CN1445464A - 圆筒滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

一种圆筒滚子轴承，在0＜θ＜＝θT的范围中，虽然，接触面压P会依斜交角的比例，以比较急遽的斜度上升，但因为把界限斜交角θT限制成小角度，可将接触面压P推移至于该接触部产生磨耗的接触面压P0等级以下。亦即，通过把界限斜交角θT限制成小角度，可降低接触面压P，并可抑制该接触部的发热及磨耗。

Description

圆筒滚子轴承
技术领域
本发明是有关于一种适用于支持在工作机械、喷射引擎、汽油涡轮等中，以高速回转的轴的圆筒滚子轴承。
背景技术
举例而言，机械加工中心(machining center)、CNC转盘、铣床(miller)盘等的工作机械的主轴装置，基于工作的加工效率或是提高精度等理由，大多会以高速回转来进行运转，特别是最近，主轴回转速度高速化的倾向更为显著。
一般而言，在工作机械的主轴装置中，主轴分别利用配置在前侧(工具侧)和后侧(反工具侧)的滚动轴承，以相对于壳体被回转自如地支持着。滚动轴承依其使用条件等，可由油雾润滑、空气油润滑、喷射润滑、润滑油润滑等的润滑方式进行润滑。通常，前侧的滚动轴承部为不容许主轴的轴方向位移的结构(固定侧)，而后侧的滚动轴承部，为了吸收或逃开因运转时的热所造成的主轴的轴方向膨胀量，便构成可容许主轴的轴方向位移的结构(自由侧)。像这样的前侧的滚动轴承部多使用组合角面接触球轴承、组合角面接触球轴承+复列圆筒滚子轴承，而后侧的滚动轴承部多使用组合角面接触球轴承、复列或单列的圆筒滚子轴承。
圆筒滚子轴承，一般具备有：在外周具轨道面的内轮、在内周具轨道面的外轮、转动自如地配设在内轮的轨道面和外轮的轨道面之间的多个圆筒滚子，以及把圆筒滚子依一定的圆周间隔而保持的保持器。
在内轮的两侧部分别备有锷部的场合，在内轮的各锷部的锷面和轨道面相交的隅部上，分别设有卸荷沟(reliefgroove)。此些卸荷沟，主要是设成在研削加工轨道面和锷面的时候的卸荷沟。且，在圆筒滚子的转动面和两端面相交的角部处，分别设有导角面。更，在和轴方向呈对向的锷面之间的轴方向尺寸设定成比圆筒滚子的长度尺寸略大一点，借此，可确保在圆筒滚子的端面和锷面之间的导引间隙。
像上述那样的圆筒滚子轴承，圆筒滚子的转动面和轨道轮的轨道面为线接触，所以径向荷重的负荷能力要高，虽可适用于高速回转，但反言之，和球轴承相比，它在高速回转时的发热量较大，特别是，在圆筒滚子和锷部的滑动接触部会有发热增大及易产生磨耗的问题点。亦即，当圆筒滚子仅具上述导引间隙的自由度时，在轴承回转的时候，圆筒滚子的轴线会对轴承的轴线产生倾斜的现象，也就是说无法避免扭曲(斜交)的发生。因此，当造成圆筒滚子扭曲时，回转侧的轨道面所给予的驱动力便会产生轴方向的成份，它会变成轴方向的推力F而把圆筒滚子的端部压向一边的锷部，因而造成该滑动接触的摩擦阻抗增大，并成为发热及磨耗的原因。
对于上述的问题，公知已提出种种的改善对策。例如，在日本专利早期公开特公昭58-43609号中，把卸荷沟的高度尺寸做成比圆筒滚子的导角面的高度尺寸略大，同时把锷面设成往轴方向外侧依所定的角度变广的渐细(taper)面，以改善上述滑动接触的润滑状态。
又，在日本专利早期公开特开平7-12119号中，当造成圆筒滚子扭曲(斜交)时，圆筒滚子的两端面外周缘部会以比锷部的先端缘更靠近基端的部份进行接触，借此，圆筒滚子的两端面外周缘部和锷面的先端缘相接触的场合相比较，可减小上述滑动接触部的边缘负荷(edge load)。
如上述那样，当圆筒滚子仅具往导引间隙倾斜的自由度时，在轴承回转的时候，圆筒滚子时时刻刻都在最大斜交角θMAX的范围内改变其姿态并同时进行自转及公转。
如图7的概示，当圆筒滚子23的斜交角θ未满最大斜交角θMAX时，其圆筒滚子23便会因上述的轴方向推力F而被压往轴方向的一边，并在被压至一边的锷部21b的状态下，被导引并同时转动。此时，圆筒滚子23和锷部21b的接触状态，因斜交角θ(0＜θT＜θU＜θMAX)的不同而如下述那样变化。
亦即，在斜交角θ在0＜θ＜＝θT的范围内，如图8所示，圆筒滚子23的端面23b及导角面23c的边界部R13，和锷面21b1及卸荷沟21c的边界部R11相接触(接触点以黑点表示)。而在斜交角θ在θT＜θ＜θU的范围内，如图9所示，圆筒滚子23的端面23b及导角面23c的边界部R13，和锷面21b1相接触(接触点以黑点表示)。然后，当斜交角θ接近θU时，圆筒滚子23的端面23b及导角面23c的边界部R13，和锷面21b1及导角面21b3的边界部R12相接触(图标省略)。在此之后，圆筒滚子23的两端部会分别和两锷部21b相接触而达最大斜交角θMAX(图标省略)。
