DE102014209669A1 - bearing arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1), umfassend mindestens ein Wälzlager (2), wobei das Wälzlager (2) mindestens einen Lagerinnenring (3) und mindestens einen Lageraußenring (4) aufweist, zwischen denen Wälzkörper (5) angeordnet sind, wobei der Lagerinnenring (3) mit einem ersten Maschinenteil (6) verbunden ist, wobei der Lageraußenring (4) mit einem zweiten Maschinenteil (7) verbunden ist und wobei der Lagerinnenring (3) und der Lageraußenring (4) aus Stahl bestehen. Um die Anfälligkeit des Lagerrings gegen Rissbildung zu minimieren und die Entstehung von Zugspannungen zu vermindern, sieht die Erfindung vor, dass zwischen dem Lagerinnenring (3) und dem ersten Maschinenteil (6) und/oder zwischen dem Lageraußenring (4) und dem zweiten Maschinenteil (7) eine Schicht (8) aus einem Material angeordnet ist, das eine geringere Steifigkeit als Stahl aufweist.The invention relates to a bearing assembly (1) comprising at least one rolling bearing (2), wherein the rolling bearing (2) at least one bearing inner ring (3) and at least one bearing outer ring (4), between which rolling elements (5) are arranged, wherein the bearing inner ring (3) is connected to a first machine part (6), wherein the bearing outer ring (4) with a second machine part (7) is connected and wherein the bearing inner ring (3) and the bearing outer ring (4) made of steel. To minimize the susceptibility of the bearing ring against cracking and to reduce the formation of tensile stresses, the invention provides that between the bearing inner ring (3) and the first machine part (6) and / or between the bearing outer ring (4) and the second machine part ( 7) a layer (8) of a material is arranged which has a lower rigidity than steel.
Description
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend mindestens ein Wälzlager, wobei das Wälzlager mindestens einen Lagerinnenring und mindestens einen Lageraußenring aufweist, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, wobei der Lagerinnenring mit einem ersten Maschinenteil verbunden ist, wobei der Lageraußenring mit einem zweiten Maschinenteil verbunden ist und wobei der Lagerinnenring und der Lageraußenring aus Stahl bestehen.The invention relates to a bearing assembly comprising at least one rolling bearing, wherein the rolling bearing has at least one bearing inner ring and at least one bearing outer ring, between which rolling elements are arranged, wherein the bearing inner ring is connected to a first machine part, wherein the bearing outer ring is connected to a second machine part and wherein the bearing inner ring and the bearing outer ring are made of steel.
Gattungsgemäße Lageranordnungen weisen Lagerringe auf, die auf oder in einem Bauteil angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Lagerinnenring mittels eines Presssitzes auf einer Welle angeordnet werden, um ihn dauerhaft während seiner Gebrauchsdauer auf diesem Bauteil zu fixieren.Generic bearing arrangements have bearing rings which are arranged on or in a component. For example, a bearing inner ring can be arranged by means of a press fit on a shaft in order to fix it permanently during its service life on this component.
Bei entsprechender Belastung während des Einsatzes eines Wälzlagers treten mitunter Probleme mit Rissbildung im Laufbahnbereich auf. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, dass sich bei hohen Lasten und in Verbindung mit auftretendem Schlupf auf der Laufbahn Risse bilden, die auf der Laufbahnoberfläche in axiale Richtung verlaufen. Daher kommt es sehr häufig zu Reibkorrosion an der Lagerbohrung und an der gelagerten Welle. Zusätzlich ist eine Umlaufbiegung relevant, die bei der Rotation des Lagerrings wirkt. Die genannten Effekte begrenzen die Gebrauchsdauer des Wälzlagers und führen mitunter zu frühzeitigen Ausfällen der Lagerung. With appropriate load during the use of a rolling bearing, there are sometimes problems with crack formation in the raceway area. In this connection, it is known that cracks are formed on the raceway at high loads and in conjunction with slip occurring on the raceway surface in the axial direction. Therefore, it often comes to fretting corrosion on the bearing bore and the mounted shaft. In addition, a circulation bend is relevant, which acts during the rotation of the bearing ring. The effects mentioned limit the service life of the rolling bearing and sometimes lead to premature failure of storage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Lageranordnung zu schaffen, bei der die Neigung zur Rissbildung jedenfalls stark reduziert ist. Auch soll das Auftreten von Reibkorrosion im Bereich der zylindrischen Sitzfläche des Lagers durch Wellenbiegung unter Last vermindert werden. Demgemäß soll die Anfälligkeit des Lagerrings gegen Rissbildung minimiert und die Entstehung von Zugspannungen vermindert werden.The invention has for its object to provide a generic bearing assembly in which the tendency to cracking is at least greatly reduced. Also, the occurrence of fretting corrosion in the region of the cylindrical seat of the bearing is to be reduced by shaft deflection under load. Accordingly, the susceptibility of the bearing ring to crack formation is minimized and the formation of tensile stresses can be reduced.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lagerinnenring und dem ersten Maschinenteil und/oder zwischen dem Lageraußenring und dem zweiten Maschinenteil eine Schicht aus einem Material angeordnet ist, das eine geringere Steifigkeit als Stahl aufweist.The solution of this problem by the invention is characterized in that between the bearing inner ring and the first machine part and / or between the bearing outer ring and the second machine part a layer of a material is arranged, which has a lower rigidity than steel.
