JP2007024263A - Lubricating device of rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a rolling bearing lubrication device having an inner ring cooling function.
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。 In a rolling bearing that supports a rotating shaft that rotates at a high speed, such as a main shaft of a machine tool, the temperature of the inner ring is higher than that of the outer ring due to processing load and the like. For this reason, there is a problem that 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 the bearing life is shortened.
このような問題に対して、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、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)。 For such a problem, the cooling oil supplied from the cooling oil supply device is discharged from one end side in the axial direction of the rolling bearing to the inner ring of the rotating wheel, and the outer diameter surface on one end side of the inner ring from which this cooling oil is discharged. In order to have a cooling function for the inner ring without providing a separate cooling device, a part of the cooling oil is provided as a lubricating oil into the bearing from the gap of the sealing part. There is a lubrication device for a rolling bearing (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に記載されたものでは、内輪の一端側の外径面を軌道面側へ拡径するテーパ面として、このテーパ面と隙間を持って対向するシール部の軸方向内側端を保持器の軸方向外側端よりも内側に位置させ、吐出される冷却油の一部を内輪の回転に伴う遠心力でテーパ面に沿わせて軌道面側へ導き、シール部の内側端から軸受内部へ流入させるようにしている。テーパ面に沿ってシール部の内側端から軸受内部へ潤滑油として流入する冷却油は、そのままテーパ面に沿って内輪の軌道面に導かれるものと、シール部の内側端から遠心力によって外径側に飛散するものとに分かれる。
In the one described in
特許文献1に記載された転がり軸受の潤滑装置は、内輪の外径テーパ面と隙間を持って対向するシール部の軸方向内側端が保持器の軸方向外側端よりも内側に位置するので、前記シール部の内側端から遠心力によって外径側に飛散する冷却油が保持器に捕捉される。この遠心力によって外径側に飛散する冷却油の割合は、内輪の回転速度が大きくなるほど増加する。このため、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、保持器に捕捉されて軸受内部に滞留する冷却油の量が多くなり、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可能性がある。
In the rolling bearing lubrication device described in
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。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the agitation resistance of cooling oil accompanying high-speed rotation of a rolling bearing in a rolling bearing lubrication device having an inner ring cooling function.
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、このシール部の隙間から転動体が保持器で保持された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、前記シール部の軸方向内側端を前記保持器の軸方向外側端よりも外側に位置させた構成を採用した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention discharges cooling oil supplied from a cooling oil supply device from one end side in the axial direction of a rolling bearing to an inner ring of a rotating wheel, and one end of the inner ring from which this cooling oil is discharged. A bearing in which a seal portion facing the outer diameter surface on the side is provided with a gap, and a part of the cooling oil discharged to one end side of the inner ring is held by a cage through a gap of the seal portion. In the rolling bearing lubrication device that is caused to flow into the inside as lubricating oil, a configuration is adopted in which the axially inner end of the seal portion is positioned outside the axially outer end of the cage.
すなわち、シール部の軸方向内側端を保持器の軸方向外側端よりも外側に位置させることにより、シール部の内側端から遠心力によって外径側に飛散する冷却油の大部分が保持器に捕捉されないようにし、軸受内部に滞留する冷却油の量を少なくして、転がり軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減できるようにした。 In other words, by positioning the axially inner end of the seal portion outside the axially outer end of the cage, most of the cooling oil scattered from the inner end of the seal portion to the outer diameter side by centrifugal force is retained in the cage. The amount of the cooling oil staying in the bearing is reduced so that the stirring resistance of the cooling oil accompanying the high-speed rotation of the rolling bearing can be reduced.
前記冷却油が吐出される軸方向一端側の内輪の外径面を、その軌道面側へ拡径するテーパ面とすることにより、吐出される冷却油の一部を、内輪の回転に伴う遠心力でテーパ面に沿わせて軌道面側へ効率よく導くことができる。 The outer diameter surface of the inner ring on one end side in the axial direction from which the cooling oil is discharged is a tapered surface that expands toward the raceway surface, so that a part of the discharged cooling oil is centrifuged as the inner ring rotates. It can be efficiently guided to the raceway surface along the tapered surface by force.
