DE102016211144A1 - Double row tapered roller bearing, as well as including the same realized bearing arrangement, in particular for a pinion head - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kegelrollenlager, mit einem Lageraußenring, mit einer durch dessen Innenfläche gebildeten ersten äußeren Kegelflächenlaufbahn, sowie einer ebenfalls durch dessen Innenfläche gebildeten zweiten äußeren Kegelflächenlaufbahn, einem ersten Lagerinnenring, mit einer durch dessen Außenumfangsfläche gebildeten ersten inneren Kegelflächenlaufbahn, einem zweiten Lagerinnenring, mit einer durch dessen Außenumfangsfläche gebildeten zweiten inneren Kegelflächenlaufbahn, ersten Kegelrollen die in einem zwischen der ersten inneren Kegelflächenlaufbahn und der ersten äußeren Kegelflächenlaufbahn gebildeten Zwischenraum aufgenommen sind, und zweiten Kegelrollen die in einem zwischen der zweiten inneren Kegelflächenlaufbahn und der zweiten äußeren Kegelflächenlaufbahn gebildeten Zwischenraum aufgenommen sind, wobei der erste innere Lagerring und der zweite innere Lagerring einander zugewandte innere Stirnflächen aufweisen und diese Stirnflächen in verbautem Zustand sich mit einer Lagervorspannkraft axial aneinander abstützen, und die Laufbahngeometrie des ersten Lagerinnenringes und die Laufbahngeometrie des zweiten Lagerinnenringes derart abgestimmt sind, dass die durch diese gebildeten Kegelflächenlaufbahnen erst bei Erreichen einer der Lagervorspannkraft entsprechenden axialen Spannkraft jeweils eine für das Abwälzen der Kegelrollen vorgesehene Soll-Balligkeit erlangen.The invention relates to a tapered roller bearing, with a bearing outer ring, with a formed by the inner surface first outer conical surface raceway, and also formed by the inner surface second outer conical surface raceway, a first bearing inner ring, with a formed by the outer peripheral surface first inner conical surface raceway, a second bearing inner ring with a second inner conical surface race formed by the outer peripheral surface thereof, first tapered rollers received in a clearance formed between the first inner conical surface raceway and the first outer conical surface raceway, and second tapered rollers received in a gap formed between the second inner conical surface raceway and the second outer conical surface raceway are, wherein the first inner bearing ring and the second inner bearing ring have facing inner end faces and this end face n in the assembled state axially abut each other with a bearing preload, and the raceway geometry of the first bearing inner ring and the raceway geometry of the second bearing inner ring are tuned such that the conical surface races formed by this only when reaching a bearing preload corresponding axial clamping force in each case one for the rolling of the tapered rollers to achieve the intended target crown.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein zweireihiges Kegelrollenlager mit einem Lageraußenring, einem ersten Lagerinnenring, einem zweiten Lagerinnenring, ersten Kegelrollen die in einem zwischen dem ersten Lagerinnenring und dem Lageraußenring definierten ersten Bahnraum aufgenommen sind, sowie zweiten Kegelrollen, die in einem zwischen dem zweiten Lagerinnenring und dem Lageraußenring definierten zweiten Bahnraum aufgenommen sind, wobei das Kegelrollenlager derart gestaltet ist, dass die ersten und zweiten Kegelrollen einander über ihre Stirnseiten mit dem jeweils kleineren Durchmesser zugewandt sind.The invention relates to a double-row tapered roller bearing with a bearing outer ring, a first bearing inner ring, a second bearing inner ring, first tapered rollers which are received in a defined between the first bearing inner ring and the bearing outer ring first track space, and second tapered rollers in a between the second bearing inner ring and the bearing outer ring defined second track space are received, wherein the tapered roller bearing is designed such that the first and second tapered rollers face each other over their end faces with the respective smaller diameter.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf eine unter Einschluss eines derartigen zweireihigen Kegelrollenlagers realisierte Lageranordnung für einen Ritzelkopf, beispielsweise eines Winkelgetriebes zum Antrieb des Stegs oder Umlaufgehäuses eines Achsdifferentialgetriebes eines Kraftfahrzeuges.Furthermore, the invention also relates to a realized under inclusion of such a double-row tapered roller bearing bearing assembly for a pinion head, for example, an angular gear for driving the web or rotary housing of a axle differential of a motor vehicle.
Aus
Aus
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird, bei einem zur Lagerung eines Ritzelkopfes vorgesehenen zweireihigen Kegelrollenlager mit separaten inneren Lagerringen ein besonders vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten sicherzustellen.The invention has for its object to provide solutions by which it is possible to ensure a particularly advantageous mechanical performance in a provided for the storage of a pinion head double-row tapered roller bearing with separate inner bearing rings.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein zweireihiges Kegelrollenlager, mit:
- – einem Lageraußenring, mit einer durch dessen Innenfläche gebildeten ersten äußeren Kegelflächenlaufbahn, sowie einer ebenfalls durch dessen Innenfläche gebildeten zweiten äußeren Kegelflächenlaufbahn,
- – einem ersten Lagerinnenring, mit einer durch dessen Außenumfangsfläche gebildeten ersten inneren Kegelflächenlaufbahn,
- – einem zweiten Lagerinnenring, mit einer durch dessen Außenumfangsfläche gebildeten zweiten inneren Kegelflächenlaufbahn,
- – ersten Kegelrollen die in einem zwischen der ersten inneren Kegelflächenlaufbahn und der ersten äußeren Kegelflächenlaufbahn gebildeten Zwischenraum aufgenommen sind, und
- – zweiten Kegelrollen die in einem zwischen der zweiten inneren Kegelflächenlaufbahn und der zweiten äußeren Kegelflächenlaufbahn gebildeten Zwischenraum aufgenommen sind,
- – wobei der erste innere Lagerring und der zweite innere Lagerring einander zugewandte innere Stirnflächen aufweisen und diese Stirnflächen in verbautem Zustand sich mit einer Lagervorspannkraft axial aneinander abstützen, und
- – die Laufbahngeometrie des ersten Lagerinnenringes und die Laufbahngeometrie des zweiten Lagerinnenringes derart abgestimmt sind, dass die durch diese gebildeten Kegelflächenlaufbahnen erst bei Erreichen einer der Lagervorspannkraft entsprechenden axialen Spannkraft jeweils eine für das Abwälzen der Kegelrollen vorgesehene Soll-Balligkeit erlangen.
