以下、本発明の好適な実施の形態に係る� ��受高さの修正量決定方法を、図1~図9に基づ� ��説明する。

 本実施の形態に係る軸受は、例えば船舶� ��搭載される舶用ディーゼルエンジン(主機関 ともいう)のクランク軸を支持するものとし� �説明する。

 まず、このエンジンの構成を概略的に説� ��する。

 このエンジンは、図1に示すように、例え ば7個のピストン1を有しており、またピスト� ��1が連結されるクランク軸2は、8個(#1~#8)の軸 受3および船尾側のエンジンケースの壁部に� �けられた#9の軸受3により支持されている。� �お、#1は船首側(Fore)のものを示し、#8は船尾� ��(Aft)のものを示す。勿論、クランク軸2の各� ��ストン1に対応する位置には、クランクアー ム4を介してクランクピン5が設けられるとと� ��に、このクランクピン5とピストン1とがそ� �ぞれコネクティングロッド6を介して連結さ� ��ている。

 そして、上記クランク軸2の後端部には、 中間軸7およびプロペラ軸(船尾管ともいう)8� �らなる推進軸系(被動軸系の一例である)が配 置されるとともに、中間軸7を支持する#10軸� �3およびプロペラ軸8の前後部を支持する2つ� �#11軸受3および#12軸受3が設けられている。勿 論、中間軸7の前端部がクランク軸2の後端部� ��連結されている。

 以下、上記各軸受3、特にエンジンに設け られた各軸受3の高さ、すなわち軸受高さを� �正するための修正量決定方法をステップ形� �にて概略的に説明し、その後、このステッ� �形式にて示した内容を、部分的ではあるが� �より詳しく説明する。

 この修正量決定方法は、所定位置におけ� ��軸受での実測軸受荷重と実測クランクデフ( クランクデフレクション)とに基づき伝達マ� �リックス法を用いて少なくともエンジンに� �ける各軸受の高さを求める軸受高さ演算ス� �ップと、この軸受高さ演算ステップで求め� �れた軸受高さに基づき少なくともエンジン� �おける各軸受に作用する演算軸受荷重を求� �る軸受荷重演算ステップと、上記エンジン� �おける各軸受の軸受高さを基準平面上に位� �させた際に各軸受に作用する基準軸受荷重� �求める基準軸受荷重演算ステップと、上記� �軸受において演算軸受荷重と基準軸受荷重� �の差である荷重差を求める荷重差演算ステ� �プと、この荷重差演算ステップで求められ� �荷重差と設定範囲とを比較するとともに、� �定範囲を超えた場合の軸受に対して、荷重� �が許容値内となるような軸受高さの修正範� �を求める修正量決定ステップとから構成さ� �ている。

 上記軸受高さ演算ステップでは各軸受3の 高さが求められる。この軸受高さを求めるに 際し、実測によるクランクデフと同じく実測 による軸受荷重とが用いられる。但し、軸受 荷重について、実測できるのは、例えば#7~#10 の軸受である。

 ところで、この軸受高さを求める演算に� ��いては、伝達マトリックス法を用いてクラ� ��ク軸2、中間軸7、およびプロペラ軸8からな� ��駆動軸系における所定位置での状態量(変位 および作用力)を求めるようにしたもので、� �の詳細は、上述した特開2003-19997号公報に開� ��されているが、以下、簡単に説明しておく� ��

 この軸受高さ演算方法は、仮据付高さを� ��いて駆動軸系全体に亘って状態量を求める� ��ともに、この状態量からクランクデフ並び� ��中間軸7およびプロペラ軸8からなる推進軸� �での軸受荷重を演算により求め、そしてこ� �ら求められた演算デフ値および演算軸受荷� �値に対して実測クランクデフおよび実測軸� �荷重を用いて評価を行い(つまり、予め用意� ��れた評価式に、演算デフ値および演算軸受� ��重値と実測クランクデフおよび実測軸受荷� ��とを代入して評価値を求める)、この評価値 が予め設けられた設定範囲(許容範囲ともい� �る)に入った場合の仮据付高さを、実際の軸� ��高さであると推定する方法である。

