CN107366682A - 滚动轴承装置 - Google Patents
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Abstract
滚动轴承装置包括：轴承，该轴承包括内环、外环、多个滚珠以及保持器；以及供油单元(40)，与轴承轴向相邻地设置。供油单元(40)包括：容器(42)，在容器中蓄积润滑油；以及泵(43)，接收容器(42)中的润滑油并将润滑油供给到轴承。容器(42)设有用于润滑油的保持材料(50)，保持材料具有微孔隙。保持材料(50)包括：第一保持部(51)，第一保持部被设置在容器(42)的出口(47)侧上的区域(K1)中；和第二保持部(52)，第二保持部被设置在除了该区域(K1)以外的部分中且具有比第一保持部(51)的孔隙率高的孔隙率。
Description
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承装置，该滚动轴承装置包括轴承和与该轴承轴向相邻地设置的供油单元。
背景技术
近年来，为了提高加工效率和生产效率，已经要求各种机床的主心轴加速。当主心轴高速旋转时，在支撑主心轴的轴承方面，润滑能力尤其成为问题。鉴于此，已经提出了一种设置在与轴承轴向相邻的供油单元中的滚动轴承装置(参见日本专利申请公布特开2004-108388(JP 2004-108388A))。该供油单元包括：容器，润滑油被蓄积在该容器中；泵，该泵被构造成将容器中的润滑油排出到内环和外环之间的环形空间等。
发明内容
在这样的滚动轴承装置中，润滑油蓄积到其中的容器和轴承被设置在心轴和壳体之间的小的环形空间中，因此容器的容量受到限制。因此，为了使供油单元长时段起作用，需要抑制润滑油的过量供给(浪费性消耗)。
然而，在常规构造中，只有润滑油被填充到容器的内部空间中，因此特别是在容器填充有润滑油的状态下，由于润滑油的势能，比预期更多的润滑油从容器流动到泵，这可导致润滑油无效地消耗。在该情形中，供油单元不能够长时段起作用，这增加了维护的频率，并且在例如机床的情形中，生产效率降低。
鉴于此，本发明提供一种滚动轴承装置，其能够抑制蓄积在容器中的超过预期量的润滑油由于势能而流动到泵中。
本发明的一个方面的滚动轴承装置包括：轴承，所述轴承包括内环、外环、设置在内环和外环之间的多个滚动元件以及保持所述多个滚动元件的保持器；以及供油单元，所述供油单元与所述轴承轴向相邻地设置，并且供油单元包括容器和泵，将润滑油蓄积在所述容器中，所述泵从所述容器接收所述润滑油并将润滑油供给到所述轴承。该容器设置有用于保持润滑油的保持材料。保持材料具有微孔隙。保持材料包括第一保持部和第二保持部，该第一保持部被设置在容器的出口侧上的区域中，该第二保持部被设置在出口侧上的所述区域以外的区域中，并且该第二保持部具有比第一保持部的孔隙率高的孔隙率。
利用该滚动轴承装置，容器中的润滑油被保持在保持材料中，从而使得能够抑制比预期更多量的润滑油由于势能而流动到泵。注意，保持材料的孔隙率应当是高的，以便确保容器的大容量(在容器中蓄积润滑油的能力)。然而，在该情形中，润滑油容易受到势能的影响。在这方面，如果整个保持材料形成为具有低孔隙率，则润滑油能够几乎不受势能的影响，但是容器的容量减小。鉴于此，对于本发明的滚动轴承装置，在容器的出口侧上设置具有低孔率的第一保持部，使得容器中的润滑油的消耗量能够几乎不受容器中的润滑油的势能的影响。此外，由于具有高孔隙率的第二保持部被设置在出口侧上的所述区域以外的区域中，所以能够防止容器的容量减小。结果，即使容器的容量受到限制，也能够防止润滑油的过多消耗，并且能够使供油单元长时段运转。
此外，保持材料可以由多孔元件制成。这使得能够将润滑油渗入到容器中的多孔元件中，以便将润滑油保持在其中。此外，第一保持部可以具有比第二保持部的平均孔隙直径小的平均孔隙直径。因此，容器中的润滑油的消耗量能够几乎不受容器中的润滑油的势能的影响，并且第一保持部能够起到滤器的作用。此外，第二保持部所占据的容积可以大于第一保持部所占据的容积。这使得能够提高增加容器的容量的功能。
此外，容器的出口和包括在泵中的油室可以通过这样的通道彼此连接，在该通道中，润滑油从出口自由地流动到油室。也就是说，在容器的出口和泵的油室之间没有设置具有防止润滑油从容器自由地流动到泵的功能的止回阀。因此，保持材料的功能特别有效。
