CN101171433A - 带有在轴承兜孔处具有用于借助调整件的随温度的形状变化例如借助一种形状记忆合金来改变兜孔游隙的调整件的窗孔保持架的滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚动轴承(1)，它具有一个轴承内圈、一个轴承外圈、多个安装在轴承套圈之间并在一个轴承保持架(3)中导引的滚动体(9)，其中用于容纳滚动体(9)的轴承保持架(3)具有一些沿圆周均匀分布地排列的轴承兜孔(8)，它们沿轴向和沿周向基本上封闭并且各含有一个滚动体(9)。为了改进滚动轴承(1)的工作特性，轴承保持架(3)在每个轴承兜孔(8)处具有至少一个被动式调整件(14)，借助该调整件，相配滚动体(9)的兜孔游隙(16、17)可通过调整件(14)随温度的形状变化而变化。

Description

带有在轴承兜孔处具有用于借助调整件的随温度的形状变化例如借助一种形状记忆合金来改变兜孔游隙的调整件的窗孔保持架的滚动轴承
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承，它具有一个轴承内圈、一个轴承外圈、多个安装在轴承套圈之间并在一个轴承保持架中导引的滚动体，其中用于容纳滚动体的轴承保持架具有一些沿周向均匀分布地排列的轴承兜孔，它们沿轴向和沿周向基本上封闭并且各含有一个滚动体。
背景技术
滚动轴承按一种简单的实施形式由两个轴承套圈，亦即轴承内圈和轴承外圈组成，滚动体在它们之间安装在轴承保持架中。当轴承内圈相对于轴承外圈旋转时滚动体在轴承套圈的滚道上滚动。在这种情况下滚动体的运动由在轴承套圈的滚道上的滚动运动和滑动运动组成，其中滚动运动是主要的以及保证与纯滑动运动相比只有很小的摩擦阻力。滚动体借助轴承保持架在轴承套圈之间在圆周上均匀分布并彼此隔开距离地导引，由此达到轴承构件在圆周上均匀受载、滚动轴承圆环形平稳地运行、低磨损或长使用寿命以及小的旋转阻力。
设有基本上封闭的轴承兜孔的轴承保持架可以用不同材料和半成品如钢板、金属条或塑料制造，以及可以设计为不同的结构形式。
例如DE 197 26 825 A1介绍了一种滚动轴承的轴承保持架，它由一个保持架环构成，保持架环具有轴向上一侧开口的轴承兜孔和一个环状端盖，在装入滚动体后，将端盖放到保持架环的开口的一例上并借助自攻螺钉与之连接。
由DE 21 50 982 A1已知一种滚动轴承的轴承保持架，它完全用金属条制成。为了容纳滚动体，金属条分别成形为两个U形弯条，它们彼此的距离小于滚动体的直径，它们的边分别布置在滚动体赤道上方和下方以及它们彼此的间距小于滚动体的直径，这个容纳一个滚动体的弯条在它们的一端互相连接，以及在它们的另一端与相邻滚动体的弯条连接。
按另一种已知的结构形式，轴承保持架由两个对称的钢板制的保持架环组成，它们具有一些半环形或半壳形沿轴向向内开口的半兜孔，它们轴向居中地并沿周向分别在轴承兜孔的两侧彼此贴靠并互相铆接。此外，已知一些滚动轴承，它们具有一些由塑料，例如聚酰胺组成作为压注件与封闭的轴承兜孔制成一体的轴承保持架。
尽管与由钢板或金属条构成的相比用塑料组成的轴承保持架在轴承兜孔内与滚动体有较低的摩擦。但存在的缺点是塑料在与滚动体摩擦接触时磨损较大以及保持架材料的耐热性较差或允许的最高工作温度较低。因此机械负荷和热负荷高的滚动轴承主要采用由金属零件制成的轴承保持架。
