JP2006077925A - Bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械等の高速回転する軸受装置に関する。 The present invention relates to a bearing device that rotates at high speed, such as a machine tool.
従来の軸受装置の一例として、第1外輪間座部と、第2外輪間座部と、中間外輪間座部と、を備えた間座を用いた軸受装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As an example of a conventional bearing device, a bearing device using a spacer provided with a first outer ring spacer, a second outer ring spacer, and an intermediate outer ring spacer is known (for example, a patent). Reference 1).
特許文献1に開示された軸受装置では、第1外輪間座部の筒状部が一方の軸受の外輪に接触し、第2外輪間座部の筒状部が他方の軸受の外輪に接触し、中間外輪間座部が第1外輪間座部の筒状部と第2外輪間座部の筒状部との間に配置される。第1外輪間座部および第2外輪間座部は、回転軸の熱膨張率より小さい熱膨張率を有し、中間外輪間座部は、回転軸の熱膨張率より大きい熱膨張率を有する。
In the bearing device disclosed in
従来の軸受装置の他の一例として、油圧制御装置を備えた軸受装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 As another example of a conventional bearing device, a bearing device including a hydraulic control device is known (see, for example, Patent Document 2).
特許文献2に開示された軸受装置では、回転軸の回転数(回転速度)が、設定した回転数(回転速度)に達したときに、油圧制御装置を操作して軸受箱および間座を軸方向に移動させて、調整部材と間座で軸受箱の移動量を調整する。
ところで、図4に示すように、上記特許文献1と同等の構造をもつ軸受装置100では、回転軸101と、内輪104が回転軸101の前端側に外嵌され、外輪105がハウジング106に内嵌されたフロント側軸受102,103と、内輪109が回転軸101の後端側に外嵌され、外輪110がハウジング106に内嵌されたリア側軸受107,108と、フロント側軸受103とリア側軸受107の間に配置された外輪間座111,内輪間座112と、を備えている。フロント側軸受102は、左端面がハウジング106に固定された外輪押え部材113によって軸方向に固定されており、リア側軸受108は、右端面がハウジング106の外輪押え部114によって軸方向に固定されている。そして、フロント側軸受102,103と、リア側軸受107,108とは、背面組み合わせで、定位置予圧されている。この定位置予圧では、例えば、運転中に外輪間座幅が収縮する方向に変形すると、軸受の予圧増大が防止でき、高速回転が可能になる。
Incidentally, as shown in FIG. 4, in the
ところが、このような軸受装置100では、仮に、外輪間座111の線膨張係数を小さくしたとしても、周辺温度が上昇した際に、外輪間座111における熱膨張は小さいが、外輪間座111の熱膨張が小さい分、外輪押え部材114によるフロント側軸受102,103およびリア側軸受107,108を押える力が減る。これにより、外輪間座111の低熱膨張の特性が、押え付け力の減少による外輪間座111における弾性変形の減少によって相殺されてしまい、押え付け量が不足して、温度上昇時に、各外輪105,110にがたつきを生じる虞もあり、また運転中の予圧荷重を減少させることが難しい。
However, in such a
そして、このような軸受装置100を工作機械の主軸装置として用いた場合、主軸に相当する回転軸101の図中左側が工具側となる。そして、回転軸101の温度が上昇した際に、回転軸101の左端部から、フロント側軸受102,103とリア側軸受107,108との中間位置Hまでの長さLを基準として回転軸101が左方向に伸びるために、回転軸101の熱変位が大きくなり、工具の精度が低下する原因となり得る。
And when such a
また、上記特許文献1では、定位置予圧で高速回転させる際に、予圧荷重が上昇して高速化の妨げとなることを改善するようにしているが、各外輪の端面がハウジング側から押圧固定されているために、周辺温度が上昇した際に、その押圧力が変動され、間座の膨張を狙い通りに抑えることができなくなるばかりか、外輪にがたつきを生ずる虞がある。
そして、上記特許文献2では、軸受装置の外部に油圧制御装置を配置しなければならないので、複雑な構造になるとともに、装置全体が大型化する虞がある。
Further, in
And in the said
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単な構造で高速回転中の予圧上昇を軽減し高速化および低発熱化を図ることができ、熱変位をも抑えることができる軸受装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to reduce the increase in preload during high-speed rotation with a simple structure, to achieve high speed and low heat generation, and to suppress thermal displacement. An object of the present invention is to provide a bearing device that can be used.