此外，填充到容器中的润滑油的油位的高度位置可以设定为等于或低于保持材料的上端。因此，能够使容器中的润滑油的势能对润滑油的消耗量的影响更进一步降低。
根据本发明的该方面，容器中的润滑油被保持在保持材料中，由此能够抑制比预期更多量的润滑油由于势能而流动到泵，并且导致供油单元长时段运转。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优势以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是示意滚动轴承装置的一个实施例的截面图；并且
图2是当从轴向方向观察供油单元时的截面图。
具体实施方式
下文描述本发明的滚动轴承装置的一个实施例。图1是示意滚动轴承装置的一个实施例的截面图。图1所示的滚动轴承装置10(以下也称为轴承装置10)可旋转地支撑在机床中包括的主心轴设备的主心轴(心轴7)，并且被容纳在主心轴设备的轴承壳体8中。在图1中，心轴7和轴承壳体8由交替的双点划线表示。另外，轴承装置10还适用于机床以外的设备。此外，在以下的描述中，将与轴承装置10的中心线C平行的方向称为轴向方向，将与轴向方向垂直的方向称为径向方向。
轴承装置10包括轴承20和供油单元40。轴承20包括内环21、外环22、多个滚珠(滚动元件)23以及保持该多个滚珠23的保持器24，以构成滚珠轴承(滚动轴承)。此外，轴承装置10包括圆筒形内环间隔件17和圆筒形外环间隔件18。
供油单元40作为整体是环面的，并且附接到外环间隔件18的径向内侧，以便在轴向方向上与轴承20相邻地放置。供油单元40具有向轴承20供给油的功能。供油单元40的详细构造和功能将稍后描述。在本实施例中，供油单元40和外环间隔件18分开设置，但也可以一体地设置。在该情形中，供油单元40具有供给油的功能，并且还具有作为外环间隔件的功能。
在本实施例中，外环22、外环间隔件18和供油单元40被不可旋转地附接到轴承壳体8，并且内环21和内环间隔件17与心轴7一起旋转。因此，外环22用作不旋转的固定环，内环21用作与心轴7一起旋转的旋转环。
内环21是与心轴7向外接合的圆筒形构件，并且在其外周上形成有滚道(以下称为内环滚道25)。在本实施例中，内环21和内环间隔件17分开设置，但也可以一体地(不可分离地)设置，但这里未示意。外环22是固定到轴承壳体8的内周表面的圆筒形构件，并且在其内周形成有滚道(以下称为外环滚道26)。在本实施例中，外环22和外环间隔件18分开设置，但也可以一体地(不可分离地)设置，但这里未示出。
滚珠23被设置在内环21和外环22之间，以便在内环滚道25和外环滚道26上滚动。保持器24是环形的，并且在保持器24上沿着保持器24的周向方向形成多个凹口27。滚珠23和保持器24被设置在形成在内环21和外环22之间的环形空间11中。
保持器24作为整体是环形的，并且包括在滚珠23的第一轴向侧(轴向方向的第一侧)上的环形部28a、在滚珠23的第二轴向侧(轴向方向的第二侧)上的环形部28b以及连接环形部28a、28b的多个梁部29。在环形部28a、28b之间且在周向方向上彼此相邻的梁部29、29之间的空间用作凹口27，并且在每一个凹口27中容纳一个滚珠23。利用该构造，保持器24能够在周向方向上以一定间隔保持所述多个滚珠23。
保持器24的在第一轴向侧(供油单元40侧)上的环形部28a能够与外环22的肩部30滑动接触。因此，保持器24通过外环22径向地定位。也就是说，轴承20是被构造成使得保持器24由外环引导(由轴承环引导)的轴承。
保持器24由树脂(例如，酚醛树脂)制成，并且内环21和外环22由诸如轴承钢的钢制成。滚珠23可以由诸如轴承钢的钢制成，或者可以是陶瓷的。
图2是当从轴向方向观察供油单元40时的截面图。供油单元40作为整体具有环面的形状。供油单元40包括容器42和泵43。容器42和泵43设置在被包括在供油单元40中的环形本体部41中。此外，供油单元40包括控制部44和电源部45，并且包括各种传感器，但是这里未示出。
本体部41被附接到外环间隔件18的内周侧，并且具有作为保持泵43等的框架的功能。本体部41是环面的构件，并且具有中空空间，使得泵43、控制部44和电源部45被设置在所述中空空间中。此外，所述中空空间中的一个中空空间用作容器42。由此，包括主体部41、容器42、泵43、控制部44、电源部45等的供油单元40一体地构成。
