1(a)に示すように、4波長のサイン曲
線14をのせ、凹凸部がそれぞれ4個ずつ形成される形
状としてある。
【0014】そして、回転軸11の外周と中立円13の
すきまがCpとなり、回転軸11の外周と軸受12の内
周面12aとの最小すきまがCbとなるようにしてあ
る。
【0015】なお、比較のため示した図1(b)の四円
弧軸受は、回転軸1を支持する軸受2の内周面2aを真
円とせず、回転軸1の半径rs に対して偏心量をCp1と
した半径rp の4つの円弧で軸受2の内周面2aが構成
され、回転軸1と軸受2の内周面2aとの最小すきまを
Cb1としたものである。
【0016】このように構成した波状軸受10では、軸
受12の最大すきまがCp+(Cp−Cb)で表わさ
れ、比較のため示した四円弧軸受の最大すきまCp1(=
rp −rs )より大きくなっていることが分かる。
【0017】これにより、軸受すきまが大きい分だけ摩
擦損失も小さくなる。この波状軸受10でのすきまは、
中立円13に対するサイン曲線の片振幅(Cp−Cb)
を、回転軸11と中立円13とのすきまCpに対して、
例えば(Cp−Cb)/Cp=0.5位となるように設
定すれば良い。
【0018】また、この波状軸受10について、その安
定性についてシュミレーションを行った結果を示したも
のが図2であり、横軸の偏心量{ε(e/Cp)}に対
して縦軸が安定限界{ω/ω0 }であり、予圧係数mp
(=1−Cb/Cp)をパラメータとしたものである。
【0019】同図から波状軸受10の安定限界がいずれ
の条件でも四円弧軸受に比較して高く、安定に運転でき
ることが分かる。
【0020】したがって、この波状軸受10によれば、
高速軽荷重の回転軸の軸受として用いれば、軸受すきま
が大きいことから摩擦損失が小さく、潤滑油にゴミ等が
混入しても容易に排出することができ、しかもサイン曲
線を重畳したうねりを持つ軸受形状により強いくさび膜
作用を持つ部分が形成され、ここで生じる動圧によって
回転軸が強く支持され、実用的には全く自励振動を生じ
ること無く、安定して運転することができる。
【0021】次に、この発明の波状軸受の他の一実施の
形態について図3により説明する。
【0022】この波状軸受20は、既に説明した波状軸
受10の軸受12の外周を油膜で支持するセミフロート
軸受として構成したものである。
【0023】この波状軸受20は、波状軸受10と同様
に、円形断面の回転軸21を支持する軸受22の内周面
(軸受面)22aが、回転軸21および軸受22と同心
の中立円23の周上に複数の波長のサイン曲線24をの
せた形状に形成してあり、例えば図3に示すように、4
波長のサイン曲線24をのせ、凹凸部がそれぞれ4個ず
つ形成される形状としてある。
【0024】そして、回転軸21の外周と中立円23の
すきまがCpとなり、回転軸21の外周と軸受22の内
周面22aとの最小すきまがCbとなるようにしてあ
る。
【0025】さらに、この軸受22の外周面22bが真
円に形成され、すきまdに形成される油膜25を介して
固定軸受26で支持されるようになっており、軸受22
と固定軸受26との間に軸受22の回転を止める固定ピ
ン27が嵌合してある。
【0026】このように構成した波状軸受20では、既
に説明した波状軸受10と同様に、軸受22の最大すき
まがCp+(Cp−Cb)で表わされ、比較のため図1
(b)に示した四円弧軸受の最大すきまCp1(=rp −
rs )より大きくなっていることが分かる。
【0027】これにより、軸受すきまが大きい分だけ摩
擦損失も小さくなる。この波状軸受20でのすきまは、
中立円23に対するサイン曲線の片振幅(Cp−Cb)
を、回転軸21と中立円23とのすきまCpに対して、
例えば(Cp−Cb)/Cp=0.5位となるように設
定すれば良い。
【0028】また、この波状軸受20についても、その
安定性についてシュミレーションを行い、その結果を図
4に示した。同図中、横軸は偏心量{ε(e/Cp)}
であり、縦軸は安定限界{ω/ω0 }であり、各図で
は、予圧係数mp (=1−Cb/Cp)をパラメータと
して変えたものである。
【0029】同図からセミフロート軸受を構成する波状
軸受20では、高速軽荷重の回転軸の場合には、偏心量
{ε(e/Cp)}が小さく、不安定域がない状態とな
り、一層安定に運転することができることが分かる。
【0030】したがって、この波状軸受20によれば、
高速軽荷重の回転軸の軸受として用いれば、軸受すきま
が大きいことから摩擦損失が小さく、潤滑油にゴミ等が
混入しても容易に排出することができ、しかもサイン曲
線を重畳したうねりを持つ軸受形状により強いくさび膜
作用を持つ部分が形成され、ここで生じる動圧によって
回転軸が強く支持され、セミフロート軸受で構成したこ
とから一層自励振動を抑えて安定して運転することがで
きる。
【0031】なお、上記各実施の形態では、軸受の内周
面にサイン曲線を4波長分のせるようにしたが、これに
限らず3波長分としたり、5波長分など複数波長分をの
せるようにしても良く、これらの場合にも安定して運転
できることを確認している。
【0032】そして、4波長の場合には、軸受内周面の
寸法をシリンダゲージで簡単に測定することができる。
【0033】
【発明の効果】以上、一実施の形態とともに具体的に説
明したようにこの発明の請求項1記載の波状軸受によれ
ば、軸受の表面形状となる内周面を、同心の中立円に対
して一周で複数波長のサイン曲線を重畳した形状にする
ようにしたので、高速で回転して回転軸と軸受が同心に
なっても軸受表面のサイン曲線によるうねりにより、強
いくさび膜作用を持つ部分が形成され、ここで生じる動
圧により回転軸が強く支持され、隙間が大きくても安定
して回転し、実用的に全く自励振動が生じないようにす
ることができる。
【0034】また、この発明の請求項2に記載の波状軸
受によれば、サイン曲線を重畳した軸受の外周を油膜を
介して支持するセミフロート軸受を構成するようにした
ので、隙間が大きくても自励振動を抑えて一層安定して
運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の波状軸受の一実施の形態にかかる概
略構成図および従来の四円弧軸受の概略構成図である。
【図2】この発明の波状軸受の一実施の形態にかかる安
定限界のシュミレーション結果を従来の四円弧軸受の場
合と対比して示す説明図である。
【図3】この発明の波状軸受の他の一実施の形態にかか
る概略構成図である。
【図4】この発明の波状軸受の他の一実施の形態にかか
る安定限界のシュミレーション結果を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
10 波状軸受 11 回転軸 12 軸受 12a 内周面(軸受面) 13 中立円 14 サイン曲線 20 波状軸受 21 回転軸 22 軸受 22a 内周面(軸受面) 22b 外周面(セミフロート軸受面) 23 中立円 24 サイン曲線 25 油膜 26 固定軸受 27 固定ピン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸受の内周面を、軸心と同心の中立円にサ
    イン曲線を複数波のせた曲面形状に形成してなることを
    特徴とする波状軸受。
  2. 【請求項2】前記軸受の外周面に油膜を形成する固定軸
    受を設けてセミフロート軸受を構成したことを特徴とす
    る請求項1記載の波状軸受。
JP16433998A 1998-05-28 1998-05-28 波状軸受 Pending JPH11336744A (ja)

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