Das Material der Schicht ist bevorzugt Kunststoff, vorzugsweise Polyamid, besonders bevorzugt Polyamid 6.6. Der Kunststoff kann dabei faserverstärkt sein, wobei kurze Fasern, lange Faser oder Endlosfasern zum Einsatz kommen können. Generell kann hierbei jede Art der Faserverstärkung zum Einsatz kommen. So kann es sich hierbei um einen Faserverbundkunststoff (FVK), um einen kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK), um einen glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), um einen aramidfaserverstärkten Kunststoff (AFK), um einen naturfaserverstärketen Kunststoff (NFK) und/oder um einen Faser-Keramik-Verbund (CMC) handeln. Die Fasern können hierbei gegebenenfalls in einem duroplastischen oder thermoplastischen Grundmaterial bzw. einer solchen Matrix eingebettet sein, das als Harz-System ausgebildet sein kann.The material of the layer is preferably plastic, preferably polyamide, particularly preferably polyamide 6.6. The plastic may be fiber reinforced, with short fibers, long fiber or continuous fibers can be used. In general, any type of fiber reinforcement can be used here. This may be a fiber composite plastic (FRP), a carbon fiber reinforced plastic (CFRP), a glass fiber reinforced plastic (GRP), an aramide fiber reinforced plastic (AFK), a natural fiber reinforced plastic (NFK) and / or a fiber reinforced plastic. Ceramic composite (CMC) act. The fibers may optionally be embedded in a thermosetting or thermoplastic base material or such a matrix, which may be formed as a resin system.
Die Schicht ist bevorzugt als hohlzylindrische Struktur ausgebildet, d. h. es handelt sich in diesem Falle insbesondere um eine Hülse. Die radiale Dicke der Schicht beträgt bevorzugt zwischen 0,5 % und 5 % des Durchmessers des Lagerrings an der Stelle, an dem die Schicht mit dem Lagerring in Kontakt steht.The layer is preferably formed as a hollow cylindrical structure, d. H. it is in this case in particular a sleeve. The radial thickness of the layer is preferably between 0.5% and 5% of the diameter of the bearing ring at the location where the layer is in contact with the bearing ring.
Die Schicht kann gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung in einer Ausnehmung im ersten Maschinenteil und/oder im zweiten Maschinenteil angeordnet sein. Die Schicht kann dabei mit einer zylindrischen Oberfläche des ersten Maschinenteils und/oder des zweiten Maschinenteils bündig abschließen. The layer may be arranged according to a specific embodiment of the invention in a recess in the first machine part and / or in the second machine part. The layer can be flush with a cylindrical surface of the first machine part and / or the second machine part.
Die axiale Erstreckung der Schicht und die axiale Erstreckung des Lagerrings, der mit der Schicht in Kontakt steht, können übereinstimmen; es kann aber auch vorgesehen sein, dass die axiale Erstreckung der Schicht die des Lagerrings geringfügig überragt. The axial extent of the layer and the axial extent of the bearing ring, which is in contact with the layer, may coincide; but it can also be provided that the axial extent of the layer projects slightly beyond the bearing ring.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass das entsprechende Maschinenteil weitgehend mit besagter Schicht ummantelt ist, d. h. in diesem Falle geht die axiale Erstreckung der Schicht über die axiale Erstreckung des Lagerrings, der mit der Schicht in Kontakt steht, hinaus. Alternatively, it is also possible that the corresponding machine part is largely covered with said layer, d. H. In this case, the axial extent of the layer over the axial extent of the bearing ring, which is in contact with the layer out.
Die Herstellung der Schicht kann beispielsweise durch ein Wickelverfahren erfolgen, bei dem ein (vorzugsweise hohlzylindrischer) Grundkörper um eine Achse rotiert und dabei mit einem wickelfähigen Material umwickelt wird. Auch ein Wälzlagerring kann auf diese Weise mit einer Schicht ummantelt werden. The layer can be produced, for example, by a winding method in which a (preferably hollow-cylindrical) base body is rotated about an axis and thereby wound with a winding-capable material. Also, a rolling bearing ring can be covered in this way with a layer.