- A bearing outer race having a first outer conical surface raceway formed by the inner surface thereof and a second outer conical surface raceway likewise formed by the inner surface thereof,
- A first inner bearing race, with a first inner conical surface raceway formed by its outer peripheral surface,
- A second inner bearing race, with a second inner conical surface race formed by its outer peripheral surface,
- - first tapered rollers which are received in a space formed between the first inner conical surface raceway and the first outer conical surface raceway, and
- Second tapered rollers received in a space formed between the second inner conical surface raceway and the second outer conical surface raceway,
- - Wherein the first inner bearing ring and the second inner bearing ring having mutually facing inner end faces and these end faces are supported in the assembled state axially with a bearing preload force against each other, and
- - The raceway geometry of the first bearing inner ring and the raceway geometry of the second bearing inner ring are tuned such that the conical surface runways formed by this only obtain upon reaching a bearing preload corresponding axial clamping force in each case provided for the rolling of the tapered rollers target crowning.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Wälzlager zu schaffen, bei welchem die Lagerinnenringe unter einer relativ hohen axialen Vorspannkraft auf einer Welle gespannt werden können und in diesem Zustand Laufbahngeometrien bereitstellen, bei welchen sich eine Lagespielreduktion und zugleich ein tribologisch vorteilhafter Ablauf der Kegelrollen auf den inneren Lagerringen ergibt. In vorteilhafter Weise können die Lagerinnenringe dabei auch derart gestaltet sein, dass sich infolge der daran angreifenden Montagekräfte eine Formänderung der die Laufbahnen axial begrenzenden Innenringborde ergibt, so dass diese nunmehr eine Kontaktflächengeometrie bereitstellen die jeweils den Vorspannkärften angepasst ist und Lastüberhöhungen im Bordkontakt verhindert (Vermeidung von Fressen der Obrflächen).This makes it possible in an advantageous manner to provide a rolling bearing, in which the bearing inner rings can be stretched under a relatively high axial biasing force on a shaft and provide in this state career geometries, in which a Lagespielreduktion and at the same time a tribologically advantageous expiration of the tapered rollers gives the inner bearing rings. Advantageously, the bearing inner rings can also be designed such that, as a result of the mounting forces acting thereon, a change in shape of the raceways axially limiting inner ring rims results, so that they now provide a contact surface geometry each Preload heights is adjusted and prevents load peaks in on-board contact (avoiding seizure of the Obrflächen).
Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich ein Lager mit konturierten Lagerringen und Laufbahnen mit zunächst reduzierter Profilierung. Durch die Verspannkräfte verformen sich die Innenringborde in den Idealzustand. Gleichfalls verformt sich die Laufbahn des jeweiligen Lagerinnenringes hin zu einer geforderten, z.B. höheren Balligkeit, welche dann beispielsweise Standardprofilen gleichkommt. In Folge dessen reduziert sich die Reibung des Lagers und durch das optimierte Kontaktprofil verbessern sich die Tragfähigkeit und die Lebensdauer.The inventive concept results in a bearing with contoured bearing rings and raceways with initially reduced profiling. Due to the clamping forces, the inner ring rims deform into the ideal state. Likewise, the raceway of the respective bearing inner ring deforms towards a required, e.g. higher crowning, which then equals for example standard profiles. As a result, the friction of the bearing is reduced and the optimized contact profile improves the load capacity and service life.
Zur Ermittlung vorteilhafter Grundgeometrien der Lagerinnenringe im unbelasteten Zustand ist es möglich, diese einem Fein-Finishing in einem axial gespannten Zustand derart zu unterziehen, bis diese eine gewünschte Laufbahngeometrie bereitstellen. Nach axialem Entlasten können dann die Abmessungen erfasst und als Vorgabemaß für einen allgemeinen Fertigungsprozess verwendet werden in welchem die Feinbearbeitung der Lagerinnenringe ohne axiale Belastung erfolgt. Die Optimierung der Geometrie der Lagerringe kann iterativ in abfolgenden Versuchsschritten erfolgen, bis eine Grundgeometrie ermittelt ist, die in axial belastetem Zustand sowohl hinsichtlich der Balligkeit der Lauffläche, als auch hinsichtlich der Lage und Form der Bordinnenflächen einen optimalen Lauf der Kegelrollen gewährleistet. To determine advantageous basic geometries of the bearing inner rings in the unloaded state, it is possible to subject them to fine finishing in an axially tensioned state until they provide a desired raceway geometry. After axial unloading the dimensions can then be recorded and used as a default measure for a general manufacturing process in which the fine machining of the bearing inner rings takes place without axial load. The optimization of the geometry of the bearing rings can be carried out iteratively in subsequent test steps until a basic geometry is determined, which ensures an optimal running of the tapered rollers in axially loaded condition both in terms of crowning the tread, as well as in terms of location and shape of the inner surfaces.
