WO2007010926A1 - 転がり軸受の潤滑装置 - Google Patents

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rolling bearing
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Mitsuo Sasabe
Masatsugu Mori
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    • F16N2210/00—Applications
    • F16N2210/14—Bearings

Definitions

  • the present invention relates to a rolling bearing lubrication device having an inner ring cooling function.
  • the temperature of the inner ring is higher than that of the outer ring due to a processing load or the like. For this reason, the bearing preload becomes excessive due to the difference in thermal expansion between the inner ring and the outer ring due to this temperature difference, and there is a problem that the bearing life is shortened.
  • the cooling oil supplied by the cooling oil supply device is discharged from one end in the axial direction of the rolling bearing to the inner ring of the rotating wheel, and this cooling oil is discharged from one end of the inner ring.
  • a seal part is provided opposite to the outer diameter surface with a gap, and a part of the cooling oil flows into the bearing from the gap of the seal part as a lubricating oil, and the cooling function of the inner ring can be achieved without providing a separate cooling device.
  • a lubricating device for a rolling bearing that is also provided (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-360828 (Fig. 5-7)
  • an object of the present invention is to reduce the agitation resistance of cooling oil associated with high-speed rotation of the rolling bearing in a rolling bearing lubrication device having an inner ring cooling function.
  • the present invention provides a cooling oil supplied from a cooling oil supply device. Is discharged from one axial end of the rolling bearing to the inner ring of the rotating wheel, and this cooling oil is discharged. A seal portion is provided opposite to the outer diameter surface on one end side of the inner ring with a gap, and one end of the inner ring is provided.
  • the outer diameter surface of the inner ring Adopted a configuration in which the gap between the seal and the seal part is 0.2 mm or less.
  • the inventors of the present invention have variously changed the gap ⁇ between the outer diameter surface of the inner ring and the seal portion so that the gap
  • the cooling oil supplied from the cooling oil supply device is discharged from the axial end of the rolling bearing to the inner ring of the rotating wheel, and the outer side of one end of the inner ring from which the cooling oil is discharged is discharged.
  • a seal portion is provided to face the radial surface with a gap, and a part of the cooling oil discharged to one end side of the inner ring is used as lubricating oil from the gap between the outer diameter surface of the inner ring and the seal portion to the inside of the bearing.
  • a configuration is also adopted in which an oil groove extending in the circumferential direction is provided on the inner diameter surface of the seal portion facing the outer diameter surface of the inner ring.
  • the sealing performance is improved, and the amount of cooling oil flowing into the bearing is stabilized.
  • the amount of cooling oil agitation resistance associated with high-speed rotation of rolling bearings can be reduced.
  • the clearance between the outer diameter surface of the inner ring where a part of the cooling oil flows into the bearing as the lubricating oil and the seal portion is 0.2 mm or less.
  • the amount of cooling oil flowing into the water can be stably suppressed to a small amount, and the stirring resistance of the cooling oil accompanying the high-speed rotation of the rolling bearing can be reduced.
  • the rolling bearing lubrication device of the present invention includes an inner portion of the seal portion facing the outer diameter surface of the inner ring.
  • a structure with an oil groove extending in the circumferential direction on the radial surface is also adopted to improve the sealing performance, so that the amount of cooling oil flowing into the bearing can be stably kept to a small amount, and the rolling bearing can be rotated at high speed. The stirring resistance of the cooling oil can be reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a spindle device employing a rolling bearing lubrication device according to the present invention and a cooling oil supply device connected thereto.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing part A of the lubricating device in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of part B of the lubricating device of FIG.
  • FIG. 1 shows a spindle device of a machine tool that employs a rolling bearing lubrication device according to the present invention.
  • This spindle device has a tool or workpiece chuck attached to the end, and is driven by a motor (not shown).
  • the main shaft 20 to be moved is supported by an anguilla ball bearing 1 which is two rolling bearings incorporated in the bearing housing 21 in the axial direction apart from each other.