1)本発明の軸受装置は、回転軸と、内輪が前記回転軸の前端側に外嵌され、外輪がハウジングに内嵌されたフロント側軸受と、内輪が前記回転軸の後端側に外嵌され、外輪が前記ハウジングに内嵌され、前記フロント側軸受と背面組み合わせで定位置予圧され、前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、前記フロント側軸受と前記リア側軸受との間に組み付けられた外輪間座と、を備えた軸受装置であって、前記フロント側軸受の前記外輪の一端側が前記ハウジングに対して軸方向に固定され、前記リア側軸受の前記外輪の一端側が開放されていることを特徴とする。 1) The bearing device of the present invention includes a front shaft bearing in which a rotating shaft, an inner ring is fitted on the front end side of the rotating shaft, and an outer ring is fitted in a housing, and an inner ring is mounted on the rear end side of the rotating shaft. A rear-side bearing that is fitted into the housing, is pre-stressed in a fixed position by a combination of the front-side bearing and the rear surface, and supports the rotary shaft rotatably with the front-side bearing; An outer ring spacer assembled between a front side bearing and the rear side bearing, wherein one end side of the outer ring of the front side bearing is fixed in an axial direction with respect to the housing, One end side of the outer ring of the rear side bearing is open.
前記構成の軸受装置によれば、リア側軸受の外輪が、一端側を軸方向にフリーにされることにより、外輪間座にかかる軸方向荷重を、リア側軸受に発生する予圧荷重のみにすることができる。これにより、周辺温度に変動を生じたときの外輪間座の変形量を熱膨張量と等しくして、外輪間座により熱膨張をコントロールし、温度上昇による予圧の増大を軽減することができる。従って、軸受寿命の延長および高速回転化を図ることができる。 According to the bearing device having the above-described configuration, the outer ring of the rear side bearing is freed in the axial direction at one end side, so that the axial load applied to the outer ring spacer is limited only to the preload generated in the rear side bearing. be able to. Thereby, the deformation amount of the outer ring spacer when the ambient temperature fluctuates is made equal to the thermal expansion amount, the thermal expansion is controlled by the outer ring spacer, and the increase in preload due to the temperature rise can be reduced. Accordingly, it is possible to extend the bearing life and increase the rotation speed.
2)本発明の軸受装置は、前記1)に記載した軸受装置において、前記外輪間座が、前記回転軸の線膨張係数より小さい線膨張係数の材料により成形されていることを特徴とする。 2) The bearing device of the present invention is characterized in that, in the bearing device described in 1), the outer ring spacer is formed of a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the rotating shaft.
前記構成の軸受装置によれば、外輪間座が、例えば、ノビナイト鋳鉄、インバー、セラミック等の低膨張材料を素材として成形されれば、他の回転軸やハウジング等が素材とする炭素鋼と比べて、小さい線膨張率を有するものとなる。これにより、高速回転によって軸受周辺の温度が上昇した際に、外輪間座の熱膨張量が小さいために、予圧荷重を低減することができる。 According to the bearing device configured as described above, if the outer ring spacer is formed from a low expansion material such as novinite cast iron, invar, ceramic, etc., compared with carbon steel made from other rotating shafts, housings, etc. Thus, it has a small linear expansion coefficient. As a result, when the temperature around the bearing rises due to high-speed rotation, the amount of thermal expansion of the outer ring spacer is small, so that the preload can be reduced.
本発明の軸受装置によれば、簡単な構造で高速回転中の予圧上昇を軽減し高速化および低発熱化を図ることができ、熱変位をも抑えることができる。 According to the bearing device of the present invention, it is possible to reduce a rise in preload during high-speed rotation with a simple structure, to achieve high speed and low heat generation, and to suppress thermal displacement.
