DE102014206982B4 - Method for manufacturing a component and a roller bearing - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (3), umfassend einen bezüglich einer Achse lagerbaren Ringkörper (4) und eine Mehrzahl N im Wesentlichen baugleicher Komponenten (W), welche in Umfangsrichtung am Ringkörper (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (W) dergestalt angeordnet werden, dass der Winkelabstand Δφder k-ten in Umfangsrichtung angeordneten Komponente (W) zur k+1-ten Komponente (W) gegeben ist durchwobei x ein Modulationsfaktor vom Betrag kleiner eins ist,der im Winkelabstand Δφgegeben ist durchwobeidas Maximum der diskreten Sinusfunktion mit N äquidistanten Abszissen bezeichnet, und wobei η ein Parameter größer oder gleich eins ist.Method for producing a component (3), comprising a ring body (4) which can be supported with respect to an axis and a plurality N of essentially identical components (W) which are arranged on the ring body (4) in the circumferential direction, characterized in that the components (W ) be arranged such that the angular distance Δφ of the kth component (W) arranged in the circumferential direction to the k + 1th component (W) is given, whereby x is a modulation factor of the amount less than one, which is given at the angular distance Δφ, whereby the maximum of the discrete Sinus function with N equidistant abscissa, and where η is a parameter greater than or equal to one.
Description
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, umfassend einen bezüglich einer Achse lagerbaren Ringkörper und eine Mehrzahl im Wesentlichen baugleicher Komponenten, welche in Umfangsrichtung am Ringkörper angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers.The invention relates to a method for producing a component, comprising a ring body which can be supported with respect to an axis and a plurality of components of substantially identical construction which are arranged on the ring body in the circumferential direction. The invention further relates to a method for producing a rolling bearing.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
In einem Wälzlager sind üblicherweise die Wälzkörper in gleichmäßigem Abstand zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers angeordnet. Dies führt dazu, dass selbst bei vergleichsweise niedrigen Betriebsdrehzahlen einzelne Punkte der Laufflächen von Innenring und Außenring in schneller Abfolge periodisch überrollt werden, wobei die Überrollfrequenz gegeben ist durch die Anzahl der Wälzkörper multipliziert mit der Käfigdrehfrequenz, welche näherungsweise gleich der halben Drehzahl des Wälzlagers ist. Beim Überrollen von fertigungstechnisch unvermeidbaren Unebenheiten der Laufflächen durch die Wälzkörper wird das Wälzlager im Betrieb zu Geräuschen angeregt. Eine unkontrollierte Geräuschentwicklung in Form von Lärm ist hierbei oft unerwünscht.In a rolling bearing, the rolling elements are usually arranged at a uniform distance between the inner ring and the outer ring of the rolling bearing. This means that even at comparatively low operating speeds, individual points on the treads of the inner ring and outer ring are periodically overrun in rapid succession, the rollover frequency being given by the number of rolling elements multiplied by the cage rotation frequency, which is approximately equal to half the speed of the rolling bearing. When rolling over unevenness of the running surfaces that is unavoidable in terms of production technology, the rolling bearing is excited to make noise during operation. Uncontrolled noise in the form of noise is often undesirable.
Die
Auch die
Die
In Zugmitteltrieben von Kraftfahrzeugen und in der Industrie werden Bandspann- oder Umlenkrollen mit einem Wälzlager und sogenannten Laufscheiben eingesetzt. In der Regel sind die Wälzlager aufgrund der hohen Betriebsdrehzahlen ein- oder zweireihige Kugellager. Die Laufscheiben sind aus Kunststoff, Stahl oder Leichtmetalllegierungen. Im Kontakt mit einem Riemen weisen die Laufscheiben glatte oder strukturierte Oberflächen auf, die mit der Struktur der Riemen oder Bänder korrespondieren. Die vom Riemen teilweise umschlungenen Laufscheiben sitzen auf dem Außenring dieser Lager. Die Innenringe sitzen auf einem Bolzen an einem schwenkbaren Hebel oder an einem Gehäuse. Bandspann- und Umlenkrollen mit einem Wälzlager sind in
Schwingungsdämpfende elastische Lagerungen von umlaufenden Wellen, wie zum Beispiel die Lagerung von gelenkigen Antriebswellen in Kraftfahrzeugen, sind aus einer elastischen Aufhängung bzw. einem elastischen Puffer und einem Wälzlager gebildet. Die elastische Aufhängung bzw. der Puffer umfassen den Außenring und sind am Fahrzeug aufgehängt. Eine derartige Lagerung ist in
Ein weiteres Zufallsprinzip wird im Folgenden mittels der Teilung eines Vollwinkels von 360° erläutert. Die Summe aller Teilungswinkel ergibt einen Vollwinkel von 360°, durch den ein Kreis beschrieben ist. Die Anzahl N der Teilungswinkel entspricht der Anzahl der Rollkörper. Jeder der Teilungswinkel ist zwischen jeweils zwei Teilungslinien eingeschlossenen. Die Teilungslinien gehen strahlenförmig von einem Punkt der Rotationsachse des Wälzlagers ab. Wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere, der Teilungswinkel unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Größe. Die Teilungswinkel sind hinsichtlich ihres jeweiligen Zahlenwertes und der Reihenfolge, mit der sie umfangsseitig angeordnet sind, von Zufallszahlen abhängig. Die Zufallszahlen wurden aus einer vorher bestimmten Menge mit vorbestimmten Grenzen generiert. Die Menge und die Grenzen sind frei wählbar.Another random principle is explained below by dividing a full angle of 360 °. The sum of all pitch angles results in a full angle of 360 ° through which a circle is described. The number N of the pitch angles corresponds to the number of rolling elements. Each of the dividing angles is enclosed between two dividing lines. The dividing lines radiate from a point on the axis of rotation of the rolling bearing. At least two, preferably several, the pitch angle differ with regard to their size. The pitch angles are with regard to their respective numerical value and the The order in which they are arranged circumferentially depends on random numbers. The random numbers were generated from a predetermined amount with predetermined limits. The amount and the limits are freely selectable.
