高速浮動軸承、特別是用於支承工具機的主軸的製作方法

2023-09-11 07:44:35 2

專利名稱：高速浮動軸承、特別是用於支承工具機的主軸的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種按照權利要求1的前序部分的高速浮動軸承，其 可以特別有利地用於支承工具機主軸或者用於支承其它快速旋轉的機器 構件。
技術背景對於滾動軸承技術領域的技術人員而言通常已知，為了引導和支 承旋轉的機器構件需要至少兩個彼此按照規定間距設置的軸承。如果 軸的支承通常在兩個徑向軸承中實現，那麼出現了這樣的問題，即各 軸承座在軸上和在殼體內的間距僅僅在製造誤差的範圍內相 一致。此 外軸在工作條件下通常比殼體發熱劇烈，從而也必須補償在軸承位置 軸的由於溫度引起的長度差。長久以來有效補償這種製造誤差和長度 差的可能性是，將軸僅僅在固定軸承中在軸向方向上引導，而在其它 的軸承位置通過一個浮動軸承將在內圏的配合面或在外環的配合面上 的各間距或在軸承中的間距自身通過各軸承圏的相互移動補償。根據 所需要的軸的軸向引導精度，作為這種軸支承的固定軸承主要是深溝 球軸承、自動調心滾子軸承或圓錐滾子軸承或甚至雙列的或兩個單列 的角接觸球軸承證明是特別合適的，而浮動軸承在最簡單的情況下通 過圓柱滾柱軸承或滾針軸承實現，因為在這些軸承類型中滾動體凸緣 可以在相應的無邊緣的軸承圏或軸的滾道上移動。首先在應用圓柱滾柱軸承或滾針軸承作為一個水冷卻的工具機主軸 的浮動軸承時，然而證明不利的是，軸承大多具有高的徑向剛度，這 使得在內外圏之間或者在軸和主軸殼體之間的溫度差異時由於不同的 熱膨脹在軸承中出現可覺察的增加的徑向夾緊。由於溫度引起的徑向 夾緊從而總是不斷增加的、在軸承圏和滾動體之間的摩擦可以如此強 烈，使得由於所產生的摩擦熱量可靠的軸承工作溫度被超過並且所需
要的在滾動體和軸承圏之間的潤滑油膜被局部撕裂，直至潤滑劑部分 燃燒並且過早損壞軸承。已知的用於避免這種軸承故障的可能性在於， 相應地預先調節軸承的徑向間隙，然而這種通過內軸承圏在工具機主軸 上的昂貴的錐體配合實現的徑向間隙調整非常費時並且此外需要昂貴 的包絡圓測量設備。在EP 926 368 A2中公開的單列滾珠軸承描述了在支承工具機主軸 時其它的用於實現浮動軸承的可能性，其中內軸承圏構成有一個溜槽 形狀的滾珠滾道並且在各軸承圏之間設置的軸承滾珠由陶資製成。通 過構成具有規定的徑向間隙的軸承在此應當可以實現，軸承不僅在軸 上和在殼體內具有足夠的配合併且具有有利的工作間隙，而浮動軸承 功能通過內軸承圏在其平面的滾動面區域內的軸向移動可能性得以確 保。這種形式構成的滾珠軸承雖然通過其規定的徑向間隙克服軸承圏 的由於運行引起的徑向熱膨脹，但是它具有這樣的缺點，即它僅僅具 有低的承栽性並且因此在所謂的撞擊事故中，其中軸承突然承受非常 高的點狀負栽，容易導致材料損壞以及最後導致徹底故障。在實際中 已經證明，即使軸承的規定的徑向間隙仍然不足以在從內軸承圏向外 軸承圏較大的熱量降時避免軸承的過載，從而利用這種軸承即使在兩 列的構造中也不可能在軸承的任何工作狀態下確保有規律的精確的徑 向的主軸引導。 發明內容從所述的已知的現有技術的方案的缺點出發，本發明的目的在於 構造一種高速浮動軸承，特別用於支承工具機的主軸，利用該高速浮動 軸承除了該功能外，即補償主軸的由溫度引起相對於其固定軸承的長 度差，也可能避免由於軸承圏的由工作引起的徑向熱膨脹引起的軸承 過載以及在軸承的任何工作狀態或運行狀態下確保均勻精確的徑向的 主軸引導。根據本發明上述目的在根據權利要求1的前序部分的高速浮動軸 承中實現，即高速浮動軸承構成為自動補償軸承圏的在工作中引起的