在图2中，容器42被设置成在其中蓄积润滑油(油)，并且经由管46连接到泵43，使得润滑油流入泵43中。在容器42中设置用于保持润滑油的保持材料50。如稍后将描述的，保持材料50由两种类型的保持部(即，第一保持部51和第二保持部52)构成。
泵43在其中包括压电元件43a，并且当压电元件43a操作时，泵43的油室(内部空间)43b的容积改变，使得油室43b中的润滑油能够被排出到轴承20的环形空间11(参见图1)中。油室43b是在泵43中蓄积润滑油的空间。设置在泵43中的喷嘴(未示出)被连接到油室43b，并且朝轴向方向开口。润滑油作为油滴以初始速度从喷嘴排出。也就是说，油滴从喷嘴飞出。因此，泵43被构造成使得油室43b接收容器42的润滑油，并且油室43b中的润滑油能够被供给到轴承20。泵43的一个操作导致排出几皮升到几纳升的润滑油。电源部45为泵43的操作提供电功率。控制部44能够控制操作泵43的正时。
下文描述容器42中的保持材料50。保持材料50在其整个区域中具有许多连续的微孔隙。本实施例的保持材料50由多孔元件制成，并且具有连续的多孔结构。这使得能够将润滑油渗入到容器42中的由多孔元件制成的保持材料50中，以便将润滑油保持在其中。本实施例的由多孔元件构成的保持材料50由合成树脂(例如，PVA：聚乙烯醇)制成的块体构成。注意，多孔元件不限于合成树脂，并且可以由陶瓷等制成。
容器42具有沿着周向方向形成为细长的圆弧形状。因此，保持材料50也具有与容器42的形状相对应的圆弧形状。容器42的在纵向方向上的一侧上的端部设置有出口47，润滑油从该出口47排出，并且容器42的在纵向方向上的另一侧上的端部设置有供给口48，通过该供给口48补充润滑油以进行维护等。在其中使用包括供油单元40的轴承装置10且中心线C被水平设置的情形中，将出口47放置在容器42中的下部位置处。将供给口48放置在上部位置处。此外，将泵43设置在下部位置处，并且将容器42相对于泵43设置在上部位置处。特别地，泵43的油室43b相对于容器42的出口47设置在下部位置处。
因此，容器42中的润滑油能够由于自重而被引向出口47。注意，在容器42中，润滑油被渗入到保持材料50中，所以朝向出口47的流动受到限制。流动通过出口47的润滑油被供给到泵43的油室43b。虽然在本文中未示意，但是在容器42中形成有空气逃离孔。在本实施例中，供给口48与供油单元40的顶部连通。空气逃离孔设置在供油单元40的顶部中，并且逃离孔和供给口48在轴向方向上并排布置。
容器42设置有作为保持材料50的两种类型的多孔元件。即，保持材料50包括第一保持部51和第二保持部52，第一保持部51和第二保持部52具有彼此不同的特性。第二保持部52具有比第一保持部51的孔隙率高的孔隙率。第一保持部51设置在容器42的出口47侧上的区域K1中，并且第二保持部52设置在容器42的出口47侧上的区域K1以外的区域K2中。第一保持部51和第二保持部52彼此相邻地设置，并且第一保持部51和第二保持部52之间的边界在图2中由双点划线指示。区域K1比区域K2窄。也就是说，第一保持部51仅设置在出口47的附近，并且第二保持部52占据容器42的大部分。
第一和第二保持部51、52每一个由多孔元件制成。例如，第一保持部51能够由A.C.CHEMICAL.,Inc.制造的AC海绵(平均孔隙直径：15微米，孔隙率：75％)制成，并且第二保持部52能够由AION Co.,Ltd.制造的AION PVA海绵A型(“Beruita”A系列：注册商标为“Beruita”)(平均孔隙直径：80微米，孔隙率：89％)制成。保持部51、52能够处于这样的状态，其中对应于其容积的50％或更多的润滑油被吸收(渗入)在其中。
第一保持部51具有比第二保持部52的平均孔隙直径小的平均孔隙直径。也就是说，第一保持部51具有比第二保持部52的多孔结构更连续的多孔结构。此外，优选的是第一保持部51的平均孔隙直径比泵43的喷嘴直径小。喷嘴直径例如为25微米。因此，就从容器42的出口47侧上的区域K1到泵43的喷嘴的润滑油的通道而言，第一保持部51的孔最小，使得由于润滑油的表面张力，润滑油不能从泵43的喷嘴自然流出。由于润滑油的表面张力，润滑油并不从泵43的喷嘴自然流出，而是润滑油在泵43被驱动的条件下从泵43排出，使得由于该排出，润滑油自动地从容器42再填充到泵43中。第二保持部52的平均孔隙直径可以小于泵43的喷嘴直径，或者可以使其大于喷嘴直径。优选的是：第二保持部52的平均孔隙直径有点大，且因此能够蓄积在第二保持部52中的润滑油的量能够增加。
