JP2010216651A - Roller bearing and rotating shaft cooling structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転がり軸受及び回転軸冷却構造に関し、より詳細には、ガスタービン、ジェットエンジン、工作機械、及び自動車のターボチャージャー等に組み込まれて、高温・高速回転条件下において使用される転がり軸受及び回転軸冷却構造に関する。 The present invention relates to a rolling bearing and a rotating shaft cooling structure, and more specifically, a rolling bearing incorporated in a gas turbine, a jet engine, a machine tool, a turbocharger of an automobile, and the like and used under high temperature and high speed rotation conditions. And a rotating shaft cooling structure.
ガスタービン、ジェットエンジン、工作機械、及び自動車のターボチャージャー等に組み込まれて使用される転がり軸受は、高速回転する回転軸を支持するため、十分な潤滑及び冷却が必要となる。このような高速回転条件下において使用される転がり軸受の潤滑及び冷却を行うことを目的として、従来、内輪の内輪軌道溝に開口部を有する給油孔から転動体に向けて潤滑油を噴出する、所謂、アンダーレースによる潤滑が採用されている。また、高速回転によって温度上昇する回転軸を積極的に冷却することにより、高速回転を可能としたものが提案されている。 Rolling bearings that are incorporated and used in gas turbines, jet engines, machine tools, automobile turbochargers, and the like support rotating shafts that rotate at high speeds, and therefore require sufficient lubrication and cooling. For the purpose of lubricating and cooling the rolling bearing used under such high-speed rotation conditions, conventionally, the lubricating oil is jetted from the oil supply hole having an opening in the inner ring raceway groove of the inner ring toward the rolling element. So-called under-lace lubrication is employed. Further, there has been proposed one that enables high-speed rotation by actively cooling a rotating shaft that rises in temperature due to high-speed rotation.
従来のアンダーレース潤滑を行う装置としては、内輪の回転に伴う遠心力の作用によって、内輪の軸方向一端面に形成した環状溝の底部から、給油孔を介して内輪軌道面に設けられたV字溝へ潤滑油を供給し、V字溝の開口部と転動体との間に形成された潤滑油逃がし用の隙間から安定した量の潤滑油を転動体に向けて直接吹き付けて潤滑するようにした転がり軸受装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As an apparatus for performing conventional under-lace lubrication, V is provided on the inner ring raceway surface through a lubrication hole from the bottom of an annular groove formed on one axial end face of the inner ring by the action of centrifugal force accompanying the rotation of the inner ring. Lubricant is supplied to the groove, and a stable amount of lubricating oil is directly blown toward the rolling element from the clearance for the lubricating oil formed between the opening of the V-shaped groove and the rolling element for lubrication. A rolling bearing device is known (for example, see Patent Document 1).
また、転がり軸受の内部に潤滑油を供給する潤滑油噴射ノズルを備えるとともに、外輪と保持器との空隙部に向けて圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射ノズルを設け、供給された潤滑油が外輪の軌道面に滞留することを防止して、高温・高速回転条件下において使用される転がり軸受の潤滑及び冷却を行うようにした軸受潤滑装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a lubricating oil injection nozzle that supplies lubricating oil to the inside of the rolling bearing is provided, and a compressed air injection nozzle that injects compressed air toward the gap between the outer ring and the cage is provided, and the supplied lubricating oil is supplied to the outer ring. There is known a bearing lubrication device that prevents and stays on the raceway surface to lubricate and cool a rolling bearing used under high temperature and high speed rotation conditions (see, for example, Patent Document 2).
さらに、内輪に設けられた給油孔に連通して回転軸に穿設された通路内に、潤滑油の流量を調節する流量調節手段を設け、軸受内部に供給される潤滑油の流量を回転軸の回転速度に応じて調節して、潤滑油の安定した供給を図った潤滑油流量調節装置が開示されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the lubricating oil is provided in a passage formed in the rotary shaft so as to communicate with the oil supply hole provided in the inner ring, and the flow rate of the lubricating oil supplied to the inside of the bearing is controlled by the rotary shaft. There is disclosed a lubricating oil flow rate adjusting device that adjusts according to the rotational speed of the oil to achieve a stable supply of lubricating oil (see, for example, Patent Document 3).
また、回転軸を支持する軸受の内外輪温度を測定し、測定された軸受の温度に基づいて、冷却液の温度を独立に制御することで、回転軸が高速回転して軸受が発熱した場合でも、軸受の予圧を適正範囲に抑制するようにした工作機械の回転軸装置が知られている(例えば、特許文献4参照)。 In addition, when the temperature of the inner and outer rings of the bearing that supports the rotating shaft is measured and the temperature of the coolant is independently controlled based on the measured temperature of the bearing, the rotating shaft rotates at a high speed and the bearing generates heat. However, a rotating shaft device of a machine tool that suppresses the preload of the bearing within an appropriate range is known (for example, see Patent Document 4).
さらに、回転軸を支持する軸受の温度を測定する温度センサを備え、軸受の温度に応じた量の潤滑油を軸受に供給するようにした軸受装置が知られている(例えば、特許文献5参照)。 Further, a bearing device is known that includes a temperature sensor that measures the temperature of the bearing that supports the rotating shaft, and supplies lubricating oil in an amount corresponding to the temperature of the bearing to the bearing (see, for example, Patent Document 5). ).
上記特許文献1に記載の転がり軸受装置は、内輪の回転に伴う遠心力の作用によって、開口部と転動体との間に形成された隙間から、安定して潤滑油を供給するようにしているが、回転速度の変化に伴って給油量を調整する機能を有していない。従って、高速回転時には、十分な量の潤滑油が転がり軸受に供給されずに発熱したり、低速回転時には、潤滑油の供給量が過多となったりして、潤滑油の攪拌抵抗に起因して軸受トルクが増大するなどのおそれがあった。
The rolling bearing device described in
また、上記特許文献2に記載の軸受潤滑装置は、内輪の回転に伴う遠心力の作用によって潤滑油が外輪に滞留することを防止し、潤滑油を効率よく循環させて潤滑効率及び冷却効率の向上を図ったものであり、回転速度の変化に伴って給油量を調整することはできない。また、軸受の外部に付帯設備を要する問題点があった。 Further, the bearing lubrication device described in Patent Document 2 prevents the lubricating oil from staying in the outer ring by the action of the centrifugal force accompanying the rotation of the inner ring, and efficiently circulates the lubricating oil to improve the lubrication efficiency and the cooling efficiency. This is an improvement, and the amount of oil supply cannot be adjusted as the rotational speed changes. In addition, there is a problem that ancillary equipment is required outside the bearing.
