CN107076203B - 组合滚珠轴承和机床用主轴装置 - Google Patents

Abstract

将3列以上的有角滚珠轴承在轴向排列而成的组合滚珠轴承。配置在轴向外侧的有角滚珠轴承的至少一个的滚珠直径，大于配置在轴向内侧的有角滚珠轴承的滚珠直径。

Description

组合滚珠轴承和机床用主轴装置

技术领域

本发明涉及组合滚珠轴承和机床用主轴装置。

背景技术

近年来，由机床加工的被加工工件的形状变得复杂化。随着该工件形状的复杂化，为了减少换模次数并提高加工效率，机床自身的构造也变得复杂化。作为机床的构造的复杂化的1个例子，可以例举5轴加工机等多轴加工机。

另外，近年的机床较多利用数控(Numerical Control：NC)来进行加工，随着被加工工件形状的复杂化(例如汽车的车体模具、人工关节等3维立体曲面轮廓加工)、机床构造的复杂化，数控用的加工程序也变得复杂化。因此，在创建数控机床的加工程序时容易产生错误，其结果是，由于机械误动作，容易引起使主轴旋转部位(工具、工具保持托架部位等)与加工物、底座台等周边部件接触干扰、碰撞的问题(以下称作“主轴的碰撞”)。由于该主轴的碰撞，在装入到机床主轴的滚动轴承的滚珠与轨道面的接触部会形成压痕，在该状态下使用主轴会各种产生问题。例如，滚动轴承的滚珠经过压痕而产生的振动会使加工精度变差，或者会产生异常噪声。并且，会产生以压痕为起点的轨道面的剥离，还可能发展为滚动轴承的烧结。另外，在机床制作时，也有可能由于作业者的错误、意外的事故而导致主轴的碰撞。

已知机床等所使用的多列滚动轴承通过改变各列的滚珠直径，增大滚珠直径，从而能够提高轴承刚性，增大轴承动负载容量，实现长寿命化(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-286116号公报

发明内容

本发明欲解决的问题

可是，在机床用主轴装置中，为了提高主轴刚性，有的情况下使用将3列以上的有角滚珠轴承在轴向排列而成的组合滚珠轴承。在这样的组合滚珠轴承中，由于主轴的碰撞而对主轴工具末端负载有负荷时，由于用轴向最靠工具侧列的轴承来最多承受负荷，因此，在滚动轴承的滚珠与轨道面的接触部容易形成加工问题、音响问题引起的水平的压痕。

另外，在有角滚珠轴承中，从轴向作用大负荷时，滚珠与轨道面的接触椭圆的位置有可能偏离，滚珠有可能越过滚道圈的槽肩，使滚珠受损。

在专利文献1所记载的多列滚动轴承中，没有公开组合滚珠轴承，没有考虑耐冲击性。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够提高负载了大负荷的轴承的耐冲击性的组合滚珠轴承和机床用主轴装置。

用于解决问题的方案

本发明的上述目的由下述的构成实现。

(1)一种组合滚珠轴承，将3列以上的有角滚珠轴承在轴向排列而成，所述组合滚珠轴承的特征在于，

配置在轴向外侧的所述有角滚珠轴承的至少一个的滚珠直径，大于配置在轴向内侧的所述有角滚珠轴承的滚珠直径。

(2)如(1)所述的组合滚珠轴承，其特征在于，

配置在所述轴向外侧的所述有角滚珠轴承的接触角，大于配置在所述轴向内侧的所述有角滚珠轴承的接触角。

(3)如(1)或(2)所述的组合滚珠轴承，其特征在于，

配置在所述轴向外侧的所述有角滚珠轴承的滚珠节圆直径，大于配置在所述轴向内侧的所述有角滚珠轴承的滚珠节圆直径。

(4)一种机床用主轴装置，其特征在于，包括(1)～(3)的任一项所述的组合滚珠轴承。

发明的效果

根据本发明的组合滚珠轴承，由于配置在轴向外侧的有角滚珠轴承(以下也称作“外侧列轴承”)的至少一个(特别是，外侧列轴承中负载了大负荷的轴承)的滚珠直径，大于配置在轴向内侧的有角滚珠轴承(以下也称作“内侧列轴承”)的滚珠直径，因此，将滚珠直径增大的外侧列轴承的极限负荷(在滚珠与轨道面的接触部产生引起加工问题、音响问题的水平的压痕的最小负荷)增大，能够抑制大负荷附加在外侧列轴承的情况下引起的加工问题、音响问题的水平的压痕的产生，能够提高耐冲击性。

