CN103797255B - 隧道滚子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种隧道滚子。特别地，本发明涉及一种具有在与隧道滚子的轴线成角度的情况下在隧道滚子的壁中延伸的纵缝隙的隧道滚子。在此，隧道滚子中的纵缝隙在隧道滚子的壁中延伸。隧道滚子的壁中的纵缝隙从隧道滚子的第一端部延伸到隧道滚子的第二端部。

Description

隧道滚子
本发明涉及一种隧道滚子。特别地，本发明涉及一种具有在与隧道滚子的轴线成角度的情况下在隧道滚子的壁中延伸的纵缝隙的隧道滚子。在此，隧道滚子中的纵缝隙在隧道滚子的壁中延伸。隧道滚子的壁中的纵缝隙从隧道滚子的第一端部延伸到隧道滚子的第二端部。
滚子轴承具有过盈和空心钻孔。在直径上略增大的隧道滚子导致轴承中的预紧并且在低负载、即低于一定的最低负载情况下承担轴承保持架进而整个滚子组的驱动。加工在滚子轴承中的纵缝隙负责：在较高的负载情况下，增大的滚子轴承轻微地弹性压缩，即退让(Nachgeben)并且由此不必承担过载。该负载则如在传统轴承中那样均匀地分布到轴承中的所有滚动体中。
瑞士的专利文件CH 278692公开一种弹性退让(elastischnachgiebiges)的滚子轴承。在这里，所有布置在滚子轴承中的滚子构造为隧道滚子。在轴承环和构造为空心轴的轴之间布置隧道滚子。隧道滚子设有纵缝隙，该纵缝隙螺旋线形地从轴承的一端向轴承的另一端延伸。在这里示出的实施方式中，螺旋线形的纵缝隙在从轴承的一端延伸到轴承的另一端时经过大于180角度的、相对于隧道滚子的横截面而言的中心角。如果所述类型的轴承被轴或轴承环负载，则该负载从隧道滚子弹性退让地传递到轴承的保持反压力的侧上。因为隧道滚子具有轻微预紧地嵌入在轴承中，轴承一侧上的被压紧的隧道滚子的直径缩小与该轴承的对置侧上的卸载的隧道滚子的直径增大相应。由此，所述轴在任何情况下在各侧保持无间隙。
本发明的任务在于，实现一种用于无间隙的滚针轴承的隧道滚子，该隧道滚子使滚针轴承中的滚动噪声最小化并且本身具有高的使用寿命。
该任务通过一种隧道滚子解决，该隧道滚子具有在与所述隧道滚子的轴线成一角度的情况下在所述隧道滚子的壁中延伸的纵缝隙，其中，所述纵缝隙从所述隧道滚子的第一端部延伸到所述隧道滚子的第二端部，所述纵缝隙从所述隧道滚子的所述第一端部到所述第二端部沿着所述壁经过就所述隧道滚子的横截面而言最大到360度的中心角，由所述隧道滚子的壁厚度和所述隧道滚子的外直径得出的商具有0.04至0.2的值。
在这种情况下，隧道滚子可理解为空心滚子、优选构造成空心圆柱体形的滚子。对于每个滚动体列，这种隧道滚子中的至少一个在周向方向上布置在滚动轴承的滚子之间。因为隧道滚子构造成空心圆柱体形，这些隧道滚子比基体由其材料填满的其他滚子更有弹性。因此，隧道滚子具有衰减噪声的特性。
根据本发明的滚子轴承设有在与隧道滚子的轴线成角度的情况下在滚子轴承的壁中延伸的纵缝隙。在此，该纵缝隙从隧道滚子的第一端部延伸到隧道滚子的第二端部。在此，纵缝隙沿着隧道滚子的壁从隧道滚子的第一端部到第二端部的延伸这样构型，使得该延伸在隧道滚子的外壁上经过360度、优选小于180度的、就隧道滚子的横截面而言的中心角。
外壳面的整个圆周在任意的横截面(横向于隧道滚子的旋转轴线)中通过360度的全角描述。即，本发明设置，缝隙在它的从开始到结束的延伸中这样走向，使得它在周向方向上经过外壳面一次。本发明的构型设置，所述缝隙在小于一半的外壳面上延伸、即沿着隧道滚子的壁从隧道滚子的第一端部到第二端部经过小于180度的、就隧道滚子的横截面而言的中心角(μ)。该中心角也可以称为全角的分角或圆的全角的分角。其中，圆形线(Kreislinie)为滚子的周边线(Umfangslinie)。优选地，所述缝隙在外壳面的周长的一半之内延伸，从而分角从全角360度变为仅小于等于180度。通过所述缝隙，隧道滚子是弹性退让的并且其减振行为比闭合的空心滚子还更好。