また、上記特許文献3に記載の潤滑油流量調節装置は、供給する給油量を回転速度に応じて調整することが可能であるが、潤滑油流量調節装置が回転軸に配設されているので、転がり軸受と潤滑油流量調節装置との位置合わせなど、組み付けが複雑であり、改善の余地があった。 Moreover, although the lubricating oil flow control apparatus of the said patent document 3 can adjust the amount of oil supply supplied according to a rotational speed, since the lubricating oil flow control apparatus is arrange | positioned at the rotating shaft. The assembly of the rolling bearing and the lubricating oil flow rate adjustment device is complicated and there is room for improvement.
また、上記特許文献4及び特許文献5に記載の技術は、回転軸やハウジングに、温度センサを設置するための追加加工が必要であり、量産性に欠ける問題があった。また、回転体から測定データを外部に取り出すためには、一般的にスリップリング、テレメータ、或いは、非接触式測定器などの高価な装置が必要となり、装置が大型化すると共に、コストが増大する問題があった。 Further, the techniques described in Patent Document 4 and Patent Document 5 require additional processing for installing a temperature sensor on the rotating shaft and the housing, and have a problem of lack of mass productivity. Further, in order to extract measurement data from the rotating body to the outside, generally an expensive device such as a slip ring, a telemeter, or a non-contact type measuring device is required, which increases the size and cost. There was a problem.
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な機構によって、回転速度に対応して、或いは軸受温度(回転軸温度)に応じて、回転軸や転がり軸受の内部に供給する潤滑油の供給量を調整することにより、高温・高速回転条件下において、良好な潤滑及び冷却を行うことができる転がり軸受及び回転軸冷却構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotary shaft and a rolling bearing by a simple mechanism, corresponding to the rotational speed, or depending on the bearing temperature (rotational shaft temperature). An object of the present invention is to provide a rolling bearing and a rotating shaft cooling structure capable of performing satisfactory lubrication and cooling under high temperature and high speed rotation conditions by adjusting the supply amount of lubricating oil supplied to the inside.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1)内周面に外輪軌道溝を有する外輪と、外周面に内輪軌道溝を有する内輪と、外輪軌道溝と内輪軌道溝間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備え、アンダーレース潤滑される転がり軸受であって、内輪は、転がり軸受の内部に供給する潤滑油の供給量を回転速度に応じて調整可能な給油量調整機構を備えることを特徴とする転がり軸受。
(2)給油量調整機構は、内輪軌道溝の軸方向側方に設けられる内輪外周面と内輪内周面とを連通して径方向に沿って設けられる第1給油路と、第1給油路から分岐して内輪軌道溝に連通する第2給油路と、第1給油路内に配設されるニードルバルブの弁体と、ニードルバルブの弁体を内輪内周面に向けて付勢するコイルばねと、を備えることを特徴とする(1)に記載の転がり軸受。
(3)第2給油路は、径方向に異なる位置で第1給油路から分岐すると共に、複数の流路からなることを特徴とする(2)に記載の転がり軸受。
(4)転がり軸受で回動自在に支持される回転軸を、潤滑油によって冷却する回転軸冷却構造であって、回転軸及び転がり軸受の少なくとも一方に設けられる潤滑油の油路に配設され、回転軸の回転速度に応じて潤滑油の供給量を連続的に調整する回転速度感応式バルブを備えることを特徴とする回転軸冷却構造。
(5)転がり軸受で回動自在に支持される回転軸を、潤滑油によって冷却する回転軸冷却構造であって、回転軸及び転がり軸受の少なくとも一方に設けられる潤滑油の油路に配設され、回転軸又は転がり軸受の温度に応じて潤滑油の供給量を連続的に調整する温度感応式バルブを備えることを特徴とする回転軸冷却構造。
(6)回転速度感応式バルブは、ニードルバルブと、ニードルバルブの弁体をニードルバルブの流路が狭まる方向に付勢するコイルばねと、を備え、回転軸の回転に伴い弁体に作用する遠心力によって、弁体をコイルばねの付勢力に抗して移動させ、回転速度感応式バルブの開度を回転軸の回転速度に応じて連続的に調整することを特徴とする(4)に記載の回転軸冷却構造。
(7)温度感応式バルブは、ニードルバルブと、温度が上昇したとき伸長し、温度が低下したとき縮長する形状記憶合金で形成され、温度が上昇したときニードルバルブの弁体をニードルバルブの流路が広まる方向に付勢する第1感熱式コイルばねと、温度が上昇したとき縮長し、温度が低下したとき伸長する形状記憶合金で形成され、温度が低下したとき弁体を流路が狭まる方向に付勢する第2感熱式コイルばねと、を備え、転がり軸受の温度に応じて第1及び第2感熱式コイルばねを伸縮させ、温度感応式バルブの開度を転がり軸受の温度に応じて連続的に調整することを特徴とする(5)に記載の回転軸冷却構造。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) An outer ring having an outer ring raceway groove on an inner peripheral surface, an inner ring having an inner ring raceway groove on an outer peripheral surface, and a plurality of rolling elements arranged to be freely rollable between the outer ring raceway groove and the inner ring raceway groove. A rolling bearing that is provided with an under-lace lubrication, and the inner ring includes an oil supply amount adjusting mechanism capable of adjusting a supply amount of lubricating oil supplied to the inside of the rolling bearing according to a rotation speed. .