Die Ermittlung der Grundgeometrie im unbelasteten Zustand kann auch in Verbindung mit strukturmechanischen Berechnungen erfolgen bei welchen die elastische Verformung des jeweiligen Lagerinnenringes einschließlich seiner für die axiale Wälzkörperführung maßgeblichen Bordgeometrien unter der Wirkung der axialen Vorspannkraft und zwar hinsichtlich Größe und Einleitungsart, d.h. Flächenpressungsverteilung berücksichtigt wird. Wie weiter unten noch ausgeführt werden wird, ist es möglich, die Krafteinleitung der Vorspannkraft in die Stirnflächen der Lagerinnenringe durch besondere Gestaltung dieser Stirnflächen, insbesondere leicht ballige Gestaltung derselben abzustimmen. Im Wege der Einflussnahme auf die Flächenpressungsverteilung bei der axialen Belastung der Lagerinnenringe kann dann ebenfalls die Eigenverformung der Lagerinnenringe optimiert werden. Auch eine Schwächung der Lagerinnenringe im Bereich der Innenumfangsfläche derselben ermöglicht es das Verformungsverhalten der beiden Lagerinnenringe so abzustimmen, dass diese gemeinsam bei Erreichen der Soll-Vorspannkraft ideale Laufbahngeometrien, sowie auch ideale Bewegungsspiele, Schmierspaltgeometrien und Balligkeiten im Bereich der die Kegelrollen axial stützenden Bordseiten erlangen.The determination of the basic geometry in the unloaded state can also be done in conjunction with structural mechanics calculations in which the elastic deformation of the respective bearing inner ring, including its relevant for the axial Wälzkörperführung board geometries under the effect of the axial biasing force in terms of size and Einleitungsart, i. Surface pressure distribution is taken into account. As will be explained below, it is possible to match the introduction of force of the biasing force in the end faces of the bearing inner rings by special design of these end faces, in particular slightly convex design of the same. In the way of influencing the surface pressure distribution in the axial load of the bearing inner rings then also the intrinsic deformation of the bearing inner rings can be optimized. A weakening of the bearing inner rings in the region of the inner circumferential surface makes it possible to tune the deformation behavior of the two bearing inner rings so that they together achieve ideal track geometries, as well as ideal movement games, lubrication gap geometries and crowns in the range of the conical rollers axially supporting sides of the vehicle when reaching the target biasing force.
Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager kann so gestaltet sein, dass unter Wirkung der axialen Belastung dann eine Soll-Balligkeit der durch die Lagerinnenringe gebildeten Laufbahnen erreicht wir, die größer ist, als die Balligkeit dieser Laufbahnen in axial unbelastetem Zustand der Lagerinnenringe. Die Lagerringe werden bei dieser Auslegung durch die axialen Spannkräfte im Bereich der im wesentlichen kegelförmigen Laufbahnen nach außen gewölbt.The tapered roller bearing according to the invention can be designed so that under the effect of axial load then a desired crowning of the raceways formed by the bearing inner rings we achieved, which is greater than the crown of these raceways in the axially unloaded state of the bearing inner rings. The bearing rings are curved in this interpretation by the axial clamping forces in the region of the substantially conical raceways to the outside.
Alternativ zu der oben beschriebenen Maßnahme ist es jedoch auch möglich, die Lagerringe derart zu gestalten, dass diese durch die axiale Spannkraft zwar gestaucht werden, sich hierbei jedoch dann eine Soll-Balligkeit einstellt, die kleiner ist als die Balligkeit in axial unbelastetem Zustand. Dies kann erreicht werden, indem die axiale Spannkraft durch entsprechende Profilierung der Stirnseiten des Lagerringes auf einem von der Sitzfläche radial relativ weit beabstandeten Umfangsniveau in den Lagerring eingeleitet wird und sich damit über den Umfangsbereich der Lauffläche eine „Einbauchung“ des Lagerinneringes auf die diesen tragende Welle hin ergibt.As an alternative to the above-described measure, however, it is also possible to design the bearing rings in such a way that they are compressed by the axial clamping force, but in this case a desired crowning is established which is smaller than the crowning in the axially unloaded state. This can be achieved by the axial clamping force is introduced by appropriate profiling of the end faces of the bearing ring on one of the seat radially relatively widely spaced circumferential level in the bearing ring and thus over the peripheral region of the tread an "indentation" of the bearing inner ring on the shaft carrying it results.
Die elastische Verformung des ersten und des zweiten Lagerringes kann in vorteilhafter Weise über die Gestaltung der axial nach außen, d.h. von den Kegelrollen wegweisenden Stirnflächen dieser Lagerringe abgestimmt werden. So können diese Stirnflächen als im Axialschnitt profilierte, z.B. leicht konvex ballig gewölbte Torusseitenflächen ausgebildet werden die aufgrund der hierdurch beeinflussten Flächenpressungsverteilung auch den Angriffsradius und die Orientierung der resultierenden Axialkraft bestimmen.The elastic deformation of the first and second bearing rings can advantageously be improved by the design of the axially outward, i.e. be matched by the tapered rollers pioneering faces of these bearing rings. Thus, these faces may be shaped as axially profiled, e.g. slightly curved convex convex torus side surfaces are formed which also determine the attack radius and the orientation of the resulting axial force due to the thus influenced surface pressure distribution.