徑向熱膨脹的滾珠浮動軸承，該滾珠浮動軸承構成有多個彼此並排設 置的滾珠列，在高速浮動軸承的冷狀態下其軸承圏由於內軸承圏上的、 用於滾動體的滾動面的凸形構造僅經由一個滾珠列彼此處於支承接觸，其中隨著兩個軸承圏的熱膨脹和離心力擴張的增加，通過一個或 兩個軸承圏的徑向彈性的柔性的構造，其它的滾珠列依次與兩個軸承 圏進入這種類型的接觸位置，使得軸承圏在高速浮動軸承的工作溫度 時經由所有的滾珠列彼此處於支承接觸。在符合目的的進一步構造中，按照本發明構成的高速浮動軸承在此優選具有5個並排設置的滾珠列，所述滾珠列具有相同直徑的鋼或 陶瓷滾珠作為滾動體，其中僅僅中間的滾珠列的滾動體在高速浮動軸 承的冷狀態下與兩個軸承圏處於支承接觸。並排設置5個滾珠列具有 這樣的優點，即外部的徑向負載近乎均勻地分布在各單個滾珠列上並 且軸承總體上比已知的單列或雙列滾珠浮動軸承更加結構穩定。根據 應用情況下然而也可能的是，將高速浮動軸承構成有少於或多於5列 滾珠列。在選擇滾動體的材料以及形狀時，特別是使用陶瓷滾珠證明 是有利的，因為滾珠基於其理想的形狀可以比例如圓柱滾柱更加精確 地製造並且利用滾珠可以實現浮動軸承的足夠的運行安靜性。此外陶 資滾珠相對於陶資圓柱滾柱可以類似地便宜地製造，此外也可以使用 已知的由滾動軸承鋼等製成的滾珠。為了使得具有如此數量的滾珠列的浮動軸承不需要比傳統的浮動 軸承大得多的軸向構造空間，根據本發明構成的高速浮動軸承的有利 的構造建議，各單個滾珠列的滾動體分別在圓周方向上彼此均勾隔開 地在一個共同的軸承保持架內彼此嵌套地設置，從而高速浮動軸承的 軸向寬度小於由5個滾動體構成的橫向列的直徑的總和。在實際中已 經表明， 一個具有5個彼此嵌套的滾珠列的浮動軸承的軸向寬度大致 對應於在現有技術中描述的單列滾珠浮動軸承的雙倍寬度並且通過在 大多數應用中存在的軸向構造空間不產生負面的影響。滾珠列的嵌套的設置在此在本發明的高速浮動軸承的其它構造中 可以這樣實現，即中間的和軸向外部的滾珠列的各滾動體和與中間的 滾珠列相鄰的兩個滾珠列的各滾動體分別設置在各共同的在圓周方向上交替地依次相繼的橫向軸線上。在此在中間的和軸向外部的滾珠列 的一橫向軸線上設置的各滾動體之間僅僅設置一個限定其在軸承保持架中的各滾珠凹口的橋接部，而與中間的滾珠列相鄰的、分別在中間個限定i在;承保持架中的各'i珠:口的橋接部彼此分離二滾動體詔: 置在限定這個滾珠列的滾珠凹口的高度上。根據本發明構成的高速浮動軸承的另外一個特徵在於，在外軸承圏的優選平面構成的內表面內相應於滾珠列的數量加工5個並排i殳置 的滾動溝，作為滾動體的引導部。所述由於滾動體接觸而具有比滾動 體半徑稍大的半徑的滾動溝在橫截面上分別具有相同的寬度和相同的 深度並且彼此直接過渡，從而滾動體以其大致四分之一的圓周在滾動 溝中引導。在按照本發明構成的高速浮動軸承的另外的構造中最後仍然建 議，基於工具機的主軸和主軸殼體之間特別高的熱量降，優選兩個軸承 圏為了徑向彈性的柔性的構造，在其外表面上分別構成一個在橫截面 上凹形的環形凹部，所述環形凹部近乎在軸承圏的整個軸向寬度上延 伸並且其最大的深度大致為軸承圏的一半厚度。在軸承圏的外表面上 的環繞的凹部因此導致軸承圏的材料橫截面的減小，軸承圏的剛度通 過所述材料橫截面的減小朝其軸向中心處減小並且同時軸承圏的徑向 彈性朝其軸向中心處增加。