JP4484397B2 - 軸受の組付方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアンギュラベアリング等の複数の軸受を間座を介してスピンドル軸に組み付ける方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アンギュラベアリングのような軸受をスピンドル軸に複数組み付ける場合、軸受の間に間座を介装して各軸受に予圧力をかけることにより、回転のガタを無くすとともに、回転重さが適切になるよう調整することがあり、このような予圧力の調整は、例えば熟練作業者等がスピンドル軸に軸受を組み付けて締付力を徐々に加えながらスピンドル軸を回転させて、回転重さが適切になるよう、予め一定の長さで準備されている間座の寸法を調整する等によって適切な予圧力が得られるよう組み付けるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の組付方法は、間座の寸法を調整するような作業が、熟練作業者等の勘やコツに頼る部分が多く、ノウハウのない人や熟練度の低い人が組付作業を行うと、トライアンドエラーが多く発生して多大な時間がかかるとともに、組付精度が狂うと、スピンドル軸が焼き付いたり、スピンドル軸の回転にガタツキが多くなる等の問題があった。
また、購入品である軸受自体にも精度のバラツキがあり、特に高速スピンドルの組付け時には、このバラツキに起因する悪影響をなくす必要があるため、熟練者であっても調整作業が難しいという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、スピンドル軸に間座を介して複数の軸受を組み付けるにあたり、熟練度の少ない初心者等でも、また高速スピンドルの場合でも、簡単に且つ的確に間座の寸法を調整して組み付け出来るようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、スピンドル軸に複数の軸受を間座を介して組み付けるようにした軸受の組付方法において、スピンドル軸に各軸受を嵌合させた時のはめ合いによる軸方向変位量を計算により求める一方、軸受に組付設計荷重を加えた際の間座の座屈変形や歪みから間座のトータルアキシャル変形量を計算により求め、また、各軸受の無荷重状態の初期平面差を計算により求めようにした。そして、前記はめ合いによる軸受の軸方向変位量、及び間座のトータルアキシャル変形量、及び軸受の無荷重状態の初期平面差から取付け隙間を求め、この取付け隙間と目標取付け隙間から間座の加工代を求めて間座を加工した後、加工した間座を使用して軸受を組み付けるようにした。
【０００６】
このように、間座の寸法調整について、関連する部品の各種諸元等から計算により求めるようにすることで、従来のような勘やコツが不要となり、初心者等でも簡単に且つ的確に組み付けることが出来る。
ここで、はめ合いによる軸方向変位量や、間座のトータルアキシャル変形量や、軸受の無荷重の初期平面差は、いずれも間座の寸法決定に影響を及ぼす要因であり、はめ合いによる軸方向変位量とは、スピンドル軸に軸受を嵌合させた場合、軸受のベアリングインナに内圧がかかって径方向に拡張すると同時に、接触角の作用によって軸方向にも拡張するが、この軸受を嵌め合わせた時の軸方向への拡張量である。
また、間座のトータルアキシャル変形量とは、軸受に組付設計荷重（スピンドル設計者が定める最適荷重）を加えた時の間座の座屈変形量と接触面の歪みによる軸方向の変形量である。
また、無荷重の初期平面差とは、軸受に荷重がかかっていない時を想定した仮想上の平面差（ベアリングインナとベアリングアウタのずれ）である。
【０００７】
そしてこれらは、スピンドル軸に軸受を嵌合させて所定の予圧力をかけた時、間座の寸法決定に影響する要因であり、これらから、取付け隙間（すべての事情を考慮して間座の寸法をこの隙間にしたいという値）を求める一方、スピンドル設計値等から求められる目標取付け隙間との差を求め、この差分だけ間座の寸法を加工調整し、この間座を使用して組み付ければ、間座の寸法を目標取付け隙間に合わせた状態にして組み付けることが出来る。
【０００８】
尚、例えばこの計算をコンピュータで自動処理するようにし、軸受諸元等のパラメータを入力するだけで、間座の加工代が自動的に算出出来るような予圧管理ソフトを構築しておけば好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る組付方法を示す工程図、図２はスピンドル軸に軸受を嵌合させた時のはめ合いによる変位の説明図、図３は間座の座屈変形等の説明図、図４は軸受の平面隙間の説明図、図５はスピンドル軸に軸受を組み付けた状態の一例図、図６はアンギュラベアリングを説明するための説明図である。