图10为圆筒滚子23的斜交角θ、圆筒滚子23和锷部21b的接触面压P的关系(实线)，以及和作用在圆筒滚子23上的轴方向推力F的关系(点线)。如同图所示，轴方向推力F伴随着斜交角θ的增大而变大。
关于0＜θ＜＝θT的范围，接触面压P随着斜交角θ的增大而呈比较急遽的斜度上升的现象。这是因为，圆筒滚子23和锷部21b与边界部R13及边界部R11相接触(如图8所示的状态)，呈现轴方向推力F随着斜交角θ增大而变大的关系。特别是，在θ0＜＝θ＜＝θT的范围中(同图交叉影线(cross hatching)所示的区域)，由试验可确认接触面压P会达于该接触部产生磨耗的面压等级P0以上。
当斜交角θ超过θT时，接触面压P便减少至面压等线P0以下的值，在此之后，不论斜交角θ如何增大，接触面压P都会稳定的往较低的值推移。这是因为，圆筒滚子23和锷部21b的接触状态，从边界部R13和边界部R11的接触(图8所示的状态)，移行至边界部R13和锷面21b1接触(图9所示的状态)的关系。
当斜交角θ接近θU时，接触面压P便会再急遽转而上升，从达θU的时点开始，便会成为面压等级P0以上的值。这是因为圆筒滚子23和锷部21b的接触状态，从边界部R13和锷面21b1的接触(图9所示的状态)，移行至边界部R13和边界部R12接触状态的关系。
如以上所述，圆筒滚子和锷部的接触面压P，当达最大斜交角θMAX之前的阶段，亦即斜交角在θ0＜＝θ＜＝θT、θU＜＝θ＜θMAX的范围内，便会成为该接触部产生磨耗的面压等级P0以上的值，这就是造成该接触部发热及磨耗大的要因。
然而，前述的日本专利早期公开特公昭58-43609号并未认知到上述的现象，因而也未对此提出改善。更，前述的日本专利早期公开特开平7-12119号，在最大斜交角θMAX内，规定圆筒滚子的两端面外周缘部和锷面的接触状态，但它对于达最大斜交角θMAX之前的阶段所产生的上述现象并未认知，因而也未对此提出改善。
且，当在后侧使用组合角面接触球轴承的场合，因为轴承自身无法容许主轴的轴方向位移，要在外轮和壳体之间设置间隙，才可在两者之间滑动位移。或者是，在外轮和壳体之间装入球衬套(ball bushing)等的滑动构件。但是，前者的结构，因为是在外轮和壳体之间设置间隙，尤其是在主轴的回转速度变高时，需担心在外轮和壳体的接触部发生潜变(creep)磨耗。而，后者的结构，因为需要额外装设球衬套等的滑动构件，会导致零件数增大，组装工程数增多。更，在两者的构造中，为组合使用两个角面接触球轴承，为了对应高速化，使用陶瓷滚珠的场合较多，有价格变贵的倾向，因而从主轴装置的低价格化的观点来看，仍有改善的余地。
另一方面，当在后侧使用圆筒滚子轴承的场合，因为可由圆筒滚子和轨道面之间的滑动位移吸收或逃开主轴的轴方向位移，对于消除上述的不良点较为有利。且圆筒滚子轴承，因为圆筒滚子和轨道面为线接触，径向荷重的负荷能力高，对于确保主轴刚性而言亦较为有利。反之，圆筒滚子轴承，和角面接触球轴承相比，在高速回转时有发热量大的问题。
且，最近的主轴装置的驱动方式，为对应高速高效率，便由皮带驱动方式，渐渐地利用内藏马达，以高速回转驱动主轴的方式(所谓的内建式，built in type)成为主流。此驱动方式的主轴装置中，利用把热源的马达内藏，易使主轴和壳体具温度差，和以皮带驱动方式相比，滚动轴承部的负间隙系进一步增大，以在预压条件下运转。而且，前侧的滚动轴承部和后侧的滚动轴承部的跨距(span)变长，亦可见其因热而增加主轴的轴方向膨胀量的倾向。
发明内容
本发明的目的是，基于上述的知见，而谋求圆筒滚子轴承的改良。
亦即，本发明的课题为，圆筒滚子和锷部的接触面压，特别是在达最大斜交角θMAX之前的阶段，降低接触面压，借此，以抑制该接触部的发热及磨耗，因而可提供适于更高速回转的圆筒滚子轴承。
本发明的其它课题为，提供一种圆筒滚子轴承，可适用于更高速回转下运转的工作机械的主轴装置。
本发明的其它课题为，提供一种圆筒滚子轴承，在高速回转时的发热量少，可适于更高速回转者。
本发明的其它课题为，提供一种圆筒滚子轴承，较佳的是适用于高速回转下运转的工作机械的主轴装置，特别是使用于其后侧。
为达成上述目的，本发明提供一种圆筒滚子轴承，包括：于外周具有轨道面的内轮、于内周具有轨道面的外轮，以及多个圆筒滚子，转动自如地配设在内轮的轨道面和外轮的轨道面之间。在内轮及外轮中至少一方的轨道面的两侧各设置有锷部，且锷部中至少一个锷部和轨道面相交的隅部设置有卸荷沟。圆筒滚子的端面和导角面的边界部，与锷部和卸荷沟的边界部相接触的最大斜交角的界限斜交角θT，被限制在一定的角度以下。