以下、本発明に係る好適な実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る軸受装置の一実施形態を示す断面図、図2は図1に示す軸受装置の変形例を示す断面図である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a bearing device according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a modification of the bearing device shown in FIG.
図1に示すように、本発明の一実施形態である軸受装置10は、主として、回転軸11と、内輪14が回転軸11の前端側に外嵌され、外輪15がハウジング16に内嵌されたフロント側軸受12,13と、内輪19が回転軸11の後端側に外嵌され、外輪20がハウジング16に内嵌され、フロント側軸受12,13と背面組み合わせで定位置予圧され、フロント側軸受12,13と共働して回転軸11を回動自在に支持するリア側軸受17,18と、フロント側軸受12,13とリア側軸受17,18との間に組み付けられた外輪間座21,内輪間座22と、から構成されている。
As shown in FIG. 1, a
回転軸11は、ドローバ(不図示)を内装しており、このドローバを、戻しばね(不図示)に抗して進退移動させることにより、図中の左端側において工具(不図示)をクランプまたはアンクランプする。
The
フロント側軸受12,13は、例えばセラミックス玉のアンギュラ玉軸受を並列組合せで用い、内輪間座23が間に組付けられた内輪14,14が回転軸11の前端側に外嵌され、外輪間座24が間に組み付けられた外輪15,15がハウジング16の前段側に形成された大径部25に内嵌されている。
As the
フロント側軸受12,13のうちの左方側に配置された一方のフロント側軸受12は、内輪14の左端面が内輪間座26を介して回転軸11にねじ込み固定された内輪固定部材27によって軸方向に固定されており、外輪14の左端面が外輪押え部材28によって軸受方向に固定されている。
One front side bearing 12 disposed on the left side of the
フロント側軸受12,13のうちの右方側に配置された他方のフロント側軸受13は、内輪14の右端面が内輪間座22に当接しており、外輪14の右端面がハウジング16の大径部25の端部に形成された段部29によって軸方向に固定されている。
In the other front side bearing 13 disposed on the right side of the
リア側軸受17,18は、フロント側軸受12,13と同様にして、例えばセラミックス玉のアンギュラ玉軸受を並列組合せで用いており、内輪間座30が間に組付けられた内輪19,19が回転軸11の後端側に外嵌され、外輪間座31が間に組み付けられた外輪20,20が、ハウジング16の後段側に形成された小径部32に、5〜30μm程度のルーズ量のわずかなすきま嵌めで内嵌されており、小径部32に軸方向に固定されていない。
The
リア側軸受17,18のうちの左方側に配置された一方のリア側軸受17は、内輪19の左端面が内輪間座22に当接しており、外輪20の左端面が外輪間座21に当接している。
One
リア側軸受17,18のうちの右方側に配置された他方のリア側軸受18は、内輪19の右端面が内輪押え部材33によって軸方向に固定されており、外輪20の右端面が開放されている。
The other rear side bearing 18 disposed on the right side of the
フロント側軸受12,13の外径は、リア側軸受17,18の外径よりも大きくなっている。それにより、リア側軸受17,18の組付けを終了してから、フロント側軸受12,13の組付けを行えるようになっている。
The outer diameters of the
外輪間座21は、例えば、ノビナイト鋳鉄(鋳造性に優れ、複雑な形状でしかも薄肉鋳物も製造可能であり、耐蝕性、耐熱性、耐低温ぜい性等に優れる。特に強度特性に優れる片状黒鉛組織(CF−5)のものと、低周波域で優れた振動呼吸機能を持つ球状黒鉛組織(C−5)のものとがある。)、インバー、セラミック、等の低膨張材料を素材として成形されている。外輪間座21は、回転軸11、他の間座23,24,30,31やハウジング16等が素材とする炭素鋼と比べて、小さい線膨張率を有する。これにより、高速回転によって軸受周辺の温度が上昇した際に、外輪間座の熱膨張係数が小さいために、予圧荷重を低減することができる。
The
このような軸受装置10では、リア側軸受18における外輪20の右端面が開放されているために、外輪間座21にかかる軸方向荷重を、リア側軸受17 、18に発生する予圧荷重のみにすることができる。これにより、周辺温度に変動を生じたときの外輪間座21の変形量を熱膨張量と等しくして、外輪間座21により熱膨張をコントロールし、温度上昇による予圧の増大を軽減することができる。
