DE69821927T2

DE69821927T2 - Rollenlager

Info

Publication number: DE69821927T2
Application number: DE69821927T
Authority: DE
Inventors: Magnus Kellström; Jonas Kullin; Joacim Fogelström
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2018-04-23
Also published as: EP0977952A1; EP0977952B1; SE9701551L; AR004652A1; SE511031C2; AU7353398A; SE9701551D0; CN1253612A; CN1077663C; US6227711B1; WO1998048189A1; JP2000510564A; JP3562587B2; DE69821927D1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Wälzlager mit symmetrischen, tonnenförmigen Wälzkörpern, das einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring und Wälzkörper aufweist, von denen jeder wenigstens ein abgerundetes Ende besitzt, und von solcher Art ist, bei welcher die Wälzkörper und Laufringbahnen Längsschnittprofile mit im wesentlichen gleichem Krümmungsradius besitzen, der größer als der Abstand zwischen der äußeren Laufringbahn und der Achse des Lagers, gemessen Senkrecht zur Laufringbahn, ist, wodurch die Wälzkörper unter normalen Betriebsbedingungen axial zwischen den Laufringbahnen ohne Behinderung durch axiale Grenzen an den Laufringbahnen beweglich sind, um eine relative Fehlstellung und axiale Verschieblichkeit der Laufringbahnen zu erlauben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Ende der Wälzkörper besteht bei einem solchen Lager normalerweise aus einem angefasten Bereich. Dort ist normalerweise eine relativ scharfe Kante zwischen dem angefasten Bereich und dem Rest des Wälzkörpers vorgesehen. Bei Wälzlagern dieser Art mit symmetrischen, tonnenförmigen Wälzkörpern und insbesondere dann, wenn sie auf einer im wesentlichen senkrechten Achse, wie in 1 gezeigt, verwendet werden, kann ein Wälzkörper im unbelasteten Bereich sich bis zu einem Ausmaß nach außen bewegen, das durch das innere Radialspiel ermöglicht ist. Die relativ scharfe Kante zwischen dem angefasten Bereich und dem Rest des Wälzkörpers ist daher in Kontakt mit den Laufbahnen. Da sich die Rotation fortsetzt, wird der Wälzkörper gezwungen, wieder seine Normalstellung einzunehmen, das heißt, er wird zur Bewegung in Richtung des Zentrums gedrängt. Dies verursacht Schwierigkeiten in Bezug auf Belastungen, Lebensdauer und Schmierfilmdicke. Diese Probleme können in der Weise gelöst werden, daß die relativ scharfe Kante zwischen dem angefasten Bereich und dem Rest des Wälzkörpers gemäß bestimmten Kriterien abgerundet wird.
Die SE-C 8404813-1 zeigt ein Lager, von einer Art, bei welcher die Wälzkörper und die Laufringbahnen Längsschnittprofile mit im wesentlichen dem gleichen Krümmungsradius besitzen, der größer als der Abstand zwischen der äußeren Laufringbahn und der Achse des Lagers, gemessen senkrecht zu der Laufringbahn, ist, wodurch die Wälzkörper unter normalen Betriebsbedingungen axial zwischen den Laufringbahnen ohne Behinderung durch axiale Grenzen an den Laufringbahnen beweglich sind, um eine relative Fehlstellung und axiale Verschieblichkeit der Laufringbahn zu ermöglichen. Ein solches Lager ist besonders anfällig für die Probleme, auf die zuvor hingewiesen worden ist.
Die US-A-4-,802,775 beschreibt ein Wälzlager mit Wälzkörpern mit abgerundeten Endbereichen. Es besitzt einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring und Wälzkörper, die zwischen diesen Laufringen angeordnet sind. Der Wälzkörper besitzt ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen einem maximalen Durchmesser jedes Wälzkörpers, der Länge jedes Wälzkörpers und dem Krümmungsradius eines Kontaktbereiches zwischen einer Wälzoberfläche des Wälzkörpers und einem Fasenbereich des Wälzkörpers. Das vorbestimmte Verhältnis ist nachfolgend dargestellt.
0.04√(Dalr) ≤ RK ≤ 0.20√(Dalr),wobei
Rk, Da und lr den Krümmungsradius, den maximalen Durchmesser des Wälzkörpers beziehungsweise die Länge des Wälzkörpers bezeichnen.
In diesem Lager ist ein Krümmungsradius vorgesehen, der nicht groß genug ist, um sicherzustellen, daß die Belastungen so klein sein werden, daß die zuvor erwähnten Probleme vermieden werden.
AUFGABE UND WESENTLICHSTE MERKMALE DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Betriebsprobleme im Hinblick auf Belastungen, Lebensdauer und Schmierfilmdicke in einem Wälzlager mit symmetrischen, tonnenförmigen Wälzkörpern der eingangs der Beschreibung genannten Art und insbesondere, aber nicht nur dann, wenn das Lager auf einer im wesentlichen senkrechten Achse eingesetzt wird, zu lösen. Die Wälzkörper sind mit Endabfallbereichen versehen, d. h., Endbereichen, in welchen die Wälzkörper einen viel kleineren Längskrümmungsradius als der Krümmungsradius des tonnenförmigen Wälzkörpers selbst besitzen. Diese Anordnung führt zu einem tangentialen Kontakt, d. h., der Wälzkörper wird durch die Laufbahn längs eines Liniensegmentes abgestützt, was zu einer Vermeidung der betrieblichen Probleme führt, die auftreten, wenn der Kontakt zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen auf einem einzigen Punkt anstelle eines Liniensegmentes basiert. Um die Aufgabe der Erfindung zu lösen, werden untenstehend die folgenden Kriterien für den abgerundeten Bereich des Endes des Wälzkörpers zum Einsatz in einem Wälzlager der beschriebenen Art gegeben.