利用把界限斜交角限制在所定的角度θT以下，圆筒滚子和锷部的接触状态，在小的斜交角θT下，从边界部彼此之间的接触(图8所示的状态)，移行至边界部和锷面相接触(图9所示的状态)，因而可谋求接触面压的降低。
在本发明所适用的单列圆筒滚子轴承的场合，可适用的轴承形式有：N形(内轮两锷)、NU形(外轮两锷)、NF形(内轮两锷、外轮一边锷)、NJ形(内轮一边锷、外轮两锷)、NUP形(内轮的两锷中一边是由其它的锷轮所构成，外轮两锷)等，种种公知的轴承形式皆包含。当锷部为由其它的锷轮所构成的场合，也可以不在其锷面和轨道面之间的隅部设置卸荷沟。且，本发明亦可适用于复列或是多列圆筒滚子轴承，在此场合亦可采用种种公知的轴承形式。
界限斜交角θT，利用管理卸荷沟的高度h1和圆筒滚子的导角面的高度h2的尺寸差δ、锷面的倾斜角度、圆筒滚子的导角面尺寸等，可将的限制在一定值以下。较佳的是，界限斜交角θT，通过把尺寸差δ管理至所定值以下。在此场合，尺寸差δ被管理成δ＜＝0.3mm，特别是δ＜＝0.25mm，因后述的试验可确认所得为较佳的结果。
且，在上述构成中，把界限斜交角θT限制成θT＜＝14分可得较佳的结果，由后述的试验可确认。例如，锷面的倾斜角度为15～40分，圆筒滚子的导角面为JISB1506所规定的尺寸范围的场合，可实现把尺寸差δ管理成δ＜＝0.3mm，特别是δ＜＝0.25mm。
因为界限斜交角θT被限制成所定角度以下，特别是，因为利用尺寸差δ的管理以限制界限斜交角θT，圆筒滚子的导角面及内轮的卸荷沟中至少一方，较佳的是，利用热处理后的旋削等的机械加工而形成。借此，圆筒滚子的导角面、内轮的卸荷沟便不会因热处理变形而使尺寸不一致，因而可以良好的精度管理尺寸差δ。
在以上的构成中，可将圆筒滚子的两端部分别和两侧的锷部相接触的最大斜交角θMAX限制在所定角度以下。最大斜交角θMAX，利用管理圆筒滚子和锷部之间的导引间隙、卸荷沟的高度尺寸h1和圆筒滚子的导角面的高度尺寸h2、锷部的高度尺寸、锷面的倾斜角度、锷面和外径面之间的导角面之高度尺寸等，可将之限制在所定角度以下。通过把最大斜交角θMAX限制在所定角度以下，可使在最大斜交角θMAX附近，圆筒滚子和锷部以高接触面压接触的机率变小(图10中θU＜＝θ＜θMAX的角度范围变窄)，以减轻该接触部的发热及磨耗。在此场合，利用把最大斜交角θMAX限制在θMAX＜＝37分，由后述试验确认可得更佳的结果。
本发明的圆筒滚子轴承，较佳的是，适用于工作机械的主轴装置，特别是可比以负的内部间隙运转，又以润滑油润滑而运转的场合，得到更好的结果。
根据本发明，抑制圆筒滚子和锷部的接触部的发热及磨耗，以适用于更高速回转的圆筒滚子轴承，特别是可提供一种圆筒滚子轴承，可适用于更高速回转下运转的工作机械的主轴装置。
且，为达成上述目的，本发明提供一种圆筒滚子轴承，包括：外周具有轨道面的内轮、于内周具有轨道面的外轮，以及多个圆筒滚子，转动自如地配设在内轮的轨道面和外轮的轨道面之间。其中，圆筒滚子的直径Da，与由H＝(D-d)/2(其中D：轴承外径、d：轴承内径)所表示的断面高H之比Da/H为，0.3＜＝Da/H＜0.45。且圆筒滚子的长度Lw，与轴承宽B之比Lw/B为，0.3＜＝Lw/B＜0.45。在此，轴承宽B，当内轮和外轮的宽度尺寸不同时，取外轮的宽度尺寸。
举例而言，组入至工作机械的主轴装置的滚动轴承，通常设成在初期径向内部间隙为零或是仅为负间隙，在运转时会因内外轮的温度差而增大负间隙，以在预压条件下运转。在此场合，当圆筒滚子轴承的直径Da及长Lw相对于其它尺寸过大的时候，便成为圆筒滚子和轨道面的接触部发热增大的原因。
又，使其具备保持器的场合，当圆筒滚子的直径Da或长度Lw过大时，对于确保保持器的刚性不利。亦即，当对于断面高H，直径Da为相对地较大时，圆筒滚子相互间的间隔变窄，因而很难确保保持器的柱部的圆周方向有足够的肉厚。而，当对于轴承宽度B，长度W为相对地较大时，便难确保保持器的环状部的轴方向有足够的肉厚。在预压条件下运转，使得公转的延迟量增多，因为保持器受到从圆筒滚子而来的大力量，特别是当保持器为由树脂料材所形成的场合，一旦上述的肉厚不足，保持器使无法获得所需的刚性及强度。
另一方面，当圆筒滚子的直径Da或长度Lw相对于其它的尺为过小时，基本定额动负载(basic dynamic load rating)会过小，将导致轴承的寿命低下。且，若相对于断面高H，直径Da为相对地较小时，很难确保保持器的径方向有足够的肉厚。
