DE112008001689B4

DE112008001689B4 - Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager

Info

Publication number: DE112008001689B4
Application number: DE112008001689.5T
Authority: DE
Inventors: Katsufumi Abe; Akihiko Katayama
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2028-06-04
Also published as: US20100195945A1; DE112008001689T5; CN101688554B; WO2009004884A1; CN101688554A; US8393800B2

Abstract

Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager (11) umfassend:
einen zylindrischen Außenring (12), welcher durch Verbinden eines ersten Außenringelements (13) mit einem Spitzenwinkel größer als 180° und eines zweiten Außenringelements (14) mit einem Spitzenwinkel kleiner als 180° über den Umfang gebildet ist;
eine Anzahl von Nadelwalzen (15), welche entlang einer Innendurchmesserfläche des Außenringes (12) angeordnet sind; und
einen Käfig (16), umfassend ein Paar Ringabschnitte und eine Vielzahl von Säulenabschnitten (17c, 18c), welche zwischen dem Paar der Ringabschnitte angeordnet sind und Taschen (17d, 18d) für die Aufnahme der Nadelwalzen (15) zwischen den benachbarten Säulenabschnitten (17c, 18c) aufweisen, wobei der Käfig (16) durch zwei Käfigsegmente (17, 18) gebildet ist, welche ein Paar von Ringabschnitten und Säulenabschnitte (17c, 18c) aufweisen,
wobei das erste Außenringelement (13) in einem Kurbelgehäuse aufgenommen ist und das zweite Außenringelement (14) in einer Lagerkappe aufgenommen ist,
wobei d < X < D und eine untenstehende Formel (1) erfüllt sind, wobei Bezugszeichen D eine Innendurchmessergröße des Außenrings (12) darstellt, Bezugszeichen r einen Radius der Nadelwalze (15), Bezugszeichen d eine Außendurchmessergröße des Käfigs (16) und Bezugszeichen X eine Länge eines Liniensegments l₁ darstellt, welches Umfangsenden einer Innendurchmesserfläche des ersten Außenringelementes (13) verbindet, und wenn eine Linie l₂, welche durch die Mitte des Außenringes (12) führt und parallel zu dem Liniensegment l₁ an dem Begrenzungsabschnitt von Säulenabschnitten (17c, 18c) positioniert ist, welche an den Umfangsenden der Käfigsegmente (17, 18) platziert sind, stellt Bezugszeichen θ einen Winkel dar, welcher zwischen der Linie l₂ und einer Linie l₃ gebildet ist, welche die Mitte der Nadelwalze (15), die benachbart dem obigen Säulenabschnitt (17c) am Umfangsende des Käfigsegments (17) liegt, zu der Mitte des Außenringes (12) verbindet.
[Formel 1]

2 {(\frac{D}{2} - r) cos θ + r} < X

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager, um eine Kurbelwelle rotierend zu unterstützen.
STAND DER TECHNIK
Eine konventionelle Kurbelwelle 101 hat, in Bezug auf 14, einen Wellenteil 102, einen Kurbelarm 103 und einen Kurbelzapfen 104, um eine Verbindungstange zwischen den angrenzenden Kurbelarmen 103 anzuordnen.
Ferner ist ein Walzenlager, welches das Wellenteil 102 der obengenannten Kurbelwelle 101 rotierend unterstützt zum Beispiel in der nationalen Patentveröffentlichung Nr. JPH07506889 (zu deren Patentfamilie auch die DE 693 00 969 T2 gehört) offenbart. Das Walzenlager, welches in der obengenannten Patentschrift offenbart ist, umfasst einen Außenring, eine Vielzahl von Walzenelementen, die entlang einer Innendurchmesserfläche des Außenringes angeordnet sind und einen Käfig, um die Vielzahl der Walzenelemente zu halten.
Das obige Walzenlager wird durch Aufnahme einer Walzen- und Halteranordnung, dem Außenring und einem Gehäuse in den Wellenabschnitt 102 in dieser Reihenfolge zusammengebaut. Um es diesen außerdem zu ermöglichen, dass sie radial in den Wellenteil 102, welcher zwischen den Kurbelarmen 103 zwischengelegt ist, aufgenommen werden, ist der Außenring ein geteilter Außenring, umfassend einen ersten bogenförmigen Teil mit einem Spitzenwinkel größer als 180° und einen zweiten bogenförmigen Teil mit einem Spitzenwinkel kleiner als 180°.
