DD253655A1 - SPRING COLLOCK WITH SPECIAL RIBBED BODY DESIGN - Google Patents

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DD253655A1
DD253655A1 DD29031086A DD29031086A DD253655A1 DD 253655 A1 DD253655 A1 DD 253655A1 DD 29031086 A DD29031086 A DD 29031086A DD 29031086 A DD29031086 A DD 29031086A DD 253655 A1 DD253655 A1 DD 253655A1
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DD
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spring
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rolling
bearing
special
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DD29031086A
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Erich Fuhrmann
Bernhard Jankowski
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Schule F Maschinenbau U E Tech
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34Rollers; Needles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/04Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Federndes Wälzlager mit spezieller Wälzkörpergestaltung, welches insbesondere bei statisch unbestimmter Lagerung angewendet wird, oder wenn harte Stöße schadensfrei zu überstehen sind, oder wenn es auf Spielfreiheit ankommt, oder um biegekritische Dreh zahlen herabzusetzen. Der Wälzkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass er in der Umgebung seiner Rotationsachse materialfrei ist und so zur Formfeder wird. Fig. 3 stellt einen Wälzkörper dar. Fig. 3.Spring-loaded bearings with special Wälzkörpergestaltung, which is particularly used in statically indeterminate storage, or when hard shocks are to survive without damage, or if it depends on backlash, or pay to critical bending rotary pay. The rolling element is characterized in that it is free of material in the vicinity of its axis of rotation and thus becomes a shaped spring. Fig. 3 illustrates a rolling element. Fig. 3.

Description

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt ist eine beachtliche Anzahl von Wälzlagerarten und -ausführungen mit unterschiedlichen Eigenschaften für verschiedene Funktionen. Sie weisen radiale Lagerluft auf und sind unelastisch.Known is a considerable number of rolling bearing types and designs with different properties for different functions. They have radial clearance and are inelastic.

Bekannt sind auch mannigfaltige Konstruktionen zur Aufnahme dieser Wälzlager in Gehäuse, die u.a. die Teilfunktion des nachgiebigen Lagers erfüllen. Dieses Sonderkonstruktionen sind aufwendig und erfordern Spezialerfahrung.Also known are manifold structures for receiving these bearings in housing, the u.a. fulfill the partial function of the yielding bearing. These special constructions are complex and require special experience.

Bekannt sind auch elastische Kupplungen, deren Anwendung die schädlichen Auswirkungen einer statischen Unbestimmtheit infolge starrer Wellenkupplung mildern. Ihre Anwendung ist jedoch nicht in jedem Einsatzfall möglich.Also known are elastic couplings whose application mitigates the deleterious effects of static indeterminacy due to rigid shaft coupling. However, their application is not possible in every application.

Bekannt sind auch elastische Einbauten in Wälzlagern auf der Basis von Stoffedem und von Formfedern (ζ.,Β. DD 39472). Sie gewährleisten zwar den Zweck des federnden Lagers, vermeiden jedoch nicht die radiale Lagerluft und beeinträchtigen die Führungsgenauigkeit.Also known are elastic internals in roller bearings based on Stoffedem and of molded springs (ζ., Β. DD 39472). Although they ensure the purpose of the resilient bearing, but do not avoid the radial clearance and affect the accuracy of guidance.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel ist ein federndes Wälzlager ohne radiale Lagerluft, welches serienmäßig mit definierten Eigenschaften hergestellt wird. Es soll für spezielle Anwendungsfälle die Palette der Wälzlagerausführungen ergänzen.The goal is a spring-loaded rolling bearing without radial internal clearance, which is manufactured as standard with defined characteristics. It is intended to supplement the range of rolling bearing designs for special applications.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein federndes Wälzlager hoher Führungsgenauigkeit und mit vom Hersteller zu beeinflussenden Federkonstanten zu schaffen, welches ohne radiale Lagerluft in kaltem und warmem Zustand arbeitet, eine verbesserte statische und dynamische Tragfähigkeit aufweist und darüber hinaus aufgrund verringerten Materialeinsatzes leichter istThe invention has for its object to provide a resilient bearing high guidance accuracy and to be influenced by the manufacturer spring constant, which works without radial clearance in cold and warm condition, has an improved static and dynamic load capacity and is also easier due to reduced material usage

Die Merkmale der ErfindungThe features of the invention

Sie bestehen darin, daß die Wälzkörper als Formfedern mit definierten Federkonstanten ausgeführt werden, indem der Raum in der Umgebung ihrer Rotationsachse materialfrei gemacht wird und ihr Einbau in den Wälzraum zwischen Ihnen- und Außenring unter Vorspannung erfolgt.They consist in that the rolling elements are designed as shaped springs with defined spring constants by the space is made free of material in the vicinity of its axis of rotation and their installation takes place in the rolling space between you and outer ring under tension.