(2) The oil supply amount adjusting mechanism includes a first oil supply passage provided along the radial direction by communicating an inner ring outer peripheral surface and an inner ring inner peripheral surface provided on an axial side of the inner ring raceway groove, and a first oil supply passage. The second oil supply passage branched from the inner ring raceway groove, the valve body of the needle valve disposed in the first oil supply passage, and the coil that urges the valve body of the needle valve toward the inner peripheral surface of the inner ring A rolling bearing according to (1), comprising a spring.
(3) The rolling bearing according to (2), wherein the second oil supply passage is branched from the first oil supply passage at a position different in the radial direction and includes a plurality of flow passages.
(4) A rotating shaft cooling structure that cools a rotating shaft that is rotatably supported by a rolling bearing with lubricating oil, and is disposed in an oil passage for lubricating oil provided on at least one of the rotating shaft and the rolling bearing. A rotating shaft cooling structure comprising a rotation speed sensitive valve that continuously adjusts the supply amount of lubricating oil according to the rotation speed of the rotating shaft.
(5) A rotating shaft cooling structure that cools a rotating shaft that is rotatably supported by a rolling bearing with lubricating oil, and is disposed in an oil passage for lubricating oil provided on at least one of the rotating shaft and the rolling bearing. A rotating shaft cooling structure comprising a temperature sensitive valve that continuously adjusts the supply amount of lubricating oil in accordance with the temperature of the rotating shaft or rolling bearing.
(6) The rotational speed sensitive valve includes a needle valve and a coil spring that urges the valve body of the needle valve in a direction in which the flow path of the needle valve narrows, and acts on the valve body as the rotary shaft rotates. (4) characterized in that the valve body is moved against the urging force of the coil spring by centrifugal force, and the opening degree of the rotation speed sensitive valve is continuously adjusted according to the rotation speed of the rotation shaft. The rotating shaft cooling structure described.
(7) The temperature sensitive valve is formed of a needle memory and a shape memory alloy that expands when the temperature rises and contracts when the temperature drops. Formed with a first heat-sensitive coil spring that urges in the direction in which the flow path widens, and a shape memory alloy that contracts when the temperature rises and expands when the temperature drops, and passes the valve body through the flow path when the temperature drops A second heat-sensitive coil spring that urges in the direction of narrowing, and expands and contracts the first and second heat-sensitive coil springs according to the temperature of the rolling bearing to increase the opening of the temperature-sensitive valve. The rotating shaft cooling structure according to (5), which is continuously adjusted according to
本発明の転がり軸受によれば、内輪に設けられる給油量調整機構が、転がり軸受に供給する潤滑油の供給量を回転速度に応じて調整するため、各回転速度に応じて過不足なく潤滑油を供給すると共に、効率的に冷却することができ、高温・高速回転の条件でも良好なアンダーレース潤滑を行うことができる。 According to the rolling bearing of the present invention, the lubrication amount adjusting mechanism provided in the inner ring adjusts the supply amount of the lubricating oil supplied to the rolling bearing according to the rotational speed. Can be efficiently cooled, and good underlace lubrication can be performed even under conditions of high temperature and high speed rotation.
また、給油量調整機構は、内輪外周面に開口する第1給油路、第1給油路から分岐して内輪軌道溝に連通する第2給油路、ニードルバルブ及びコイルばねを有する回転速度感応式バルブを備えるため、低速回転時には、主に内輪外周面に潤滑油を供給して転がり軸受を潤滑し、転動体による潤滑油の攪拌抵抗を抑制して軸受トルクの低減を図り、高速回転時には、主として内輪軌道溝に潤滑油を供給して、転動体及び内輪軌道溝を十分に潤滑して潤滑不良を防止すると共に、冷却効率を向上させることができる。 The oil supply amount adjusting mechanism includes a first oil supply passage that opens to the outer peripheral surface of the inner ring, a second oil supply passage that branches from the first oil supply passage and communicates with the inner ring raceway groove, a needle valve, and a coil speed spring. Therefore, during low-speed rotation, the lubricating oil is supplied mainly to the outer peripheral surface of the inner ring to lubricate the rolling bearing, and the bearing resistance is reduced by suppressing the agitation resistance of the lubricating oil by the rolling elements. Lubricating oil can be supplied to the inner ring raceway groove to sufficiently lubricate the rolling elements and the inner ring raceway groove to prevent poor lubrication and improve the cooling efficiency.
さらに、第2給油路は、径方向に異なる位置で第1給油路から分岐し、複数の流路からなるため、回転速度に応じて流路を変更して、内輪軌道溝に供給する潤滑油の供給量を精密且つ連続的に制御し、効率的に転がり軸受の潤滑及び冷却を行うことができる。 Furthermore, since the second oil supply passage is branched from the first oil supply passage at a different position in the radial direction and includes a plurality of flow passages, the lubricating oil is supplied to the inner ring raceway groove by changing the flow passage according to the rotational speed. The supply amount of the roller can be precisely and continuously controlled, and the rolling bearing can be lubricated and cooled efficiently.
また、本発明の回転軸冷却構造によれば、回転軸の回転速度に応じて回転軸を冷却する潤滑油の供給量を連続的に調整する回転速度感応式バルブが油路に配設されるので、低速回転時には潤滑油の供給量を低減させて回転軸とハウジングとの温度差を略一定に保つと共に、回転軸の回転速度の上昇に伴って潤滑油の供給量を増大させて、回転軸を効率的に冷却することができる。これにより、回転軸の安定した高速回転が可能となる。 Further, according to the rotating shaft cooling structure of the present invention, the rotational speed sensitive valve that continuously adjusts the supply amount of the lubricating oil that cools the rotating shaft according to the rotating speed of the rotating shaft is disposed in the oil passage. Therefore, during low-speed rotation, the amount of lubricating oil supplied is reduced to keep the temperature difference between the rotating shaft and the housing substantially constant, and the amount of lubricating oil supplied is increased as the rotational speed of the rotating shaft is increased. The shaft can be cooled efficiently. Thereby, the stable high-speed rotation of the rotating shaft becomes possible.
