JPH0457891B2

JPH0457891B2 -

Info

Publication number: JPH0457891B2
Application number: JP59025197A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Onose; Yukio Tago
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1984-02-15
Publication date: 1992-09-16
Also published as: JPS60172720A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は中空軸に軸受を取付け、該軸受を軸方
向に固定された状態で軸受のラジアルすきまが負
とされる予圧軸受の改良に係わるものである。

従来より例えば工作機械の主軸用軸受装置に、
軸のラジアル方向及びアキシアル方向の位置決め
を正確にすると共に軸の振れを抑えるため更に、
軸受の剛性を高めるため等の目的で軸受を予圧し
て用いる予圧軸受装置が知られている。この定位
置予圧を得る方法として、 (1) あらかじめ内輪及び外輪の端面の軸方向の差
すなわち差幅寸法または軸方向すきまを調整し
た組合わせ軸受を、締付けて使用する方法、 (2) 予圧を与えるように寸法調整した間座やシム
を２個の軸受間に使用する方法、 (3) 軸方向すきまが調整できるボルト、ナツトな
どを締付けて使用する方法、が知られ、実施されている。

一方、回転軸についても、例えば切削機械は主
軸の内部にチヤツクや工具等の操作機構を備える
ために、中空軸を使用したものは多数ある。

従来の上記予圧軸受装置にあつては次の欠点を
有している。すなわち、上記軸受装置が高速回転
すると、内輪や中空軸が遠心力によつて膨張し、
一方、外輪やハウジングは静止していて膨張せ
ず、そのため、外輪の軌道と内輪の軌道とその両
者の間に介在する転動体との３者間にできる半径
方向のすきま、すなわち、軸受のラジアルすきま
が減少する。当初、負のラジアルすきま（予圧す
きま）のものは更に負の値が大きくなり、すなわ
ち、予圧軸受にあつては更に予圧すきまの予圧量
が増大する。その結果、軸受装置の予圧量が過大
となり、発熱や摩擦モーメントの増大あるいは疲
れ寿命の低下を招くのである。

本発明の目的は、従来の予圧軸受装置の欠点で
ある高速回転すると予圧量が増大する点を解決し
た予圧軸受装置を提供することにある。

本発明は上記目的達成する手段として、中空軸
の線膨張係数を軸受の内輪、外輪やハウジングの
それよりも小さくし、高速回転時に発生する熱に
よつて中空軸と軸受及びハウジングとの膨張の差
を利用し、中空軸と内輪とのはめあいしめしろを
減小させることに着目して、なされたものであ
る。

本発明は、中空軸及びハウジング及び軸受から
なる軸受装置であつて、前記軸受が高速回転時に
も必要なしめしろで前記中空軸に、軸方向に移動
不能に嵌合し、かつハウジングに、軸方向に移動
不能に嵌合し、さらに、軸受のラジアルすきまが
負となるように、すなわち、定位置予圧になるよ
うに組込まれる予圧軸受装置において、前記中空
軸の線膨張係数が前記内輪、前記外輪及び前記ハ
ウジングの線膨張係数よりも小さく、その結果、
高速回転時に生ずる発熱による前記内輪と前記中
空軸との膨張量に差が生じ、はめあいしめしろが
減少することによつて前記内輪の高速回転時にお
ける遠心力による膨張が抑制され、そして、前記
それぞれの線膨張係数の差は前記内輪が回転遠心
力で膨張することによつて、前記軸受のラジアル
すきまの減少分、すなわち、負のすきま（マイナ
スすきま）のマイナス量の増大する分だけ小さく
設定して、増大する予圧量を相殺することを特徴
とする予圧軸受装置である。

次に図を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の予圧軸受装置で、中空軸１０
及びハウジング２０及び２個のアンギユラ玉軸受
３０からなる。アンギユラ玉軸受３０の内輪３１
は高速回転時にも必要なしめしろで中空軸１０に
嵌合している。一方アンギユラ玉軸受３０の外輪
３２はハウジング２０に嵌合している。内輪３１
と外輪３２との間には複数の玉３３が配設され、
内輪３１と外輪３２の軌道とアンギユラコンタク
トとしている。２つのアンギユラ玉軸受３０，３
０の軸方向の間には内輪間座４０と外輪間座５０
とが介装されている。内輪間座４０と外輪間座５
０のそれぞれの軸方向長さは両軸受３０に予圧を
与えるように寸法調整されている。内輪３１，３
１と内輪間座４０は中空軸１０の肩１１と中空軸
に遊嵌するスリーブ６０の間にスリーブ６０の外
側に配置する軸受ナツト７０を締めつけることに
よつて軸方向に固定されている、外輪３２，３２
と外輪間座５０はハウジング２０の肩２１と反対
側に配設する前蓋８０との間に前蓋８０をボルト
９０によつてハウジング２０に螺着することによ
つて固定されている。以上、軸方向に各部品（内
輪３１，３１と内輪間座４０、外輪３２，３２と
外輪間座５０）間にすきまのない状態で固定し、
軸受３０が定位置予圧される。

