JP4069636B2 - Manufacturing method of unit bearing and unit bearing manufactured by the manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ユニット軸受の製造方法、及び該製造方法によって製造されたユニット軸受に関し、特に、情報機器、精密測定機器、工作機械等の軸受装置用に使用される最適なユニット軸受の製造方法、及び該製造方法によって製造されたユニット軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】
情報機器、精密測定機器、工作機械等の軸受装置用に使用される複列転がり軸受から成るユニット軸受は、製造工程上ラジアルすきまや内外輪軌道の曲率半径に一定の公差があり、これらの公差は、ユニット軸受を製造する際に単列軸受に付与される予圧(以下単に「予圧」という)、及びユニット軸受のアキシャル剛性及びラジアル剛性に大きな影響を与える。この公差による影響を抑えるために、ユニット軸受の共振周波数と、そのアキシャル剛性、ラジアル剛性、及び予圧との間に一定の関係があることを利用するユニット軸受の製造方法がある。
【0003】
前述のユニット軸受の製造方法では、通常、ユニット軸受のアキシャル剛性を一定にする方法としてアキシャル共振圧入法を用いている。このアキシャル共振圧入法は、製造すべきユニット軸受と同じ構成を有する軸受を用いて、適正なアキシャル共振周波数を予め算出しておき、製造すべきユニット軸受のアキシャル共振周波数が前述の予め算出されたアキシャル共振周波数に達したときに内輪の圧入を停止することにより適正な予圧が付与されたユニット軸受を組立てる方法である(例えば、特開平6‐221326号公報)。
【0004】
同様に、ユニット軸受のラジアル剛性を一定にする方法として、適正なラジアル共振周波数を予め算出しておき、製造すべきユニット軸受のラジアル共振周波数が前述の予め算出されたラジアル共振周波数に達したときに内輪の圧入を停止することにより適正な予圧が付与されたユニット軸受を組立てるラジアル共振圧入法が考えられる。
【0005】
しかしながら、ラジアル共振圧入法では、ラジアル共振周波数が比較的高いが故にユニット軸受支持系の影響を受け易く共振周波数の特定が難しいこと、また周波数測定の機械的構成が技術的に困難であること、さらにラジアル共振圧入法の実行に手間がかかること等の問題があり、ユニット軸受の量産が困難である。
【0006】
このため、ラジアル共振圧入法を用いることなくユニット軸受のラジアル剛性を一定にすることを目的として、ラジアルすきまの領域をいくつかに区分して、その区分された領域毎にアキシャル共振周波数(アキシャル剛性)の設定値を変えて前述のアキシャル共振圧入法を実行するユニット軸受の製造方法がある(例えば、特願2000−353514号)。
【0007】
以下、上記アキシャル共振圧入法によりラジアル剛性を一定にするユニット軸受の製造方法について説明する。
【0008】
先ず始めに、ユニット軸受を構成する単列軸受の複数について、ラジアルすきまの領域を後述の図6を参照して説明する方法で所定数の区分に区分けし、その各領域に複数の単列軸受を層別する。図6の例は、ラジアルすきまの領域の区分(以下「ラジアルすきま区分」という)の区分数は5区分の場合であるが、ラジアルすきま区分が1又は2区分である場合も、各領域の単列軸受の層別が同様に実行される。
【0009】
図6は、複数の単列軸受のラジアルすきま及びアキシャルすきまとラジアルすきま区分との関係を示すグラフである。
【0010】
図6において、ラジアルすきま領域(1)は、単列軸受のラジアルすきま(玉径比)で0.0130〜0.0144の範囲にあり、ラジアルすきま領域(2)は、単列軸受のラジアルすきま(玉径比)で0.0144〜0.0158の範囲にあり、ラジアルすきま領域(3)は、単列軸受のラジアルすきま(玉径比)で0.0158〜0.0172の範囲にあり、ラジアルすきま領域(4)は、単列軸受のラジアルすきま(玉径比)で0.0172〜0.0186の範囲にあり、ラジアルすきま領域(5)は、単列軸受のラジアルすきま(玉径比)で0.0186〜0.0200の範囲にあり、各領域(1)〜(5)の幅は、ラジアルすきま(玉径比)で等しく0.0014となっている。
【0011】
これらの単列軸受は、夫々ラジアルすきまとアキシャルすきまが測定され、上述のラジアルすきま領域(1)〜(5)に層別され、同一領域に層別された一対の単列軸受を用いてユニット軸受を構成する。また事前に、ラジアルすきま領域(1)〜(5)の各領域毎にアキシャル共振周波数の基準値を算出する。
【0012】
次に、図6のラジアルすきま領域(1)に層別される一対の単列軸受から成るユニット軸受に対してアキシャル共振圧入法を適用したときのアキシャル剛性の算出方法について説明する。尚、以下の算出方法は、他のラジアルすきま領域(2)〜(5)についても同様に実行される。
【0013】
まず、ラジアルすきま領域(1)に層別された一対の単列軸受から成るユニット軸受を選択する。
【0014】
次に、この選択したユニット軸受のアキシャル共振周波数が予め求めておいたラジアルすきま領域(1)のアキシャル共振周波数の基準値になるまで、上記選択したユニット軸受に予圧を付与する。このときのユニット軸受のアキシャル剛性kは、下記の式(1)に基づいて求められる。
【0015】
【数1】
【0016】
ここで、fnは、アキシャル共振周波数であり、mは、ユニット軸受の浮動部(ハウジング・外輪・シール)の質量である。
【0017】
次に、ユニット軸受のラジアル剛性のばらつきの算出方法を、上述の説明に引き続き図6の例(ラジアルすきま区分の区分数が5区分)を参照して説明する。
【0018】
