JP2007303571A - Tapered roller bearing lubricating structure - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、工作機械用主軸等の高速スピンドルの支持に用いられる円すいころ軸受の潤滑構造に関する。 The present invention relates to a lubricating structure for a tapered roller bearing used for supporting a high-speed spindle such as a spindle for machine tools.
工作機械用主軸等の高速スピンドルの支持には、軸受の発熱を抑えるために主としてアンギュラ玉軸受が使用されている。しかし、アンギュラ玉軸受は高速回転に適するものの、軸受剛性がころ軸受に比べて低いため、重切削等のように主軸端に大きな外力が作用する場合に、主軸の撓みが大きくなってしまい、被削物の形状精度を向上させることが難しい。
また、主軸端に円筒ころ軸受を配置してラジアル剛性を向上させ、アキシャル荷重を受けるアンギュラ玉軸受を併用する例もある。この場合には軸受の組立幅が大きくなってしまうため、主軸が長くなりコンパクト化が難しい。
Angular ball bearings are mainly used to support high-speed spindles such as machine tool spindles in order to suppress heat generation of the bearings. However, although angular ball bearings are suitable for high-speed rotation, the bearing rigidity is lower than that of roller bearings.Therefore, when a large external force is applied to the spindle end, such as heavy cutting, the deflection of the spindle increases and It is difficult to improve the shape accuracy of the work.
There is also an example in which a cylindrical roller bearing is disposed at the end of the main shaft to improve radial rigidity and an angular ball bearing that receives an axial load is used in combination. In this case, since the assembly width of the bearing becomes large, the main shaft becomes long and it is difficult to make it compact.
主軸の剛性向上とコンパクト化を可能にする軸受として、ラジアル方向とアキシャル方向の荷重を同時に負荷できる円すいころ軸受がある。円すいころ軸受を用いたスピンドル装置の一例を図4に示し、その軸受部の拡大断面図を図5に示す。このスピンドル装置での軸受の潤滑には、微量油の供給で高速運転に有効なエアオイル潤滑が採用されている。具体的には、円すいころ軸受41の背面側では、図4のエアオイル供給装置50A,50Bから軸受箱51のエアオイル供給路52を経て、図5のように内輪小鍔42cと保持器45の内径面との間にノズル53でエアオイルを供給することにより、円すいころ44と内輪42の軌道面42aの間、および円すいころ44と保持器45の間の潤滑を行う。また、円すいころ軸受41の正面側では、図4のエアオイル供給装置50A,50Bから軸受箱51のエアオイル供給路52を経て、図5のように内輪大鍔42bと保持器45の内径面との間から円すいころ44の大端面44aにノズル54でエアオイルを吹き付けることにより、ころ大端面44aとその案内面である内輪大鍔42b面の間の潤滑を行う。
Tapered roller bearings that can simultaneously apply radial and axial loads are available as bearings that can improve the rigidity and compactness of the spindle. An example of a spindle device using a tapered roller bearing is shown in FIG. 4, and an enlarged sectional view of the bearing portion is shown in FIG. For the lubrication of the bearing in this spindle device, air oil lubrication effective for high-speed operation by supplying a trace amount of oil is employed. Specifically, on the back side of the tapered roller bearing 41, the inner diameters of the
円すいころ軸受を高速運転する場合に問題となるのは、円すいころと軌道面間に比べ比較的大きな滑りを伴うころ大端面とこれを案内する内輪大鍔面との摺動部の潤滑である。その潤滑技術として、次の2つが提案されている。
(1) 円すいころの大端面に摺接する案内鍔を外輪側に設けることで、円すいころの 小端面側から供給される潤滑油が前記案内鍔の案内面に確保されるようにしたも の(特許文献1)。
(2) 外部給油部と内輪大鍔部とを、内輪に設けた給油孔を介して連通させることで 外部から内輪大鍔の案内面に強制的に潤滑油を供給するもの(特許文献2)。
(1) By providing a guide rod in sliding contact with the large end surface of the tapered roller on the outer ring side, lubricating oil supplied from the small end surface side of the tapered roller is secured on the guide surface of the guide roller ( Patent Document 1).
(2) The lubricating oil is forcibly supplied from the outside to the guide surface of the inner ring large collar by connecting the outer oil filling section and the inner ring large collar section through the oil hole provided in the inner ring (Patent Document 2). .
