CN103635659B - 压入力被优化的滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

概括的说，本发明涉及一种滚动轴承，尤其涡轮增压器滚动轴承，该滚动轴承带有：具有第一径向升高部和第二径向升高部的轴、以及能固定在该轴上的第一内圈，其中，所述第一内圈具有至少一个用于滚动体滚动的径向外置的第一滚动体滚道、第一径向缩窄部和第二径向缩窄部，其中，所述第一径向升高部和所述第一径向缩窄部设置用于构成第一压配合，或者说，第二径向升高部和第二径向缩窄部设置用于构成第二压配合。应该发展一种用于高转速的、压入力被优化的滚动轴承，该滚动轴承也使得第二内圈被简单地定中心。为此，所述轴具有第三径向升高部和第四径向升高部，其中，能固定在该轴上的第二内圈具有至少一个用于滚动体滚动的径向外置的第二滚动体滚道、第三径向缩窄部和第四径向缩窄部，其中，所述第三径向升高部和所述第三径向缩窄部设置用于构成第三压配合，或者说，第四径向升高部和第四径向缩窄部设置用于构成第四压配合。

Description

压入力被优化的滚动轴承
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承，尤其涡轮增压器滚动轴承，其带有：具有第一径向升高部和第二径向升高部的轴、以及能固定在该轴上的第一内圈，其中，所述第一内圈具有至少一个用于滚动体滚动的径向外置的第一滚动体滚道、第一径向缩窄部和第二径向缩窄部，其中，所述第一径向升高部和所述第一径向缩窄部设置用于构成第一压配合，或者说，第二径向升高部和第二径向缩窄部设置用于构成第二压配合。
背景技术
由DE 10 2008 020 067 A1已知一种涡轮增压器轴承，其具有设有不同外直径的轴，在所述轴上套紧一体式的内圈。该内圈在轴向外部借助于压配合安置在该轴上，其中，在该内圈下方中心存在有无压配合的较小外直径，并且由此在压入时很少形成摩擦力。
对此的问题是，具有两部分式内圈的滚动轴承在上述类型的轴的情况下不能够充分地定中心，因为内圈或者说内圈部分仅安置在该轴的轴向外侧上。然而，优化的定中心在高旋转速度情况下对于滚动轴承的使用寿命正好是决定性的。
发明内容
因此，本发明的任务是为具有两个内圈的滚动轴承提供压入力被优化的轴，该轴也实现所要求的定中心。
该任务通过开头提到的类型的滚动轴承以如下方式来解决：所述轴具有第三径向升高部和第四径向升高部，并且，能固定在该轴上的第二内圈具有至少一个用于滚动体滚动的径向外置的第二滚动体滚道、第三径向缩窄部和第四径向缩窄部，其中，所述第三径向升高部和所述第三径向缩窄部设置用于构成第三压配合，或者说，第四径向升高部和第四径向缩窄部设置用于构成第四压配合。
压配合理解为径向的压连接，其空心圆柱形部分的内直径基本上等于或者小于被压入的圆柱形部分的配属的外直径。在任何情况下都不应形成间隙自由度，或者允许能够使相应内圈相对于轴不同心地布置的定位。例如，缩窄部和它所对应的升高部之间的负间隙在小于5微米、尤其小于1或者2微米的范围内对于可靠的定中心还是能允许的。虽然这种类型的配合有时被称为过渡配合，但是这种配合在下文也理解为压配合。被压入的圆柱形部分是轴的第一、第二、第三或者第四径向升高部，并且空心圆柱形部分是内圈的第一、第二、第三或者第四径向缩窄部。
所述径向缩窄部布置在所述内圈的内侧上，并且构造在所述内侧上。这也是径向内置缩窄部。
总共实行了四个压配合，其中，在一个内圈上分别形成两个压配合，相应的内圈支撑在所述压配合上。
在此，也可以在装配期间引入暂时压配合。那么，在两个相邻的径向缩窄部具有相同的内直径时，存在暂时压配合。在这种情况下必须在装配时或者说当轴被插入到内圈中时，推拉径向升高部经过径向缩窄部的暂时压配合，以便由此随后借助相邻的径向缩窄部引入永久(并且由此符合运行的)的压配合。
根据本发明，各自内圈的两个压配合之间的杠杆作用建立了内圈在轴上对于滚动轴承运行所需要的定中心。在此，两个压配合中的一个作为支点起作用并且另一个作为杠杆操作体起作用。
