CN1860306A - 自动调心滚动轴承和用于自动调心滚动轴承的保持架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动调心滚动轴承和用于自动调心滚动轴承的保持架。在一具有至少一个第一列(9)滚动体(11)和一个与第一列滚动体(11)相邻的第二列(10)滚动体(11)的自动调心滚动轴承(1)中，每一列(9，10)具有围绕自动调心滚动轴承(1)中心轴线沿圆周方向设置的滚珠(5)和滚子(6)，其中滚珠(5)具有比滚子(6)大的外径(28)。

Description

自动调心滚动轴承和用于自动调心滚动轴承的保持架
技术领域
具有至少一个第一列滚动体和一与第一列滚动体相邻的第二列滚动体的自动调心滚动轴承(Pendelwlzlager)。
背景技术
以术语自动调心滚动轴承称谓的自动调心滚子轴承和鼓形滚子轴承(球面滚子轴承)用在需要补偿壳体和轴之间的角度误差的应用场合。通过采用在外环和内环之间具有线接触的滚动体使这些轴承适合于重载。在滚动轴承上的载荷较小时，由于缺乏滚动接触，滚子易于在滚道之间滑动。保持架连同滚动体的转速减小至滚动接触下的正常状态。在滚动轴承的负荷瞬时加大时造成在内环和外环之间啮合的滚动体必须使整个保持架连同所有其他滚动体在几分之一秒钟内加速到正确的转速。这个加速过程在保持架内产生大的力。由此造成的被加速的滚子和内、外环的滚道之间的打滑导致滚动体和滚道的损坏。
例如在正常运行时滚动体只受小的力的应用场合出现上述问题。在负荷瞬间升高时自动调心滚动轴承短时间承受尖峰载荷，这可能导致上面所述的效应。
在DE 8803970U1中介绍了一种径向滚动轴承，其中采用滚子和滚珠一起作为滚动体。这种类型的自动调心滚动轴承配备至少一个第一列滚动体和一个与第一列滚动体相邻的第二列滚动体。每一列在圆周方向具有绕自动调心滚动轴承的中心轴线设置的鼓形滚子列。此外在自动调心滚动轴承内设置一列滚珠。通过附加的滚珠列在按DE8803970U1的轴承内应该提高承载能力，用这种结构无法解决由短时间内载荷加大造成的后果。
在现有技术中的这类轴承内的滚珠，由于其与滚道点状接触面，在自动调心滚动轴承运行时力求采取最佳的动力学位置。这通常导致滚珠的轴向强制运动。因此滚珠克服来自强制运动的力特别是侧向支承在保持架凹框内。其结果是高的摩擦、随之而来的高的工作温度和滚珠凹框的磨损。滚珠在凹框内的固定受到危害，并且也许会过早磨损。在DE 8803970U1中所介绍的保持架，由于在轴向在用于滚子的凹框之间设置了滚珠凹框，因此只能相当费事(费钱)地进行制造。
发明内容
因此本发明的目的是，创造一种自动调心滚动轴承和用于自动调心滚动轴承的保持架，用它避免上面所述的缺点。
本发明的目的按照权利要求1的主题和本发明的按从属权利要求的其他结构设计得以实现。自动调心滚动轴承配备至少一个第一列滚动体和一与第一列滚动体相邻的第二列滚动体。每一列具有围绕自动调心轴承的中心轴线沿圆周方向设置的滚珠和鼓形滚子或其他设计成球面形的滚子。这里可以设想，沿圆周方向每个滚子后面连接一滚珠。作为另一种选择滚珠在圆周方向通过两个或几个滚子相互隔开。
这里滚珠和轴承内的所有滚珠一起具有相同的名义直径。在滚珠直径允许的公差之内滚珠的最小外径大于鼓形滚子的最大外径。这里滚子具有与在轴承内所有滚子共同的名义直径。滚子的最大外径是在滚子名义直径公差内偏差最大的直径。
每一列的滚珠的每个假想的、与轴承中心轴线同心的、绕中心轴线圆环形放置的并且通过滚珠中心分布的第一滚动接触平面和每一列的滚子的每个假想的、与中心轴线同心并且与滚子在最大外径处相交的第二滚动接触平面在每一列中沿轴承中心轴线相互轴向离开一定距离。尤其是列与列之间滚珠的各第一滚动接触平面相互离得比列与列之间滚子的各第二滚动接触平面离得更近。因此滚珠的第一滚动接触平面沿中心轴线、从而在轴向设置在鼓形滚子的第二滚动接触平面之间。相邻滚珠列的滚动接触面沿轴承横向中心平面方向相互靠得越近，在滚珠上的强制力便越小。通过使滚珠和滚子沿圆周方向共同位于同一列内，保持架便更容易制造，轴承整体更窄，从而可以更方便以更经济地制造。