第二保持部52具有比第一保持部51的孔隙率高的孔隙率。因此，能够在由第二保持部52占据的区域K2中增加能够蓄积的润滑油的量。在本实施例中，孔隙率为89％，但能够为90％或更高。
由第二保持部52占据的容积(即，区域K2)比由第一保持部51占据的容积(即，区域K1)大(更宽)。由第二保持部52占据的容积能够是整个容器42(构成容器42的整个空间)的90％或更多，剩余的容积是第一保持部51所占据的容积。利用这种保持材料50的构造，容器42的容积(即能够蓄积在容器42中的润滑油的量)能够增加。
如上所述，利用本实施例的轴承装置10，具有微孔隙的保持材料50设置在容器42中，并且该保持材料50包括第一保持部51和第二保持部52，第一保持部51设置在容器42的出口47侧上的区域K1中，第二保持部52设置在区域K1以外的部分中。第二保持部52的孔隙率比第一保持部51的孔隙率高。利用该轴承装置10，容器42的润滑油被保持在保持材料50(保持部51、52)中，由此使其能够抑制超过预期量的润滑油由于润滑油的势能流动到泵43。
注意，保持材料50的孔隙率应当是高的，以便确保容器42的大容量(在容器42中蓄积润滑油的能力)。然而，在该情形中，即使设置保持材料50，润滑油的消耗量也容易受到容器42中的润滑油的势能的影响。就此而言，如果将整个保持材料50形成为具有低孔隙率，则润滑油的消耗量能够几乎不受势能的影响，但是容器42的容量减小。鉴于此，在本实施例中，具有低孔率的第一保持部51设置在容器42的出口47侧上，使得容器42中的润滑油的消耗量能够几乎不受容器42中的润滑油的势能的影响。因为在区域K2(该区域K2被设置在出口47侧以外的部分中)中设置具有高孔隙率的第二保持部52，所以能够将更多润滑油渗入到第二保持部52中，并且防止容器42的容量减小。结果，即使容器42的容量受到限制，也就是说，即使容量是小的，也防止了在供油单元40中润滑油的过度消耗，并且能够使供油单元40长时段起作用。特别地，在本实施例中，容器42是细长的，并且其在纵向方向上的一侧(出口47侧)被放置在下部位置上并且其在纵向方向上的另一侧被放置在上部位置上，因此，从容器42流出的润滑油容易受到势能的影响。然而，根据本实施例，能够削弱这种影响，这能够有助于有效地使用润滑油。结果，在该轴承装置10被用作机床的主轴轴承的情形中，长时段不需要维护，这能够有助于提高生产效率。
此外，在本实施例中，包括在保持材料50中的第一保持部51和第二保持部52由相应的多孔元件制成，并且第一保持部51具有比第二保持部的平均孔隙直径小的平均孔隙直径。因此，容器42中的润滑油的消耗量能够几乎不受容器42中的润滑油的势能的影响，并且能够使第一保持部51起到滤器的作用。因此，从泵43供给到轴承20的润滑油能够几乎不包括异物，因此可以获得优选的润滑性。第二保持部52具有比第一保持部51的孔隙率高的孔隙率，并且第二保持部52所占据的容积比第一保持部51所占据的容积大，这使得能够增加容器42的容量。
此外，如图2所示，保持材料50设置在容器42的整个区域中。供给口48在比容器42的上表面(最高顶部)42d稍低的位置处连接到容器42。例如，从供给口48再填充润滑油以用于轴承装置10的维护，但是如此再填充到容器42中的润滑油的油位的高度位置被设定为不高于保持材料的上端50a。在本实施例中，容器42的上表面42d对应于保持材料50的上端50a。因此，能够更进一步降低容器42中的润滑油的势能对润滑油的消耗量的影响。在其中保持材料50仅设置在比与容器42在其高度方向上的一半对应的位置低的一侧上的情形中，剩余的上半部是没有设置保持材料50的空间，并且该空间也被填充有润滑油，由于在该空间中的润滑油的势能，许多润滑油可以从容器42流出。然而，在容器42的整个区域中设置保持材料50并且容器42中的油位的高度不高于保持材料50的上端50a的情形中，像本实施例，能够防止比预期更多的润滑油由于势能而从容器42流出。
此外，在本实施例中，容器42经由管46连接到泵43，如上所述。该管46的通道截面的直径显著大于保持材料50的平均孔隙直径。此外，在容器42的出口47和设置在泵43中的油室43b之间，没有设置具有防止润滑油从容器42自由地流动到泵43的功能的止回阀。也就是说，容器42的出口47和泵43的油室43b通过这样的通道彼此连接，其中润滑油能够从出口47自由地流动到油室43b。因此，如果在容器42中没有设置保持材料50，则容器42的润滑油自由地朝向泵43侧流动。然而，本实施例通过保持材料50限制了这一点。也就是说，保持材料50的功能对于在泵43和容器42之间不设置有止回阀的供油单元40是特别有效的。