本发明基于上述观点，选取0.3＜＝Da/H＜0.45、0.3＜＝Lw/B＜0.45，作为比Da/H、比Lw/B的最适范围。亦即，利用把比Da/H、比Lw/B设定在上述的范围内，可抑制圆筒滚子和轨道面的接触部的发热，且可确保所需的基本定额动负载。使其具备保持器的场合，可确保此保持器具足够的肉厚，因而可得所需的刚性及强度。且，利用0.3＜＝Lw/B＜0.45，圆筒滚子和轨道面的轴方向位置配合的容许量会比公知还要增加，对于组装作业也是一个利点。
更，当把本发明的圆筒滚子轴承应用于主轴装置的后侧的滚动轴承的场合，圆筒滚子和和轨道面的轴方向滑动位移的容许量也比公知增多，特别是像内建式的主轴装置，前侧和后侧的跨距长，对于因为热而使主轴的轴方向膨胀量大的场合较有利。又因为可确保与组合角面接触球轴承同轴承内径、轴承外径的情况下，同等或以上的刚性，可采用本发明的圆筒滚子轴承取代公知的组合角面接触球轴承，借此，可谋得主轴装置的成本的降低。
本发明的圆筒滚子轴承的形式可为：N形(内轮两锷)、NU形(外轮两锷)、NF形(内轮两锷、外轮一边锷)、NJ形(内轮一边锷、外轮两锷)、NUP形(内轮的两锷中一边是由其它的锷轮所构成，外轮两锷)等，种种公知的轴承形式皆包含。
当保持器为由树脂形成的场合，较佳的是由耐磨耗、耐热性、轻量性、机械强度优良的树脂材料所形成，像这样的树脂材料，例如可为纤维强化的聚乙醚乙醚酮(polyetheretherketone)。且保持器的成形方法亦无特别限定，为了提高量产性，较佳的是树脂材料的射出成形者。
又，本发明提供一种工作机械的主轴装置，包括：壳体、插入壳体中的主轴，以及滚动轴承，支持着主轴，分别利用滚动轴承的前侧及后侧，使主轴可相对于壳体回转自如。其中，主轴系利用内藏的马达以回转驱动。后侧的滚转轴承为圆筒滚子轴承，且圆筒滚子轴承包括：在外周具有轨道面的内轮、在内周具有轨道面的外轮以及转动自如地配设在内轮的轨道面和外轮的轨道面之间的多个圆筒滚子。其中圆筒滚子的直径Da，与由H＝(D-d)/2(其中D：轴承外径、d：轴承内径)所表示之断面高H之比Da/H为，0.3＜＝Da/H＜0.45。
在上述的结构中，圆筒滚子的长度Lw，与轴承宽B之比Lw/B，较佳的是，0.3＜＝Lw/B＜0.45，且使之具备保持器的场合，较佳的是，该保持器是由树脂料材所形成。
本发明，特别较佳的是，适用于利用内藏马达以回转驱动主轴的方式，即所谓的内建式的主轴装置。
依照本发明，可提供高速回转时发热量少，适用于更高速回转的圆筒滚子轴承。
且可提供：在高速运转下运转的工作机械的主轴装置，特别是使用于其后侧的较佳的圆筒滚子轴承。
附图说明
图1为工作机械的主轴装置的一结构例示的断面图；
图2为实施例圆筒滚子轴承的断面图；
图3为圆筒滚子的端部和锷部的周边部的放大断面图；
图4为实施例的圆筒滚子轴承的圆筒滚子的斜交角θ、圆筒滚子和锷部的接触面压P的关系(实线)，以及和作用在圆筒滚子上的轴方向推力F的关系(点线)图；
图5为试验结果图；
图6为试验结果图；
图7为使斜交角θ未满圆筒滚子的最大斜交角θMAX的情况下，和一方的锷部相接触的状态概略示图；
图8为圆筒滚子的端面和导角面的边界部呈，与锷部和卸荷沟的边界部相接触的状态图；
图9为圆筒滚子的端面和导角面的边界部呈，与锷部相接触的状态图；
图10为公知圆筒滚子轴承的圆筒滚子的斜交角θ、圆筒滚子和锷部的接触面压P的关系(实线)，以及和作用在圆筒滚子上的轴方向推力F的关系(点线)图；
图11为另一实施例的圆筒滚子轴承的断面图；
图12A为保持器的部份平面图、图12B为图12A沿b-b剖线的断面图、图12C为图12A沿c-c剖线的断面图；
图13为保持器的柱部周边的部份放大断面图；
图14为在空气油润滑条件下，回转速度和外轮温度上升的关系图；
图15为径向刚性的比较计算结果图；以及
图16为在润滑油润滑条件下，回转速度和外轮温度上升的关系图。
1、1’：内轮  1a、1a’：轨道面
1b、1b’、21b：锷部  1b1、21b1：锷面
1b2：外径面  1b3、21b3：导角面  1c、21c：卸荷沟
2、2’：外轮  2a、2a’：轨道面  3、3’、23：圆筒滚子
3a：转动面  3b、23b：端面  3c、23c：导角面
4、4’：保持器  4a：环状部  4b：柱部
4b1：舌片部  4b2：基部  4b3：侧面  4b4：底面
4b5：隅部  4c：凹袋  4c1：接触面  4c2：直面
4c3：圆弧面  10：马达  10a：转子  10b：定子
11：主轴  12：壳体  13：角面接触球轴承
14、14’：圆筒滚子轴承
B：圆筒滚子的轴承宽度  D：轴承外径
D：轴承内径  Da：圆筒滚子的直径
H：圆筒滚子的断面高  h1：卸荷沟  1c的高度尺寸
h2：导角面3c的高度尺寸  Lw：圆筒滚子的长度