【００１０】
本発明に係る軸受の組付方法は、例えばアンギュラベアリング等の予圧式の複数の軸受を間座を介して組み付けるにあたり、熟練度の少ない初心者等でも、また高速スピンドルの場合でも、簡単に且つ的確に間座寸法を調整して組み付けることが出来るようにされ、まず、アンギュラベアリング等の軸受について図６に基づき説明する。
【００１１】
スピンドル軸１に組み付けられるアンギュラベアリング等の軸受３は、スピンドル軸１に嵌合するベアリングインナ４と、外側ハウジング２に嵌合するベアリングアウタ５と、ベアリングボール６を備えており、このベアリングボール６とベアリングインナ４やベアリングアウタ５との接触部には、接触角αが付与されるとともに、各軸受３間には、間座７（間座インナと間座アウタ）が配設されている。
【００１２】
そして、このような軸受３のベアリングインナ４を締付ナット８等によって締め付ければ、接触角αの作用によってラジアル方向の予圧が変化するようになり、ベアリングインナ４を内側方向に押し込むと予圧力が高まって回転が重くなり、ベアリングインナ４を外側方向に引き出すと、予圧力が弱まってガタが多くなるため、この予圧力を適切に調整しながら組み付ける必要があるが、間座７を介して複数の軸受３を組み付ける場合、間座７の寸法（特に、間座インナと間座アウタの関係）を適切に設定しないと、すべての軸受３に規定の予圧力を適切に与えることが出来ない。
【００１３】
そこで、本発明は関連部品の寸法諸元等を測定し、これを計算処理することにより、予め規定の長さにセットされている間座７の加工代を適切に求めることが出来るようにされ、初心者等でも簡単に精度良く組立てることが出来るようにされている。
そして本実施例では、コンピュータに各種パラメータを入力するだけで、加工すべき間座（間座インナか間座アウタか）、及びその加工代が自動的に算出されるような予圧管理ソフトを構築している。
【００１４】
本発明に係る軸受３の組付方法について図１を参照しつつ説明する。
まず、図２に示すように、スピンドル軸１にベアリングインナ４を嵌合させた際に、スピンドル軸１との締め代等の関係からベアリングインナ４が内圧を受け、これに伴ってベアリングインナ４等が径方向及び軸方向に拡張する。
従って、ここでは間座寸法の決定に関与するベアリングインナ４等の軸方向の変化量▲３▼を、ベアリングインナ４に発生する内圧▲１▼や径方向への拡張量▲２▼等に基づいて計算で求める。
【００１５】
ここで、ベアリングインナ４に発生する内圧▲１▼を計算により求める際に考慮すべきパラメータの一例としては、例えばベアリングインナ内径ｄｉ、ベアリングインナ外径Ｄｉ、スピンドルに穴がある場合はスピンドル穴径ｄｓ、ベアリングインナ４をスピンドル軸１に嵌合させた場合にベアリングインナ内径ｄｉとスピンドル軸外径ＤＳの差である締め代（ｄｉ−ＤＳ）、ベアリングインナ４のヤング率（縦弾性係数）等である。
【００１６】
また、径方向への拡張量▲２▼を計算で求める際に考慮すべきパラメータの一例としては、ベアリングインナ４に発生する内圧▲１▼、ベアリングインナ内径ｄｉ、ベアリングインナ外径Ｄｉ等である。
そして、はめ合いによる軸方向変化量▲３▼を計算で求める際に考慮すべきパラメータの一例としては、径方向への拡張量▲２▼、軸受の接触角α等であり、こうして求められたはめ合いによる軸方向変化量▲３▼は、間座７の隙間決定に関係する１つの因子である。
【００１７】
次に、軸受３に組付設計荷重（スピンドル設計者が定めた最適な荷重）をかけると、図３に示すように、間座７（特に間座インナ）が座屈変形したり、接触面が歪んだりして軸方向に変形するため、その時のトータルアキシャル変形量▲６▼を計算で求める。
【００１８】
ここで、間座の座屈変形量▲４▼を計算で求める際に考慮すべきパラメータの一例としては、組付設計荷重Ｆｏ、間座インナ内径ｄｉＫ、間座インナ外径ＤｉＫ、間座幅ＷＫ、間座７のヤング率（縦弾性係数）等であり、また接触面の歪み▲５▼を計算で求める際に考慮すべきパラメータの一例は、組付設計荷重Ｆｏ、間座インナ内径ｄｉＫ、間座インナ外径ＤｉＫ、組合せ数（間座の数）等である。
【００１９】
そして間座の座屈変形量▲４▼と接触面の歪み▲５▼を加算すれば、トータルアキシャル変形量▲６▼が求められ、このトータルアキシャル変形量▲６▼も間座７の隙間決定に関係する１つの因子である。
【００２０】
次に、軸受３の無荷重状態の初期平面差を求めるが、ここで軸受３の平面差について図４により説明する。
軸受の平面差ｇとは、図４に示すベアリングインナ４とベアリングアウタ５のズレであり、通常、組付段階では平面差があっても、組付設定荷重を加えた時点で、平面差ｇがゼロ付近になるように設定されているものである。