有利的是，所述第一径向升高部的第一外直径小于或者等于所述第二径向升高部的第二外直径，并且所述第二径向升高部的第二外直径小于或者等于所述第三径向升高部的第三外直径，并且所述第三径向升高部的外直径小于或者等于所述第四径向升高部的外直径。所述外直径的大小可以根据应用情况而变化。
如果应避免暂时压配合，那么符合目的的是，设置径向升高部的在插入方向上变小的外直径的升序，也就是说，在这种情况下，第一径向升高部以最小的外直径首先插入。
规定，在构成第二或第四压配合之前，第一和第三压配合构成支点。在构成第二或第四压配合时，使相应的内圈以如下方式取向，即以相对于轴同心的方式布置该内圈。这以较小的力消耗而实现，因为在第一与第二压配合之间的杠杆力臂、以及在第三与第四压配合之间的杠杆力臂可以选择得足够长来执行在第二或第四压配合上的、还需要的径向位置调整。
此外符合目的的是，在时间上第二内圈在第一内圈之后定中心。在定中心时，相应内圈的杠杆力臂反作用于相对最近的构件在接触面上形成的摩擦力。如果第二内圈先定中心，那么在第一内圈的两侧上都会产生摩擦力，也就是说也朝向第二内圈。
特别优选的是，把第一压配合实现为用于第一内圈的支点。随后实现第一内圈的第二压配合，从而使第一内圈通过第二压配合处的径向修正以相对于轴同心的方式布置。随后第三压配合同样成为支点，以便在之后构成第四压配合期间，在径向取向时被要求作为支点。
有利的是，第一外直径和第二外直径大小相同。这简化了第一内圈的加工。第一内圈首先定中心，也就是说，产生相对于轴的尽可能同心的布置，其方式是，第二压配合位于第一内圈的由所述轴首先插入的轴向侧上。
有利的是，第三外直径和第四外直径大小相同。这以相应的方式简化了第二内圈的加工。
在有利的实施方式中，所述轴在所述压配合区域中构造成多体式的。例如，该轴及其所有升高部不需要由一个工件车削而成。取而代之，构造成径向升高部的环可以固定在轴上。
优选地，轴在第一、第二、第三和/或第四径向升高部的区域中从第一、第二、第三或者第四外直径在轴向方向上线性地、凹地或者凸地过渡到具有其它外直径的其它区域中，所述其它外直径小于第一、第二、第三或者第四外直径。借助于这种穿入方案，在装配时支持了轴的插入，并且进一步降低压入力。由此，轴的承载线性的、凹的或者凸的相应过渡部的外部区域使升高部与不进行承载的外部区域隔开。在此，外部区域例如可以是轴的圆柱形外面。
最简单的是，将过渡部构造为线性的装配倾斜部，所述装配倾斜部以有利的方式构造成相对于旋转轴线在5度与30度之间的、理想的是15度或者25度的角度。以这种方式，待插入的轴的轴向力以简便的方式转变为用于位置修正的小的径向力。
优选地，各自的第一或者第二内圈在第一、第二、第三和/或第四径向缩窄部的区域中从第一、第二、第三或者第四内直径在轴向方向上线性地、凹地或者凸地过渡到具有其它内直径的区域中，所述其它内直径大于第一、第二、第三或者第四内直径。由此，线性的、凹的或者凸的相应过渡部将轴的承载相应内圈的外部区域与不进行承载的外部区域分隔开。
对于这种过渡部也适用的是，将它们以最简单的方式构造为线性的装配倾斜部，所述装配倾斜部以有利的方式构造成相对于旋转轴线在5度与30度之间的角度，理想的是15度或者25度。
有利的是，所述第一压配合到所述第二压配合的第一轴向间距大于所述第一内圈的一半轴向宽度，和/或所述第三压配合到所述第四压配合的第二轴向间距大于所述第二内圈的一半轴向宽度。由此，在所述压配合之间的相应杠杆力臂增大，并且压入力被进一步减小。
有利的是，所述第二压配合布置在所述第一内圈的轴向端部上，和/或所述第三压配合布置在所述第二内圈的端部上。
在有利的实施方式中，所述轴能插入到彼此轴向布置的内圈中，直到所述第二内圈的轴向端侧碰到涡轮侧的轴向止挡，并且由此给出所述轴在所述内圈中的运行位置。由此，安装人员可以确信，在两个面接触时就存在对于定中心所要求的所有压配合，并且对于两个内圈的定中心已完成。
附图说明
下面依据在附图中所示的实施例更详细地描述和阐明本发明。其中：