Da das erste Teil eine kleinere Schnittstellengröße als ein maximaler Außendurchmesser der Walzen- und Halteranordnung aufweist, muss dieses in eine Richtung elastisch verformt werden, um die Schnittstelle bei Aufnahme zu vergrößern. Ein elastisches Verformungsvolumen des ersten Teils nimmt zu, wenn der Spitzenwinkel des ersten Teils zunimmt. In der Zwischenzeit reduziert sich die elastische Verformbarkeit bei zunehmender Dicke des ersten Teils. Der Außenring kann daher nicht einfach aufgenommen werden, was von einer dimensionalen Beziehung in dem Lager abhängt.
AUFGABENSTELLUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager mit einem geteilten Außenring bereit zu stellen, welches einfach in einer Drehwelle aufgenommen werden kann.
Eine Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager nach der vorliegenden Erfindung umfasst einen zylindrischen Außenring, welcher durch Verbinden eines ersten Außenringelements mit einem Spitzenwinkel größer als 180° und eines zweiten Außenringelements mit einem Spitzenwinkel kleiner als 180° über den Umfang gebildet ist; eine Anzahl von Nadelwalzen, welche entlang einer Innendurchmesserfläche des Außenringes angeordnet sind; und einen Käfig, umfassend ein Paar Ringabschnitte und eine Vielzahl von Säulenabschnitten, welche zwischen dem Paar der Ringabschnitte angeordnet sind und Taschen für die Aufnahme der Nadelwalzen zwischen den benachbarten Säulenabschnitten aufweisen, und wobei der Käfig durch zwei Käfigsegmente gebildet ist, welche ein Paar von Ringabschnitten und Säulenabschnitte aufweisen, wobei das erste Außenringelement in einem Kurbelgehäuse aufgenommen ist und das zweite Außenringelement in einer Lagerkappe aufgenommen ist, wobei d < X < D und eine untenstehende Formel (1) erfüllt sind, wobei Bezugszeichen D eine Innendurchmessergröße des Außenrings darstellt, Bezugszeichen r einen Radius der Nadelwalze, Bezugszeichen d eine Außendurchmessergröße des Käfigs und Bezugszeichen X eine Länge eines Liniensegments l₁ darstellt, welches Umfangsenden einer Innendurchmesserfläche des ersten Außenringelementes verbindet, und wenn eine Linie l₂, welche durch die Mitte des Außenringes führt und parallel zu dem Liniensegment l₁ durch die Mitte des Säulenabschnittes führt, sowie an dem Begrenzungsabschnitt von Säulenabschnitten positioniert ist, welche an den Umfangsenden der Käfigsegmente platziert sind, stellt Bezugszeichen θ einen Winkel dar, welcher zwischen der Linie l₂ und einer Linie l₃ gebildet ist, welche die Mitte der Nadelwalze, die benachbart dem obigen Säulenabschnitt am Umfangsende des Käfigsegments liegt, zu der Mitte des Außenringes verbindet.
[Formel 1] $2 {(\frac{D}{2} - r) cos θ + r} < X$
Wenn die obigen Größenverhältnisse erfüllt sind, kann das erste Außenringelement ohne elastisch verformt zu werden aufgenommen werden. Das Nadelwalzenlager kann schließlich einfach, ohne Rücksicht auf eine Dicke des Außenringes, aufgenommen werden.
Bevorzugt wird der Halter durch Verbinden von zwei halbkreisförmigen Haltersegmenten über den Umfang gebildet. Daher erfüllt das Nadelwalzenlager die Formel (1), wenn jedes von zwei Widerlagerteilen des Halterabschnitts auf der Linie l₂ positioniert wird. Ein Abstand zwischen den angrenzenden Nadelwalzen ist in einer Position, in der das geteilte Teil zwischen den Haltersegmenten involviert ist, am größten. Daher kann in obiger Konfiguration die Schnittstellengröße X des ersten Außenringelements klein sein, d. h. der Spitzenwinkel des ersten Außenringelementes kann groß sein.