さらに、回転軸又は転がり軸受の温度に応じて、潤滑油の供給量を連続的に調整する温度感応式バルブが油路に配設されるので、転がり軸受の温度に応じた量の潤滑油を転がり軸受に供給することができ、転がり軸受及び回転軸を効率的に冷却して、高温・高速回転の条件でも良好な潤滑を行うことができる。 Furthermore, since a temperature-sensitive valve that continuously adjusts the supply amount of the lubricating oil according to the temperature of the rotating shaft or the rolling bearing is disposed in the oil passage, an amount of lubricating oil corresponding to the temperature of the rolling bearing is supplied. It can be supplied to the rolling bearing, and the rolling bearing and the rotating shaft can be efficiently cooled, and good lubrication can be performed even under conditions of high temperature and high speed rotation.
また、回転速度感応式バルブは、ニードルバルブと、ニードルバルブの弁体をニードルバルブの流路が狭まる方向に付勢するコイルばねと、を備え、回転軸の回転に伴い弁体に作用する遠心力によって、弁体をコイルばねの付勢力に抗して移動させ、回転速度感応式バルブの開度を回転軸の回転速度に応じて連続的に調整するようにしたので、簡単な機構で回転軸の回転速度に応じた量の潤滑油を供給することができる。 The rotational speed sensitive valve includes a needle valve and a coil spring that urges the valve body of the needle valve in a direction in which the flow path of the needle valve narrows, and a centrifugal force that acts on the valve body as the rotating shaft rotates. The valve body is moved against the urging force of the coil spring by force, and the opening of the rotational speed sensitive valve is continuously adjusted according to the rotational speed of the rotating shaft. An amount of lubricating oil corresponding to the rotational speed of the shaft can be supplied.
さらに、温度感応式バルブは、ニードルバルブと、温度に応じて伸縮する形状記憶合金で形成される第1及び第2感熱式コイルばねと、を備え、転がり軸受の温度に応じて第1及び第2感熱式コイルばねを伸縮させ、温度感応式バルブの開度を転がり軸受の温度に応じて連続的に調整するようにしたので、簡単な機構で転がり軸受の温度に応じた量の潤滑油を供給することができる。これにより、回転軸を効果的に冷却して安定した高速回転が可能となる。 The temperature-sensitive valve further includes a needle valve and first and second heat-sensitive coil springs formed of a shape memory alloy that expands and contracts depending on the temperature, and the first and second heat-sensitive valves depend on the temperature of the rolling bearing. 2. The thermosensitive coil spring is expanded and contracted, and the opening of the temperature sensitive valve is continuously adjusted according to the temperature of the rolling bearing, so an amount of lubricating oil corresponding to the temperature of the rolling bearing can be applied with a simple mechanism. Can be supplied. As a result, the rotating shaft can be effectively cooled to enable stable high-speed rotation.
以下、本発明に係る転がり軸受及び回転軸冷却構造の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a rolling bearing and a rotating shaft cooling structure according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、図1〜図6を参照して、本発明に係る転がり軸受の第1実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, with reference to FIGS. 1-6, 1st Embodiment of the rolling bearing which concerns on this invention is described.
本実施形態の転がり軸受10は、図1に示すように、内周面に外輪軌道溝12を有する外輪11と、外周面に内輪軌道溝14を有する内輪13と、保持器15によって回動自在に保持され、接触角αで外輪軌道溝12及び内輪軌道溝14に接触しながら、外輪軌道溝12及び内輪軌道溝14間に転動自在に配設される複数の転動体である玉16と、を備えるアンギュラ玉軸受である。
As shown in FIG. 1, the rolling
転がり軸受10は、内輪13に給油量調整機構20を内蔵し、回転速度に応じて潤滑油量を調整して軸受10の内部に供給する。即ち、内輪13から潤滑油を供給するアンダーレース潤滑方式の軸受である。
In the rolling
給油量調整機構20は、図2に示すように、内輪13の内輪軌道溝14の軸方向側方に設けられる内輪外周面21と内輪内周面22とを連通して径方向に沿って設けられる第1給油路23と、第1給油路23の途中から分岐して内輪軌道溝14に連通する第2給油路27と、テーパ穴24内に嵌装されるテーパ状の弁体30と、テーパ穴24の底面と弁体30との間に配置され、弁体30を内輪内周面22に向けて常時付勢するコイルばね31と、を備える。なお、本実施形態では、第1給油路23、弁体30及びコイルばね31により回転速度感応式のニードルバルブが構成される。
As shown in FIG. 2, the oil supply
第1給油路23は、内輪内周面22側から内輪外周面21側に向かうに従って次第に穴径が細くなるテーパ穴24と、内輪外周面21に開口すると共にテーパ穴24に連通するストレート穴25と、から構成される。
The first
