CN113631822A

CN113631822A - 轴承装置

Info

Publication number: CN113631822A
Application number: CN202080024337.XA
Authority: CN
Inventors: 桥爪翔平; 那须惠介
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2021-11-09
Also published as: WO2020195563A1; EP3951200A4; EP3951200A1; KR20210141633A; JP2020159393A; JP7206141B2

Abstract

轴承装置(30)，包括轴承(5a、5b)、间隔件(6)、喷嘴(70)、和热通量传感器(11a、11b)。轴承(5a)包括内圈(5ia)和外圈(5ga)。轴承(5a)包括内圈(5ia)和外圈(5ga)。间隔件(6)包括邻近内圈(5ia、5ib)的内圈间隔件(6i)和邻近外圈(5ga、5gb)的外圈间隔件(6g)。喷嘴(70)设置在外圈间隔件(6g)中，且每个喷嘴朝向内圈间隔件(6i)排放冷却空气。热通量传感器(11a、11b)设置在外圈间隔件(6g)的内表面(6gA)中。来自热通量传感器(11a、11b)的输出用于调节从喷嘴(70)排放的冷却空气的流速。

Description

轴承装置

技术领域

本发明涉及一种轴承装置，可旋转地支承机床的主轴或类似物。

背景技术

用于机床主轴的轴承往往在高速且低负载下使用，角接触滚珠轴承被广泛用于此类轴承。用于机床主轴的轴承通过油气(油雾)润滑或脂润滑进行润滑。油气润滑的特点是能够长期保持稳定的润滑状态，这是因为有润滑油外部供应的缘故。脂润滑的特点是成本效率高，因为不需要附属设施和管道，而且环境友好，这是因为产生的雾量极少的缘故。

在高速区域中使用的轴承，该区域诸如为由内圈的内直径乘以旋转次数计算出的dn值等于或大于一百万的区域，如机床中的加工中心的主轴，应该以更稳定的方式运行。然而，由于下面描述的各种因素，轴承可能会经历在轴承滚道表面处的表面粗糙化或剥落、或保持件的异常，而此后，轴承的温度可能会过度上升。

-在油气润滑中，润滑油的不当进送和排放(油量过小或过大或排量不足)

-密封在轴承中的润滑脂变质

-冷却剂、水或异物进入轴承滚动部分

-由于预负载过大，即滚动部分中的接触压力增加，导致油膜破裂

为了防止因上述因素造成的轴承温度过度升高，日本专利公开第2017-26078号(PTL 1)公开了这样一种技术，即在与轴承相邻的间隔件中包含润滑油进送泵和非接触式温度传感器，润滑油进送泵根据温度传感器测量的轴承润滑部分的温度值向轴承内部进送润滑油。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利公开第2017-26078号

发明内容

技术问题

一般来说，在油气润滑中，油雾通过间歇地将来自油阀的油添加到持续供应的压缩空气中而产生。

当添加的油量不足时，轴承中的摩擦力增加，从而导致摩擦热和温度升高并导致卡死。另一方面，当添加的油量过大时，轴承部分的油的搅拌阻力增加，从而导致温度升高和卡死。由于对于支承高速旋转的轴的轴承来说，适当的油量范围相对窄，并且难以添加适当的油量。

尽管制造商指出了添加油量的推荐条件，但适当的油量还取决于机床和类似物的操作条件而不同。例如，当诸如旋转速度、连续操作时间、工件工作时的负载或工作期间的轴的位置等工作条件发生变化，以均匀的量添加无法解决这种变化。

在油阀(混合阀)中的添加量可以被调节，同时监测轴承的温度。然而，油阀通常布置在离轴承相对较远的位置，因为油在滴下后被切成细小的颗粒供应给轴承，并且从油阀滴下油到油在轴承上扩散存在时间差。因此，在检测到轴承的温度超过阈值后再添加油气，对于润滑来说太晚了，且轴承中会出现异常的发热或过度的温度升高。

本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的是提供一种可在适当时刻进行冷却的轴承装置。

解决技术问题所采用的技术方案

(1)根据本公开内容的轴承装置包括：包括内圈和外圈的轴承；间隔件，包括与内圈邻近的内圈间隔件和与外圈邻近的外圈间隔件；设置在外圈间隔件中的至少一个喷嘴，该至少一个喷嘴将从空气供应装置中供应的冷却空气朝向内圈间隔件排放；以及设置在轴承或间隔件中的热通量传感器。来自热通量传感器的输出信号用于调节从至少一个喷嘴排放的空气的流速。