Die Verbindung der besagten Schicht mit dem Maschinenteil oder mit dem Lagerring kann durch Kleben, Mikroformschluss oder Kraftschluss hergestellt werden. Dazu können die Oberflächen beider Elemente (Schicht und Maschinenteil) eine spezielle Profilierung oder Rauigkeit aufweisen. Beispielsweise kann der Lagerring eine Rauigkeit Ra = 5 bis 20 µm aufweisen.The compound of said layer with the machine part or with the bearing ring can be made by gluing, microforming or traction. For this purpose, the surfaces of both elements (layer and machine part) may have a special profiling or roughness. For example, the bearing ring may have a roughness R a = 5 to 20 microns.
Das erste Maschinenteil ist bevorzugt eine Welle.The first machine part is preferably a shaft.
Die vorgeschlagene Lösung erlaubt es, dass für die Fertigung der Sitzfläche des Lagerrings nur ein beschränkter Aufwand getrieben werden muss. Es hat sich insbesondere bewährt, wenn die Geometrie der Sitzfläche nur bis zu einem definierten Maß bearbeitet wird. Daher sieht eine bevorzugte Fortbildung vor, dass der Lagerinnenring für die Schicht eine zylindrische Sitzfläche bildet und/oder dass der Lageraußenring für die Schicht eine zylindrische Sitzfläche bildet, wobei die zylindrische Sitzfläche derart ausgeführt ist, dass der radiale Differenzbetrag zwischen maximalem und minimalem Wert über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche mindestens gleich dem folgenden Wert ist: mit:
- hc:
- radialer Differenzbetrag zwischen maximalem und minimalem Wert des Radius über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche in mm;
- D:
- Durchmesser der zylindrischen Sitzfläche des Lagerrings in mm;
- E:
- Elastizitätsmodul des Materials des Lagerrings in N/mm2 (MPa);
- σc:
- kritische Umfangsspannung im Lagerring vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung, gegebenenfalls nach der Herstellung eines Presssitzes, in N/mm2 (MPa);
- σnom:
- nominale Umfangsspannung im Lagerring nach seiner Montage, gegebenenfalls hervorgerufen durch einen Presssitz, in N/mm2 (MPa).
- h c:
- radial difference between the maximum and minimum values of the radius over the circumference of the cylindrical seat in mm;
- D:
- Diameter of the cylindrical seat of the bearing ring in mm;
- e:
- Modulus of elasticity of the bearing ring material in N / mm 2 (MPa);
- σ c:
- critical hoop stress in the bearing ring before application of an external load, possibly after the production of an interference fit, in N / mm 2 (MPa);
- σ nom :
- nominal hoop stress in the bearing ring after its installation, possibly caused by an interference fit, in N / mm 2 (MPa).
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass als kritische Umfangsspannung (σc) im Lagerring vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung ein Wert zwischen 180 MPa und 220 MPa zugrunde gelegt wird, vorzugsweise von 200 MPa.In this case, it is preferably provided that the critical hoop stress (σ c ) in the bearing ring before the application of an external load is based on a value between 180 MPa and 220 MPa, preferably of 200 MPa.
Die Laufbahn der Lagerringe kann hartgedreht sein; sie kann auch hartgewalzt sein. Die Laufbahn und/oder die zylindrische Sitzfläche der Lagerringe können auch brüniert sein. The raceway of the bearing rings can be hard turned; it can also be hard-rolled. The raceway and / or the cylindrical seat of the bearing rings may also be burnished.
Das Wälzlager ist bevorzugt als Kegelrollenlager oder als Zylinderrollenlager ausgebildet.The rolling bearing is preferably designed as a tapered roller bearing or as a cylindrical roller bearing.