前記冷却油が吐出される軸方向一端側の内輪の端面に周方向へ延びる円周溝を設け、前記冷却油をこの円周溝に向けて吐出することにより、内輪の冷却効率を高めることができる。 By providing a circumferential groove extending in the circumferential direction on the end face of the inner ring on one end side in the axial direction from which the cooling oil is discharged, the cooling oil is discharged toward the circumferential groove, thereby improving the cooling efficiency of the inner ring. it can.
本発明の転がり軸受の潤滑装置は、冷却油の一部を潤滑油として軸受内部に流入させるために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の軸方向内側端を、保持器の軸方向外側端よりも外側に位置させることにより、シール部の内側端から遠心力によって外径側に飛散する冷却油の大部分が保持器に捕捉されないようにしたので、軸受内部に滞留する冷却油の量を少なくして、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ができる。 In the rolling bearing lubrication device of the present invention, in order to allow a part of the cooling oil to flow into the bearing as lubricating oil, the inner end in the axial direction of the seal portion facing the outer diameter surface on one end side of the inner ring with a gap, By positioning it outside the axial outer end of the cage, most of the cooling oil scattered from the inner end of the seal portion to the outer diameter side by centrifugal force is not captured by the cage. By reducing the amount of the cooling oil that remains, the stirring resistance of the cooling oil accompanying the high-speed rotation of the rolling bearing can be reduced.
前記冷却油が吐出される軸方向一端側の内輪の外径面を、その軌道面側へ拡径するテーパ面とすることにより、吐出される冷却油の一部を、内輪の回転に伴う遠心力でテーパ面に沿わせて軌道面側へ効率よく導くことができる。 The outer diameter surface of the inner ring on one end side in the axial direction from which the cooling oil is discharged is a tapered surface that expands toward the raceway surface, so that a part of the discharged cooling oil is centrifuged as the inner ring rotates. It can be efficiently guided to the raceway surface along the tapered surface by force.
前記冷却油が吐出される軸方向一端側の内輪の端面に周方向へ延びる円周溝を設け、冷却油をこの円周溝に向けて吐出することにより、内輪の冷却効率を高めることができる。 By providing a circumferential groove extending in the circumferential direction on the end face of the inner ring on one end side in the axial direction from which the cooling oil is discharged, and cooling oil is discharged toward the circumferential groove, the cooling efficiency of the inner ring can be increased. .
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ュラ玉軸受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とアンギュラ玉軸受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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a spindle device of a machine tool employing a rolling bearing lubrication device according to the present invention. This spindle device is an angular contact in which a spindle of a tool or a workpiece is attached to an end, and a
図2に示すように、前記アンギュラ玉軸受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。
As shown in FIG. 2, the angular ball bearing 1 has a
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つのアンギュラ玉軸受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。
As shown in FIG. 1, the
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。
A cooling
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、各アンギュラ玉軸受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21a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。
Further, the
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11b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側へ張り出して内輪2のテーパ面2bと隙間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11e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。