  • a cooling oil supply device 30 that supplies cooling oil for cooling the bearing housing 21 and the inner ring 2 of the angular ball bearing 1 is connected to the spindle device.
  • a counter bore 3b is provided on the inner diameter surface of the outer ring 3, and on the outer diameter surface of the inner ring 2 on the rear side, a tapered surface 2b that expands toward the raceway surface 2a is provided, and the end surface extends in the circumferential direction.
  • a circumferential groove 6 is provided.
  • the bearing box 21 has a double structure of an inner box 21a and an outer box 21b, and the inner ring 2 of the two angular ball bearings 1 has an inner ring spacer 22 therebetween. It is fitted on the main shaft 20 with an intervening space, and both sides are fixed with inner ring retainers 23. Further, the two outer rings 3 with the outer ring spacer 24 interposed therebetween are brought into contact with the end face on the back side of the cooling oil introduction member 11 constituting the lubricating device according to the present invention, and are fitted in the inner box 21a. Both sides are fixed with outer ring pressers 25.
  • a cooling oil circulation path 31 is formed between the inner box 21a and the outer box 21b of the bearing box 21, and the cooling oil circulated and supplied from the cooling oil supply device 30 through the supply path 32 and the return path 33 is
  • the cooling oil circulation path 31 is supplied through an introduction hole 34a and a discharge hole 34b provided on the outer diameter surface of the outer box 21b.
  • the supply path 32 of the cooling oil supply device 30 is provided with a branch supply path 32a through which a pressure regulating valve 35 and an oil filter 36 are interposed, and each of the supply paths 32 provided on both end faces of the inner box 21a.
  • Cooling oil is supplied to the introduction hole 37.
  • the cooling oil supplied to each introduction hole 37 is introduced into the cooling oil introduction member 11 and, as will be described later, after being used for lubrication inside the bearing of each angular contact ball bearing 1 and cooling of the inner ring 2, the inner box 2
  • the oil is collected in an oil recovery path 38 provided below la and returned to the cooling oil supply device 30 by an oil pump 39.
  • the cooling oil introduction member 11 abutted against the rear end face of the outer ring 3 is fitted into the inner box 21a and is introduced into the introduction hole 37 of the inner box 21a. ib is provided, and a nozzle 12 for discharging cooling oil to the circumferential groove 6 of the inner ring 2 is provided at the tip thereof.
  • a nozzle 12 for discharging cooling oil to the circumferential groove 6 of the inner ring 2 is provided at the tip thereof.
  • it projects between the inner ring 2 and the cage 5 to taper the inner ring 2.
  • An overhanging portion 11a that forms a seal portion 13 that faces the surface 2b with a gap ⁇ is provided, and an oil storage space 14a is formed around the circumferential groove 6 by the overhanging portion 11a.
  • a part of the cooling oil discharged to the circumferential groove 6 to cool the inner ring 2 is guided through the gap of the seal portion 13 along the tapered surface 2b by the centrifugal force accompanying the rotation of the inner ring 2, and the seal portion Flows from 13 into the bearing as lubricating oil.
  • the gap ⁇ between the outer diameter tapered surface 2b of the inner ring 2 and the inner diameter surface of the overhanging portion 11a at the seal portion 13 is set to 0.2 mm in order to keep the amount of cooling oil flowing into the bearing small. ing.
  • two oil grooves 16 extending in the circumferential direction are provided on the inner diameter surface of the overhanging portion 11a, so that the sealing performance is good and the inflow amount of cooling oil into the bearing is stably suppressed to a small amount. It becomes.
  • the cooling oil introduction member 11 is provided with a discharge hole 11c communicating with the oil storage space 14b and a discharge groove l id communicating with the interior of the bearing along the end surface of the outer ring 3. Yes. Further, at the lower part of the inner box 21a, there are provided discharge holes 40a and 40b for communicating the discharge hole 11c and the discharge groove l id to the oil recovery path 38, respectively. Therefore, the cooling oil that cools the inner ring 2 and accumulates in each oil storage space 14b is recovered in the oil recovery passage 38 through the discharge holes llc and 40a, and a part of the cooling oil lubricated inside the bearing is discharged in the discharge groove l. It is recovered in the oil recovery path 38 through id, the discharge hole 40b and the oil drain hole 40c on the back side of the bearing.
