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    • 专利摘要:
    Ein Zylinderrollenlager, das für höhere Rotationsgeschwindigkeiten geeignet ist, das Hitzeentwicklung, Abnutzung und andere Probleme an Kontaktabschnitten zwischen zylindrischen Rollen und Flanschabschnitten steuern kann, wird bereitgestellt. Ein Zylinderrollenlager ist zusammengesetzt aus einem inneren Ring mit einer Laufbahn auf einem äußeren Umfang davon, einem äußeren Ring mit einer Laufbahn auf einem inneren Umfang davon, einer Vielzahl von zylindrischen Rollen, die angeordnet sind, frei zwischen der Laufbahn des inneren Rings und der Laufbahn des äußeren Rings zu rollen, wobei Flanschabschnitte an beiden Seiten der Laufbahnen des inneren Rings gebildet sind, und Vertiefungsrillen zwischen Flanschoberflächen auf den Flanschabschnitten auf beiden Seiten und der Laufbahn gebildet sind. Die Flanschoberflächen sind von einem Basisendabschnitt zu einem Spitzen- bzw. Enden-Endabschnitt davon in dem gleichen Winkel geneigt. Eine radiale Abmessung von Abschrägungen der zylindrischen Rollen ist kleiner als eine radiale Höhe von der Laufbahn nahe der Vertiefungsrillen, die in den Bahnen gebildet sind. Gekrümmte Abschnitte sind auf einem Abschnitt der Endoberflächen der zylindrischen Rollen nahe der äußeren umfänglichen Kante der Endoberflächen gebildet.
    公开号:DE102004006313A1
    申请号:DE102004006313
    申请日:2004-02-09
    公开日:2004-09-30
    发明作者:Hideto Kuawana Torisawa
    申请人:NTN Corp；NTN Toyo Bearing Co Ltd；
    IPC主号:F16C19-06
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betrifftein Zylinderrollenlager. Insbesondere betrifft sie ein Zylinderrollenlager,das bevorzugt bzw. vorteilhafterweise in Werkzeugmaschinen, Motorenso wie Düsentriebwerkenoder Gasturbinen und anderen Anwendungen enthalten ist, um eineWelle zu lagern, die mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert.
    [0002] Es gibt viele Fälle, in denen der Hauptspindelaufbaueiner Werkzeugmaschine so wie ein Bearbeitungszentrum, eine CNCDrehmaschine oder eine Fräsmaschineetc. mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit angetrieben wird,aus Gründeneinschließlicheiner Verbesserung der Arbeitsvorgangsleistungsfähigkeit und -genauigkeit. Esgibt in letzter Zeit besonders einen auffallenden Trend in Richtung derErhöhungder Rotationsgeschwindigkeit der Hauptspindel.
    [0003] Allgemein wird die Hauptspindel desHauptspindelaufbaus einer Werkzeugmaschine durch ein Rollenlagergelagert, um in Bezug auf ein Gehäuse frei drehbar zu sein. DasRollenlager wird durch Ölnebelschmierung,Luft/Ölschmierung,Düsen-bzw. Spritzschmierung, Fettschmierung oder andere derartige Verfahrengeschmiert, entsprechend den Bedingungen, unter denen es verwendetwird, zusammen mit anderen Faktoren. Zylinderrollenlager, Schrägkugellageretc. werden fürRollenlager verwendet.
    [0004] Zylinderrollenlager sind allgemeinaus einem inneren Ring mit einer Laufbahn auf einem äußeren Umfangdavon, einem äußeren Ringmit einer Laufbahn auf einem inneren Umfang davon, einer Vielzahlzylindrischer Rollen, die angeordnet sind, frei zwischen den jeweiligenLautbahnen auf dem inneren Ring und dem äußeren Ring zu rollen, und einem Käfig zusammengesetzt,der dafürsorgt, dass die zylindrischen Rollen in der umfänglichen Richtung gleichmäßig beabstandetbleiben.
    [0005] Wenn Flanschabschnitte an beidenSeiten des inneren Rings gebildet sind, sind Vertiefungsrillen jeweilsan Eckenabschnitten angeordnet, wo Flanschoberflächen von jedem der Flanschabschnittedes inneren Rings und der Laufbahnen aufeinander treffen. Die Vertiefungsrillenwerden hauptsächlichals Unterschnittrillen währenddem Schleifen der Laufbahnen und der Flanschoberflächen gebildet. Abschrägungen sindan Winkelabschnitten angeordnet, wo Rollenoberflächen und beide Endoberflächen derzylindrischen Rollen jeweils aufeinander treffen. Weiterhin isteine axiale Abmessung zwischen den Flanschoberflächen, die in die axiale Richtungzeigen, geringfügiggrößer gestaltetals die Längeder zylindrischen Rollen, und daher wird ein Führungszwischenraum zwischenden zylindrischen Rollen und den Flanschabschnitten aufrechterhalten.
    [0006] Da sich die Rollenoberflächen derzylindrischen Rollen und die Laufbahnen der Bahnen (innerer und äußerer Ring)in Linienkontakt befinden, hat ein Zylinderrollenlager, wie es beschriebenworden ist, ein hohe Vermögen,mit radialen Belastungen umzugehen, und ist für eine Rotation mit hoher Geschwindigkeitgeeignet. Dagegen ist im Vergleich zu einem Kugellager das Ausmaß an Hitze,das währendeiner Rotation mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird, groß, und esexistiert insbesondere ein Problem, bei dem die Zunahme in erzeugterHitze, Abnutzung an Abschnitten, bei denen gleitender Kontakt zwischenden zylindrischen Rollen und den Flanschabschnitten besteht, undandere Effekte leicht auftreten.
    [0007] Insbesondere haben die zylindrischenRollen einen Freiheitsgrad in der Neigung, der so groß ist wieder vorstehend genannte Führungszwischenraum,und währendder Rotation des Lagers tritt ein unvermeidliches Phänomen auf,bei dem sich die Achsen der zylindrischen Rollen relativ zu derAchse des Lagers neigen, d.h. schief laufen. Wenn die zylindrischenRollen schief laufen, wird eine Komponente in axialer Richtung inder Antriebskraft erzeugt, die von der Laufbahn auf der rollendenSeite bereitgestellt wird, wobei diese zu einem axialen Schub F wird,der die Endabschnitte der zylindrischen Rollen gegen einen der Flanschabschnittedrücktbzw. schiebt.