 すなわち、実測が可能なクランクデフお� ��び軸受荷重に基づき、駆動軸系全体に亘っ� ��軸受高さがほぼ正確に求められることにな� ��。この軸受高さについては、クランク軸が� ��ットされない初期の軸受高さとクランク軸� ��セットされた荷重釣合い後の軸受高さとが� ��められる。なお、後で、特開2003-19997号公報 に開示された伝達マトリックス法について、 やや、詳しく説明する。

 次に、軸受高さ演算ステップで求められ� ��軸受高さ(図2の実線Aにて初期の軸受高さを� ��実線Bにて釣合い後の軸受高さを示す)に基� �き軸受荷重が演算により求められる。すな� �ち、軸受荷重演算ステップにて、軸受高さ� �変位量(クランク軸がセットされない初期の� ��受高さとクランク軸がセットされた荷重釣� ��い後の軸受高さとの差)に軸受部におけるば ね定数を掛けることにより、軸受荷重が求め られる。

 そして、基準軸受荷重演算ステップにお� ��て、上記と同様の手順で、水平面上に設置� ��た状態での各軸受高さ[図2の破線Cにて初期� ��軸受高さ(高さがゼロである)を、破線Dにて� ��合い後の軸受高さを示す]の変位量に基づき 、基準軸受荷重が求められる。

 例えば、各軸受3における現在の演算軸受 荷重と基準軸受荷重とをグラフに示すと図3� �ようになる。なお、図3の実線Eは演算軸受荷 重を示し、破線Fは基準軸受荷重を示す。

 次に、荷重差演算ステップにて、演算軸� ��荷重と基準軸受荷重との差である荷重差が� ��められる。この荷重差を図示すると、図4の 実線Gのようになる。

 次に、修正量決定ステップにおいて、上� ��荷重差が予め設定された設定範囲(許容範囲 ということもできる)に入っているか否かが� �断され、設定範囲を超えている場合には、� �の軸受3が修正すべきものであると決定され� ��。

 この設定範囲は、例えば、エンジン2にお ける軸受(両側にシリンダが位置するような� �受、具体的には、#2~#7の軸受)3に対する軸受� ��重の平均値に対して、-30%~+30%の範囲にされ� ��いる。例えば、平均値が40tonである場合に� �、-12~+12tonの範囲となる。なお、上記設定範� ��としては、-40~+40%でも良いが、好ましくは� �-30~+30%の範囲である。図4から、上記許容範� �を超えている軸受3、すなわち荷重差が-20ton� ��ある軸受3は#7であることが分かる。

 そして、この#7軸受3に対して、その荷重� ��(-20ton)を起点(ここでは、当然に、修正量が� ��ロである)とする、修正量と荷重差との関係 を演算式(軸受高さの変位から軸受支持部の� �ね定数により荷重を求める式)により求める� ��、図5の実線Hのようになる。なお、図5に示� ��グラフの横軸は修正量を示すとともに、横� ��の最大目盛としては、修正可能範囲を示し� ��いる。

 そして、この図5から、予め設定された荷 重差の許容値に基づき修正範囲が求められる 。つまり、修正量が決定される。

 ここで、許容値は、上述した軸受荷重の� ��均値の-10~+10%の範囲に設定されている。す� �わち、平均値が40tonである場合には、-4~+4ton� ��範囲となるが、余裕を見て-5~+5ton(-12.5~+12.5%) の範囲となるように設定されている。なお、 上記許容値としては、-20~+20%の範囲でも良い� ��、好ましくは、-15~+15%、より好ましくは、-1 0%~+10%の範囲である。

