CN104251259A

CN104251259A - 轴承机构

Info

Publication number: CN104251259A
Application number: CN201410294491.5A
Authority: CN
Inventors: 小林保幸; 津川美沙子
Original assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: US9422977B2; JP2015010648A; TW201520444A; TWI601887B; US20150003764A1; JP6210485B2; CN104251259B

Abstract

本发明提供的轴承机构，能够以简单的结构将施加于轴承的预载荷自动调整为与旋转轴的转速对应的适当大小，并且工作性能也良好；本发明的轴承机构具备外圈(21)、经由多个滚动体(22)以能够旋转的方式被支承于外圈(21)的内周侧的内圈(24)、以及被支承于内圈(24)的内周侧的旋转轴(30)，并且，通过将外圈(21)和内圈(24)中的一个圈支承为不能够沿轴向移动并且对另一个圈沿轴向加压，从而在上述外圈(21)与内圈(24)之间产生预载荷，其中，在旋转轴(30)的外周部设置有在轴向上与上述另一个圈压接的离心弹簧(40)，该离心弹簧(40)构成为利用与旋转轴(30)呈一体地旋转时的离心力呈弹性地扩径并且沿着轴向弹性地收缩。

Description

轴承机构

技术领域

本发明涉及轴承机构，该轴承机构适合作为例如机床等用的低速旋转时呈高载荷而高速旋转时呈低载荷这一轴承结构而使用。

背景技术

一般而言，在使用球轴承作为高速旋转轴的轴承时，为了提高该旋转轴的径向和轴向的刚性从而提高旋转精度，而对球轴承施加预载荷(预压)。该预载荷是指：通过将构成球轴承的外圈和内圈中的一者固定并对另一者沿轴向加压，从而在内圈和外圈之间预先保持有压力。作为施加预载荷的方式，存在有下述方式等：如图13所示，对于相邻的轴承110、110，在使彼此的外圈111、111相互抵接且内圈112、112之间设有间隙s的状态下，从轴向两侧夹持上述内圈112、112而进行加压的定位预压方式，或者，如图14所示，在相邻的轴承210、210的外圈211、211之间设置弹簧213，利用该弹簧213对外圈211、211施加作用力的定压预压方式等。

但是，在铣削加工(fraise processing)等通常的机械加工中，存在以低速旋转进行深切削的重载荷加工、以高速旋转进行浅切削的轻载荷加工的倾向。在重载荷加工的情况下，为了防止旋转轴经不住负荷而对加工精度产生不良影响，需要施加上述预载荷来提高轴承的内圈与外圈之间的刚性。另外，在轻载荷加工的情况下，不需要高刚性，因此从避免缩短轴承使用寿命等观点出发，优选适当地减小上述预载荷。

因此，在例如专利文献1所记载的发明中，根据是进行重载荷加工还是轻载荷加工而相应地利用液压来改变预载荷。

但是，在上述的现有技术中，由于需要设置液压管道或液压产生装置以及液压控制装置等，因而为高成本的系统。

另外，作为另一现有技术，在专利文献2所记载的发明中，在轴承(2)轴向的一侧上设置有碟形弹簧(11)，并且，在轴承(2)轴向的另一侧上设置有两个隔圈(4、5)以及位于隔圈(4、5)之间的零件(piece)(6)。而且，在低速旋转时，利用碟形弹簧(11)对轴承(2)的内圈(2a)施加预载荷，而在高速旋转时，利用离心力使零件(6)呈楔状地陷入上述两个隔圈(4、5)之间，并使上述隔圈(4、5)沿着轴向移动，从而与内圈(2a)压接(压力接触)，并且对抗碟形弹簧(11)的作用力而减小内圈与外圈之间的预载荷。

但是，在该现有技术中，由于是利用高速旋转时的离心力使零件(6)呈楔状地陷入两个隔圈(4、5)之间，因此，存在在低速旋转时该零件(6)无法从隔圈(4、5)之间脱离从而无法恢复到原来的低预载荷状态的可能性。另外，由于是在轴承(2)的轴向两侧设有可动的碟形弹簧(11)和零件(6)、隔圈(4、5)等这一复杂的结构，因此期望更简单的结构。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本公报、特开平5-196034号