在此業已證明有利的是，附加地通過精細 磨削加工凹形的環形凹部的表面，以便避免可能由於表面粗糙度的缺 口應力集中導致軸承團的過載斷裂。而兩個軸承圏的與凹形的環形凹 部鄰接的軸向邊緣區域平面構成並且優選不進行精細磨削，從而軸承 圏經由構成為環形的軸承座的邊緣區域可以毫無問題地固定在主軸殼 體內或在主軸上。在這種應用情況下，即在工具機的主軸和主軸殼體之 間的熱量降不是很高時，僅僅將外部或中間的軸承圏以所述的方式徑 向彈性地變形，從而在相應其它的按照傳統方式構成的軸承圏中不存 在由於表面粗糙度的缺口應力集中導致的斷裂危險。
根據本發明構成的高速浮動軸承，特別是用於支承工具機的主軸， 相對於由現有技術已知的滾動軸承具有這樣的優點，即通過其軸承圏 的特殊構造以及通過構成為多列的滾珠軸承，除了補償主軸相對於其 固定軸承的由於溫度引起的長度差的功能之外，還可以自動地補償在 工作中引起的軸承圏的徑向熱膨脹和離心力擴張並且因此在軸承的任 何工作狀態下確保有規律的精確的主軸引導。通過內軸承圏上用於滾動體的滾動面的凸形構造以及相應布置軸承徑向間隙，在此在軸承的 冷狀態下首先經由中間的、與兩個軸承圏處於接觸的滾珠列確保精確 的主軸引導。隨著軸承圏的離心力和由工作引起的熱膨脹的增加，兩 個與中心的滾珠列相鄰的滾珠列而後與兩個軸承圏處於支承接觸。如 果按照本發明構成的高速浮動軸承最後達到其工作溫度，那麼通過軸 承圏的徑向彈性的柔性的構造，而後兩個軸向外部的滾珠列也與兩個 軸承圏處於支承接觸，其中中心的滾珠列不過載並且在軸承的任何溫 度狀態下給出足夠的軸承剛性。根據本發明構成的高速浮動軸承作為5列的滾珠軸承，雖然相對於已知的單列的滾珠軸承導致稍微提高的 軸承摩擦，但是這種軸承仍然保持高速適應性。同時因此例如與雙列 的圓柱滾柱軸承相比實現了 ，本發明的高速浮動軸承對於內軸承圏相 對於外軸承圏的傾翻的非常不敏感。此外根據本發明構成的高速浮動 軸承的特徵在於這樣的可能性，即應用無接觸的密封盤以存儲潤滑劑， 從而無須維修，以及在於使用可便宜製造的陶瓷滾珠替換較貴的陶資 滾柱，從而製造費用低。


以下將藉助附圖詳細闡述本發明的高速浮動軸承的一個優選實施 方式。其中圖1具有一個在固定軸承和按照本發明構成的高速浮動軸承中 支承的主軸的工具機的驅動裝置的橫向剖視圖；圖2按照本發明構成的高速浮動軸承的橫向剖視圖的一半的放 大視圖。
具體實施方式
在圖1中示意示出加工工具機的驅動裝置，其基本上包括一個電動機26和一個由該電動機驅動的主軸27。主軸27明顯可見地以一個端 部支承在兩個角接觸球軸承29、 30內，它們構成為主軸殼體28內的 固定軸承座31。而主軸10的另外的端部支承在一個浮動軸承座32內， 其通過本發明的高速浮動軸承l構成。為此由圖2可以看到，高速浮 動軸承1基本上包括一個固定在主軸27上的內軸承圏2和一個固定在 主軸殼體28內的外軸承圏3以及一些設置在所述軸承圏2、 3之間的 滾動體4,並且具有這樣的可能性作為浮動軸承功能，即內軸承圏2 在其用於滾動體4的滾動面5的區域內的軸向移動。此外由圖2可以清楚看出，高速浮動軸承l根據本發明構成滾珠 浮動軸承，其自動地補償在工作中引起的軸承圏2、3的徑向的熱膨脹， 並且具有5個並排設置的滾珠列6、 7、 8、 9、 10，它們具有相同直徑 的陶瓷滾珠作為滾動體4。