(2)在一种形式中，至少一个喷嘴包括在外圈间隔件的内表面的周向方向中以规定的间隔布置的第一喷嘴和第二喷嘴。在外圈间隔件的内表面的周向方向中,热通量传感器布置在第一喷嘴与第二喷嘴间的中间位置和第二喷嘴的位置之间的任何位置。

(3)在一种形式中，第一喷嘴和第二喷嘴设置为在内圈的旋转方向中向前倾斜。第二喷嘴布置在相对于第一喷嘴的内圈的旋转方向中的前侧位置处。

(4)在一种形式中，至少一个喷嘴在轴向方向中布置在外圈间隔件的中央部分中。热通量传感器布置在轴向方向中的外圈间隔件的端部。

(5)在一种形式中，当由热通量传感器检测到的热通量的量级和热通量的变化率中的至少一个超过对应的判断阈值时，从至少一个喷嘴排放的空气的流速增加。

(6)在一种形式中，空气供应装置包括产生压缩空气的压缩机和设置在压缩机和至少一个喷嘴之间的阀。来自热通量传感器的输出用于控制压缩机的输出和阀的打开度中的至少一个。

(7)在一种形式中，热通量传感器连接到控制器。控制器基于来自热通量传感器的输出确定轴承是否存在异常或异常迹象，并且当存在异常或异常迹象时，控制器执行处理以增加从至少一个喷嘴排放的空气的流速。

8)在一种形式中，轴承装置进一步包括连接到控制器的载荷传感器，该载荷传感器检测施加到轴承的预负载和外部负载。控制器基于来自载荷传感器的输出执行用于调节从至少一个喷嘴排放的空气的流速的处理。

(9)在一种形式中，该轴承装置能旋转地支承机床的主轴。

发明效果

根据该结构，可以利用热通量传感器确定轴承的温度是否发生变化。因此，轴承的异常可以及早发现。来自热通量传感器的输出信号用于调节从外圈间隔件中的喷嘴排放的空气(冷却空气)的流量。因此，轴承装置可以在适当的时刻用从喷嘴排放的空气进行冷却。

附图说明

图1是示出主轴装置的概略构造的横截面视图。

图2是示出轴承装置的构造的示意性横截面视图。

图3是示意性地示出图2中沿III-III的间隔件的横截面的图。

图4是示出空气供应装置的示例性构造的框图。

图5是示出加速和减速试验中得到的热通量、温度和转速之间关系的图。

图6是图5中从t1到t2部段中的横坐标的放大图。

图7是示出轴承异常模拟试验中热通量、温度和转速之间关系的图。

图8是用于示出轴承装置的操作的波形图。

图9是流程图，用于图示控制器对冷却空气的供应的控制。

图10是示出对热通量传感器的布置的变型例的图。

图11是示出热通量传感器的布置的另外的变型例的图(No.1)。

图12是示出热通量传感器的布置的另外的变型例的图(No.2)。

具体实施方式

下面，参考附图对本发明的实施方式进行说明。下面附图中相同的或对应的元件具有相同的附图标记，并且其描述将不再重复。

图1是示出主轴装置1的概略构造的横截面图，其中包含根据本发明实施例的轴承装置30。图2是示出根据本实施例的轴承装置30的构造的示意性横截面视图。

图1所示的主轴装置1例如作为机床的内置电动机型主轴装置使用。在这种情况下，未示出的电动机装在用作机床的主轴的主轴装置1支承的主轴4的一端侧，而未示出的切削工具连接到另一端侧，该工具诸如端铣刀。

主轴装置1包括轴承5a和5b、与轴承5a和5b相邻布置的间隔件6，以及热通量传感器11a和11b。主轴4由设置在嵌入轴承套2内部的壳体3中的多个轴承5a、5b旋转支承。轴承5a具有内圈5ia、外圈5ga、滚动元件Ta和保持件Rta。轴承5b包括内圈5ib、外圈5gb、滚动元件Tb和保持件Rtb。间隔件6包括内圈间隔件6i和外圈间隔件6g。

在轴向方向上远离的轴承5a的内圈5ia和轴承5b的内圈5ib通过过盈配合(压配)装配到主轴4。内圈间隔件6i布置在内圈5ia、5ib之间，并且外圈间隔件6g布置在外圈5ga、5gb之间。

轴承5a是在内圈5ia与外圈5ga之间布置有多个滚动元件Ta的滚动轴承。滚动元件Ta之间的间隔由保持件Rta保持。轴承5b是在内圈5ib与外圈5gb之间布置有多个滚动元件Tb的滚动轴承。滚动元件Tb之间的间隔由保持件Rtb保持。

