CN102444673A - 用于滚动轴承的滚子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于滚动轴承的滚子(4)，所述滚子具有一关于对称轴(A)旋转的外表面(5)，和一布置在所述外表面两边的侧面(6)，所述滚子在所述轴承中可沿其对称轴(A)旋转，同时在其外表面(5)上支撑，所述滚子具有两个凹部(8)，分别形成在一个面(6)上、沿对称轴(A)延伸，所述凹部具有一形成在侧面(6)的开口(9)，并通过一材料桥(10)轴向分隔，凹部(8)由一侧旋转面(11)限定，其形状是从所述开口到所述材料桥的发散锥形。

Description

用于滚动轴承的滚子
技术领域
本发明涉及一种用于滚动轴承的滚子以及一种安装有所述滚子的滚动轴承。
背景技术
本发明尤其适于用于行星齿轮轴承的滚子，尤其是用于直升机齿轮箱的行星减速齿轮卫星轴承。
在此应用中，实心滚子，尤其是具有球形滚筒形状的实心滚子的应用，是众所周知的。每个滚子具有一关于对称轴的旋转外表面，和布置在所述外表面两侧的侧面。所述滚子布置在保持架中以被安装在轴承中，使得其能够在所述轴承中关于其对称轴旋转，同时在其外表面被支撑。
为此，滚子的侧面可能具有一凹部，保持架的一轴向凸起插入其中，以保持所述每个滚子关于其对称轴旋转。依据权利要求1前序部分的滚子的实施例也是公知的，特别是来自于DE-102006052044。
然而，现有技术的卫星轴承具有显著的重量，对于航空应用场合，这是特别关键的，其中一般在安装在齿轮箱中的行星减速齿轮中放置五到十个轴承。
此外，尤其是在这个应用场合，滚子受到非常显著的负载/卸载周期，其引起结构疲劳。
发明内容
本发明的目的是提高现有技术水平，特别是通过提供这样的用于滚动轴承的滚子，其具有一较低的重量，同时满足轴承的功能要求，尤其是在随时间推移所述滚子受到的负载/卸载周期作用下的所述滚子的结构疲劳。
为了此目的，根据第一方面，本发明涉及一种用于滚动轴承的滚子，所述滚子具有一关于对称轴旋转的外表面，和一布置在所述外表面两侧的侧面，所述滚子在所述轴承中可沿其对称轴旋转，同时支撑在其外表面上，所述滚子具有两个凹部，分别形成在一个侧面上，沿着对称轴延伸，所述凹部具有一形成在侧面的开口，并通过一材料桥轴向分隔，每个凹部由一侧旋转面限定，其形状是从所述开口到所述材料桥的发散锥形。
根据第二方面，本发明涉及一种滚动轴承，其包括一内部元件和一外部元件，所述滚子安装在两者之间，所述滚子安置在一保持架中，使得其能够关于其对称轴旋转，同时通过其外表面支撑在所述元件上。
附图说明
本发明进一步的目的和优点将出现在以下叙述中，参考其中附图：
-图1示出了根据本发明一实施例的滚动轴承的切开透视图；
-图2示出了根据本发明一实施例的滚子的纵向剖视图；
-图3a和3b分别示出了根据图2实施例的另一实施例的滚子的纵向剖视图；
-图4示出了根据本发明一实施例的轴向剖视图。
具体实施方式
参考图1，用于直升机齿轮箱的行星减速齿轮卫星轴承形式的滚动轴承的实施例如下所述。行星齿轮是一种在紧凑的空间中传递动力并降低速度的有效的机械方式。然而，由于这种机械装配件需要多个轴承，通常在五到十个，因而其具有显著的重量。
轴承包括一内圈1和一外圈2。对于这种应用，外圈2的外表面提供有形成有轴向齿3的齿轮装置。在另一未示出的可选实施例中，根据本发明的滚动轴承尤其可以应用在其他领域中，其中所述轴承的重量效益是希望得到的。
每个圈1，2包括一轴承轨道，在两者之间布置一排滚子4，使得所述圈可以相对转动。
滚子4的一个实施例如下所述，其每个具有一关于对称轴A旋转的外表面5和一布置在所述外表面两侧的侧面6。鉴于被传递的动力和高齿轮比，滚子4可以由金属材料制成，尤其是100Cr6型轴承钢。在另一实施例中，滚子4可由陶瓷材料制成。
在轴承中，滚子4可关于对称轴A旋转，所述滚子通过外表面5支撑在轴承轨道上。此外，在旋转过程中，侧面6沿一肩部或保持架7被引导，使得将滚子4保持在轴承中。