Dadurch ist im Einbauzustand keine Lagerluft vorhanden, bei Temperaturerhöhung des Innenringes gegenüber dem Außenring erhöht sich die Vorspannung und im umgekehrten Betriebszustand vermindert sie sich, ohne den Wert Null zu erreichen.As a result, no clearance is present in the installed state, with an increase in temperature of the inner ring relative to the outer ring, the bias increases and in the reverse operating state, it decreases, without reaching the value zero.

Die theoretisch kreisförmige Kontur des Wälzkörpers im Koaxialschnitt durch das Wälzlager ist dadurch um Millimeterbruchteile elliptisch.The theoretically circular contour of the rolling element in the coaxial section through the rolling bearing is thus elliptical by millimeter fractions.

Durch die Betriebslast werden die belasteten Wälzkörper stärker verformt und die entlasteten nähern sich der Kreisform. Die Belastungsgrenze ist erreicht, wenn an den entlasteten Wälzkörpern radiale Lagerluft entsteht.Due to the operating load, the loaded rolling elements are deformed more and the relieved approach the circular shape. The load limit is reached if radial clearance arises at the unloaded rolling elements.

Die Erhöhung der Ermüdungslaufzeit (Pittingbildung) beim erfindungsgemäßen Lager beruht auf zwei Einflußgrößen, die Merkmale der Erfindung sind.The increase in the fatigue life (pitting) in the bearing according to the invention is based on two influencing variables, which are features of the invention.

Einmal wird bei erhöhter Belastung infolge der Verformung die Schmiegung verbessert und zum anderen wird infolge der elastischen Verformung die sogenannte Punktlast nicht mehr existent.On the one hand, when the load is increased as a result of the deformation, the osculation is improved and, on the other hand, the so-called point load no longer exists as a result of the elastic deformation.

-2- ZW bbö-2- ZW bbö

Während bei starren Wälzkörpern zeitweise nur ein Wälzkörper die gesamte Belastung aufnimmt, tragen bei den erfindungsgemäß federnden Wälzkörpern alle, die sich innerhalb der Halbschale befinden, die in Belastungsrichtung liegt, wenn auch mit unterschiedlichen Anteilen.While with rigid rolling elements at times only one rolling element absorbs the entire load, in the case of the rolling elements which are resilient according to the invention, all that are located within the half shell, which lies in the loading direction, carry, albeit with different proportions.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der freie Raum in der Umgebung der Rotationsachse der Wälzkörper nicht nur eine Materialersparnis mit sich bringt, sondern auch als Aufnahme zur Befestigung und Führung der Wälzkörper dienen kann.Another feature of the invention is that the free space in the vicinity of the axis of rotation of the rolling elements not only brings a saving in material, but can also serve as a receptacle for fixing and guiding the rolling elements.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel eines Zylinderrolleniagers, unter Bezugnahme auf Figuren, näher erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained in more detail below using the example of a Zylinderrolleniagers, with reference to figures. Show it

Fig. 1: dieAnsichteines erfindungsgemäßen Wälzkörpersfür ein Zylinderrollenlager und den Verlauf des Biegemomentes überFig. 1: the view of a rolling element according to the invention for a cylindrical roller bearing and the course of the bending moment on

den Umfang.the scope.

Fig. 2: Den Mechanismus der Lastverteilung auf mehrere Wälzkörper proportional der Verformung und Fig. 3: eine Darstellung eines Zapfens im materialfreien Raum in der Umgebung der Rotationsachse des Wälzkörpers.Fig. 2: The mechanism of the load distribution on several rolling elements proportional to the deformation and Fig. 3: a representation of a pin in the material-free space in the vicinity of the axis of rotation of the rolling body.