可以采用角接触滚珠轴承、深沟滚珠轴承或锥形滚子轴承作为轴承5a、5b。角接触滚珠轴承包括在图2所示的轴承装置30中，其中两个轴承5a、5b以背对背的双轴承(DB)布置来进行设置。轴承的布置不限于背对背的双轴承布置，而例如面对面的双联轴承布置也可以适用。

虽然示出并描述了两个轴承5a、5b对主轴4进行支承的结构，但是也可以应用两个以上的轴承对主轴4进行支承的结构。

在壳体3中设置有冷却介质流动通道。通过在壳体3和轴承套2之间进送冷却介质，可以对轴承5a、5b进行冷却。

在根据本实施例的主轴装置1中，在外圈间隔件6g中设置了用于向轴承5a、5b注入润滑油以冷却并润滑该轴承5a、5b的润滑油供应路径67a和67b。润滑油以油气或油雾的状态与承载润滑油的空气一起从润滑油供应路径67a、67b的末端设置的排放孔注入。出于简洁，图1没有示出润滑油供应路径67a、67b。

对热通量进行测量的热通量传感器11a、11b固定到外圈间隔件6g的内表面6gA，并且与内圈间隔件6i的外表面6iA相对。热通量是指每单位时间内通过单位面积的热量。

各热通量传感器11a、11b是基于塞贝克(Seebeck)效应将热通量转换为电信号的传感器，并且由传感器的前侧和后侧之间的微小温差产生输出电压。诸如非接触式温度传感器或热电偶的温度传感器相比，热通量传感器11a、11b各自对轴承内部的热量变化更敏感，并且它们可及时跟踪轴承内部的热量变化。

热通量传感器11a布置在外圈间隔件6g的内表面6gA中，在轴向方向(沿旋转轴P0的方向)中位于轴承5a的一侧的端部。热通量传感器11b布置在外圈间隔件6g的内表面6gA中，在轴向方向中位于轴承5b的一侧的端部。由于热通量传感器11a、11b因此被设置在外圈间隔件6g中相应的轴承5a、5b的附近，所以热通量传感器11a、11b可以直接检测在轴承5a、5b的内圈和外圈之间流动的热通量。

热通量传感器11a、11b也可以设置在外圈间隔件6g的内表面6gA中，围绕轴向方向中的中心部分。根据这样的布置，也可以间接地检测在轴承5a、5b的内圈和外圈之间流动的热通量。

在对内圈5ia、5ib、外圈5ga、5gb以及间隔件6的温度进行测量以对轴承5a、5b的卡死迹象进行检测的尝试中，尽管有突然的发热，但由于温度上升中的延迟，因而可能无法在早期阶段检测到上述迹象。

相反，在本实施例中，轴承5a、5b的卡死迹象是基于来自热通量传感器11a、11b的输出来检测的。通过使用来自热通量传感器11a、11b的输出，可以快速检测到突然的发热，因为热通量比温度更早开始变化。

温度传感器56a和振动传感器57a布置在外圈间隔件6g的轴向方向中的轴承5a的一侧的端面上。温度传感器56b和振动传感器57b布置在外圈间隔件6g的轴向方向中的轴承5b的一侧的端面上。

在根据本实施例的主轴装置1中，在外圈间隔件6g中设置了用于向内圈间隔件6i的外表面6iA排放压缩冷却空气的喷嘴70。喷嘴70设置在外圈间隔件6g的内表面6gA中，在轴向方向中的中央部分中。

图3是示意性地示出图2中沿III-III的间隔件6的横截面的图。在图3中，内圈间隔件6i的旋转方向为逆时针。内圈间隔件6i的旋转方向在下文中也被简单地称为“旋转方向”。

如上文所述，间隔件6包括内圈间隔件6i和外圈间隔件6g。外圈间隔件6g在其上部设有用于油气润滑的润滑油供应路径67a、67b，并在其下部设有废气槽72。

在外圈间隔件6g中，用于朝向内圈间隔件6i的外表面6iA排放冷却空气的三个喷嘴70以规则的间隔(120°间隔)布置在外圈间隔件6g的内表面6gA中，彼此之间有规定的距离。喷嘴70的数量不限于三个，并可以设定为至少四个或最多两个。

每个喷嘴70的排放口71设置在外圈间隔件6g的内表面6gA中。冷却空气从每个喷嘴70的排放口71朝向内圈间隔件6i的外表面6iA排放。冷却空气在通过外圈间隔件6g的内表面6gA和内圈间隔件6i的外表面6iA之间的间隙G时吸收热量，然后通过废气槽72向外部排放。