在滚动接触中，滚动体的优选非常光滑的表面上的不均匀性造成应力峰值并且促进滚子和滚动滚道上的磨损。对于缝隙或其棱边也是这种情况。根据DE 197 34 980 A1的滚子的螺形构造的缝隙在多个部位上并且与两个滚道永久地处于滚动接触中，从而尤其存在之前提到的缺点。
通过将角度限制到最大360度、优选最大180度(缝隙以所述角度经过滚子)，根据本发明的组件具有优点：相对于上述已知的现有技术，强烈地减少了接触部位的数量进而降低了摩损提高的风险。
欧洲专利申请EP 1 921 334 A2示出一种滚针轴承。在此，如果将负载施加到滚针轴承的外面上，滚针轴承的至少一个滚针弹性退让地构成。在此，能够弹性变形的滚针比其他不能够弹性变形的滚针具有略大的外直径。滚针的弹性的退让性由此实现，即，所述滚针具有空心钻孔并且沿着所述滚针的长度平行于母线(Mantellinie)并且平行于旋转轴线地加工有纵缝隙，该纵缝隙直线地沿着滚针的壁延伸。这样构成的、弹性退让的滚针具有缺点，即，在轴承滚动运动时，直的缝隙在它的整个长度上以缝隙的边缘与滚动滚道处于滚动接触中。这类滚动轴承仅能够小地负载并且仅能以小的转速旋转或仅能摆动，因为棱边接触在滚动接触中产生非常高的应力峰值，由此，可能损坏滚子和滚动滚道。此外，每旋转一次在每个滚动滚道上出现的缝隙产生干扰的噪声。
对该周向范围的限制也有利地对该类型的隧道滚子的制造产生影响，在这种情况下，该隧道滚子能够由扁平材料弯曲成。在此，圆柱体形弯曲的扁平材料的切割端部在缝隙上引向彼此。与此相反地，具有超过360度全角或者多次地在圆周上延伸的缝隙的隧道滚子必须在续接部分中螺形地卷绕，这会对隧道滚子的尺寸的精度产生不利的影响或提高制造准确滚子的费用。
滚子轴承为具有作为滚动体的滚子的滚动轴承。滚动轴承具有内滚道和外滚道，在所述内滚道和外滚道之间，一列滚动体或轴向相邻的多列滚动体在周向方向上围绕旋转轴线相互相继布置。所述滚道选择式地构造在轴承环的表面上，即，内滚道构造在外环的表面上并且外滚道构造在内环的表面上，或者在内面和外面上直接构造在表面的区段上。
滚子轴承的滚动体为如同滚针或圆柱滚子那样的滚子。滚子在其基本形式上构造成外圆柱体形并且设有两个端侧面。所述端面侧选择式地与外圆柱体形的形式不同地具有略微球形的外壳面。端侧面或者平面地或者凸式或凹式地隆起。滚针为滚子式滚动体，该滚动体具有大于或等于数值3的、滚动体的长度相对于外壳面的额定直径的比例关系。在圆柱滚子中，该比例关系较小。
纵缝隙在径向方向上连续延伸经过所述壁并且由此使该壁在周向方向上完全中断一次。在此，纵缝隙不与旋转轴线轴线平行或不与隧道滚子的旋转轴线平行地取向，而是向所述旋转轴线这样倾斜地延伸，使得纵缝隙相对于隧道滚子的旋转轴线具有角度地从隧道滚子的第一端部延伸到隧道滚子的第二端部，所述角度优选为1度＜α＜＝45度。所述角度不必在缝隙的延伸中相互相等。即，也可以是，缝隙曲线式地或曲折式地延伸或任意更换方向地偏转，因为所述缝隙在任意方向上并且以不同角度相对于平行线偏转。通过所述缝隙，隧道滚子是弹性退让的并且其减振行为比闭合的空心滚子还更好。
隧道滚子在负载情况下在接触区域中弹性压缩并且在该接触区域上滚动，该接触区域可以通过滚动滚道上的接触线即线接触来描述，其中，所述接触线在理想情况下平行于隧道滚子的旋转轴线取向。缝隙的倾斜取向的优点在于，在轴承旋转和隧道滚子滚动时，不是整个缝隙一次性与对应的一个/多个滚动滚道处于线性接触中，而是仅所述缝隙的一部分在交点上与接触线处于接触中。由此，避免摩擦并且降低噪声。
外直径相对于壁厚度的比例关系确定弹性，隧道滚子构造有该弹性。一方面，隧道滚子必须是足够弹性退让的，以便在预紧力下能够安装到轴承中并且以便在高负载的情况下也可弹性压缩到其他滚子的直径。另一方面，隧道滚子也必须足够刚性地构成，以便确保径向轴承的无间隙性。因此，隧道滚子具有外直径和壁厚度，由该壁厚度和该外直径所得的商得到0.04至0.2之间的值。