在轴承负荷较小时滚珠单独承受径向载荷。在较大的或尖峰载荷时滚子一起承受载荷。由于滚道和滚珠之间的点接触出现比在滚子和滚道之间的线接触时大的赫兹压力。在负载较小时与滚珠滚动接触时较大的压力造成滚动体之间较小的打滑。避免滚道和滚动体之间的接触部位的混合摩擦或固体摩擦。这种效果还可以通过这样的方式加大，即只有滚珠，从而不是全部滚动体参与啮合。因此负荷分配到少数滚动体上，从而提高在滚动接触部位的压力。在载荷较小时由滚子和保持架组成的滚子座圈通过滚子带动。
在尖峰载荷的瞬间，稍大的并位于负载区内的滚珠相应于其弹性特性曲线弹性变形，直至滚子一起承受负荷。从而防止在轴承内产生导致与滚珠的滚动接触部位内滚珠和滚道塑性变形的压力。还避免滚子环上瞬间的加速力，因为滚子座圈已经通过滚子处于运行转速中。滚珠的名义直径最好比滚子直径大滚子最大名义直径的0.005％至0.4％。
本发明设想一种用于自动调心滚动轴承的至少一个列的保持架的结构。但是优选采用同时引导两列的保持架。保持架具有分别带一侧开口的滚珠凹框。本领域也将这种保持架称为梳状或双梳状保持架。一列的凹框的每个开口在保持架的背向另一列的侧面上形成。开口沿轴承圆周方向切向的敞开的开口尺寸小于滚珠的外径，因此滚珠在开口处也被侧向挡在凹框内。在将滚珠从外面压入保持架时，开口也是有用的，因为在凹框的圆周方向不封闭的凹框弹性胀开，因此扣入力较小。因此在将滚珠装入保持架时卡扣边缘免受损坏。
每个滚珠凹框在径向朝外的边缘上最好分别具有一箝制凸缘(Bord，边帮)。箝制凸缘的至少在圆周方向相互切向对置的、相互离开最远的部分之间的最大自由距离小于在凹框内的滚珠的外径与在凹框内可能的最大运动空隙之和。运动空隙是沿径向在箝制凸缘以下在凹框内凹框与相应滚珠之间的自由距离。因此箝制凸缘在滚珠列的中心圆直径上方包围滚珠。箝制凸缘区之间的最大距离也是凹框内的滚珠和箝制凸缘之间可能的最大运动空隙，因此滚珠在凹框内可相对于箝制凸缘自由运动一运动空隙，但被箝制凸缘对外挡住。
每个滚珠凹框的整个径向朝外的边缘最好都通过箝制凸缘围成。因此箝制凸缘从开口处凹框的一个末端环绕滚珠延伸到在开口处凹框的另一个末端。
按照本发明的另一种结构，箝制凸缘具有一朝向凹框内的滚珠的、直到开口为止在圆周方向部分包围滚珠的圆柱体内表面段。此表面段通过半径描述。表面段垂直于半径方向的高度从凹框的离开口最远的侧面起朝开口方向越来越大。
附图说明
下面借助于图1至10详细说明本发明其他的结构和实施例。附图具体表示：
图1以局部剖开的总图表示自动调心滚动轴承的一个实施例，
图2a，2b按图1的自动调心滚动轴承的局部剖视图，
图3以局部剖视图表示自动调心滚动轴承的另一个实施例，
图4按图3的自动调心滚动轴承的保持架的局部视图，
图5以纵剖视表示一自动调心滚动轴承的另一实施例，
图6至8本发明一实施例的滚珠凹框的结构细节，
图9和10鼓形滚子和滚珠之间相比较的放大示意图。
具体实施方式
图1中表示一自动调心滚动轴承1的优选实施形式。自动调心滚动轴承1设有一外环2、一内环3和设置在外环和内环之间的滚动体11。滚动体11做成滚珠5和滚子6，并由一共同的保持架4引导。但是在其他应用场合也可以考虑分开的保持架，它单独引导各个滚动体11的列9和10。
滚珠5的直径略大于滚子6的直径。滚子6和滚珠5分别沿圆周方向交替设置在列9和10之一内，因此在列9和10之一内的每个滚珠5沿自动调心滚动轴承1的圆周方向与一滚子6相邻。此外第二列10的滚珠5和滚子6之间的空隙12与第一列9的每个滚珠5相邻。在选择滚珠5的直径和滚子6的直径8时应该注意，在滚动轴承负荷小时两个相邻滚珠之间的滚子在滚动接触部分不同时与两个滚道13和14接触。在一第一种小轴承负荷时只有滚珠5承受负荷，而滚子6不受力地滚动。