    [0008] Daher gibt es Fälle ansteigenden Reibungswiderstandsin Bereichen, in denen gleitender Kontakt zwischen den zylindrischenRollen und dem Flanschabschnitt besteht, und die Endabschnitte der zylindrischenRollen und der Flanschabschnitt erzeugen dadurch Hitze und leidenunter Abnutzung.
    [0009] Im Bezug auf dieses Problem sindim Stand der Technik vielfältigeVerfahren der Verbesserung vorgeschlagen worden. Zum Beispiel gibtes Auslegungen, in denen der Zustand der Schmierung an den vorstehendgenannten Abschnitten gleitenden Kontakts verbessert wird, indemdie Vertiefungsrillen mit einer gößeren Höhe als der der Abschrägung der zylindrischenRollen ausgelegt werden, und sich erweiternde verjüngende Oberflächen aufden Flanschstirnflächenmit einem vorbestimmten Winkel nach außen in der axialen Richtunggebildet werden (zum Beispiel die japanische PatentveröffentlichungNo. Sho 58-43609).
    [0010] Ebenso gibt es Auslegungen, bei denen durcheine Struktur, in der die zylindrischen Rollen schief gelaufen sind,dadurch, dass die äußeren umfänglichenKantenabschnitte von beiden Endoberflächen der zylindrischen Rollenmit einem Abschnitt näherdem Basisende als den Spitzen- bzw. Endenkanten der Flanschoberflächen inKontakt treten, die Kantenbelastung der Abschnitte gleitenden Kontaktsgeringer ist, verglichen damit, wenn die äußeren umfänglichen Kantenabschnitte vonbeiden Endoberflächender zylindrischen Rollen mit den Spitzenkanten der Flanschoberflächen inKontakt treten (zum Beispiel die japanische Offenlegungs-PatentveröffentlichungNo. Hei 7-12119).
    [0011] Wie diskutiert wurde, haben die zylindrischenRollen einen Freiheitsgrad in der Neigung so groß wie der Führungszwischenraum, und während derRotation des Lagers rotieren die zylindrischen Rollen auf dereneigenen Achsen und rollen ebenso um eine Welle, während sichihre Stellungen dauernd innerhalb eines Bereichs eines maximalenSchieflaufwinkels θMAX ändern.Der maximale Schieflaufwinkel θMAX bezeichnet hier einen Zustand, in demdie äußeren umfänglichenKantenabschnitte von beiden Endoberflächen der zylindrischen Rollenmit den Flankenabschnitten auf beiden Seiten der Laufbahn in Kontakttreten, wobei sie sich bei dem maximalen Schieflaufwinkel innerhalbdes gesamten Freiheitsgrad des Schieflaufwinkels der zylindrischenRollen befinden.
    [0012] Wie in 10 gezeigt,wenn die zylindrischen Rollen 23 bei einem Schieflaufwinkel θ geringerals der maximale Schieflaufwinkel θMAX schieflaufen, werden die zylindrischen Rollen 23 in einer Richtungdurch den vorstehend erwähntenaxialen Schub F axial gedrückt,und rollen, währendsie in einem Zustand geführtwerden, in dem sie gegen einen der Flanschabschnitte 21b gedrückt werden.In diesem Fall ändertsich der Zustand des Kontakts zwischen den zylindrischen Rollen 23 undeinem der Flanschabschnitte 21b entsprechend dem Schieflaufwinkel θ (0 < θT < θU < θMAX) auf die folgende Weise.
    [0013] In dem Bereich wo der Schieflaufwinkel θ 0 < θ ≤ θT ist, wie in 11 gezeigt,tritt eine erste Grenze R13 zwischen denEndoberflächen 23b undAbschrägungen 23c derzylindrischen Rollen 23 mit einer zweiten Grenze R11 zwischen den Flanschoberflächen 21b1 und den Vertiefungsrillen 21c inKontakt (der Kontaktpunkt ist durch einen schwarzen "•" gezeigt). Dann, in dem Bereich, indem der Schieflaufwinkel θ θT < θ < θU ist, wie in 12 gezeigt,tritt die erste Grenze R13 zwischen denEndoberflächen 23b undden Abschrägungen 23c derzylindrischen Rollen 23 mit den Flanschoberflächen 21b1 in Kontakt (der Kontaktpunkt ist durcheinen schwarzen "•" gezeigt). Wenn derSchieflaufwinkel θ alsnächstes θU erreicht, tritt die erste Grenze R13 zwischen den Endoberflächen 23b und Abschrägungen 23c derzylindrischen Rollen 23 mit einer dritten Grenze R12 zwischen den Flanschoberflächen 21b1 und den Flanschabschrägungen 21b3 in Kontakt (nicht in der Zeichnunggezeigt). Danach treten beide Endabschnitte der zylindrischen Rollen 23 jeweilsmit beiden der Flanschabschnitte 21b in Kontakt, um den maximalenSchieflaufwinkel θMAX zu erreichen (nicht in der Zeichnunggezeigt).
    [0014] 13 zeigtdie Beziehung zwischen dem Schieflaufwinkel θ der zylindrischen Rollen 23 und demDruck P an der Kontaktoberflächeder zylindrischen Rollen 23 und der Flanschabschnitte 21b (durchgezogeneLinie), und zeigt ebenfalls die Beziehung des axialen Stoßes F, derauf die zylindrischen Rollen 23 wirkt (unterbrochene Linie).Wie in der gleichen Zeichnung gezeigt ist, wird der axiale SchubF eine Erhöhungin dem Schieflaufwinkel θ begleitend größer.