まず、層別されたすべての単列軸受のうちラジアルすきま及びアキシャルすきまが中央値である一対の単列軸受で構成されるユニット軸受のラジアル剛性の値を基準値として、ラジアルすきま領域(1)〜(5)の各領域毎にアキシャル共振周波数(アキシャル剛性)を変化させて予圧を付与したときのラジアル剛性の値を百分率表示する。具体的には、図6に示す単列軸受のラジアルすきまがその中央値である0.0165(玉径比)であり、同じく図6の単列軸受のアキシャルすきまがその中央値である0.092(玉径比)であるときのラジアル剛性の値3.3kgf/μmを基準値としてラジアル剛性の値を百分率表示する。
【0019】
次に、ラジアルすきま領域(1)〜(5)の各領域毎にこの百分率表示されたラジアル剛性の最大値と最小値の差を算出し、この算出された差がラジアルすきま領域(1)〜(5)の中で最大値となる値をラジアルすきま区分の区分数が5区分のときのばらつきとして算出する。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、製造されたユニット軸受のラジアル剛性のばらつきは軽減されはするものの、ラジアル剛性を一定にするという本来の目的を達するまでには到っていない。
【0021】
例えば、ラジアル剛性のばらつきは、ラジアルすきま領域が1区分にラジアルすきま区分されているときで51%、2区分にラジアルすきま区分されているときで35%、5区分にラジアルすきま区分されているときであっても19%までしかばらつきが軽減されない(図7)。
【0022】
本発明の目的は、ユニット軸受を製造する際のラジアル剛性のばらつきを軽減させ且つより一定に近づけることができるユニット軸受の製造方法、及び該製造方法によって製造されたユニット軸受を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の製造方法は、一対の単列軸受から成るユニット軸受をアキシャル共振圧入法により製造するユニット軸受の製造方法において、前記ユニット軸受を構成する単列軸受の複数について算出されたラジアルすきま及びアキシャルすきまに基づいて前記複数の単列軸受の接触角を夫々算出する算出工程と、前記算出された接触角に基づいて前記算出された接触角の公差が等しくなるような2以上の接触角領域に前記複数の単列軸受を層別する層別工程と、前記接触角領域の各領域毎にラジアル剛性が一定となるアキシャル共振周波数の基準値を予め算出する算出工程と、前記接触角領域の1つに層別された前記単列軸受の一対を用いて前記ユニット軸受を構成する構成工程と、当該ユニット軸受を構成する単列軸受の一対のうちのいずれか一方を、当該単列軸受が層別された接触角領域のアキシャル共振周波数の基準値として前記算出されたアキシャル共振周波数と一致させるように圧入する圧入工程とを有することを特徴とする。
【0024】
請求項1記載の製造方法によれば、ユニット軸受を構成する単列軸受の複数について算出されたラジアルすきま及びアキシャルすきまあるいは溝Rに基づいて夫々算出された複数の単列軸受の接触角の公差が等しくなるような2以上の接触角領域に複数の単列軸受を層別し、接触角領域の1つに層別された単列軸受の一対を用いてユニット軸受を構成し、このユニット軸受を構成する単列軸受の1対のうちのいずれか一方を、接触角領域毎にラジアル剛性が一定となるアキシャル共振周波数の基準値として予め算出されているアキシャル共振周波数のうち、これらの単列軸受が層別された接触角領域のアキシャル共振周波数と一致させるように圧入するので、ユニット軸受を製造する際のラジアル剛性のばらつきを軽減させ且つより一定に近づけることができる。
【0025】
請求項2記載のユニット軸受は、請求項1記載のユニット軸受の製造方法によって製造されることを特徴とする。
【0026】
請求項2記載のユニット軸受によれば、ラジアル剛性のばらつきを軽減させ且つより一定に近づけることができる。
【0027】
上記目的を達成するために、請求項3記載の製造方法は、一対の単列軸受から成るユニット軸受をアキシャル共振圧入法により製造するユニット軸受の製造方法において、前記ユニット軸受を構成する単列軸受の複数についての内輪回転数又は外輪回転数、及びボール公転数の関係式から前記複数の単列軸受の接触角を夫々算出する算出工程と、前記算出された接触角に基づいて前記算出された接触角の公差が等しくなるような2以上の接触角領域に前記複数の単列軸受を層別する層別工程と、前記接触角領域の各領域毎にラジアル剛性が一定となるアキシャル共振周波数の基準値を予め算出する算出工程と、前記接触角領域の1つに層別された前記単列軸受の一対を用いて前記ユニット軸受を構成する構成工程と、当該ユニット軸受を構成する単列軸受の一対のうちのいずれか一方を、当該単列軸受が層別された接触角領域のアキシャル共振周波数の基準値として前記算出されたアキシャル共振周波数と一致させるように圧入する圧入工程とを有することを特徴とする。
【0028】
請求項3記載の製造方法によれば、ユニット軸受を構成する単列軸受の複数についての内輪回転数又は外輪回転数、及びボール公転数の関係式から夫々算出された複数の単列軸受の接触角の公差が等しくなるような2以上の接触角領域に複数の単列軸受を層別し、接触角領域の1つに層別された単列軸受の一対を用いてユニット軸受を構成し、このユニット軸受を構成する単列軸受の一対のうちのいずれか一方を、接触角領域毎にラジアル剛性が一定となるアキシャル共振周波数の基準値として予め算出されているアキシャル共振周波数のうち、これらの単列軸受が層別された接触角領域のアキシャル共振周波数と一致させるように圧入するので、ユニット軸受を製造する際のラジアル剛性のばらつきを軽減させ且つより一定に近づけることができる。
【0029】
請求項4記載のユニット軸受は、請求項3記載のユニット軸受の製造方法によって製造されることを特徴とする。
【0030】