在所示的实施例中，外表面5具有一具有一半径R的球形滚筒形状(通常被称为筒形滚子)，其中侧面6的直径d小于所述外表面的最大直径D。在所示实施例中，滚筒形状关于形成在外表面5中心的最大直径D对称。在另一实施例中，滚筒形状可以关于最大直径D不对称，在一边或另一边关于外表面5的中心偏移。
侧面6分别在关于对称轴A的横向面延伸，直径d在横向面中被测量，且所述横向面通过相应于滚子4的长度L被隔开。在未示出的另一实施例中，滚子4可具有圆柱形或圆锥形。
为了在轴承中获得重量效益，本发明提出减轻安装在其中的滚子4的重量。为此，滚子4具有两个制成的凹部8，尤其通过钻、车削或铣削，分别成形在侧面6上、沿对称轴A延伸。凹部8具有一开口9，该开口形成在侧面6上，并被一材料桥10轴向分隔。
然而，随时间推移滚子4在负载/卸载周期作用下承受结构疲劳。为了满足轴承的功能需求，尤其是对于所述疲劳，同时为了减轻重量，本发明提出在受到最少机械应力的区域内减少滚子4的材料的量并保留在其他区域的量。
为此，每个凹部8由一侧旋转面11限定，其形状是从开口9到材料桥10的发散锥形。通过这种方式，凹部8切除的形状带来显著的重量效益，即在关于实心滚子以及材料桥10的25％的区域中，使得保持抗疲劳的刚度需求是可能的。尤其地，材料的最大量保持在滚子4的较大直径D的区域中，其由于接触在外表面5和轴承轨道之间而承受最大应力。
事实上，外表面5的最大直径D布置在材料桥10周围，在所示实施例的所述表面的中心处。这样，位于滚子4和轴承轨道之间的接触(或赫兹)区域被定位在邻近滚子4的中心，即，邻近材料桥10，在滚子4和轴承轨道之间赫兹应力的深度直接与接触压力的等级相关连。
此外，凹部8的旋转形状使得不修正滚子4的平衡是可能的，且与实心滚子相比外部形状不受影响，使得在轴承生产和装配中不需要大的变动。
每个凹部8被旋转壁12环绕，在侧面11和布置在径向相对的外表面5的一部分之间被径向地限定。凹部8的切除的实施例尤其使布置侧面11以使壁12的厚度E基本恒定成为可能，特别地，对于筒形滚子4，侧面11的发散角度可与外表面5的基本相同，以获得恒定的壁12厚度E。
在体现了在重量和抗疲劳性之间的令人满意的折中方案的实施例的一个示例中，壁12的厚度E可以在外表面5的最大直径D的10％到40％之间。
根据进一步与图2和3所示的该折中方案有关的有利特性，每个凹部8可具有在材料桥10上径向延伸的基部13，侧面11通过一形成有半径r的内圆角14连接到所述基部。特别地，内圆角14的半径r可大于1.5mm。这样，在滚子4受到最大应力的区域上，由于锐角或不可控的表面连接造成的局部过应力的风险可被避免。如图4所示的实施例中，每个凹部8具有一与侧面11形成连接半径的基部13。
此外，如图3所示，径向基部13可具有一内部凹部13a，分别在所述基部的中心邻近区域中具有锥形(图3a)或者在所述底面(图3b)的整个高度上基本上具有扁长的形状。
根据本发明进一步有利的特征，开口9具有在侧面6和材料桥10上测量的直径d1，且材料桥10具有长度e，所述直径和所述长度满足下述几何条件：
Figure BSA00000628886900041
这样，凹部8被布置以保持充分的壁厚12以用机械方式抵抗在轴承旋转过程中施加的应力。
特别地，材料桥10的长度e是根据应用确定的，以便足以确保，在所述应用中的合适的安全空间下，没有由于轴承中的滚子4的疲劳而破裂的风险。
此外，为了确保侧面6的导向的可靠性，直径d1可以是d-d1≥1mm，因此要保持轴承中滚子4的足够的导向高度。
为了在轴承旋转过程中实现滚子4在轴承空间中的保持，所述滚子布置在保持架7中，以便能关于对称轴A旋转，同时通过外表面5支撑在元件1、2上。