其结果是，在适用于主轴装置的情况下，在主轴工具末端负载了负荷时，能够降低负担最大负荷的轴向最靠工具侧列轴承，即增大了滚珠直径的外侧列轴承的压痕产生风险，能够提高轴向最靠工具侧列轴承的耐冲击性。

附图说明

图1是示出一个实施方式所涉及的组合滚珠轴承被适用为前侧轴承的主轴装置的剖视图。

图2是一个实施方式所涉及的组合滚珠轴承的剖视图。

图3是第1变形例所涉及的组合滚珠轴承的剖视图。

图4是第2变形例所涉及的组合滚珠轴承的剖视图。

图5是第3变形例所涉及的组合滚珠轴承的剖视图。

图6是第4变形例所涉及的组合滚珠轴承的剖视图。

图7是搭载有4列背面组合有角滚珠轴承的一般的机床主轴的示意图。

附图标记的说明

20：主轴装置

22：旋转轴

30：转子

32：定子

40、50、60、70、80、90：前侧轴承(有角滚珠轴承)

α1、α2、α3、α4、α5、α6：接触角

PCD1、PCD2、PCD3、PCD4、PCD5、PCD6：滚珠节圆直径

d1、d2、d3、d4、d5、d6：滚珠直径

H：壳体

具体实施方式

下面，基于附图来详细说明本发明的一个实施方式所涉及的组合滚珠轴承。

图1示出适用了本实施方式的组合滚珠轴承的主轴装置20。主轴装置20是内置马达式装置，在其轴向中心部设置有中空状的旋转轴22。拉杆23自由滑动地插嵌在旋转轴22的轴芯。在拉杆23设置有安装了工具T的工具托架24。拉杆23被圆盘弹簧27的力向工具侧反方向(图的右方)施力，工具托架24与旋转轴22的锥面28嵌合。其结果是，工具T与拉杆23和工具托架24一起一体安装在旋转轴22。

另外，旋转轴22被支承其工具侧的前侧轴承(组合滚珠轴承)40、50、60、70；支承工具相反侧的未图示的后侧轴承自由旋转地支持在壳体H。

在前侧轴承40、50、60、70与后侧轴承之间的旋转轴22的外周面外嵌有转子30。另外，配置在转子30周围的定子32被固定在壳体H的外筒29。更具体而言，通过将热压配合在定子32的冷却套33内嵌在构成壳体H的外筒29，从而定子32固定在外筒29。所以，转子30和定子32构成马达，通过对定子32供电，从而在转子30产生旋转力，使旋转轴22旋转。

与图2一并示出，前侧轴承40、50、60、70是有角滚珠轴承，分别具有外圈41、51、61、71；内圈42、52、62、72；具有接触角α1、α2、α3、α4而配置的多个滚珠(滚动体)43、53、63、73；将多个滚珠43、53、63、73在圆周方向以近似等间隔保持的保持架44、54、64、74。前侧轴承40、50、60、70在从工具侧数第1列、第2列轴向外侧的前侧轴承40、50；与第3列、第4列轴向内侧的前侧轴承60、70背面组合而配置的状态下，被赋予定位预压。另外，在本实施方式中，各前侧轴承40、50、60、70的外径、内径、轴向宽度被设计为分别相等。

外圈41、51、61、71内嵌在被外筒29固定的前侧轴承壳体31，且利用螺栓接合在前侧轴承壳体31的前侧轴承外圈按压件38，经由多个外圈隔圈35在轴向相对于前侧轴承壳体31固定。另外，内圈42、52、62、72外嵌在旋转轴22，且利用与旋转轴22接合的螺母39，经由多个内圈隔圈36在轴向相对于旋转轴22固定。

此外，图2省略了外圈隔圈35和内圈隔圈36，但本发明的组合滚珠轴承包含具有隔圈的构成和没有隔圈的构成的情况。

另外，在前侧轴承壳体31的外周面、与外嵌在前侧轴承壳体31的盖体34之间，形成有冷却油进行循环的循环路径11。通过使被循环路径11温度控制的冷却油循环，从而将各前侧轴承40、50、60、70冷却。在伴随马达发热的内置马达式的主轴装置20中，为了提高主轴的精度而抑制热位移是重要的，利用所述循环路径11，能够抑制高速旋转时的轴承40、50、60、70的发热、定子32的发热所导致的主轴的温度上升。