专利文献2：日本公报、特开平11-239902号

发明内容

本发明是鉴于上述现有情况而完成的，其课题在于提供一种能够以简单的结构将施加于轴承的预载荷自动调整为与旋转轴的转速对应的适当大小、并且工作性能也良好的轴承机构。

用于解决上述课题的一种轴承机构具备外圈、经由多个滚动体以能够旋转的方式被支承于该外圈的内周侧的内圈、以及被支承于该内圈的内周侧的旋转轴，并且，通过将上述外圈和上述内圈中的一个圈支承为不能够沿轴向移动并且对另一个圈沿轴向加压，从而在上述外圈与内圈之间产生预载荷，该轴承机构的特征在于：在上述旋转轴的外周部上设有在轴向上与上述另一个圈压接的离心弹簧，该离心弹簧构成为利用与上述旋转轴呈一体地旋转时的离心力呈弹性地扩径并且沿着轴向弹性地收缩。

(发明效果)

本发明由于如以上所述那样构成，因此能够提供能够以简单的结构将施加于轴承的预载荷自动调整为与旋转轴的转速对应的适当大小、并且工作性能也良好的轴承机构。

附图说明

图1是表示本发明涉及的轴承机构的一例的剖视图。

图2是表示本发明轴承机构中的离心弹簧的一例的立体图。

图3中的(a)是图2的离心弹簧的主视图，(b)是图2的离心弹簧的侧视图。

图4是模式化地表示本发明涉及的轴承机构的作用的剖视图。

图5是表示离心弹簧的另一例的立体图。

图6中的(a)是图5的离心弹簧的主视图，(b)是图5的离心弹簧的侧视图。

图7是沿图6(a)的(VII)-(VII)线切断的剖视图。

图8是表示离心弹簧的另一例的立体图。

图9中的(a)是图8的离心弹簧的主视图，(b)是图8的离心弹簧的侧视图。

图10是沿图9(a)的(X)-(X)线切断的剖视图。

图11是对适用本发明涉及的轴承机构的主轴装置的一例进行表示的外观立体图。

图12是对适用本发明涉及的轴承机构的主轴装置的另一例进行表示的外观立体图。

图13是对适用定位预压方式的现有轴承机构的一例进行表示的剖视图。

图14是对适用定压预压方式的现有轴承机构的一例进行表示的剖视图。

(符号说明)

1...轴承机构

10...壳体

20a、20b、20c...轴承

21...外圈

22...滚动体

23...保持架

24...内圈

30...旋转轴

40、40’、40”...离心弹簧

41...筒部

42...突出部

42a、42a’、42a”...分割突起

50...推力承受件

A、B...主轴装置

s...间隙

具体实施方式

本实施方式的轴承机构具备外圈、经由多个滚动体以能够旋转的方式被支承于该外圈的内周侧的内圈、以及被支承于该内圈的内周侧的旋转轴，并且，通过将上述外圈和上述内圈中的一个圈支承为不能够沿着轴向移动并且对另一个圈沿轴向加压，从而在上述外圈与内圈之间产生预载荷，该轴承机构的第一特征在于：在上述旋转轴的外周部设有在轴向上与上述另一个圈压接的离心弹簧，该离心弹簧构成为利用与上述旋转轴呈一体地旋转时的离心力呈弹性地扩径并且沿着轴向弹性地收缩。

根据该结构，在低速旋转的情况下，利用离心弹簧对上述另一个圈沿轴向加压，因此能够在外圈与内圈之间产生预载荷。

在高速旋转的情况下，离心弹簧在离心力的作用下弹性地扩径并且沿轴向弹性地收缩，因此对上述另一个圈施加的压力变弱，从而能够减小外圈与内圈之间的预载荷。

另外，在恢复至低速旋转时，由于进行了弹性扩径和弹性收缩的离心弹簧恢复到原来的状态而进行缩径并且沿轴向伸展，因此能够再次使外圈与内圈之间的预载荷增大。

本实施方式的轴承机构的第二特征在于：上述离心弹簧形成为其径向外侧部分的体积大于径向内侧部分的体积。

根据该结构，能够增大作用于离心弹簧的离心力，从而有效地使离心弹簧进行扩径和进行收缩。

本实施方式的轴承机构的第三特征在于：上述离心弹簧具备相对于上述旋转轴呈环状地安装的筒部和从该筒部的轴向上的偏靠中央部分起朝向径向外侧突出的突出部，并且，上述离心弹簧利用与上述旋转轴呈一体地旋转时的离心力使上述筒部的轴向上的偏靠中央部分弹性地扩径，并且使该筒部沿着轴向弹性地收缩。

