CN101432538A - 径向滚动轴承，尤其是单列球面滚柱轴承，及其安装方法 - Google Patents

径向滚动轴承，尤其是单列球面滚柱轴承，及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种作为单列球面滚柱轴承构成的径向滚动轴承(1)，其由外轴承环(2)和内轴承环(3)以及设在这些轴承环(2，3)之间的大量球面滚子(5)组成，这些球面滚子(5)分别具有两个由基本球形对称截得的侧面(6，7)。球面滚子(5)通过轴承保持架(4)均匀间隔地彼此保持并以其滚动面(8)在两个分别由两个轴向边缘(13，14和15，16)界定的槽形滚动轨道(11，12)中滚动。球面滚子(5)的在其侧面(6，7)之间的宽度(bK)为其基本球形的直径(dK)的至少70％并因此大于轴承环(2，3)中滚动轨道(11，12)的轴向边缘(13，15和14，16)之间的间距(aB)。按照本发明，这两个轴承环(2，3)中的滚动轨道(11，12)都设有极度增大的深度(tLA、tLI)和宽度(bLA、bLI)，使得球面滚子(5)即使对于在轴承纵轴(17)两侧可至25°的工作压力角(α)下的可变轴向载荷来说也能够利用其滚动面(8)与轴承环(2，3)中的滚动轨道(11，12)保持完全的线性接触，并且轴承环(2，3)中滚动轨道(11，12)的沿径向对立的轴向边缘(13，15和14，16)之间的间距(aB)小到使得轴承环(2，3)的间隔(aBex)仅当轴承环(2，3)彼此偏心设置时才小于球面滚子(5)的基本球形的直径(dK)。

Description

径向滚动轴承，尤其是单列球面滚柱轴承，及其安装方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分特征所述的适合较高轴向载荷的径向滚动轴承，以及一种用于安装这种径向滚动轴承的方法，本发明特别具有优点地可实现于例如作为固定轴承用在汽车变速器主动轴和从动轴上的单列球面滚珠轴承。
背景技术
作为可以承受较高轴向力的径向滚动轴承而言，实践中首当其冲使用的是单列凹槽球轴承，因为其具有均匀且较高的径向和轴向承载能力、较低的磨损以及所有轴承种类中最高的转速极限。这种凹槽球轴承通常由外轴承环和内轴承环以及设在这些轴承环之间的多个滚动体组成。其中，在外轴承环的内侧面和内轴承环的外侧面中分别成型有槽形的、分别由两个轴向的边缘界定的滚动轨道，轴承滚子在该滚动轨道中通过轴承保持架以均匀的间隔互相引导。其中，轴承滚子到凹槽球轴承的装入大多情况下通过在DE 168 499中所公开的偏心安装法进行，在该方法中，两个轴承环被彼此偏心地设置，由此形成的、轴承环之间的自由空间被填入轴承滚子。然后内轴承环在充分利用这两个轴承环弹性的情况下被装入到与外轴承环同心的位置中，从而轴承滚子接下来可以均匀地分布在轴承环的滚动轨道中并安装轴承保持架。
实践证明，这种凹槽球轴承由于可安装滚子的数量较少而尤其在轴承的径向承载能力方面有所局限，其中，滚子的数量与内外轴承环的尺寸以及滚子直径有关。因此曾经公开过大量方案，例如按照DE 151483所述在外轴承环和内轴承环的滚动轨道的对立边缘中设置不封闭的加入口，或者类似构成的、按照DE 24 07 477 A1所述的可封闭的加入口，利用其理应实现滚子数量的提高以及凹槽球轴承径向承载能力的提高，不过这些方案由于具有很多缺点而在实际中未能实施。
另外在DE 311 317中首度公开了另一种提高径向滚动轴承上滚动体数量的方案，该方案通过DE 43 34 195 A1再度得到改进。对于这些作为单列凹槽球轴承构成的径向滚动轴承而言，滚动体不再是由球体、而是由所谓的球面滚子形成，其设有两个由基本球形堆成截得并彼此平行设置的侧面。这种球面滚子在其侧面之间的宽度小于轴承环中滚动轨道的沿径向对立的轴向边缘之间的间距，从而可以按照如下的径向安装法将球面滚子填入轴承，即，球面滚子能够沿轴向通过内环和外环导入到轴承中。当球面滚子的中点随后处在滚动轨道轴线的高度上时，球面滚子一次垂直并一次水平地转过90°，从而球面滚子能够利用其滚动面在轴承环的滚动轨道滚动。