As shown in FIG. 2, the cooling
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の内側端から軸受内部へ潤滑油として流入する。シール部13の内側端から軸受内部へ流入した冷却油は、そのままテーパ面2bに沿って内輪2の軌道面2aに導かれるものと、シール部13の内側端から遠心力によって外径側に飛散するものとに分かれる。
A part of the cooling oil discharged to the
前記張り出し部11aで形成されたシール部13の軸方向内側端は保持器5の軸方向外側端よりも外側に位置している。したがって、シール部13の内側端から遠心力によって外径側に飛散する冷却油の大部分は、保持器5に捕捉されることなく外輪3側へ飛散し、後述するように、外輪3の端部に沿って冷却油導入部材11に設けられた排出溝11dから油回収路38に回収される。
The axially inner end of the
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11d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11d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11c、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11dと排出孔40bを通して油回収路38に回収される。
As shown in FIG. 3, the cooling
実施例として、図2に示したように、シール部13の軸方向内側端を保持器5の軸方向外側端よりも外側に位置させた転がり軸受の潤滑装置を装着したスピンドル装置と、比較例として、特許文献1の図6に示されるように、シール部31aaの軸方向内側端を保持器5の軸方向外側端よりも内側に位置させた転がり軸受の潤滑装置を装着したスピンドル装置を用意した。実施例と比較例のスピンドル装置は、図1に示したように、主軸20を2つのアンギュラ玉軸受1で支持したものとし、主軸20の直径(アンギュラ玉軸受1の内径)は、いずれも70mmとした。なお、各潤滑装置の冷却油の給油量は2リットル/分、冷却油を吐出する各ノズルの直径は1.2mmとし、各軸受の予圧は1kNとした。
As an example, as shown in FIG. 2, a spindle device equipped with a rolling bearing lubrication device in which the axially inner end of the
上記実施例と比較例の転がり軸受の潤滑装置を装着したスピンドル装置について、その主軸を回転駆動するモータの回転数Nを5000rpmから40000rpmまで変化させ、回転数Nの変化に伴うモータの消費動力Wの変化を測定した結果を図4に示す。この測定結果からも分かるように、実施例のものは、いずれの回転数Nでも消費動力Wが比較例のものより低く、特に、25000〜35000rpmの高速回転で消費動力Wが最大0.4kW程度低くなっている。この実施例における消費動力Wの低減は、冷却油の一部を潤滑油として軸受内部に流入させるシール部の軸方向内側端を保持器の軸方向外側端よりも外側に位置させて、シール部の内側端から外径側に飛散する冷却油が保持器に捕捉されないようにし、軸受内部に滞留する冷却油の量を少なくして、軸受の高速回転に伴う冷却油の撹拌抵抗を低減した効果によるものと考えられる。 For the spindle device equipped with the rolling bearing lubrication device of the above embodiment and the comparative example, the rotational speed N of the motor that rotationally drives the spindle is changed from 5000 rpm to 40000 rpm, and the power consumption W of the motor accompanying the change in the rotational speed N The results of measuring the change in are shown in FIG. As can be seen from this measurement result, the power consumption W of the example is lower than that of the comparative example at any number of revolutions N. In particular, the power consumption W is about 0.4 kW at maximum at a high speed rotation of 25000-35000 rpm. It is low. In this embodiment, the consumption power W is reduced by positioning the inner end in the axial direction of the seal portion, which allows a part of the cooling oil to flow into the bearing as lubricating oil, outside the outer end in the axial direction of the cage. The cooling oil that splashes from the inner end to the outer diameter side is not captured by the cage, the amount of cooling oil that stays inside the bearing is reduced, and the stirring resistance of the cooling oil that accompanies high-speed rotation of the bearing is reduced. It is thought to be due to.
上述した実施形態では、転がり軸受をアンギュラ玉軸受としたが、本発明に係る転がり軸受の潤滑装置は、深溝玉軸受やころ軸受等の他の転がり軸受にも適用することができる。 In the embodiment described above, the rolling bearing is an angular ball bearing. However, the rolling bearing lubrication device according to the present invention can also be applied to other rolling bearings such as a deep groove ball bearing and a roller bearing.
1 アンギュラ玉軸受
2 内輪
3 外輪
2a、3a 軌道面
2b テーパ面
3b カウンタボア
4 ボール
5 保持器
6 円周溝
11 冷却油導入部材
11a 張り出し部
11b 導入孔
11c 排出孔
11d 排出溝
11e 連通孔
12 ノズル
13 シール部
14a、14b 貯油空間
15 蓋部材
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
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