Bevorzugt ist 0 < (D-X)/D ≤ 0,003 erfüllt, wobei Bezugszeichen D die Innendurchmessergröße des Außenringes darstellt und Bezugzeichen X die Länge des Linienabschnittes, welcher die Umfangsenden der Innendurchmesserfläche des ersten Außenringelementes verbindet. Wenn das obige Größenverhältnis erfüllt ist, kann ein elastisches Verformungsvolumen des Außenringes zum Zeitpunkt der Aufnahme klein sein (0,3 % oder weniger der Innendurchmessergröße D). Folglich kann der Außenring einfach, sogar wenn er in gewissem Maße dick ist, aufgenommen werden.
Bevorzugt wird der Außenring mittels natürlicher Krackung in ein erstes und zweites Außenringelement geteilt. Im Vergleich zu einem Verfahren, in welchem ein Schneidewerkzeug verwendet wird, um den äußeren Ring zu schneiden, kann die natürliche Krackung Produktionsprozesse und eine Prozesszeit reduzieren. Das Nadelwalzenlager kann folglich in Produktivität verbessert werden.
Weiterhin wird der Außenring bevorzugt blanke Abschreckungsbehandlung unterworfen. Der Außenring hat daher eine Durchschnittshärte von 653 Hv oder mehr. Eine mechanische Eigenschaft, wie z. B. Flächenhärte (653 Hv oder mehr), welche für den Außenring benötigt wird, kann insbesondere durch die blanke Abschreckungsbehandlung erreicht werden. Außerdem bedeutet „Hv“ in dieser Spezifizierung Vickers-Härte.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Käfig aus einem Material aus Metall gebildet, das Aufkohlungs-Abschreckungs- oder karbonitrierender Abschreckungsbehandlung unterworfen wurde. Der Käfig hat dabei eine Durchschnittshärte von 450 Hv oder mehr. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Käfig aus einem spritzgießbaren Kunstharz gebildet. Folglich hat der Halter eine Wärmewiderstandstemperatur von 120°C oder mehr.
Bevorzugt ist der Käfig ein geteilter Käfig mit einer Teilungslinie, welche sich an seinem Umfang in Axialrichtung erstreckt. Wenn der Halter ebenso wie der Außenring aus der geteilten Art ist, wird die Aufnahme in die Drehwelle weiterhin erleichtert.
Eine Kurbelwellen-Stützstruktur umfasst nach der vorliegenden Erfindung eine Kurbelwelle und eines der oben beschriebenen Nadelwalzenlager, um die Kurbelwelle drehbar zu lagern. Wenn das obige Nadelwalzenlager verwendet wird, weist der Kurbelwellen-Lageraufbau eine hervorragende Montageeigenschaft auf.

1 ist eine Ansicht, welche verschiedene Größenverhältnisse in einem Nadelwalzenlager, wie in 2 gezeigt, darstellt.
2 ist eine Ansicht, welche das Nadelwalzenlager gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Ansicht, welche einen Käfig aus einer Richtung eines Pfeils III, wie in 2 gezeigt, darstellt.
4 ist eine Ansicht, welche einen Schritt zeigt, bei dem das Nadelwalzenlager, wie in 2 gezeigt, in eine Kurbelwelle aufgenommen wird und einen Zustand, nachdem Walzen- und Halteranordnungen eingebaut wurden.
5 ist eine Ansicht, welche einen Schritt zeigt, bei welchem das Nadelwalzenlager, wie in 2 gezeigt, in die Kurbelwelle eingebaut wird und einen Zustand, nachdem ein erstes Außenringelement in der Kurbelwelle aufgenommen wurde.
6 ist eine Ansicht, welche einen Schritt zeigt, bei dem das Nadelwalzenlager, wie in 2 gezeigt, in die Kurbelwelle eingebaut wird und einen Zustand, nachdem das Nadelwalzenlager auf ein Kurbelgehäuse gesetzt wurde.
7 ist eine Ansicht, in der eine Kurbelwellen-Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
8 ist eine Ansicht, welche verschiedene Größenverhältnisse in einem Nadelwalzenlager gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Ansicht, welche einen Schritt zeigt, bei welchem das Nadelwalzenlager gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in die Kurbelwelle eingebaut wird und einen Zustand, nachdem Walzen- und Halteranordnungen eingebaut wurden.