請求項4記載のユニット軸受によれば、ラジアル剛性のばらつきを軽減させ且つより一定に近づけることができる。
【0031】
好ましくは、前記複数の単列軸受が層別される接触角領域の数は多い方がよい。これにより、ユニット軸受を製造する際のラジアル剛性のばらつきをさらに軽減させることができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
先ず始めに、本発明の実施の形態に係る製造方法によって製造されるユニット軸受の構成を説明する。
【0033】
図1は、本発明の実施の形態に係る製造方法によって製造されるユニット軸受の断面図である。
【0034】
図1において、ユニット軸受1は、複列転がり軸受を構成し、軸2に並んで外嵌された一対の単列軸受3,3と、単列軸受3,3に外嵌されたハウジング4とから成り、単列軸受3の各々は、軸2に外嵌された内輪5と、ハウジング4に内嵌された外輪6と、内輪5と外輪6の間に保持器7により円周方向に等間隔に配列された所定数の玉8と、外輪6の外側端内周に装着されたシール12とから成り、複列転がり軸受を構成する。単列軸受3の各々において、内輪5の外周面には深溝型の内輪軌道9が形成されると共に、外輪6の内周面には深溝型の外輪軌道10が形成され、これらの間に玉8が配列されている。
【0035】
単列軸受3,3の内輪5,5と軸2は所定の抜け荷重を確保できる締め代により締り嵌めがなされ、単列軸受3,3の外輪5,5とハウジング4はずれ動かない程度の強度を持たせた締め代により軽い締り嵌めがなされる。
【0036】
まず、図1の左側の単列軸受3の内輪5に軸2を圧入し、次に、同じく左側の単列軸受3の外輪5にハウジング4を軽圧入で挿入する。最後に、図1の右側の単列軸受3をその内外輪平面を同時に押圧しながら軸2とハウジング4に圧入で挿入する。この状態で玉8が内輪軌道9及び外輪軌道10の中央にあるので予圧はまだ入っていない。
【0037】
上記のようなユニット軸受1では、通常、軸2の振れ回り運動(軸2の径方運動)や、軸2のアキシャル方向の振れを防止するために、内輪5,5に予圧が付与される。この予圧は、内輪5,5のいずれか一方を他方に対して後述する押し込み装置によりアキシャル方向に変位させることにより付与するものである。
【0038】
このようなユニット軸受1において、予圧が付与された内輪5にさらにアキシャル方向に荷重を加えた場合の荷重を変位で割った値をユニット軸受1のアキシャル剛性といい、ラジアル方向に荷重を加えた場合の荷重を変位で割った値をユニット軸受1のラジアル剛性という。
【0039】
以下、本発明の実施の形態に係るユニット軸受の製造方法を説明する。
【0040】
図2は、本発明の実施の形態に係るユニット軸受の製造方法を実行する装置の説明図である。
【0041】
図2の装置は、軸2の一方の側に配された空気軸受30と、空気軸受30により回転自在に支持されると共に、軸2の端部31及び内輪5の端部32をアキシャル方向に保持する保持部材33と、軸2の他方の側に配された油圧シリンダ34と、油圧シリンダ34のピストンに接続されると共に、内輪5の端面35を押し込む押し込み腕36と、押し込み腕36の押し込み圧を調節すべく、油圧シリンダ34に送り込む圧油の量又は圧力を制御する制御器37とを備える。
【0042】
保持部材33は、不図示の電動モータによりベルト39を介して回転駆動される。このとき、外輪6が内嵌されたハウジング4には、軸2の回転に伴って回転しないように、適宜な回り止めが施されている。但し、この回り止めは、ハウジング4の振動を抑制しないように構成されている。
【0043】
また、ハウジング4の外周面には、アキシャル方向振動センサ40の測定子41が突き立てられ、そのアキシャル方向の応答周波数の測定を可能としている。
【0044】
測定子41が検出したユニット軸受1のアキシャル方向の応答周波数は、増幅器42を介して、高速フーリエ変換(FFT : fast Fourier transform)を行うFFT変換器43によりアキシャル方向の応答周波数のピーク値であるアキシャル共振周波数に変換され、制御器37に入力される。
【0045】
以下、本発明の実施の形態に係るユニット軸受1の製造方法を図面を参照しながら説明する。
【0046】
図3は、図2の装置により実行されるユニット軸受1の内輪圧入手順のフローチャートである。
【0047】
本手順では、ユニット軸受1の共振周波数と内輪5に付与すべき予圧量との間には一定の関係があるという知見に基づいて、アキシャル共振圧入法を実行するに際し、内輪5に付与すべき予圧量の調節を制御器37により押し込み腕36が内輪5を押圧する力を調節することにより行うものである。
【0048】
図3において、複数の単列軸受3について算出されたラジアルすきま及びアキシャルすきまに基づいて、複数の単列軸受3の接触角を夫々算出する後述の接触角算出工程を実行し(ステップS10)、次いで、算出された接触角の公差が等しくなるような2以上の接触角領域に複数の単列軸受3を層別する後述の単列軸受層別工程を実行し(ステップS11)、接触角領域(6)〜(10)の各領域毎に、同一の接触角領域毎にラジアル剛性が一定となるアキシャル共振周波数の基準値を予め算出する後述の共振周波数基準値算出工程を実行する(ステップS12)。
【0049】
接触角算出工程
ステップS10では、単列軸受3の接触角αは、下記式(2)により算出される。
【0050】
【数2】
【0051】
ここで、riは、内輪軌道9の曲率半径、reは、外輪軌道10の曲率半径、Da は、玉8の玉径、Δrは、内輪5,5及び外輪6,6と玉8との間に生じるラジアルすきま、Δaは、同アキシャルすきまを示す。尚、ラジアルすきまΔrは式(3)、アキシャルすきまΔaは式(4)により算出され、製造工程上定めた公差を持っている。
【0052】