Weiterhin kann die elastische Verformung des ersten und des zweiten Lagerringes auch über die Gestaltung der an den äußeren Stirnflächen dieser Lagerringe anliegenden Strukturen abgestimmt werden. Die elastische Verformung des ersten und des zweiten Lagerringes kann in vorteilhafter Weise zudem auch über die Gestaltung der Innenumfangsflächen dieser Lagerringe abgestimmt werden.Furthermore, the elastic deformation of the first and the second bearing ring can also be matched via the design of the voltage applied to the outer end faces of these bearing rings structures. The elastic deformation of the first and the second bearing ring can be tuned in an advantageous manner also on the design of the inner peripheral surfaces of these bearing rings.
Insbesondere im Falle der Profilierung der Stirnseiten der Lagerringe ist es möglich, dort Setzflächen vorzusehen, die im Zusammenspiel mit hinreichend komplementären Gegenflächen bewirken, dass bei Erreichen der Soll-Vorspannkraft eine großflächige Anlage zwischen den Stirnseiten der Lagerinnenringe und den auf diese Druck ausübenden axial benachbarten, die obengenannten Gegenflächen bildenden Strukturen erlangt wird. In particular, in the case of the profiling of the end faces of the bearing rings, it is possible to provide there settling surfaces, which in conjunction with sufficiently complementary mating surfaces, that upon reaching the desired biasing force, a large-scale contact between the end faces of the bearing inner rings and exerting pressure on this axially adjacent, the above mating surface forming structures is obtained.
Das erfindungsgemäße Konzept der Berücksichtigung des Verformungsverhaltens beider Lagerinnenringe bei erreichen der Soll-Vorspannung kann in vorteilhafter Weise auch auf die Berücksichtigung der Verformung der die Kegelrollen axial stützenden Bordinnenflächen angewendet werden. So kann der erste und der zweite Lagerinnenring jeweils Bordinnenflächen bilden, an welchen die Kegelrollen bewegbar geführt sind, wobei jene die Bordinnenflächen bildenden Bereiche der Lagerinnenringe derart gestaltet sind, dass die Bordinnenflächen bei Erreichen der Lagervorspannkraft eine Sollgeometrie und gegenüber den Stirnflächen der anlaufenden Wälzkörper eine Sollposition erlangen.The inventive concept of taking into account the deformation behavior of both bearing inner rings in achieving the desired bias can advantageously also on the consideration of the deformation of the tapered rollers axially supporting Inland surfaces are applied. Thus, the first and the second bearing inner ring each form inner surfaces on which the tapered rollers are movably guided, wherein those the inner surfaces forming the inner surfaces of the bearing inner rings are designed such that the inboard surfaces upon reaching the Lagerervorspannkraft a desired geometry and with respect to the end faces of the incoming rolling elements a target position gain.
Das zweireihige Kegelrollenlager ist vorzugsweise als asymmetrisches Kegelrollenlager ausgebildet, bei welchem die axiale Erstreckung der durch den ersten Lagerinnenring gebildeten ersten inneren Laufbahn größer ist als die axiale Erstreckung der durch den zweiten Lagerinnenring gebildeten zweiten inneren Laufbahn. Auch die auf dem ersten Lagerinnenring ablaufenden Kegelrollen sind hinsichtlich ihres maximalen Durchmessers größer, als die auf dem zweiten Lagerinnenring abrollenden „kleinen“ Kegelrollen. Das Kegelrollenlager ist weiterhin vorzugsweise derart gestaltet, dass der Anstellwinkel der ersten inneren Laufbahn im Axialschnitt größer ist, als der Anstellwinkel der zweiten inneren Laufbahn im Axialschnitt.The double-row tapered roller bearing is preferably formed as an asymmetric tapered roller bearing, in which the axial extent of the first inner race formed by the first bearing inner ring is greater than the axial extent of the second inner raceway formed by the second bearing inner ring. The running on the first bearing inner race tapered rollers are larger in terms of their maximum diameter, as rolling on the second bearing inner ring "small" tapered rollers. The tapered roller bearing is further preferably designed such that the angle of attack of the first inner raceway in axial section is greater than the angle of attack of the second inner raceway in axial section.
Die Erfindung umfasst weiterhin auch eine Ritzelkopflageranordnung mit einem zweireihigen Kegelrollenlager der oben genannten Art, mit:
- – einem Achszapfen der einen Ritzelkopf trägt und einen Wellenabschnitt aufweist, der durch den ersten und zweiten Lagerinnenring hindurchgeführt ist,
- – einer Spannmutter die über einen Gewindeabschnitt mit dem Wellenabschnitt in Eingriff steht und die beiden Lagerinnenringe gegen den Ritzkopf spannt,
- – wobei die axial tragenden Stirnflächen der Lagerinnenringe, sowie die an einem der Lagerinnenringe anliegende Stirnfläche der Spannmutter derart aufeinander abgestimmt ausgebildet sind, dass durch die Aufbringung der Lagervorspannkraft eine definierte Verformung der Lagerinnenringe erzwungen wird und die Laufflächen der Lagerinnenringe hierbei eine definierte Soll-Balligkeit erlangen.
- A journal carrying a pinion head and having a shaft portion passing through the first and second bearing inner rings,
- A clamping nut which engages with the shaft section via a threaded section and biases the two bearing inner rings against the scoring head,
- - Wherein the axially bearing end faces of the bearing inner rings, as well as applied to one of the bearing inner rings end face of the clamping nut are designed coordinated so that a defined deformation of the bearing inner rings is enforced by the application of the bearing preload and the treads of the bearing inner rings hereby achieve a defined nominal crowning ,
Weiterhin erhalten auch erst bei Erreichen der Lagervorspannkraft die den Wälzkörperstirnflächen zugewandten Innenflächen der Lagerringborde eine definierte Sollgeometrie und Sollposition.Furthermore, the inner surfaces of the bearing ring rims facing the rolling body end faces only reach a defined setpoint geometry and setpoint position when the bearing preloading force is reached.