そして、中空軸１０の線膨張係数が内輪３１、
外輪３２及びハウジング２０の線膨張係数よりも
高速回転時に内輪３１及び中空軸１０が回転遠心
力で膨張することによる予圧量の増大を内輪３１
と中空軸１０の膨張量の差からはめあいしめしろ
の減少で相殺する分だけ小さくなつている。中空
軸１０の外径100mm、内径50mm、内輪３１の内径
100mm、軌道径114mmの予圧軸受装置の場合、線膨
張係数をほぼ６×10^-6にし、内輪、外輪及びハウ
ジングの線膨張係数をほぼ12.5×10^-6とすること
が好適な実施例である。

次に上記好適な実施例について第２図を用いて
作用を説明する。各線図は下記内容を示すもので
ある。

(1) 線図ａ：内輪と中空軸とがはめあいしめしろ
を持たないときの、すなわち、内輪が単独で回
転したときの回転数に応じた内輪軌道径の膨張
量の変化。

(2) 線図ｂ：内輪と中空軸とがはめあいしめしろ
を持たないときの、すなわち、内輪が単独で回
転したときの回転数に応じた内輪内径の膨張量
の変化。

(3) 線図ｃ：内輪と中空軸とがはめあいしめしろ
を持たないときの、すなわち、中空軸が単独で
回転したときの回転数に応じた中空軸の外径の
膨張量の変化。

(4) 線図ｄ：上記の内輪内径の膨張量(b)から中空
軸の外径の膨張量(c)を引いた量に肉厚係数（約
0.85）を乗じたものの変化（はめあいしめしろ
の減少に伴う内輪軌道径の収縮量の変化）。

(5) 線図ｅ：上記の内輪軌道径の膨張量(a)から、
上記の線図ｄの量を引いたものの変化（各部品
の線膨張係数が同じと仮定し、高速回転時に内
輪が膨張しても中空軸にはめあいしめしろを有
して嵌合している場合に実質的に内輪軌道径が
回転の上昇に伴つて増大する量の変化）。

ここで、高速回転で、温度上昇がある場合のラ
ジアルすきまの増減は、どのようになるか、考察
する。

まず、内輪と外輪との間に介在する転動体の径
は、内輪及び外輪のそれよりも極めて小さいの
で、高速回転及び温度上昇に伴う径の膨張は極め
て小さいので、高速回転及び温度上昇に伴う径の
膨張は極めて小さい。従つて、その量は無視でき
る。従つて、内輪の軌道径（転動体が転走する外
径）と外輪の軌道径（転動体が転走する内径）の
高速回転による径の変化及び温度上昇に伴う径の
変化を順序だつて考察していけば良い。すなわ
ち、ラジアルすきまの減少（予圧軸受にあつては
予圧量の増大）は、外輪の軌道径の膨張量に比し
て内輪の軌道径の膨張量がどうであるか、いいか
えれば、外輪の軌道径の膨張量よりも内輪の軌道
径の膨張量が大きければ、ラジアルすきまの減少
（予圧量の増大）があり、概ね、両者が等しい膨
張量であるのであれば、ラジアルすきま（予圧
量）は変化しないことになる。

まず、高速回転することのみによつて、内輪
の軌道径及び外輪の軌道径がそのもの自身に働
く遠心力でどのように変化するか考察する。

外輪の軌道径の変化（膨張量）外輪は静止しているので、遠心力は働か
ず、外輪の軌道径の膨張はない。

内輪の軌道径の変化（膨張量）高速回転の遠心力に伴う内輪の軌道径の変
化については２つの変化する要素と考えなく
てはならない。

１つは内輪自身の回転による内輪の軌道径の膨
張（線図ａ）と、もう１つは、内輪自身の膨張
（線図ｂ）と中空軸自身の膨張（線図ｃ）との
差による内輪内径と中空軸外径とのはめあいし
めしろの変化に伴う内輪軌道径の膨張又は収縮
（はめあいしめしろが増加すれば、内輪の軌道
径は、その増加分に肉厚係数約0.85を乗じた分
について膨張し、はめあいしめしろが減少すれ
ば、内輪の軌道径は、その減少分に肉厚係数約
0.85を乗じた分について収縮）がある。この実
施例においては、両者の形状及び寸法の差異に
より内輪の膨張の方が大きく、はめあいしめし
ろが減少し、このはめあいしめしろの減少が内
輪の軌道径の収縮（線図ｄ）となる。