 図5のグラフに示す関係を求める場合、まず 、#7軸受3に対して、その荷重差(-20ton)を起点� ��して、許容値を含む修正可能範囲内にて修� ��量に対する荷重差を演算により求める。
なお、修正可能範囲は、0.00~0.30mmにされてい� ��。

 この修正可能範囲は下記の演算式にて求� ��ることができる。

 (1)式中の「m」については、「0」および� �えば「1~5」の整数値とされ、mの値毎の解析� ��果から修正量と荷重差との関係を表す直線H が得られる。なお、m=0は修正しない場合を示 している。

 そして、荷重差の許容値としては、上述� ��たように、-5~+5tonの範囲であり、これに対� �する修正範囲としては、図5から分かるよう� ��、約0.14~0.22mmの範囲となる。

 したがって、この範囲で修正量を決定す� ��ば、#7軸受3の荷重差を-20tonから±5tonの範囲� ��に収めることができる。すなわち、隣接す� ��軸受同士における荷重差を少なく、つまり� ��受に作用する軸受荷重の変動を小さくして� ��軸受3に作用する荷重をバランス良くするこ とができる。さらに、言い換えれば、軸受で の摩擦力を少なくして、機械損失を少なくす ることができる。因みに、図5の実線Iにて#6� �受での荷重差を、破線Jにて#8軸受での荷重� �を示す。これらについても、略、許容値内� �入っていることが分かる。

 このように、修正量決定ステップを、荷� ��差が設定範囲を超えている軸受を検出する� ��定範囲超過軸受検出ステップと、この検出� ��テップで検出された軸受の荷重差が許容値� ��に入る修正範囲を求める修正範囲決定ステ� ��プとから構成しているということができる� ��

 図6の破線Kにて演算軸受荷重を、また図6� ��実線Lにて修正後の軸受荷重を示しておく。 この図6から、修正後の軸受荷重の変動、す� �わち隣接する軸受同士の荷重差の変動が抑� �されていることが分かる。

 ここで、伝達マトリックス法について説� ��しておく。

 この伝達マトリックス法では、クランク� ��全体に亘って各部の変位(状態量ともいう)� �演算する際に、梁のような直線部において� �位を伝える格間伝達方程式(その係数を格間� ��達マトリックスという)が使用されるととも に、梁の連続性を断ち切るような支点部(軸� �部または軸方向の変化点)において変位を伝� ��る格点伝達方程式(その係数を格点伝達マト リックスという)が使用される。

 以下の説明においては、クランク軸に沿� ��て伝達マトリックス法が適用されるが、ク� ��ンク軸心(ジャーナル部軸心)に沿う方向を� �ローバル座標系(x,y,zで表し、絶対座標系と� �いう)とするとともに、クランクアームおよ� ��クランクピンに沿う方向をローカル座標系( x″,t,rで表し、相対座標系ともいう)とする。

 なお、図7に1クランクスローでのグロー� �ル座標軸の取り方を示し、図8にクランクス� ��ーに作用する力をローカル座標系に分解し� ��ものを示す。

 以下の説明において、特に、言及されてい� ��い記号は下記の通りである。
a:クランクアーム間の初期長さ
A:断面積
D:クランクアーム間距離
Def:クランクデフ
E:縦弾性係数
F:せん断力
G:せん断係数
I:断面二次モーメント
J:断面二次極モーメント
k:軸受部でのばね定数
L:長さ
M:曲げモーメント
T:ねじりモーメント
θ:クランク角
 まず、下記の式に示すように、船首側軸受� ��における状態量(変位および作用力)Bを未知� ��とする方程式を作成する。なお、下記式中� ��Sは格間伝達マトリックス、Pは格点伝達マ� �リックス、Rは船首側での境界条件を表す境� ��マトリックス、R″は船尾側での境界マトリ ックスで、それぞれ既知である。