在图3中最接近润滑油供应路径67a、67b的喷嘴70以下也称为“第一喷嘴70A”，在逆时针侧上(旋转方向中的前侧)布置在第一喷嘴70旁边的喷嘴70以下也称为“第二喷嘴70B”，并且在逆时针方向上布置在第二喷嘴70旁边的喷嘴70以下也称为“第三喷嘴70C”。

第一喷嘴70A形成在从旋转轴线P0径向向上延伸的直线Lx的逆时针侧上(旋转方向中的前侧)偏移的位置，从而与直线Lx平行延伸。因此，从第一喷嘴70A排放空气的方向不垂直于旋转方向，而是在旋转方向中向前倾斜。由于喷嘴70有如此偏移，冷却空气作为沿旋转方向流动的漩涡在内圈间隔件6i的表面周围长时间停留而不扩散，因此冷却空气吸收内圈间隔件6i的热量的时间段很长。因此，内圈间隔件6i的冷却效果得到了改善。第二喷嘴70B和第三喷嘴70C也与第一喷嘴70A类似地偏移。

在外圈间隔件6g的外表面设置了用于将冷却空气引入每个喷嘴70的弧形的引入槽80。引入槽80设置为与每个喷嘴70连通。用于将冷却空气引入该引入槽80的路径独立于用于将油气引入润滑油供应路径67a、67b的路径而设置。

由于热通量传感器11a、11b也检测少量热量的流动，因此来自热通量传感器11a、11b的输出受到冷却空气的极大影响。鉴于这一方面，热通量传感器11a、11b设置在不太可能受到冷却空气影响的位置。具体而言，热通量传感器11a、11b布置于在外圈间隔件6g的内表面6gA的周向方向中的第一喷嘴70A和第二喷嘴70B间的中间位置和第二喷嘴70B的位置之间。换而言之，如图3所示，将第一喷嘴70A在周向方向中的布置限定为参考，热通量传感器11a、11b在周向方向中的布置角度设定在大于对应于第一喷嘴70A和第二喷嘴70B中间位置的角度/2(＝60°)和小于第二喷嘴70B在周向方向中的布置角度(＝120°)的范围内。通过这样的布置，热通量传感器11a、11b的输出不太可能受到从第一喷嘴70A排放的冷却空气的漩涡的影响，也不太可能受到从第二喷嘴70B排放的冷却空气的倒流(压力流)的影响。因此，热通量传感器11a、11b可以更准确地检测外圈间隔件6g和内圈间隔件6i之间产生的热通量。

润滑油供应路径67a、67b布置在外圈间隔件6g的上部，而热通量传感器11a、11b布置在外圈间隔件6g的下部。因此，热通量传感器11a、11b的输出不太可能受到从润滑油供应路径67a、67b注入的油气的影响。因此，热通量传感器11a、11b可以更准确地检测外圈间隔件6g和内圈间隔件6i之间产生的热通量。

上述图2中的喷嘴70、润滑油供应路径67a、67b、以及热通量传感器11a、11b的位置示意性地代表在旋转轴线的方向中的位置关系以及与旋转轴线P0的距离。喷嘴70、润滑油供应路径67a、67b以及热通量传感器11a、11b在周向方向中在外圈间隔件6g的内表面6gA中的实际布置如图3所示。

用于将来自热通量传感器11a的检测信号发送到将在后文中描述的控制器55的线路(未示出)与热通量传感器11a连接。用于将来自热通量传感器11b的检测信号发送到将在后文中描述的控制器55的线路(未示出)与热通量传感器11ab连接。

图4是示出用于向导入槽80和喷嘴70供应冷却空气的空气供应装置50的示例性结构的框图。空气供应装置50包括压缩机51、空气阀52、管道53和54以及控制器(微型计算机)55。

压缩机51由来自控制器55的控制信号激活，并压缩空气。空气阀52通过管道53与压缩机51连通，并通过管道54与导入槽80和各喷嘴70连通。空气阀52的打开由来自控制器55的控制信号控制。

控制器55根据来自热通量传感器11a、11b的输出，确定轴承5a、5b是否有异常的迹象(诸如卡死)。当控制器55确定存在异常迹象时，其控制压缩机51的输出和空气阀52的打开度中的至少一个，以增加从各喷嘴70排放的冷却空气的流速。控制器55可以构造为进一步接收来自温度传感器56、振动传感器57、旋转传感器58和载荷传感器59的输出，以便在也考虑到这些输出的情况下调节冷却空气的流速。