Das Wälzlager selbst bildet eine vollständige Lagerbaugruppe die den Lageraußenring, sowie die beiden separaten Lagerinnenringe umfasst. Der Lageraußenring bildet zwei Laufbahnen, die beiden Lagerinnenringe bilden jeweils nur eine Laufbahn. Die Lagerinnenringe haben gleiche Innendurchmesser und bilden zunächst zwischen ihren einander zugewandten Stirnseiten einen schmalen Setzspalt der derart berechnet ist, dass dieser beim Spannen des Lagers unter Aufbau einer Lagervorspannung überwunden wird, wobei die Lagerinnenringe so gestaltet sind, dass bei Erreichen der geforderten Lagervorspannung noch ein hinreichend leichtgängiger Lauf des Lagers gewährleistet ist. Die Lagerinnenringe sind erfindungsgemäß derart gestaltet, dass deren Verformungsverhalten so berücksichtigt wird, dass diese erst bei Erreichen der geforderten Vorspannung auch im Bereich ihrer Laufbahnen ideale Geometrien erlangen. Soweit die Vorspannung die Balligkeit der Laufbahn erhöht, ist die Balligkeit im Grundzustand entsprechend geringer realisiert. Soweit die Vorspannung die Balligkeit der Laufbahn erniedrigt, ist die Balligkeit im Grundzustand entsprechend höher realisiert. Das Verformungsverhalten der Lagerinnenringe wird durch geometrische Details derselben zudem abgestimmt, so können die Stirnflächen eine Profilierung aufweisen durch welch sich eine besondere Flächenpressungsverteilung, insbesondere auf einem hohen oder einem niedrigen Umfangsniveau ergibt. Durch eine Flächenpressung der Stirnflächen der Lagerinnenringe auf hohem Umfangsniveau ergibt sich eine Einwärtswölbung der die Wälzkörper axial stützenden Borde. Durch eine Flächenpressung der Stirnflächen nahe dem Lagersitz ergibt sich eine ausgeprägtere Zunahme der Balligkeit. Die Lagerinnenringe können mit Schwächungsgeometrien und mit Geometrien zur Bereitstellung bestimmter Verformungsaufnahmeräume versehen sein, insbesondere können im Lagersitz flache Nuten oder Querschnittsreduktionen vorgenommen werden. Weiterhin könne die Lagerinnenringe so ausgebildet werden, dass diese im Bereich der Borde eine besonders hohe Steifigkeit erlangen. Jeweils für sich eigenständige Erfindungskomplexe können damit insbesondere die Abstimmung der Balligkeitszunahme durch Geometrien, insbesondere flache Nuten in der Innenumfangswandung der Lagerinnenringe darstellen. Einen ebenfalls für sich, oder auch in Kombination mit den obigen Maßnahmen realisierbaren Erfindungskomplex stellt die Beeinflussung des Verformungsverhaltens der Lagerinnenringe durch Profilierung der Ringstirnflächen dar. Ein weiterer eigenständiger, sowie auch kombinierbarer Erfindungskomplex der Erfindung besteht in der Abstimmung der Geometrie der Lagerinnenringe im Bereich der Borde, wobei hier erfindungsgemäß erst bei Vorliegen der Soll-Vorspannkraft die Idealgeometrien erreicht werden. The rolling bearing itself forms a complete bearing assembly comprising the bearing outer ring, as well as the two separate bearing inner rings. The bearing outer ring forms two raceways, the two bearing inner rings each form only one raceway. The bearing inner rings have the same inner diameter and initially form between their facing end faces a narrow setting gap is calculated such that it is overcome during clamping of the bearing under construction of a bearing preload, wherein the bearing inner rings are designed so that when reaching the required bearing preload still sufficient smooth running of the bearing is guaranteed. According to the invention, the bearing inner rings are designed in such a way that their deformation behavior is taken into account so that they only acquire ideal geometries in the region of their raceways when the required pretension is reached. As far as the bias increases the crown of the track, the crown in the ground state is realized correspondingly lower. As far as the bias lowers the crown of the track, the crown in the ground state is realized correspondingly higher. The deformation behavior of the bearing inner rings is also tuned by geometric details of the same, so the end faces can have a profiling by which there is a special surface pressure distribution, especially at a high or a low level level. By a surface pressure of the end faces of the bearing inner rings at a high circumferential level results in an inward curvature of the rolling elements axially supporting shelves. By a surface pressure of the faces near the bearing seat results in a more pronounced increase in the crown. The bearing inner rings can be provided with weakening geometries and geometries for providing certain deformation receiving spaces, in particular flat grooves or cross-sectional reductions can be made in the bearing seat. Furthermore, the bearing inner rings can be formed so that they obtain a particularly high rigidity in the region of the shelves. In each case for themselves independent invention complexes can thus represent in particular the vote of the increase in crown by geometries, in particular shallow grooves in the inner peripheral wall of the bearing inner rings. A likewise for itself, or in combination with the above measures realizable invention complex represents the influence of the deformation behavior of the bearing inner rings by profiling the annular end faces. Another independent, as well as combinable invention of the invention is the coordination of the geometry of the bearing inner rings in the region of the shelves , in which case according to the invention, the ideal geometries are reached only when the desired preload force is present.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Die Darstellung nach
Das Kegelrollenlager L1 umfasst einen Lageraußenring RA, mit einer durch dessen Innenfläche gebildeten ersten äußeren Laufbahn RAL1 die in Nachbarschaft zu einer ersten Außenringstirnfläche RAS1 einen größeren Bahnradius aufweist, als im Mittenbereich des Lageraußenringes RA. Der Lageraußenring RA bildet zudem eine zweite äußere, im wesentlichen kegelmantelförmige Laufbahn RAL2 die in Nachbarschaft zu einer zweiten Außenringstirnfläche RAS2 einen Bahnradius aufweist, der größer ist der Kegelmantelradius im axial abgewandten Innenendbereich. d.h. in Nachbarschaft zur ersten äußeren Laufbahn RAL1.The tapered-roller bearing L1 comprises a bearing outer race RA, having a first outer raceway RAL1 formed by its inner surface, which has a larger path radius adjacent to a first outer-ring end face RAS1 than in the middle region of the bearing outer race RA. The bearing outer ring RA also forms a second outer, substantially cone-shaped raceway RAL2 adjacent to a second outer ring end surface RAS2 has a path radius which is greater Kegelmantelradius in the axially opposite inner end region. i.e. in the vicinity of the first outer raceway RAL1.