P0：在接触部产生磨耗的面压等级
R1：卸荷沟和锷面1b1的边界部
R2：锷面1b1和导角面1b3的边界部
R3：导角面3c和端面3b的边界部
R4：转动面3a和导角面3c的边界部
R11锷面21b1及卸荷沟21c的边界
R12锷面21b1及导角面21b3的边界部
R13端面23b及导角面23c之边界部
S：导引间隙  θ、θU：斜交角  θT：界限斜交角
θMAX：最大斜交角  W：环状部4a的轴方向肉厚
T：环状部4a的径方向肉厚
U：舌片部4b1的基端肉厚尺寸
X：侧面4b3间和隅部4b5的交点
具体实施方式
以下，根据图面说明本发明的实施例。
图1绘示机械加工中心，研削盘等的工作机械的主轴装置的一结构例示。同图所示的主轴装置，称为内建型(built in type)，因为其利用内藏的马达10而高速回转驱动者。马达10配设在主轴装置的轴方向中央部，并由主轴11外周上所设的转子10a，以及设在壳体12的内周的定子10b所构成。当电流通入定子10b时，便会在其和转子10a之间产生磁激力，利用此磁激力可驱动主轴11高速回转。
主轴11的回转，利用包夹马达10而分别配置在前侧(工具侧)和后侧(反工具侧)的滚动轴承，以相对于壳体12被回转自如地支持着。通常，后侧的滚动轴承部，为了吸收或逃开因运转时的热所造成的主轴11的轴方向膨胀量，便构成可容许主轴11的轴方向位移的结构(自由侧)。在此例中，前侧的滚动轴承使用组合的角面接触球轴承(一对的角面接触球轴承)13，后侧的滚动轴承使用单列的圆筒滚子轴承14。
图2配置于后侧的圆筒滚子轴承14。此圆筒滚子轴承14具备：在外周具有轨道面1a的内轮1、在内周具有轨道面2a的外轮2、转动自如地配设在内轮1的轨道面1a和外轮2的轨道面2a之间的多个圆筒滚子3、把圆筒滚子3依一定的圆周间隔而保持的保持器4。在内轮1的两侧部分别设有锷部1b。且，保持部4是由树脂材料所形成。
如图3的放大图所示，在内轮1的各锷部1b的锷面1b1和轨道面1a相交的隅部上，分别设有卸荷沟(relief groove)1c。此些卸荷沟1c，主要是设成在研削加工轨道面1a和锷面1b1的时候的卸荷沟。在此实施例中，锷面1b1朝外径方向渐次展开而倾斜的渐细(taper)面，且在锷面1b1和锷部1b的外径面1b2相交的角部处设有导角面1b3。且，在圆筒滚子3的转动面3a和两端面3b相交的角部处，分别设有导角面3c。更，在和轴方向呈对向的锷面1b1之间的轴方向尺寸，比圆筒滚子3的长度尺寸略大一点，在圆筒滚子3的端面3b和锷面1b1之间设有导引间隙S。
在此实施例，卸荷沟1c的高度尺寸h1，被设定成比圆筒滚子3的导角面3c的高度尺寸h2还要大。然后，把高度尺寸h1和高度尺寸h2的尺寸差δ(δ＝h1-h2)管理至一所定值以下，借此，以将前述的界限斜交角θT限制在所定角度以下。在此实施例中，为了把尺寸差δ管理在所定值以下，在内轮1及圆筒滚子3的热处理之后，利用旋削等的机械加工，对卸荷沟1c及导角面3c进最后加工，以确保所要的尺寸精度。在此，高度尺寸h1，从轨道面1a的位置一直到卸荷沟和锷面1b1的边界部R1的半径方向尺寸。且，高度尺寸h2，从转动面3a和导角面3c的边界部R4的位置一直到导角面3c和端面3b的边界部R3为止的半径方向尺寸。
包含锷面1b1和导角面1b3的边界部R2，至少一个边界部(R1～R3中至少一个)，为了降低接触面压，较佳的是，构成曲面，例如曲率半径0.1～0.3mm的圆弧面，与邻接的面呈平滑地连续。举例而言，当把边界部R1做成上述结构时，把决定高度尺寸h1的基准的边界部R1的位置位于卸荷沟1c的假想延长线和锷面1b1的假想延长线的交点。同样地，当把边界部R3做成上述结构时，把决定高度尺寸h2的基准的边界部R3的位置位于导角面3c的假想延长线和端面3b的假想延长线的交点。当把边界部R4做成上述结构时，把决定高度尺寸h2的基准的边界部R4的位置位于转动面3a的假想延长线和导角面3c的假想延长线的交点。
又，利用管理导引间隙S、高度尺寸h1及h2、锷部1b的高度尺寸(从轨道面1a的位置一直到锷部1b的外径面1b2为止的半径方向尺寸)、锷面1b1的倾斜角度、导角面1b3的高度尺寸(从边界部R2的位置一直到外径面1b2为止的半径方向尺寸)，把最大斜交角θMAX限制在所定角度以下。
如图1所示，圆筒滚子轴承14，把内轮1嵌合至主轴11的外周，并把外轮2嵌合至壳体12的内周。运转时的径向内部间隙设定成例如为负间隙，轴承内部利用油雾润滑、空气油润滑、喷射润滑、润滑油润滑等的润滑方式进行润滑。