上式(2)において、接触角αは、主として、内輪軌道9の曲率半径riと、外輪軌道10の曲率半径reと、玉8の玉径Daを適宜設定することにより、所定の値にすることができる。また、接触角αは、内輪5,5及び外輪6,6の曲率半径(溝R)を適宜設定することにより、所定の値にすることもできる。
【0053】
また、ステップS10において、単列軸受3の接触角αを、下記式(5)(6)により算出するようにしてもよい。
【0054】
【数3】
【0055】
ここで、Da は、玉8の玉径、Dpw は、玉8のボールピッチ径、ncは、玉8の公転数、ni は、内輪5の回転数、ne は、外輪6の回転数を示す。
【0056】
即ち、接触角αは単列軸受3を実際に回転させて玉8の公転数nc(実際は振動周波数分析の外輪成分(Zfc)から求めることもできる)、内輪5を回転させる場合は内輪回転数ni、外輪6を回転させる場合は外輪回転数neを得て、玉8の玉径Da、ボールピッチ径Dpwの既知数を式(5)、式(6)に代入して接触角αを求める。
【0057】
単列軸受層別工程
ステップS11では、単列軸受3の接触角αの領域を所定数の区分に区分けし、その各領域に複数の単列軸受3を層別する方法について図4を用いて説明する。図4の例は、接触角αの領域の区分(以下「接触角区分」という)の区分数が5区分の場合であるが、接触角区分が1又は2区分である場合も、各領域の単列軸受3の層別が同様に実行される。
【0058】
図4は、複数の単列軸受3のラジアルすきま及びアキシャルすきまと接触角区分との関係を示すグラフである。
【0059】
図4において、接触角領域(6)は、単列軸受3の接触角でα〜(α+1)°の範囲にあり、接触角領域(7)は、単列軸受3の接触角で(α+1)〜(α+2)°の範囲にあり、接触角領域(8)は、単列軸受3の接触角で(α+2)〜(α+3)の範囲にあり、接触角領域(9)は、単列軸受3の接触角で(α+3)〜(α+4)°の範囲にあり、接触角領域(10)は、単列軸受3の接触角で(α+4)〜(α+5)°の範囲にあり、各接触角領域(6)〜(10)における公差は接触角で等しく1°となっている。
【0060】
上記アキシャル共振圧入法では、ユニット軸受1を構成する単列軸受3は、夫々のラジアルすきまとアキシャルすきまが予め算出され、上述の接触角領域(6)〜(10)に層別される。
【0061】
共振周波数基準値算出工程
ステップS12では、接触角領域(6)〜(10)の各領域毎に、その接触角からアキシャル共振周波数を算出し、この算出された値を接触角領域(6)〜(10)の各領域毎にアキシャル共振周波数基準値として設定する。この設定は、制御器37にこの算出された値をアキシャル共振周波数として入力することにより実行される。
【0062】
ユニット軸受構成工程
図3に戻って、続くステップS13では、接触角領域(6)〜(10)の1つに層別された一対の単列軸受3,3を用いてユニット軸受1を構成するユニット軸受構成工程を実行する。
【0063】
内輪圧入工程
さらに、一対の単列軸受3,3の内輪5,5いずれか一方をアキシャル共振圧入法により圧入する内輪圧入工程を実行する(ステップS14)。この内輪圧入工程で、測定子41によって検出され且つFFT変換器43で変換されたアキシャル共振周波数の値が、ステップS12で算出された前記接触角領域(6)〜(10)の1つについてのアキシャル共振周波数の基準値と一致したときに油圧シリンダ34への圧油の供給を停止することにより、内輪5の圧入作業を終了する。これにより、ユニット軸受1の内輪5に適正な予圧を付与することができる。
【0064】
次に、ユニット軸受1のラジアル剛性のばらつきの算出方法を、上述の説明に引き続き図4の例(接触角区分の区分数が5区分)を参照して説明する。
【0065】
まず、層別されたすべての単列軸受3のうちラジアルすきま及びアキシャルすきまが中央値である一対の単列軸受3,3で構成されるユニット軸受1のラジアル剛性の値を基準値として、接触角領域(6)〜(10)の各領域毎にアキシャル共振周波数(アキシャル剛性)を変化させて予圧を付与したときのラジアル剛性の値を百分率表示する。具体的には、図4に示す単列軸受3のラジアルすきまがその中央値である0.0165(玉径比)であり、同じく図4の単列軸受のアキシャルすきまがその中央値である0.092(玉径比)であるときのラジアル剛性の値3.3kgf/μmを基準値としてラジアル剛性の値を百分率表示する。
【0066】
次に、各接触角領域毎にこの百分率表示されたラジアル剛性の最大値と最小値の差を算出し、この算出された差が接触角領域(6)〜(10)の中で最大値となる値を接触角区分の区分数が5区分のときのばらつきとして算出する。
【0067】
以上のように、ユニット軸受1を構成する単列軸受3を前述の接触角領域に層別し、その領域毎に求めておいたアキシャル共振周波数で予圧を付与した結果を、図5に示す。
【0068】
図5は、各接触角領域毎にアキシャル剛性を変化させて予圧を付与したときの接触角区分数とラジアル剛性のばらつきとの関係を示すグラフである。
【0069】
図5から、5区分に接触角区分された単列軸受3を用いて組立てたユニット軸受1はどの領域においてもラジアル剛性のばらつきが9%以内に入り、2区分の場合は28%以内に入り、1区分の場合は51%以内に入ることが分かる。
【0070】
以上の結果より、接触角区分された単列軸受3を用いて組立てたユニット軸受1のラジアル剛性のばらつき(図5)と、ラジアルすきま区分されたユニット軸受1におけるラジアル剛性のばらつき(図7)とを比較すると、1区分で51%と同様であるのは同一領域のばらつきをみていることになるため当然であるが、2区分で35%が28%に減少し、5区分ではさらに19%が9%に減少する。
【0071】
本発明の実施の形態によれば、ラジアルすきま区分による層別に比べて、ラジアル剛性のばらつきはもとより、予圧のばらつきをも減少させることができる。また、このばらつきは、接触角区分の区分数を増やすとさらに減少させることができる。