在设计滚珠5和滚子6的直径差时(图2a)应该注意，在自动调心滚动轴承1可能的第二种和直至增大到最大负荷的轴承负荷时滚珠5不产生塑性变形。对于较大滚珠5和较小滚子6之间直径差7实际上可能的尺寸例如可以是0.02mm。
按照另一种未示出的实施形式，在两个滚珠之间设置多个滚子。这时应该注意，在第一种轴承负荷时随着在轴承受力区内承载滚珠5数量的减小，自动调心滚动轴承1和借助于它支承的轴运行时的径向跳动越来越大。
在图2a和2b中以局部剖视图表示自动调心滚动轴承1。在图2a中表示在一第一种轴承负荷时如此小尺寸的承载滚珠，使得只有滚珠5承载。在图2b中表示在第一种轴承负荷时一个不承载的滚子6的接触。在这个视图中直径差7是夸大地因而不按比例地画出的。
图3表示一带一整体保持架16的自动调心滚动轴承15的另一个实施例，此保持架同时引导第一列9和第二列10滚动体11。每一列滚动体9和10都在一共同的外滚道14上滚动。每一列9和10在内轴承环上分别配设一单独的内滚道13。特别是由图4中的作为从自动调心滚动轴承15上拆下的单个零件的保持架16的示图以及凹框18和19的布置可见，第一列9的每个滚珠5与第二列10的一个滚子6相邻。每一列9和10的滚子凹框18和滚珠凹框19在保持架16的侧端面上具有开口20和21，其中一个列9或10的开口20和21一起在凹框18和19背向另一列9或10的侧面上形成。
图5表示一带一保持架16、滚珠5和滚子6的自动调心滚动轴承22。不管是第一列9还是第二列10的滚珠5的假想滚动接触平面23在轴向设置在第一列9和第二列10的滚子6的假想滚动接触平面24之间。因此，在一个列9或10内，滚动圆平面23与同一列9或10内的滚动圆平面24轴向隔开。滚动接触平面23设计成圆环形，其中径向向外通过围绕滚珠5的外滚动圆23a，径向向内通过被滚珠5包围的包络圆23b围成。滚动接触平面23相对于由包络圆23b确定的径向平面R1是倾斜的。滚子6的滚动接触平面24设计成圆环形，其中径向向外通过围绕滚子6确定的外滚动圆24a，径向向内通过被滚子6包围的包络圆24b围成。滚动接触平面24相对于由包络圆24b确定的径向平面R2是倾斜的。
图6至8表示尤其是在保持架4和16上构成的滚珠凹框19的细节。在凹框19的沿圆周方向绕轴承中心轴线切向相互对置的末端19a和19b之间的敞开的切向开口的尺寸25小于滚珠5的直径公差之内的最小滚珠外径28。凹框19的径向朝外的边缘19c过渡到一箝制凸缘26。至少相互对置的表面区26a的沿保持架4，16圆周方向切向的最大的并通过半径27的两倍描述的自由距离小于半径29的两倍。半径29相当于外径28和运动空隙30之和。这里半径27包括滚珠5和箝制凸缘26之间的运动空隙31。
箝制凸缘26朝向滚珠5的表面区26a是一圆柱体的一个表面段，圆柱体通过半径27描述。这里半径27从位于滚动接触平面23内并通过滚珠5中心32的轴线31出发。箝制凸缘棱边39和40之间垂直于半径27方向的高度H1，H2，H3从箝制凸缘26的离开口21最远的侧面26b出发朝末端19a，b方向越来越大，直至最大高度Hx。在箝制凸缘26上径向朝内连接一半径为29的凹框的内表面的表面区19d。
图9表示在一自动调心滚动轴承内滚子6和滚珠5的布局和尺寸关系的夸大和不按比例地示意表示的理想状态。滚珠5的在滚珠尺寸名义值的公差范围内可能的最小外径28大于滚子6的在滚子尺寸公差范围内可能的最大外径8。滚子6和滚珠5相互以相同的间距T设置在自动调心滚动轴承圆周上。在圆周方向一个滚珠5分别和一个滚子6相邻。在两个沿圆周方向相互顺序衔接的和在这里通过一滚子6相互隔开的滚珠之间的圆周距离33这么小，使得在滚子6和滚道13之间留出径向距离34。在位于承载区36顶点35处的滚子6和内滚道13之间形成径向距离34。在图9中通过线条36a示意表示承载区36，此线条没有数值标示，表明在顶点35有最高的赫兹压力。