第2給油路27は、第1給油路23に対する傾斜角βが15°〜75°で傾斜し、テーパ穴24の途中から分岐して、内輪軌道溝14に開口する。第2給油路27の穴径は、第1給油路23のストレート穴25の穴径の20〜80%に設定される。また、第2給油路27は、内輪軌道溝14に開口するが、その開口は、内輪軌道溝14と玉16との接触点Pの反対側に配置される(図1参照)ので、第2給油路27が内輪13の剛性に与える影響は殆どない。
The second
なお、給油量調整機構20は、1つでもよいが、給油量調整機構20の設置による重心位置の変化(バランス不良)を防止するため、周方向に等間隔で複数設ける方が好ましい。また、同様の理由から、弁体30は、軽金属や樹脂などの軽量素材で成形する方が好ましい。
In addition, although the number of oil supply
本実施形態の転がり軸受10の作用について図3〜図6を参照して説明する。なお、潤滑油は、潤滑油供給装置から不図示の回転軸の給油穴を介して、内輪内周面22側から第1給油路23に供給されるものとする。
The operation of the rolling
まず、図3に示すように、内輪13が停止しているとき、弁体30は、遠心力が作用していないので、コイルばね31のばね力によって内輪内周面22側に位置している。
First, as shown in FIG. 3, when the
次に、内輪13が低速で回転すると、図4に示すように、弁体30は、遠心力によって径方向外方(図中上方)に移動し、自重及びコイルばね31のばね力と、弁体30に作用する遠心力とがバランスする位置に移動する。これにより、テーパ穴24の内面及び弁体30の外面間には、比較的大きな環状隙間Cが形成される。
Next, when the
この時、潤滑油供給装置から第1給油路23に供給された潤滑油は、テーパ穴24及び弁体30間の環状隙間Cを介して弁体30より下流側の空間に流入し、主として、第2給油路27よりも相対的に穴径の大きなストレート穴25から内輪外周面21に供給される。
At this time, the lubricating oil supplied from the lubricating oil supply device to the first
内輪外周面21に供給された潤滑油の一部は、内輪外周面21に沿って内輪軌道溝14に供給されて内輪軌道溝14と玉16とを潤滑する。従って、過剰な潤滑油が内輪軌道溝14に供給されることがなく、玉16による潤滑油の攪拌抵抗が抑制されて、軸受トルクを低減することができる。
A part of the lubricating oil supplied to the inner ring outer
次に、内輪13が中速で回転すると、図5に示すように、弁体30に作用する遠心力が回転速度に応じて大きくなり、弁体30は、自重及びコイルばね31のばね力に抗して更に径方向外方に移動する。これにより、テーパ穴24及び弁体30間の環状隙間Cが狭められる共に、弁体30と分岐点側の第2給油路27の開口との重なりが少なくなるので、ストレート穴25から内輪外周面21に供給される潤滑油量が減少し、第2給油路27から内輪軌道溝14に供給される潤滑油量が増大する。
Next, when the
次に、内輪13が高速で回転すると、図6に示すように、弁体30に作用する遠心力が更に大きくなり、弁体30は、自重及びコイルばね31のばね力に抗して更に径方向外方に移動する。これにより、テーパ穴24及び弁体30間の環状隙間Cが更に狭められる共に、弁体30と分岐点側の第2給油路27の開口との重なりが更に少なくなるので、ストレート穴25から内輪外周面21に供給される潤滑油量が極小となり、主として第2給油路27から内輪軌道溝14に潤滑油が供給される。
Next, when the
この時、ストレート穴25から内輪外周面21に供給された潤滑油は、潤滑油に作用する遠心力によって外輪11側に飛ばされてしまうが、弁体30によって、内輪13の回転速度に応じて供給量が調整(増大)された潤滑油が、第2給油路27から内輪軌道溝14に供給されるので、内輪軌道溝14及び玉16の潤滑不足が防止されると共に、転がり軸受10が効率的に冷却される。
At this time, the lubricating oil supplied from the
以上説明したように、本実施形態の転がり軸受10によれば、内輪13に設けられる給油量調整機構20が、転がり軸受10に供給する潤滑油の供給量を回転速度に応じて連続的に調整するので、各回転速度に応じて過不足なく潤滑油を供給すると共に、効率的に冷却することができる。
As described above, according to the rolling
このように構成された転がり軸受10は、回転数24000rpm以上、dmn値300万以上の条件の回転軸に適用可能であり、例えば、ガスタービン、ジェットエンジン、工作機械、及び自動車のターボチャージャー等の高温・高速回転条件下で使用される転がり軸受に好適である。
The thus configured rolling
(第2実施形態)
次に、図7を参照して、本発明に係る転がり軸受の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the rolling bearing according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that portions that are the same as or equivalent to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof is omitted or simplified.
本実施形態の転がり軸受10は、図7に示すように、第2給油路27を構成する3つの流路35,36,37を備える。それぞれの流路35,36,37は、第1給油路23(テーパ穴24)内の径方向に異なる位置から分岐し、内輪軌道溝14にそれぞれ開口する。また、流路35,36,37の開口は、いずれも、内輪軌道溝14と玉16との接触点Pの反対側に配置される(図1参照)。
As shown in FIG. 7, the rolling
また、本実施形態では、流路35,36,37は、流路35の穴径をd1、流路36の穴径をd2、流路37の穴径をd3とすると、穴径d1>穴径d2>穴径d3となるように設定されることが好ましい。
In the present embodiment, the
そして、内輪13が回転すると、弁体30は、回転速度に応じて自重及びコイルばね31のばね力に抗して図中上方に移動する。これにより、テーパ穴24及び弁体30間の環状隙間Cが狭められると共に、弁体30が通過した流路35,36,37が順次開放されるので、ストレート穴25から内輪外周面21に供給される潤滑油量が減少し、流路35,36,37から内輪軌道溝14に供給される潤滑油量が順次増大する。
When the
以上説明したように、本実施形態の転がり軸受10によれば、第2給油路27は、径方向に異なる位置で第1給油路23から分岐し、穴径が互いに異なる複数の流路35,36,37からなるため、回転速度に応じて流路35,36,37を変更して、内輪軌道溝14に供給する潤滑油の供給量を精密且つ連続的に制御し、効率的に転がり軸受10の潤滑及び冷却を行うことができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第1実施形態と同様である。
As described above, according to the rolling
About another structure and an effect, it is the same as that of the said 1st Embodiment.
次に、図8〜図11を参照して、本発明に係る回転軸冷却構造の一実施形態について説明する。 Next, with reference to FIGS. 8-11, one Embodiment of the rotating shaft cooling structure which concerns on this invention is described.