特許文献1に開示の潤滑技術においては、外輪案内鍔での滞留油による攪拌抵抗を抑えるため、外輪に排油孔を設けているが、運転条件が変動する条件下では排油孔の孔径や孔数の設定が難しいという問題がある。
また、特許文献2に開示の潤滑技術においては潤滑油の滞留は生じないものの、構造が複雑になるという問題がある。
また、図4および図5に示した潤滑技術や、特許文献2に開示の潤滑技術のように、軸受の円周上に分配配置された複数のノズルあるいは給油孔から潤滑油を供給する構造では、円すいころが自転しながら公転することから、円周上のどの位置に円すいころがあるかによって、ころ大端面に付着する潤滑油の量に差が生じてしまう。また、前記ノズルあるいは給油孔より吐出され、ころ大端面に付着した直後の潤滑油は潤沢な状態であるが、その付着油は円すいころの自転および公転による遠心力により減少する。そのため、ころ大端面がノズルや給油孔と対向する円周上の位置に到達する直前においては、ころ大端面の潤滑油は希薄なスターベーション状態、つまり欠乏状態となって摺動部の油膜確保が難しくなる。
In the lubrication technique disclosed in Patent Document 1, an oil drain hole is provided in the outer ring in order to suppress agitation resistance due to stagnant oil at the outer ring guide rod. There is a problem that it is difficult to set the number of holes.
In addition, the lubricating technique disclosed in
Further, in the structure in which lubricating oil is supplied from a plurality of nozzles or oil supply holes distributed on the circumference of the bearing as in the lubricating technique shown in FIGS. 4 and 5 and the lubricating technique disclosed in
この発明の目的は、軸受全周にわたりころ端面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、ころ大端面における潤滑油の希薄なスターベーションの生じない高速運転に適した円すいころ軸受の潤滑構造を提供することである。 An object of the present invention is to provide a tapered roller bearing that can supply lubricating oil evenly to the roller end face over the entire circumference of the bearing, has low stirring resistance, and is suitable for high-speed operation that does not cause dilute lubrication of the lubricating oil on the large roller end face. It is to provide a lubrication structure.
この発明の円すいころ軸受の潤滑構造は、円すいころ軸受のころを、両端に貫通した貫通孔を有する中空ころとし、前記円すいころ軸受の背面側に隣合って、内輪と外輪間の軸受内空間へ潤滑用のエアオイルを供給するノズルを設けたものである。
この構成によると、軸受の背面側に隣合って設けられたノズルより供給されたエアオイルは、軸受の回転に伴って生じるポンピング作用により、背面側から正面側への空気流れと共に移動する。この際、外輪軌道面に沿って流れるエアオイル流は、軌道面およびころ外径面に油を付着させ、この付着した油は軌道面ところ転動面間の潤滑用に供される。また、中空ころが自転しながら公転することで貫通孔の内径面によるポンピング作用が生じる。すなわち、軸受の回転により、ノズルから供給されたエアオイルは、ころの貫通孔の背面側を入口として貫通孔内に吸引流入し、貫通孔の正面側より排出する一連の流れを形成する。この時、ころの貫通孔の内部では、エアオイル中の油が貫通孔内壁面に付着し、正面側に向かって付着油の流れが生じる。貫通孔内壁面に付着した油は、正面側開口部よりころ大端面に付着しながら流出し、正面側端面での潤滑油として機能する。ころ端面への油付着は、全ころに公転位置に関係なく定常的に生じることになり、ころ端面での潤滑油の希薄なスターベーションを抑制できる。
The lubricating structure of the tapered roller bearing according to the present invention is such that the roller of the tapered roller bearing is a hollow roller having a through-hole penetrating at both ends, and is adjacent to the back side of the tapered roller bearing, and the bearing inner space between the inner ring and the outer ring A nozzle for supplying air oil for lubrication is provided.
According to this configuration, the air oil supplied from the nozzle provided adjacent to the back side of the bearing moves together with the air flow from the back side to the front side due to the pumping action that occurs as the bearing rotates. At this time, the air-oil flow flowing along the outer ring raceway surface causes oil to adhere to the raceway surface and the roller outer diameter surface, and this adhered oil is used for lubrication between the raceway surface and the rolling surface. Further, the hollow roller revolves while rotating to cause a pumping action by the inner diameter surface of the through hole. That is, by rotation of the bearing, air oil supplied from the nozzle sucks and flows into the through-hole using the back side of the through-hole of the roller as an inlet, and forms a series of flows that are discharged from the front side of the through-hole. At this time, the oil in the air oil adheres to the inner wall surface of the through hole inside the through hole of the roller, and the flow of the attached oil occurs toward the front side. The oil adhering to the inner wall surface of the through hole flows out from the front side opening while adhering to the large roller end surface, and functions as lubricating oil at the front side end surface. Oil adherence to the roller end surface is steadily generated regardless of the revolution position of all the rollers, and the dilute starvation of the lubricating oil on the roller end surface can be suppressed.