尽管存在这样一种可能性，即，将这些独特构造的球面滚子沿轴向装入轴承中并从而使得径向滚动轴承被大量滚动体近似完全充满而能够针对较高径向载荷使用，但是，这种球面滚柱轴承在轴承轴向承载能力方面却有所损失。这实际上可以解释为，为了能够让滚动体在其工作位置中旋转而不会在整个轴承中形成过高的径向间隙，球面滚子由于其沿轴向导入轴承的可导入性而只能在其侧面之间具有较小的宽度，并且轴承环中的球面滚子滚动轨道只能较为平坦地构成。然而较为平坦的球面滚子滚动轨道会使得球面滚子在与通过轴向翻滚沿轴向作用的工作压力角配合时在其滚动轨道中可支配的支撑面过小，从而尤其使得这种球面滚柱轴承的径向承载能力很小，因此这种球面滚柱轴承不适合较高的轴向载荷。
因此，为了避免这些缺点，在一篇于当前专利申请文件的申请时刻尚未公开的、编号为10 2005 014 556.6的专利申请文件中做出了如下公开，即，球面滚子在其侧面之间的宽度至少增大到其基本球形的直径的70％，并且轴承环中球面滚子的槽形滚动轨道设有占球面滚子的基本球形的直径17％至19％的深度以及占球面滚子的基本球形的直径75％至78％的宽度，因为这样一来球面滚子在其占球面滚子基本球形圆周近似45％的滚动轨道方面便形成了既提高径向承载能力又提高轴向承载能力的总接触面，而且球面滚子在其轴承环中的滚动轨道方面依然具有传统凹槽球轴承的滚珠。由于内轴承环和外轴承环的对滚动体滚动轨道进行界定的边缘之间的间距因此而小于球面滚子的宽度，所以球面滚子到径向滚动轴承中的装入必须再度按照已知的偏心安装法进行，在该方法中，在这两个彼此偏心设置的轴承环的沿径向对立的边缘的最大间隔位置上，处于垂直位置的球面滚子被横向置入到滚动体滚动轨道中并以其侧面彼此紧贴地进入到轴承环之间的自由空间中。其中，球面滚子的被截得的侧面可以实现即使利用偏心安装法也可以将数量提高的滚动体相对于单列凹槽球轴承装入轴承中。在轴承被填充了球面滚子之后将内轴承环装入到与外轴承环同心的位置中，从而球面滚子能够以均匀的间距互相分布在其滚动轨道的圆弧上并在其相对于滚动轨道纵向设置的工作位置中转过90°，以便下一步将轴承保持架装入到该径向滚动轴承中。
利用这样构成的球面滚柱轴承虽然可以让球面滚子在其处于轴承环中的滚动轨道方面具有较大的接触面并使得轴承比起传统的单列凹槽球轴承而言能够装备更高数量的滚动体，从而相对于传统凹槽球轴承而言尤其提高了轴承的径向承载能力并减小了轴承的轴向构造空间和重量。但却轻视了轴承轴向承载能力的提高，因为虽然加深了球面滚子的滚动轨道，但是，为了能够让球面滚子在配合通过轴向翻转作用的工作压力角的同时在其滚动轨道中完全地得到支撑，滚动轨道依然过于平坦，因此这种球面滚柱轴承对于在极高工作压力角下的可变轴向载荷而言依然是不适合的。
发明内容
从现有技术中的缺点出发，本发明的目的在于，设计一种径向滚动轴承、尤其是单列球面滚柱轴承，其除了较高的径向承载能力以外对于在轴承纵轴两侧较高工作压力角度下的可变轴向载荷而言也是合适的。
按照本发明，对于具有按照权利要求1前序部分特征的径向滚动轴承而言，该目的通过下述内容得以解决，即，这两个轴承环中的滚动轨道都设有极度增大的深度和宽度，使得球面滚子即使对于在轴承纵轴两侧可至25°的工作压力角下的可变轴向载荷来说也能够利用其滚动面与轴承环中的滚动轨道保持完全的线性接触，并且轴承环中滚动轨道的沿径向对立的轴向边缘之间的间距小到使得仅当轴承环彼此偏心设置时间隔才小于球面滚子的基本球形的直径。
按照本发明构成的径向滚动轴承的优选实施例和改型在从属权利要求中给出。
然后根据权利要求2和3所述对按照本发明构成的径向滚动轴承做出了如下设置，即，外轴承环的内侧面中和内轴承环的外侧面中的滚动轨道的深度大于球面滚子的基本球形的直径的25％，而轴承环中滚动轨道的宽度则大于球面滚子的基本球形的直径的85％。设置具有这种尺寸的滚动轨道明显超过了传统的凹槽球轴承的滚动轨道尺寸，并且能够保证，与径向轴承间隙相关，球面滚子即使在可达25°的工作压力角下也能具有相对于其滚动轨道百分之百的贴附度，并且轴承因此在具有充分的径向承载性的同时获得了极高的轴向承载能力。