根据该结构，能够利用突出部增加离心力，从而能够有效地使筒部扩径并且沿轴向收缩。

本实施方式的轴承机构的第四特征在于：上述突出部由在圆周方向上隔开规定间隔排列的多个分割突起构成为环状。

根据该结构，能够减小由于离心力而产生于突出部的圆周方向上的拉伸应力，从而能够有效地进行筒部的扩径和收缩。

本实施方式的轴承机构的第五特征在于：在上述筒部的圆周壁上设置有沿着径向贯通该圆周壁的贯通部，且该贯通部设置在圆周方向上相邻的上述分割突起之间。

根据该结构，能够减小由于离心力而产生于筒部的圆周方向上的拉伸应力，从而能够更加有效地进行筒部的扩径和收缩。

本实施方式的轴承机构的第六特征在于：上述筒部的端面的外径侧相比内径侧更朝向轴向内侧凹陷。

根据该结构，能够防止在筒部的轴向上的中央侧部分在离心力的作用下向径向外侧膨胀时该筒部的端面倾斜从而导致筒部的端面的外径侧相比内径侧更朝向轴向外侧突出这一情况，从而能够使筒部整体的轴向尺寸有效地收缩。

本实施方式的轴承机构的第七特征在于：在上述旋转轴的外周部设置有不能沿轴向移动的推力承受件，并且，在该推力承受件和上述另一个圈之间夹持有上述离心弹簧。

根据该结构，在低速旋转时离心弹簧的一端侧被推力承受件固定为不会在轴向上移动，因此能够使该离心弹簧的另一端侧稳定地与上述另一个圈压接。

接下来，根据附图对具有上述特征的本实施方式的优选实施例进行详细说明。

【实施例】

如图1所示，作为本实施方式的优选一例的轴承机构1具备：大致圆筒状的壳体10，固定于该壳体10内部的多个轴承20a、20b、20c，插入于上述轴承20a、20b、20c的中心侧且旋转自如的旋转轴30，在轴向上与轴承20a压接(压力接触)的离心弹簧40，以及在轴向上从轴承20a的相对侧承挡该离心弹簧40的推力承受件(thrust receiving member)50，并且，轴承机构1利用旋转轴30旋转时产生的离心力使离心弹簧40弹性地变形，从而自动调整与该离心弹簧40压接的轴承20a、20b、20c的预载荷(预压)。

壳体10是由金属制成的大致圆筒状的部件，且在其内周面上设有呈阶梯状地扩径的圆筒状的轴承保持部11。该轴承保持部11中插入有后述的筒状隔圈61和多个(图示例中为三个)轴承(20a、20b、20c)，在插入方向上(图1中的右侧)筒状隔圈61的端部与壳体10内的阶梯部12相抵接。

另外，在壳体10的与上述插入方向呈相反方向侧的端部侧上，螺合连接有环状的固定套筒62。在该固定套筒62与上述阶梯部12之间夹持有筒状隔圈61和多个轴承20a、20b、20c的外圈21，并将筒状隔圈61和多个轴承20a、20b、20c的外圈21保持呈不会沿着轴向移动。

另外，作为图示例以外的其他例子，也可以构成为省略上述筒状隔圈61而将多个轴承20a、20b、20c的外圈21直接夹持于阶梯部12与固定套筒62之间。

轴承20a、20b、20c均具备：无接头环状的外圈21、以能够滚动的方式保持在该外圈21内的多个滚动体22、将多个滚动体22的圆周方向上的间隔保持呈大致固定间隔的保持架(retainer)23、以及保持于外圈21的中心部侧且通过多个滚动体22的滚动而旋转的无接头环状的内圈24，并且，各轴承20a、20b、20c分别构成使外圈21和滚动体22的接触角相对于径向倾斜的角接触球轴承。