Alternativ berechnen sich die Grenzen gemäß einer Ausgestaltung aus einer Differenz aus einem Grundteilungswinkel und einem minimalen Teilungswinkel. Die Grundteilungswinkel ist ein Quotient aus dem Vollwinkel 360° und der Anzahl der Rollkörper in dem Wälzlager. Der minimale Teilungswinkel ergibt sich dann zwischen den Teilungslinien von zwei Rollkörpern, wenn diese benachbarten Rollkörper umfangsseitig sich unmittelbar berührend aneinander liegen.Alternatively, according to one embodiment, the limits are calculated from a difference between a basic pitch angle and a minimum pitch angle. The basic pitch angle is a quotient of the full angle 360 ° and the number of rolling elements in the rolling bearing. The minimum pitch angle results between the dividing lines of two rolling elements when these adjacent rolling elements are in direct contact with one another on the circumference.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung berechnen sich die Grenzen, für den Fall, in dem die unmittelbar zueinander benachbarten Rollkörper in Taschen des Käfigs aufgenommen sind, in Abhängigkeit von den Abmessungen am Teilkreis des mindestens einen Steges zwischen zwei Rollkörpern und unter Berücksichtigung eines möglichen Taschenspiels. In diesem Fall berechnen sich die Grenzen aus einer Differenz des Grundteilungswinkels und eines sogenannten realen minimalen Teilungswinkels, in dem die Abmessungen des Steges und die Taschenspiele berücksichtigt sind.According to a further embodiment, the limits are calculated for the case in which the directly adjacent rolling elements are accommodated in pockets of the cage, depending on the dimensions on the pitch circle of the at least one web between two rolling elements and taking into account a possible pocket play. In this case, the limits are calculated from a difference in the basic pitch angle and a so-called real minimum pitch angle, in which the dimensions of the web and the pocket play are taken into account.
Die Taschen zur Aufnahme der Rollkörper sind abweichend zum Stand der Technik unregelmäßig am Umfang verteilt angeordnet. Die Größe der Abstände und die Reihenfolge der unterschiedlichen Abstände sind von Zufallszahlen abhängig, von denen so viele ermittelt werden, wie es Rollkörper in dem Wälzlager gibt. Die Taschen weisen innen die gleichen Taschenabmessungen auf. Wenn die Rollkörper Rollen sind, sind die Taschen bevorzugt fensterförmig gestaltet und wenn die Rollkörper Kugeln sind, sind die Taschen vorzugsweise teilkalottenförmig oder in Bullaugenform fensterförmig als kreisrunde Taschen ausgebildet. Dabei können die Taschen alle identische Innenformen aufweisen oder sich hinsichtlich ihrer Innenformen, beispielsweise hinsichtlich ihrer umfangsgerichteten Abmessungen, voneinander unterscheiden. Letzteres macht dann z.B. Sinn, wenn in einer der Taschen mehr als einer der Rollkörper aufgenommen ist. Wenn identische Taschenformen verwendet werden, sind diese mit sich voneinander unterscheidenden Teilungen am Umfang verteilt. Die Teilungen entsprechen den unterschiedlichen Abständen zwischen den Kugelzentren. Dementsprechend sieht eine Ausgestaltung vor, dass sich wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere der Abstände der Zentren voneinander und damit auch der Teilungslinien und die der Rollkörper sich voneinander unterscheiden. Die Größe der Abstände und damit der Teilungswinkel und auch die Verteilung der unterschiedlich zueinander beabstandeten Rollkörper am Umfang sind von den ermittelten Zufallszahlen abhängig.In contrast to the prior art, the pockets for accommodating the rolling elements are irregularly distributed over the circumference. The size of the distances and the order of the different distances depend on random numbers, of which as many are determined as there are rolling elements in the rolling bearing. The pockets have the same pocket dimensions on the inside. If the rolling bodies are rollers, the pockets are preferably window-shaped and if the rolling bodies are balls, the pockets are preferably partially spherical or window-shaped as circular pockets. The pockets can all have identical inner shapes or differ from one another in terms of their inner shapes, for example in terms of their circumferential dimensions. The latter then makes e.g. It makes sense if more than one of the rolling elements is accommodated in one of the pockets. If identical pocket shapes are used, they are distributed around the circumference with divisions that differ from one another. The divisions correspond to the different distances between the ball centers. Accordingly, one embodiment provides that at least two, preferably more, of the distances between the centers from one another and thus also of the dividing lines and that of the rolling bodies differ from one another. The size of the distances and thus the pitch angle and also the distribution of the differently spaced rolling elements on the circumference depend on the random numbers determined.
Jede Tasche weist in beiden Umfangsrichtungen mit einer benachbarten Tasche mindestens einen gemeinsamen und aus einem Material des Käfigs gebildeten Steg auf. Stege sind Halteelemente und/oder Abstandshalter. Sie liegen zwischen zwei Rollkörpern und verhindern deren direkten Kontakt. Alternativ umgreifen die Stege die Rollkörper an Stellen, an denen sich die Rollkörper nicht berühren können. Der jeweilige Steg ist in Umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Rollkörpern ausgebildet. Alternativ ist jede Tasche an jeder Seite jeweils durch einen Steg begrenzt, so dass zwischen zwei Rollkörpern in Umfangsrichtung zwei der Stege zueinander unmittelbar benachbart sind. Das ist vorzugsweise insbesondere bei sogenannten Kugelschnappkäfigen der Fall, an denen zwei als Schnappwangen ausgebildete Stege pro Kugel die Kugel im Käfig halten. Die Stege sind entweder aus dem gleichen Material wie der restliche Anteil des Käfigs oder aus einem anderen Material als die übrigen Anteile des Käfigs gebildet. Bevorzugt verwendete Materialien sind beispielsweise Kunststoffe, Leichtmetalle oder Stähle und deren Legierungen.Each pocket has in both circumferential directions with an adjacent pocket at least one common web and formed from a material of the cage. Bridges are holding elements and / or spacers. They lie between two rolling elements and prevent their direct contact. Alternatively, the webs encompass the rolling elements at locations where the rolling elements cannot touch. The respective web is formed in the circumferential direction between two adjacent rolling elements. Alternatively, each pocket is delimited on each side by a web, so that two of the webs are directly adjacent to one another in the circumferential direction between two rolling bodies. This is preferably the case in particular with so-called ball snap cages, on which two webs designed as snap cheeks per ball hold the ball in the cage. The webs are either made of the same material as the remaining part of the cage or of a different material than the other parts of the cage. Preferred materials are, for example, plastics, light metals or steels and their alloys.