僅僅示意由圖2可見，由於內軸承圏2上 的用於滾動體4的滾動面5的凸形構造，高速浮動軸承l的軸承圏2、 3在軸承的冷狀態下僅僅通過中間的滾珠列8彼此處於支承接觸，而 隨著兩個軸承圏2、 3的熱膨脹和離心力擴張的增加，通過兩個軸承圏 2、 3的徑向彈性的柔性的構造其它的滾珠列6、 7、 9、 IO依次相繼地 與兩個軸承圏2、 3進入這種類型的接觸位置，使得軸承圏2、 3在高 速浮動軸承l的工作溫度時經由所有的滾珠列6、 7、 8、 9、 IO彼此處 於支承接觸。為此目的，同樣僅僅示意地由圖2可見，各單個滾珠列6、 7、 8、 9、 10的滾動體4分別在圓周方向上彼此均勻隔開地在一個共同的軸 承保持架11內彼此嵌套地設置，從而高速浮動軸承l的軸向寬度小於 由5個滾動體4構成的橫向列的直徑的總和。為了嵌套地設置滾珠列 6、 7、 8、 9、 10,中間的和軸向外部的滾珠列6、 8、 10的各滾動體4 設置在一個共同的橫向軸線上，而兩個與中間的滾珠列8相鄰的滾珠 列7、 9的各滾動體4同樣設置在一個共同的橫向軸線上，其在圓周方 向上分別i殳置在中間的和軸向外部的滾珠列6、 8、 10的各滾動體4 的各橫向軸線之間。在軸承保持架11內固定的滾珠列6、 7、 8、 9、 10在軸承圏2、 3之間的軸向引導此外經由5個並排設置的且在圖2 中明顯可見的滾動溝13、 14、 15、 16、 17實現，所述滾動溝加工在外 軸承圏3的平面構成的內表面12上並且在橫截面上分別具有相同的寬 度和相同的深度以及具有比滾動體4的半徑稍大的半徑。同樣在圖2中最後仍然可以看到，高速浮動軸承l的兩個軸承圏 2、 3為了徑向彈性的柔性的構造在其外表面18、 19上分別構成有在 橫截面上呈凹形的環形凹部20、 21,所述環形凹部近乎在軸承圏2、 3 的整個軸向寬度上延伸並且其最大的深度大致為軸承圏2、3的一半厚 度。在軸承圏2、 3的外表面18、 19中的凹形的環形凹部20、 21引起 軸承圏2、 3的材料橫截面的減小，由此軸承圏2、 3的剛度朝其軸向 中心處減小並且同時軸承圏2、 3的徑向彈性朝其軸向中心處增加。兩 個軸承圏2、 3的與環形凹部20、 21鄰接的軸向的邊緣區域22、 23、 24、 25同樣平面構成並且分別構成環形的軸承座，軸承圏2、 3經由 所述軸承座固定在主軸殼體28內或在主軸27上。附圖標記清單1高速浮動軸承 2內軸承圏 3外軸承圏 4滾動體5內軸承圏的滾動面6滾珠列7滾珠列8滾珠列9滾珠列10滾珠列11軸承保持架12外軸承圏的內表面13滾動溝 14滾動溝 15滾動溝 16滾動溝 17滾動溝18內軸承圏的外表面 19外軸承圏的外表面 20環形凹部 21環形凹部22 18的邊緣區域23 18的邊緣區域24 19的邊緣區域25 19的邊緣區域26 電動機27 主軸28 主軸殼體29 角接觸球軸承30 角接觸球軸承31 固定軸承座32 浮動軸承座
權利要求
1.高速浮動軸承，特別用於支承工具機的主軸，該高速浮動軸承基本上包括一個固定在主軸(27)上的內軸承圈(2)和一個固定在主軸殼體(28)內的外軸承圈(3)以及一些設置在所述軸承圈(2、3)之間的滾動體(4)並且具有這樣的可能性作為浮動軸承功能，即內軸承圈(2)在其用於滾動體(4)的滾動面(5)的區域內的軸向移動，其特徵在於，高速浮動軸承(1)構成為自動補償軸承圈(2、3)的在工作中引起的徑向熱膨脹的滾珠浮動軸承，該滾珠浮動軸承構成有多個彼此並排設置的滾珠列(6、7、8、9、10)，在高速浮動軸承(1)的冷狀態下其軸承圈(2、3)由於內軸承圈(2)上的、用於滾動體(4)的滾動面(5)的凸形構造僅經由一個滾珠列(8)彼此處於支承接觸，其中隨著兩個軸承圈(2、3)的熱膨脹和離心力擴張的增加，通過一個軸承圈(2或3)或兩個軸承圈(2和3)的徑向彈性的柔性的構造，其它的滾珠列(6、7、9、10)依次與兩個軸承圈(2、3)進入這種類型的接觸位置，使得軸承圈(2、3)在高速浮動軸承(1)的工作溫度時經由所有的滾珠列(6、7、8、9、10)彼此處於支承接觸。