  • the inflow amount Q of the cooling oil discharged from the nozzle 12 flowing from the seal portion 13 into the bearing as the lubricating oil was measured.
  • the diameter of the main shaft 20 (inner diameter of the anguilla ball bearing 1) was 70 mm, the rotation speed was 30000 rpm, and the cooling oil discharge from the nozzle 12 was 0.6 liter Z.
  • Fig. 4 shows the measurement results of the inflow amount Q of the cooling oil.
  • the inflow amount Q of the cooling oil tends to level off when the gap ⁇ is less than 0.2 mm, and increases rapidly when the gap ⁇ exceeds 0.2 mm. Therefore, by setting the clearance ⁇ of the seal part to 0.2 mm or less, the amount Q of cooling oil flowing into the bearing can be stably suppressed to a small amount. The stirring resistance of the cooling oil accompanying the high-speed rotation of the bearing can be reduced.
  • the temperature rise of the inner ring cooled by the cooling oil is about 60 ° C even when the bearing rotates at the highest level of 55000rpm, and its radial expansion is about 0.09mm. Even when a rolling bearing is used at such a high speed rotation, if the clearance ⁇ is set to a value close to the upper limit of 0.2 mm, a clearance for allowing a part of the cooling oil to flow into the bearing as lubricating oil is reduced. Can be kept.
  • the rolling bearing is an angular ball bearing.
  • the lubricating device for a rolling S-ring bearing according to the present invention is also applicable to other rolling bearings such as a deep groove ball bearing roller bearing. Togashi.

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Abstract

 内輪の冷却機能を兼ね備えた転がり軸受の潤滑装置において、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減することである。  アンギュラ玉軸受１の背面側に、内輪２の端面の円周溝６へ冷却油を吐出するノズル１２を設けた冷却油導入部材１１を配設して、冷却油導入部材１１の張り出し部１１ａでテーパ面２ｂと隙間を持って対向するシール部１３を形成し、このシール部１３の隙間δを０．２ｍｍ以下に設定することにより、シール部１３から軸受内部への冷却油の流入量を少量に抑え、アンギュラ玉軸受１の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減できるようにした。

