TWI709695B - 多列組合斜角滾珠軸承裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於，在將具有接觸角之斜角滾珠軸承41至43藉由背面組合之方式排列三列以上，且斜角滾珠軸承41至43的列數為前部與後部不同之多列組合斜角滾珠軸承裝置中，抑制列數較少之側的斜角滾珠軸承43的發熱，以謀求防止燒損及增長壽命。本發明提供一種多列組合斜角滾珠軸承裝置，其係在將具有接觸角之斜角滾珠軸承41至43以前部及後部為背面組合之方式排列三列以上，且斜角滾珠軸承41至43的列數為前部與後部不同者，其中，列數較多之側的斜角滾珠軸承41,42的轉動體為鋼製，列數較少之側的斜角滾珠軸承43的轉動體為陶瓷製。

Description

多列組合斜角滾珠軸承裝置

本發明係關於用於工作機械主軸的支持之多列組合斜角滾珠軸承裝置。

工作機械的主軸裝置1的主軸3，係例如第2圖所示，由前(front)側軸承4及後(rear)側軸承5加以支持。

在前側軸承4，係採用將具有接觸角之斜角滾珠軸承41至44以前部及後部排列為背面組合而成之多列組合斜角滾珠軸承裝置。

例如，專利文獻1中在多列組合斜角滾珠軸承裝置方面，揭示一種四列背面組合的斜角滾珠軸承裝置。

四列背面組合的斜角滾珠軸承裝置，係如第2圖所示，將四列的斜角滾珠軸承41至44分為在前部及後部各兩列，且排列成前部的斜角滾珠軸承41,42的接觸角α 1,α 2與後部的斜角滾珠軸承43,44的接觸角α 3,α 4彼此相向。

[先前技術文獻] (專利文獻)

(專利文獻1)日本特開2011-52714號公報

然而，近年來，工作機械的主軸裝置1的主軸3除了要求高速性、高剛性、高精度之外，還要求要小型化，以其方法而言，有的例子係減少使用於主軸3之斜角滾珠軸承的列數。

例如，有將第2圖之四列背面組合的軸承排列，改為如第1圖所示之三列背面組合，並縮短主軸長度之情況、或者重新以三列背面組合進行主軸設計之情況等。

工作機械的主軸為了實現高速性、高剛性、高精度，大多將斜角滾珠軸承組合成接觸角彼此相向，且施加預壓。預壓在接觸角相對向的軸承群之間要平衡，所以在例如第1圖所示之三列背面組合般，斜角滾珠軸承41至43的列數在前部及後部不同之情況，亦即前部為斜角滾珠軸承41,42之兩列，後部為斜角滾珠軸承43之一列的情況，列數較少之後部側(三列背面組合之一列側)的斜角滾珠軸承43會承受較大的負荷。

例如，就表1所示的具體的軸承的各項數據進行比較，相對於前部的斜角滾珠軸承41,42的最大接觸面壓(MPa)為1600，後部側的斜角滾珠軸承43的最大接觸面壓(MPa)為2000。

如表1，將列數較少的後部側的斜角滾珠軸承43與列數較多的前部側的斜角滾珠軸承41,42的最大接觸面壓相比較，可知列數較少的後部側的斜角滾珠軸承43之最大接觸面壓變得比列數較多的前部側的斜角滾珠軸承41,42大，所以列數較少的後部側的斜角滾珠軸承43之發熱會變得比列數較多的前部側的斜角滾珠軸承41,42大。

又，一般而言，工作機械的主軸必須要有相對於施加於前部的加工負荷之剛性，所以將列數較多之側的斜角滾珠軸承配置在前部，列數較少之側的斜角滾珠軸承配置在後部。

在工作機械的主軸中成為主流之內建馬達(built-in motor)式主軸(在主軸的內部搭載馬達)之情況，係 將內建馬達配置在列數較少之後部的斜角滾珠軸承的附近。近年來，由於工作機械主軸之小型化，列數較少之後部的斜角滾珠軸承與內建馬達之距離越來越近。

內建馬達式主軸，其馬達部會隨著運轉而發熱，所以在其附近所使用之列數較少之後部的斜角滾珠軸承，不只承受較大的負荷，也會大幅承受到由於熱所造成的影響。亦即，除了最大接觸面壓變大而造成之發熱，還有來自馬達的放熱，因此軸承溫度的問題會變得不理想。

因此，本發明的課題在於：在將具有接觸角之斜角滾珠軸承以背面組合方式排列三列以上，且斜角滾珠軸承的列數為前部與後部不同之多列組合斜角滾珠軸承裝置中，抑制列數較少之側的斜角滾珠軸承的發熱，以謀求防止燒損及增長壽命。