Es hat sich gezeigt, dass die Neigung zur Rissbildung auf der Laufbahn des Lagerrings sowie die Neigung zu Reibkorrosion in erheblichem Maße reduziert werden kann, wenn die vorgeschlagene Ausgestaltung der Lageranordnung eingesetzt wird. It has been found that the tendency to crack on the raceway of the bearing ring and the tendency to fretting corrosion can be significantly reduced when the proposed design of the bearing assembly is used.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawings, embodiments of the invention are shown. Show it:
In
Auf der zylindrischen Oberfläche
Dargestellt ist die Situation, bei der die hülsenförmige Schicht
Die Schicht
In
Indes ist die hülsenförmige Schicht
Beim Ausführungsbeispiel nach
Dies kann beispielsweise so erfolgen, dass das Kunststoffmaterial nach Fertigung der Ausnehmung
Wie in
In
Die axiale Fixierung sowohl des Lagerinnenrings
Für die Schicht
In
Die zylindrische Sitzfläche
Ein sehr vorteilhaftes Ergebnis, unter Berücksichtigung von technischen Erfordernissen und Wirtschaftlichkeit, ergibt sich, wenn der radiale Differenzbetrag hc folgenden Wert überschreitet: A very advantageous result, taking into account technical requirements and economic efficiency, results when the radial difference h c exceeds the following value:
Wie der Verlauf von hc aussieht, ist für verschiedene Werte der nominale Umfangsspannung σnom über dem Durchmesser D und für Stahl als Ringmaterial (E = 210.000 N/mm2) in
Demgemäß wird bei der Umsetzung der erfindungsgemäßen Idee so vorgegangen, dass anhand der vorgesehenen Konstruktion und dem geplanten Einsatz des Wälzlagers zunächst bestimmt wird, mit welcher Umfangsspannung σnom beispielsweise der Lagerinnenring auf seiner Welle sitzen wird. Dies ergibt sich insbesondere aus der vorgesehenen Passung zwischen dem zylindrischen Sitz des Lagerrings und der Welle. Hierfür können entsprechende Rechenprogramme eingesetzt werden, mit denen sich die nominale Umfangsspannung im Lagerring ermitteln lässt, der sich aufgrund des vorgesehenen Presssitzes ergibt. Accordingly, in the implementation of the idea according to the invention, the procedure is such that, based on the intended design and the planned use of the rolling bearing, it is first determined with which hoop stress σ nom, for example, the bearing inner ring will sit on its shaft. This results in particular from the intended fit between the cylindrical seat of the bearing ring and the shaft. For this purpose, appropriate computer programs can be used with which the nominal hoop stress in the bearing ring can be determined, which results from the intended interference fit.
Dann wird die kritische Umfangsspannung σc im Lagerring bestimmt, wie sie nach der Herstellung des Presssitzes und vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung im Lagerring vorliegt. Dieser Wert ist werkstoffabhängig; ein Beispiel für besagte Spannung wurde oben genannt. Then, the critical hoop stress σ c is determined in the bearing ring, as it exists after the production of the press fit and before the application of an external load in the bearing ring. This value is material-dependent; an example of said voltage has been given above.
Anschließend kann anhand der oben aufgeführten mathematischen Beziehung bestimmt werden, wann die mechanische Bearbeitung der zylindrischen Sitzfläche abgebrochen werden kann (ermittelt beispielsweise durch interaktives Messen), d. h. wann der Grenzwert für den radialen Differenzbetrag hc gegeben ist, die auf jeden Fall noch toleriert werden kann. It can then be determined from the mathematical relationship mentioned above, when the mechanical machining of the cylindrical seat can be canceled (determined, for example, by interactive measurement), ie when the limit for the radial difference h c is given, which can be tolerated in any case ,
Der Aufwand für die mechanische Bearbeitung der Lagersitzfläche kann so minimiert werden. The effort for the mechanical processing of the bearing seat surface can be minimized.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Lageranordnung bearing arrangement
- 22
- Wälzlager roller bearing
- 33
- Lagerinnenring Bearing inner ring
- 44
- Lageraußenring Bearing outer ring
- 55
- Wälzkörper rolling elements
- 66
- erstes Maschinenteil (Welle) first machine part (shaft)
- 77
- zweites Maschinenteil (Gehäuse) second machine part (housing)
- 88th
- Schicht (Hülse) Layer (sleeve)
- 99
- Ausnehmung recess
- 1010
- zylindrische Oberfläche cylindrical surface
- 1111
- zylindrische Sitzfläche cylindrical seat
- dd
- radiale Dicke der Schicht radial thickness of the layer
- DD
- Durchmessers des Lagerrings Diameter of the bearing ring
- aa
- axiale Richtung axial direction
- hc h c
- radialer Differenzbetrag zwischen maximalem und minimalem Wert des Radius über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche Radial difference between the maximum and minimum value of the radius over the circumference of the cylindrical seat
- D D
- Durchmesser der zylindrischen Sitzfläche Diameter of the cylindrical seat
- Ee
- Elastizitätsmodul des Materials des Lagerrings Young's modulus of the material of the bearing ring
- σc σ c
- kritische Umfangsspannung im Lagerring vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung und ggf. nach der Herstellung eines Presssitzes critical hoop stress in the bearing ring before the application of an external load and possibly after the production of a press fit
- σnom σ nom
- nominale Umfangsspannung im Lagerring, gegebenenfalls hervorgerufen durch einen Presssitz nominal hoop stress in the bearing ring, possibly caused by a press fit
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