载荷传感器59例如被设置在轴承和间隔件之间的间隙中，以便感应施加在轴承5上的预负载和外负载。例如，在机床中，由于工件施加的外力的变化，或由于高速运转或离心力产生的热量的变化，因而施加到轴承5的预负载也会变化。随着预负载的增加，由于油膜破裂引起的摩擦力，发热量也会增加。因此，当载荷传感器59检测到预负载增加时增加冷却空气的流速也是有效的。当直接检测到外负载时增加冷却空气的流速也是有效的。

<加速和减速试验>

申请人进行了加速和减速试验，在该试验中，将根据本发明实施例的轴承装置安装在模拟机床主轴的试验器中，并评估了在提高和降低主轴4的旋转速度时的热通量、温度和旋转速度之间的关系。

图5是示出加速和减速试验中得到的热通量、温度和转速之间关系的图。图6是图5中从t1到t2部段中的横坐标的放大图。

如图5所示，来自热通量传感器的输出(热通量)比来自温度传感器的输出(轴承的温度)对转速的增加和减少的响应性更高，并且可以改善对轴承的异常迹象的检测精度。热通量传感器的输出开始增加和减少的定时与转速开始增加和减少的定时基本同步。

<轴承异常发生模拟试验>

本申请人进行了轴承异常发生的模拟试验，试图检测滚动轴承中发生异常的迹象。在本模拟试验中，通过仅在组装主轴时向滚动轴承中引入极少量的润滑油，创造了在受试轴承中可能发生由于润滑油耗尽而出现的异常的情况。这样的设定是，当驱动电机因受试轴承中的异常而过载时，限制器被激活并且试验器自动停止。

图7是示出在试验中热通量、温度和转速之间的关系的图，在该试验中模拟了由于润滑油耗尽而导致的轴承异常。横坐标代表操作时间段(秒)。上部区域示出热通量Q、内圈温度T(i)、外圈温度T(g)和壳体温度T(h)，而下部区域示出转速N(每分钟旋转次数)。

基于热容量和热辐射之间的关系，内圈温度T(i)>外圈温度T(g)>壳体温度T(h)的关系被保持。

在检测到驱动电机过载的时间525(秒)之后，转速N开始降低。在时间525(秒)之前，各温度几乎没有变化，可以看出，基于温度难以检测出异常的迹象。基于试验结果，预计热通量Q的输出值的增加比内圈温度T(i)等的增加更早观察到，并且热通量Q在早期检测滚动轴承异常的发生迹象方面是有效的。

图8是用于示出根据本实施例的轴承装置30的操作的波形图。图8示出了作为由根据本实施例的轴承装置30的操作的结果而供应冷却空气时的波形，该波形叠加在图7所示的模拟实验中的波形上。

图8中的横坐标代表操作时间段(秒)。上部区域示出热通量Q和热通量的变化率D，并且叠加其上示出在供应冷却空气时的热通量Qx和变化率Dx。下部区域示出转速N(每分钟旋转的次数)。

没有冷却空气的供应，在时间525(秒)之后，电动机的过载由于轴承的损坏而感应到，而旋转速度N开始降低。

为了避免对轴承的损坏，应在时间525(秒)之前开始添加冷却空气。由于如图7所示，温度在时间525(秒)之后增加，因而基于温度增加供应的冷却空气供应得太晚。相反，由热通量传感器检测到的热通量Q从大约时间523(秒)开始增加。因此，冷却空气的供应优选是响应于检测到热通量传感器的输出增加而开始。考虑到稳定状态中的噪音，确定从热通量传感器的输出中的增加所基于的阈值Qth应该设定有一定的余量。然而，由于被设定的轴承的机器的个别变化或用户设定的操作条件是不同的，因此难以为略微增加设定阈值Qth。

相反，在发明人进行的实验中发现，通过计算热通量Q的变化率D(每单位时间的变化量)，可以及早发现轴承的损坏迹象。还发现关于变化率D，即使所设定的轴承所处的机器的个体变化或用户设定的操作条件不同，也可以实际使用相对统一的阈值。因此，更优选的是在来自热通量传感器的输出的变化率D超过阈值Dth时开始供应冷却空气。冷却空气的供应开始代表冷却空气的流速的示例性增加。