Die Rollkörper sind in der jeweiligen Tasche mit einem Taschenspiel angeordnet, das zum einen durch fertigungsbedingte Toleranzen und das zum anderen die notwendige Bewegungsfreiheit der Rollkörper bei Betrieb des Wälzlagers absichert. Der Rollkörper ist innerhalb dieses Taschenspieles in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Steg und dem zweiten Steg in beide Umfangsrichtungen gegen den ersten Steg und zweiten Steg beweglich. Das gilt auch für Kugelschnappkäfige, in deren Taschen die Kugeln bei der Montage zwar verliersicher eingeschnappt aber im Betrieb nicht eingezwängt sind. Die Stege sind die sogenannten Halterungen und sind folgend auch mit Schnapphalterungen bezeichnet.The rolling elements are arranged in the respective pocket with a pocket play, which on the one hand ensures manufacturing tolerances and on the other hand ensures the necessary freedom of movement of the rolling elements when the roller bearing is in operation. The roller body is movable within this pocket game in the circumferential direction between the first web and the second web in both circumferential directions against the first web and second web. This also applies to ball snap cages, in the pockets of which the balls are snapped securely during assembly, but are not constrained during operation. The webs are the so-called brackets and are also called snap brackets.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass alle Taschenspiele des Käfigs des Wälzlagers gleich groß sind. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Taschenspiele sich voneinander unterscheiden. Wenn das Taschenspiel gleich ist, die Rollkörper jedoch mit sich unterscheidenden Teilungen zueinander angeordnet sind, ergeben sich in Abhängigkeit der Differenzen von der Grundteilung Differenzen zwischen den Taschen. Dem Begriff Teilung sind die Teilungswinkel oder die Abstände im Bogenmaß der Zentren voneinander auf dem Teilkreis bedeutungsgleich. Die Differenzen in den Abständen zwischen den Taschen können durch jeweils „ein Mehr“ an Material der Stege oder durch Freiräume zwischen zwei benachbarten und zwischen zwei Taschen angeordneten Stegen ausgeglichen werden.One embodiment provides that all pocket games of the cage of the rolling bearing are of the same size. Alternatively, it is also conceivable that the pocket games differ from one another. If the pocket play is the same, but the rolling elements are arranged with different pitches, differences between the pockets result depending on the differences from the basic pitch. The term pitch means the pitch angles or the distances in the radians of the centers from each other on the pitch circle. The differences in the spacing between the pockets can be increased by of the material of the webs or by clearances between two adjacent webs and those arranged between two pockets.
In einem rotierenden Wälzlager nach dem bekannten Stand der Technik rollen die Rollkörper an den Laufbahnen gewöhnlich mit gewisser Regelmäßigkeit ab. Als Ergebnis wird diese Regelmäßigkeit der Überrollvorgänge gestört und es werden damit selbsterregende Lagerschwingungen unterdrückt. Frei gehaltene oder nur gering eingespannte Lagerringe können unter Umständen selbsterregt schwingen. Dabei Schwingen Außenring und/oder Innenring bzw. deren Anbaukomponenten relativ zueinander und verursachen Störgeräusche. Denkbar sind auch Eigenschwingungen der Käfige oder anderer Lagerkomponenten. In einem Wälzlager ist somit der Anregungsmechanismus unterbrochen oder geschwächt. Die zuvor beschriebenen Geräusche können durch eine derartige Anordnung vermieden werden.In a rotating roller bearing according to the known state of the art, the rolling bodies on the raceways usually roll with a certain regularity. As a result, this regularity of the rollover processes is disturbed and self-exciting bearing vibrations are suppressed. Bearing rings that are kept free or only slightly clamped can, under certain circumstances, vibrate independently. The outer ring and / or inner ring or their add-on components vibrate relative to one another and cause noise. Natural vibrations of the cages or other bearing components are also conceivable. The excitation mechanism is therefore interrupted or weakened in a rolling bearing. The noises described above can be avoided by such an arrangement.
Die Anzahl der Zufallszahlen entspricht der Anzahl der Teilungen, der Anzahl der Teilungslinien und damit der Anzahl der Wälzkörper. Unter Teilungen sind die Intervalle zu verstehen, in die der Teilkreis durch umfangsseitig aufeinander folgende Teilungslinien bzw. Teilungswinkel aufgeteilt ist. Die Zufallszahlen können negativ oder positiv sein und auch dem Zahlenwert
Nachfolgend sind weitere Parameter und Randbedingungen, teilweise mit Unterstützung der
-
1a zeigt einen Querschnitt eines Wälzlagers1a , -
2a einen Längsschnitt entlang der Rotationsachse6a des Wälzlagers1a und -
3a ein Ausführungsbeispiel eines Käfigs4a des Wälzlagers1a .
-
1a shows a cross section of a rolling bearing1a , -
2a a longitudinal section along the axis of rotation6a of the rolling bearing1a and -
3a an embodiment of a cage4a of the rolling bearing1a .
Das Wälzlager
Jeder der Rollkörper ist in einer Tasche
Ein Beispiel einer Tasche
Es gelten folgende allgemeine Randbedingungen bzw. Ausgestaltungen, deren Beschreibung durch die Darstellungen nach
In dem Ausführungsbeispiel nach
- a. (nicht in
4a dargestellt): Es ist eine Anzahl N an RollkörpernRB1 ,RB2 , ... bisRBN am Umfang einer inneren und/oder äußeren Laufbahn verteilt angeordnet. Die Rollkörper weisen jeweils alle den gleichen DurchmesserDW auf und sind in Taschen des Käfigs an einem Teilkreis angeordnet. Die Rollkörper sind wahlweise Rollen oder vorzugsweise Kugeln. Käfige sind Abstandshalter für die Rollkörper, mit denen im Rahmen von zulässigen Taschenspielen die zueinander benachbarten Rollkörper umfangsseitig auf Abstand zueinander gehalten sind. - b.