然而原则上所有用金属构成的轴承保持架都具有一个缺点，那就是迄今不能有目的地影响滚动体在轴承兜孔内的兜孔游隙，亦即滚动体相对于滚动体保持架的横梁和环形部分的沿周向和轴向的间距，这例如为了适应规定的机械和热负荷是期望的。例如在机器或汽车运行阶段的一开始为了达到较低的起动阻力，大的兜孔游隙是有利的。然后随着滚动轴承转速和负荷的增大它应当迅速变小，以及当机械和热负荷进一步上升时应保持常数，为的是一方面避免滚动体在轴承兜孔内振动运动并由此避免增大滚动轴承的磨损和噪音，另一方面防止滚动体与轴承保持架之间摩擦力过大。但实际上在许多滚动轴承中基于轴承套圈、滚动体和轴承保持架不同的热膨胀，兜孔游隙随工作温度上升而变小，其结果是导致所涉及的滚动轴承更大的轴承阻力、更严重的磨损和更短的使用寿命。
发明内容
因此本发明的目的是，以尽可能简单和经济的方式进一步发展前言所述类型的滚动轴承，以改善工作特性。
本发明基于下列认识：通过在轴承保持架的轴承兜孔处设置取决于温度作用的被动式调整件，可以实现滚动体的兜孔游隙随负荷自动变化或调整，并且由此可以使涉及的滚动轴承适应于瞬时的负荷。在这里为了被动式控制调整件可以利用这一事实，即，随负荷增大因摩擦引起滚动轴承的工作温度上升。但此外也可以在滚动轴承安装地点的附近通过设置加热或冷却件，主动式地影响兜孔游隙的调整继而影响滚动轴承的轴承阻力。
因此按本发明，本发明的目的与权利要求1的前序部分特征结合采取下列措施达到：轴承保持架在每个轴承兜孔处具有至少一个被动式调整件，借助该调整件，相配滚动体的兜孔游隙可通过各自调整件随温度的形状变化而变化。
按本发明的滚动轴承有利的设计是权利要求2至7的技术主题。
通过在轴承保持架的轴承兜孔处设置被动式调整件，在没有外部控制作用的情况下，根据具体应用和期望的作用关系，通过调整件相应的几何设计及布局，随着与温度上升相关联的负荷的增加，滚动体的兜孔游隙可以增大、减小或保持常数。通过相应地设计调整件，随温度的形状变化可在于调整件伸缩、调整件弯曲或两者的组合。作为用于调整件的材料优选地使用形状记忆合金，尤其镍钛合金，调整件根据设计至少部分由这种合金组成。与已知的其他在应变元件和双金属元件中使用的被动式调整件的材料相比，形状记忆合金在具有高的机械和热负荷能力的同时具有大得多的形状变化，亦即伸缩和/或弯曲。
形状记忆合金的形状变化由在较小的温度范围内发生的马氏体与奥氏体之间内部组织转换引起。因此形状记忆合金尤其适合在具有与温度有关的功能的被动式调整件中使用。
例如已知应用在发动机冷却装置的恒温器阀中和在汽车制动装置的鼓风机离合器中。同样，例如由JP 06200933 A、JP 63009720 A和JP01060243 A也已知一些形状记忆合金制的构件，用于根据温度影响滚动轴承的轴向或径向的安装间隙。镍钛合金特别适用于此类应用，因为它们的组织转换在实际的工作使用时经常涉及的从-35℃至+85℃的温度范围内发生。此外镍钛合金具有良好的阻尼特性，当应用于滚动轴承中时这导致更好的运行稳定性。
按本发明的滚动轴承第一种实施形式，调整件设计为一根弯条，它分别安装在轴承兜孔的一个轴向的侧壁的一个基本上沿周向定向的相配内槽中。弯条在其端部可以锚固在内槽中，以及在端部之间随温度或多或从少内槽抬起，由此主要调整轴向的兜孔游隙。
同样，弯条可以居中地锚固在内槽中，于是随温度以其端部或多或少从内槽抬起，由此主要调整沿周向的兜孔游隙。
此外，在轴承兜孔的轴向的侧壁是弯曲柔性的情况下，弯条也可以完全锚固在内槽中，因此侧壁根据工作温度弹性变形，由此既可调整轴向的兜孔游隙，也可调整沿周向的兜孔游隙。
按本发明的滚动轴承第二种实施形式，调整件设计为一根弯条，它总是在轴承兜孔内部沿旋转方向在滚动体之前和/或之后夹紧在轴承兜孔的轴向的侧壁之间。当弯条例如在滚动体由球构成的情况下按球的轮廓形状设计成弧形时，则沿周向的兜孔游隙主要通过弯条随温度缩短和取直而减小，并且通过弯条加长和进一步曲拱而增大。