此处，在本实施方式中，如图2所示，前侧轴承40、50、60、70中，从工具侧起第1列、第4列外侧列轴承40、70的滚珠43、73的滚珠直径d1、d4，设计得大于从工具侧起第2列、第3列内侧列轴承50、60的滚珠53、63的滚珠直径d2、d3。

另外，外侧列轴承40、70的滚珠节圆直径PCD1、PCD4设计得大于内侧列轴承50、60的滚珠节圆直径PCD2、PCD3。

并且，外侧列轴承40、70的接触角α1、α4设计得大于内侧列轴承50、60的接触角α2、α3。

这样，通过增大外侧列轴承40、70的滚珠直径d1、d4，这些轴承40、70的极限负荷(产生在滚珠与轨道面的接触部引起加工问题、音响问题的水平的压痕的最低负荷)增大。其结果是，在主轴工具末端负载了负荷时，负担最多负荷的轴向最靠工具侧列轴承、即第1列外侧列轴承40的压痕产生风险下降。

另外，一般而言，在以高速旋转使用机床用主轴装置20的情况下，在滚珠43、53、63、73与内外圈42、52、62、72、41、51、61、71之间的滚动接触部的温度会上升。在该温度上升大的情况下，有可能由于油膜断裂而产生烧结。因此，抑制轴承的滚动摩擦所导致的发热是非常重要的。然而，第1列、第4列外侧列轴承40、70与第2列、第3列内侧列轴承50、60相比，将轴承自身的滚动摩擦所导致的发热量放到外部是容易的，因轴承的滚动摩擦所导致的发热而烧结的可能性低。所以，即使增大外侧列轴承40、70的滚珠直径d1、d4，外侧列轴承40、70的滚动摩擦所导致的发热某种程度上增大，也能够没有问题地使用。

另一方面，由于第2列、第3列内侧列轴承50、60被第1列、第4列外侧列轴承40、70的发热和升温阻挡，因此，热传递性差，难以将轴承自身的滚动摩擦所导致的发热量放到外部。特别是在本实施方式这样的内置马达式的主轴装置20的情况下，由于转子30的发热也会在旋转轴22的内部传递并传递到前侧轴承40、50、60、70，因此，条件更为严峻。

并且，利用在前侧轴承壳体31形成的冷却油的循环路径11的冷却，前侧轴承的外圈41、51、61、71的温度被抑制，但不能抑制未与冷却部直接接触的内圈42、52、62、72的温度上升。其结果是，轴承的内外圈会产生温差(内圈温度＞外圈温度)。

另外，位于该外筒冷却油的循环路径11的中央部的第2列、第3列内侧列轴承50、60由于得到最佳冷却效果，因此，与第1列、第4列外侧列轴承40、70相比，处于内外圈温差进一步增大的倾向。产生内外圈温差时，轴承的内部间隙会减小，内部预压增大且滚动接触部的PV值上升，导致烧结。因此，高速主轴的轴承的烧结问题几乎都在第2列、第3列内侧列轴承50、60产生。

由以上可知，增大第2列、第3列内侧列轴承50、60的滚珠直径d2、d3会导致进一步提高烧结风险，因此不是好方法。

所以，通过仅增大外侧列轴承40、70的滚珠直径d1、d4，使内侧列轴承50、60的滚珠直径d2、d3小于外侧列轴承40、70的滚珠直径d1、d4，从而烧结风险与以往相同，但能够提高耐冲击性。

另外，在具有接触角的有角滚珠轴承以背面组合配置的前侧轴承40、50、60、70中，通过使外侧列轴承40、70的滚珠节圆直径PCD1、PCD4大于内侧列轴承50、60的滚珠节圆直径PCD2、PCD3，能够延长力矩长度，能够提高组合轴承和主轴装置20的力矩刚性。