根据权利要求4和5所述，按照本发明构成的径向滚动轴承的优点还通过下述内容来表现，即，当轴承环彼此同心设置时，滚动轨道的沿径向对立的轴向边缘之间的间距仅为球面滚子的基本球形的直径的近似40％至50％，而当球面滚子彼此偏心设置时，轴向边缘之间的最大间距则为球面滚子的基本球形的直径的75％至90％。当球面滚子的在其侧面之间的宽度为球面滚子的基本球形的70％时，不管是按照已知的轴向安装法还是按照传统的偏心安装法都不可能将球面滚子装入到径向滚动轴承中，原因是，对于这两种方法而言，滚动轨道的边缘之间的间距太小。
因此在按权利要求6所述的按照本发明的、用于安装这种径向滚动轴承的方法中提出了一种修改了的球面滚子偏心安装法，在该方法中首先以已知的方式将内轴承环置入到外轴承环中并将它们置于相对于一条共同的径向轴线彼此偏心的位置。与已知的偏心安装法不同的是，接下来，在沿径向对立的轴承环边缘最大间隔的位置上，第一球面滚子的推入不是在侧面相对于轴承环的垂直位置中、而是在侧面相对于轴承环的正切位置中进行的，以便接下来使得这个第一球面滚子在轴承环中的滚动轨道中转过90°进入到横向于该位置的位置中并在这一位置中进入到轴承环之间的第一侧向中间位置中。然后在轴承环之间边缘最大间隔的位置上，在侧面相对于轴承环正切的位置推入第二球面滚子，以便同样在轴承环的滚动轨道中转过90°进入到横向于该位置的位置中并在这一位置中进入到轴承环之间的第二侧向中间位置中。
然后交替重复上述步骤，直到径向滚动轴承被最大可能地装满球面滚子为止，从而接下来又可以按照已知的偏心安装法将内轴承环推入到与外轴承环同心的位置中。然后所有被装入的球面滚子在其横向于滚动轨道的位置中以均匀的间距分布在轴承环滚动轨道的整个圆周上或者分布在其圆弧上并通过旋转90°进入到其相对于滚动轨道纵向设置的工作位置中，从而接下来能够使得轴承保持架穿过轴承环边缘之间的间隔并得到安装。
按照本发明构成的球面滚柱轴承因此相对于现有技术中已知的球面滚柱轴承而言具有如下优点，即，通过为球面滚子设置很深且很宽的滚动轨道以及为球面滚子设置占其基本球形的直径70％的最优宽度，现在除了较高的径向承载能力以外对于在轴承纵轴两侧较高工作压力角度下的可变轴向载荷而言也是合适的。
附图说明
下面基于附图对按照本发明构成的径向滚动轴承的一种优选实施例进行详细的阐释。其中：
图1是按照本发明构成的球面滚轴轴承的空间整体视图；
图2是按照本发明构成的球面滚柱轴承的截面图；
图3按照图2所示的X单元给出了按照本发明构成的球面滚柱轴承的截面的一半的放大视图；
图4是在安装球面滚子时按照本发明构成的球面滚柱轴承的侧视图；
图5是安装球面滚子时按照本发明构成的球面滚柱轴承的截面图。
具体实施方式
图1与图2清楚地给出了一个作为单列球面滚柱轴承构成的径向滚动轴承1，其基本由外轴承环2和内轴承环3以及设在这些轴承环2、3之间的大量球面滚子5组成，这些球面滚子5分别具有两个由基本球形对称截得的、彼此平行设置的侧面6、7。可以清楚地看到，球面滚子5通过轴承保持架4沿圆周方向均匀间隔地彼此保持并以其滚动面8在两个于外轴承环2的内侧面9和内轴承环3的外侧面10之中成型的槽形滚动轨道11、12中滚动，滚动轨道11、12分别由两个轴向边缘13、14和15、16界定。其中，如图3所示，球面滚子5在其侧面6、7之间具有约为其基本球形的直径dK的70％的宽度bK并因此比轴承环2、3中滚动轨道11、12的沿径向对立的轴向边缘13、15之间和14、16之间的间距aB宽。