Description

明 細 書
転がり軸受の潤滑装置
技術分野
[0001] 本発明は、内輪の冷却機能を兼ね備えた転がり軸受の潤滑装置に関する。
背景技術
[0002] 工作機械の主軸等のように高速回転する回転軸を支持する転がり軸受では、加工 負荷等によって内輪の温度が外輪よりも高くなる。このためこの温度差に伴う内輪と 外輪の熱膨張差によって軸受の予圧が過大となり、軸受寿命が短くなる問題がある。
[0003] このような問題に対して、冷却油供給装置力 供給される冷却油を転がり軸受の軸 方向一端側から回転輪の内輪に吐出し、この冷却油が吐出される内輪の一端側の 外径面と隙間を持って対向するシール部を設けて、冷却油の一部をこのシール部の 隙間から軸受内部へ潤滑油として流入させ、別途の冷却装置を設けることなく内輪 の冷却機能を兼ね備えるようにした転がり軸受の潤滑装置がある (例えば、特許文献 1参照)。
[0004] 特許文献 1：特開 2004— 360828号公報（第 5 - 7図）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 特許文献 1に記載された転がり軸受の潤滑装置では、内輪の外径面とシール部と の隙間が大きくなると、潤滑油として軸受内部へ流入する冷却油の量が多くなる。し 力しながら、工作機械の主軸等のように毎分 1万回転以上の高速で回転する回転軸 を支持する転がり軸受では、軸受内部へ流入する冷却油の量が多くなると、転がり軸 受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗が増大して、動力損失が大きくなる問題があ る。
[0006] そこで、本発明の課題は、内輪の冷却機能を兼ね備えた転がり軸受の潤滑装置に おいて、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減することである。 課題を解決するための手段
[0007] 上記の課題を解決するために、本発明は、冷却油供給装置から供給される冷却油 を転がり軸受の軸方向一端側から回転輪の内輪に吐出し、この冷却油が吐出される 内輪の一端側の外径面と隙間を持って対向するシール部を設けて、前記内輪の一 端側に吐出される冷却油の一部を、この内輪の外径面とシール部との隙間から軸受 内部へ潤滑油として流入させるようにした転がり軸受の潤滑装置において、前記内 輪の外径面とシール部との隙間を 0. 2mm以下とした構成を採用した。
[0008] 本発明者らは、前記内輪の外径面とシール部との隙間 δを種々変化させて、隙間
δ力 軸受内部への冷却油の流入量 Qを測定した。この結果、後の図 4に示すように 、冷却油の流入量 Qは、隙間 δが 0. 2mm以下では少量で横ばい傾向になり、隙間 δが 0. 2mmを超えると急激に増加することを見出した。この測定結果に基づいて、 内輪の外径面とシール部との隙間を 0. 2mm以下とすることにより、軸受内部への冷 却油の流入量を安定して少量に抑え、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌 抵抗を低減できるようにした。
[0009] また、本発明は、冷却油供給装置から供給される冷却油を転がり軸受の軸方向一 端側から回転輪の内輪に吐出し、この冷却油が吐出される内輪の一端側の外径面と 隙間を持って対向するシール部を設けて、前記内輪の一端側に吐出される冷却油 の一部を、この内輪の外径面とシール部との隙間から軸受内部へ潤滑油として流入 させるようにした転がり軸受の潤滑装置において、前記内輪の外径面と対向するシー ル部の内径面に、周方向へ延びる油溝を設けた構成も採用した。
[0010] すなわち、前記内輪の外径面と対向するシール部の内径面に、周方向へ延びる油 溝を設けることにより、シール性を良好にし、軸受内部への冷却油の流入量を安定し て少量に抑え、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減できるように した。
発明の効果
[0011] 本発明の転がり軸受の潤滑装置は、冷却油の一部が潤滑油として軸受内部へ流 入する内輪の外径面とシール部との隙間を 0. 2mm以下としたので、軸受内部への 冷却油の流入量を安定して少量に抑え、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹 拌抵抗を低減することができる。