10 ist eine Ansicht, welche einen Schritt zeigt, bei dem das Nadelwalzenlager gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in die Kurbelwelle aufgenommen wird und einen Zustand, nachdem ein ersten Außenringelement in die Kurbelwelle eingebaut wurde.
11 ist eine Ansicht, welche einen Schritt zeigt, bei dem das Nadelwalzenlager gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in der Kurbelwelle aufgenommen wird und einen Zustand, nachdem das Nadelwalzenlager auf das Kurbelgehäuse gesetzt ist.
12 ist eine Ansicht, welche eine Kurbelwellen-Stützstruktur gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine Ansicht, welche ein Widerlagerteil eines Halters gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
14 ist eine Ansicht, welche eine konventionelle Kurbelwelle zeigt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird ein Nadelwalzenlager 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. 1 ist eine Ansicht, welche Größenverhältnisse in dem Nadelwalzenlager 11 zeigt, 2 eine Ansicht, welche das Nadelwalzenlager 11 zeigt und 3 eine Ansicht, welche aus einer Richtung ist, wie in 2 durch einen Pfeil III gezeigt.
Das Nadelwalzenlager 11 umfasst, bezugnehmend auf 2 und 3, einen Außenring 12, eine Vielzahl von Nadelwalzen 15, welche entlang einer Innendurchmesserfläche des Außenringes 12 angeordnet sind und einen Käfig 16, um Abstände zwischen den benachbarten Nadelwalzen 15 zu halten. Da der Außenring 12 und die Nadelwalze 15 linear in Kontakt zueinander sind, hat das obige Nadelwalzenlager 11 einen Vorteil darin, hohe Lastkapazität und hohe Steifigkeit aufzuweisen, während eine lagerprojizierte Fläche klein ist, so dass es in verschiedenen Bereichen, einschließlich eines Autos, verwendet werden kann.
Der Außenring 12 ist, bezugnehmend auf 2, mittels Verbinden einer Anzahl von bogenförmigen Außenringelementen in einer Umfangsrichtung gebildet. Außerdem ist ein Außenringelement mit einem Spitzenwinkel größer als 180° in der Anzahl von Außenringelementen inbegriffen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel setzt sich der zylindrische Außenring 12 aus einem ersten Außenringelement 13, welcher einen Spitzenwinkel größer als 180° aufweist und einem zweiten Außenringelement 14, welcher einen Spitzenwinkel kleiner als 180° aufweist, zusammen.
Der Halter 16 ist mittels Verbinden zweier halbkreisförmiger Haltersegemente 17 und 18 in der Umfangsrichtung gebildet. Das Haltersegment 17 umfasst, bezugnehmend auf 3, ein Paar Ringabschnitte 17a und 17b und eine Anzahl von Säulenabschnitten 17c, welche zwischen dem Paar der Ringabschnitte 17a und 17b angeordnet sind. Zusätzlich ist eine Tasche 17d für die Aufnahme der Nadelwalze 15 zwischen den angrenzenden Säulenabschnitten 17c ausgebildet. Da das Haltersegment 18 ähnlich konfiguriert ist, wird es hier in der Beschreibung nicht erwähnt.
Da die Säulenabschnitte 17c und 18c an einem Widerlagerteil der zwei Käfigsegmente 17 und 18 benachbart zueinander angeordnet sind, ist der Abstand der Nadelwalzen 15, welche an beiden Seiten des Widerlagerteils angeordnet sind, größer als der andere Teil. Im nachfolgenden werden die Säulenabschnitte, welche an Umfangsenden der Käfigsegmente 17 und 18 angeordnet sind, als Säulenabschnitte 17e und 18e bezeichnet, um von den anderen Säulenabschnitten unterscheidbar zu sein.