为了使得这样构成的径向滚动轴承1具有很高的轴向负荷能力，从图2和3中可以看到，两个轴承环2、3中的滚动轨道11、12按照本发明都设有极度增大的深度tLA、tLI和宽度bLA、bLI，使得球面滚子5即使对于在轴承纵轴17两侧可至25°的工作压力角α下的可变轴向载荷来说也能够利用其滚动面8与轴承环2、3中的滚动轨道11、12保持完全的线性接触。其中，图3中示出的轴承环2、3中滚动轨道11、12的沿径向对立的轴向边缘13、15之间和14、16之间的间距aB小到使得仅当在轴承环2、3如图4所示彼此偏心设置时，轴承环2、3的间隔aBex才小于球面滚子5的基本球形的直径dK。
其中，作为具体的实施方案，通过图3可以明确地看到，外轴承环2的内侧面9中以及内轴承环3的外侧面10中的滚动轨道11、12的深度tLA、tLI为球面滚子5的基本球形的直径dK的近似30％，而滚动轨道11、12的宽度bLA、bLI则为球面滚子5的基本球形的直径dK的近似90％。从该图中还可以看到，对于所示出的轴承环2、3的彼此同心设置而言，滚动轨道11、12的沿径向对立的轴向边缘13、15和14、16之间的间距aB仅为球面滚子5的基本球形的直径dK的近似40％，而对于图4所示的轴承环2、3的彼此偏心设置而言，该轴向边缘之间的最大间距aBex则为球面滚子5的基本球形的直径dK的近似80％。通过设置具有这种尺寸的滚动轨道11、12，球面滚子5即使在可达25°的工作压力角下也能具有相对于其滚动轨道11、12百分之百的贴附度并从而保证了轴承在具有充分的径向承载性的同时也具有极高的轴向承载能力，与此同时，由于滚动轨道11、12的轴向边缘13、15之间和14、16之间的间距aB或aBex太小，所以球面滚子5按照已知的传统轴向或偏心安装法是无法得到安装的。
因此，对于这样构成的径向滚动轴承1而言，球面滚子5的安装按照本发明通过一种经修改的偏心安装法进行，其中，首先按照图4中所示的已知方式将内轴承环3置入到外轴承环2中并将轴承环2、3置于关于一条共同的径向轴线彼此偏心的位置中。这种偏心安装法的新颖之处在于，接下来第一球面滚子5的推入是在如图4和5中所示的、在轴承环2、3沿径向对立的边缘13、15和14、16的最大间隔aBex位置上侧面6、7相对于轴承环2、3的正切位置中进行的，以便接下来使得所述第一球面滚子5在轴承环2、3中的滚动轨道11、12中转过90°进入到横向于该位置的位置中并在这一位置中进入到如图4中垂直中线左侧所示的、轴承环2、3之间的第一侧向中间位置中。然后第二球面滚子5在轴承环2、3之间边缘13、15和14、16最大间隔aBex的位置上在侧面6、7相对于轴承环2、3正切的位置下被推入，以便同样在轴承环2、3的滚动轨道11、12中转过90°进入到横向于该位置的位置中并在这一位置中进入到如图4中垂直中线右侧所示的、轴承环2、3之间的第二侧向中间位置中。
然后交替重复上述步骤，直到径向滚动轴承1被最大可能地装满球面滚子5为止，从而接下来又可以按照已知的方式将内轴承环3推入到与外轴承环2同心的位置中。然后所有被装入的球面滚子5在其横向于滚动轨道11、12的位置中以均匀的间距分布在其圆弧上并通过旋转90°进入到其如图1中所示的、相对于滚动轨道11、12纵向设置的工作位置中，从而接下来能够使得轴承保持架4穿过轴承环2、3的边缘13、15之间和14、16之间的间隔aB并得到安装。
附图标记
1 径向滚动轴承
2 外轴承环
3 内轴承环
4 轴承保持架
5 球面滚子
6 5的侧面
7 5的侧面
8 5的滚动面
9 2的内侧面
10 3的外侧面
11 9中的滚动轨道
12 10中的滚动轨道
13 11的边缘
14 11的边缘
15 12的边缘
16 12的边缘
17 轴承纵轴
bK 5的宽度
dK 5的基本球形的直径
tLA 11的深度
tLI 12的深度
bLA 11的宽度
bLI12的宽度
aB 13和15之间或14和16之间的间距
aBex 当2和3偏心设置时13和15之间或14和16之间的间距

Claims (6)