4a - Die in einer senkrecht zur Rotationsachse verlaufenden Querschnittsebene des Wälzlagers betrachteten ZentrenC1 ,C2 ,... bisCN der RollkörperRB1 ,RB2 ,... bisRBN liegen auf dem Teilkreis. Die Zentren sind entweder die Kugelzentren der als Kugeln ausgebildeten Rollkörper oder die ZentrenC1 ,C2 ,... bisCN , die durch die Wälzachsen der Rollen bestimmt und in der Querschnittsebene jeweils als Punkt abgebildet sind. Wobei die Wälzachsen die im Wesentlichen zur Rotationsachse des Wälzlagers ausgerichteten Symmetrieachsen der rotationssymmetrisch ausgebildeten Rollen sind. Dementsprechend schneidet der Teilkreis bei Rollen die Wälzachsen. - c.
4a - Der Teilkreis T ist durch einen von der Rotationsachse des Wälzlagers abgehenden Radius R beschrieben und überstreicht als Vollkreis einen Vollwinkel von 360°. - d.
4a - Das jeweilige ZentrumC1 ,C2 ,.. oderCN eines jeden RollkörpersRB1 ,RB2 ,... oderRBN ist umfangsseitig in jede Richtung zu einem weiteren ZentrumC1 ,C2 ,.. oderCN eines weiteren RollkörpersRB1 ,RB2 ,... oderRBN benachbart. Jeder Abstand zwischen den jeweiligen unmittelbar zueinander benachbarten Zentren ist auf dem Teilkreis jeweils durch ein Bogenmaßb1 ,b2 ,..oderbN eines durch den Radius R beschriebenen Bogenmaßes bestimmt, für das gilt:α als Teilungswinkel bezeichnet ist. Der jeweilige Teilungswinkelα1 ,α2 , ..., oder aN ist jeweils zwischen zwei Teilungslinien P1, P2, ... oder PN von jeweils zwei am Umfang unmittelbar benachbarten der Rollkörper eingeschlossen. - e.
4a - Pro RollkörperRB1 ,RB2 ,... undRBN geht eine der Teilungslinien P1, P2, ...oder PN gleichgerichtet mit dem Radius R ab und verläuft durch das ZentrumC1 ,C2 , ... oderCN des jeweiligen Rollkörpers. - f.
4a - Es unterscheiden sich mindestens zwei der Teilungswinkelα1 ,α2 , ... oderαN in den Größen ihrer Zahlenwerte voneinander. Wobei sich mindestens zwei benachbarte Teilungswinkelα1 ,α2 , ...αN in ihrer Größe unterscheiden. Dadurch ergeben sich mindestens zwei Abständeb1 ,b2 , ...,bN unterschiedlicher Größe auf dem Teilkreis zwischen jeweils zwei ZentrenC1 ,C2 , ...,CN . Die Abständeb1 ,b2 , ...,bN verlaufen auf dem Teilkreis T jeweils zwischen den Schnittpunkten von zwei jeweils einen Teilungswinkel begrenzenden Teilungslinien P1, P2, ...PN mit dem TeilkreisT . Jeder der Schnittpunkte liegt in einem der Zentren. Die Abstände sind z.B. Bogenmaße, der sich zwischen den jeweiligen ZentrenC1 ,C2 , ...,CN erstreckenden Teilkreisbögen. - g. Die Summe aller Teilungswinkel
α1 ,α2 , ...αN ergibt den Vollwinkel 360°. - h. Zur Berechnung jedes einzelnen der in Umfangsrichtung des Teilkreises zueinander benachbarten Teilungswinkel
α1 ,α2 , ...αN wird jeweils eine Zufallszahl hinzugezogen, die in den Wert des Winkels mit eingeht, so dass jeder Teilungswinkelα1 ,α2 , ...αN hinsichtlich der Größe seines Zahlenwertes von einer Zufallszahl Z1, Z2, ... ,ZN abhängig ist. Die Zufallszahlen der Anzahl N aus einer Menge Zufallszahlen mit vorher frei wählbaren, alternativ in Abhängigkeit von geometrischen Größen des Wälzlagers, alternativ in Abhängigkeit von geometrischen Größen des Wälzlagers und des Käfigs festgelegten Grenzen. - i. Außerdem sind die Teilungswinkel
α1 ,α2 , ...αN hinsichtlich der Größe dieses Zahlenwertes in einer von Zufallszahlen Z1, Z2, ... ,ZN vorgegebenen Reihenfolge aufeinander folgend am Umfang verteilt. - j. Die Anzahl der Zufallszahlen Z1, Z2, ... ,ZN entspricht der Anzahl N der Rollkörper
RB1 ,RB2 ,...,RBN.
- a. (not in
4a shown): It is a number N of rolling elementsRB1 ,RB2 , ... toRBN distributed around the circumference of an inner and / or outer raceway. The rolling elements all have the same diameterDW on and are arranged in pockets of the cage on a pitch circle. The rolling elements are optionally rollers or preferably balls. Cages are spacers for the rolling elements, with which the mutually adjacent rolling elements are kept at a distance from one another on the circumference within the scope of permissible pocket play. - b.
4a - The centers considered in a cross-sectional plane of the rolling bearing perpendicular to the axis of rotationC1 ,C2 ,... toCN the rolling bodyRB1 ,RB2 ,... toRBN lie on the pitch circle. The centers are either the ball centers of the rolling bodies designed as balls or the centersC1 ,C2 ,... toCN , which are determined by the rolling axes of the rollers and are each represented as a point in the cross-sectional plane. The roller axes are the axes of symmetry of the rotationally symmetrical rollers, which are essentially aligned with the axis of rotation of the roller bearing. Accordingly, the pitch circle intersects the rolling axes on rollers. - c.
4a - The pitch circle T is described by a radius R extending from the axis of rotation of the rolling bearing and sweeps over a full angle of 360 ° as a full circle. - d.