Während ein Herstellungsverfahren des obigen Außenringes 12 nicht besonders begrenzt ist, kann zum Beispiel das folgende Verfahren verwendet werden. Ein Rohrmaterial, das als ein Startmaterial dient, wird zunächst in einem Drehprozess behandelt, um ein zylindrisches Element mit einer vorbestimmten Außendurchmessergröße, Innendurchmessergröße und Breitengröße zu bilden. Wärmebehandlung wird dann durchgeführt, um eine vorbestimmte mechanische Eigenschaft zu erhalten. Insbesondere wird eine Durchschnittshärte von 653 Hv oder mehr durch eine blanke Abschreckungsbehandlung bereitgestellt. Außerdem wird bevorzugt Anlassbehandlung durchgeführt, um residuelle Spannung und interne Verzerrung, welche durch die blanke Abschreckungsbehandlung erzeugt wurde, zu reduzieren und die Zähigkeit zu verbessern und die Größe zu stabilisieren.
Dann wird die Fläche des zylindrischen Elements, insbesondere die Innendurchmesserfläche davon, welche als Lauffläche dient, durch ein Schleifverfahren behandelt. Wenn die Oberflächenrauheit der Lauffläche auf einen vorherbestimmten Wert gesetzt ist, können Reibungswiderstand zwischen der Lauffläche und der Nadelwalze 15 reduziert werden und Drehverlust und Wärmebildung zum Zeitpunkt der Rotation verhindert werden. Ein langlebiges und hochverlässliches Nadelwalzenlager 11 kann folglich bereitgestellt werden.
Das zylindrische Element wird dann einem Schlag ausgesetzt und dem Umfang nach in ein erstes und zweites Außenringelement 13 und 14 geteilt. Da die Endfläche des geteilten Teiles nicht mit einem Schleifverfahren behandelt ist, hat die geteilte Fläche zu diesem Zeitpunkt Unebenheiten, welche beim Teilen entstanden sind. Der zylindrische Außenring 12 wird durch Anlage der entsprechenden Endflächen gebildet, wenn das Lager verwendet wird.
Außerdem konzentriert sich, durch vorheriges Formen einer Kerbe, wie zum Beispiel einer V-förmigen Nut in dem zu teilenden Teil (Außendurchmesserfläche oder Endfläche), Spannung an der Wurzel der V-förmigen Nut und das zylindrische Element kann von diesem Teil als ein Ursprungspunkt geteilt werden. Somit können die ersten und zweiten Außenringelemente 13 und 14, welche die gewünschten Spitzenwinkel aufweisen, einfach bereitgestellt werden.
Ein solches Herstellungsverfahren wird als eine „natürliche Krackung“ bezeichnet. Im Vergleich zu einem Verfahren, dass ein Schneidewerkzeug zum Schneiden des Außenringes 12 verwendet, kann die natürliche Krackung Produktionsabläufe und Verarbeitungszeit reduzieren. Folglich kann das Nadelwalzenlager 11 in Produktivität verbessert werden.
Da ein Herstellungsverfahren des obigen Käfigs 16 nicht besonders beschränkt ist, wird zum Beispiel das folgende Verfahren verwendet. Zunächst wird ein Rohrmaterial, welches aus einem Material aus Metall wie SCM, SCr, SNCM gebildet ist, zu einem zylindrischen Element, welches eine vorgegebene Form aufweist, verarbeitet. Die Vielzahl der Taschen 17d und 18d wird dann derart gebildet, wie um das zylindrische Element in einer Dicke-Richtung von der Außendurchmesserfläche davon einzudringen.
Dann wird das zylindrische Element einer Wärmebehandlung unterworfen, um eine vorherbestimmte mechanische Eigenschaft zu erhalten. Insbesondere wird eine Durchschnittshärte von 450 Hv oder mehr durch Aufkohlungs-Abschreckungsbehandlung oder karbonitrierende Abschreckungsbehandlung bereitgestellt. Ferner ist es bevorzugt, eine Wärmebehandlung nach der obigen Abschreckungsbehandlung durchzuführen. Das zylindrische Element wird schließlich an zwei Stellen an dem Umfang (180° auseinander) aufgeschnitten und die halbkreisförmigen Haltersegmente 17 und 18 werden bereitgestellt.
Zudem ist das „halbkreisförmige Haltersegment“ in dieser Ausführungsform nicht auf das Eine beschränkt, welches einen Spitzenwinkel von exakt 180° aufweist. Dass heißt, das „halbkreisförmige Haltersegment“ umfasst das Eine, welches einen Spitzenwinkel aufweist, der ein wenig kleiner als 180° ist aber im Wesentlichen als 180° betrachtet werden kann.