為了解決上述的課題，本發明係一種多列組合斜角滾珠軸承裝置，其係在將具有接觸角之斜角滾珠軸承以前部及後部為背面組合之方式排列三列以上，且斜角滾珠軸承的列數為在前部與後部不同者，其中，列數較多之側的斜角滾珠軸承的轉動體為鋼製，列數較少之側的斜角滾珠軸承的轉動體為陶瓷製。

另外，將列數較少之側的斜角滾珠軸承的轉動體徑Da’相對於列數較多之側的斜角滾珠軸承的轉動體徑Da設為Da<Da’≦1.5‧Da。

另外，將列數較少之側的斜角滾珠軸承的 接觸角α’°，相對於列數較多之側的斜角滾珠軸承的接觸角α°設為α°<α’°≦(α+30)°。

另外，列數較多之側的斜角滾珠軸承的保持器為聚醯胺(polyamide)樹脂製，列數較少之側的斜角滾珠軸承的保持器為酚(phenol)樹脂或PEEK樹脂製。

如本發明，使後部側的斜角滾珠軸承的轉動體為陶瓷球時，因為陶瓷球與鋼球相比較較輕量且線膨脹係數較小，所以可謀求減低發熱及防止燒損。

又，在使後部側的斜角滾珠軸承的轉動體為陶瓷球，並使陶瓷球的轉動體徑Da’在前部側的斜角滾珠軸承的轉動體徑Da的1.5倍以內之情況(Da<Da’≦1.5‧Da)，後部側的斜角滾珠軸承的基本動額定負荷會提高，而可謀求增長壽命，最大接觸面壓也會降低，而可謀求減低發熱及防止燒損。

又，在使後部側的斜角滾珠軸承的接觸角α’比兩列側的斜角滾珠軸承的接觸角α大，亦即α°<α’°≦(α+30)°之情況，由於後部側的斜角滾珠軸承的最大接觸面壓會減低，所以可謀求減低發熱及防止燒損。

又，使後部側的斜角滾珠軸承的保持器為耐熱性良好的酚樹脂或PEEK樹脂製時，可防止燒損。

1‧‧‧主軸裝置

2‧‧‧軸承外殼

2a、3a‧‧‧段部

3‧‧‧主軸

4‧‧‧前側軸承

5‧‧‧後側軸承

6‧‧‧內建馬達

7‧‧‧內輪固定螺帽

8‧‧‧外輪壓蓋

12‧‧‧轉子

13‧‧‧定子

19‧‧‧內輪隔圈

20‧‧‧外輪隔圈

41、42、43‧‧‧斜角滾珠軸承

41a、42a、43a‧‧‧內輪

41b、42b、43b‧‧‧外輪

Da、Da’‧‧‧轉動體徑

α 1至α 4‧‧‧接觸角

第1圖係將三列背面組合的斜角滾珠軸承裝置使用於 前側軸承之工作機械的主軸裝置的斷面圖。

第2圖係將四列背面組合的斜角滾珠軸承裝置使用於前側軸承之工作機械的主軸裝置的斷面圖。

以下，根據隨附的圖式來說明本發明的實施形態。

本發明之多列組合斜角滾珠軸承裝置係使用作為例如第1圖所示之工作機械的主軸裝置1的主軸3的前側軸承。

工作機械的主軸裝置1，係在軸承外殼(housing)2內，利用前側軸承4及後側軸承5將主軸3支持成旋轉自如，且由設於主軸3的中間部之內建馬達6將主軸3旋轉驅動者。

前側軸承4係支持主軸3的前端側者，由多列組合斜角滾珠軸承裝置所構成。後側軸承5係支持主軸3的後端側者，在第1圖之情況係由單列的斜角滾珠軸承所構成。

前側軸承4係將三列的斜角滾珠軸承41,42,43在前部及後部分為兩列及一列而成之三列背面組合斜角滾珠軸承裝置，且係組合成前部的斜角滾珠軸承41,42的接觸角α 1,α 2與後部的斜角滾珠軸承43的接觸角α 3彼此相向。

作為前側軸承4之多列斜角滾珠軸承裝置的各內輪41a,42a,43a，係藉由內輪固定螺帽7的鎖緊而 在主軸3的段部3a與內輪固定螺帽7之間鎖緊固定在主軸3。

前側軸承4的各外輪41b,42b,43b，係藉由外輪壓蓋8的螺栓等的鎖緊，而定位固定在軸承外殼2的段部2a與外輪壓蓋8之間。

在前側軸承4的斜角滾珠軸承41,42,43之間，間隔著有內輪隔圈19及外輪隔圈20，且藉由使此等內輪隔圈19及外輪隔圈20的寬度不同，而對多列斜角滾珠軸承裝置施加固定位置預壓。