变化率D是通过热通量传感器检测的热通量Q的时间导数计算出的参数。通过使用由热通量Q的时间导数得到的参数，可以准确地检测到瞬时和突然的发热。

通过在热通量Q超过阈值Qth的时间点(约525秒)或在热通量变化率D超过阈值Dth的时间点(约524秒)开始供应冷却空气，轴承不会被损坏。因此，在图8的波形中，如图所示，在时间525(秒)之后也可以以转速Nx继续稳定运行，而不用对电动机施加限制。

鉴于上述结果，在根据本实施例的轴承装置30中，来自热通量传感器11a、11b的输出信号用于调节从喷嘴70排放的冷却空气的流速。具体来说，当热通量传感器11a、11b检测到的热通量Q的量级或热通量Q的变化率D超过相应的判断阈值(阈值Qth或阈值Dth)时，控制器55确定轴承5a、5b有异常的迹象(诸如卡死)。因此，轴承5a、5b的异常可以及早发现。然后，当控制器55确定轴承5a、5b存在异常迹象时，其增加了从喷嘴70排放的冷却空气的流量。因此，轴承5a、5b可以用冷却空气进行冷却，并且可以防止轴承5a、5b的卡死，而不需要伴随着机床生产率的降低来控制(例如，机床停止工作，切割深度减少，旋转停止，旋转速度降低)。实现了对轴承5a、5b的损坏的防止和轴承5a、5b的更长的寿命。

当轴承5a、5b没有异常迹象时，可以在不增加冷却空气量的情况下降低冷却空气的流速。因此可以降低压缩机51的功率消耗，此外还可以实现对压缩机51的尺寸缩小的贡献。

在热通量Q超过阈值Qth的时间点或在热通量Q的变化率D超过阈值Dth的时间点，也可以增加油气的加入量。然而，用于调整油气添加量的油阀通常被布置在离轴承相对较远的位置，因为油在滴下后通常被细化为细小的颗粒供应给轴承，而从油阀滴下油到油在轴承上扩散存在时间差。相反，冷却空气的流速可以通过增加空气阀52的打开度立即增加，因此不存在油气情况下的时间滞后。因此，轴承装置30可以在适当的时刻冷却，并且可以适当地防止轴承的卡死。

图9是用于图示控制器55对冷却空气的供应的控制的流程图。该流程图中的处理是在每次满足预定条件(例如，每个规定的周期)时从主例程中调用来执行的。

最初，控制器55从热通量传感器11a、11b获得判断值(步骤S10)。虽然可以采用热通量Q作为判断值，但优选的是热通量的变化率D。当采用热通量Q时，例如，判断值可以通过对照存储在控制器55中的内存储器中的预定图谱检查来自热通量传感器11a、11b的检测值来获得。当采用热通量的变化率D时，例如可以通过将之前的热通量Q和现在的热通量Q之间的差值除以时间间隔来获得判断值。

然后，控制器55确定该判断值是否大于判断阈值(步骤S20)。该判断对应于用于检测轴承5a、5b的异常迹象的处理。在采用热通量Q作为判断值的示例中，采用图8中所示的阈值Qth作为判断阈值。在采用热通量的变化率D作为判断值的示例中，采用图8中所示的阈值Dth作为判断阈值。

考虑到热通量Q随转速N的变化，可以预先确定各转速N的判断阈值Qth，可以从旋转传感器58读取转速N，并且可以应用与读取的转速N对应的判断阈值Qth。

例如，基于图6中的时间t1和时间t2之间的时段期间从Q1到Q2的热通量的变化，可以根据以下表达式(1)确定判断阈值Dth：

Dth＝M×(Q2-Q1)/(t2-t1)...(1)

其中“M”代表安全系数。由于表达式中的安全系数M对于机床的每个主轴是不同的，所以M被设定为不同的值，诸如M＝1和M＝100。

由于已经知道在轴承发生异常时的热通量变化率D的值显著大于在转速N增加时的值，所以可以对变化率D使用统一的阈值Dth，而无论转速N的变化如何。

当判断值未被确定为大于判断阈值(步骤S20中的否(NO))时，控制器55确定轴承没有异常的迹象(步骤S30)，并且控制来自压缩机51的输出和空气阀52的打开度，从而将冷却空气的流量设定为第一流量F1(步骤S32)。第一流速F1可以设定零，在这种情况下，冷却空气的供应被停止。此后，该过程返回。

当判断值确定为大于判断阈值(步骤S20中的是(YES))时，控制器55确定存在轴承的异常迹象(步骤S40)，并且控制来自压缩机的输出和用于空气冷却的阀的打开度，以便将冷却空气的流速设定为高于第一流速F1的第二流速F2(步骤S42)。因此冷却空气的流量增加了。控制器55在规定的时间段内继续增加冷却空气的量，此后，该过程返回。当油气的添加量随着冷却空气量的增加而增加时，冷却空气量的增加可以在油气在轴承上扩散所需的时间段终止的时间点上停止。