    [0015] Innerhalb des Bereichs 0 < θ ≤ θT tritt ein Phänomen auf, bei dem der Druckan der Kontaktoberflächesich eine Erhöhungin dem Schieflaufwinkel θ begleitendmit einem vergleichsweise steilen Gradienten erhöht. Dies beruht darauf, dassdie zylindrischen Rollen 23 und einer der Flanschabschnitte 21b ander ersten Grenze R13 und an der zweiten GrenzeR11 in Kontakt stehen (der in 11 gezeigte Zustand), undder axiale Schub F größer wirdeine Erhöhungin dem Schieflaufwinkel θ begleitendgrößer. Insbesonderewurde durch Überprüfen bzw.Testen bestätigtbzw. überprüft, dassder Druck P an der Kontaktoberflächegrößer wirdals ein OberflächendruckniveauP0, bei dem Abnutzung in den Bereichen vonKontakt davon in dem Bereich θ0 ≤ θ ≤ θT auftritt (Bereich durch Gitterschnitt inderselben Zeichnung gezeigt).
    [0016] Wenn der Schieflaufwinkel θ θT überschreitet,verringert sich der Druck P an der Kontaktoberfläche auf einen Wert unterhalbdes OberflächendruckniveausP0, bei dem Abnutzung in den Bereichen von Kontaktdavon zwischen den zylindrischen Rollen 23 und einem derFlanschabschnitte 21b auftritt, wonach ein stabiler Übergangbei einem vergleichsweise niedrigen Wert gezeigt ist, ungeachteteiner Erhöhungin dem Schieflaufwinkel θ.Dies beruht auf einer Bewegung in dem Zustand des Kontakts zwischen denzylindrischen Rollen 23 und einem der Flanschabschnitte 21b vomKontakt zwischen der ersten Grenze R13 undder zweiten Grenze R11 (der in 11 gezeigte Zustand) zumKontakt zwischen der ersten Grenze R13 undeinem der Flanschabschnitte 21b1 (derin 12 gezeigte Zustand).
    [0017] Wenn der Schieflaufwinkel θ θU erreicht, wie in 13 gezeigt, beginnt der Druck P an derKontaktoberflächeerneut eine steile Erhöhung,und nimmt einen Wert an, der das Oberflächendruckniveau P0 andem Punkt, wo θU erreicht worden ist, überschreitet. Dies beruht darauf,dass sich der Zustand des Kontakts zwischen den zylindrischen Rollen 23 undeinem der Flanschabschnitte 21b vom Kontakt zwischen derersten Grenze R13 und den Flanschoberflächen 21b1 (der in 12 gezeigteZustand) zu einem Zustand des Kontakts zwischen der ersten GrenzeR13 und der dritten Grenze R12 bewegt.
    [0018] Wie vorhergehend erklärt, befindetsich der Druck P an der Kontaktoberfläche der zylindrischen Rollenund der Flanschabschnitte bei einem Wert, der das OberflächendruckniveauP0 überschreitet, beidem Abnutzung in den Abschnitten des Kontakts zwischen den zylindrischenRollen 23 und den Flanschabschnitten 21b in demStadium bevor der maximale Schieflaufwinkel θMAX erreichtwird, auftritt, das heißt,in dem Bereich, wo der Schieflaufwinkel θ θ0 ≤ θ ≤ θT, θU ≤ θ < θMAX ist. Dies wird als ein Hauptfaktor angesehen,der zu solchen Problemen wie Hitzeerzeugung und Abnutzung an denKontaktabschnitten beiträgt.
    [0019] Jedoch erkennt die Erfindung, diein der japanischen PatentveröffentlichungNo. Sho 58-43609 offengelegt ist, das vorstehend genannten Phänomen nicht,und schlägtkeinen Weg vor, es zu verbessern. Ebenso beschränkt die Erfindung, die in derjapanischen Offenlegungs-PatentveröffentlichungNo. Hei 7-12119 offengelegt ist, den Zustand des Kontakts zwischenden äußeren umfänglichenKantenabschnitten von beiden Endoberflächen der zylindrischen Rollenund den Flanschoberflächenbei dem maximalen Schieflaufwinkel θMAX,und die Hitzeentwicklung, Abnutzung oder andere Probleme werden nichterkannt, die in dem Stadium θ0 ≤ θ ≤ θT auftreten, und schlägt keine Mittel für eine Verbesserung vor.
    [0020] Die diskutierte Hitzeentwicklung,Abnutzung und andere Probleme, die in dem Stadium θ0 ≤ θ ≤ θT in Fällenleicht auftreten, in denen ein zylindrisches Rollenlager gebildetwird, das Flanschabsehnitte nur an einem der inneren und äußeren Ringeaufweist (z.B. NU Typ, N Typ etc.) bei hohen Geschwindigkeiten mitnegativem radialem internen Zwischenraum angetrieben wird (Vorbelastungszustand).Zylinderrollenlager, die gebildet sind, Flanschabschnitte nur aneinem der inneren und äußeren Ringeaufzuweisen, gehen mit axialer Belastung nicht um, und daher trittdas schief Laufen der zylindrischen Rollen auf als eine Folge vonsolchen Faktoren wie schlechter Ausrichtung während der Lagerinstallationund geringfügigenUngenauigkeiten in der Form der Laufbahnen der Lager. Der Schieflaufwinkeldavon ist daher nur geringfügigmit einer hohen Wahrscheinlichkeit, θ0 ≤ θ ≤ θT zu sein, und dass der Oberflächendruckan den Kontaktabschnitten zwischen den zylindrischen Rollen undeinem der Flanschabschnitte einen Wert annimmt, der größer alsdas Oberflächendruekniveau P0 ist, bei dem Abnutzung auftritt, ist einhäufigerZustand, was durch Überprüfen bestätigt wordenist. Weiterhin schreiten Hitzeentwicklung, Abnutzung etc. leichtfort, wenn mit hohen Geschwindigkeiten angetrieben wird, da dieGleitgeschwindigkeit in den Abschnitten, in denen Kontakt zwischenden zylindrischen Rollen und den Flanschabschnitten besteht, hochist.
    [0021] Die vorliegende Erfindung zielt darauf,ein Zylinderrollenlager im Lichte des vorstehend genannten Wissenszu verbessern.
