ジャーナルベアリングの理解
定義: ジャーナル ベアリングとは何ですか?
A ジャーナルベアリング （滑り軸受、スリーブ軸受、流体膜軸受とも呼ばれる）は、転動体ではなく、加圧された潤滑油の薄い膜を介して回転軸を支持する軸受の一種です。回転軸（ジャーナル）は、軸の回転によって油が収束するくさび形の隙間に引き込まれることで生成される流体力学的油膜によって、固定軸受け面から分離されます。この加圧された油膜は、金属同士の接触なしに軸荷重を支えます。.
ジャーナルベアリングは、タービン、発電機、大型コンプレッサーなどの高速・高負荷回転機械にとって、優れた負荷容量、高速時の低摩擦、そして大幅な 減衰 制御に役立つ 振動 安定させる ローター システム。.
動作原理：流体潤滑
油膜の形成方法
ジャーナルベアリングは流体潤滑の原理に基づいて動作します。
- 最初の連絡: 静止時には、シャフトは重力によってベアリング面上に載る。
- ローテーション開始: シャフトが回転し始めると、油が粘着力によって隙間に引き込まれます。
- くさび形成: シャフトとベアリング間の収束形状により、くさび形の空間が形成されます。
- 圧力生成: 収束するくさび形に引き込まれた油は流体力学的圧力を発生させる
- リフトオフ: 圧力がシャフトの重量を超え、シャフトを完全な油膜上に持ち上げる
- 定常状態： シャフトは金属接触なしで加圧油膜上に浮上します
油膜厚さ
- 標準厚さ: 10～100マイクロメートル (0.0004～0.004インチ)
- 非常に薄いが接触を防ぐのに十分
- 厚さは円周に沿って変化する（最接近点で最小）
- 速度、負荷、オイル粘度、ベアリングクリアランスに依存
ジャーナルベアリングの種類
1. 平円筒形（フルジャーナル）
- 最もシンプルな設計：オイル供給溝を備えた円筒形の穴
- 360°ラップ角度
- 耐荷重性は良好だが、高速走行時には不安定になりやすい
- モーター、ポンプ、一般産業機器によく使用される
2. パーシャルアークベアリング
- ベアリング面は円周の一部（120～180°）のみをカバーします。
- 軽量化、オイル流量の低減
- フルジャーナルよりも剛性が低い
- 軽負荷のアプリケーションで使用される
3. ティルティングパッドベアリング
- ベアリング面は複数の独立したパッドに分割され、回転する
- 各パッドは独自の流体力学的ウェッジを開発します
- オイルの渦巻き/鞭打ちに対して本質的に安定
- 高速ターボ機械の業界標準
- 高価だが優れた動的特性
4. 圧力ダムとオフセットベアリング
- 安定性を高めるために幾何学的特徴を備えた改良円筒ベアリング
- 溝、ダム、オフセットボアにより効果的な減衰力を高める
- シンプルな円筒形と傾斜パッドの妥協案
動的特性
硬直性
ジャーナルベアリングの剛性は複雑であり、速度に依存します。
- 低速: 剛性が低いため、負荷に応じてシャフトの位置が大きく変化する
- 高速： より発達した流体圧力による高い剛性
- 方向の変化: 水平方向と垂直方向の剛性が異なる
- クロスカップルド剛性: 一方向のたわみは垂直方向の力を生み出す
減衰
ジャーナルベアリングは優れた減衰力を発揮します。
速度依存性
すべてのジャーナルベアリングの特性は回転速度に応じて変化します。
ジャーナルベアリングの利点
- 高耐荷重: 非常に重いローターをサポートできる
- 高速機能: 50,000回転以上の速度に対応
- 高速走行時の低摩擦： 流体力学的膜が形成されると、摩擦係数は非常に低くなります（0.001～0.003）。
- 優れた減衰力: 危険速度での振動を制御
- 静かな動作: 転動体の騒音なし
- 耐衝撃性: 油膜が過渡的な負荷を吸収する
- 長寿命： 金属との接触がないため、摩耗が最小限に抑えられます（数十年の動作が可能）
- シンプルなデザイン: ベーシックタイプはシンプルで経済的
デメリットと課題
- 始動摩擦が大きい: 静止時には油膜がないので、離脱トルクが必要
- 必要な潤滑システム: 清浄で冷却されたオイルを継続的に供給する必要がある
- オイルワール/ホイップリスク: 不安定になりやすい滑り円筒軸受
- 応答が遅い: 油膜はコンプライアンスを高め、低速では転がり軸受よりも剛性が低くなります。
- 温度感度: 油温によって性能が変化する（粘度に影響）
- 汚染感受性: 粒子はベアリング表面を損傷したり、オイル通路を塞いだりする可能性がある
- 軸方向の位置決め: 固有の軸方向拘束はありません（別途スラストベアリングが必要です）
アプリケーション
ジャーナルベアリングは以下の場合に標準です。
- 蒸気タービンとガスタービン： 数メガワットの発電ユニット
- 大型発電機: 発電所の同期発電機
- 遠心圧縮機: 高速・高負荷産業用コンプレッサー
- 大型電気モーター: 500馬力以上のモーターではジャーナルベアリングが使用されることが多い
- 船舶推進： 船舶プロペラシャフトベアリング
- 製紙機械: 大型ロールベアリング
- 内燃機関: クランクシャフトのメインベアリングとロッドベアリング
ローターダイナミクスとの関係
ジャーナルベアリングはローターの動的挙動に重大な影響を及ぼします。
- 臨界速度の決定: ベアリングの剛性と減衰は、臨界速度の位置と振幅に直接影響します。
- 安定性： ベアリングの種類と設計によって、 オイルワール そして シャフトホイップ
- キャンベル図: ベアリングの剛性の変化により、速度に応じて固有振動数がどのように変化するかを示します。
- バランスを取る： ベアリング特性は 影響係数 バランス反応
ジャーナルベアリングは、高性能回転機械に不可欠な、高度で成熟した技術です。その独自の耐荷重性、速度性能、そして減衰性能の組み合わせにより、複雑な潤滑要件と動的挙動にもかかわらず、重要な用途において不可欠な存在となっています。.
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