【0072】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項1記載のユニット軸受の製造方法によれば、ユニット軸受を構成する単列軸受の複数について算出されたラジアルすきま及びアキシャルすきまあるいは溝Rに基づいて夫々算出された複数の単列軸受の接触角の公差が等しくなるような2以上の接触角領域に複数の単列軸受を層別し、接触角領域の1つに層別された単列軸受の一対を用いてユニット軸受を構成し、このユニット軸受を構成する単列軸受の1対のうちのいずれか一方を、接触角領域毎にラジアル剛性が一定となるアキシャル共振周波数の基準値として予め算出されているアキシャル共振周波数のうち、これらの単列軸受が層別された接触角領域のアキシャル共振周波数と一致させるように圧入するので、ユニット軸受を製造する際のラジアル剛性のばらつきを軽減させ且つより一定に近づけることができる。
【0073】
また、請求項3記載のユニット軸受の製造方法によれば、ユニット軸受を構成する単列軸受の複数についての内輪回転数又は外輪回転数、及びボール公転数の関係式から夫々算出された複数の単列軸受の接触角の公差が等しくなるような2以上の接触角領域に複数の単列軸受を層別し、接触角領域の1つに層別された単列軸受の一対を用いてユニット軸受を構成し、このユニット軸受を構成する単列軸受の一対のうちのいずれか一方を、接触角領域毎にラジアル剛性が一定となるアキシャル共振周波数の基準値として予め算出されているアキシャル共振周波数のうち、これらの単列軸受が層別された接触角領域のアキシャル共振周波数と一致させるように圧入するので、ユニット軸受を製造する際のラジアル剛性のばらつきを軽減させ且つより一定に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る製造方法によって製造されるユニット軸受の断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るユニット軸受の製造方法を実行する装置の説明図である。
【図3】図2の装置により実行されるユニット軸受1の内輪圧入手順のフローチャートである。
【図4】複数の単列軸受3のラジアルすきま及びアキシャルすきまと接触角区分との関係を示すグラフである。
【図5】各接触角領域毎にアキシャル剛性を変化させて予圧を付与したときの接触角区分の区分数とラジアル剛性のばらつきとの関係を示すグラフである。
【図6】複数の単列軸受3のラジアルすきま及びアキシャルすきまとラジアルすきま区分との関係を示すグラフである。
【図7】各ラジアルすきま領域毎にアキシャル剛性を変化させて予圧を付与したときのラジアルすきま区分の区分数とラジアル剛性のばらつきとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ユニット軸受
2 軸
3 単列軸受
4 ハウジング
5 内輪
6 外輪
7 保持器
8 玉
33 保持部材
36 押し込み腕
40 アキシャル方向振動センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a unit bearing manufacturing method and a unit bearing manufactured by the manufacturing method, and more particularly, an optimal unit bearing manufacturing method used for bearing devices of information equipment, precision measuring equipment, machine tools, and the like, And a unit bearing manufactured by the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Unit bearings consisting of double row rolling bearings used for bearing devices such as information equipment, precision measuring equipment and machine tools have certain tolerances in the radial clearance and the radius of curvature of the inner and outer ring raceways in the manufacturing process. Greatly affects the preload (hereinafter simply referred to as “preload”) applied to the single row bearing when the unit bearing is manufactured, and the axial rigidity and radial rigidity of the unit bearing. In order to suppress the influence of this tolerance, there is a method of manufacturing a unit bearing that utilizes a certain relationship between the resonance frequency of the unit bearing and its axial rigidity, radial rigidity, and preload.