本実施形態の回転軸冷却構造40は、図8に示すように、一対の転がり軸受60によって両端が回転自在に支持される回転軸41と、回転速度感応式バルブ70と、温度感応式バルブ80と、を備える。なお、図8中の符号61は外輪、63は内輪、65は保持器、66は玉(転動体)である。
As shown in FIG. 8, the rotating
回転軸41は、インナーシャフト42と、インナーシャフト42に外嵌されるミドルシャフト43と、ミドルシャフト43に外嵌されるアウターシャフト44と、を備える3重構造の軸である。アウターシャフト44の両端部は、一対の転がり軸受60によってハウジング90に対して回転自在に支持されている。
The rotating
インナーシャフト42には、一方の端面から給油穴45が軸方向に形成されており、給油穴45は、径方向に形成される第1径方向給油路(油路)46によってインナーシャフト42の外周面に連通している。また、他方の端面からは、第1排油穴47が軸方向に形成されており、この第1排油穴47は、径方向に形成される第2径方向給油路48及び第3径方向給油路(油路)49によってインナーシャフト42の外周面に連通している。第3径方向給油路49は、第1排油穴47から転がり軸受60に給油するための分岐路として機能する。第1径方向給油路46の外周面開口部と、第2径方向給油路48の外周面開口部とは、インナーシャフト42の外周面に形成される螺旋溝50によって連通する。
An
螺旋溝50は、この螺旋溝50内を流れる潤滑油によってインナーシャフト42及びミドルシャフト43、換言すれば、回転軸41を冷却する冷却機構として作用する。なお、インナーシャフト42の外周面に螺旋状に形成される螺旋溝50の冷却効果は、例えば、中空軸による冷却効果よりも高いが、冷却機構は螺旋溝50に限定されず、任意の形態が可能である。
The
ミドルシャフト43は、インナーシャフト42に外嵌すると共に、アウターシャフト44に内嵌する円筒状に形成されており、軸方向一方の端面からは、第3径方向給油路49と、ミドルシャフト43の軸方向略中間部の外周面に形成される円周溝状の油溜まり52と、を連通させる給油穴51が軸方向に形成されている。また、ミドルシャフト43の外周面には、それぞれの転がり軸受60に対応する位置に円周溝53が形成され、この円周溝53は、ミドルシャフト43の外周面とアウターシャフト44の内周面間に形成される隙間54を介して油溜まり52に連通する。また、第3径方向給油路49は、インナーシャフト42の第1排油穴47とミドルシャフト43の給油穴51とを連通する。
The
アウターシャフト44は、その内外周面を連通するように径方向に形成される径方向給油路(油路)55を備え、この径方向給油路55は、ミドルシャフト43の円周溝53と転がり軸受60の内輪63に形成される径方向給油路56(油路)とを連通する。また、アウターシャフト44の端面には、インナーシャフト42の第1排油穴47と連通する第2排油穴(油路)57が形成されている。
The
そして、本実施形態では、図8に示すように、回転速度感応式バルブ70は、インナーシャフト42の第1径方向給油路46、アウターシャフト44の径方向給油路55、及び内輪63の径方向給油路56に配設され、温度感応式バルブ80は、アウターシャフト44の第2排油穴57及びインナーシャフト42の第3径方向給油路49に配設されている。なお、回転速度感応式バルブ70及び温度感応式バルブ80の配置位置は、上記の位置に限定されない。例えば、回転速度感応式バルブ70は、インナーシャフト42の第3径方向給油路49に配設されてもよく、温度感応式バルブ80は、内輪63の径方向給油路56に配設されてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the rotational speed
回転速度感応式バルブ70は、図9に示すように、給油路46と一体に形成される流路71と、流路71のテーパ穴72内に嵌装されるテーパ状の弁体74と、を有するニードルバルブと、テーパ穴72の底面と弁体74との間に配置され、弁体74をテーパ穴72の底面側に向けて常時付勢するコイルばね(引っ張りコイルばね)75と、を備える。流路71は、内径側から外径側に向かうに従って次第に穴径が太くなるテーパ穴72と、テーパ穴72と内径側流路(図示では給油穴45)とを連通させるストレート穴73と、から構成される。また、回転速度感応式バルブ70は、給油路55,56にも同様に配設されている。
As shown in FIG. 9, the rotational speed
このように構成された回転速度感応式バルブ70では、回転軸41の回転に伴って回転速度感応式バルブ70が回転すると、弁体74が遠心力によって径方向外方(図9の上方)に移動し、自重及びコイルばね75のばね力と、弁体74に作用する遠心力とがバランスする位置で停止する。即ち、回転速度感応式バルブ70の開度は、回転軸41の回転速度に応じて連続的に調整され、回転速度が増加するに伴って大きくなり、回転速度が低下するに伴って小さくなる。従って、潤滑油の供給量は、回転速度が増加するに伴って増大し、回転速度が低下するに伴って減少する。
In the rotational speed
温度感応式バルブ80は、図10に示すように、給油路49と一体に形成される流路81と、流路81のテーパ穴82内に嵌装されるテーパ状の弁体84と、を有するニードルバルブと、テーパ穴82の底面と弁体84との間に配置され、温度が上昇したとき伸長し、温度が低下したとき縮長する形状記憶合金で形成される第1感熱式コイルばね85と、テーパ穴82の開口側と弁体84との間に配置され、温度が上昇したとき縮長し、温度が低下したとき伸長する形状記憶合金で形成される第2感熱式コイルばね86と、を備える。流路81は、内径側から外径側に向かうに従って次第に穴径が太くなるテーパ穴82と、テーパ穴82と内径側流路(図示では第1排油穴47)とを連通させるストレート穴83と、から構成される。また、温度感応式バルブ80は、第2排油穴57にも同様に配設されており、この場合、第1感熱式コイルばね85と第2感熱式コイルばね86が逆に配置されている。なお、第1感熱式コイルばね85及び第2感熱式コイルばね86は少なくとも一方であってもよい。
As shown in FIG. 10, the temperature-
このように構成された温度感応式バルブ80では、回転軸41が高速回転して、転がり軸受60の発熱によって回転軸41の温度が上昇すると、温度感応式バルブ80の温度も上昇する。これにより、第1感熱式コイルばね85が伸長すると共に、第2感熱式コイルばね86が縮長するので、弁体84は第1感熱式コイルばね85と第2感熱式コイルばね86とのばね力がバランスする位置に移動して停止する。即ち、温度感応式バルブ80の開度は、温度感応式バルブ80の温度、換言すれば、回転軸41の温度に応じて連続的に調整され、温度が上昇するに伴って大きくなり、温度が低下するに伴って小さくなる。従って、潤滑油の供給量は、温度が上昇するに伴って増大し、温度が低下するに伴って減少する。また、第2排油穴57に配設される温度感応式バルブ80では、第1感熱式コイルばね85と第2感熱式コイルばね86が逆に配置されるため、その動作は、上記した給油路49に配設される温度感応式バルブ80の動作とは逆になる。
In the temperature
以下に、本実施形態の回転軸冷却構造40の作用について説明する。なお、潤滑油は、不図示の潤滑油供給装置からインナーシャフト42の給油穴45に供給され、転がり軸受60の潤滑に使用されなかった潤滑油は、インナーシャフト42の第1排油穴47及びアウターシャフト44の第2排油穴57から潤滑油供給装置に返送されるものとする。
Below, an effect | action of the rotating
回転軸41の回転速度が低速の場合、回転軸41の温度は低温であり、温度感応式バルブ80よりも回転速度感応式バルブ70が主として作用する。即ち、低速回転時においては、回転速度感応式バルブ70の弁体74に作用する遠心力は小さく、回転速度感応式バルブ70の開度が小さい。これにより、給油穴45に供給された潤滑油は、回転速度感応式バルブ70によって流量が絞られて、少量の潤滑油が第1径方向給油路46から螺旋溝50に供給される。従って、潤滑油による回転軸41(インナーシャフト42)の冷却効果は大きくない。一方、低速回転時における転がり軸受60の発熱は少ないので、これにより、回転軸41の温度は、略一定に保たれる。