注意，在上述实施例中，保持材料50由多孔元件制成，但可以由除了多孔元件之外的其他材料(例如，毡或织物)制成。保持材料50可以是具有微孔隙(空间)的材料，微孔隙在整个结构上相互依赖(即，彼此连接)，以便能够将要被渗入的润滑油保持在其中。
本文所描述的实施例在所有方面仅仅是示例而不是限制性的。也就是说，本发明的滚动轴承装置不限于本文所示的实施例，而是在本发明的范围内可以具有其他实施例。该实施例涉及轴承20是角接触滚珠轴承的情形。然而，轴承的类型不限于此，而是可以是深沟滚珠轴承、圆锥滚子轴承或圆柱滚子轴承。此外，滚动轴承装置10能够用于除了机床的主轴之外的目的。此外，上述实施例涉及轴承装置10的中心线C是水平的情形，但是轴承装置10的姿势可能不同于此。此外，上述实施例涉及第一保持部51和第二保持部52分开设置的情形，但是第一保持部51和第二保持部52可以一体地设置。
Claims (11)
1.一种滚动轴承装置，其特征在于包括：
轴承(20)，所述轴承(20)包括内环(21)、外环(22)、被设置在所述内环和所述外环之间的多个滚动元件(23)以及保持所述多个滚动元件的保持器(24)；和
供油单元(40)，所述供油单元(40)与所述轴承沿轴向相邻设置，并且所述供油单元(40)包括容器(42)和泵(43)，将润滑油蓄积在所述容器(42)中，所述泵(43)从所述容器接收所述润滑油，并且所述泵(43)将所述润滑油供应到所述轴承，其中：
所述容器设有用于保持所述润滑油的保持材料(50)，所述保持材料具有微孔隙；并且
所述保持材料包括第一保持部(51)和第二保持部(52)，所述第一保持部(51)被设置在所述容器的出口(47)侧上的区域(K1)中，所述第二保持部(52)被设置在所述容器的所述出口侧上的所述区域以外的区域中，并且所述第二保持部(52)具有比所述第一保持部的孔隙率高的孔隙率。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承装置，其中
所述保持材料由多孔元件制成。
3.根据权利要求2所述的滚动轴承装置，其中
所述第一保持部(51)具有比所述第二保持部(52)的平均孔隙直径小的平均孔隙直径。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承装置，其中
所述第一保持部(51)具有比所述第二保持部(52)的平均孔隙直径小的平均孔隙直径。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的滚动轴承装置，其中
所述第二保持部(52)所占据的容积比所述第一保持部(51)所占据的容积大。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的滚动轴承装置，其中
所述容器(42)的所述出口(47)和所述泵(43)的油室(43b)通过通道彼此连接，在所述通道处，所述润滑油从所述出口(47)自由地流动到所述油室(43b)。
7.根据权利要求5所述的滚动轴承装置，其中
所述容器(42)的所述出口(47)和所述泵(43)的油室(43b)通过通道彼此连接，在所述通道处，所述润滑油从所述出口(47)自由地流动到所述油室(43b)。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的滚动轴承装置，其中
填充到所述容器(42)中的所述润滑油的油位的高度位置被设定为等于或低于所述保持材料的上端。
9.根据权利要求5所述的滚动轴承装置，其中
填充到所述容器(42)中的所述润滑油的油位的高度位置被设定为等于或低于所述保持材料的上端。
10.根据权利要求6所述的滚动轴承装置，其中
填充到所述容器(42)中的所述润滑油的油位的高度位置被设定为等于或低于所述保持材料的上端。
11.根据权利要求7所述的滚动轴承装置，其中
填充到所述容器(42)中的所述润滑油的油位的高度位置被设定为等于或低于所述保持材料的上端。
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