Das Kegelrollenlager L1 umfasst ferner einen ersten Lagerinnenring RI1, mit einer durch dessen Außenumfangsfläche gebildeten ersten inneren Laufbahn RIL1, einen zweiten Lagerinnenring RI2, mit einer durch dessen Außenumfangsfläche gebildeten zweiten inneren Laufbahn RIL2, erste Kegelrollen W1 die in einem zwischen der ersten inneren Laufbahn RIL1 und der ersten äußeren Laufbahn RAL1 gebildeten Zwischenraum aufgenommen sind, und zweite Kegelrollen W2 die in einem zwischen der zweiten inneren Laufbahn RIL2 und der zweiten äußeren Laufbahn RAL2 gebildeten Zwischenraum aufgenommen sind.The tapered roller bearing L1 further comprises a first bearing inner race RI1, having a first inner raceway RIL1 formed by the outer peripheral surface thereof, a second bearing inner race RI2 having a second inner raceway RIL2 formed by the outer peripheral surface thereof, first tapered rollers W1 disposed between the first inner raceway RIL1 and and the second tapered rollers W2 are received in a space formed between the second inner raceway RIL2 and the second outer raceway RAL2.
Der erste innere Lagerring RI1 und der zweite innere Lagerring RI2 weisen einander zugewandte innere Stirnflächen RI1a, RI2a auf und diese Stirnflächen RI1a, RI2a stützen sich in verbautem Zustand mit einer Lagervorspannkraft axial aneinander ab. Die Laufbahngeometrie des ersten Lagerinnenringes RI1 und die Laufbahngeometrie des zweiten Lagerinnenringes RI2 sind derart abgestimmt, dass die durch diese gebildeten Laufbahnen RIL1, RIL2 bei Erreichen einer der Lagervorspannkraft entsprechenden axialen Spannkraft jeweils eine vorgegebene Soll-Balligkeit erlangen. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Soll-Balligkeit größer ist als die Balligkeit in axial unbelastetem Zustand.The first inner bearing ring RI1 and the second inner bearing ring RI2 have mutually facing inner end faces RI1a, RI2a and these end faces RI1a, RI2a are based in the installed state with a bearing preloading force axially against each other. The raceway geometry of the first bearing inner race RI1 and the raceway geometry of the second bearing inner race RI2 are tuned such that the raceways RIL1, RIL2 formed by these each achieve a predetermined desired crowning upon reaching an axial clamping force corresponding to the bearing preload force. In the embodiment shown here, this target crown is greater than the crown in the axially unloaded state.
Diese elastische Verformung des ersten und des zweiten Lagerinnenringes RI1, RI2 wird hier unter anderem über die Gestaltung der sich gegen den Ritzelkopf
Die elastische Verformung des ersten und des zweiten Lagerringes RI1, RI2 wird zudem auch über die Gestaltung der Innenumfangsflächen dieser Lagerringe RI1, RI2 abgestimmt. Hierzu sind im Bereich der Innenumfangswandungen flache Umfangsnuten N1, N2 ausgebildet.The elastic deformation of the first and second bearing ring RI1, RI2 is also tuned on the design of the inner peripheral surfaces of these bearing rings RI1, RI2. For this purpose, flat circumferential grooves N1, N2 are formed in the region of the inner circumferential walls.
Der erste und der zweite Lagerinnenring RI1, RI2 bilden jeweils Bordinnenflächen RI1c, RI2c an welchen die Kegelrollen W1, W2 bewegbar geführt und axial abgestützt sind, wobei jene die Bordinnenflächen RI1c, RI2c bildenden Bereiche der Lagerinnenringe RI1, RI2 derart gestaltet sind, dass die Bordinnenflächen RI1c, RI2c bei Erreichen der Lagervorspannkraft eine Sollgeometrie und ein Sollaxialspiel gegenüber den Kegelrollen W1, W2 erlangen.The first and the second bearing inner ring RI1, RI2 respectively form inner surfaces RI1c, RI2c on which the tapered rollers W1, W2 are movably guided and axially supported, wherein those areas of the bearing inner rings RI1, RI2 forming the inner surfaces RI1c, RI2c are designed such that the inner surfaces of the inner surfaces RI1c, RI2c on reaching the bearing preload force a target geometry and Sollaxialspiel over the tapered rollers W1, W2 obtain.