上述多个轴承20a、20b、20c中的、从离心弹簧40侧数起的第一个轴承20a构成为其接触角α形成于离心弹簧40的相反侧(图1中的左侧)，第二个轴承20b构成为其接触角α形成于离心弹簧40侧。轴承20a与轴承20b的这种关系有时被称为“互反组合”。

另外，从离心弹簧40侧数起的第三个轴承20c构成为其接触角α形成于离心弹簧40侧。轴承20b与轴承20c的关系有时被称为“并列组合”。

而且，在轴承20a的内圈24与轴承20b的内圈24之间设有用于对轴承20a产生预载荷的微小的间隙s。

另外，旋转轴30是圆柱状或圆筒状的长条体，并且，旋转轴30被压入轴承20a、20b、20c的内圈24中，从而与轴承20a、20b、20c的内圈24呈一体地旋转。

在该旋转轴30的外周部形成有环状的阶梯部31，该环状的阶梯部31是通过将旋转轴30的处于轴承20a、20b、20c侧的部分进行缩径而形成。轴承20c的内圈24的端面与该阶梯部31接触。

另外，图1中的符号63是用于防止异物等从固定套筒62与旋转轴30之间的间隙进入轴承侧的环状盖部件，该环状盖部件以将固定套筒62与旋转轴30之间的间隙覆盖的方式固定于旋转轴30的外周面。

另外，离心弹簧40由能够弹性变形的硬质合成树脂材料形成，并且呈一体地设有筒部41和突出部42，其中，筒部41相对于旋转轴30呈环状地安装，突出部42从该筒部41的轴向上的偏靠中央部分起朝向径向外侧方向突出而形成。而且，该离心弹簧40利用其与旋转轴30呈一体地旋转时的离心力使筒部41的轴向上的偏靠中央部分弹性地扩径，并且使该筒部41沿着轴向弹性地收缩。

筒部41是相对于旋转轴30缓缓压入且呈环状地被安装的筒状部件，其轴向上的两端部被夹持在轴承20a的内圈24与推力承受件50之间，由此筒部41与旋转轴30呈一体地进行旋转。

在该筒部41的圆周壁上设有沿径向贯通该圆周壁的贯通部41a(参照图2和图3(b))。在图示例子中，该贯通部41a是沿着轴向形成的细长的长孔，且在圆周方向上隔开规定的间隔而设置有多个。各贯通部41a的设置位置与后述的突出部42的分割突起42a彼此间的间隙相对应。

另外，在筒部41的轴向上的两端面上形成有倒角部41b，该倒角部41b以使外径侧相比内径侧更朝向轴向内侧凹陷的方式形成在该筒部41的整个圆周上。在图示例子中，该倒角部41b形成为C倒角状(参照图1～图3)，但作为其他例也可以形成为R倒角状、或使外径侧逐渐凹陷的其他形状等。

在图示例子中，突出部42位于筒部41的轴向上的大致中央部分，并且由在圆周方向上隔开规定间隔排列的多个(图示例子中为六个)分割突起42a构成为大致环状(参照图2和图3(a))。

关于各分割突起42a的形状，在图3(a)所示的主视图中，形成为随着朝向径向外侧而逐渐向圆周方向扩大的大致扇形状。

另外，推力承受件50由金属材料等形成为筒状，并且，推力承受件50被配置成将离心弹簧40的筒部41夹持在其与轴承20a的内圈24之间。

该推力承受件50以沿着轴向对筒部41加压的状态下固定于旋转轴30的外周面上，从而能够经由离心弹簧40的筒部41对轴承20a产生预载荷。作为将该推力承受件50固定于旋转轴30的方法，可以采用压入或螺合、凹凸嵌合等方法。

接着，对于上述结构的轴承机构1的特征性的作用效果进行详细说明。

首先，在旋转轴30停止旋转时、或旋转轴30以较低速度进行旋转时，离心力几乎未作用于离心弹簧40。该状态下，生产阶段中的、由推力承受件50沿轴向对筒部41加压，进而筒部41沿轴向对轴承20a的内圈24进行加压的加压状态被维持，从而利用其加压力对轴承20a的内圈24与外圈21之间产生预载荷并保持该预载荷。