[0003]
In the above-described method for manufacturing a unit bearing, the axial resonance press-fitting method is usually used as a method for making the axial rigidity of the unit bearing constant. In this axial resonance press-fitting method, an appropriate axial resonance frequency is calculated in advance using a bearing having the same configuration as the unit bearing to be manufactured, and the axial resonance frequency of the unit bearing to be manufactured is calculated in advance as described above. This is a method of assembling a unit bearing to which an appropriate preload is applied by stopping the press-fitting of the inner ring when the axial resonance frequency is reached (for example, JP-A-6-221326).
[0004]
Similarly, as a method of making the radial rigidity of the unit bearing constant, an appropriate radial resonance frequency is calculated in advance, and the radial resonance frequency of the unit bearing to be manufactured reaches the above-described previously calculated radial resonance frequency. A radial resonance press-fitting method in which a unit bearing to which an appropriate preload is applied by assembling the press-fitting of the inner ring is stopped is conceivable.
[0005]
However, in the radial resonance press-in method, since the radial resonance frequency is relatively high, it is easily affected by the unit bearing support system, and it is difficult to specify the resonance frequency, and the mechanical configuration of the frequency measurement is technically difficult. Furthermore, there is a problem that it takes time to execute the radial resonance press-fitting method, and mass production of unit bearings is difficult.
[0006]
For this reason, with the aim of making the radial stiffness of the unit bearing constant without using the radial resonance press-fitting method, the radial clearance region is divided into several regions, and the axial resonance frequency (axial stiffness) is divided into the divided regions. There is a unit bearing manufacturing method in which the above-described axial resonance press-fitting method is executed by changing the set value (for example, Japanese Patent Application No. 2000-353514).
[0007]
Hereinafter, a method for manufacturing a unit bearing in which the radial rigidity is made constant by the axial resonance press-fitting method will be described.
[0008]
First, for a plurality of single row bearings constituting the unit bearing, the radial clearance region is divided into a predetermined number of sections by a method described with reference to FIG. 6 described later, and a plurality of single row bearings are provided in each region. Stratified. In the example of FIG. 6, the radial clearance area classification (hereinafter referred to as “radial clearance classification”) is five, but even when the radial clearance classification is one or two, each area has a single clearance. Row bearing stratification is performed in the same way.
[0009]
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the radial clearance and axial clearance of a plurality of single row bearings and the radial clearance classification.
[0010]
In FIG. 6, the radial clearance region (1) is the radial clearance (ball diameter ratio) of the single row bearing in the range of 0.0130 to 0.0144, and the radial clearance region (2) is the radial clearance of the single row bearing. (Ball diameter ratio) is in the range of 0.0144 to 0.0158, and the radial clearance region (3) is in the range of 0.0158 to 0.0172 in terms of radial clearance (ball diameter ratio) of the single row bearing, The radial clearance area (4) is the radial clearance (ball diameter ratio) of the single row bearing in the range of 0.0172 to 0.0186, and the radial clearance area (5) is the radial clearance (ball diameter ratio) of the single row bearing. ) In the range of 0.0186 to 0.0200, and the width of each region (1) to (5) is equal to 0.0014 in terms of radial clearance (ball diameter ratio).
[0011]
Each of these single row bearings is measured by radial clearance and axial clearance, and is divided into the above-mentioned radial clearance regions (1) to (5), and a unit using a pair of single row bearings divided into the same region. Configure the bearing. In addition, a reference value for the axial resonance frequency is calculated in advance for each of the radial clearance regions (1) to (5).
[0012]
Next, a method for calculating the axial stiffness when the axial resonance press-fitting method is applied to a unit bearing composed of a pair of single row bearings layered in the radial clearance region (1) in FIG. 6 will be described. The following calculation method is similarly executed for the other radial clearance regions (2) to (5).
[0013]
First, a unit bearing consisting of a pair of single row bearings layered in a radial clearance region (1) is selected.
[0014]
Next, a preload is applied to the selected unit bearing until the axial resonance frequency of the selected unit bearing reaches the reference value of the axial resonance frequency of the radial clearance region (1) obtained in advance. The axial rigidity k of the unit bearing at this time is obtained based on the following formula (1).
[0015]
[Expression 1]
[0016]
Where fnIs the axial resonance frequency, and m is the mass of the floating part (housing, outer ring, seal) of the unit bearing.
[0017]
Next, a method for calculating the variation in radial stiffness of the unit bearing will be described with reference to the example in FIG. 6 (the number of radial clearance sections is 5) following the above description.
[0018]
First, the radial clearance area (1) with the radial rigidity value of the unit bearing consisting of a pair of single-row bearings with a median radial clearance and axial clearance among all the single-row bearings stratified as the reference value (1) The value of the radial stiffness when the preload is applied by changing the axial resonance frequency (axial stiffness) for each area of (5) is displayed as a percentage. Specifically, the radial clearance of the single row bearing shown in FIG. 6 is 0.0165 (ball diameter ratio), and the axial clearance of the single row bearing of FIG. The radial stiffness value is displayed as a percentage with the radial stiffness value 3.3 kgf / μm as 092 (ball diameter ratio) as a reference value.