如上所述，根据本实施例的轴承装置30包括：轴承5a、5b，其包括内圈5ia、5ib以及外圈5ga、5gb；间隔件6，包括与内圈5ia、5ib邻近的内圈间隔件6i以及与外圈5ga、5gb邻近的外圈间隔件6g；在外圈间隔件6g中设置的三个喷嘴70，各个喷嘴朝向内圈间隔件6i排放冷却空气；以及在外圈间隔件6g的内表面6gA中设置的热通量传感器11a、11b。热通量传感器11a、11b的输出用于调节从喷嘴70排放的冷却空气的流速。因此，轴承装置30的轴承5a、5b可以在适当的时间利用冷却空气进行冷却。

此外，如图3所示，热通量传感器11a、11b布置在第一喷嘴70A和第二喷嘴70B之间在外圈间隔件6g的内表面6gA的周向方向中的中间位置和第二喷嘴70B的位置之间。根据这种布置，来自热通量传感器11a、11b的输出不太可能受到冷却空气的影响，因此热通量传感器11a、11b可以更准确地检测外圈间隔件6g和内圈间隔件6i之间产生的热通量。

如图2所示，喷嘴70在轴向方向中布置在外圈间隔件6g的中央部分中，并且热通量传感器11a、11b在轴向方向中布置在外圈间隔件6g的内表面6gA的相应两端。也根据这种布置，来自热通量传感器11a、11b的输出不太可能受到冷却空气的影响，因此热通量传感器11a、11b可以更准确地检测外圈间隔件6g和内圈间隔件6i之间产生的热通量。

[润滑类型的变型例]

尽管在上述实施例中描述了使用油气润滑的轴承作为轴承5a、5b的示例，但可以采用脂润滑的轴承作为轴承5a、5b。当采用脂润滑的轴承作为轴承5a、5b时，不必提供润滑油供应路径67a、67b。

[热通量传感器的布置的变型例]

图10是示出对热通量传感器的布置的变型例的图。在本变型例中，如图10所示，在固定侧的外圈间隔件6g中增加了从各自的轴向侧表面突出到内圈和外圈之间的间隙中的突起7a、7b，并且可以在一个突起7a中设置热通量传感器11a。在这种情况下，虽然没有示出，但热通量传感器11b同样也可以布置在另一突起7b中。

热量来源于其中滚动元件的固定侧的轴承圈与滚动元件接触的部分。在示例中，热通量传感器被设置在固定侧的轴承圈中，在固定侧的轴承圈加工的高成本是关注的问题。通过在固定侧的间隔件的突起7a、7b中设置热通量传感器，这个问题就得到了解决，且热通量传感器可以容易地设置。由于热通量传感器11a、11b设置在突起7a和7b中，而该突起突入内圈和外圈之间的间隙中，因此可以直接检测到操作期间轴承内部的温度变化。

突起7a和7b也可以起喷嘴作用，向轴承5a、5b排放用于油气润滑的润滑油。在这种情况下，可以通过利用现有的排放润滑油的喷嘴来设置热通量传感器。因此，例如，成本可以比设置用于提供热通量传感器的专用部件的示例的低。

图11是示出热通量传感器的布置的另外的变型例的图。图1和图2示出了示例，其中热通量传感器11a、11b设置在轴向方向中外圈间隔件6g的内表面的端部(在轴承5的附近)。然而，如图11所示，热通量传感器11可以设置在外圈间隔件6g的内表面轴向方向中的中央部分中。

图12是示出热通量传感器的布置的另外的变型例的图。如图12所示，热通量传感器11a可以设置在外圈5ga的内表面上。在这种情况下，虽然没有示出，但热通量传感器11b类似地可以设置在外圈5gb的内表面上。

[对轴承异常迹象的检测的变型例]

在上述示例中描述了基于由热通量传感器11a、11b检测的热通量Q的量级或其变化率D(热通量Q的时间导数值)来检测轴承的异常迹象。可以基于由热通量传感器11a、11b检测的热通量Q和另外的检测值的组合来检测轴承的异常迹象。