2. 如權利要求1所述的高速浮動軸承，其特徵在於，該高速浮動 軸承具有五個並排設置的滾珠列(6、 7、 8、 9、 10),所述滾珠列具 有相同直徑的鋼或陶資滾珠作為滾動體(4)，其中僅僅中間的滾珠列(6)的滾動體(4)在高速浮動軸承(1)的冷狀態下與兩個軸承圏(2、 3)處於支承接觸。
3. 如權利要求2所述的高速浮動軸承，其特徵在於，各單個滾珠 列(6、 7、 8、 9、 10)的滾動體(4)分別在圓周方向上彼此均勻隔開 地在一個共同的軸承保持架(11)內彼此嵌套地設置，從而高速浮動 軸承(1)的軸向寬度小於由五個滾動體(4)構成的橫向列的直徑的 總和。
4. 如權利要求3所述的高速浮動軸承，其特徵在於，為了嵌套地 設置各滾珠列(6、 7、 8、 9、 10)，中間的和軸向外部的滾珠列(6、8、 10)的各滾動體(4)和與中間的滾珠列(8)相鄰的兩個滾珠列(7、9) 的各滾動體(4)分別設置在各共同的在圓周方向上交替地依次相 繼的橫向軸線上。
5. 如權利要求l所迷的高速浮動軸承，其特徵在於，在外軸承圏 (3)的優選平面構成的內表面(12)內相應於滾珠列(6、 7、 8、 9、10) 的數量加工五個並排設置的滾動溝(13、 14、 15、 16、 17)，所滾動體(4)的半徑稍大的半徑。5 5 "'
6. 如權利要求5所述的高速浮動軸承，其特徵在於，優選兩個軸 承圏(2、 3)為了徑向彈性的柔性的構造在其外表面(18、 19)上分 別構成一個在橫截面上呈凹形的環形凹部(20、 21)，所述環形凹部 近乎在軸承圏(2、 3)的整個軸向寬度上延伸並且其最大的深度大致 為軸承圏(2、 3)的一半厚度。
7. 如權利要求6所述的高速浮動軸承，其特徵在於，兩個軸承圏 (2、 3)的與在軸承圏(2、 3)的外表面(18、 19)內的環形凹部(20、21)鄰接的軸向的邊緣區域(22、 23、 24、 25)平面地構成，並且軸 承圏(2、 3)僅僅經由構成為環形的軸承座的邊緣區域(22、 23、 24、 25)固定在主軸殼體(28)內或在主軸(27)上。
全文摘要
根據本發明，高速浮動軸承(1)構成為自動補償軸承圈(2、3)的在工作中引起的徑向熱膨脹的滾珠浮動軸承，該滾珠浮動軸承構成有多個彼此並排設置的滾珠列(6、7、8、9、10)，由於內軸承圈(2)上的、用於滾動體(4)的滾動面(5)的凸形構造，在高速浮動軸承(1)的冷狀態下其軸承圈(2、3)僅經由一個滾珠列(8)彼此處於支承接觸，其中隨著兩個軸承圈(2、3)的熱膨脹和離心力擴張的增加，通過一個兩個軸承圈(2、3)的徑向彈性的柔性的構造，其它的滾珠列(6、7、9、10)依次與兩個軸承圈(2、3)進入這種類型的接觸位置，使得軸承圈(2、3)在高速浮動軸承(1)的工作溫度時經由所有的滾珠列彼此處於支承接觸。
文檔編號F16C27/04GK101133255SQ200680007143
公開日2008年2月27日 申請日期2006年2月24日 優先權日2005年3月4日
發明者W·阿爾貝特 申請人:謝夫勒兩合公司