    [0022] Insbesondere ist es die Aufgabe dervorliegenden Erfindung, ein Zylinderrollenlager bereitzustellen,das fürhöhereRotationsgeschwindigkeiten geeignet ist, das Hitzeentwicklung, Abnutzungund andere Effekte an den Endabschnitten der zylindrischen Rollenund der Flanschabschnitte steuert, indem der Druck an der Kontaktoberfläche zwischen denzylindrischen Rollen und den Flanschabschnitten verringert wird,insbesondere der Druck an der Kontaktoberfläche innerhalb eines Bereichs,in dem der Schieflaufwinkel der zylindrischen Rollen θ0 ≤ θ ≤ θT ist.
    [0023] Ein Zylinderrollenlager der vorliegendenErfindung umfasst einen inneren Ring, der eine Laufbahn auf einem äußeren Umfangdavon aufweist, einen äußeren Ring,der eine Laufbahn auf einem inneren Umfang davon aufweist, eineVielzahl von zylindrischen Rollen, die angeordnet sind, frei zwischender Laufbahn des inneren Rings und der Laufbahn des äußeren Ringszu rollen, Flanschabschnitte, die jeweils auf beiden Seiten derLaufbahnen mindestens eines des inneren Rings und des äußeren Ringsangeordnet sind, und eine Vertiefungsrille, die an einem Eckenabschnittabgeordnet sind, wo eine Flanschoberfläche von mindestens einem derFlanschabschnitte von beiden Seiten und die Laufahn aufeinandertreffen, wobei die Flanschabschnitte von einem Basisendabschnittzu einem Spitzen- bzw. Enden-Endabschnitt davon mit demselben Winkelgeneigt sind, eine radiale Abmessung h3 vonAbschrägungen,die auf äußeren umfänglichenKantenabschnitten der zylindrischen Rollen gebildet sind, schmalergestaltet ist als eine radiale Höheh1 von der Laufahn nahe der Vertiefungsrille,wobei gekrümmte Abschnittezwischen den Abschrägungenund Endoberflächender zylindrischen Rollen gebildet sind.
    [0024] Gekrümmte Abschnitte bezieht sichhier auf die äußeren umfänglichenKantenabschnitte an den Endoberflächen der zylindrischen Rollen,die im Querschnitt bogenförmiggeformt sind, wobei der Krümmungsradiusdes Bogens davon eine sich nach und nach entlang der radialen Richtung ändernde Formaufweist. Weiterhin ist, beim Bilden der gekrümmten Abschnitte, ein Bearbeiten bevorzugt,bei dem ein flexibles Hon- bzw. Schleifmittel im Bezug auf die Endoberflächen derzylindrischen Rollen in einem geringfügig geneigten Zustand in Kontaktsteht bzw. eingreift.
    [0025] Die gekrümmten Abschnitte werden eingestelltbzw. ausgebildet, eine Gestalt aufzuweisen, in der die folgendenAusdrückeerfülltwerden: 0,8 ≤ h2/h1 1 ≤ tan–1 [δ/(h2 – h3)] (°)wobeih1 eine radiale Höhe von der Laufbahn nahe derVertiefungsrille ist; h2 eine radiale Abmessung vonden Rollenoberflächender zylindrischen Rollen zu einer Grenze zwischen den gekrümmten Abschnittenund den Endoberflächenist, h3 eine radiale Abmessung der Abschrägungen derzylindrischen Rollen ist, und δ eineaxiale Abmessung von einer Grenze zwischen den Abschrägungen undden gekrümmtenAbschnitten zu den Endoberflächender zylindrischen Rollen ist.
    [0026] Dadurch, dass die vorliegende Erfindungdie vorstehend genannte Struktur besitzt, können Probleme, die im Standder Technik auftreten, wenn der Schieflaufwinkel in den Bereich θ0 ≤ θ ≤ θT fällt,das heißt,das Phänomen,dass die Grenze zwischen den Endoberflächen und den Abschrägungen derzylindrischen Rollen mit der Grenze zwischen den Flanschoberflächen undden Vertiefungsrillen in Kontakt steht, vermieden werden. DaherkönnenHitzeentwicklung, Abnutzung etc. an den Endabschnitten der zylindrischenRollen und den Flanschabschnitten verhindert werden. Ein Zylinderrollenlager,das für höhere Rotationsgeschwindigkeitengeeignet ist, kann bereitgestellt werden, insbesondere ein vorteilhaftesZylinderrollenlager füreinen Hauptspindelaufbau einer Werkzeugmaschine, das mit höheren Rotationsgeschwindigkeitenangetrieben wird.