In such a
また、本発明では工具側の軸の熱伸び(熱変位)を小さく抑えることができる。リア側軸受18の一端が開放されており、さらに外輪がハウジングに対して隙間があるので、軸が伸びた際にリア側軸受18の外輪20が左方にスライドし、工具側の熱膨張による伸びを抑えられる。これにより、軸受とその周辺温度が上昇した際における回転軸11の熱伸びの基準位置が、両フロント側軸受12,13の中間位置H1となって、回転軸11の左端部から、中間位置H1までが長さLnとなる。これは、従来のものと比較して、基準位置が回転軸11の工具側端部へ変位したものとなり、従来の中間位置Hまでの長さL>軸受装置10の中間位置H1までの長さLnであって、L:Ln≒6:10となるので、同等の温度上昇下においても、熱変位を従来のものよりも遥かに小さくすることができ、熱変位は従来の約6/10になる。
Moreover, in this invention, the thermal elongation (thermal displacement) of the axis | shaft on a tool side can be restrained small. Since one end of the rear side bearing 18 is opened and the outer ring has a gap with respect to the housing, the
次に、軸受装置10の変形例について、図2を参照して説明する。
図2に示すように、本変形例では、ハウジング16の大径部25が短くなっていて、小径部32が長くなっており、短くなった大径部25に、フロント側軸受12,13のうちの図中左方側の一方のフロント側軸受12が、外輪15の外側に配置されたアダプタカラー34を介して組み付けられている。フロント側軸受12の外輪15は、その左端面が外輪押え部材28によって軸受方向に固定されているとともに、その右端面が肉厚の外輪間座35に当接している。アダプタカラー34は、外輪15を半径方向に拘束する。
Next, a modified example of the bearing
As shown in FIG. 2, in this modification, the
本変形例では、フロント側軸受12,13およびリア側軸受17,18の外径を、いずれも同一にすることができる。それにより、単一規格の各軸受12,13,17,18を用いることにより、複数規格の軸受を用いる必要がなくなるので、誤組み込みを防止することができるとともに、生産性の向上を図ることができる。
In this modification, the outer diameters of the
上述した軸受装置10によれば、リア側軸受18の外輪20が、右端面を軸方向にフリーにされることにより、外輪間座21にかかる軸方向荷重を、リア側軸受17,18に発生する予圧荷重のみにすることができる。これにより、周辺温度に変動を生じたときの外輪間座21の変形量を熱膨張量と等しくして、外輪間座21により熱膨張をコントロールし、温度上昇による予圧の増大を軽減することができる。その結果、軸受寿命の延長および高速回転化を図ることができる。
According to the
また、軸受装置10によれば、外輪間座21が、例えば、ノビナイト鋳鉄、インバー、セラミック、等の低膨張材料を素材として成形されているために、回転軸11やハウジング16や間座23,24,30,31等が素材とする炭素鋼と比べて、小さい線膨張率を有するものとなる。これにより、高速回転によって軸受周辺の温度が上昇した際に、外輪間座21の熱膨張量が小さいために、予圧荷重を低減することができる。
Further, according to the
次に、本発明に係る軸受装置の実施例について説明する。
本発明の効果を確認するために、以下の条件を適用して計算寿命比を算出した。
(計算条件)
回転速度:18000min−1
軸受:内径φ70、外径φ110 セラミック玉のアンギュラ玉軸受
組み込み時予圧荷重 200N
軸受温度上昇:外輪25℃、内輪35℃
外輪間座;長さ70mm、温度上昇20℃
ハウジング:温度上昇15℃、外径φ150、炭素鋼S45C
回転軸および他の間座材質:炭素鋼S45C
Next, examples of the bearing device according to the present invention will be described.
In order to confirm the effect of the present invention, the calculated life ratio was calculated by applying the following conditions.