[0012] また、本発明の転がり軸受の潤滑装置は、内輪の外径面と対向するシール部の内 径面に周方向へ延びる油溝を設けた構成も採用し、シール性を良好にすることで、 軸受内部への冷却油の流入量を安定して少量に抑え、転がり軸受の高速回転に伴 う冷却油の撹拌抵抗を低減することができる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明に係る転がり軸受の潤滑装置を採用したスピンドル装置とこれに接続さ れた冷却油供給装置を示す構成図
[図 2]図 1の潤滑装置の A部を拡大して示す断面図
[図 3]図 1の潤滑装置の B部を拡大して示す断面図
[図 4]シール部の隙間 δと軸受内部への冷却油の流入量 Qの関係を測定した結果を 示すグラフ
符号の説明
[0014] 1 アンギユラ玉軸受
2 内輪
3 外輪
2a、 3a 軌道面
2b テーノヽ ϋί
3b カウンタボア
4 ボーノレ
5 保持器
6 円周溝
11 冷却油導入部材
11a 張り出し部
l ib 導入孔
11c 排出孔
l id 排出溝
l ie 連通孔
12 ノズル
13 シーノレ部 14a、 14b 貯油空間
15 蓋部材
16 油溝
20 主軸
21 軸受箱
21a 内箱
21b 外箱
22 内輪間座
23 内輪押さえ
24 外輪間座
25 外輪押さえ
30 冷却油供給装置
31 冷却油循環路
32 供給経路
32a 分岐供給経路
33 戻り経路
34a 導入孔
34b 排出孔
35 圧力調整弁
36 油濾過器
37 導入孔
38 油回収路
39 油ポンプ
40a, 40b 排出孔
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図 1は、本発明に係る転がり 軸受の潤滑装置を採用した工作機械のスピンドル装置を示す。このスピンドル装置 は、端部に工具またはワークのチャックが取り付けられ、モータ（図示省略)で回転駆 動される主軸 20が、軸受箱 21に軸方向で離して組み込まれた 2つの転がり軸受であ るアンギユラ玉軸受 1で支持されている。また、スピンドル装置には、後述するように、 軸受箱 21とアンギユラ玉軸受 1の内輪 2を冷却する冷却油を供給する冷却油供給装 置 30が接続されている。
[0016] 図 2に示すように、前記アンギユラ玉軸受 1は、内輪 2と外輪 3の各軌道面 2a、 3a間 にボール 4が保持器 5で保持され、内輪 2にアキシアル荷重が負荷される正面側で、 外輪 3の内径面にカウンタボア 3bが設けられ、背面側の内輪 2の外径面に軌道面 2a 側へ拡径するテーパ面 2bが設けられるとともに、その端面に周方向へ延びる円周溝 6が設けられている。
[0017] 図 1に示したように、前記軸受箱 21は、内箱 21aと外箱 21bの二重構造とされ、 2つ のアンギユラ玉軸受 1の内輪 2は、間に内輪間座 22を介在させて主軸 20に外嵌され 、両側を内輪押さえ 23で固定されている。また、間に外輪間座 24を介在させた 2つ の外輪 3は、本発明に係る潤滑装置を構成する冷却油導入部材 11を背面側の端面 に当接され、内箱 21aに内嵌されて両側を外輪押さえ 25で固定されている。
[0018] 前記軸受箱 21の内箱 21aと外箱 21bの間には冷却油循環路 31が形成され、冷却 油供給装置 30から供給経路 32と戻り経路 33で循環供給される冷却油が、外箱 21b の外径面に設けられた導入孔 34aと排出孔 34bを通して冷却油循環路 31に供給さ れるようになっている。
[0019] また、前記冷却油供給装置 30の供給経路 32には、圧力調整弁 35と油濾過器 36 を介在させた分岐供給経路 32aが設けられ、内箱 21aの両端面に設けられた各導入 孔 37に冷却油が供給されるようになっている。各導入孔 37に供給される冷却油は冷 却油導入部材 11へ導入され、後述するように、各アンギユラ玉軸受 1の軸受内部の 潤滑と内輪 2の冷却に使用された後、内箱 2 laの下側に設けられた油回収路 38に回 収され、油ポンプ 39で冷却油供給装置 30に戻される。
[0020] 図 2に示したように、前記外輪 3の背面側端面に当接された冷却油導入部材 11は 内箱 21aに内嵌され、内箱 21aの導入孔 37に連通する導入孔 l ibが設けられて、そ の先端に内輪 2の円周溝 6に冷却油を吐出するノズル 12が設けられている。また、冷 却油導入部材 11の前面側には、内輪 2と保持器 5の間へ張り出して内輪 2のテーパ 面 2bと隙間 δを持って対向するシール部 13を形成する張り出し部 11aが設けられ、 この張り出し部 11aで円周溝 6の周りに貯油空間 14aが形成されている。円周溝 6に 吐出されて内輪 2を冷却した大部分の冷却油は貯油空間 14aに溜まり、冷却油導入 部材 11に設けられた連通孔 l ieから、その後面側に取り付けられた蓋部材 15で密 閉された貯油空間 14bへ移動する。