例如，可以基于诸如热通量Q与另一检测值(转速N、振动、温度、电机电流值、预负载和外负载)之间的相关性(跟随性)和热通量Q的时间积分值等参数来检测轴承的异常迹象。例如，可以基于转速N和跟随转速的热通量Q之间的关系，确定是否存在轴承异常的迹象。替代地，可以监测转速N和热通量Q之间的关系，当其间的关系变得不一致时，可以确定存在轴承异常的迹象。例如，当热通量Q突然变化，尽管转速N是恒定不变的，可以确定为存在轴承异常的迹象。替代地，例如，当热通量Q在转速N变化时不跟随转速N变化，可以确定存在轴承异常的迹象。

此外，除了检测轴承的异常迹象之外，还可以基于上述参数进行用于检测轴承异常本身的异常诊断。例如，当热通量Q或热通量的变化率D超过图8中所示的大于Qth或Dth的阈值时，可以确定轴承中发生了异常。例如，当热通量Q在由于检测到轴承异常的迹象而增加冷却空气的量之后也进一步增加时，轴承可能已经被损坏，因此可以确定轴承是异常的。

当在如上所述的异常诊断中确定轴承中发生了异常时，可以控制轴承装置以停止其旋转。在这种情况下，控制器55可以通过打开警告指示器来指示异常。

应该理解，本文公开的实施例是在各方面都是说明性和非限制性的。本发明的范围由权利要求书所限制而非上述实施例的描述所限制，并且意于包括在权利要求书的范围内并且含意等同于各项权利要求的任何变型。

附图标记列表

1主轴装置；2轴承套；3壳体；4主轴；5、5a、5b轴承；5ga、5gb外圈；5ia、5ib内圈；6间隔件；6g外圈间隔件；6gA内表面；6i内圈间隔件；6iA外表面；7a、7b突起；11、11a、11b热通量传感器；30轴承装置；50空气供应装置；51压缩机；52空气阀；53、54管道；55控制器；56温度传感器；57振动传感器；58旋转传感器；67a、67b润滑油供应路径；70喷嘴；70A第一喷嘴；70B第二喷嘴；70C第三喷嘴；71排放口；72废气槽；80引入槽；Rta、Rtb保持件；Ta、Tb滚动元件。

Claims

1.一种轴承装置，包括：

轴承，所述轴承包括内圈和外圈；

间隔件，包括邻近所述内圈的内圈间隔件和邻近所述外圈的外圈间隔件；

在所述外圈间隔件中设置的至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴将从空气供应装置供应的冷却空气朝向所述内圈间隔件排放；以及

设置在所述轴承或所述间隔件中的热通量传感器，其中

来自所述热通量传感器的输出信号用于调节从所述至少一个喷嘴排放的空气的流速。

2.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，

所述至少一个喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴和第二喷嘴在所述外圈间隔件的内表面的周向方向中以规定的间隔布置，并且

在所述外圈间隔件的所述内表面的所述周向方向中，所述热通量传感器布置在所述第一喷嘴与所述第二喷嘴间的中间位置和所述第二喷嘴的位置之间的任何位置。

3.根据权利要求2所述的轴承装置，其特征在于，

所述第一喷嘴和所述第二喷嘴设置为在所述内圈的旋转方向中向前倾斜，以及

所述第二喷嘴布置在相对于所述第一喷嘴的所述内圈的所述旋转方向中的前侧位置处。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴承装置，其特征在于，

所述至少一个喷嘴在轴向方向中布置在所述外圈间隔件的中央部分中，以及

所述热通量传感器布置在轴向方向中的所述外圈间隔件的端部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的轴承装置，其特征在于，

当由所述热通量传感器检测到的热通量的量级和热通量的变化率中的至少一个超过对应的判断阈值时，从所述至少一个喷嘴排放的空气的流速增加。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的轴承装置，其特征在于，

所述空气供应装置包括

产生压缩空气的压缩机，以及

在所述压缩机和所述至少一个喷嘴之间设置的阀，以及

来自所述热通量传感器的输出用于控制所述压缩机的输出和所述阀的打开度中的至少一个。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的轴承装置，其特征在于，

所述热通量传感器与控制器连接，以及

所述控制器基于来自所述热通量传感器的输出，确定所述轴承是否存在异常或异常的迹象，以及

当存在异常或异常迹象时，所述控制器执行处理以增加从所述至少一个喷嘴排放的空气的流速。

8.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，进一步包括与控制器连接的载荷传感器，所述载荷传感器检测施加到所述轴承上的预负载和外负载，其中

所述控制器基于来自所述载荷传感器的输出，执行用于调节从所述至少一个喷嘴排放的空气的流速的处理。

9.根据权利要求1至8中的任何一项所述的轴承装置，其特征在于，能旋转支承机床的主轴。