內建馬達6係由固定於主軸3之轉子12、以及與該轉子12相對向而設於軸承外殼2的內周之定子13所構成。

在前部為兩列斜角滾珠軸承41,42，後部為一列斜角滾珠軸承43之情況，因為列數較少之後部側的斜角滾珠軸承43承受較大的負荷，而列數較少之後部側的斜角滾珠軸承43的發熱會變得比列數較多之前部側的斜角滾珠軸承41,42大，所以本發明為了抑制列數較少之側的斜角滾珠軸承43之發熱，以謀求防止燒損及增長壽命，而採用如下的手段。

第一手段係如表2所示，在前部側的斜角滾珠軸承41,42的轉動體為鋼球之情況，將後部側的斜角滾珠軸承43設為陶瓷球。

如表2所示，雖然後部側的斜角滾珠軸承43的轉動體為陶瓷球之情況與表1的鋼球之情況的最大接 觸面壓同等，但因為陶瓷球與鋼球相比較係較輕量且線膨脹係數較小，所以可謀求減低發熱及防止燒損。

另外，如表3所示，在使後部側的斜角滾珠軸承43的轉動體為陶瓷球，並再使陶瓷球的轉動體徑Da’成為表2中的陶瓷球的轉動體徑Da的1.5倍之情況(Da<Da’≦1.5‧Da)，一列之後部側的斜角滾珠軸承43的基本動額定負荷會提高，而可謀求增長壽命，最大接觸面壓也會降低，而可謀求減低發熱及防止燒損。

又，表4、表5中，係使Da’>1.5‧Da、Da’=1.8‧Da，所以似乎可期待會有與表3的情況一樣的效果，但在表4、表5的範圍中，係Da’相對於Da又更加大，而且增加尺寸上限的限制，以使Da’收入軸承空間內，因而，結果不得不使Da變小。因此，表4、表5之情況會使得兩列側之斜角滾珠軸承41,42的額定負荷降低、以及最大接觸面壓上升。

又，表6係使後部側的斜角滾珠軸承43的接觸角α 3比兩列側的斜角滾珠軸承41,42的接觸角α 1,α 2大之例，亦即(α 1,α 2)°<α 3°≦[(α 1,α 2)+30]°之情況，由於後部側的斜角滾珠軸承43的最大接觸面壓比表1之情況減低，所以可謀求減低發熱及防止燒損。

此外，在以往的斜角滾珠軸承中，一般而言係使用在成本面有利之聚醯胺樹脂製的射出成形保持器。然而，在如同上述情況之後部側的斜角滾珠軸承般，會承受較大的負荷且會承受到附近的內建馬達之放熱的影響之情況，可藉由使用酚樹脂製、或PEEK樹脂製保持器來防止燒損。

2‧‧‧軸承外殼

2a、3a‧‧‧段部

3‧‧‧主軸

4‧‧‧前側軸承

5‧‧‧後側軸承

6‧‧‧內建馬達

7‧‧‧內輪固定螺帽

8‧‧‧外輪壓蓋

12‧‧‧轉子

13‧‧‧定子

19‧‧‧內輪隔圈

20‧‧‧外輪隔圈

41、42、43‧‧‧斜角滾珠軸承

41a、42a、43a‧‧‧內輪

41b、42b、43b‧‧‧外輪

α 1至α 3‧‧‧接觸角

Claims (5)

1. 一種多列組合斜角滾珠軸承裝置，其係將具有接觸角(α 1、α 2、α 3)之三列以上的斜角滾珠軸承(41、42、43)以前部及後部列數不同，且前部列的列數比後部列的列數更多並將前部列與後部列予以背面組合而排列而成者，其中，列數較多之前部列的斜角滾珠軸承(41、42)的轉動體為鋼製，列數較少之後部列的斜角滾珠軸承(43)的轉動體為陶瓷製。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多列組合斜角滾珠軸承裝置，其中，將列數較少之後部列的斜角滾珠軸承(43)的轉動體徑Da’相對於列數較多之前部列的斜角滾珠軸承(41、42)的轉動體徑Da設為Da<Da’≦1.5‧Da。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之多列組合斜角滾珠軸承裝置，其中，將列數較少之後部列的斜角滾珠軸承(43)的接觸角α’°(α 3)，相對於列數較多之前部列的斜角滾珠軸承(41、42)的接觸角α°(α 1、α 2)設為α°<α’°≦(α+30)°。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之多列組合斜角滾珠軸承裝置，其中，前述斜角滾珠軸承(41、42、43)具備保持器，列數較多之前部列的斜角滾珠軸承(41、42)的保持器為聚醯胺樹脂製，列數較少之後部列的斜角滾珠軸承(43)的保持器為酚樹脂或PEEK樹脂製。
5. 一種工作機械主軸用軸承裝置，其係使用申請專利範圍第1至4項中任一項所述之多列組合斜角滾珠軸承裝置來作為主軸(3)的前側軸承(4)。

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