Das Kegelrollenlager L1 ist als asymmetrisches Kegelrollenlager ausgebildet, bei welchem die axiale Erstreckung der durch den ersten Lagerinnenring RI1 gebildeten ersten inneren Laufbahn RIL1 größer ist als die axiale Erstreckung der durch den zweiten Lagerinnenring R2 gebildeten zweiten inneren Laufbahn RIL2. Auch der Anstellwinkel Q1 der ersten inneren Laufbahn RIL1 ist im hier gezeigten Axialschnitt größer als der Anstellwinkel Q2 der zweiten inneren Laufbahn RIL2 im Axialschnitt. Der Anstellwinkel Q1 liegt dabei vorzugsweise im Bereich oberhalb von 20° und der Anstellwinkel Q2 liegt vorzugsweise in einem Bereich von weniger als 23°.The tapered roller bearing L1 is formed as an asymmetrical tapered roller bearing in which the axial extent of the first inner raceway RIL1 formed by the first bearing inner race RI1 is greater than the axial extent of the second inner raceway RIL2 formed by the second bearing inner race R2. Also, the angle of attack Q1 of the first inner raceway RIL1 in the axial section shown here is greater than the angle of attack Q2 of the second inner raceway RIL2 in axial section. The angle of attack Q1 is preferably in the range above 20 ° and the angle of attack Q2 is preferably in a range of less than 23 °.
Die Spannmutter
Die Darstellung nach
Der Kegelwinkel Q1 der Lauffläche RIL1 liegt im Bereich von 16 bis 23°, insbesondere bei 19°. Der Kegelwinkel Q12 der Lauffläche RAL1 liegt im Bereich von 19 bis 27°, insbesondere bei 26°. Der Kegelwinkel Q2 der Lauffläche RIL2 liegt im Bereich von 9 bis 18°, insbesondere bei 12°. Der Kegelwinkel Q22 der Lauffläche RAL2 liegt im Bereich von 14 bis 18°, insbesondere bei 16°. Die axiale Länge des zweiten Lagerineringes RI2 ist kürzer als die axiale Länge des ersten Lagerinnenringes RI1. Die Längenverhältnisse des langen Lagerinnerings RI1 zum kurzen Lagerinnenringe RI2 liegen im Bereich 1,65 bis 2,75, insbesondere bei 2,0 d.h. der erste Lagerinnenring RI1 welcher die größeren Kegelrollen W1 trägt ist hier doppelt so lange wie der zweite Lagerinnering RI2. The cone angle Q1 of the tread RIL1 is in the range of 16 to 23 °, in particular 19 °. The cone angle Q12 of the tread RAL1 is in the range of 19 to 27 °, in particular 26 °. The cone angle Q2 of the tread RIL2 is in the range of 9 to 18 °, in particular 12 °. The cone angle Q22 of the tread RAL2 is in the range of 14 to 18 °, in particular 16 °. The axial length of the second bearing ring RI2 is shorter than the axial length of the first bearing inner ring RI1. The aspect ratios of the long bearing inner ring RI1 to the short bearing inner ring RI2 are in the range 1.65 to 2.75, in particular 2.0. the first bearing inner ring RI1 which carries the larger tapered rollers W1 is here twice as long as the second bearing inner ring RI2.
Der erste Lagerinnenring RI1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart gestaltet, dass dieser in axial unbelastetem Zustand eine für eine optimale Wälzkörperführung zu geringe Grundballigkeit B1 aufweist. Nach einem axialen Spannen des ersten Lagerinnenringes RI1 vergrößert sich diese Balligkeit zu einer Sollballigkeit SB1. Gleichzeitig mit der Erhöhung der Balligkeit der inneren Laufbahn RI1L verändert sich auch die Geometrie und Position der Bordinnenfläche RI1c. Wie hier beispielhaft und stark überzogen dargestellt, nimmt die Bordinnenfläche RI1c eine Position und Wölbung RI1c´ an in welcher sich ein optimaler Anlauf der Kegelrollen W1 ergibt. Die Überführung der Bordinnenfläche RI1c in eine Idealkonfiguration RI1c´, kann herbeigeführt werden, indem der Lagerinnenring RI1 derart ausgebildet und axial belastet wird, dass sich die Bordinnenfläche RI1c nach außen wölbt und damit in gespanntem Zustand einen größeren Spaltwinkel mit der Wälzkörperstirnfläche definiert. Es ist jedoch auch möglich, die Anordnung so auszulegen und zu belasten, dass in Folge der elastischen Geometrieänderung ein zunächst groß bemessener Spaltwinkel auf ein Idealwinkelmaß reduziert wird. Für den ersten Lagerinnenring RI1 sind diese Effekte insbesondere über die Profilierung der Stirnfläche RI1b des ersten Lagerinnenringes RI1 abstimmbar. So kann durch die Ausbildung einer leicht konvex balligen Ausbauchung der Stirnfläche RI1b entweder primär der sitznahe oder primär eher der sitzferne Ringbereich der Stirnfläche RI1b in Richtung der Lagerachse X belastet werden. Durch die hier angedeutete Profilierung mit leichter Überhöhung nahe der inneren Sitzfläche des ersten Lagerinneringes „d.h. radial weiter innen“ wird erreicht, dass die Balligkeit der Laufbahn RI1l zunimmt und sich der die Bordinnenfläche RI1c bildende Bord nach außen wölbt und etwas größer Spaltwinkel zu den Wälzkörpern W1 generiert. Verändert man die Profilierung der Stirnfläche RI1b derart, dass die Axialkrafteinleitung auf einem etwas höheren Radialniveau erfolgt, so wird tendenziell die Bordinnenfläche RI1c unter Wirkung der Axiallast zur Wälzkörperstirnfläche hin geneigt und damit der Spaltwinkel reduziert. Auch die Balligkeitszunahme der Laufbahn RI1L ist in diesem Falle geringer. Die Ausführungen zum Verformungsverhalten des ersten Lagerinneringes und ggf. zur Profilierung seiner Stirnfläche RI1b gelten sinngemäß auch für den zweiten Lagerinnenring RI2. Eine Besonderheit der vorliegenden Lageranordnung besteht dabei darin, dass die Verformungsverhalten