1) Der Mindestradius des abgerundeten Endbereichs, auch als minimaler Endabfallsradius bekannt, ist ebenfalls wichtig, weil dann, wenn er zu klein ist, die Kontaktbelastungen zu hoch sind. Ferner sollte die Schmierfilmdicke wenigstens die Hälfte der Größe der Filmdicke in der Mitte des Wälzkörpers betragen.
2) Die Maximallänge des abgerundeten Endbereichs der Wälzkörper, auch bekannt als maximale Endabfallslänge, ist ebenfalls wichtig, weil eine unnötige Reduzierung des Last aufnehmenden Bereiches die Folge ist, wenn diese Länge zu lang ist.
3) Die minimale Länge des abgerundeten Endbereichs der Wälzkörper, die auch als minimale Endabfallslänge bekannt ist, ist von großer Wichtigkeit, weil dann, wenn diese Länge zu kurz ist, die zuvor dargestellten betrieblichen Probleme infolge eines zu kurzen tangentialen Kontaktes nach wie vor vorhanden sind.
4) Der Endabfallsradius muß nicht konstant sein.

BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen zeigen.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein herkömmliches Wälzlager, dessen Achse vertikal mit den Wälzkörpern in einer "herabfallenden" Stellung angeordnet ist;
2 zeigt eine Ansicht eines Wälzkörpers eines Wälzlagers. Die Abbildung stellt auch einen vergrößerten Bereich des Abschnitts des Wälzkörpers dar, in welchem der abgerundete Endbereich angeordnet ist;
3 zeigt einen Querschnitt eines Lagers;
4 zeigt ein Diagramm, das darstellt, wie die Krümmung des abgerundeten Bereichs des Endabfallsbereichs im Einklang mit der vorliegenden Erfindung variieren kann.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Wälzlager mit symmetrischen, tonnenförmigen Wälzkörpern. Das Lager besitzt einen inneren Laufring 13, einen äußeren Laufring 14 und eine Vielzahl Wälzkörper 11, die zwischen den Laufringen angeordnet sind. Das in Bezug genommene Lager ist ferner von einer solchen Art, die Laufringbahnen mit einem Krümmungsradius aufweist, der viel größer als der Radius zwischen der Längsachse des Lagers und einem beliebigen Punkt auf der Laufringbahn ist und die Wälzkörper haben einen Krümmungsradius, der wenigstens im wesentlichen demjenigen der Laufringbahnen entspricht. Ferner sind die Wälzkörper nicht durch die Laufringbahnen begrenzende Flansche oder dergleichen an einer Axialbewegung gehindert. Auf diese Weise ist das Lager dazu geeignet, eine Fehlausrichtung und axiale Bewegung zu erlauben. Dies bedeutet auch, daß Lager dieser Art für die in der Einleitung dieser Beschreibung genannten Probleme anfällig sind, insbesondere wenn das Lager auf einer im wesentlichen vertikalen Achse montiert ist, wie dies in der Abbildung dargestellt ist.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Sie zeigt einen Wälzkörper, der in einem Wälzlager der zuvor in Bezug genommenen Art mit symmetrischen, tonnenförmigen Wälzkörpern einsetzbar ist. Wenigstens ein Ende des Wälzkörpers besitzt eine zusätzliche Abrundung größer als die Krümmung des Wälzkörpers selbst, die als Endabfall bezeichnet wird. Der Endabfall erstreckt sich über einen Bereich, den Endabfallsbereich, der eine Länge dl zwischen der Stelle, wo diese zusätzliche Abrundung beginnt, und dem tatsächlichen Ende des Wälzkörpers besitzt. In der Abbildung bezeichnet R den Längskrümmungsradius des Wälzkörpers, r den Radius der Abrundung des Endabfallsbereichs und Δr das innere Radialspiel des Lagers, das in 3 gezeigt ist. "la" ist in 2 als die Axiallänge des Wälzkörpers definiert, der in Kontakt mit den Laufbahnen sein kann, wobei in dieser Länge die angefasten Bereiche des Wälzkörpers normalerweise nicht eingeschlossen sind.
Ein tangentialer Kontakt zwischen dem Wälzkörper und den Laufbahnen ist bevorzugt, weil dies zu niedrigeren Belastungen führt. Um einen solchen tangentialen Kontakt zu errei chen, sollte die Endabfallsgeometrie in einer Weise ausgebildet sein, die nachfolgend näher erläutert und beschrieben wird.
Es hat keinen Sinn, den Endabfall so lang zu gestalten, daß eine Lücke entsteht, die viel größer ist als eine typische elastische Verformung in einem Wälzkörper bei Ringkontakt. In diesem Fall wäre eine unnötige Reduzierung des Last aufnehmenden Kontaktes die Folge. Dies führt zu einer Lebensdauerreduzierung des Wälzlagers. Es hat sich hier gezeigt, daß dann, wenn die Länge des Endabfalls 5% der tatsächlichen Wälzkörperlänge übersteigt, eine Reduzierung der Laufbahnlebensdauer um mehr als 25% eintritt. Längere Endabfallsbereiche sollten deshalb vermieden werden und vorzugsweise liegt eine Endabfallslänge in der Größenordnung von 2% der tatsächlichen Wälzkörperlänge la, was zu einer Lebensdauerreduzierung unterhalb 10% führt.
Zusätzlich zu Vorstehendem sollte auch der Endabfallsradius erörtert werden. Der Endabfallsradius r ist der in 2 gezeigt Radius. Basierend auf Überlegungen zur Belastung, die die Maximaldrehzahl und die Maximallast in Betracht ziehen, welcher das Lager ausgesetzt ist, wird er durch das folgende Verhältnis bestimmt, r/la ≥ 0,35,wobei
la die tatsächliche Wälzkörperlänge ist.
Zusätzlich zu Vorstehendem kann der Endabfallsradius auch auf der Schmierfilmdicke basieren, was zu folgendem Verhältnis führt, r/la ≥ 0,2,für r/Dw = 0,5 und der Annahme von la = 2,5 Dw. "Dw" bezeichnet den Wälzkörperdurchmesser.
4 macht deutlich, daß der Endabfallsradius r nicht über den Endabfall konstant sein muß, sondern variieren kann. Der Anfang und das Ende des Endabfallsbereichs sind durch den Winkel γ des zusätzlichen Abfalls definiert, wie in 2 gezeigt. Der Endabfallsbereich liegt zwischen 0,1 und 1,4°.
Das Diagramm in 4 zeigt einen Bereich, innerhalb dessen der Endabfallsradius variieren kann.
Der Radius des abgerundeten Merkmals des Wälzkörpers kann in der Weise variieren, daß der Radius an dem Ende des Wälzkörpers kleiner als der Radius am anderen Ende des Bogens ist, d. h., auf der gekrümmten Seite des Wälzkörpers. Die Veränderung des Radius kann auch in einer Abfolge verbundener Kreisbögen beinhaltet sein, von denen jeder einen Unterschied im Radius aufweist. Auch diese Abfolge von Kreisbögen kann kontinuierlich abfallende Radien darstellen.