作为增大滚珠节圆直径的缺点，可以例举轴承旋转时的dmn值增大，轴承的滚动摩擦所导致的发热增大。然而，在外侧列轴承40、70中，如上所述，即使轴承的发热某种程度上增大，也能够没有问题地使用。另一方面，在内侧列轴承50、60中，由于上述原因必须避免发热量增大。所以，必须使内侧列轴承50、60的滚珠节圆直径PCD2、PCD3小于外侧列轴承40、70的滚珠节圆直径PCD1、PCD4，降低内侧列轴承50、60的发热量。

并且，通过使外侧列轴承40、70的接触角α1、α4大于内侧列轴承50、60的接触角α2、α3，除了延长组合滚珠轴承和主轴装置20的力矩长度而使力矩刚性提高外，还能够提高轴向刚性。

此处，主轴系的径向刚性除了轴承的刚性以外还有旋转轴22的弯曲刚性在影响，但轴向刚性大致是由轴承的刚性决定的。一般增大轴承的接触角时，在具有旋转滑动、陀螺滑动等接触角的有角滚珠轴承中产生的滑动会增大，轴承的发热量会增大。如上所述，外侧列轴承40、70能够某种程度上容许接触角增加所导致的发热量增大，但内侧列轴承50、60不能容许发热量的增加。所以，必须使内侧列轴承50、60的接触角α2、α3小于外侧列轴承40、70的接触角α1、α4，降低发热量。

此外，在本实施方式中，为了与内侧列轴承50、60相比，将外侧列轴承40、70增大滚珠直径，增大滚珠节圆直径，增大接触角，而使轴承的dmn值提高时，主轴的发热处于相对于以往规格增加的倾向，但如果是通常旋转使用水平，那么就不会产生烧结的问题。但是，在设想dmn值为50万以上，优选的是80万以上的使用转速区域的情况下，通过仅在外侧列轴承40、70采用比重比铁小的陶瓷滚珠(Si3N4等)，能够抑制滚珠的离心力所导致的内部负荷增加，抑制发热。

另外，作为用于提高机床用主轴装置20的加工效率的一个措施，可以例举增加工具的每一刃的传送量，或者增多加工的切入量的所谓的重切削。在本实施方式中，利用所述力矩刚性和轴向刚性的提高效果，能够与以往相比进行重切削。

此外，从鉴于外侧列轴承40、70的滚珠43、73的离心力大所导致的内部负荷的增加、和内侧列轴承50、60的负载容量的减少、以及确保两者的最佳平衡的观点而言，优选的是滚珠直径比和滚珠节圆直径比满足以下的条件。此外，滚珠直径比是将外侧列轴承40、70的滚珠直径d1、d4除以内侧列轴承50、60的滚珠直径d2、d3而得到的。另外，滚珠节圆直径比是将外侧列轴承40、70的滚珠节圆直径PCD1、PCD4除以内侧列轴承50、60的滚珠节圆直径PCD2、PCD3而得到的。

滚珠直径比：1.0＜外侧列轴承滚珠直径/内侧列轴承滚珠直径＜4.6

滚珠节圆直径比：1.0≤外侧列轴承滚珠节圆直径/内侧列轴承滚珠节圆直径＜1.5

如以上说明，根据本实施方式的组合滚珠轴承，由于前侧轴承40、50、60、70中从工具侧起第1列、第4列外侧列轴承40、70的滚珠43、73的滚珠直径d1、d4，设计得大于从工具侧起第2列、第3列内侧列轴承50、60的滚珠53、63的滚珠直径d2、d3，因此，能够降低外侧列轴承40、70的压痕产生风险，能够提高轴向最靠工具侧列轴承(第1列外侧列轴承40)的耐冲击性。

另外，由于外侧列轴承40、70的滚珠节圆直径PCD1、PCD4设计得大于内侧列轴承50、60的滚珠节圆直径PCD2、PCD3，因此，能够延长力矩长度，提高组合滚珠轴承的力矩刚性。

并且，由于外侧列轴承40、70的接触角α1、α4设计得大于内侧列轴承50、60的接触角α2、α3，因此，能够提高组合滚珠轴承的力矩刚性和轴向刚性。

此外，本发明不限于上述的实施方式，能够适当行进变形、改良等。

在上述实施方式中，外侧列轴承40、70与内侧列轴承50、60相比，滚珠直径大，滚珠节圆直径大，接触角大，但本发明至少外侧列轴承40、70的滚珠直径d1、d4比内侧列轴承50、60的滚珠直径d2、d3大即可。