    [0027] 1 isteine vergrößerte Querschnittsansicht,die wesentliche Abschnitte einer zylindrischen Rolle und einer Laufbahneines inneren Rings und einen Flanschabschnitt gemäß einerAusführungsform dervorliegenden Erfindung zeigt;
    [0028] 2 isteine Querschnittsansicht, die ein strukturelles Beispiel eines Hauptspindelaufbauseiner Werkzeugmaschine zeigt;
    [0029] 3 isteine Querschnittsansicht einschließend teilweise weggelassenerAbschnitte, die ein Zylinderrollenlager gemäß einer Ausführungsformder vorliegenden Erfindung zeigt;
    [0030] 4 isteine Ansicht, die eine zylindrische Rolle und ein flexibles Schleifmittelzeigt;
    [0031] 5A isteine Ansicht, die einen Querschnitt zeigt, wenn eine zylindrischeRolle auf der Ebene A quergeschnitten wird;
    [0032] 5B isteine Ansicht, die einen Zustand des Kontakts zwischen einer zylindrischenRolle und einem Flanschabschnitt gemäß einem Beispiel des Standsder Technik zeigt, wenn ein Schieflaufwinkel θ = 0° ist;
    [0033] 5C isteine Ansicht, die einen Zustand des Kontakts zwischen der zylindrischenRolle und dem Flanschabschnitt gemäß dem Beispiel des Stands derTechnik zeigt, wenn der Schieflaufwinkel 0 < θ ≤ θT ist;
    [0034] 5D isteine Ansicht, die einen Zustand des Kontakts zwischen einer zylindrischenRolle und einem Flanschabschnitt gemäß einem Beispiel des Standsder Technik zeigt, wenn ein Schieflaufwinkel θ = 0° ist;
    [0035] 5E isteine Ansicht, die einen Zustand des Kontakts zwischen der zylindrischenRolle und dem Flanschabschnitt gemäß dem Beispiel des Stands derTechnik zeigt, wenn der Schieflaufwinkel 0 < θ ≤ θT ist;
    [0036] 6 isteine vergrößerte Ansicht,die wesentliche Abschnitte einer Abschrägung und einen gekrümmten Abschnitteiner zylindrischen Rolle gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung zeigt;
    [0037] 7 istein Graph, der Formabmessungen von gekrümmten Abschnitten von -zylindrischenRollen gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung zeigt;
    [0038] 8 istein charakteristischer Graph von Testergebnissen von Ausführungsformen,der die Beziehung zwischen der Anzahl der Umdrehungen und einerTemperaturerhöhungzeigt;
    [0039] 9 isteine Ansicht einer Endoberfläche einerzylindrischen Rolle, die zeigt, was als Abdrücke von geringfügigem Kontaktmit einem Flanschabschnitt auf einem gekrümmten Abschnitt angesehen wird,erhalten als Testergebnisse einer Ausführungsform;
    [0040] 10 isteine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem zylindrische Rollenbei einem Winkel θ wenigerals ein maximaler Schieflaufwinkel θMAX schieflaufen, und mit einem Paar von Flanschabschnitten in Kontakt stehen;
    [0041] 11 isteine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Grenze zwischenEndoberflächen undAbschrägungenvon zylindrischen Rollen mit einer Grenze zwischen einer Flanschoberfläche und einerVertiefungsrille in Kontakt steht;
    [0042] 12 isteine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Grenze zwischenEndoberflächen undAbschrägungenvon zylindrischen Rollen mit einer Flanschoberfläche in Kontakt steht;
    [0043] 13 istein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Schieflaufwinkel θ von zylindrischen Rolleneines Zylinderrollenlagers und einem Druck P an der Kontaktoberfläche zwischenden zylindrischen Rollen und den Flanschabschnitten zeigt (durchgezogeneLinie), ebenso wie die Beziehung eines axialen Schubs F, der aufdie zylindrischen Rollen wirkt (unterbrochene Linie), gemäß dem Standder Technik.
    [0044] 2 zeigtein strukturelles Beispiel eines Hauptspindelaufbaus einer Werkzeugmaschineso wie ein Bearbeitungszentrum oder eine Schleifmaschine. Der inder gleichen Zeichnung gezeigte Hauptspindelaufbau wird als eingebauterTyp bezeichnet, und ist ausgelegt, um eine Hauptspindel 11 durcheinen internen Motor 10 bei hoher Geschwindigkeit rotierendanzutreiben. Der Motor 10 ist in dem axialen zentralenAbschnitt des Hauptspindelaufbaus angeordnet, und umfasst einenRotor 10a, der auf dem äußeren Umfangder Hauptspindel 11 angeordnet ist, und einen Stator 10b,der auf dem inneren Umfang eines Gehäuses 12 angeordnetist. Wenn der Stator 10b mit elektrischem Strom versorgtwird, wird ein Erregerstrom zwischen dem Stator 10b und demRotor 10a erzeugt, und die Hauptspindel 11 wird durchden Erregerstrom bei hoher Geschwindigkeit rotierend angetrieben.
    [0045] Die Rotation der Hauptspindel 11 wirdgelagert, um in Bezug auf das Gehäuse 12 frei drehbarzu sein, durch Rollenlager, die jeweils an einem vorderen Ende (Werkzeugende)und einem hinteren Ende (entgegengesetzt dem Werkzeugende) angeordnet sind,wobei sich der Motor 10 dazwischen befindet. Normalerweiseist das rollende Kontaktlager strukturiert, um eine Verschiebungin der axialen Richtung (freies Ende) zu ermöglichen, um das Ausmaß, in demsich die Hauptspindel 11 axial aufgrund von Hitze während desAntreibens ausdehnt, zu absorbieren oder entweichen zu lassen. Indiesem Beispiel werden passende Einbauschrägkugellager (ein Paar von Schrägkugellagern) 13 alsRollenlager fürdas vordere Ende verwendet, und ein einreihiges Zylinderrollenlager 14 wirdals Rollenlager fürdas hintere Ende verwendet.
    [0046] 3 zeigtdas Zylinderrollenlager 14, das an dem hinteren Ende angeordnetist. Das Zylinderrollenlager umfasst einen inneren Ring 1,der eine Laufbahn 1a auf dem äußeren Umfang davon aufweist,einen äußeren Ring 2,der eine Laufbahn 2a auf dem inneren Umfang davon aufweist,eine Vielzahl von zylindrischen Rollen 3, die angeordnetsind, um zwischen der Laufbahn 1a des inneren Rings 1 undder Laufbahn 2a des äußeren Rings 2 freizu rollen, und einen Käfig 4,der die zylindrischen Rollen 3 in der umfänglichenRichtung gleichmäßig beabstandethält. Flanschabschnitte 1b sindjeweils an beiden Seiten der Laufbahn 1a des inneren Rings 1 angeordnet.Der Käfig 4 kannaus einem Harzmaterial gebildet sein.
    [0047] Der innere Ring 1 und der äußere Ring 2 des Zylinderrollenlagers 14 sindauf den äußeren Umfang derHauptspindel 11 bzw. den inneren Umfang des Gehäuses 12 aufgesetzt.Ein radialer interner Zwischenraum während des Antreibens ist zumBeispiel ein negativer Zwischenraum. Die internen Teile des Lagerswerden durch ein Verfahren so wie Ölnebelschmierung, Luft/Öl-Schmierung, Spritzschmierung oderFettschmierung geschmiert.