上述状态适用于例如下述情况中，即，将轴承机构1使用于机床等中并以低速旋转进行深切削时的重载荷加工中。

另外，在旋转轴30以较高速度进行旋转时，作用于离心弹簧40的离心力增大，离心弹簧40的筒部41利用突出部42的离心力朝向离心方向拉伸而弹性变形为大致桶形。更为详细说明的话，如图4所示，利用与旋转轴30呈一体地旋转的突出部42的离心力，将筒部41的轴向上的中央侧朝向径向外侧拉伸，从而筒部41的轴向上的中央侧进行扩径而弹性变形为大致桶形，并且筒部41的轴向上的全长被收缩。

另外，图4中示出的是使离心弹簧40极端变形的状态，其仅仅是为了简单易懂地说明本申请发明的作用，并不表示离心弹簧40的实际变形程度。

在发生上述弹性变形时，筒部41的圆周壁的外径侧相比内径侧相对地欲朝向轴向外侧伸展，但是，由于在该圆周壁的端面上设有倒角部41b，因此筒部41的轴向上的最大尺寸不增大反而缩小。

因此，由筒部41对轴承20a的内圈24施加的轴向上的压力变弱，从而轴承20a的内圈24与外圈21之间的预载荷减小。

该状态适用于例如将轴承机构1使用于机床等中并以高速旋转进行浅切削时的低载荷加工中，此时能够防止轴承使用寿命的降低。

因此，根据上述结构的轴承机构1，能够根据转速无间断地增加或减小施加于轴承20a的预载荷，从而能够自动调整为适当的压力。

而且，不需要如现有技术那样设置液压装置、或者轴承两侧的零件(piece)和碟形弹簧等，从而能够形成为简单的结构，而且工作性能也良好。

进而，通过适当地调整离心弹簧40的材质、或离心弹簧40各部分的厚度、质量等，能够容易地调整预先施加于轴承20a的预载荷的大小、或与转速对应的预载荷的变化率等。

另外，在上述结构的轴承机构1中，也可以将离心弹簧40替换成其他形状。接下来，对离心弹簧的变形例进行说明。由于以下所示的离心弹簧是对上述离心弹簧40的一部分结构作出变更，因此主要对该变更部分进行详细说明，而对于大致相同的部分使用相同的符号并省略重复的说明。

图5～图7所示的离心弹簧40’是将上述离心弹簧40的各分割突起42a替换成分割突起42a’的结构。

各分割突起42a’形成为下述形状：即，随着朝向径向外侧，各分割突起42a’的轴向厚度保持大致固定而圆周方向的尺寸逐渐增大，进而在最大直径附近处使径向厚度保持固定而使轴向的尺寸朝向两侧增大这一形状。

另外，图8～图10所示的离心弹簧40”是将上述离心弹簧40的各分割突起42a替换成分割突起42a”的结构。

各分割突起42a”形成为下述形状：即，随着朝向径向外侧，圆周方向的尺寸逐渐增大且轴向尺寸也逐渐增大这一形状。

因此，根据将轴承机构1中的离心弹簧40替换成离心弹簧40’或离心弹簧40”后的结构，由于各分割突起42a’、42a”形成为在偏靠离心方向的位置处体积大幅增大的形状，因此能够增大由该分割突起42a’、42a”产生的离心力，从而使筒部41的径向和轴向上的变形量也增加，其结果是，能够根据转速更大地增加或减少对轴承20a施加的预载荷。

另外，如图11和图12所示，上述结构的轴承机构1构成主轴装置A、B。

图11所示的主轴装置A在大致筒状的壳体10内具备上述结构的轴承机构1，并将连接于上述旋转轴30(参照图1)的旋转驱动部a1露出于外部。

图12所示的主轴装置B构成为其直径大于主轴装置A的主轴装置，该主轴装置B在大致筒状的壳体10内具备上述结构的轴承机构1，并将连接于上述旋转轴30(参照图1)的旋转驱动部b1露出于外部。