(Calculation condition)
Rotational speed: 18000min -1
Bearing: inner diameter φ70, outer diameter φ110 Ceramic ball angular contact ball bearings Built-in preload 200N
Bearing temperature rise:
Outer ring spacer: length 70mm, temperature rise 20 ℃
Housing: Temperature rise 15 ° C, outer diameter φ150, carbon steel S45C
Rotating shaft and other spacer materials: Carbon steel S45C
図3に示すように、従来のものに相当する(1)は、外輪間座の線膨張係数が11.5×10−6/℃であり、蓋押え量が10μmである。また、従来のものに相当する(2)は、外輪間座の線膨張係数が2.8×10−6/℃であり、蓋押え量が20μmである。そして、本発明に相当する(3)は、外輪間座の線膨張係数が2.8×10−6/℃であり、蓋押え量が10μmである。 As shown in FIG. 3, (1) corresponding to the conventional one has a linear expansion coefficient of the outer ring spacer of 11.5 × 10 −6 / ° C. and a lid presser amount of 10 μm. Further, in (2) corresponding to the conventional one, the linear expansion coefficient of the outer ring spacer is 2.8 × 10 −6 / ° C., and the lid pressing amount is 20 μm. In (3) corresponding to the present invention, the linear expansion coefficient of the outer ring spacer is 2.8 × 10 −6 / ° C., and the lid pressing amount is 10 μm.
計算の結果により明らかなように、(1)は従来例で、運転時の予圧荷重は2700Nとなる。このときの計算寿命比を1.0とした。(2)は、運転時の予圧荷重を2400Nとすると、計算寿命比が1.4となり、軸受寿命の延命は少ない。これに対して、本発明の(3)は、運転時の予圧荷重が2000Nと低下し、計算寿命比が2.0となって、(1)に比べて2倍の寿命比を得られた。これにより、本発明によれば、運転中の予圧荷重を低減することができるとともに、軸受寿命においても従来のものと比較して延ばすことができるのがわかる。 As is apparent from the calculation results, (1) is a conventional example, and the preload during operation is 2700N. The calculated life ratio at this time was 1.0. In (2), when the preload during operation is 2400 N, the calculated life ratio becomes 1.4, and the life of the bearing life is small. On the other hand, (3) of the present invention reduced the preload during operation to 2000 N, the calculated life ratio was 2.0, and a life ratio twice that of (1) was obtained. . Thus, according to the present invention, it is understood that the preload during operation can be reduced and the bearing life can be extended as compared with the conventional one.
尚、本発明に係る軸受装置は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。例えば、フロント側およびリア側軸受は、セラミックス玉のアンギュラ玉軸受に限らず、鋼製の玉を用いたアンギュラ玉軸受、或いは深溝玉軸受、等の各種転がり軸受を適用しても良い。 The bearing device according to the present invention is not limited to the embodiment described above, and appropriate modifications, improvements, and the like are possible. For example, the front-side and rear-side bearings are not limited to ceramic ball angular ball bearings, and various rolling bearings such as angular ball bearings using steel balls or deep groove ball bearings may be applied.
10 軸受装置
11 回転軸
12,13 フロント側軸受
14,19 内輪
15,20 外輪
16 ハウジング
17,18 リア側軸受
21 外輪間座
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記フロント側軸受の前記外輪の一端側が前記ハウジングに対して軸方向に固定され、前記リア側軸受の前記外輪の一端側が開放されていることを特徴とする軸受装置。 A rotary shaft, an inner ring is fitted on the front end side of the rotary shaft, a front side bearing is fitted on the housing, and an inner ring is fitted on the rear end side of the rotary shaft, and an outer ring is fitted on the housing. A rear-side bearing that is internally fitted and is preloaded at a fixed position in combination with the front-side bearing and the rear surface, and that cooperates with the front-side bearing to rotatably support the rotary shaft; and the front-side bearing and the rear-side bearing An outer ring spacer assembled between and a bearing device,
One end side of the outer ring of the front side bearing is fixed in an axial direction to the housing, and one end side of the outer ring of the rear side bearing is opened.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070328 |
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071128 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20080930 |