    [0048] Wenn die Hauptspindel 11 rotierendbei hohen Geschwindigkeiten durch den in dem Hauptspindelaufbauenthaltenen Motor 10 angetrieben wird, wird die Rotationdavon gelagert, um in Bezug auf das Gehäuse frei drehbar zu sein, durchdie Schrägkugellager 13 andem vorderen Ende und das Zylinderrollenlager 14 an demhinteren Ende. Wenn die Hauptspindel 11 einer Ausdehungaufgrund von Hitze in der axialen Richtung aufgrund eines Temperaturanstiegswährenddem Antreiben ausgesetzt ist, wird das Ausmaß von axialer Ausdehung davonabsorbiert oder es wird ihm gestattet, zu entweichen, durch gleitendeVerschiebung zwischen dem äußeren Ring 2 undden zylindrischen Rollen 3 des Zylinderrollenlagers 14.
    [0049] Weiterhin, wenn die vorliegende Erfindung aufein einreihiges Zylinderrollenlager angewendet wird, ist die Anwendungauf vielfältigebekannte Lagertypen möglich,einschließlichN-Typ (zwei innere Ringflansche), NU-Typ (zwei äußere Ringflansche), NF-Typ(zwei innere Ringflansche, ein äußerer Ringflansch),NJ (ein innerer Ringflansch, zwei äußere Ringflansche) oder NUP-Typ(einer von zwei inneren Ringflanschen ist teilbar, zwei äußere Ringflansche). Ineinem Fall, in dem der Flanschabschnitt teilbar ist, werden Unterschnittrillenmanchmal nicht in den Eckenabschnitten zwischen den Flanschoberflächen undden Laufbahnen davon gebildet. Die vorliegende Erfindung kann ebenfallsauf doppelreihige oder mehrreihige Zylinderrollenlager angewendetwerden. In solchen Fällenkönnenebenfalls vielfältigebekannte Lagertypen angenommen werden.
    [0050] Gemäß dieser Ausführungsform,wie in Vergrößerung in 1 gezeigt, werden Vertiefungsrillen 1c anden Eckenabschnitten gebildet, wo die Flanschoberflächen 1b1 von jedem der Flanschabschnitte 1b bzw.die Laufbahn 1a des inneren Rings 1 aufeinandertreffen. Die Vertiefungsrillen 1c sind während demSchleifen der Laufbahn 1a und der Flanschoberflächen 1b1 hauptsächlich als Unterschnittrillengebildet. Gemäß dieserAusführungsformsind die Flanschoberflächen 1b1 verjüngte Oberflächen, die in einer Richtunggeneigt sind, um sich in einer radial nach außen gerichteten Richtung nachund nach zu öffnen,und Flanschabschrägungen 1b3 sind an Winkelabschnitten gebildet,wo die Flanschoberflächen 1b1 und äußere radiale Oberflächen 1b2 der Flanschabschnitte 1b aufeinandertreffen.
    [0051] Abschrägungen 3c sind anden Winkelabschnitten gebildet, wo Rollenoberflächen 3a und beideEndoberflächen 3b derzylindrischen Rollen 3 jeweils aufeinander treffen. Eineerste radiale Abmessung h3 der Abschrägungen 3c,die auf den äußeren umfänglichenKantenabschnitten der zylindrischen Rollen 3 gebildet sind,ist kleiner gestaltet als eine radiale Höhe h1 vonder Laufbahn 1a nahe den Vertiefungsrillen 1c.Weiterhin sind gekrümmteAbschnitte 3d zwischen den Abschrägungen 3c und denEndoberflächen 3b derzylindrischen Rollen 3 gebildet.
    [0052] Die radiale Höhe h1 istdie Abmessung von dem Ort der Laufbahn 1a des inneren Rings 1 zueiner ersten Grenze R1 zwischen den Vertiefungsrillen 1c undden Flanschoberflächen 1b1 . Eine zweite radiale Abmessung h2 ist die Abmessung von dem Ort einer zweitenGrenze R4 zwischen den Rollenoberflächen 3a undden Abschrägungen 3c zueiner dritten Grenze R5 zwischen den gekrümmten Abschnitten 3d undden Endoberflächen 3b derzylindrischen Rollen 3. Die erste radiale Abmessung h3 ist die Abmessung von dem Ort der zweitenGrenze R4 zwischen den Rollenoberflächen 3a undden Abschrägungen 3c zueiner vierten Grenze R3 zwischen den Abschrägungen 3c undden gekrümmtenAbschnitten 3d. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die GrenzenR1 bis R5 mit gekrümmten. Oberflächen gebildetsind, um den Druck an der Kontaktoberfläche zu verringern, zum Beispielmit bogenförmigenOberflächen,die einen Krümmungsradiusvon 0,1 bis 0,3 mm aufweisen, um eine glatte Fortsetzung mit benachbarten Oberflächen zubilden.
    [0053] Der Grund, warum die erste radialeAbmessung h3 der Abschrägungen 3c der zylindrischenRollen kleiner gestaltet ist als die radiale Höhe h1 vonder Laufbahn 1a nahe den Vertiefungsrillen 1c,wird nun erklärtwerden.
    [0054] Wenn zum Beispiel die erste radialeAbmessung h3 der Abschrägungen 3c der zylindrischenRollen größer gestaltetist als die radiale Höheh1 von der Laufbahn 1c nahe denVertiefungsrillen 1c, wie es bei den zylindrischen Rollen 23 derFall ist (siehe 12),steht die erste Grenze R13 zwischen den Endoberflächen 23b undden Abschrägungen 23c davonmit den Flanschoberflächen 21b1 in einem Zustand in Kontakt, in demdie zylindrischen Rollen 23 nicht schief laufen. Normalerweise,da die Abschrägungen 23c durchSchmieden bearbeitet werden, ist die Genauigkeit in Form der erstenGrenze R13 schlecht. Es ist durch Überprüfen bestätigt worden, dassin einem Zustand, in dem die zylindrischen Rollen 23 nichtschief laufen, abnormale Vibration in den zylindrischen Rollen 23 auftritt,wenn die erste Grenze R13 mit schlechterFormgenauigkeit mit den Flanschoberflächen 21b1 inKontakt kommt, und Abnutzung tritt an der ersten Grenze R13 auf. Daher ist gemäß dieser Ausführungsformdie erste radiale Abmessung h3 der Abschrägungen 3c derzylindrischen Rollen kleiner gestaltet als die radiale Höhe h1 von der Laufbahn 1a nahe den Vertiefungsrillen 1c.