当利用内藏于主轴装置的马达10，高速回转驱动主轴11时，此回转，利用前侧的角面接触球轴承13和后侧的圆筒滚子轴承14，支持其相对于壳体12回转自如。而且，因为运转时的温度上升，当主轴11往轴方向热膨胀时，此轴方向膨胀量，可利用圆筒滚子轴承14的外轮2和圆筒滚子3之间的滑动位移吸收或是逃开。
图4绘示实施例的圆筒滚子轴承14的圆筒滚子3的斜交角θ、圆筒滚子3和锷部1b的接触面压P的关系(实线)，以及和作用在圆筒滚子3上的轴方向推力F的关系(点线)图。
关于0＜θ＜＝θT的范围，接触面压P随着斜交角θ的增大而呈比较急遽的斜度上升的现象，和图10所示的公知例相比较，因为把界限斜交角θT限制成小角度，接触面压P便会朝向在该接触部产生磨耗的面压等级P0以下的值推移(如图10所示的没有交叉影线(crosshatching)的区域)。亦即，圆筒滚子3和锷部1b即使和边界部R3和边界部R1接触(如图8所示的状态)，如果斜交角θ小的话，因为把圆筒滚子3压往锷部1b的轴方向推力F小，接触面压P会变得比较小。
在θT＜θ＜θU的范围中，和图10所示的公知例同样地，不管斜交角θU怎样地增大，接触面压P仍会稳定地推移至比较低的值。
当斜交角θ接近θU时，接触面压P便会再急遽转而上升，从达θU的时点开始，便会成为面压等级P0以上的值，和图10所示的公知例相比较，因为把最大斜交角θMAX限制成小角度，接触面压P超过面压等级P0的角度范围(θU＜＝θ＜θMAX)会变窄。
如以上所述，把界限斜交角θT限制成比公知小的角度，使圆筒滚子3和锷部1b的接触状态，在更小的斜交角下，从边界部R3和边界部R1的接触(如图8所示的状态)，移行至边界部R3和边界部R1的接触(如图9所示的状态)，借此以降低接触面压P，因而可抑制该接触部的发热或是磨耗。
又，把最大斜交角θMAX限制成比公知还小的角度，使接触面压P超过面压等级P0的角度范围(θU＜＝θ＜θMAX)变窄，换言之，即是利用使圆筒滚子3和锷部1b以面压等级P0以上的面压的接触机率变小，因而可抑制该接触部的发热或是磨耗。
制作各种不同的尺寸差δ的试验轴承，求出尺寸差δ和界限斜交角θT的关系，同时把该试验轴承组入至试验机，以下述的条件运转，观察圆筒滚子的端部的磨耗发生状况。其结果如图5所示。
[试验条件]
试验轴承：单列圆筒滚子轴承N3020
          圆筒滚子的直径11mm，长11mm
          20分＜θMAX＜40分
回转数：6000rpm(dn＝60×104)
内部间隙：-10μm(组装后的径向内部间隙)
    润滑：润滑油润滑
运转时间：100小时
如图5所示，可看出界限斜交角θT伴随着尺寸差δ的减少而变小的倾向，在尺寸差δ＜＝0.25mm下，界限斜交角为θT＜15分。且，在运转后的观察结果中，在δ＞0.3mm的场合，可看出在圆筒滚子的端部产生0.5μm以上的磨耗的试验轴承较多，在δ＜＝0.25mm的场合，可看出产生0.5μm以上的磨耗的试验轴承几乎没有，而为无磨耗，或是即使有磨耗也很轻微。据此，可知尺寸差δ＜＝0.3mm，较佳的是＜＝0.25mm，对于圆筒滚子和锷部的接触部的发热或磨耗很有效果。
其次，制作各种不同的界限斜交角θT和最大斜交角θMAX的试验轴承(轴承形式和上述相同)，把该试验轴承组入至试验机，以上述的条件运转，观察圆筒滚子的端部的磨耗发生状况。其结果系如图6所示。
如图6所示，发生磨耗的状况，因界限斜交角θT和最大斜交角θMAX的大小而呈现不同的状况。首先，在和界限斜交角θT的关系中，当θT＞14分的场合，几乎全部的试验轴承皆产生0.5μm以上的磨耗，相对于此，当θT＜＝14分的场合，几乎全部的试验轴承都没有产生磨耗，或者即使是有也很轻微。据此，做成θT＜＝14分，在抑制圆筒滚子和锷部的接触部的发热或磨耗上很有效。接着，在和最大斜交角θMAX的关系中，当θMAX＞37分的场合，可看出几乎全部的试验轴承皆产生0.5μm以上的磨耗，然而，在θMAX＜＝37分的场合，几乎全部的试验轴承皆无产生磨耗，或是即使有磨耗也很轻微。据此，做成θMAX＜＝37分，在抑制圆筒滚子和锷部的接触部的发热或磨耗上很有效。另一方面，即使θT＜＝14分，且θMAX＜＝37分，也明一些试验轴承产生0.5μm以上的磨耗。这是因为，各零件的加工误差、运转时的内轮和圆筒滚子的温度差等，使得圆筒滚子和锷部之间的导引间隙减少，因而局部的发热，并因此产生润滑不良。在同图所示的结果中，在θMAX＜20分的范围中产生上述的现象，据此可知，较佳的是做成θMAX＞＝20分。综合以上的结果，可知做成θT＜＝14分，且20分＜＝θMAX＜＝37分，对于抑制圆筒滚子和锷部的接触部的发热及磨耗为最有效果。尚且，为了做成20分＜＝θMAX＜＝37分，把圆筒滚子和锷部之间的导引间隙做成圆筒滚子的长度的0.45％以下，0.2％以上较佳。