When the rotational speed of the
この時、回転軸41の温度は低いので、第3径方向給油路49に配設された温度感応式バルブ80の開度が小さく、螺旋溝50から第1排油穴47に供給された潤滑油は、その一部が温度感応式バルブ80を介して転がり軸受60に供給され、残りの大部分は第2排油穴57に配設された温度感応式バルブ80を介して潤滑油供給装置に返送される。このように、転がり軸受60に少量の潤滑油を供給することで、転がり軸受60を適度に冷却すると共に、潤滑油の撹拌抵抗を抑制して軸受トルクを低減することができる。
At this time, since the temperature of the
一方、回転軸41が高速回転する場合、転がり軸受60の発熱が大きくなり、回転軸41の温度が上昇するので、第3径方向給油路49に配設された温度感応式バルブ80の開度が温度に応じて大きくなる。また、回転速度感応式バルブ70の弁体74に作用する遠心力が大きくなるので、回転速度感応式バルブ70の開度が回転速度に応じて大きくなる。従って、回転速度感応式バルブ70を介して第1径方向給油路46から螺旋溝50に供給される潤滑油の流量が増大してインナーシャフト42(回転軸41)を効果的に冷却する。
On the other hand, when the
また、螺旋溝50から第2径方向給油路48を通り第1排油穴47に供給された潤滑油は、回転軸41の温度上昇に伴って開度が大きくなった温度感応式バルブ80を介して、比較的多量(回転軸41の温度に対応する量)の潤滑油が、給油穴51に供給され、給油穴51に供給された潤滑油は、油溜まり52、隙間54、円周溝53、径方向給油路55、及び径方向給油路56を通って、転がり軸受60に供給される。また、転がり軸受60に供給される潤滑油の流量は、アウターシャフト44の径方向給油路55、及び内輪63の径方向給油路56に配設される回転速度感応式バルブ70によっても調整される。
Further, the lubricating oil supplied from the
これにより、転がり軸受60を適正に潤滑すると共に冷却して、内輪63の温度がハウジング90の温度より高温になったときに生じる軸受隙間の減少を最小限に抑制して、転がり軸受60の予圧を適正範囲に維持することができる。
Accordingly, the rolling
また、本実施形態の変形例として、図11に示すように、内輪63の径方向給油路56に、回転速度感応式バルブ70の代わりに、温度感応式バルブ80が配設されていてもよい。
As a modification of the present embodiment, as shown in FIG. 11, a temperature
本変形例では、温度感応式バルブ80は、図11に示すように、内輪63の径方向給油路56と一体に形成される第1流路81と、第1流路81の中間部から分岐して内輪軌道溝64に開口する第2流路87と、第1流路81のテーパ穴82内に嵌装されるテーパ状の弁体84と、を有するニードルバルブと、テーパ穴82の底面と弁体84との間に配置され、温度が上昇したとき伸長し、温度が低下したとき縮長する形状記憶合金で形成される第1感熱式コイルばね85と、テーパ穴82の開口側と弁体84との間に配置され、温度が上昇したとき縮長し、温度が低下したとき伸長する形状記憶合金で形成される第2感熱式コイルばね86と、を備える。第1流路81は、内径側流路(図示では径方向給油路55)と連通し、内径側から外径側に向かうに従って次第に穴径が細くなるテーパ穴82と、テーパ穴82と内輪外周面63aとを連通させるストレート穴83と、から構成される。
In this modification, the temperature-
このように構成された回転軸冷却構造40では、一対の転がり軸受60の一方に大きな負荷が作用し、或いは、いずれか一方の転がり軸受60に供給される潤滑油の量が少ないなど、それぞれの転がり軸受60の運転条件が異なると、転がり軸受60の温度が異なった値となる。このような場合、温度が高い側の温度感応式バルブ80は、バルブの開度が大きくなって多くの潤滑油を供給し、転がり軸受60を潤滑すると共に冷却する。一方、温度が低い側の温度感応式バルブ80は、バルブの開度が小さくなって潤滑油の供給量を絞る。この結果、一対の転がり軸受60間の温度差が解消されて良好な潤滑が行われる。
In the rotating
以上説明したように、本実施形態の回転軸冷却構造40によれば、特に、工作機械、ガスタービン、ジェットエンジン、及び自動車のターボチャージャー等の高温・高速回転条件下で使用される回転軸41において、回転軸41の回転速度の上昇に伴って潤滑油の供給量を連続的に調整し、回転軸41を効果的に冷却すると共に、転がり軸受60を潤滑する。また、回転軸41の温度上昇に伴って、潤滑油の供給量を連続的に調整して転がり軸受60を冷却し、転がり軸受60の予圧を適正範囲に抑制することができる。
As described above, according to the rotating
なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、給油量調整機構20は、弁体30とコイルばね31とからなる構造として説明したが、これに限定されるものではなく、回転速度に応じて潤滑油の供給量を調整可能なものであればよく、例えば、電磁バルブなどを用いることができる。
In addition, this invention is not limited to what was illustrated to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
For example, in the above-described embodiment, the oil supply
また、上記実施形態では、弁体74とコイルばね(引っ張りコイルばね)75とで回転速度感応式バルブ70を構成し、弁体84と温度に応じて伸縮する形状記憶合金で形成される第1及び第2感熱式コイルばね85、86とで温度感応式バルブ80を構成したが、これに限定されず、回転速度又は温度によって潤滑油の流量及び流路を連続的に切り換え可能な構造であればよく、例えば、電磁バルブや形状記憶合金製バルブなどを用いることができる。
In the above embodiment, the
10 転がり軸受(アンギュラ玉軸受)
11 外輪
12 外輪軌道溝
13 内輪
14 内輪軌道溝
16 玉(転動体)
20 給油量調整機構
21 内輪外周面
22 内輪内周面
23 第1給油路
27 第2給油路
30 弁体
31 コイルばね
35,36,37 流路
d1,d2,d3 穴径
40 回転軸冷却構造
41 回転軸
42 インナーシャフト
43 ミドルシャフト
44 アウターシャフト
46 第1径方向給油路(油路)
48 第2径方向給油路
49 第3径方向給油路(油路)
50 螺旋溝
55 径方向給油路(油路)
56 径方向給油路(油路)
57 第2排油穴(油路)
60 転がり軸受
70 回転速度感応式バルブ
71 流路
74 弁体
75 コイルばね(引っ張りコイルばね)
80 温度感応式バルブ
81 流路
84 弁体
85 第1感熱式コイルばね
86 第2感熱式コイルばね
10 Rolling bearings (angular ball bearings)
11
DESCRIPTION OF
48 Second radial
50
56 Radial oil supply passage (oil passage)
57 Second oil drain hole (oil passage)
60 Rolling bearing 70 Rotational speed
80 Temperature-
Claims (7)