[0021] 前記円周溝 6へ吐出されて内輪 2を冷却した冷却油の一部は、内輪 2の回転に伴う 遠心力によりテーパ面 2bに沿ってシール部 13の隙間を導かれ、シール部 13から軸 受内部へ潤滑油として流入する。シール部 13での内輪 2の外径テーパ面 2bと張り出 し部 11aの内径面との隙間 δは、軸受内部への冷却油の流入量を少量に抑えるた めに 0. 2mmに設定されている。また、張り出し部 11aの内径面には、周方向へ延び る 2本の油溝 16が設けられ、シール性を良好にし、軸受内部への冷却油の流入量が 安定して少量に抑えられるようになって 、る。
[0022] 図 3に示すように、前記冷却油導入部材 11には、貯油空間 14bに連通する排出孔 11cと、外輪 3の端面に沿って軸受内部に連通する排出溝 l idが設けられている。ま た、内箱 21aの下部には、これらの排出孔 11cと排出溝 l idとを、それぞれ油回収路 38に連通する排出孔 40a、 40bが設けられている。したがって、内輪 2を冷却して各 貯油空間 14bに溜まった冷却油は、排出孔 l lc、 40aを通して油回収路 38に回収さ れ、軸受内部を潤滑した一部の冷却油は、排出溝 l idと排出孔 40b及び軸受背面 側排油穴 40cを通して油回収路 38に回収される。
実施例
[0023] 図 2に示したシール部 13の隙間 δを変化させ、ノズル 12から吐出される冷却油のう ちシール部 13から軸受内部へ潤滑油として流入する流入量 Qを測定した。主軸 20 の直径（アンギユラ玉軸受 1の内径）は 70mm、その回転速度は 30000rpmとし、ノズ ル 12からの冷却油の吐出量は 0. 6リットル Z分とした。
[0024] 上記冷却油の流入量 Qの測定結果を図 4に示す。この測定結果からも分力るように 、冷却油の流入量 Qは、隙間 δが 0. 2mm以下では少量で横ばい傾向になり、隙間 δが 0. 2mmを超えると急激に増加する。したがって、シール部の隙間 δを 0. 2mm 以下に設定することにより、軸受内部への冷却油の流入量 Qを安定して少量に抑え 、軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減することができる。
[0025] なお、冷却油で冷却される内輪の温度上昇は、軸受が最高レベルの 55000rpmで 高速回転しても 60°C程度であり、その半径膨張量は約 0. 09mmであるので、このよ うな高速回転で転がり軸受が使用される場合であっても、隙間 δを 0. 2mmの上限に 近い値に設定すれば、冷却油の一部を潤滑油として軸受内部へ流入させる隙間を ½保することができる。
[0026] 上述した実施形態では、転がり軸受をアンギユラ玉軸受としたが、本発明に係る転 力 Sり軸受の潤滑装置は、深溝玉軸受ゃころ軸受等の他の転がり軸受にも適用するこ とがでさる。

Claims

請求の範囲
[1] 冷却油供給装置から供給される冷却油を転がり軸受の軸方向一端側から回転輪の 内輪に吐出し、この冷却油が吐出される内輪の一端側の外径面と隙間を持って対向 するシール部を設けて、前記内輪の一端側に吐出される冷却油の一部を、この内輪 の外径面とシール部との隙間から軸受内部へ潤滑油として流入させるようにした転が り軸受の潤滑装置において、前記内輪の外径面とシール部との隙間を 0. 2mm以下 としたことを特徴とする転がり軸受の潤滑装置。
[2] 冷却油供給装置から供給される冷却油を転がり軸受の軸方向一端側から回転輪の 内輪に吐出し、この冷却油が吐出される内輪の一端側の外径面と隙間を持って対向 するシール部を設けて、前記内輪の一端側に吐出される冷却油の一部を、この内輪 の外径面とシール部との隙間から軸受内部へ潤滑油として流入させるようにした転が り軸受の潤滑装置において、前記内輪の外径面と対向するシール部の内径面に、周 方向へ延びる油溝を設けたことを特徴とする転がり軸受の潤滑装置。
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