按第三种可使用于其轴承保持架铆接并由两个借助铆接件连接起来的保持架环组成的滚动轴承中的实施形式，铆接件构成调整件。在这里，铆接件可以起纯粹的伸缩元件的作用，它通过改变两个保持架环的轴向的间距导致随温度改变轴向的兜孔游隙。但也可以将铆接件附加地或可选择地设计为弯曲元件，它可以改变两个保持架环的径向和/或沿周向的错移量，继而可以随温度而改变沿周向的兜孔游隙。
上面列举的用于随温度控制滚动轴承兜孔游隙的实施形式可以分别或互相组合地应用。
附图说明
下面借助示出一些实施形式的附图详细说明本发明。其中：
图1借助一个球轴承的铆接的轴承保持架的局部图说明按本发明
的滚动轴承的第一种实施形式的视图；
图2借助一个球轴承的轴承保持架的局部图说明按本发明的滚动轴承的第二种实施形式的视图；
图3借助一个圆柱滚子轴承的轴承保持架的局部图说明按图2的实施形式的视图；
图4借助一个球轴承的铆接的轴承保持架的局部图说明第三种实施形式的视图。
具体实施方式
一个设计为球轴承2的滚动轴承1具有一个铆接的轴承保持架3，该滚动轴承在图1中分别用部分图1a示出径向视图A和用部分图1b示出轴向视图B，轴承保持架3由两个借助铆接件5连接的对称的保持架环4组成。保持架环4在圆周上均匀分布地在每两个连接横梁6之间具有一个轴向的弧形的拱形兜孔段7。在轴承保持架3的装配状态，互相铆接的保持架环4的各兜孔段7构成在圆周上均匀分布地排列的封闭的轴承兜孔8，其中各安装一个在这里设计为球10的滚动体9。
按本发明，主要起轴承兜孔8的轴向的侧壁11作用的兜孔段7在其内侧分别具有一个沿周向亦即沿滚动轴承1旋转方向12定向的内槽13，在内槽中各装入一个设计为弯条15感受温度的被动式调整件14。调整件14优选地至少部分由形状记忆合金，尤其镍钛合金组成，并因此具有随温度的形状变化或随温度的伸缩和/或弯曲，由此随工作温度的上升使轴向的和/或沿周向的兜孔游隙16、17自动减小、增大或保持不变。
通过恰当设计调整件14，滚动轴承1的工作特性可以随温度自动适应当时的工作条件。通过在滚动轴承1安装地点附近设一个在这里未示出的加热或冷却件，同样可以主动式影响兜孔游隙16、17继而影响滚动轴承1的轴承阻力。
若弯条15分别在其端部锚固在涉及的内槽13中，则它们总是根据工作温度居中地或多或少从内槽13抬起，由此主要调整轴向的兜孔游隙16。在居中地锚固在内槽13中的情况下，弯条15总是根据工作温度以其端部或多或少从内槽13抬起，由此主要调整沿周向的兜孔游隙17。此外，在轴向的侧壁11弯曲柔性时，弯条15也可以完全锚固在内槽13中并随温度弹性变形，由此可以既调整轴向的也调整沿周向的兜孔游隙16、17。
图2用径向视图示出设计为球轴承2的滚动轴承1的局部，其中，设计为球10的滚动体9安装在任意结构型式的轴承保持架3的一个轴承兜孔8内。在具有椭圆形横截面的轴承兜孔8内部，沿旋转方向12在球10的前和后，分别安装一个感受温度的被动式调整件14，它分别设计为弧形弯条18并夹紧在轴承兜孔8的轴向的侧壁11之间。
调整件14至少部分由形状记忆合金，如镍钛合金组成，并因此具有随温度的形状变化，亦即伸缩和/或弯曲，这在形式上主要表现为使弯条18缩短或加长，以及因此同时引起弯条18的弧形曲拱继而球10的沿周向的兜孔游隙17的减小、加大或保持不变。因此，当相应地设计调整件14时，在这种实施形式中，球轴承1的工作特性也能随温度自动适应当时的工作条件。
图3用径向视图示出设计为圆柱滚子轴承19的滚动轴承1的局部，其中，设计为圆柱滚子20的滚动体9安装在任意结构型式的轴承保持架3的一个轴承兜孔8内。在具有矩形横截面的轴承兜孔8内部，沿旋转方向12在圆柱滚子20的前和后，分别安装一个感受温度的被动式调整件14，它分别设计为直的弯条21并夹紧在轴承兜孔8轴向的侧壁11之间。