另外，在上述实施例中是沿着轴向对轴承20a的内圈24进行加压而赋予预载荷，但是，作为其他例子也可以构成为沿着轴向对轴承20a的外圈21进行加压而赋予预载荷。该情况下，具体是仅将轴承20a配设为在图1中左右相反，使轴承20a的内圈24与轴承20b的内圈24、以及轴承20b的内圈24与轴承20c的内圈24无间隙地抵接，并且在轴承20c的外圈21的图1中左侧上设置间隙，或者，将轴承20a和轴承20c配设为在图1中左右相反，使轴承20a的内圈24与轴承20b的内圈24无间隙地抵接，并且在轴承20b的外圈21与轴承20c的外圈21之间设置间隙。

或者，在轴承20a与轴承20b之间配置离心弹簧40，并设置抵接在轴承20a的内圈24与轴承20b的内圈24之间的套筒。

另外，在上述实施例的轴承20a、20b、20c中构成了角接触球轴承，但是，作为其他例也可以构成为圆锥滚子轴承或深槽轴承等。

另外，在图示例子中，离心弹簧40、40’、40”的筒部41上所设置的贯通部41a形成为长孔状的贯通孔，但是，作为其他例也可以为形成于筒部41的圆周壁上的多个切槽或狭缝等。

另外，关于离心弹簧40、40’、40”，只要构成为利用与旋转轴30呈一体地旋转时的离心力而弹性地扩径且沿轴向弹性地收缩，便不限于图示例的结构，也可以形成为例如具有相对于筒部41排列于轴向上的多个突出部42的形态，或者从离心弹簧40中去除突出部42而仅通过筒部41进行弹性变形的形态等。

另外，在上述实施例中，利用推力承受件50来承挡离心弹簧40的轴向上的一端侧并且使该离心弹簧40的另一端侧与轴承20a的内圈24压接，但是，作为其他例也可以形成为利用插入于旋转轴30的销状部件来承挡离心弹簧40的上述一端侧的形态，或者，将离心弹簧40呈凹凸状地嵌合于旋转轴30的外周面而在轴向上对其定位并且使该离心弹簧40与轴承20a的内圈24压接的形态等。

另外，在上述实施例中利用硬质合成树脂材料呈一体地形成离心弹簧40的筒部41和突出部42，但是，作为其他例也可以将筒部41和突出部42分别独立地形成，并且由金属材料等高重量材料形成突出部42，从而形成为离心力更容易起作用的形态。

Claims

1.一种轴承机构，其具备外圈、经由多个滚动体以能够旋转的方式被支承于该外圈的内周侧的内圈、以及被支承于该内圈的内周侧的旋转轴，所述轴承机构通过将所述外圈和所述内圈中的一个圈支承为不能够沿轴向移动并且对所述外圈和所述内圈中的另一个圈沿着轴向加压，从而在所述外圈与所述内圈之间产生预载荷，

所述轴承机构的特征在于，

在所述旋转轴的外周部设置有在轴向上与所述另一个圈压接的离心弹簧，该离心弹簧构成为利用与所述旋转轴呈一体地旋转时的离心力呈弹性地扩径并且沿着轴向弹性地收缩。

2.如权利要求1所述的轴承机构，其特征在于，

所述离心弹簧形成为其径向外侧部分的体积大于径向内侧部分的体积。

3.如权利要求1或2所述的轴承机构，其特征在于，

所述离心弹簧具备相对于所述旋转轴呈环状地安装的简部和从该筒部的轴向上的偏靠中央部分朝向径向外侧突出的突出部，并且，所述离心弹簧利用与所述旋转轴呈一体地旋转时的离心力使所述筒部的轴向上的偏靠中央部分弹性地扩径，并且使所述筒部沿着轴向弹性地收缩。

4.如权利要求3所述的轴承机构，其特征在于，

所述突出部由在圆周方向上隔开规定间隔排列的多个分割突起构成为环状。

5.如权利要求4所述的轴承机构，其特征在于，

在所述筒部的圆周壁上设置有沿着径向贯通所述圆周壁的贯通部，且所述贯通部设置在圆周方向上相邻的所述分割突起之间。

6.如权利要求3所述的轴承机构，其特征在于，

所述筒部的端面的外径侧相比内径侧更朝向轴向内侧凹陷。

7.如权利要求1或2所述的轴承机构，其特征在于，

在所述旋转轴的外周部设置有不能沿着轴向移动的推力承受件，并且，在该推力承受件与所述另一个圈之间夹持有所述离心弹簧。