[0019]
Next, for each of the radial clearance areas (1) to (5), the difference between the maximum value and the minimum value of the radial stiffness displayed as a percentage is calculated, and the calculated difference is calculated as the radial clearance area (1) to (1) to (5). The maximum value in (5) is calculated as the variation when the number of radial clearance categories is 5.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above method, although the variation in the radial rigidity of the manufactured unit bearing is reduced, it does not reach the original purpose of making the radial rigidity constant.
[0021]
For example, the radial stiffness variation is 51% when the radial clearance area is divided into 1 division and 35% when radial clearance is divided into 2 divisions, and when the radial clearance is divided into 5 divisions. Even so, the variation is reduced only to 19% (FIG. 7).
[0022]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a unit bearing that can reduce variations in radial rigidity when the unit bearing is manufactured and can make it more uniform, and a unit bearing manufactured by the manufacturing method. .
[0023]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the manufacturing method according to
[0024]
According to the manufacturing method of
[0025]
The unit bearing according to
[0026]
According to the unit bearing of the second aspect, it is possible to reduce variation in radial rigidity and to make it more uniform.
[0027]
To achieve the above object, a manufacturing method according to
[0028]
According to the manufacturing method of
[0029]
The unit bearing according to
[0030]
According to the unit bearing of the fourth aspect, it is possible to reduce the variation in radial rigidity and to make it more uniform.
[0031]
Preferably, the number of contact angle regions in which the plurality of single row bearings are layered is larger. Thereby, the dispersion | variation in radial rigidity at the time of manufacturing a unit bearing can further be reduced.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the structure of the unit bearing manufactured by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described.
[0033]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a unit bearing manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
[0034]
In FIG. 1, a
[0035]
The
[0036]
First, the
[0037]
In the unit bearing 1 as described above, a preload is usually applied to the
[0038]
In such a
[0039]
Hereinafter, the manufacturing method of the unit bearing which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
[0040]
FIG. 2 is an explanatory view of an apparatus for executing the unit bearing manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
[0041]
The apparatus of FIG. 2 has an
[0042]
The holding
[0043]
Further, a measuring
[0044]
The response frequency in the axial direction of the unit bearing 1 detected by the
[0045]
Hereinafter, the manufacturing method of the unit bearing 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated, referring drawings.
[0046]
FIG. 3 is a flowchart of the inner ring press-fitting procedure of the unit bearing 1 executed by the apparatus of FIG.
[0047]
In this procedure, the axial resonance press-fitting method should be applied to the
[0048]
In FIG. 3, based on the radial clearance and the axial clearance calculated for the plurality of
[0049]
Contact angle calculation process
In step S10, the contact angle α of the single row bearing 3 is calculated by the following equation (2).
[0050]
[Expression 2]
[0051]
Where riIs the radius of curvature of the
[0052]
In the above equation (2), the contact angle α is mainly the radius of curvature r of the inner ring raceway 9.iAnd the radius of curvature r of the
[0053]
In step S10, the contact angle α of the single row bearing 3 may be calculated by the following equations (5) and (6).
[0054]
[Equation 3]
[0055]
Where Da Is the diameter of the
[0056]
That is, the contact angle α is the number of revolutions n of the
[0057]
Single row bearing layer separation process
In step S11, a method of dividing the region of the contact angle α of the single row bearing 3 into a predetermined number of sections and stratifying the plurality of
[0058]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the radial clearance and axial clearance of the plurality of
[0059]
In FIG. 4, the contact angle region (6) is in the range of α to (α + 1) ° as the contact angle of the single row bearing 3, and the contact angle region (7) is the contact angle of the single row bearing 3 (α + 1). The contact angle region (8) is in the range of (α + 2) to (α + 3), and the contact angle region (9) is in the range of the
[0060]
In the axial resonance press-fitting method, the radial clearance and the axial clearance of the single row bearing 3 constituting the
[0061]
Resonance frequency reference value calculation process
In step S12, for each of the contact angle regions (6) to (10), an axial resonance frequency is calculated from the contact angle, and the calculated value is used as each of the contact angle regions (6) to (10). Each is set as the axial resonance frequency reference value. This setting is executed by inputting the calculated value to the
[0062]
Unit bearing construction process
Returning to FIG. 3, in the subsequent step S <b> 13, a unit bearing constituting step for constituting the
[0063]
Inner ring press-fitting process
Further, an inner ring press-fitting process is performed in which any one of the
[0064]
Next, a method of calculating the radial rigidity variation of the
[0065]
First, of all the
[0066]
Next, for each contact angle region, the difference between the maximum value and the minimum value of the radial stiffness displayed as a percentage is calculated, and the calculated difference is the maximum value in the contact angle regions (6) to (10). Is calculated as a variation when the number of contact angle sections is five.
[0067]
As described above, FIG. 5 shows the result of applying the preload at the axial resonance frequency obtained for each region by stratifying the single row bearing 3 constituting the unit bearing 1 into the above-described contact angle regions.
[0068]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of contact angle segments and the variation in radial stiffness when the preload is applied by changing the axial stiffness for each contact angle region.