この発明において、前記ノズルは、円すいころ軸受と同心の円環状のスリットとしたものであっても良い。この構成の場合、ノズルが円すいころ軸受と同心の円環状のスリットとされているから、このノズルから、エアオイルが内輪と外輪間の軸受内空間に対し周方向に均等に供給されることになり、軸受の回転に伴って生じるポンピング作用とも相俟って、潤滑必要部位へのエアオイルの供給および油の付着が効果的になされる。 In the present invention, the nozzle may be an annular slit concentric with the tapered roller bearing. In this configuration, since the nozzle is an annular slit concentric with the tapered roller bearing, air oil is uniformly supplied from the nozzle to the bearing inner space between the inner ring and the outer ring in the circumferential direction. In combination with the pumping action that occurs in association with the rotation of the bearing, the supply of air oil and the adhesion of oil to the lubrication-necessary site are effectively performed.
この発明において、前記ノズルの吐出口の径方向位置を、軸受背面側の端部における保持器の内径縁と内輪の外径縁との間の位置としてもよい。ノズルの吐出口の位置をこのように設定することにより、ノズルの吐出口から貫通孔へのエアオイルの吸引流入が円滑になされ、上記潤滑機能がより効果的に発揮される。 In the present invention, the radial position of the discharge port of the nozzle may be a position between the inner diameter edge of the cage and the outer diameter edge of the inner ring at the end on the bearing back side. By setting the position of the discharge port of the nozzle in this way, the air oil is smoothly sucked and introduced from the discharge port of the nozzle into the through hole, and the lubrication function is more effectively exhibited.
この発明の円すいころ軸受の潤滑構造は、円すいころ軸受のころを、両端に貫通した貫通孔を有する中空ころとし、前記円すいころ軸受の背面側に隣合って、内輪と外輪間の軸受内空間へ潤滑用のエアオイルを供給するノズルを設けたため、ノズルより供給されるエアオイルは、軌道面ところの外径面との間に付着してその潤滑用として供されると共に、軸受の回転に伴うポンピング作用によって、貫通孔に流入して正面側のころ大端部分の潤滑にも供され、軸受全周にわたりころ端面へ均等に潤滑油を供給できて、攪拌抵抗が小さく、またころ端面における潤滑油の希薄なスターベーションの生じない高速運転に適したものとなる。また、軸受背面側からのエアオイルの供給のみによって、軸受正面側の摺動部の潤滑が効果的になされ、部品点数の削減およびエアオイルの消費エア量の削減が可能となる。 The lubricating structure of the tapered roller bearing according to the present invention is such that the roller of the tapered roller bearing is a hollow roller having a through-hole penetrating at both ends, and is adjacent to the back side of the tapered roller bearing, and the bearing inner space between the inner ring and the outer ring Since the nozzle that supplies air oil for lubrication is provided, the air oil supplied from the nozzle adheres to the outer diameter surface of the raceway surface and is used for lubrication, and pumping accompanying the rotation of the bearing Due to the action, the oil flows into the through-hole and is also used for lubrication of the large end of the roller on the front side, and can evenly supply lubricating oil to the roller end face over the entire circumference of the bearing, so that the stirring resistance is low, and the lubricating oil on the roller end face This is suitable for high-speed driving without the occurrence of the starvation. Further, only by supplying air oil from the back side of the bearing, the sliding portion on the front side of the bearing is effectively lubricated, and the number of components and the amount of air consumed by the air oil can be reduced.