此调整件14也至少部分由形状记忆合金，如镍钛合金组成。随温度的作用关系与前面借助图2已经说明的类似，在这里弯条21从图3中示出的直线状态出发，当温度上升时通过相对于另一些构件3、20更大的热膨胀，主要沿周向向外偏移，从而使圆柱滚子20的沿周向的兜孔游隙17加大或至少保持不变。
在图4中在部分图4a和4b中用径向视图示出的滚动轴承1与按图1的设计为具有铆接的轴承保持架3的球轴承2类似。但现在两个保持架环4借助铆接件5互相连接，它们设计为感受温度的被动式调整件14并且至少部分由形状记忆合金，如镍钛合金组成。从在针对第一种温度T1的部分图4a内所描述的状态出发，此时保持架环4的连接横梁6基于短的铆钉杆22被铆接件5的铆钉头23沿轴向互相压紧，在适用于第二种温度T2的部分图4b中，铆接件5的铆钉杆22加长，从而使保持架环4在连接横梁6处沿轴向彼此隔开间距，这主要导致球10的轴向的兜孔游隙16增大。
可选择或附加地，铆接件5也可以设计为随温度主要发生弯曲的调整件14，所以温度的变化使保持架环4沿周向错移，与之相关联，其结果是改变了球10的沿周向的兜孔游隙17。
附图标记一览表
1    滚动轴承
2    球轴承
3    轴承保持架
4    保持架环
5    铆接件
6    连接横梁
7    兜孔段
8    轴承兜孔
9    滚动体
10   球
11   轴向的侧壁
12   旋转方向
13   内槽
14   (被动式)调整件
15   弯条
16   轴向的兜孔游隙
17   沿周向的兜孔游隙
18   弯条
19   圆柱滚子轴承
20   圆柱滚子
21   弯条
22   铆钉杆
23   铆钉头

Claims (7)

1.滚动轴承(1)，它具有一个轴承内圈、一个轴承外圈、多个安装在轴承套圈之间并在一个轴承保持架(3)中导引的滚动体(9)，其中用于容纳滚动体(9)的轴承保持架(3)具有一些沿周向均匀分布地排列的轴承兜孔(8)，它们沿轴向和沿周向基本上封闭并且各含有一个滚动体(9)，其特征为：轴承保持架(3)在每个轴承兜孔(8)处具有至少一个被动式调整件(14)，借助该调整件，相配滚动体(9)的兜孔游隙(16、17)可通过调整件(14)随温度的形状变化而变化。
2.按照权利要求1所述的滚动轴承，其特征为，随温度的形状变化在于调整件(14)的伸缩和/或弯曲。
3.按照权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征为，调整件(14)至少部分由一种形状记忆合金组成。
4.按照权利要求3所述的滚动轴承，其特征为，调整件(14)的形状记忆合金由镍钛合金构成。
5.按照权利要求1至4之一所述的滚动轴承，其特征为，调整件(14)由一根弯条(15)构成，该弯条总是安装在轴承兜孔(8)一个轴向的侧壁(11)的一个基本上沿周向定向的相配内槽(13)中。
6.按照权利要求1至5之一所述的滚动轴承，其特征为，调整件(14)由一根弯条(18)构成，该弯条总是在轴承兜孔(8)内部沿旋转方向(12)在滚动体(9)之前和/或之后夹紧在轴承兜孔(8)的轴向的侧壁(11)之间。
7.按照权利要求1至6之一所述的滚动轴承，其特征为，在由两个借助铆接件(5)连接起来的保持架环(4)组成的铆接式轴承保持架(3)中，调整件总是由一个铆接件(5)构成。
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