[0069]
From FIG. 5, the unit bearing 1 assembled using the single row bearing 3 divided into contact angles in 5 sections has a radial rigidity variation within 9% in any region, and within 28% in the case of 2 sections. It can be seen that in the case of 1 division, it falls within 51%.
[0070]
From the above results, the radial rigidity variation of the unit bearing 1 assembled using the single row bearing 3 with the contact angle segmented (FIG. 5) and the radial stiffness variation of the unit bearing 1 with the radial clearance segmented (FIG. 7). Compared to the above, it is natural that the same value as 51% in one division means that the same region is seen in a variation. However, in two divisions, 35% is reduced to 28%, and in five divisions it is further 19%. Decreases to 9%.
[0071]
According to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce not only the radial rigidity variation but also the preload variation as compared to the layers by the radial clearance section. In addition, this variation can be further reduced by increasing the number of contact angle sections.
[0072]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the method for manufacturing a unit bearing according to
[0073]
Further, according to the method for manufacturing a unit bearing according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a unit bearing manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an apparatus for executing a unit bearing manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of an inner ring press-fitting procedure of a
FIG. 4 is a graph showing a relationship between radial clearances and axial clearances of a plurality of
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of contact angle segments and the variation in radial stiffness when pre-load is applied by changing the axial stiffness for each contact angle region.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between radial clearance and axial clearance of a plurality of
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the number of radial clearance categories and the variation in radial stiffness when preload is applied by changing the axial stiffness for each radial clearance region.
[Explanation of symbols]
1 Unit bearing
2 axis
3 Single row bearing
4 Housing
5 inner ring
6 Outer ring
7 Cage
8 balls
33 Holding member
36 Pushing arm
40 Axial direction vibration sensor
Claims (4)
前記ユニット軸受を構成する単列軸受の複数について算出されたラジアルすきま及びアキシャルすきまあるいは溝Rに基づいて前記複数の単列軸受の接触角を夫々算出する算出工程と、
前記算出された接触角に基づいて前記算出された接触角の公差が等しくなるような2以上の接触角領域に前記複数の単列軸受を層別する層別工程と、
前記接触角領域の各領域毎にラジアル剛性が一定となるアキシャル共振周波数の基準値を予め算出する算出工程と、
前記接触角領域の1つに層別された前記単列軸受の一対を用いて前記ユニット軸受を構成する構成工程と、
当該ユニット軸受を構成する単列軸受の一対のうちのいずれか一方を、当該単列軸受が層別された接触角領域のアキシャル共振周波数の基準値として前記算出されたアキシャル共振周波数と一致させるように圧入する圧入工程とを有することを特徴とするユニット軸受の製造方法。In a unit bearing manufacturing method of manufacturing a unit bearing consisting of a pair of single row bearings by an axial resonance press-fitting method,
A calculation step of calculating a contact angle of each of the plurality of single row bearings based on a radial clearance and an axial clearance or a groove R calculated for a plurality of single row bearings constituting the unit bearing;
A stratification step of stratifying the plurality of single row bearings into two or more contact angle regions such that tolerances of the calculated contact angles are equal based on the calculated contact angles;
A calculation step of calculating in advance a reference value of an axial resonance frequency at which the radial rigidity is constant for each region of the contact angle region;
Configuring the unit bearing using a pair of single row bearings layered into one of the contact angle regions; and
Either one of a pair of single row bearings constituting the unit bearing is made to coincide with the calculated axial resonance frequency as a reference value of the axial resonance frequency in the contact angle region where the single row bearing is layered. And a press-fitting process for press-fitting into the unit bearing.
前記ユニット軸受を構成する単列軸受の複数についての内輪回転数又は外輪回転数、及びボール公転数の関係式から前記複数の単列軸受の接触角を夫々算出する算出工程と、
前記算出された接触角に基づいて前記算出された接触角の公差が等しくなるような2以上の接触角領域に前記複数の単列軸受を層別する層別工程と、
前記接触角領域の各領域毎にラジアル剛性が一定となるアキシャル共振周波数の基準値を予め算出する算出工程と、
前記接触角領域の1つに層別された前記単列軸受の一対を用いて前記ユニット軸受を構成する構成工程と、
当該ユニット軸受を構成する単列軸受の一対のうちのいずれか一方を、当該単列軸受が層別された接触角領域のアキシャル共振周波数の基準値として前記算出されたアキシャル共振周波数と一致させるように圧入する圧入工程とを有することを特徴とするユニット軸受の製造方法。In a unit bearing manufacturing method of manufacturing a unit bearing consisting of a pair of single row bearings by an axial resonance press-fitting method,
A calculation step of calculating contact angles of the plurality of single row bearings from a relational expression of inner ring rotation speed or outer ring rotation speed for a plurality of single row bearings constituting the unit bearing, and ball revolution number, respectively;
A stratification step of stratifying the plurality of single row bearings into two or more contact angle regions such that tolerances of the calculated contact angles are equal based on the calculated contact angles;
A calculation step of calculating in advance a reference value of an axial resonance frequency at which the radial rigidity is constant for each region of the contact angle region;
Configuring the unit bearing using a pair of single row bearings layered into one of the contact angle regions; and
Either one of a pair of single row bearings constituting the unit bearing is made to coincide with the calculated axial resonance frequency as a reference value of the axial resonance frequency in the contact angle region where the single row bearing is layered. And a press-fitting process for press-fitting into the unit bearing.
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