1.径向滚动轴承，尤其是单列球面滚柱轴承，其基本由外轴承环(2)和内轴承环(3)以及设在这些轴承环(2，3)之间且通过轴承保持架(4)在圆周方向上均匀间隔地保持的大量球面滚子(5)组成，这些球面滚子(5)分别具有两个由基本球形对称截得的、彼此平行设置的侧面(6，7)并以其滚动面(8)在两个在外轴承环(2)的内侧面(9)和内轴承环(3)的外侧面(10)中成型的槽形滚动轨道(11，12)中滚动，滚动轨道(11，12)分别由两个轴向边缘(13，14和15，16)界定，其中，球面滚子(5)的在其侧面(6，7)之间的宽度(bK)为其基本球形的直径(dK)的至少70％并大于轴承环(2，3)中滚动轨道(11，12)的沿径向对立的轴向边缘(13，15和14，16)之间的间距(aB)，其特征在于，这两个轴承环(2，3)中的滚动轨道(11，12)都设有极度增大的深度(tLA、tLI)和宽度(bLA、bLI)，使得球面滚子(5)即使对于在轴承纵轴(17)两侧可至25°的工作压力角(α)下的可变轴向载荷来说也能够利用其滚动面(8)与轴承环(2，3)中的滚动轨道(11，12)保持完全的线性接触，并且轴承环(2，3)中滚动轨道(11，12)的沿径向对立的轴向边缘(13，15和14，16)之间的间距(aB)小到使得仅当轴承环(2，3)彼此偏心设置时轴承环(2，3)的间隔(aBex)才小于球面滚子(5)的基本球形的直径(dK)。
2.按权利要求1所述的径向滚动轴承，其特征在于，外轴承环(2)的内侧面(9)中和内轴承环(3)的外侧面(10)中的滚动轨道(11，12)的深度大于球面滚子(5)的基本球形的直径(dK)的25％。
3.按权利要求2所述的径向滚动轴承，其特征在于，外轴承环(2)的内侧面(9)中和内轴承环(3)的外侧面(10)中的滚动轨道(11，12)的宽度大于球面滚子(5)的基本球形的直径(dK)的85％。
4.按权利要求3所述的径向滚动轴承，其特征在于，当轴承环(2，3)彼此同心设置时，滚动轨道(11，12)的沿径向对立的轴向边缘(13，15和14，16)之间的间距(aB)仅为球面滚子(5)的基本球形的直径(dK)的近似40％至50％。
5.按权利要求4所述的径向滚动轴承，其特征在于，当轴承环(2，3)彼此偏心设置时，滚动轨道(11，12)的沿径向对立的轴向边缘(13，15和14，16)之间的最大间距(aBex)为球面滚子(5)的基本球形的直径(dK)的75％至90％。
6.用于安装具有权利要求1特征的径向滚动轴承的方法，其中，首先将内轴承环(3)置入到外轴承环(2)中并将轴承环(2，3)置于相对于一条共同的径向轴线上彼此偏心的位置，其特征在于接下来的步骤：
a)在相对于轴承环(2，3)的沿径向对立边缘(13，15和14，16)的最大间隔(aBex)位置上，在侧面(6，7)相对于轴承环(2，3)的正切位置下推入第一球面滚子(5)，
b)使得第一球面滚子(5)在轴承环(2，3)中的滚动轨道(11，12)中转过90°进入到横向于该位置的位置中，并将这一位置中的第一球面滚子(5)推入到轴承环(2，3)之间的第一侧向中间位置中，
c)在相对于在轴承环(2，3)的沿轴向对立边缘(13，15和14，16)的最大间隔(aBex)位置上，在侧面(6，7)相对于轴承环(2，3)正切的位置下推入第二球面滚子(5)，
d)使得第二球面滚子(5)在轴承环(2，3)的滚动轨道(11，12)中转过90°进入到横向于该位置的位置中，并将这一位置中的第二球面滚子(5)推入到轴承环(2，3)之间的第二侧向中间位置中，
e)交替重复步骤a)和b)及c)和d)，直到径向滚动轴承(1)被最大可能地装满球面滚子(5)为止，然后将内轴承环(3)推入到与外轴承(2)环同心的位置中，
f)使得所有被装入的球面滚子(5)在横向于滚动轨道(11，12)的位置中以均匀的间距分布在轴承环(2，3)滚动轨道(11，12)的整个圆周上，
g)使得已置入的球面滚子(5)转过90°进入到其相对于滚动轨道(11，12)纵向设置的工作位置中，然后穿过轴承环(2，3)边缘(13，14和15，16)之间的间隔(aB)安装轴承保持架(4)。
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