前記内輪は、前記転がり軸受の内部に供給する潤滑油の供給量を回転速度に応じて調整可能な給油量調整機構を備えることを特徴とする転がり軸受。 An outer ring having an outer ring raceway groove on an inner peripheral surface, an inner ring having an inner ring raceway groove on an outer peripheral surface, and a plurality of rolling elements arranged to be freely rollable between the outer ring raceway groove and the inner ring raceway groove. A rolling bearing that is lubricated under race,
The rolling bearing according to claim 1, wherein the inner ring includes an oil supply amount adjusting mechanism capable of adjusting a supply amount of lubricating oil supplied to the inside of the rolling bearing according to a rotation speed.
前記回転軸及び前記転がり軸受の少なくとも一方に設けられる前記潤滑油の油路に配設され、前記回転軸の回転速度に応じて前記潤滑油の供給量を連続的に調整する回転速度感応式バルブを備えることを特徴とする回転軸冷却構造。 A rotating shaft cooling structure that cools a rotating shaft that is rotatably supported by a rolling bearing with lubricating oil,
A rotational speed sensitive valve that is disposed in an oil passage of the lubricating oil provided in at least one of the rotating shaft and the rolling bearing and continuously adjusts the supply amount of the lubricating oil according to the rotational speed of the rotating shaft. A rotating shaft cooling structure comprising:
前記回転軸及び前記転がり軸受の少なくとも一方に設けられる前記潤滑油の油路に配設され、前記回転軸又は前記転がり軸受の温度に応じて前記潤滑油の供給量を連続的に調整する温度感応式バルブを備えることを特徴とする回転軸冷却構造。 A rotating shaft cooling structure that cools a rotating shaft that is rotatably supported by a rolling bearing with lubricating oil,
A temperature sensitive sensor that is disposed in an oil passage of the lubricating oil provided in at least one of the rotating shaft and the rolling bearing and continuously adjusts the supply amount of the lubricating oil according to the temperature of the rotating shaft or the rolling bearing. A rotary shaft cooling structure comprising a type valve.
前記ニードルバルブの弁体を前記ニードルバルブの流路が狭まる方向に付勢するコイルばねと、を備え、
前記回転軸の回転に伴い前記弁体に作用する遠心力によって、前記弁体を前記コイルばねの付勢力に抗して移動させ、前記回転速度感応式バルブの開度を前記回転軸の回転速度に応じて連続的に調整することを特徴とする請求項4に記載の回転軸冷却構造。 The rotational speed sensitive valve includes a needle valve,
A coil spring that biases the valve body of the needle valve in a direction in which the flow path of the needle valve narrows,
The valve body is moved against the urging force of the coil spring by the centrifugal force acting on the valve body with the rotation of the rotary shaft, and the opening degree of the rotational speed sensitive valve is set to the rotational speed of the rotary shaft. The rotating shaft cooling structure according to claim 4, wherein the rotating shaft cooling structure is continuously adjusted according to the above.
温度が上昇したとき伸長し、温度が低下したとき縮長する形状記憶合金で形成され、温度が上昇したとき前記ニードルバルブの弁体を前記ニードルバルブの流路が広まる方向に付勢する第1感熱式コイルばねと、
温度が上昇したとき縮長し、温度が低下したとき伸長する形状記憶合金で形成され、温度が低下したとき前記弁体を前記流路が狭まる方向に付勢する第2感熱式コイルばねと、を備え、
前記転がり軸受の温度に応じて前記第1及び第2感熱式コイルばねを伸縮させ、前記温度感応式バルブの開度を前記転がり軸受の温度に応じて連続的に調整することを特徴とする請求項5に記載の回転軸冷却構造。 The temperature sensitive valve includes a needle valve,
A first shape memory alloy that expands when the temperature rises and contracts when the temperature falls, and biases the valve body of the needle valve in a direction in which the flow path of the needle valve widens when the temperature rises. A thermal coil spring;
A second heat-sensitive coil spring that is formed of a shape memory alloy that contracts when the temperature rises and expands when the temperature drops, and biases the valve body in a direction in which the flow path narrows when the temperature drops; With
The first and second thermal coil springs are expanded and contracted according to the temperature of the rolling bearing, and the opening degree of the temperature sensitive valve is continuously adjusted according to the temperature of the rolling bearing. Item 6. The rotating shaft cooling structure according to Item 5.
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