Ein Wälzkörper 1 hat die Gestalt eines Hohlzylinders mit einem Außendurchmesser D und einer Wandstärke s. Er wird von einer Kraft F radial belastet, die er von einem Inne.nring 2 auf einen Außenring 3 zu übertragen hat. Infolge eines in der Umgebung seiner Rotationsachse 4freien Raumes 5 wird aus dem Wälzkörper 1 eine Formfeder, die hauptsächlich Biegebeanspruchung und Biegeverformungen unterworfen ist, wobei das maximale Moment Mm unter der Kraft auftrittA rolling element 1 has the shape of a hollow cylinder with an outer diameter D and a wall thickness s. It is loaded radially by a force F, which it has to transfer from an inner ring 2 to an outer ring 3. As a result of a space 5 free in the vicinity of its axis of rotation 4, the rolling element 1 becomes a shaped spring which is subjected mainly to bending stress and bending deformations, the maximum moment Mm occurring under the force

und um einen Viertelumfang versetzt das Momentand by a quarter of a circumference offset the moment

Mn2 = Mm2 (1 - "/2) auftrittMn 2 = Mm 2 (1 - "/ 2) occurs

Geht man von einer Laufbreite b des Wälzkörpers aus, ergibt sich eine maximale Biegebeanspruchung Assuming a running width b of the rolling body, results in a maximum bending stress

b_ 2 /D/ „ -1 \b_ 2 / D / "-1 \

π b · s Die Verformung beider Halbschalen des Wälzkörpers, d. h., seine Abplattung ist dann bei einem Elastizitätsmodul E π b · s The deformation of both half-shells of the rolling body, ie, its flattening is then at a modulus of elasticity E.

V2 " E b v 7S ~ ' Λ4 Tf V 2 "E b v 7 S ~ 'Λ4 Tf

Die Federkonstante c des erfindungsgemäßen Wälzkörpers ergibt sich dann zuThe spring constant c of the rolling element according to the invention then results

4 Tt E . b4d E b

c =c =

3 9C2 - 24 (DA - 1)3 s3 9C 2 - 24 ( D A - 1) 3 s

Während bei starr angenommenem Wälzkörper sich die radiale Lagerbelastung Fr voll auf einen einzigen Wälzkörper überträgt, kann bei linearer Federkennlinie die Aufteilung der Kräfte auf die einzelnen Wälzkörper berechnet werden. Nach Fig. 2 giltWhile with rigidly assumed rolling elements, the radial bearing load Fr fully transfers to a single rolling element, the distribution of forces on the individual rolling elements can be calculated with a linear spring characteristic. After Fig. 2 applies

/4 Pr = E1 (1 + 2 Σ / 4 Pr = E 1 (1 + 2 Σ

wobei η die Anzahl der Wälzlager ist.where η is the number of rolling bearings.

Eine Materialeinsparung ergibt sich vordergründig durch den Wegfall des Materials im freien Raum 5 gegenüber der herkömmlichen Bauart.A material saving results ostensibly by eliminating the material in the free space 5 compared to the conventional design.

Ein Teil dieser Einsparung wird möglicherweise aufgezehrt durch die erfindungsgemäß dichtere Packung der Wälzkörper, d.h.Part of this saving may be offset by the more dense packing of the rolling elements according to the invention, i.

ihre größere Anzahl pro Lager.their larger number per warehouse.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet eine wesentlich zweckmäßigere Gestaltung des Käfigs, der herkömmlich die Wälzkörper beidseitig umfaßt und so bei größeren Reibungsradius eine große Distanz der einzelnen Wälzkörper und beträchtlichen Mehraufwand erfordert.The solution according to the invention allows a much more expedient design of the cage, which conventionally comprises the rolling elements on both sides and thus requires a large distance of the individual rolling elements and considerable additional effort with a larger radius of friction.

Fig.3 zeigt, daß die Funktion des Käfigs besser dadurch erfüllt wird, daß er über Zapfen 6 verfügt, die in den freien Raum 5 des Wälzkörpers eingreifen und dort wegen des kleinen Reibungsradius und der elliptischen Ausbildung des freien Raumes ähnliche Bedingungen vorfinden wie der Zapfen eines Gleitlagers mit Zitronenspiel.Figure 3 shows that the function of the cage is better fulfilled by having pins 6 which engage in the free space 5 of the rolling element and there because of the small radius of friction and the elliptical formation of the free space find similar conditions as the pin a sliding bearing with lemon game.

Durch Wegfall der äußeren Umfassung des Wälzkörpers durch den Käfig ist eine bessere Auslastung des Wälzraumes möglich.By eliminating the outer enclosure of the rolling element through the cage better utilization of the Wälzraumes is possible.