【００２１】
そしてこの軸受３の無荷重状態の初期平面差を求めるにあたり、直接それを測定して知ることが出来ないため、一定荷重をかけた時の平面差ｇである調整前の向い合せ部平面差や、軸受３の剛性定数等から、荷重が全くかかっていない状態の仮想上の平面差を計算で求めるようにしている。
ここで、調整前の向い合せ部平面差▲７▼を計算で求める場合に考慮すべきパラメータの一例としては、図４に示すように、ベアリングインナ４にある一定荷重のおもりＷを載せた時の平面差ｇ、軸受幅Ｗ等であり、また軸受剛性定数を計算で求める場合のパラメータの一例は、軸受接触角α、玉径Ｄｂ、玉数Ｎｂ、玉材質等である。
【００２２】
そして、調整前の向い合せ部平面差▲７▼を求めるために測定した平面差ｇには、一定荷重のおもりＷの影響による軸受の変形分が入っており、これを補正する必要があるため、軸受の剛性定数や荷重等のパラメータから平面差測定値の補正▲８▼を計算で求め、これを補正して全く荷重がかかっていない状態の仮想上の無荷重初期平面差▲９▼を求める。
そしてこの無荷重初期平面差▲９▼も、間座７の隙間決定に関係する１つの因子である。
【００２３】
以上のようにして求められたはめ合いによる軸方向変化量▲３▼と、トータルアキシャル変化量▲６▼と、無荷重初期平面差▲９▼の合計は、軸受３を組み付けて規定の組付設定荷重で予圧する時の、全ての要因を考慮した取付け隙間であり、間座７の寸法をこれに一致させたいという値である。
【００２４】
これに対して、軸受の剛性定数、設定予圧等から求められる目標取付け隙間は、設計値から出てくる理想の隙間であり、取付け隙間と目標取付け隙間の差分が間座７（間座アウタ）の加工代であり、この値がプラスマイナス逆転すれば、間座インナ側の加工代となる。
尚、以上の一連の計算は、各種パラメータをコンピュータ等に入力するだけで、加工すべき間座７（間座インナか間座アウタか）や、その加工代が自動的に求められるようにしている。
【００２５】
次に、以上のような組付方法において、例えば図５に示すような４個の軸受３を組み付ける場合、４個の軸受３の寸法諸元や、各軸受３の平面差測定値や、間座７の諸元や、スピンドル軸１の寸法諸元等のパラメータをコンピュータ等に入力すると、間座７の加工代や、加工すべき間座７（間座インナか間座アウタか）が自動的に求められるようにされており、それに基づいて加工が行われるようになっている。そして加工済みの間座７をセットして、締付ナット８により所定の締付力で締め付ければ、初心者等でも精度良く簡単に組み付けることが出来る。
【００２６】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えばスピンドル軸１に組み付ける軸受３の数や間座７の等は任意である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る軸受の組付方法は、スピンドル軸に複数の軸受を間座を介して組み付ける際、熟練者の勘や経験等に頼ることなく、また、高速スピンドルを組み付ける際にも、関連部品の寸法諸元等の計算に基づいて間座の寸法を決定し、組み付けるようにしたため、初心者等でも簡単に且つ正確に組み付けることが出来、組付品質を均一ならしめることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る組付方法を示す工程図
【図２】スピンドル軸に軸受を嵌合させた時のはめ合いによる変位の説明図
【図３】間座の座屈変形等の説明図
【図４】軸受の平面隙間の説明図
【図５】スピンドル軸に軸受を組み付けた状態の一例図
【図６】アンギュラベアリングを説明するための説明図
【符号の説明】
１…スピンドル軸、２…外側ハウジング、３…軸受、４…ベアリングインナ、５…ベアリングアウタ、７…間座、ｇ…平面差。

Claims (1)

1. スピンドル軸に複数の軸受を間座を介して組み付けるようにした軸受の組付方法であって、前記スピンドル軸に各軸受を嵌合させた時のはめ合いによる軸方向変位量を計算により求める工程と、前記軸受に組付設計荷重を加えた際の間座の座屈変形や歪みから間座のトータルアキシャル変形量を計算により求める工程と、各軸受の無荷重状態の初期平面差を計算により求める工程と、前記はめ合いによる軸受の軸方向変位量、及び間座のトータルアキシャル変形量、及び無荷重状態の初期平面差から取付け隙間を求める工程と、この取付け隙間と目標取付け隙間から間座の加工代を求めて間座を加工する工程と、加工した間座を使用して軸受を組み付ける工程を備えたことを特徴とする軸受の組付方法。

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