即，在图3所示的第1变形例的组合滚珠轴承中，外侧列轴承40、70的滚珠直径d1、d4设定得大于内侧列轴承50、60的滚珠直径d2、d3，另一方面，前侧轴承40、50、60、70的滚珠节圆直径PCD1、PCD2、PCD3、PCD4相同(PCD1＝PCD2＝PCD3＝PCD4)，且各接触角α1、α2、α3、α4也相同(α1＝α2＝α3＝α4)。

另外，在图4所示的第2变形例的组合滚珠轴承中，外侧列轴承40、70的滚珠直径d1、d4设定得大于内侧列轴承50、60的滚珠直径d2、d3，外侧列轴承40、70的滚珠节圆直径PCD1、PCD4设定得大于内侧列轴承50、60的滚珠节圆直径PCD2、PCD3，另一方面，前侧轴承40、50、60、70的各接触角α1、α2、α3、α4相同(α1＝α2＝α3＝α4)。

另外，在图2～图4的组合滚珠轴承中，说明了4列的多列有角滚珠轴承，但本发明的组合滚珠轴承只要是至少3列以上即可，可以如图5所示的第3变形例所示是6列的多列有角滚珠轴承，也可以如图6所示的第4变形例所示是3列的多列有角滚珠轴承。

具体而言，在图5所示的6列的多列有角滚珠轴承中，在外侧列轴承40、70与内侧列轴承50、60之间分别配置有分别具有外圈81、91、内圈82、92、滚珠83、93、保持架84、94的中间列的有角滚珠轴承80、90。在该情况下，各轴承的滚珠直径为：外侧列轴承40、70的滚珠直径＞中间列轴承80、90的滚珠直径＞内侧列轴承50、60的滚珠直径(d1、d4＞d5、d6＞d2、d3)。另外，各轴承的滚珠节圆直径为：外侧列轴承40、70的滚珠节圆直径＞中间列轴承80、90的滚珠节圆直径＞内侧列轴承50、60的滚珠节圆直径(PCD1、PCD4＞PCD5、PCD6＞PCD2、PCD3)。并且，各轴承的接触角为：外侧列轴承40、70的接触角＞中间列轴承80、90的接触角＞内侧列轴承50、60的接触角(α1、α4＞α5、α6＞α2、α3)。

另外，如图6所示，在外侧列轴承40、70之间仅有1列的内侧列轴承50的3列的多列有角滚珠轴承的情况下，各轴承的滚珠直径为：外侧列轴承40、70的滚珠直径＞内侧列轴承50的滚珠直径(d1、d4＞d2)。另外，各轴承的滚珠节圆直径为：外侧列轴承40、70的滚珠节圆直径＞内侧列轴承50的滚珠节圆直径即可(PCD1、PCD4＞PCD2)。并且，各轴承的接触角为：外侧列轴承40、70的接触角＞内侧列轴承50的接触角即可(α1、α4＞α2)。

但是，在偶数列的组合轴承的情况下，优选的是从轴向外侧数位于相同位置的轴承使接触角相等。例如，在图2所示的4列的组合轴承的情况下，从工具侧起第1列和第4列的外侧列轴承40、70的接触角α1、α4、以及第2列和第3列内侧列轴承50、60的接触角α2、α3相等时，在附加了定位预压的情况下，各个轴承的预压所带来的附加负荷Fa1、Fa2、Fa3、Fa4为Fa1＝Fa4、Fa2＝Fa3且Fa1+Fa2＝Fa3+Fa4。所以，由于第1列和第4列、以及第2列和第3列分别成为相同的预压负荷，因此，能够取得预压平衡。

此处，例如，第1列：20°，第2列：16°，第3列：16°，第4列：18°这样使接触角不同时，由于第3列和第4列轴承60、70的预压所带来的接触面压(特别是第3列)与第1列和第2列轴承40、50相比增大，因此，对于烧结略微不利。但是，反之，在第2列轴承50的内外圈温差大于第3列轴承60的情况下等，如果需要使第2列轴承50的烧结与第3列轴承60相比反而难以产生，那么也可以如上所述改变第1列和第4列轴承40、70的接触角。

另外，在奇数列的组合轴承的情况下，优选的是相对于背面组合时位于轴向中间部的轴承的接触角，接触角相对于径向朝向相反方向的轴承，与从轴向外侧数位于相同位置的轴承相比，增大接触角。