图11绘示配置在后侧的其它实施例的圆筒滚子轴承14’。此圆筒滚子轴承14’具备：在外周具有轨道面1a’的内轮1’、在内周具有轨道面2a’的外轮2’、转动自如地配设在内轮1’的轨道面1a’和外轮2’的轨道面2a’之间的多个圆筒滚子3’、把圆筒滚子3’依一定的圆周间隔而保持的保持器4’。在内轮1’的两侧部分别设有锷部1b’。
圆筒滚子3’的直径Da和断面高H＝(D-d)/2(其中D：轴承外径、d：轴承内径)之比Da/H、圆筒滚子3’的长度Lw和轴承宽度B之比Lw/B，分别依前述的理由，设定在0.3＜＝Da/H＜0.45、0.3＜＝Lw/B＜0.45。尚且，圆筒滚子3’的长度Lw和直径Da之比，例如为Lw/Da＝1。又，除了上述的设定，再加上利用把圆筒滚子3’的数目设定成所定的数目(例如比标准圆筒滚子轴承的滚子数目还要少)，以达成和同轴承内径、轴承外径的组合角面接触球轴承同等或以上的刚性。
保持器4’，由树脂材料，例如为聚乙醚乙醚酮(PEEK)中配合20～40重量百分比的玻璃纤维或碳纤维的树脂材料所形成，如图12所示，具备有：把和轴方向呈对向的一对的环状部4a，以及一对的环状部4a依所定间隔在轴方向上的多个柱部4b、设置在圆周方向邻接的柱部4b之间的窗形的凹袋4c。在各柱部4b上设有从基部4b2往圆周方向分开成两股状的一对舌片部4b1，且在凹袋4c的轴方向壁面上，设有导引圆筒滚子3’的端面，略呈凸状的接触面4c1。
如图13放大所示，凹袋4c的圆周方向壁面是由内径侧的直面4c2及外径侧的圆弧面4c3所构成，直面4c2和圆弧面4c3为平滑地连续。直面4c2，主要是由基部4b2一边的侧面所构成，而圆弧面4c3，主要是由舌片部4b1一边的侧面所构成。圆弧面4c3是由，具有比圆筒滚子3’的转动面3a的曲率半径略大的曲率半径的圆弧所描成，圆筒滚子3’，当在凹袋4c内往外径方向相对移动所定量，便会和圆弧面4c3相接合，借此，圆筒滚子3’往外径的拔出便受限制。又，直面4c2和圆弧面4c3，成为导引圆筒滚子3’的转动面3a的导引面。且，在舌片部4b1的另边侧面4b3间有底面4b4，侧面4b3和底面4b4的隅部4b5为圆状的R面。
在此实施例中，要确保保持器4’所需的刚性，把各部位的肉厚设成如接下来所述那样。首先，舌片部4b1的基端肉厚尺寸U(参照图13)，对于圆筒滚子3’的直径Da，设定成U/Da＞＝0.2。在此，隅部4b5为圆状的R面的场合，基端肉厚尺寸U，以侧面4b3间和隅部4b5的交点X为基准位置，从这里到直面4c2或圆弧面4c3的最小尺寸。接着，环状部4a的轴方向肉厚W(参照图12A)，对于圆筒滚子3’的长度Lw，设定成W/Lw＞＝0.4，且环状部4a的径方向肉厚T(参照图12B)，对于圆筒滚子3’的直径Da，设定成0.5＜＝T/Da＜＝0.6。
和图1所示的圆筒滚子轴承14同样地，此实施例的圆筒滚子轴承14’，把内轮1’嵌合至主轴11的外周，并把外轮2’嵌合至壳体12的内周。运转时的径向内部间隙设定成例如为负间隙，轴承内部利用油雾润滑、空气油润滑、喷射润滑、润滑油润滑等的润滑方式进行润滑。
当利用内藏于主轴装置的马达10，高速回转驱动主轴11时，此回转，利用前侧的角面接触球轴承13和后侧的圆筒滚子轴承14’，支持其相对于壳体12回转自如。而且，因为运转时的温度上升，当主轴11往轴方向热膨胀时，此轴方向膨胀量，可利用圆筒滚子轴承14’的外轮2’和圆筒滚子3’之间的滑动位移吸收或是逃开。
下记的实施例1及2、比较例1的圆筒滚子轴承以空气油润滑进行运转(内轮回转)，以求出回转速度和外轮温度上升的关系。其结果如图14所示。
[试验轴承]
实施例1： 圆筒滚子Da＝7mm、Lw＝7mm、数目20个
保持器    高强度黄铜铸物切削保持器(machined cage)
          Da/H＝0.35、Lw/B＝0.35
实施例2：圆筒滚子Da＝7mm、Lw＝7mm、数目20个
         保持器(PEEK+碳纤维30重量百分比)保持器
         Da/H＝0.35、Lw/B＝0.35
比较例1：标准圆筒滚子轴承
         圆筒滚子Da＝9mm、Lw＝9mm、数目23个
         保持器高强度黄铜铸物切削保持器
         Da/H＝0.45、Lw/B＝0.45
[共通项目]
轴承尺寸：d＝70mm、D＝110mm、B＝20mm
轴承间隙：组入时的初期径向间隙为0μm(微米)
润滑：空气油(VG32)
有壳体冷却