Claims

Ein symmetrische, tonnenförmige Wälzkörper aufweisendes Wälzlager mit einem inneren Laufring (13), einem äußeren Laufring (14) und Wälzkörpern (11), die zwischen den Laufringen (13, 14), angeordnet sind, wobei jeder der Wälzkörper (11) wenigstens ein abgerundetes Ende besitzt und die Wälzkörper und Laufringbahnen Längsschnittprofile mit im wesentlichen gleichem Krümmungsradius besitzen, der größer als der Abstand zwischen der äußeren Laufringbahn (14) und der Achse des Lagers ist, gemessen senkrecht zu der Laufringbahn, wodurch die Wälzkörper (11) unter normalen Betriebsbedingungen zwischen den Laufringbahnen ohne Behinderung durch axiale Grenzen an den Laufringbahnen axial beweglich sind, um eine relative Fehlausrichtung und axiale Verschieblichkeit der Laufringbahnen zu erlauben, und bei welchen ein Endabfallsbereich eine Länge (dl) besitzt, die weniger als 5% der Länge (la) des Wälzkörpers (11) beträgt und dort beginnt, wo die Biegung der Krümmung des Wälzkörpers (11) in axialer Richtung die normale Krümmung des Wälzkörpers (11) um 0,1° übersteigt, und der Endabfall des Wälzkörpers (11) im übrigen durch die folgenden Beziehungen bestimmt ist: r/la ≥ 0,35 für γ-Werte bis zu 0,7° und r/la ≥ 0,2 für γ-Werte zwischen 0,7° und 1,4°,wobei r für den Radius des den Wälzkörper (11) abrundenden Endbereichs, la für die effektive Länge des Wälzkör pers (11) und γ für den Winkel der Endabfallskrümmung im Verhältnis zu der Krümmung des Wälzkörpers (11) steht.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r des Endabfallsbereichs am Übergang von dem Kontaktbereich des Wälzkörpers (11) kleiner als das zweifache der Länge (la) des Wälzkörpers (11) ist.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r des Endabfallsbereichs sich in einer Richtung von dem Übergang von dem Kontaktbereich des Wälzkörpers (11) zu dem äußersten Ende des Wälzkörpers (11) hin nach und nach verringert.