4a - The respective centerC1 ,C2 , .. orCN of each rolling bodyRB1 ,RB2 , ... orRBN is circumferentially in every direction to another centerC1 ,C2 , .. orCN another rolling elementRB1 ,RB2 , ... orRBN adjacent. Each distance between the respective centers directly adjacent to each other is on the pitch circle by an arc measureb1 ,b2 ,..orbN of a radian measure described by the radius R, for which the following applies:α is referred to as the pitch angle. The respective pitch angleα1 ,α2 , ..., or aN is enclosed between two dividing lines P1, P2, ... or PN of two rolling elements that are immediately adjacent on the circumference. - e.
4a - Per rolling elementRB1 ,RB2 ,... andRBN one of the dividing lines P1, P2, ... or PN goes in the same direction with the radius R and runs through the centerC1 ,C2 , ... orCN of the respective rolling element. - f.
4a - At least two of the pitch angles differα1 ,α2 , ... orαN in the sizes of their numerical values from each other. With at least two adjacent pitch anglesα1 ,α2 , ...αN differ in size. This results in at least two distancesb1 ,b2 , ...,bN different sizes on the pitch circle between two centersC1 ,C2 , ...,CN . The distancesb1 ,b2 , ...,bN run on the pitch circle T between the intersection of two dividing lines P1, P2,... PN each delimiting a pitch angle with the pitch circleT . Each of the intersections lies in one of the centers. The distances are, for example, radians between the respective centersC1 ,C2 , ...,CN extending arcs. - G. The sum of all pitch angles
α1 ,α2 , ...αN gives the full angle 360 °. - H. To calculate each of the pitch angles adjacent to each other in the circumferential direction of the pitch circle
α1 ,α2 , ...αN a random number is included, which is included in the value of the angle, so that each pitch angleα1 ,α2 , ...αN is dependent on a random number Z1, Z2, ..., ZN with regard to the size of its numerical value. The random numbers of the number N from a set of random numbers with previously freely selectable limits, alternatively depending on the geometric sizes of the rolling bearing, alternatively depending on the geometric sizes of the rolling bearing and the cage. - i. In addition, the pitch angle
α1 ,α2 , ...αN with respect to the size of this numerical value in a sequence of random numbers Z1, Z2, ..., ZN successively distributed over the circumference. - j. The number of random numbers Z1, Z2, ..., ZN corresponds to the number N of rolling elements
RB1 ,RB2 , ..., RBN.
Von dem Wälzlager des Standes der Technik sind der um eine Rotationsachse
Die zur Bestimmung der Teilungswinkel des Wälzlagers generierten Zufallszahlen Z1, Z2, ... bis ZN sind aus einer vorher bestimmten Zahlenmenge, beispielsweise per Zufallsgenerator generierte Zufallszahlen, die der Anzahl der Rollkörper entspricht. Die Zufallszahlen können Brüche, ganze Zahlen sowie positive und negative Zahlen sein. Eine Ausgestaltung sieht für die Grenzen [- Δα; Δα] der Menge N der Zufallszahlen Z1, Z2,... und ZN vor, dass diese sich aus einer Differenz des Grundteilungswinkels
Der kleinste mögliche Teilungswinkel ist der Winkel, der zwischen den Teilungslinien von zwei umfangsseitig aneinander liegenden Rollköpern
Beispiel 1: Ein Wälzlager weist eine Menge Rollkörper der Anzahl N = 15 auf. Der Durchmesser
Die Tabelle in
Ein Beispiel einer derartigen Anordnung ist in der Tabelle nach
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass für die Grenzen [-Δα; Δα] der Menge N der Zufallszahlen Z1, Z2,...,ZN gilt:
Der Abstand A ergibt sich aus den Abhängigkeiten des Grundteilungswinkels aG vom Radius R und vom Rollkörperdurchmesser
Beispiel 2: Ausgehend von den Vorgaben zur Wälzlagergeometrie zum Beispiel 1 ergibt sich unter Berücksichtigung eines minimalen Abstands A=4mm für ein weiteres Wälzlager aus
Menge von N=15 ermittelter Zufallszahlen Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7, Z8, Z9, Z10, Z11, Z12, Z13, Z14 bis Z15.Example 2: Based on the specifications for the rolling bearing geometry, for example 1, taking into account a minimum distance A = 4mm for another rolling bearing results
Set of N = 15 random numbers Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7, Z8, Z9, Z10, Z11, Z12, Z13, Z14 to Z15.
Der Abstand A ist dementsprechend für die in Beispiel 1 angeführten Grenzen A=0.The distance A is accordingly for the limits A = 0 given in Example 1.
Ausgehend von
Unter der Voraussetzung, dass bei vorgegebenem Rollkörperdurchmesser
Ein mögliches Teilkreisendspiel wird dabei vernachlässigt. Das Teilkreisendspiel ist dabei eine umfangsseitige Lücke zwischen den letzten zwei Rollkörpern einer Kette auf dem Teilkreis aneinander im gegenseitigen Kontakt angereihter Rollkörper zu verstehen, die sich nicht mehr durch einen ganzen Rollkörper ausfüllen lässt, weil diese Lücke zu eng ist.A possible end circle endgame is neglected. The pitch circle end game is to be understood as a circumferential gap between the last two rolling elements of a chain on the partial circle of rolling elements arranged in mutual contact, which can no longer be filled by an entire rolling element because this gap is too narrow.