従つて、内輪の軌道径の膨張量は、内輪自身
の膨張（線図ａ）からはめあいしめしろの減少
による内輪の軌道径の収縮（線図ｄ）を差し引
いた分（線図ｅ）となる。

よつて、外輪の膨張がないことからラジアル
すきまの減少量（予圧の増大量）Ｘは上述の内
輪の軌道径の膨張量、すなわち、上記差し引い
た分（線図ｅ）となる。

次に、温度上昇のみによつて、内輪の軌道径
及び外輪の軌道径がどのように変化（温度変
化）するか考察する。

外輪の軌道径の変化（膨張量）ハウジングと外輪は同じ線膨張係数なの
で、外輪はハウジングの内径に邪魔されず
に、外輪の軌道径の膨張量(A)は温度上昇分と
なる。

内輪の軌道径の変化（膨張量）前記項と同様に２つの変化する要素を考
えなくてはならない。

１つは、内輪自身の温度上昇に伴う膨張量(B)で
ある。もう１つは、内輪自身の膨張と中空軸の
膨張との差による内輪内径と中空軸外径とのは
めあいしめしろ変化に伴う内輪軌道径の膨張又
は収縮がある。この実施例では、中空軸の線膨
張係数が内輪の線膨張係数よりも小にしてある
ので、はめあいしめしろは減少する。その結
果、内輪径の軌道径のはめあいしめしろの減少
による収縮量(C)はその減少分に肉厚係数約0.85
を乗じた分となる。

従つて、内輪の軌道径の膨張量(D)は、内輪自
身の温度上昇に伴う膨張量(B)からはめあいしめ
しろの減少による収縮量(C)を差し引いた分（Ｂ
−Ｃ）となる。

よつて、温度上昇に伴うラジアルすきまの変
化量（増大量：予圧軸受にあつては予圧量の減
少）Ｙは、外輪の軌道径の膨張量(A)から、内輪
の軌道径の膨張量（ＤすなわちＢ−Ｃ）を差し
引いた分である。

ここで、外輪の軌道径と内輪の軌道径とは径
の差に大差なく、また、熱膨張係数が同じであ
ることから、両者の径の温度上昇に伴う膨張量
Ａ、Ｂはほぼ等しいことを考えれば、ラジアル
すきまの変化に与える両者の影響は互いにキヤ
ンセルする量となつている。従つて、温度上昇
に伴うラジアルすきまの変化量Ｙは、ほぼ、は
めあいしめしろの減少に伴う内輪の軌道径の収
縮量(C)のみが寄与していると考えて良い。すな
わち、温度上昇に伴うラジアルすきまの変化量
Ｙは、ラジアルすきまが増大する（予圧軸受に
あつては予圧量が減少する）量(C)である。

更に、高速回転で、温度上昇がある場合につ
いて、ラジアルすきまがどのようになつている
か考察する。

この状態は前述のが同時に起つている状
態であるから、ラジアルすきまの変化は、回転
する前で温度上昇がまだ起つていない状態より
前述のの状態に同時になつたと考えれば良
い。

従つて、ラジアルすきまの変化量（増、減）
は前述のの状態における減少量（予圧の増大
量）Ｘと前述のの状態における増大量（予圧
の減少量）Ｙとを加え合わせた量である。

そこで、中空軸の線膨張係数を内輪、外輪、
ハウジングのそれよりも小さく設定し、そし
て、その設定値を、温度上昇に伴う前記増大量
Ｙが高速回転による減少量Ｘにほぼ等しく設定
する。

いいかえれば、内輪が高速回転したときに、
回転遠心力で内輪自身が膨張して、軸受のラジ
アルすきまが減少する分を高速回転による温度
上昇に伴う中空軸の膨張が内輪の膨張より小さ
くなることではめあいしろを減少させる分で相
殺している。

上述の如くすれば、高速回転で、温度上昇が
ある場合に、ラジアルすきまは当初の値とほぼ
同じ値、すなわち予圧軸受にあつては予圧すき
ま量が回転前と変わらないものとし得る。