图1在完成装配的、符合运行的状态下，以沿着轴的剖面图的形式示出涡轮增压器滚动轴承；
图2示出在第一装配步骤中的、图1中的涡轮增压器滚动轴承；
图3示出在第二装配步骤中的、图1中的涡轮增压器滚动轴承；
图4示出在第三装配步骤中的、图1中的涡轮增压器滚动轴承；
图5示出在第四装配步骤中的、图1中的涡轮增压器滚动轴承；
图6示出在第五装配步骤中的、图1中的涡轮增压器滚动轴承；
图7示出在第六装配步骤中的、图1中的涡轮增压器滚动轴承；
图8示出示意性的压入力曲线图，其用于把常规的涡轮增压器滚动轴承与图1中的涡轮增压器滚动轴承作比较。
具体实施方式
图1在安装之后符合运行的状态下、以沿着轴的剖面图的形式示出涡轮增压器滚动轴承。
轴19的被两个内圈17、18所包围的部段在涡轮侧过渡到涡轮侧端部ET中，该涡轮侧端部要么本身为涡轮增压器涡轮的一部分，要么实施为与涡轮增压器涡轮连接。在轴19的该部段的对置的端部上，该部段过渡到该部段的压缩机侧端部EK中，该压缩机侧端部可以为压缩机的一部分或者可接合到该压缩机上。在此，(未示出的)压缩机(也称为压气机)具有压缩被内燃机的活塞抽吸的空气的任务。此外，在加热壳体中被废气流驱动的(也未示出)的涡轮提供能量，并且通过轴19以及也通过其在涡轮增压器轴承中的部段来传递该能量。
该部段从压缩机侧端部ET直到涡轮侧端部ET以下面的顺序交替地具有不贴靠的区域和径向升高部：不贴靠的区域9、第一径向升高部5、不贴靠的区域10、第二径向升高部6、第三径向升高部7、不贴靠的区域11、第四径向升高部8和不贴靠的区域12。
在此，过渡部分别径向地成形并且构造成装配倾斜部，所述装配倾斜部相对于旋转轴线构造成小于30度的角度。这既适用于在第一与第二径向升高部6、7之间的过渡部，也适用于在不贴靠的区域9、10、11、12与相应相邻的径向升高部1、2、3、4之间的过渡部。
由此，第一升高部5和径向收窄部1构成符合运行的第一压配合，也正如此，第二升高部6和第二收窄部2构成第二压配合。这两个压配合又构成第一内圈17的基点，并且保证该第一内圈针对以非常高的转速运行的径向定中心，而不在滚动体21在其滚道中绕内圈17滚动时影响滚动体，并且不会触发干扰性的振动。相应情况适用于通过第三和第四压配合定中心的内圈18。
所述定中心在安装轴19时出现，其方式是，引导压缩机侧端部EK通过第二内圈18并随后通过第一内圈19。在此，在达到轴19在内圈17、18中的符合运行的位置之前也可以形成暂时的压配合。第一压配合离第二压配合越远，或者说第三压配合离第四压配合越远，径向定中心中的杠杆力臂越大，由此，该径向定中心能够以尽可能小的力消耗来进行。在此，第一杠杆力臂T1的长度小于第一内圈17的轴向宽度B1。然而，大多需要较小的长度以便在安装时能够依次经过暂时的压配合，也就是说，必须尽可能少地同时经过。相应情况对第二内圈18的在第三与第四压配合之间的第二杠杆力臂的长度T2适用。尽管如此，在每种情况下都把至少一个杠杆力臂按照目的地设置为相应内圈17、18的至少一半宽：
T1>1/2*B1；T2>1/2*B2；
在图1的实施例中，第三和第四压配合在径向上比第一和第二压配合处于更外部。甚至尤其是，第一和第二径向缩窄部1、2具有相同的内半径，或者说第一和第二径向升高部5、6具有相同的外半径。相应的情况适用于径向缩窄部3、4、和径向升高部7、8，然而它们具有较大的、相同的内半径，或者说较大的、相同的外半径。
以这种方式在装配轴19时形成仅两个暂时的压配合，也就是说，在第一径向升高部5经过第二径向缩窄部2时，并且在第三径向升高部7经过径向缩窄部3时。
在下文的图2至7中直观示出具有两个暂时压配合的装配，这些图以六个不同的装配步骤示出图1的涡轮增压器滚动轴承。
图2至7以装配步骤一至六示出图1的涡轮增压器滚动轴承。
在图2的第一装配步骤中，轴19被推入到在第一径向升高部5与第二径向缩窄部2之间的开始的第一暂时压配合20。压入力还进一步通过第二暂时压配合30升高，该第二暂时压配合在第三径向升高部7与第四径向缩窄部之间形成，也就是说，在时间上与第一压配合同时存在，如在图3中示出的那样。