 R″S _ns P _ns-1 S _ns-1 ・・・・・P ₁ S ₁ RB=0
 なお、上記式中の沿え字nsは、船首側(Fore)� �船尾側(Aft)の軸端間の軸が、その間の軸受部 により区切られる軸の個数を表している。

 そして、この式を解くことにより、船首� ��での状態量Bが求められる。この状態量Bが� �以下の説明にて示す変位ベクトルqおよび力� ��クトルQであり、以下、これらの状態量を初 期値として、格間伝達方程式および格点伝達 方程式を繰り返し用い、クランク軸の全てに おける状態量を求めることになる。

 すなわち、グローバル座標系における状� ��量である変位ベクトルqおよび力ベクトルQ� �、下記(1)式および(2)式にて表される。なお� �式中におけるベクトルは、太字にて表すも� �とする。

 但し、(1)式中、d _x 、d _y 、d _z は変位・たわみ等を示し、またφ _x 、φ _y 、φ _z はねじれ角・たわみ角等を示し、(2)式中、T _x 、M _y 、M _z はねじりモーメント・曲げモーメント等を示 し、またF _x 、F _y 、F _z は軸力・せん断力等を示す。

 また、ローカル座標系における状態量で� ��る変位ベクトルq″および力ベクトルQ″は� �下記(3)式および(4)式にて表される。

 同様に、(3)式中、d _x″ 、d _t 、d _r は変位・たわみ等を示し、またφ _x″ 、φ _t 、φ _r はねじれ角・たわみ角等を示し、(4)式中、T _x″ 、M _t 、M _r はねじりモーメント・曲げモーメント等を示 し、またF _x″ 、F _t 、F _r は軸力・せん断力等を示す。

 次に、伝達マトリックス法にて用いられ� ��格間伝達方程式および格点伝達方程式につ� ��て説明する。船首側(fore側で、Fの添え字に� ��表す)から船尾側(aft側で、Aの添え字にて表� ��)の状態量を求める格間伝達方程式は、下記 (5)式にて表される。

 但し、(5)式中、iは軸受番号(軸受部で区� �られる軸の番号)を示す。

 次に、状態量を、グローバル座標系から� ��ーカル座標系に変換する座標変換式(伝達方 程式)は、下記(6)式にて表される。

 一方、状態量を、ローカル座標系からグ� ��ーバル座標系に変換する座標変換式(伝達方 程式)は、下記(7)式にて表される。

 例えば、ジャーナル部からクランクアー� ��への座標変換式(伝達方程式)は、下記(8)式� �て表される。

 また、クランクアームからジャーナル部� ��の座標変換も、上記(8)式が使用される。

 また、クランクピンからクランクアーム� ��の座標変換式(伝達方程式)は、下記(9)式に� �表され、クランクアームからクランクピン� �の座標変換も、同じ下記(9)式にて表される� �

 ところで、各軸受部3における格点伝達方 程式は、下記(10)式にて表される。

 なお、上記h ₂ におけるd _z0 に仮据付高さデータが代入され(但し、d _y0 は一定とする)、またこのd _z0 に、遺伝的アルゴリズムにより生成され変更 された新たな据付高さデータが入力される(� �し、dの添え字の0(ゼロ)は初期値を意味する) 。

 次に、クランクデフの演算手順について説� ��する。ここで、d _x1 ,d _y1 ,d _z1 をクランクスローにおける船首側部分での変 位量とし、d _x2 ,d _y2 ,d _z2 をクランクスローにおける船尾側部分での変 位量とし、またaをクランクスローでの初期� �さとすると、互いに隣接するクランクスロ� �間の距離Dは下記(11)式にて表される(但し、d� ��添え字の1は、後述する図9の(Sb)位置を示し� ��同じく、添え字の2は、図9の(Sh)位置を示す) 。

 また、ピストンの上死点(TDC,0度)での距離を D ₀ 、ピストンの下死点(BDC,180度)での距離をD ₁₈₀ とすると、クランクデフ(Def)は、下記(12)式に て表される。

