JP5638331B2 - 転がり軸受の予圧調整構造 - Google Patents
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Description
特許文献1の方法は、背面組合せされたアンギュラ玉軸受において、軸受間(背面側)に配置された外輪間座に発熱体を設け、間座の寸法を温度制御により変化させることで軸受予圧を調整するものである。低速重切削時においては、予圧を大として軸受剛性を高くする必要がある。その時には間座を加熱することで軸方向に膨張させて予圧を大きくする。高速の軽切削時においては、大きな予圧は不要であることから、低速時とは逆に放冷することで間座を収縮させて予圧を減少させている。
このように、軸の温度上昇及び遠心力に伴う径方向膨張が内輪に及ばないようにすることで、運転中の軸受予圧の増大が緩和されて、更なる高速化が図れ、軸受寿命の延長にも繋がる。工作機械の主軸軸受に適用した場合は、高速化によって加工効率の向上が図れる。また、初期予圧を大きくでき、低速での主軸剛性を高めると共に、工作機械用途では、加工精度の向上が期待できる。また、全回転領域で主軸の高剛性化が図れる。しかも、予圧調整のための付帯設備が不要であり、安価に予圧調整機構が構成できる。
内輪と軸とをすきま嵌めとするため、内輪の径方向の位置決めが必要である。この構成の場合、内輪の両側に側輪を配置し、内輪の段差形成突部に圧入と接着により固定されている。軸との嵌めあいは、側輪の内径面で締り嵌めとする。即ち内輪と軸はすきま嵌めで、内輪の径方向固定は側輪にて行われる。
使用する内輪の材質について説明する。運転による軸受温度は、(内輪温度)>(外輪温度)の関係であり、回転速度上昇に伴いその差は大きくなりながら推移する。その際、内輪の膨張量と外輪の膨張量の関係を、((内輪軌道径×内輪温度上昇×内輪線膨張係数)+(回転による遠心力膨張))<(外輪軌道径×外輪温度上昇×外輪線膨張係数) となるようにする。この関係が成立する内輪の線膨張係数材を内輪の材質とする。例えば、内輪材としてセラミックス(Si3 N4 )を適用し、外輪を鋼製とすれば、その線膨張係数は約1/3であり、実用的な軸受回転速度とその内外輪温度差を考えると十分に予圧調整可能である。
・軸受組立て後 ;軸受初期予圧0 或いは若干の予圧を付加。
・運転中 ;内外輪の温度及び遠心力による内外輪軌道径膨張量は、外輪>内輪
となって予圧の増加は小さい。
・最高回転速度 ;(鋼製軸の膨張(温度及び遠心力による))>(内輪の膨張)により嵌め合い部のすきまが0となって内輪本体と軸とが直接接触。これ以上の高速となると、内輪の膨張は軸の膨張が支配的となってしまうため,予圧は増加していくことになる。
工作機械のスピンドル装置にこの発明の転がり軸受の予圧調整構造を適用することで、さらなる高速化による加工効率の向上と、剛性向上による加工精度の向上が図れる。
この発明の工作機械のスピンドル装置は、この発明の転がり軸受の予圧調整構造を適用したため、高速化による加工効率の向上と、剛性向上による加工精度の向上が図れる。
このように内輪間座14〜17、および外輪間座13を配置して前側の一対の転がり軸受11,11を位置決めすることで、これら一対の転がり軸受11,11に定位置予圧を与えている。
一方、この実施形態のように、内輪3と軸1をすきま嵌めした場合、内輪3の軌道径膨張量は外輪の軌道径膨張量よりも小さくなることが分かる。この外輪2よりも内輪3の膨張量を小さくできることが、定位置予圧で高速運転しても予圧増大を抑制できる所以である。
A;鋼製内輪使用(一体型内輪の軸受構造)
内輪嵌めあい代0
初期軸受すきま0
B;セラミック内輪使用(図3の軸受構造)
内輪嵌めあい代0
初期軸受すきま0
C;セラミック内輪使用(図3の軸受構造)
内輪はめあい代31μm すきま
初期軸受すきま0
D;セラミック内輪使用(図3の軸受構造)
内輪嵌めあい代31μm すきま(25000min-1の時,すきま0となる初期すきま) 初期軸受すきま−30μm (1kN の予圧)
(1)運転中の軸受予圧の増大が緩和されて,更なる高速化即ち加工効率の向上,又は軸受寿命の延長が図れる。
(2)初期予圧を大きくでき、低速での主軸剛性を高めると共に加工精度の向上が期待できる。
(3)全回転領域で主軸の高剛性化が図れる。
(4)予圧調整のための付帯設備が不要であり,安価に予圧調整機構が構成できる。
2…外輪
3a,3b…段差形成突部
3A…内輪組
3…内輪
4…転動体
5…保持器
6,7…側輪
11…転がり軸受
Claims (15)
- 定位置予圧で使用される転がり軸受において、内輪を外輪の材質よりも線膨張係数の小さな材質とし、内輪の内周面と軸とをすきま嵌めとし、この内輪と軸の嵌めあいすきまを、軸受の許容最高回転速度で軸が回転している時に、その嵌めあいすきまが0となるように初期設定することにより、全回転領域で定位置予圧でありながら定圧予圧の予圧変化としたことを特徴とする転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項1において、前記内輪の軸方向の両側に一対の側輪を設け、前記内輪は、両側面が、内周部に環状の段差形成突部が突出した段付き形状であり、前記両側の側輪は、前記内輪の前記段差形成突部に嵌まり合う環状凹部を側面に有し、この環状凹部の内周面で前記内輪の前記段差形成突部の外周面に締り嵌めされ、かつ前記両側輪を軸と締り嵌めした転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項2において、前記側輪を、前記段差形成突部の側面に接着剤で接着固定した転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項2または請求項3において、前記両側の側輪は、前記内輪の前記段差形成突部よりも外周側の側面部分である肩部側面に接して位置決めされる転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項2ないし請求項4のいずれか1項において、前記側輪の材質を、外輪の材質と同じ材質とした予圧調整構造。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、外輪の材質を鋼とし、内輪の材質を外輪の鋼よりも線膨張係数が小さく、かつ、内輪の膨張量と外輪の膨張量の関係として、
((内輪軌道径×内輪温度上昇×内輪線膨張係数)+(回転による遠心力膨張))<(外輪軌道径×外輪温度上昇×外輪線膨張係数)
となる関係が成立する線膨張係数材を内輪の材質とする転がり軸受の予圧調整構造。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記外輪及び内輪の材質として、外輪に鋼、内輪にセラミックスを使用した転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項7において、前記セラミックスは、窒化珪素(Si3 N4 )を主成分とする焼結体である転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項において、前記転がり軸受を背面組合せで一対配置した転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項において、前記転がり軸受を正面組合せで一対配置した転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項1ないし請求項10のいずれか1項において、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受である転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項1ないし請求項10のいずれか1項において、前記転がり軸受がテーパころ軸受である転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項1ないし請求項12のいずれか1項において、前記軸が、工作機械の主軸である転がり軸受の予圧調整構造。
- 請求項13に記載の転がり軸受の予圧調整構造で主軸が支持された工作機械のスピンドル装置。
- 請求項14において、前記主軸の工具またはワークの取付側端である前端側の部分が、一対の転がり軸受で支持されて、これら一対の転がり軸受に、請求項7または請求項8に記載の転がり軸受の予圧調整構造が適用され、前記主軸の後端側の部分が、円筒ころ軸受により支持された工作機械のスピンドル装置。
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