在图10中，与本发明的不同，滚珠5之间的距离37的圆弧尺寸过大，这样，由于滚道13的轴向挠曲38和有时由于在第一种轴承负荷时滚珠5的弹性变形过大，滚道13和14之间的径向距离与滚子6的直径8相当或比它更小。
                          图形标记表
1    自动调心滚动轴承                    23a  滚动圆
2    外环                                23b  包络圆
3    内环                                24   滚动接触平面
4    保持架                              24a  滚动圆
5    滚珠                                24b  包络圆
6    滚子                                25   开口尺寸
7    直径差                              26   箝制凸缘
8    直径                                26a  表面段
9    第一列                              26b  侧面
10   第二列                              27   半径
11   滚动体                              28   外径
12   空隙                                29   半径
13   内滚道                              30   运动空隙
14   外滚道                              31   轴线
15   自动调心滚动轴承                    32   中心
16   保持架                              33   距离
17   外滚道                              34   距离
18   滚子凹框                            35   顶点
19   滚珠凹框                            36   承载区
19a  末端                                37   距离
19b  末端                                38   挠曲
19c  边缘                                39   棱边
19d  表面段                              40   棱边
20   开口
21   开口
22   自动调心滚动轴承
23   滚动接触平面

Claims (13)

1.自动调心滚动轴承(1，15，22)，具有至少一个第一列(9)滚动体(11)和一与第一列(9)滚动体(11)相邻的第二列(10)滚动体(11)，每一列(9，10)具有绕自动调心滚动轴承(1，15，22)的中心轴线沿圆周方向设置的滚珠(5)和滚子(6)，其中，滚珠(5)具有大于滚子(6)的最大外径(8)的最小外径(28)，此外自动调心滚动轴承(1，15，22)每一列(9，10)分别具有滚珠(5)的一假想的、与中心轴线同心并通过滚珠(5)中心分布的第一滚动接触平面(23)，和每一列(9，10)分别具有滚子(6)的一假想的、与中心轴线同心以及在最大外径(8)处与滚子(6)相交的第二滚动接触平面(24)，其中，在每一列(9，10)内，第一滚动接触平面(23)沿轴承中心轴线离开第二滚动接触平面(24)一定距离。
2.按权利要求1的自动调心滚动轴承(1，15，22)，其中，第一滚动接触平面(23)从列(9，10)到列(9，10)相互轴向离得比第二滚动接触平面(24)从列(9，10)到列(9，10)更近，由此第一滚动接触平面(23)轴向设置在第二滚动接触平面(24)之间。