    [0055] Die vorstehend erwähnten gekrümmten Abschnitte 3d sindausgebildet, um die folgenden Bedingungen zu erfüllen: 0,8 ≤ h2/h1 1 ≤ tan–1 [δ/(h2 – h3)] (°)wobeih1 die radiale Höhe von der Laufbahn 1a nahe denVertiefungsrillen 1c ist, h2 diezweite radiale Abmessung von den Rollenoberflächen 3a der zylindrischenRollen 3 zu der dritten Grenze R5 zwischen dengekrümmtenAbschnitten 3d und den Endoberflächen 3b ist, h3 die erste radiale Abmessung der Abschrägungen 3c derzylindrischen Rollen 3 ist, und δ die axiale Abmessung von dervierten Grenze R3 zwischen den Abschrägungen 3c undden gekrümmtenAbschnitten 3d zu den Endoberflächen 3b der zylindrischenRollen 3 ist.
    [0056] Weiterhin, wie in 4 gezeigt, können die gekrümmten Abschnittehergestellt werden durch Bearbeiten, bei dem ein flexibles Schleifmittel 5 ineinem geneigten Zustand von nur einem geringfügigen Winkel α in Bezugauf die Endoberflächen 3b derzylindrischen Rollen 3 in Kontakt damit gebracht wird.
    [0057] Indem die gekrümmten Abschnitte 3d zwischenden Abschrägungen 3c undden Endoberflächen 3b derzylindrischen Rollen 3 gebildet werden, kann das Problemdes Stands der Technik, das auftritt, wenn der Schieflaufwinkelin den Bereich θ0 < θ ≤ θT (einschließlich θ0 ≤ θ) fällt, dasheisst, das Phänomen,dass die erste Grenze R13 zwischen den Endoberflächen 23b undden Abschrägungen 23c derzylindrischen Rollen 23 mit der zweiten Grenze R11 zwischen den Flanschoberflächen 21b1 und den Vertiefungsrillen 21c (siehe 11) in Kontakt steht, vermiedenwerden. Dies wird nun mit Bezug auf 5A bis 5E erklärt werden.
    [0058] 5B und 5C, wie in 5A gezeigt, zeigen einen QuerschnittA der zylindrischen Rollen 23 und der zweiten Grenze R11 eines Beispiels des Stands der Technik,betrachtet aus einer Richtung radial außerhalb des Lagers in Richtungder Lagermitte. 5D und 5E, wie in 5A gezeigt, zeigen einen Querschnittder zylindrischen Rollen 3 und der ersten Grenze R1 der vorliegenden Erfindung, betrachtetaus einer Richtung radial außerhalbdes Lagers in Richtung der Lagermitte.
    [0059] Gemäß dem Beispiel des Stands derTechnik, wie in den 5B und 5C gezeigt, wenn die zylindrischenRollen 23 in dem Bereich θ0 < θ ≤ θT (einschließlich θ0 ≤ θ) schieflaufen, steht die erste Grenze R13 zwischenden Endoberflächen 23b undden Abschrägungen 23c davonmit der zweiten Grenze R11 zwischen denFlanschoberflächen 21b1 und den Vertiefungsrillen 21c inKontakt. In diesem Falle, da sowohl die Kanten der zylindrischenRollen 23 als auch die Flanschoberflächen 21b in Kontaktstehen, ist der Druck an der Kontaktoberfläche groß, wobei abnormale Hitzeentwicklung,Abnutzung etc. auftreten.
    [0060] Im Gegensatz, gemäß dem Beispiel der vorliegendenErfindung, wie in 5D und 5E gezeigt, wenn die zylindrischenRollen 3 innerhalb des Bereichs θ0 < θ ≤ θT (einschließlich θ0 ≤ θ) schieflaufen, kommen die gekrümmtenAbschnitte 3d in Kontakt mit der ersten Grenze R1 zwischen den Flanschoberflächen 1b1 und den Vertiefungsrillen 1c.Im diesem Fall ist der Druck an der Kontaktoberfläche klein,da gegenseitiger Kontakt zwischen Kantenabschnitten wie bei dem Beispieldes Stands der Technik vermieden werden kann, und abnormale Hitzeentwicklung, Abnutzungetc. treten nicht auf.
    [0061] Der Grund, warum die Bedingungenzum Bilden der gekrümmtenAbschnitte 3d mit 0,8 ≤ h2/h1, 1 ≤ tan–1 [δ/(h2 – h3)] (°)angesetzt werden, ist wie folgt (h1: radialeHöhe vonder Laufbahn 1a nahe den Vertiefungsrillen 1c;h2: zweite radiale Abmessung von der Laufbahn 3a zuder dritten Grenze R5 zwischen den gekrümmten Abschnitten 3d undden Endoberflächen 3b derzylindrischen Rollen 3; h3: ersteradiale Abmessung der Abschrägungen 3c derzylindrischen Rollen 3; δ:axiale Abmessung von der vierten Grenze R3 zwischenden Abschrägungen 3c undden gekrümmtenAbschnitten 3d zu den Endoberflächen 3b der zylindrischenRollen 3).
    [0062] Normalerweise steht die erste radialeAbmessung der zylindrischen Rollen 3 in einer Beziehungzu der radialen Höheh1 von etwa 0,5 ≤ h3/h1 ≤ 0,9,und sogar in einem Fall von h3/h1 = 0,5 ist der untere Grenzwert von h2/h1 0,8, um dieradiale Breite (h2 – h3)der gekrümmtenAbschnitte 3d der zylindrischen Rollen 3 aufrechtzuerhalten.