滚子的类型通过隧道滚子的长度相对于外直径的比例关系确定。此外，如果考虑壁厚度，该比例关系也对刚度或弹性具有影响。滚子越长，滚子就越刚固。滚子越短，滚子的反应就弹性越大。因此，可构想的是，可由此影响隧道滚子的刚度进而影响滚子轴承的间隙调节的程度，即，所述轴承中的隧道滚子比常规的滚子长或短。优选地，由隧道滚子的长度和其外直径得出的商相当于0.8至4.0的值。
所述缝隙必须在周向方向上这样宽地设定，使得隧道滚子能够无阻碍地在径向上和在周向侧上弹性压缩到其余滚子的径向尺度。因此，加工在隧道滚子的外壁中的纵缝隙优选具有0.1毫米至0.7毫米的值的宽度。
所述材料，所述隧道滚子由该材料制造，可以是16mnCr5或Ct45-75或Ck80M或100Cr6或100CrMn6。
无间隙的滚子轴承或滚针轴承可以设有根据本发明的隧道滚子。所述轴承具有保持架，该保持架固定大量的滚针和选择式地固定一个、两个或至少三个隧道滚子。在此，所述至少三个隧道滚子均匀分布地布置在保持架的圆周上。
隧道滚子在圆周上与常规的滚子排成一列或在轴向上并列布置在具有常规滚子的列的旁边。完全一样地也可构想的是，滚子轴承具有两列滚子，在其中的至少一列中也布置至少一个隧道滚子。替代地，多个隧道滚子在轴向上与滚子轴承的具有其余滚子的列并排地构成自己的一列。
本发明的另一构型设置，被开缝的隧道滚子具有比所述滚子大的外直径。所述滚子轴承为径向轴承，在该径向轴承中基本上仅支撑径向力。由于制造公差并且出于可安装性的原因，径向轴承总是设有径向间隙。该支承装置的缺点成因于：到目前为止已知的现有技术的轴承中的滚子常常在径向上能够以该间隙运动地布置在滚道之间，这可以导致不希望的噪声并且导致磨损。具有仅一个隧道滚子的滚子轴承中的隧道滚子的额定直径比其他滚子的额定直径大的数值至少相应于尽可能大的径向间隙或更多。具有所述隧道滚子中的至少两个、最好三个隧道滚子的滚子轴承中的隧道滚子的额定直径分别比其余滚子的额定直径大的数值至少相应于径向间隙的一半或更多。
在安装轴承时，隧道滚子或多个隧道滚子被径向预压紧，由此，所述隧道滚子弹性压缩并且配合到滚动滚道之间的环形间隙中。所述缝隙这样宽，使得隧道滚子的周长可通过径向的弹性压缩而至少减小至滚子轴承的其余滚子的周长，从而如同本发明的构型那样设置，隧道滚子的外直径能够在负载的情况下弹性地弹性压缩至滚子的直径。
支承装置中的径向间隙被隧道滚子或被多个隧道滚子弹性跨接，从而避免干扰噪声。
由于隧道滚子的外直径的这种构型，在小负载情况下、就是说在低于一定最低负载情况下，在滚针轴承上隧道滚子与轴上或钻孔中的滚动滚道或者说与滚针轴承的轴承环的滚动面无间隙地共同作用。在滚针轴承上的负载增大的情况下、就是说在超过一定最小负载的情况下，隧道滚子由于其弹性退让的、通过纵缝隙得到的特性被压到一起并且滚针轴承的其余滚针与轴承环的滚动滚道共同作用。
滚子或滚针轴承的外环和内环既可以切削地也可以无切削地制造。
以下借助实施例参考附图详细描述本发明。附图示出：
图1根据本发明的隧道滚子的端部的横截面的俯视图；
图2沿着根据本发明的隧道滚子的轴线的纵剖图；
图3根据本发明的隧道滚子的侧视图，其中，纵缝隙沿着根据本发明的隧道滚子的壁延伸；
图4沿着具有切削制造的外圈的滚针轴承的轴线的剖面图，其中，根据本发明的隧道滚子被置入；
图5垂直于图4中的滚针轴承的轴线的剖面图，其中，根据本发明的隧道滚子中的至少三个安装在保持架中。
图6具有无切削地制造的外圈的滚针轴承的平行剖面图，其中，在保持架中置入根据本发明的隧道滚子。
对于本发明的相同或起相同作用的元件使用相同的参考标记。所示的实施例仅代表可以如根据本发明的隧道滚子那样构型的可能性。根据本发明的隧道滚子在滚针轴承中的所示应用也仅为很多实施例中一种可能的实施例。
滚子轴承20的实施例通过附图4，5和6示出，其中，附图6示出滚子轴承20沿着其旋转轴线的纵剖图，该滚子轴承具有带有内滚道27的滚针套作为外圈25。隧道滚子10在圆周上与常规滚子24排成一列。替代或附加于此地，图6中的滚子轴承20具有另一列，该列仅由隧道滚子10中的比其余的滚子24短的三个隧道滚子构成并且所述三个隧道滚子在滚针套中的另一个保持架25a中被导向。