在下文的图4至7中示出另外的开始的压配合40、50、60和70，然而，一旦第二内圈的轴向端面S碰撞到轴向面A上，这些压配合被设置为永久的，也就是说，设置用于滚动轴承运行。
轴19在两个端部EK、ET之间的部段的长度L与内圈宽度B1、B2的总和相同，因此，两个内圈17、18在轴向止挡72处碰到一起。
替选的是，所述压配合能够以相同的方式确定方向，也就是说，径向缩窄部和径向升高部具有相同的内半径或者说外半径。除此之外可以的是，所有径向缩窄部以及所有径向升高部具有不同的内半径和外半径，从而不存在暂时的而仅存在永久的压配合。
图8示出示意性压入力曲线图，用于把常规的涡轮增压器轴承与图1中的涡轮增压器轴承作比较。
图形G1与压入长度线性相关，压入长度依赖于从0到轴19的部段的长度L来取值。直线G1下方的阴影面积相应于用于常规的圆柱形轴的压入能，所述常规的圆柱形轴分别以轴向不同的内半径或者说外半径被压入到空心圆柱的内部。
图形G2示意性地示出压入力关于压入长度的曲线，该压入力在L/2之后在第一暂时压配合时迅速提升到F1，以便紧接其后由于第二压配合还将提升到F2。
例如可以认为，暂时压配合几乎产生相同的压入力F0。由此适用：
F1＝F0；F2＝2*F0；F3＝3*F0；F4＝4*F0；
此外，对于图示理想地认为，压配合的面积趋向于零。小的压配合长度导致小的压入力。然而，实际中压配合总是构成面接触，所述面接触会引起图形G2图示中的线性提升或下降的边缘。理想的是产生竖直的边缘。
图形G2被分成两个区段。较小的区段代表暂时的压配合G20和G30，它们必须结合压入力FE＝F2来克服，其中，对于暂时压配合G20，压入力FE＝F1就足够。位于图形G2下方的阴影面积相应于为了克服暂时压配合G20和G30所必须施加的能量。
符合运行的区段紧接着位于压入路径的终点处，也就是说，它们克服永久压配合的起始G40、G50、G60和G70。在此，压入力呈阶梯式地从FE＝0提升到FE＝F4。图形G2的压入能与图形G1的压入能相比总体显著变小，因为在从0到L的压入长度上的积分在G2的情况下显著较高地降低。
永久压配合40是符合运行的第一压配合，并且永久压配合50是符合运行的第二压配合。
相应地，永久压配合60是符合运行的第三压配合，并且永久压配合70是符合运行的第四压配合。
概括的说，本发明涉及一种滚动轴承，尤其涡轮增压器滚动轴承，其带有：具有第一径向升高部和第二径向升高部的轴、以及可固定在该轴上的第一内圈，其中，所述第一内圈具有至少一个用于滚动体滚动的径向外置的第一滚动体滚道、第一径向缩窄部和第二径向缩窄部，其中，所述第一径向升高部和所述第一径向缩窄部设置用于构成第一压配合，或者说，第二径向升高部和第二径向缩窄部设置用于构成第二压配合。应该发展一种用于高转速的、压入力被优化的滚动轴承，该滚动轴承也使得第二内圈被简单地定中心。为此，所述轴具有第三径向升高部和第四径向升高部，其中，可固定在该轴上的第二内圈具有至少一个用于滚动体滚动的径向外置的第二滚动体滚道、第三径向缩窄部和第四径向缩窄部，其中，所述第三径向升高部和所述第三径向缩窄部设置用于构成第三压配合，或者说，第四径向升高部和第四径向缩窄部设置用于构成第四压配合。
附图标记列表
A 轴向止挡 B1 轴向宽度
B2 轴向宽度 ET 涡轮侧端部
EK 压缩机侧端部 G1 第一图形
G2 第二图形 G20 暂时压配合起始
G30 暂时压配合起始 G40 永久压配合起始
G50 永久压配合起始 G60 永久压配合起始
G70 永久压配合起始 F1 一倍压入力
F2 二倍压入力 F3 三倍压入力
F4 四倍压入力 FE 压入力
L 轴部段的长度 S 轴向端侧
T1 轴向压配合间隔 T2 轴向压配合间隔
1 第一径向缩窄部 2 第二径向缩窄部
3 第三径向缩窄部 4 第四径向缩窄部
5 第一径向升高部 6 第二径向升高部
7 第三径向升高部 8 第四径向升高部
9 不贴靠的区域 10 不贴靠的区域