    [0063] Ebenso, normalerweise für zylindrischeRollen 3, sogar bei dem maximalen Schieflaufwinkel θMAX ist es nur ein Winkel von annähernd 0,5bis 1,0°, jedochist 1 ≤ tan–1 [δ/(h2 – h3)] (°)so angesetzt, dass die gekrümmtenAbschnitte 3d mit der ersten Grenze R1 zwischenden Flanschoberflächen 1b1 und den Vertiefungsrillen 1c inKontakt kommen, wenn die zylindrischen Rollen 3 innerhalbeines Bereichs von θ0 < θ ≤ θT (einschließlich θ0 ≤ θ) schieflaufen, wenn ein Scheitelpunktswinkel θ, eines Dreiecks, das von der radialenBreite (h2 – h3)der zylindrischen Rollen 3 und der axialen Abmessung δ gebildetwird (siehe 6); 1° oder größer ist.Eine Überprüfung istin Anbetracht dessen durch den folgenden Test unter Verwendung hergestellterProdukte ausgeführtworden, wobei tan–1 [δ/(h2 – h3)] = 1° erfüllt ist.
    [0064] Testlager für die Beispiele des Standsder Technik und der vorliegenden Erfindung wurden gefertigt undin einer Testvorrichtung platziert. Der Antriebsbetrieb wurde unterden hiernach beschriebenen Bedingungen ausgeführt, worin nach der Beziehungzwischen Anzahl von Umdrehungen und Temperaturerhöhung gesehenbzw. gesucht wurde, und die Bedingungen des Auftretens von Abnutzungan den Endabschnitten der zylindrischen Rollen wurde beobachtet.
    [0065] Ergebnisse von Temperaturerhöhung mit demBeispiel des Stands der Technik und des Beispiels der vorliegendenErfindung sind in 8 gezeigt.Mit dem Beispiel des Stands der Technik ist die Temperaturerhöhung desLagers hoch, und ebenso wurde die Lagertemperatur bei 7000 Upm instabil, unddaher konnte der Test nicht fortgesetzt werden. Nach der Begutachtungdes Lagers nach dem Test wurde das Auftreten von Abnutzung an derersten Grenze R13 zwischen den Endoberflächen 23b und denAbschrägungen 23c derzylindrischen Rollen 23, und an der zweiten Grenze R11 zwischen den Flanschoberflächen 21b1 und den Vertiefungsrillen 21c desinneren Rings 21 bestätigt.
    [0066] In Gegensatz, mit dem Beispiel dervorliegenden Erfindung, war die Temperaturerhöhung des Lagers niedrig, undstabiles Antreiben bei 8000 Upm war möglich. Der Antriebsbetriebwurde daher für 1000Stunden ausgeführt,wonach das Lager begutachtet wurde. Eine Abnutzung an den Endoberflächen 3b derzylindrischen Rollen 3 war nicht sichtbar, mit ausschließlich, wasals Kontaktabdrückea auf den gekrümmtenAbschnitten 3d angesehen wurde, die von geringfügigem Kontaktmit den Flanschabschnitten 1b des inneren Rings 1 herrühren (siehe 9), und daher waren Auswirkungender vorliegenden Erfindung überprüfbar. Weiterhinwurde die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung, wenn tan–1 [δ/(h2 – h3)] = 1° erfüllt war,ebenso bestätigt.Daher ist der untere Grenzwert von tan–1 [δ/(h2 – h3)] als 1 angesetzt.
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] Zylinderrollenlager, umfassend: – eineninneren Ring, der eine Laufbahn auf einem äußeren Umfang davon aufweist; – einen äußeren Ring,der eine Laufbahn auf einem inneren Umfang davon aufweist; – eine Vielzahlvon zylindrischen Rollen, die angeordnet sind, um frei zwischender Laufbahn des inneren Rings und der Laufbahn des äußeren Ringszu rollen; – Flanschabschnitte,die jeweils an beiden Seiten der Laufbahn von mindestens einem desinneren Rings und des äußeren Ringsangeordnet sind; und – eineVertiefungsrille, die an einem Eckenabschnitt angeordnet ist, woeine Flanschoberflächevon mindestens einem der Flanschabschnitte von beiden Seiten unddie Laufbahn aufeinandertreffen, wobei die Flanschoberflächen mitdemselben Winkel von einem Basisendabschnitt zu einem Spitzen- bzw.Enden-Endabschnitt davon geneigt sind; worin eine radiale Abmessungh3 von Abschrägungen, die auf äußeren umfänglichenKantenabschnitten der zylindrischen Rollen gebildet sind, kleinergestaltet ist als eine radiale Höheh1 von der Laufbahn nahe der Vertiefungsrille,wobei gekrümmteAbschnitte zwischen den Abschrägungenund Endoberflächender zylindrischen Rollen gebildet sind.
    [2] Zylinderrollenlager gemäß Anspruch 1, wobei die gekrümmten Abschnitteeingestellt bzw. ausgebildet sind, um eine Form aufzuweisen, wobeidie folgenden Ausdrückeerfülltsind: 0,8 ≤ h2/h1 1 ≤ tan–1 [δ/(h2 – h3)] (°)wobeih1 eine radiale Höhe von der Laufbahn nahe derVertiefungsrille ist, h2 eine radiale Abmessung vonden Rollenoberflächender zylindrischen Rollen zu einer Grenze zwischen den gekrümmten Abschnittenund den Endoberflächenist, h3 eine radiale Abmessung der Abschrägungen derzylindrischen Rollen ist, und δ eineaxiale Abmessung von einer Grenze zwischen den Abschrägungen undden gekrümmtenAbschnitten zu den Endoberflächender zylindrischen Rollen ist.
    [3] Zylinderrollenlager gemäß Anspruch 1, wobei die gekrümmten Abschnittedurch Bearbeiten gebildet werden, bei dem ein flexibles Hon- bzw.Schleifmittel in einem in Bezug auf die Endoberflächen der zylindrischenRollen geringfügiggeneigten Zustand in Kontakt tritt.
    [4] Zylinderrollenlager gemäß Anspruch 2, wobei die gekrümmten Abschnittedurch Bearbeiten gebildet werden, bei dem ein flexibles Hon- bzw.Schleifmittel in einem in Bezug auf die Endoberflächen der zylindrischenRollen geringfügiggeneigten Zustand in Kontakt tritt.
    [5] Zylinderrollenlager gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis4, eingebaut in den Hauptspindelaufbau einer Werkzeugmaschine.
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-03-17| 8110| Request for examination paragraph 44|
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    优先权:
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