der beiden Lagerinneringe RI1, RI2 derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich die Idealgeometrien bei einer identischen Axialkraft ergeben die zugleich der im Einbau des Lagers herrschenden Vorspannkraft entspricht. The first bearing inner ring RI1 is designed in this embodiment in such a way that, in the axially unloaded state, it has a base crown B1 that is too small for optimum rolling body guidance. After an axial clamping of the first bearing inner ring RI1, this crowning increases to a Sollballigkeit SB1. Simultaneously with the increase in the crown of the inner race RI1L, the geometry and position of the inner rim RI1c also changes. As shown here by way of example and greatly exaggerated, the inboard surface RI1c assumes a position and curvature RI1c 'in which an optimal start of the tapered rollers W1 results. The transfer of the inboard surface RI1c in an ideal configuration RI1c ', can be brought about by the bearing inner ring RI1 is formed and axially loaded so that the inboard surface RI1c bulges outward and thus defines a larger gap angle with the Wälzkörperstirnfläche in tensioned. However, it is also possible to design and load the arrangement in such a way that as a result of the elastic geometry change, an initially large-sized gap angle is reduced to an ideal angle dimension. For the first bearing inner ring RI1, these effects can be tuned, in particular via the profiling of the end face RI1b of the first bearing inner ring RI1. Thus, by forming a slightly convex spherical bulge of the end face RI1b, either the seat-near or primarily rather the seat-remote annular region of the end face RI1b is primarily loaded in the direction of the bearing axis X. By the here indicated profiling with slight elevation near the inner seating surface of the first bearing inner ". radially further inward ", it is achieved that the crowning of the raceway RI1l increases and the board forming the inboard surface RI1c bulges outwards and generates a somewhat larger gap angle with respect to the rolling elements W1. If one changes the profiling of the end surface RI1b in such a way that the introduction of axial force takes place at a somewhat higher radial level, then the inside surface of the rim RI1c tends to tilt toward the rolling element end surface under the effect of the axial load, thus reducing the gap angle. The increase in crowning of the track RI1L is lower in this case. The comments on the deformation behavior of the first bearing inner ring and possibly for profiling of its end face RI1b apply mutatis mutandis to the second bearing inner ring RI2. A special feature of the present bearing arrangement consists in the fact that the deformation behavior of the two bearing rings RI1, RI2 are coordinated such that the ideal geometries result in an identical axial force at the same time corresponds to the prevailing in the installation of the bearing biasing force.
Das Verformungsverhalten der beiden Lagerinnenringe RI1, RI2 wird neben der Erlangung idealer Balligkeiten im Bereich der Laufbahnen RIL1, RIL2 auch für die Ausrichtung und Positionierung der die Kegelrollen W1, W2 axial führenden Bordinnenflächen mit der Maßgabe berücksichtigt, dass sich erst im gespannten Zustand die für den Wälzkörperlauf idealen Bahnbedingungen ergeben. Neben der Herbeiführung idealer Bahngeometrien an den Lagerinnenringen RI1, RI2 wird weiterhin auch die Position der auf der Lagerachse X liegenden Spitzen der Kegelmäntel durch Abstimmung der Geometrie und der Lage der einander kontaktierenden Stirnflächen RI1a, RI2a der Lagerinnenringe RI1, RI2 eingestellt, so dass sich hier gegenüber der Lage der Spitzen der Kegelmäntel der äußeren Laufflächen RAL1, RAL2 ein definiertes ΔZ1, ΔZ2 ergibt. Die axiale Pressung der Lagerinnenringe RI1, RI2 erfolgt unter Berücksichtigung der Geometrie der an diesen anliegenden Druckflächen. Diese werden vorzugsweise als Planflächen realisiert, so dass die strukturmechanische Beeinflussung des Verformungsverhaltens der Lagerinneringe durch geometrische Details bewerkstelligt werden kann die an diesen Ringen realisiert sind. Es ist jedoch auch möglich, auch die Geometrie der an den Lagerinnenringen RI1, RI2 anstehenden Pressflächen als von Planflächen abweichende Flächen zu gestalten und hiermit ergänzend Einfluss auf die Ringverformung zu nehmen. So kann insbesondere die am zweiten Lagerinnering RI2 anliegende Stirnfläche der Spannmutter
Weiterhin ist es möglich, im Innenumfangsbereich der beiden Lagerinnenringe RI1, RI2 Umfangsgeometrien z.B. in Form von flachen Umfangsnuten N1, N2 vorzusehen, welche die Verformbarkeit der Lagerinnenringe RI1, RI2 definiert beeinflussen und neben einer Querschnittsreduktion auch Bewegungsräume bereitstellen. Furthermore, it is possible in the inner peripheral region of the two bearing inner rings RI1, RI2 circumferential geometries, e.g. in the form of flat circumferential grooves N1, N2 provided, which affect the deformability of the bearing inner rings RI1, RI2 defined and provide in addition to a cross-sectional reduction also movement spaces.
Das hier dargestellte Lager L1 ist so ausgelegt, dass dieses mit einer Axialkraft von 200kN gespannt wird. Der Durchmesser der Welle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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