根据图4和5的滚子轴承25(在此，图4示出纵剖面并且图5示出横截面)具有带有内滚道27的外圈25，该外圈25实心地构成并且切削起模地制造。滚子轴承20具有呈滚针形式的滚子24以及三个均匀地分布在圆周上的隧道滚子10(隧道滚针)，所述隧道滚子全部被保持在保持架22中。
每个隧道滚子10的外直径12比每个滚子24的外直径13大。每个隧道棍子10的外直径(12)具有2毫米至10毫米的值。由此，在所有滚子10和24在外部贴靠在外圈25的内滚道27上的前提下得出从滚子轴承20的旋转中心15出发的半径9和8之间的差，该差至少相应于构造在支承部位中的滚子轴承20的尽可能大的半径间隙的一半。
图1，2和3在图1中以正视图、在图2中以沿着隧道滚子的旋转轴线2的纵剖图并且在图3中以侧视图示出隧道滚子10中的单个隧道滚子。具有长度16的隧道滚子10是具有壁厚度14的空心圆柱体形的并且具有宽度18的缝隙6，该缝隙连续地在径向上和在轴向上在壁4中从隧道滚子10的一端部101延伸到隧道滚子10的另一端部102，从而缝隙6也在轴向的端部61和62上在隧道滚子10的端面侧是敞开的，由此，壁4在周向上被缝隙6分开一次。
隧道滚子10的长度16相对于其非弹性地弹性压缩的外直径12的比例关系为0.8至0.4毫米。隧道滚子10的壁厚度14相对于其非弹性地弹性压缩的外直径12的比例关系为0.04至0.2。缝隙16的宽度18在最狭窄的部位上为0.1毫米至0.7毫米。
纵缝隙6在第一端部(101)和第二端部(102)之间在其延伸的任意部位上以角度(α)向旋转轴线(2)倾斜，所述角度可以在各部位上彼此相同或彼此不同大小。在隧道滚子10的横截面中观察，隧道滚子10的外壳面的圆周闭合360度的全角。缝隙6从它的端部61经部分圆周区域延伸到它的另一端部62，该部分圆周区域最大通过全角描述并且在该情况下通过全角的小于180度的分角(μ)描述。

Claims (8)

1.隧道滚子(10)，具有在与所述隧道滚子(10)的轴线(2)成一角度α的情况下在所述隧道滚子(10)的壁(4)中延伸的纵缝隙(6)，其中，所述纵缝隙(6)从所述隧道滚子(10)的第一端部(101)延伸到所述隧道滚子(10)的第二端部(102)，其特征在于，所述纵缝隙(6)从所述隧道滚子(10)的所述第一端部(101)到所述第二端部(102)沿着所述壁(4)经过就所述隧道滚子(10)的横截面而言最大到360度的中心角(μ)，由所述隧道滚子(10)的壁厚度(14)除以所述隧道滚子(10)的外直径(12)得出的商具有0.04至0.2的值。
2.根据权利要求1的隧道滚子(10)，其特征在于，所述纵缝隙(6)从所述隧道滚子(10)的所述第一端部(101)到所述第二端部(102)沿着所述壁(4)经过小于180度的中心角(μ)。
3.根据前述权利要求1的隧道滚子(10)，其中，由所述隧道滚子(10)的长度(16)除以所述外直径(12)得出的商具有0.8至4.0的值。
4.根据前述权利要求1的隧道滚子(10)，其中，所述纵缝隙(6)的宽度(18)具有0.1毫米至0.7毫米。
5.根据前述权利要求1的隧道滚子(10)，其中，所述纵缝隙相对于与所述隧道滚子(10)的旋转轴线平行地取向的母线以角度α倾斜地延伸，所述角度α的值为1度＜α＜＝45度。
6.根据权利要求1的隧道滚子(10)，其中，所述外直径(12)具有2毫米至10毫米的值。
7.根据前述权利要求之一的隧道滚子(10)，其中，所述隧道滚子(10)的材料为16MnCr5或者Ct45-75或者Ck80M或者100Cr6或者100CrMn6。
8.具有保持架(22)的滚针轴承(20)，所述保持架以滚动的方式保持多个滚针(24)和至少三个隧道滚子(10)，其中，所述至少三个隧道滚子(10)根据前述任一权利要求所述的隧道滚子构成，所述隧道滚子(10)均匀分布地布置在所述保持架(22)的圆周(26)上并且具有比所述滚针(24)大的外直径。
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