 ところで、aのオーダは10 ² mmであり、またd _x ,d _y ,d _z のオーダは10 ^-3 mmであるため、上記(11)式は下記(13)式のよう� �変形することができる。

 したがって、クランクデフは、下記(14)式 にて求めることができる。

 (14)式から分かるように、クランクデフは 、殆ど、クランク軸心方向での変形量に依存 している。

 ここで、上記演算式に基づくクランクデ� ��の具体的な演算手順を、図9に基づき説明す る。ここでは、1クランクスローに着目して� �部材ごとの演算工程として、順番に説明す� �。

 a工程.(Sa)部の軸受部では(5)式の格間伝達� ��程式が用いられる。

 b工程.(Sb)部の折曲部では、a工程における (5)式の左辺を、(6)式の座標変換式の右辺に代 入し、その時の(6)式の左辺を、(8)式の座標変 換式の右辺(ジャーナル部)に代入する。

 c工程.(Sc)部では、b工程における(8)式の左 辺を、(5)式の右辺に代入する。

 d工程.(Sd)部では、c工程における(5)式の左 辺を、(9)式の座標変換式の右辺に代入する。

 e工程.(Se)部では、d工程における(9)式の左 辺を、(5)式の右辺に代入する。

 f工程.(Sf)部では、e工程における(5)式の左 辺を、(9)式の左辺とする。

 g工程.(Sg)部では、f工程における(9)式の右辺 [q″Q″1] ^T _arm を、(5)式に代入する。

 h工程.(Sh)部では、g工程における(5)式の左辺 を、(8)式の左辺とし、そのときの(8)式の右辺 の[q″Q″1] ^T _journal を、(7)式の座標変換式の右辺に代入する。

 i工程.(Si)部では、h工程における(7)式の左 辺を、(5)式の右辺に代入する。また、あるク ランクスロー1から隣接するクランクスロー2� ��の[(Sj部)に示す支点を境界とする)伝達は、( 10)式の格点伝達方程式が使用され、i工程に� �ける(5)式の左辺を、(10)式の右辺に代入する� ��とにより行われる。

 このように、状態量であるqおよびQ(Q=0)が、 伝達方程式の係数である各伝達マトリックス により、船首側から船尾側に伝えられて各変 位が求められていく。勿論、伝達の過程にお いて、(5)式と(10)式のf ₁ ,f ₂ ,h ₁ ,h ₂ により、Qも変化していくことになる。

 上述したように、実測クランクデフと所� ��の軸受における実測軸受荷重とに基づき、� ��系全体に亘って軸受高さを求めた後、この� ��受高さに基づき少なくともエンジンに配置� ��れた各軸受について軸受荷重を演算により� ��めるとともに、この演算軸受荷重と軸受高� ��が基準平面(高さがゼロの水平面)上に在る� �合の軸受にクランク軸などがセットされた� �期設定状態(比較基準状態とも言える)におけ る基準軸受荷重との荷重差を求め、この荷重 差が予め設定された設定範囲を超えている場 合に、当該軸受高さを変化させた際の荷重差 が、予め設定された許容値内となるような範 囲でもって、軸受高さの修正範囲を決定する ようにしたので、例えば船体に設けられるエ ンジンに対しては、新造船、就航船のいずれ であっても、正確に且つ迅速に軸受高さの修 正量を決定することができる。通常、軸受高 さを修正する方法としては、求められた軸受 高さが許容範囲を超えているものについて、 作業者が経験により修正量を決めているが、 このような方法に比べて、正確に且つ迅速に 軸受高さの修正量を決定することができる。

 ところで、上記実施の形態においては、� ��動軸系として、中間軸およびプロペラ軸か� ��なる推進軸系の場合について説明したが、� ��の軸系でもよく、例えばポンプなどを回転� ��せる軸系であってもよい。