Mit Sicht auf die vorher genannten Grenzbedingungen ergibt sich
Beispiele für Zahlenwerte für ein Wälzlager nach dem Beispiel 1, also mit A=0, sind in
Daraus gehen als weitere Ausgestaltungen zwei Methoden zur Berechnung der mit unterschiedlicher Teilung angeordneten Taschen und Rollkörper hervor, wobei nach der Methode
Ein Beispiel dazu ist in der Tabelle nach
Deshalb wird jede der Einzelsummen (α1scal + αG), (α2scal + αG) ... sowie (αNscal + αG) jeweils mit einem Wert
Die so ermittelten Werte sind Spalte V der Tabelle nach
Spalte VI der Tabelle nach
Nach der Methode
Die Unterschiede in den Ergebnissen der Methoden
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Es ist wünschenswert, dass bei einem Wälzlager sowohl die Lärmentwicklung reduziert wird als auch das Wälzlager gegebenenfalls im Betrieb ein charakteristisches, unterscheidbares Schallspektrum emittiert, um somit Abweichungen vom Normalbetrieb, etwa Verschleiß, mangelnde Schmierung oder auch minimales Verkanten, anhand Veränderungen des Schallspektrums frühzeitig erkennen zu können, bevor eine Beschädigung des Wälzlagers eintritt. Die Überwachung des Schallspektrums kann hierbei über ein automatisiertes Monitoring charakteristischer Frequenzen besonders effizient gestaltet werden. Eine vollkommen chaotische bzw. zufällige Verteilung der Wälzkörper erlaubt jedoch nur eine phänomenologische Beschreibung der erzeugten Geräusche, die für jedes Wälzlager einzeln durch Versuchsreihen neu zu bestimmen ist. Dies gilt sowohl für die erwünschte Reduktion der Lärmentwicklung, als auch für eine wirksame Kontrolle des ordnungsgemäßen Betriebs des Wälzlagers über eine Überwachung des Schallspektrums.It is desirable that in the case of a rolling bearing, both the noise generation is reduced and the rolling bearing, if necessary, emits a characteristic, distinguishable sound spectrum during operation, so that deviations from normal operation, such as wear, insufficient lubrication or minimal tilting, can be recognized early on using changes in the sound spectrum before damage to the rolling bearing occurs. The monitoring of the sound spectrum can be made particularly efficient by automated monitoring of characteristic frequencies. A completely chaotic or random distribution of the rolling elements, however, only allows a phenomenological description of the noises generated, which must be redetermined individually for each rolling bearing by means of test series. This applies both to the desired reduction in noise development and to an effective control of the correct operation of the rolling bearing by monitoring the sound spectrum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ausgehend vom Stand der Technik ein Verfahren zur Herstellung eines ringförmigen Bauteils mit in Umfangsrichtung angeordneten Komponenten anzugeben, so dass dieses bei einer Rotation um seine Achse eine möglichst niedrige Lärmentwicklung und ein kontrollierbares Schallspektrum aufweist. Weiter soll ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechende Wälzlagers mit der genannten Eigenschaft angegeben werden. The invention is based on the object, based on the prior art, of specifying a method for producing an annular component with components arranged in the circumferential direction, so that when rotating about its axis, the lowest possible noise development and controllable Has sound spectrum. Furthermore, a method for producing a corresponding roller bearing with the stated property is to be specified.
Die erstgenannte Aufgabe für eine Herstellung eines Bauteils, umfassend einen bezüglich einer Achse lagerbaren Ringkörper und eine Mehrzahl im Wesentlichen baugleicher Komponenten, welche in Umfangsrichtung am Ringkörper angeordnet sind, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Winkelabstand Δφk der k-ten in Umfangsrichtung angeordneten Komponente zur k + 1-ten Komponente so gewählt wird, dass
Bei einer Rotation des Bauteils um eine Achse können die in Umfangsrichtung angeordneten Komponenten durch ihre periodische Bewegung andere angrenzende Bauteile oder ein Medium zu Schwingungen anregen. Die Erfindung geht in einem ersten Schritt davon aus, dass bei gleichmäßigen Winkelabständen der Komponenten am Ringkörper die Anregungen durch die einzelnen Komponenten jeweils überlagert und verstärkt werden, wohingegen durch eine Anordnung der Komponenten mit unterschiedlichen Winkelabständen die Perioden der Anregungen durch die einzelnen Komponenten zumindest teilweise voneinander entkoppelt werden. Hierdurch können Überlagerungen der Anregungen zumindest teilweise unterbunden werden.When the component rotates about an axis, the components arranged in the circumferential direction can excite other adjacent components or a medium to vibrate due to their periodic movement. In a first step, the invention is based on the fact that, with uniform angular distances between the components on the ring body, the excitations by the individual components are superimposed and amplified, whereas, by arranging the components with different angular distances, the periods of excitations by the individual components are at least partially apart be decoupled. In this way, overlaps of the suggestions can be at least partially prevented.
In einem zweiten Schritt erkennt die Erfindung überraschend, dass eine sinusförmige Modulation der Gleichverteilung der Komponenten eine Frequenzmodulation der Anregungen bewirkt. Dahinter steht folgende Überlegung: Im Fall gleicher Winkelabstände für die N Komponenten - also einem Winkelabstand von 2π/N zwischen je zwei Komponenten - wird bei einer Rotation des Bauteils mit einer gegebenen Frequenz f ein fester Punkt im radialen Bereich der Komponenten mit der Frequenz N·f von diesen passiert. Diese Frequenz entspricht demnach der Frequenz, mit welcher andere angrenzende Bauteile oder ein Medium von den Komponenten zu Schwingungen angeregt werden. Ordnet man nun die Komponenten in Umfangsrichtung am Ringkörper an wie oben beschrieben, passieren bei einer Rotation des Bauteils mit Frequenz f pro Zeiteinheit die Komponenten einen festen Punkt in Zeitabständen, welche eine sinusförmige Frequenzmodulation der dann als Trägerfrequenz zu betrachtenden ursprünglichen Anregungsfrequenz N·f ergibt, so dass auch die Anregungen durch die Komponenten ein sinusförmig frequenzmoduliertes Spektrum ergeben.In a second step, the invention surprisingly recognizes that a sinusoidal modulation of the uniform distribution of the components effects a frequency modulation of the excitations. This is based on the following consideration: In the case of equal angular distances for the N components - that is, an angular distance of 2π / N between two components - when the component rotates with a given frequency f, a fixed point in the radial area of the components with the frequency N · f of these happens. This frequency therefore corresponds to the frequency with which other adjacent components or a medium are excited to vibrate by the components. If the components are now arranged in the circumferential direction on the ring body as described above, when the component rotates at frequency f per unit of time, the components pass a fixed point at time intervals, which results in a sinusoidal frequency modulation of the original excitation frequency N · f, which is then to be regarded as a carrier frequency, so that the excitations from the components also result in a sinusoidal frequency-modulated spectrum.