11 不贴靠的区域 12 不贴靠的区域
13 不缩窄的区域 14 不缩窄的区域
15 不缩窄的区域 16 不缩窄的区域
17 第一内圈 18 第二内圈
19 轴 20 暂时压配合
21 滚动体 30 暂时压配合
40 符合运行的压配合 50 符合运行的压配合
51 进一步的符合运行的压配合 60 符合运行的压配合
70 符合运行的压配合 71 进一步的符合运行的压配合
72 轴向止挡

Claims (8)

1.一种滚动轴承，所述滚动轴承带有：具有第一径向升高部(5)和第二径向升高部(6)的轴(19)、以及能固定在所述轴(19)上的第一内圈(17)，其中，所述第一内圈(17)具有至少一个用于滚动体(21)滚动的径向外置的第一滚动体滚道、第一径向缩窄部(1)和第二径向缩窄部(2)，其中，所述第一径向升高部(5)和所述第一径向缩窄部(1)设置用于构成第一压配合，或者说，所述第二径向升高部(6)和所述第二径向缩窄部(2)设置用于构成第二压配合，其特征在于，所述轴(19)具有第三径向升高部(7)和第四径向升高部(8)，并且，能固定在所述轴(19)上的第二内圈(18)具有至少一个用于滚动体(21)滚动的径向外置的第二滚动体滚道、第三径向缩窄部(3)和第四径向缩窄部(4)，其中，所述第三径向升高部(7)和所述第三径向缩窄部(3)设置用于构成第三压配合，或者说，所述第四径向升高部(8)和所述第四径向缩窄部(4)设置用于构成第四压配合，
其中，所述第一径向升高部(5)的第一外直径等于所述第二径向升高部(6)的第二外直径，并且所述第二径向升高部(6)的第二外直径小于或者等于所述第三径向升高部(7)的第三外直径，并且所述第三径向升高部(7)的第三外直径等于所述第四径向升高部(8)的第四外直径。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中，所述轴(19)在所述压配合区域中构造成多体式的。
3.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，所述轴(19)在所述第一、第二、第三或第四径向升高部(5、6、7、8)的区域中从第一、第二、第三或第四外直径在轴向方向上线性地、凹地或者凸地过渡到具有其它外直径的其它区域中，所述其它外直径小于所述第一、第二、第三或第四外直径。
4.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，各自的内圈(17、18)在所述第一、第二、第三或第四径向缩窄部(1、2、3、4)的区域中从第一、第二、第三或第四内直径在轴向方向上线性地、凹地或者凸地过渡到具有其它内直径的区域中，所述其它内直径大于第一、第二、第三或第四内直径。
5.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，所述第一压配合到所述第二压配合的第一轴向间距(T1)大于所述第一内圈(17)的一半轴向宽度(B1)，和/或所述第三压配合到所述第四压配合的第二轴向间距(T2)大于所述第二内圈(18)的一半轴向宽度(B2)。
6.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，所述第二压配合布置在所述第一内圈(17)的轴向端部上，和/或所述第三压配合布置在所述第二内圈(18)的端部上。
7.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，所述轴(19)能插入到彼此轴向布置的所述内圈(17、18)中，直到所述第二内圈(18)的轴向端侧(S)碰到涡轮侧的轴向止挡(A)，并且由此给出所述轴(19)的运行位置。
8.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，所述滚动轴承是涡轮增压器滚动轴承。
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