上記説明の考察に基き、本発明の実施例につい
て説明を加えると、内輪軌道径は軸の回転が上昇
するにつれて線図ａの量だけ膨張する。しかし、
この発明の予圧軸受装置では、あらかじめ、内輪
の内径寸法は中空軸の外径寸法よりも小さく設定
してある。すなわち、はめあいしろを有した（両
者の嵌合は、すきまのあるルーズフイツトでな
く、両者が軸方向及び円周方向にズレないように
タイトフイツトしている）ものが対象となつてい
るので、（線図ｂ）よりも中空軸の外径の膨張
（線図ｃ）が少ないことから、内輪と中空軸のは
めあいしめしろは回転の上昇に伴つて減少する。
従つて、内輪軌道径は内輪が単独で回転したとき
の線図ｄ分だけの量が膨張しない。すなわち、内
輪軌道径は線図ａより線図ｄを差し引いた分だけ
回転に伴つて膨張する。よつて、後述の温度上昇
による変化を考慮せず、内輪と中空軸の回転によ
る膨張のみを考えたときに、外輪は静止していて
膨張しないので、外輪の軌道径は変化せず、一
方、内輪の軌道径は、この膨張量に見合つた量の
寸法が大きくなり、両者の軌道の間が狭くなり、
予圧すきまの量が増大（マイナスすきまのマイナ
ス量が増大）して、その結果軸受の予圧が増大す
ることになる。例えば、回転数20000では、内輪
の軌道径が0.020mm膨張し、その結果、0.020mm、
のラジアル方向のマイナスすきま（アキシアル方
向では接触角15゜で0.074mm）が増大し、予圧が過
大になる危険がある。

しかしながら、本発明の好適な実施例によれ
ば、中空軸の線膨張係数がほぼ６×10^-6、内輪、
外輪及びハウジングの線膨張係数がほぼ12.5×
10^-6であるので、通常20000回転程度の高速時に
は周囲温度よりも軸受装置は30℃程度の温度上昇
があり、中空軸の膨張量が約0.018mm、内輪内径
の膨張量が約0.038mmあり、その差0.020mmのはめ
あいしめしろの減少がある。すなわち、温度上昇
による外輪軌道径と内輪軌道径の膨張の相対的な
差は、上記のはめあいしろの減少分0.020mmの約
85％に相当する分について内輪の軌道径の膨張量
が小さく、丁度、前述の回転に伴う内輪の軌道径
の膨張0.020mmを相殺するように作用し、軸受の
予圧すきま（マイナスすきま）は増大せず、従つ
て予圧過大となることが防止される。

上記の説明の通り、本発明は中空軸の線膨張係
数を軸受の内輪、外輪及びハウジングのそれより
も小さくしてあり、高速回転時に温度上昇に伴う
はめあいしめしろの減少を利用し、回転に伴つて
増大する内輪の膨張による予圧の増大を防止する
ことができる予圧軸受装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図に
回転の上昇に伴う各部品の膨張量及びはめあいし
めしろの減少量の関係を示す線図で、符号１０は
中空軸、３１は内輪である。

Claims

【特許請求の範囲】１高速回転する中空軸及びハウジング及び前記
中空軸に高速回転時においても必要なしめしろで
嵌合する内輪と、前記ハウジングに嵌合する外輪
と、前記内輪と前記外輪との間に多数配設される
転動体とからなる軸受で構成し、前記軸受が、前
記中空軸及び前記ハウジングにそれぞれ軸方向に
相対移動不能に組み込まれ、その状態で軸受のラ
ジアルすきまが負である予圧軸受装置において、
前記内輪、前記外輪及び前記ハウジングの線膨張
係数はほぼ同じであり、前記中空軸の線膨張係数
が前記内輪、前記外輪及び前記ハウジングの線膨
張係数よりも高速回転時に前記内輪が回転遠心力
で膨張することによる前記軸受のラジアルすきま
の減少を相殺する分だけ小さく設定され、予圧量
の増大を防止することを特徴とする予圧軸受装
置。２前記中空軸の線膨張係数がほぼ６×10^-6で、
前記内輪、前記外輪及びハウジングの線膨張係数
がほぼ12.5×10^-6である特許請求の範囲第１項記
載の予圧軸受装置。３前記軸受がアンギユラ玉軸受である特許請求
の範囲第１項記載の予圧軸受装置。４前記ラジアルすきまは前記中空軸上に嵌合す
る２個のアンギユラ玉軸受間に寸法調整した間座
を配設して負のすきまとなる特許請求の範囲第３
項記載の予圧軸受装置。