如图14所示，实施例1及2的圆筒滚子轴承，和比较例1的圆筒滚子轴承相比，外轮的温度上升较少，特别是使用(PEEK+碳纤维30重量百分比)保持器的实施例2的圆筒滚子轴承，此一倾向更为显著。
图15显示上述实施例1的圆筒滚子轴承和下述的比较例2的组合角面接触球轴承，由计算径向刚性而求得的结果。
比较例2：NTN制5S-HSB014CDB/GL
         2列背面组合、装入陶瓷滚珠
         接触角15度、轻预压
         轴承尺寸和实施例1相同
如图15所示，实施例1的圆筒滚子轴承的径向刚性为和比较例2的组合角面接触球轴承同等以上。
接着，将上述实施例1及2的圆筒滚子轴承以润滑油润滑而运转(内轮回转)，以求出回转速度和外轮温度上升的关系，其结果如图16所示。
[共通项目]
轴承间隙：组入时的初期径向间隙为0μm(微米)
润滑油封入量：空间容积的10％
有壳体冷却
如图16所示，在使用高强度黄铜铸物切削保持器的实施例1的圆筒滚子轴承中，虽然在回转速度12×103/min以上的高速区域中，温度上升斜度有变大的倾向，但使用(PEEK+碳纤维30重量百分比)保持器的实施例2的圆筒滚子轴承，在回转速度12×103/min以上的高速区域中，并未看到有急遽的温度上升。因此可知，以润滑油润滑而运转的场合，实施例2的圆筒滚子轴承适于对应高速化。
尚，关于图2所示的实施例2的圆筒滚子轴承14的结构，完全同样地可适用于图11所示的实施例的圆筒滚子轴承14’。

Claims (14)

1.一种圆筒滚子轴承，其特征是，包括：
一内轮，于该内轮的外周具有一轨道面；
一外轮，于该外轮的内周具有一轨道面；以及
多个圆筒滚子，转动自如地配设在该内轮的轨道面和该外轮的轨道面之间，其中，在该内轮及该外轮中至少一方的轨道面的两侧各设置有一锷部，且该些锷部中至少一个该锷部和轨道面相交的隅部设置有一卸荷沟，且
该圆筒滚子的端面和导角面的边界部，与该锷部和该卸荷沟的边界部相接触的最大斜交角的界限斜交角θT，被限制在一一定的角度以下。
2.如权利要求1所述的圆筒滚子轴承，其特征是，该界限斜交角θT的限制，利用把该卸荷沟的高度h1和该圆筒滚子的导角面的高度h2的尺寸差δ管理在一一定值以下以达成。
3.如权利要求2所述的圆筒滚子轴承，其特征是，该尺寸差δ被管理成δ＜＝0.3mm。
4.如权利要求1所述的圆筒滚子轴承，其特征是，该界限斜交角θT被限制成θT＜＝14分。
5.如权利要求1所述的圆筒滚子轴承，其特征是，该圆筒滚子的导角面及该内轮的卸荷沟中至少一方是，利用热处理后的机械加工而形成。
6.如权利要求1所述的圆筒滚子轴承，其特征是，该圆筒滚子的两端部分别和该两侧的锷部相接触的最大斜交角θMAX被限制在一一定角度以下。
7.如权利要求6所述的圆筒滚子轴承，其特征是，该最大斜交角θMAX，被限制在θMAX＜＝37分。
8.如权利要求1所述的圆筒滚子轴承，其特征是，用以组装至一工作机械的主轴装置。
9.一种圆筒滚子轴承，其特征是，包括：
一内轮，于该内轮的外周具有一轨道面；
一外轮，于该外轮的内周具有一轨道面；以及
多个圆筒滚子，转动自如地配设在该内轮的轨道面和该外轮的轨道面之间，
其中，该圆筒滚子的直径Da，与由H＝(D-d)/2(其中D：轴承外径、d：轴承内径)所表示的断面高H之比Da/H为，0.3＜＝Da/H＜0.45，且该圆筒滚子的长度Lw，与轴承宽B之比Lw/B为，0.3＜＝Lw/B＜0.45。
10.如权利要求9所述的圆筒滚子轴承，其特征是，包括一保持器，其保持该些圆筒，且该保持器是由树脂料材所形成。
11.如权利要求9所述的圆筒滚子轴承，其特征是，用以组装至一工作机械的主轴装置。
12.一种工作机械的主轴装置，其特征是，包括：
一壳体；
一主轴，插入该壳体中；
一滚动轴承，支持着该主轴，分别利用该滚动轴承的前侧及后侧，使该主轴可相对于该壳体回转自如，其中，该主轴利用内藏的一马达以回转驱动，且
该后侧的滚转轴承为圆筒滚子轴承，且该圆筒滚子轴承包括：在外周具有轨道面的一内轮、在内周具有轨道面的一外轮以及转动自如地配设在该内轮的轨道面和该外轮的轨道面之间的多个圆筒滚子，其中该圆筒滚子的直径Da，与由H＝(D-d)/2(其中D：轴承外径、d：轴承内径)所表示的断面高H之比Da/H为，0.3＜＝Da/H＜0.45。
13.如权利要求12所述的工作机械的主轴装置，其特征是，该圆筒滚子的长度Lw，与轴承宽B之比Lw/B为，0.3＜＝Lw/B＜0.45。
14.如权利要求12所述的工作机械的主轴装置，其特征是，包括一保持器，其保持该些圆筒，且该保持器是由树脂料材所形成。
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