根据一个实施例，保持架7由一个单件形成，尤其是通过机加工金属材料，包括第一箍和与之轴向偏移的第二箍，所述第一箍与所述第二箍具有同样的直径。保持架7进一步包括数个轴向交叉元件，其在所述第一箍与所述第二箍之间延伸，以便在两个相邻交叉元件和所述第一箍与所述第二箍之间形成用于保持滚子4的外壳。特别地，外壳的内部几何形状通过关于其对称轴A的旋转形成为铸模滚子4的外缘。
此外，滚子4的每个侧面6被分别相对地布置在外壳侧面，用于联接所述滚子的装置形成在所述外壳的每个侧面。根据一个实施例，联接装置包括一轴向突起，其插入到滚子4的凹部8中，以保持所述滚子在所述外壳中旋转。
根据本发明，滚子4的几何尺寸特征的数字化实施例如下给出：
L＝30mm
D＝20mm
R＝50mm
d＝16mm
d1＝10mm
r＝2mm
e＝6mm
E＝5mm
在滚子4上，根据本发明重量的减少，使得获得70g中的大约20g是可能的，其在这个问题中对于该应用是相当可观的并且是非常有利的。

Claims (12)

1.一种用于滚动轴承的滚子(4)，所述滚子具有一关于对称轴(A)旋转的外表面(5)，和布置在所述外表面两边的侧面(6)，所述滚子在所述轴承中关于其对称轴(A)旋转，同时支撑在其外表面(5)上，所述滚子具有两个凹部(8)，分别形成在一侧面(6)上、沿对称轴(A)延伸，所述凹部具有一形成在侧面(6)的开口(9)，并被一材料桥(10)轴向分隔，其特征在于，每个凹部由一侧旋转面(11)限定，其形状是从所述开口到所述材料桥的发散锥形。
2.根据权利要求1所述的用于滚动轴承的滚子，其特征在于，每个凹部(8)被旋转壁(12)环绕，其在侧面(11)和在径向相对布置的外表面(5)的一部分之间被径向地限定，所述侧面被布置以便所述壁的厚度(E)是基本恒定的。
3.根据权利要求2所述的用于滚动轴承的滚子，其特征在于，壁(12)的厚度(E)介于外表面(5)的最大直径(D)的10％和40％之间。
4.根据权利要求1-3之一所述的用于滚动轴承的滚子，其特征在于，每个凹部(8)具有在材料桥(10)上径向延伸的基部(13)，侧面(11)通过形成一半径(r)的内圆角(14)连接到所述基部。
5.根据权利要求4所述的用于滚动轴承的滚子，其特征在于，内圆角(14)的半径(r)大于1.5mm。
6.根据权利要求1-3所述的用于滚动轴承的滚子，其特征在于，每个凹部(8)具有与侧面(11)形成一连接半径的基部(13)。
7.根据权利要求1-6之一所述的用于滚动轴承的滚子，其特征在于，开口(9)具有在侧面(6)上测量的直径(d1)，以及材料桥(10)具有长度(e)，所述直径满足如下几何条件：0.1≤e/d1≤1。
8.根据权利要求1-7之一所述的用于滚动轴承的滚子，其特征在于，侧面(6)具有在横向平面中测量的直径(d)，开口(9)具有一直径(d1)，其关系为：d-d1≥1mm。
9.根据权利要求1-8之一所述的用于滚动轴承的滚子，其特征在于，外表面(5)具有一球状筒形形状，其中侧面(6)的直径(d)小于所述外表面的最大直径(D)，所述最大直径关于材料桥(10)形成。
10.一种滚动轴承，其包括一内部元件(1)和一外部元件(2)，在两者之间安装有根据权利要求1-9中任一的滚子(4)，所述滚子安装在保持架(7)中，以便能够关于其对称轴(A)旋转，同时通过其外表面(5)支撑在所述元件上。
11.根据权利要求10所述的滚动轴承，其特征在于，保持架(7)包括两个箍和数个在所述箍之间延伸的轴向交叉元件，从而在两个相邻交叉元件和箍之间形成一外壳用于保持滚子(4)，所述滚子的每个侧面(6)分别相对所述外壳的侧面安置，用于联接所述滚子的装置形成在所述外壳的每个侧面上，所述联接装置包括轴向凸起，其插入到所述滚子的凹部(8)中以便在所述外壳中保持所述滚子的旋转。
12.根据权利要求11所述的滚动轴承，其特征在于，外部元件(2)的外表面提供有齿轮装置(3)，用于在行星齿轮中的使用。
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