例如，在图6所示的3列组合轴承的情况下，由于从工具侧起第1列、第2列轴承40、50的接触角α1、α2；第3列轴承70的接触角α4相对于径向朝向相反方向，从而各列的轴承的预压所带来的附加负荷Fa1、Fa2、Fa3为Fa1+Fa2＝Fa3且Fa3＞Fa1＞Fa2，第3列轴承70附加第1列和第2列轴承40、50的预压负荷，因此，预压所带来的接触面压提高。因此，通过使第3列轴承70的接触角α4大于第1列轴承40的接触角α1(α1＜α4且α1＞α2)，能够抑制第3列轴承70的预压负荷所带来的接触面压的上升。

另外，关于滚珠直径，在本实施方式中，外侧列轴承40、70的两个滚珠直径d1、d4大于内侧列轴承50、60的滚珠直径d2、d3，但考虑到在主轴工具末端的主轴的碰撞，也可以仅使作为轴向最靠工具侧的外侧列轴承40的滚珠直径d1大于内侧列轴承50、60的滚珠直径d2、d3。但是，作为轴向最靠工具相反侧的外侧列轴承70在工具更换中解除工具的卡盘时，由于利用拉杆23来自后方的负荷最大地负载，因此优选的是如本实施方式所示，使外侧列轴承40、70的两个滚珠直径d1、d4大于内侧列轴承50、60的滚珠直径d2、d3。

另外，润滑条件也不限于油脂润滑，可以适用油气润滑、油雾润滑、座圈下润滑、喷射润滑等各种润滑方法。另外，作为轴承的组合方法，除了背面组合之外，也可以是正面组合(接触角为V形方向的组合)。并且，本发明的组合滚珠轴承不限于机床用主轴装置，也可以适用于碰撞负荷等大负荷负载到轴承的其他装置。

此外，在本实施方式中，第1列和第4列为相同规格，第2列和第3列为相同规格，但也可以根据需要使其不同。

实施例

使用外侧列轴承40、70和内侧列轴承50、60的滚珠直径、滚珠节圆直径、接触角相同的以往产品；改变了外侧列轴承40、70和内侧列轴承50、60的滚珠直径、滚珠节圆直径、接触角的设计产品A～E，进行以下4个试验。图7示出搭载有4列背面组合有角滚珠轴承的一般的机床用主轴装置20的示意图。图7示出外侧列轴承40、70和内侧列轴承50、60的滚珠直径、滚珠节圆直径、接触角相同的以往产品。另外，轴承排列从轴向工具侧(图中左侧)起为第1列、第2列、第3列、第4列，设计产品A～E是第1列和第4列相同规格的轴承，第2列和第3列是相同规格的轴承，4列组合中为左右对称的构造。以下示出以往产品和设计产品A～E的各轴承共通的轴承尺寸。

轴承尺寸

内径：φ70mm

外径：φ125mm

宽度：24mm

＜极限径向负荷＞

首先，如图7的箭头所示，设想在轴末端负载了径向负荷，在以下这样的计算条件下，进行极限径向负荷的比较。表1示出极限径向负荷的比较结果。此外，极限径向负荷是指：在轴末端负载了径向负荷时，在承受最大负荷的第一列(最靠工具侧的列)的轴承的滚珠与轨道面的接触部，产生引起加工精度问题、音响问题的水平的压痕的最小径向负荷。

计算条件

预压负荷:950N

[表1]

(以往产品为100时的比率)

从表1的结果可知，在以往产品的极限径向负荷为100的情况下，轴向最靠工具侧列轴承即第1列轴承40的滚珠直径大的设计产品A～E的极限径向负荷提高。由该结果可知，在主轴负载了径向负荷的情况下，通过增大负担最大负荷的第1列轴承40的滚珠直径，由于与以往产品相比，第1列轴承的极限负荷增加，因此，作为结果，径方向的耐冲击性提高。

＜轴向负荷分担率＞

接下来，使用上述以往产品和设计产品C～E，在以下这样的计算条件下，对轴向负荷分担率进行比较。

计算条件

预压负荷：950N

外部轴向负荷：3000N

表2示出轴向负荷分担率的比较结果。这是在主轴系负载了轴向负荷时，在负载侧的第1列、第2列轴承40、50中，轴向负荷的分担率如何变化的计算结果。

[表2]