3.按权利要求1的自动调心滚动轴承(1，15，22)，具有一第一轴承负荷，在这种载荷时，每列的一个在滚珠(5)的外径(28)处包围滚珠(5)的第一滚动圆(23a)大于每列(9，10)的一个在滚子(6)的最大外径(8)处包围滚子(6)的第二滚动圆(24a)，并具有一第二轴承负荷，在这种载荷时，第一滚动圆(23a)和第二滚动圆(24a)一样大，并且这时至少滚珠(5)至少径向弹性弹入，其中第二轴承负荷大于第一轴承负荷。
4.按权利要求1或3的自动调心滚动轴承(1，15，22)，其中，每一列(9，10)中一个滚珠(5)沿圆周方向绕中心轴线分别与一个滚子(6)相邻。
5.按权利要求3的自动调心滚动轴承(1，15，22)，其中，在每一列(9，10)内，滚珠(5)具有一可能的最小滚珠外径(28)，而滚子(6)具有一可能的最大滚子(6)外径(8)，并且，在每一列(9，10)内，在两个沿圆周方向相互顺序衔接的并在圆周方向通过至少一个滚子(6)相互隔开的滚珠(5)之间的最大圆弧距离(33)分别至少如此之小，使得在最大的第一轴承负荷时的承载区(36)的顶点(35)处在自动调心滚动轴承(1，15，22)的一内滚道(13)和自动调心滚动轴承(1，15，22)的一外滚道(24)之间留出一径向距离(34)，它大于滚子(6)的最大外径(8)，其中滚动体(11)径向设置在滚道(13，14)之间。
6.按权利要求1、3或5的自动调心滚动轴承(1，15，22)，具有一保持架(4，16)，其中第一列(9)和第二列(10)共同在保持架(4，16)内引导。
7.按权利要求1、3或5的自动调心滚动轴承(15，22)，具有一保持架(16)，其中第一列(9)和第二列(10)共同在保持架(16)内引导，并且第二列(10)的一滚子(6)分别与第一列(9)的一滚珠(5)相邻。
8.按权利要求1、3或5的自动调心滚动轴承(1)，具有一保持架(4)，其中第一列(9)和第二列(10)共同在保持架(4)内引导，并且，在第二列(10)内，一滚子(6)和一滚珠(5)之间沿圆周方向的一空隙(12)分别与第一列(9)的一滚珠(5)相邻。
9.用于按权利要求1的自动调心滚动轴承(1，15，22)的至少一个列(9，10)的保持架(4，16)，它具有分别带一侧开口(21)的滚珠凹框(19)，其中每个开口(21)在保持架(4，16)的背向另一列(9，10)的侧面上形成，开口(21)沿切向敞开的开口尺寸(25)小于滚珠(5)的外径(28)。
10.按权利要求9的保持架，在每个滚珠凹框(19)的一径向朝外的边缘(19c)处分别具有一箝制凸缘(26)，其中至少在箝制凸缘(26)的沿圆周方向相互切向对置的相互离开最远的部分之间的最大自由距离小于凹框(19)内滚珠(5)的外径(28)加上沿径向在箝制凸缘(26)以下在凹框(19)与相应滚珠(5)之间沿着凹框(19)方向可能的最大自由运动空隙(30)，其中最大自由距离包括在滚珠(5)与箝制凸缘(26)之间可能的最大自由运动空隙(31)。
11.按权利要求10的保持架(4，16)，其中，每个滚珠凹框(19)的边缘(19c)由一直延伸到开口(21)处的箝制凸缘(26)构成。
12.按权利要求11的保持架(4，16)，其中，箝制凸缘(26)具有一朝向凹框(19)内滚珠(5)的并直至开口(21)为止沿圆周方向部分包围滚珠(5)的一圆柱体的内表面段(26a)，其中该表面段(26)由一半径(27)描述。
13.按权利要求12的保持架，其表面段(26a)由两条棱边围成，其中所述棱边(39，40)朝向凹框(19)内的滚珠(5)并且部分包围滚珠(5)直至开口(21)处，其中两个棱边(39，40)在开口(21)处，垂直于半径(27)看，相互离得最远，并随着离开口(21)的距离的加大，垂直于半径(27)看，相互离得越来越近。
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