In einem dritten Schritt erkennt die Erfindung, dass bei der Frequenzmodulation einer Trägerwelle Anteile der Amplitude in Seitenbänder übertragen werden und dadurch die Amplitude der Trägerwelle verringert wird. Die Amplitudenverhältnisse der einzelnen Seitenbänder und der Trägerwelle hängen hierbei ab vom Frequenzhub, welcher die maximale Frequenzabweichung von der Trägerfrequenz bezeichnet, sowie von einer maximalen zu modulierenden Frequenz, welche für das Bauteil gegeben ist durch seine eigene Rotationsfrequenz f. Der Quotient aus Frequenzhub und maximaler zu modulierender Frequenz, welcher als Modulationsindex η bezeichnet wird, bestimmt in nichtlinearer Form die Verhältnisse der Amplituden von Trägerwelle und Seitenbändern. Durch gezieltes Einstellen eines konkreten Modulationsindexes η kann also ein bestimmtes Amplitudenverhältnis erreicht werden. Da für das Bauteil der Frequenzhub linear von der Rotationsfrequenz f abhängt, ist der Modulationsindex η unabhängig von der Rotationsfrequenz f. Der Modulationsfaktor x in den Winkelabständen kann also hierbei so gewählt werden, dass bei einer Rotation des Bauteils ein bestimmter Modulationsindex η unabhängig von der Rotationsfrequenz f erreicht wird. Somit bleibt bei variabler Rotationsfrequenz das Amplitudenverhältnis von Trägerwelle und Seitenbändern konstant, was zu einer charakteristischen Geräuschentwicklung des Bauteils bei Rotation um eine Achse führt und dadurch über das Schallspektrum eine automatisierbare Kontrolle des ordnungsgemäßen Betriebs erlaubt. Insbesondere lässt sich durch einen Wert von η ≈ 1.435 für den Modulationsindex eine Gleichheit der Amplituden von Trägerwelle und erstem Seitenband bis auf relative Abweichungen im Promillebereich einstellen.In a third step, the invention recognizes that during frequency modulation of a carrier wave, portions of the amplitude are transmitted in sidebands and the amplitude of the carrier wave is thereby reduced. The amplitude ratios of the individual sidebands and the carrier wave depend on the frequency swing, which denotes the maximum frequency deviation from the carrier frequency, and on a maximum frequency to be modulated, which is given for the component by its own rotation frequency f. The quotient of the frequency deviation and the maximum frequency to be modulated, which is referred to as the modulation index η, determines the ratios of the amplitudes of the carrier wave and sidebands in a non-linear form. A specific amplitude ratio can thus be achieved by specifically setting a specific modulation index η. Since the frequency deviation for the component is linearly dependent on the rotation frequency f, the modulation index η is independent of the rotation frequency f. The modulation factor x in the angular spacing can thus be selected so that when the component rotates, a certain modulation index η is achieved regardless of the rotation frequency f. Thus, with a variable rotation frequency, the amplitude ratio of the carrier wave and the sidebands remains constant, which leads to a characteristic noise development of the component when rotating about an axis and thus allows automated control of the correct operation via the sound spectrum. In particular, a value of η ≈ 1,435 for the modulation index allows the amplitudes of the carrier wave and the first sideband to be the same, except for relative deviations in the alcohol range.
Erfindungsgemäß ist im Winkelabstand Δφk der Modulationsfaktor x gegeben durch
Insbesondere kann das Bauteil hierbei ausgebildet sein als eine Strömungsmaschine, beispielsweise als Turbine oder Propeller, wobei die in Umfangsrichtung angeordneten Komponenten als Schaufeln bzw. Blätter und der Ringkörper als Nabe der Strömungsmaschine ausgebildet sind. Bevorzugt kann das Bauteil auch als ein Rad ausgestaltet sein, wobei die in Umfangsrichtung angeordneten Komponenten die Speichen bilden, und der Ringkörper als Radnabe ausgebildet ist. Dies erlaubt eine geräuschreduzierte Rotation des Bauteils durch die vorbeschriebene Frequenzmodulation der Schwingungsanregung der umgebenden Luft durch die Komponenten.In particular, the component can be designed as a turbomachine, for example as a turbine or propeller, the components arranged in the circumferential direction being designed as blades or blades and the annular body as a hub of the turbomachine. The component can preferably also be designed as a wheel, the components arranged in the circumferential direction forming the spokes, and the ring body being designed as a wheel hub. This allows a noise-reduced rotation of the component through the above-described frequency modulation of the vibration excitation of the surrounding air by the components.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Ringkörper als ein Wälzkörperkäfig eines Wälzlagers, umfassend einen Innenring und einen Außenring, ausgebildet, wobei die in Umfangsrichtung am Ringkörper angeordneten Komponenten als Wälzkörper ausgebildet sind, und wobei im Winkelabstand Δφk des k-ten Wälzkörpers zum k + 1-ten Wälzkörper der Modulationsfaktor x gegeben ist durch
Bei Rotation des Wälzlagers mit einer Frequenz f wird somit ein fester Punkt am Innenring des Lagers von den Wälzkörpern mit einer Frequenz f·ordIR , welche ihrerseits mit der Frequenz f·ordC moduliert ist, überrollt, wobei der Modulationsindex gerade durch η gegeben ist. Schwingungsanregungen des Wälzlagers, welche bei Überrollen von fertigungstechnisch unvermeidbaren Unebenheiten in der Lauffläche des Innenrings durch die Wälzkörper entstehen, bilden ihre Amplituden somit gemäß des Modulationsindexes teilweise in den Seitenbändern aus, was die Geräuschentwicklung merklich verringert.When the rolling bearing rotates at a frequency f, a fixed point on the inner ring of the bearing is thus overrun by the rolling elements at a frequency for IR , which in turn is modulated with the frequency for C , the modulation index being given by η . Vibration excitations of the roller bearing, which arise when the rolling elements roll over unavoidable production-related unevenness in the running surface of the inner ring, thus form their amplitudes in accordance with the modulation index in the sidebands, which noticeably reduces the development of noise.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Ringkörper als ein Wälzkörperkäfig eines Wälzlagers, umfassend einen Innenring und einen Außenring, ausgebildet, wobei die in Umfangsrichtung am Ringkörper angeordneten Komponenten als Wälzkörper ausgebildet sind, und wobei im Winkelabstand Δφk des k-ten Wälzkörpers zum k + 1-ten Wälzkörper der Modulationsfaktor x gegeben ist durch