この発明の一実施形態を図1ないし図3と共に説明する。図1はこの実施形態の円すいころ軸受の潤滑構造を備えた高速スピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置24は工作機械に応用されるものであり、主軸25の前側(加工側)端部に工具またはワークのチャックが取付けられる。主軸25は、軸方向に離れた複数(ここでは2つ)の円すいころ軸受1により支持されている。各円すいころ軸受1の内輪2は主軸25の外径面に嵌合し、外輪3は軸受箱26の内径面に嵌合している。主軸前側の円すいころ軸受1については、その内輪2が主軸25の段面25aにより、外輪3が第1の外輪間座6を介して押さえ蓋28Aにより、軸受箱26内に固定されている。主軸後側の円すいころ軸受1については、その内輪2が内輪位置決め間座27により、外輪3が第1の外輪間座6を介して押さえ蓋28Bにより、軸受箱26内に固定されている。軸受箱26は、内周軸受箱26Aと外周軸受箱26Bの二重構造とされ、内外の軸受箱26A,26B間に冷却溝29が形成されている。両円すいころ軸受1の外輪3の背面側にはそれぞれ第2の外輪間座7が配置され、これら外輪間座7間に内周軸受箱26Aが介在している。両円すいころ軸受1の内輪2間には内輪間座30が介在している。主軸25の後端部には、内輪位置決め間座27に押し当てて円すいころ軸受1を固定する軸受固定ナット31が螺着されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an example of a high-speed spindle device having a tapered roller bearing lubrication structure of this embodiment. The
前記押さえ蓋28A,28Bには、円すいころ軸受1をエアオイル潤滑するためのエアオイル供給源であるエアオイル供給装置32A,32Bからエアオイルを導入するエアオイル導入孔33がそれぞれ設けられ、これらエアオイル導入孔33は内周軸受箱26Aに設けられたエアオイル供給路34に連通している。また、押さえ蓋28A,28Bには排油孔35が設けられ、これら排油孔35は内周受箱26Aに設けられた排油路36に連通している。エアオイル潤滑は、搬送エアに潤滑油を混合して給油するものである。
The
図2および図3の断面図に示すように、円すいころ軸受1は、内輪2と、外輪3と、これら内外輪2,3間に介在した転動体である円すいころ4とを有する単列の円すいころ軸受である。内輪2は、外径面に円すい面とされた軌道面2aを有し、外径の大径側および小径側に大鍔2bおよび小鍔2cをそれぞれ有する。外輪3は、内輪2の軌道面2aに対向する内径面に円すい面とされた軌道面3aを有する。上記軌道面2a,3a間に複数個の円すいころ4が転動自在に介在している。これら円すいころ4は、保持器5により円周方向に所定間隔を隔てて保持されている。円すいころ4は、両端に貫通する貫通孔4aを軸方向に沿ってその中心部に有する中空ころとされている。なお、図3では、保持器5の図示を省略している。
As shown in the sectional views of FIGS. 2 and 3, the tapered roller bearing 1 includes a single row having an
上記スピンドル装置24における円すいころ軸受の潤滑構造は、円すいころ軸受1の背面側に隣接して円すいころ軸受1にエアオイルを供給する給油路8を有する外輪間座7を配置したものである。外輪間座7の給油路8は、前記内周軸受箱26Aのエアオイル供給路34に連通する。外輪間座7は、間座本体部7aと、スリット形成部品7bとで構成され、間座本体部7aに給油路8が形成されている。また、間座本体部7aの内径面とスリット形成部品7bの外径面との間に円すいころ軸受1と同心の円環状スリットノズル9が形成されている。このスリットノズル9は、その隙間寸法が0.05〜0.1mmとされる。上記給油路8は、間座本体部7aの外形面から内径側に向けて延び、間座本体部7aの内径面全周に渡って形成された円周溝9aに開口し、この円周溝9aを介して前記スリットノズル9が給油路8に連通している。このスリットノズル9の吐出口9bの径方向位置は、軸受背面側の端部における保持器5の内径縁と、内輪2の小鍔2cの外径縁との間の位置とされている。内周軸受箱26Aのエアオイル供給路34から給油路8に供給されたエアオイルは、スリットノズル9の吐出口9bから内輪2と外輪4との軸受空間Sにおける保持器5の内径側に向け吐出される。
The lubricating structure of the tapered roller bearing in the
上記2つの外輪間座6,7は、軸受1の外輪3を取付けた内周軸受箱26Aに取付られる。この第1の外輪間座6の外輪3側の部分には、一端がころ4の大端面4b側に、他端が外輪間座6の外径面側に開口する排油孔6aが形成されている。また、第2の外輪間座7の外輪3側の部分には、一端がころ4の小端面4c側に、他端が外輪間座7の外径面側に開口する排油孔7cが形成されている。軸受1内に潤滑油として供給されたエアオイルは、外輪間座6,7に設けられた各排油孔6a,7cから、内周軸受箱26Aの排油路36(図1)を経て外部に排出される。
The two