Für ein erfindungsgemäßes Lager, was in seinen äußeren Abmessungen etwa dem NU 2211 entspricht, sollen folgende Verhältnisse vorgestellt werden:For a bearing according to the invention, which in its external dimensions corresponds approximately to the NU 2211, the following conditions are to be presented:

Auf einem dm = 78mm lassen sich bequem η = 20 Wälzkörper mit D = 10mm unterbringen, was einem a = 18° entspricht.On a dm = 78mm η = 20 rolling elements with D = 10mm can easily be accommodated, which corresponds to a = 18 °.

Angenommen wurde s = 2 mm, b = 12mm. Entsprechend einer mittleren Lagerluft von 40 μτη beim NU 2211 wird eine Vorspannung für einen Wälzkörper von 20μΐη angesetzt, die einer Vorspannkraft von ca. 1,7 KN entspricht.S = 2 mm, b = 12mm. According to a mean bearing clearance of 40 μτη in the NU 2211, a preload for a rolling element of 20μΐη is set, which corresponds to a preload force of about 1.7 KN.

Geht man von einer dynamischen Lagerbelastung von Fr = 6KN aus, ergibt sich für einen Wälzkörper F1 = 1,05KN, was einer zusätzlichen Verformung von 12,5/xm entspricht. Aus der Gesamtbelastung durch Vorspannkraft und Betriebskraft ergibt sich eine maximale Biegebeanspruchung von 880MPa.Assuming a dynamic bearing load of F r = 6KN, results for a rolling element F 1 = 1.05KN, which corresponds to an additional deformation of 12.5 / xm. The total load due to preload force and operating force results in a maximum bending load of 880 MPa.

Claims (2)

1. Federndes Wälzlager mit spezieller Wälzkörpergestaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wälzkörper durch Ausbildungeines materialfreien Raumes in der Umgebung seiner Rotationsachse zur Formfeder wird und sein spielfreier Einbau unter definierter Vorspannung und Verformung derart erfolgt, daß die kalkulierte Grenze der Lagerbelastung durch das Verschwinden der Vorspannung auf der lastfreien Seite bestimmt wird, daß die vorausbestimmbare Federkonstante so gewählt wird, daß immer eine knappe Hälfte aller eingebauten Wälzkörper die Betriebsbelastung mitträgt, wodurch das Verhältnis der Lagerbelastung zur Wälzkörperbelastung günstig verändert wird und daß der materialfreie Raum in der Umgebung der Rotationsachse der Wälzkörper sowohl durch seine Lage als auch durch die Art seiner elastischen Verformung geeignet ist zur Aufnahme von Zapfen, an denen sowohl ein Käfig als auch andere Anbauten befestigt werden können.1. A spring-loaded roller bearing with a special Wälzkörpergestaltung, characterized in that a rolling element by forming a material-free space in the vicinity of its axis of rotation to the form spring and its play-free installation under defined bias and deformation is such that the calculated limit of the bearing load by the disappearance of the bias on the load-free side is determined that the predictable spring constant is chosen so that always contributes a scarce half of all built-in rolling the operating load, whereby the ratio of the bearing load to Wälzkörperbelastung is favorably changed and that the material-free space in the vicinity of the axis of rotation of the rolling elements both its position as well as by the nature of its elastic deformation is suitable for receiving pins on which both a cage and other attachments can be attached. 2. Federndes Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Forderung an die Herstellungsgenauigkeit als auch an die Oberflächen härte geringer wird im Gegensatz zur Forderung an die Biegewechselfestigkeit, derfür das Material der erfindungsgemäßen Losung eine erhöhte Bedeutung zukommt.2. A spring-loaded roller bearing according to claim 1, characterized in that both the demand for the manufacturing accuracy and the surface hardness is lower in contrast to the demand on the bending fatigue strength, which is for the material of the solution according to the invention an increased importance. Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
Anwendungsgebiet
For this 2 pages drawings
field of use
Die Erfindung betrifft ein federndes Wälzlager mit spezieller Wälzkörpergestaltung, welches im Maschinenbau insbesondere dort angewendet werden kann, wo eine statisch unbestimmte Lagerung vorgesehen ist, oder aber infolge starrer Kupplung zweier Wellen die Lagerung statisch unbestimmt wird. Weitere Anwendungsfälle ergeben sich aus einer gewollten Herabsetzung der biegekritischen Drehzahl oder bei Vorliegen stoßartiger statischer Belastung.The invention relates to a resilient rolling bearing with a special Wälzkörpergestaltung, which can be used in mechanical engineering in particular where a statically indeterminate storage is provided, or due to rigid coupling of two waves, the storage is statically indeterminate. Other applications arise from a deliberate reduction of the critical bending speed or in the presence of jerky static load.
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Expiry date: 20060517