由表2的结果可知，接触角与第2列内侧列轴承50相比大的第1列外侧列轴承40，更具有负荷分担率增加的作用。另外，在设计产品C～E中，接触角大，负载更大负荷的第1列外侧列轴承40比第2列内侧列轴承50的滚珠直径大，极限的负载负荷也大。所以可知，由于与以往产品相比能够减轻第2列轴承50的负荷，负载更大的轴向负荷，因此，轴向方向的耐冲击性提高。

并且可知，例如在高速旋转中负载了轴向方向的外部负荷的情况下，能够减小内侧列轴承即第2列轴承50的负载负荷，内侧列轴承50难以承受烧结等损伤。

此时，外侧列轴承40、70的接触角过大时；或者与内侧列轴承40、60的接触角差过大时，作为外侧列轴承40、70的发热量大和负载负荷大，外侧列轴承40、70的烧结风险提高。所以，各列的接触角优选的是最小(内侧列轴承)为10°以上，最大(外侧列轴承)为30°以下，更优选的是最小(内侧列轴承)为15°以上，最大(外侧列轴承)为25°以下。主轴的轴承排列、组合列数、内置马达的容量、外筒冷却的效率等与主轴的高速特性(烧结的产生频度、风险)一致地，选择适当的接触角即可。

＜力矩刚性＞

接下来，使用上述以往产品和设计产品C～E，在以下这样的计算条件下，进行力矩刚性的比较。表3示出比较了力矩刚性的结果。

计算条件

预压负荷：950N

倾斜度角度30秒(作为组合轴承的倾斜角)

[表3]

(以往产品为100时的比率)

从表3的结果可知，通过增大外侧列轴承40、70的滚珠节圆直径，提高组合轴承的力矩刚性。在设计产品D、E的情况下，能够期待与以往产品相比约提高5％的力矩刚性。主轴的径方向的弯曲刚性除了轴承刚性以外，还由与轴自身的弯曲刚性的组合来决定。通过提高轴承的力矩刚性，由于轴自身的弯曲也减少，因此，作为实际的主轴的弯曲刚性，能够期待该计算结果以上的效果。

＜轴向刚性＞

接下来，使用上述以往产品和设计产品C～E，在以下这样的计算条件下，进行轴向刚性的比较。表4示出轴向刚性的比较结果。

计算条件

预压负荷：950N

轴向位移：5.0μm

[表4]

(以往产品为100时的比率)

从表4的结果可知，通过增大外侧列轴承40、70的接触角，提高组合轴承的轴向刚性。设计产品D、E与以往产品比较，能够期待提高10％以上的轴向刚性。主轴的轴向方向的刚性由于大致由搭载在主轴的组合轴承的轴向刚性决定，因此，由表4的结果可知主轴系的轴向刚性也提高。

本申请基于2014年10月23日申请的日本专利申请特愿2014-216306，其内容作为参照并入本文。

Claims (3)

1.一种组合滚珠轴承，将4列以上的有角滚珠轴承在轴向排列成偶数列组合，所述组合滚珠轴承的特征在于，

配置在轴向外侧的所述有角滚珠轴承的至少一个的滚珠直径，大于配置在轴向内侧的所述有角滚珠轴承的滚珠直径，

滚珠直径比为：1.0＜配置在轴向外侧的所述有角滚珠轴承的滚珠直径/配置在轴向内侧的所述有角滚珠轴承的滚珠直径＜4.6，

滚珠节圆直径比为：1.0≤配置在轴向外侧的所述有角滚珠轴承的滚珠节圆直径/配置在轴向内侧的所述有角滚珠轴承的滚珠节圆直径＜1.5，

偶数列的所述有角滚珠轴承为左右对称的排列构造，

配置在所述轴向外侧的所述有角滚珠轴承的接触角，大于配置在所述轴向内侧的所述有角滚珠轴承的接触角，并且

所述有角滚珠轴承的所述接触角为10°以上、30°以下。

2.如权利要求1所述的组合滚珠轴承，其特征在于，

配置在所述轴向外侧的所述有角滚珠轴承的滚珠节圆直径，大于配置在所述轴向内侧的所述有角滚珠轴承的滚珠节圆直径。

3.一种机床用主轴装置，其特征在于，

包括权利要求1或2所述的组合滚珠轴承。