Die Wälzkörper können grundsätzlich so angeordnet werden, dass eine Frequenzmodulation der Schwingungsanregung des Wälzlagers mit dem gewünschten Modulationsindex entweder beim Überrollen im Innenring oder beim Überrollen im Außenring eingestellt wird. Aufgrund der unterschiedlichen Vorzeichen für den von der Geometrie des Wälzlagers abhängenden Parameter cos α·dw /dT in ordIR und ordAR ergeben sich durch die feste Anordnung der Wälzkörper zwei unterschiedliche Modulationsindizes. Ist nun das Wälzlager für eine Rotation mit einer Betriebsfrequenz f ausgelegt, und befindet sich in der Nähe der Überrollfrequenz f·ordIR des Innenrings oder der Überrollfrequenz f·ordAR des Außenrings eine kritische Resonanz des Wälzlagers, können die Winkelabstände bevorzugt so gewählt werden, dass genau jene Überrollfrequenz mit einem gewünschten Modulationsindex moduliert wird, welche sich in der Nähe einer kritischen Resonanz des Wälzlagers befindet, so dass entsprechend die Amplitude zur Anregung dieser kritischen Resonanz wie beschrieben reduziert wird. Die Überrollfrequenz bezüglich des anderen Ringes wird durch die gegebene Anordnung der Wälzkörper ebenfalls moduliert, es stellt sich ein Modulationsindex ein, der zusätzlich von der Geometrie des Wälzlagers abhängt.The rolling elements can in principle be arranged in such a way that frequency modulation of the vibration excitation of the rolling bearing with the desired modulation index is set either when rolling over in the inner ring or when rolling over in the outer ring. Due to the different signs for the depending on the geometry of the rolling bearing parameters cos α · d w / d T in ord IR and ord AR of the rolling bodies resulting from the fixed arrangement of two different modulation indices. If the rolling bearing is now designed for rotation with an operating frequency f and there is a critical resonance of the rolling bearing in the vicinity of the rollover frequency for IR of the inner ring or the rollover frequency for AR of the outer ring, the angular spacings can preferably be selected such that that exactly that rollover frequency is modulated with a desired modulation index, which is in the vicinity of a critical resonance of the rolling bearing, so that the amplitude for exciting this critical resonance is reduced as described. The rollover frequency with respect to the other ring is also modulated by the given arrangement of the rolling elements; a modulation index is set which also depends on the geometry of the rolling bearing.
Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers, umfassend einen Außenring, einen Innenring und einen Wälzkörperkäfig, in welchem Wälzkörper gemäß der vorbeschriebenen Art angeordnet sind. Die für den Wälzkörperkäfig und dessen Weiterbildungen angegebenen Vorteile können hierbei sinngemäß auf das Wälzlager übertragen werden.The further object is achieved according to the invention by a method for producing a roller bearing, comprising an outer ring, an inner ring and a roller body cage, in which roller bodies are arranged in accordance with the type described above. The advantages specified for the rolling element cage and its further developments can be analogously transferred to the rolling bearing.
Bevorzugt sind die Wälzkörper des Wälzlagers hierbei als Kugeln ausgebildet. Insbesondere bei Kugellagern, welche für sehr hohe Frequenzen ausgelegt sein können, erweist sich eine Modulation von Überrollfrequenzen vorteilhaft.The rolling elements of the rolling bearing are preferably designed as balls. In the case of ball bearings, which can be designed for very high frequencies, a modulation of rollover frequencies has proven to be advantageous.
Zweckmäßigerweise ist das Wälzlager als Schrägkugellager ausgebildet. Eine Reduktion der Schwingungsanregung des Wälzlagers durch eine Modulation von Überrollfrequenzen ist dann insbesondere hinsichtlich reduzierter axialer Komponenten der Anregung günstig, was einen ruhigeren Lauf des Lagers ermöglicht.The roller bearing is expediently designed as an angular contact ball bearing. A reduction in the vibration excitation of the rolling bearing by modulating rollover frequencies is then particularly advantageous with regard to reduced axial components of the excitation, which enables the bearing to run more smoothly.
In einer weiter vorteilhaften Ausführung sind die Wälzkörper des Wälzlagers als Rollen ausgebildet. Insbesondere kann beim Überrollen im Wesentlichen punktförmiger, fertigungsbedingter Unebenheiten in einer Lauffläche des Wälzlagers durch den linienförmigen Kontakt der Rollen ein solches Wälzlager zu erhöhter Schwingungsanregung neigen. Durch eine mögliche asymmetrische Verteilung derartiger Unebenheiten kann auch eine axiale Schwingungskomponente angeregt werden. Hier erweist sich eine Reduktion der Schwingungsanregung des Wälzlagers durch eine Modulation von Überrollfrequenzen besonders wirksam.In a further advantageous embodiment, the rolling elements of the rolling bearing are designed as rollers. In particular, when rolling over essentially punctiform, production-related bumps in a running surface of the roller bearing, such a roller bearing can tend to increased vibration excitation due to the linear contact of the rollers. An axial vibration component can also be excited by a possible asymmetrical distribution of such bumps. A reduction in the vibration excitation of the rolling bearing by modulating rollover frequencies has proven particularly effective here.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 schematisch ein Wälzlager mit Wälzlagerkäfig und darin eingebrachten Wälzkörpern, deren Winkelabstand sinusförmig moduliert ist, in der Draufsicht, und -
2 fürdas Wälzlager nach 1 in einem Graphen den Winkelabstand jedes Wälzkörpers zum in Umlaufrichtung nächsten Wälzkörper und den absoluten Winkel jedes Wälzkörpers bezüglich eines frei gewählten Wälzkörpers.
-
1 schematically shows a rolling bearing with a rolling bearing cage and rolling elements inserted therein, the angular distance of which is modulated sinusoidally, in plan view, and -
2nd for the rollingbearing 1 in a graph the angular distance of each rolling element to the next rolling element in the direction of rotation and the absolute angle of each rolling element with respect to a freely selected rolling element.
In
Für das angegebene Ausführungsbeispiel sind im Wälzlager
In
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