上記円すいころ軸受の潤滑構造の作用を説明する。エアオイル供給装置32A,32Bから供給されるエアオイルは、軸受箱26のエアオイル供給路34を経て外輪間座7の給油路8に到達する。給油路8に到達したエアオイルは、円周溝9aからスリットノズル9によって加速され、吐出口9bより吐出されて円すいころの小端面4c部に噴射される。スリットノズル9より吐出されたエアオイルは、軸受の回転により生じるポンピング作用によって2通りの流れとなって、円すいころ軸受1内を通過しながら、円すいころ軸受1の潤滑を行う。
1つは、円すいころ軸受1の背面側から正面側に向けた外輪3の軌道面3aに沿った流れである。回転に伴う遠心力によりエアオイルは、外輪軌道面3a方向に飛ばされ、外輪3の小径側(背面側)より大径側(正面側)に向けた軌道面3aに沿う流れとなる。この時、エアオイル中の油は、遠心力で外輪3の軌道面3aに付着し、円すいころ4の転動面との転がり部の潤滑油として供される。
The operation of the lubricating structure of the tapered roller bearing will be described. The air oil supplied from the air oil supply devices 32 </ b> A and 32 </ b> B reaches the
One is a flow along the
もう1つの流れは、円すいころ4の貫通孔4a内の流れである。円すいころ4の貫通孔4aは、各円すいころ4の軸受背面側開口部4aaの中心を結ぶ円周の径が、軸受正面側開口部4abの中心を結ぶ円周の径より小となる傾斜構造であるため、貫通孔4a内でポンピング作用が生じ、軸受背面側開口部4aa近傍の空気は、貫通孔4a内に吸引され正面側に移動して排気される。この時スリットノズルから吐出されたエアオイルaも軸受背面側開口部4aaから貫通孔4a内に吸引(図3の矢印b参照)される。貫通孔4a内では、円すいころ4の自転および公転による遠心力でエアオイル中の油が貫通孔4aの内壁面に付着し、正面側方向に付着流れてとなって移動(図3の矢印c参照)する。
Another flow is a flow in the through
正面側開口部4abに達した油は、貫通孔4aの壁面から正面側開口部4abのエッジ部よりころ大端面4bへと付着しながら移動する(図3の矢印d参照)。ころ大端面4bに移動した油は、内輪2の大鍔2bところ大端面4bとの間の摺動部であって、潤滑油を最も必要とする部位に確実に供給され、この摺動部の潤滑油として供される。また、ころ大端面4bへの油の移動は全数の円すいころ4においてなされるから、全周の円すいころ4で潤滑作用が期待でき、内輪2の大鍔2bところ大端面4bとの間における、潤滑油の希薄なスターベーションの抑制に効果的となり、攪拌抵抗も小さくなる。これによって円すいころ軸受1の高速回転が可能となる。
The oil that has reached the front opening 4ab moves while adhering from the wall surface of the through
このように円すいころ4を、貫通孔4aを有する中空ころとしているから、軸受正面側にエアオイル供給手段を設けなくても、軸受背面側からのエアオイルの供給のみによって、軸受正面側の内輪2の大鍔2bところ大端面4bとの間の摺動部の潤滑が効果的になされ、部品点数の削減およびエアオイルの消費エア量の削減が可能となって、潤滑構造が簡易となる。また、全数のころ4から、各々の鍔部潤滑用油が定常的に供給されるため、ころ大端面4bにおける潤滑油の希薄なスタベーションが生じ難くなり、より高速化が可能となる。
なお、正面側開口部4abからころ大端面4bへの繋がり部分4acをR面とすることにより、ころ大端面4bからの油飛散を防ぎ、ころ大端面4bへの油移動がより効果的になされる。
Thus, since the tapered
In addition, by making the connection part 4ac from the front side opening 4ab to the roller
また、スリットノズル9は、円すいころ軸受1と同心の円環状とされているから、吐出口9bから吐出するエアオイルが、全数の円すいころ4に対して均等に作用し、ころ大端面4bにおける潤滑油のスターベーションの抑制がより効果的となる。さらに、スリットノズル9の吐出口9bの径方向位置が、軸受背面側の端部における保持器5の内径縁と、内輪2の小鍔2cの外径縁との間の位置とされているから、吐出口9bから吐出されたエアオイルの軸受背面側開口部4aaから貫通孔4a内への吸引が効率的になされ、ノズルを使用してエアオイルをころまたは保持器に直接噴射する場合に比べて、風切音の発生が小さくなり、低騒音化が可能となる。
Further, since the
なお、上記実施形態では、単列の円すいころ軸受の例を述べたが、複列の円すいころ軸受であっても良い。 In the above embodiment, an example of a single-row tapered roller bearing has been described, but a double-row tapered roller bearing may be used.
1…円すいころ軸受
2…内輪
3…外輪
4…円すいころ
4a…貫通孔
5…保持器
9…スリットノズル
a…エアオイル
S…軸受空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
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