Insbesondere wird ein Spalt, welcher einer Dicke eines Schneidewerkzeuges entspricht, an einem Widerlagerteil der Haltersegmente 17 und 18 bereitgestellt, um das zylindrische Element zu schneiden. Wenn das Haltersegment unter der hohen Temperaturbedingung verwendet wird, ist es notwendig, einen winzigen Spalt an einem Widerlagerteil der Käfigsegmente 17 und 18 bereitzustellen. Jedoch umfasst das „halbkreisförmige Haltersegment“ aus den oben genannten Gründen das Eine, welches einen Spitzenwinkel aufweist, der ein wenig kleiner ist als 180° aber im Wesentlichen als 180° betrachtet werden kann.
Im Folgenden werden die zahlreichen Größenverhältnisse in dem Nadelwalzenlager 11, in Bezug auf die 1, beschrieben. Ferner zeigen in 1 durchgezogene Linien das erste Außenringelement 13, die Säulenabschnitte 17c und 18c, welche an den Umfangsenden der Haltersegmente 17 und 18 (welche das Widerlagerteil der Käfigsegmente 17 und 18 bilden) positioniert sind und die Nadelwalzen 15, welche in den Taschen 17d und 18d angrenzend zu diesen Säulenabschnitten 17c und 18c aufgenommen sind und gestrichelte Linien zeigen andere Teile als die obigen Teile.
Zunächst wird angenommen, dass das Bezugszeichen D eine Innendurchmessergröße des Außenringes 12 darstellt, Bezugszeichen r einen Radius der Nadelwalze 15, Bezugszeichen d eine Außendurchmessergröße des Käfigs 16 und Bezugszeichen X eine Länge eines Linienabschnitts 1□, welcher Umfangsenden einer Innendurchmesserfläche des ersten Außenringelementes 13 (als die „Schnittlagenabmessung“ bezeichnet) verbindet. Des Weiteren koinzidiert die Innendurchmessergröße D des Außenringes 12 mit einem Umkreisdurchmesser der Vielzahl von Nadelwalzen 15, welche in dem Käfig 16 aufgenommen sind.
Des Weiteren führt eine Linie l₂, welche durch die Mitte des Außenringes 12 und parallel zu dem Linienabschnitt 1□ verläuft, durch das Widerlagerteil der Käfigsegmente 17 und 18, welches das Begrenzungsteil der Säulenabschnitte 17e und 18e ist. Zu diesem Zeitpunkt stellt das Bezugszeichen l₃ eine Linie dar, welche die Mitte der Nadelwalze 15, die angrenzend zu den mit durchgezogener Linie dargestellten Säulenabschnitten 17e oder 18e liegt, zu der Mitte des Außenringes 12 verbindet. Bezugszeichen θ bezeichnet einen Winkel, welcher zwischen der Linie l₂ und der Linie l₃ gebildet ist.
Hier müssen d < X < D und die obige Formel (1) erfüllt sein, um das erste Außenringelement 13 aufzunehmen, ohne elastische Verformung zu generieren. Im nachfolgenden wird ein Verfahren zur Aufnahme des Nadelwalzenlagers 11 in eine Kurbelwelle 1 mit Bezug auf die 4 bis 7 beschrieben.
Die linke Seite der Formel (1) steht für eine Breitenabmessung einer Walzen- und Käfiganordnung in der Richtung der Linie l₂ an der Stelle der Nadelwalze 15 (die Nadelwalze 15 in 1 mit durchgezogener Linie gezeigt) benachbart dem Widerlagerteil der Käfigabschnitte 17 und 18 (am nächsten zu der Linie l₂).
Die Nadelwalzen 15 sind, bezugnehmend auf 4, entsprechend in die Taschen 17d und 18d der Käfigsegmente 17 und 18 aufgenommen, um Walzen- und Halteranordnungen zu bilden. Die Käfigsegmente 17 und 18 (die Walzen- und Halteranordnungen) sind in die Kurbelwelle 1 von einer radialen Richtung aufgenommen.
Die Säulenabschnitte 17c und 18c des Halters 16 sind an der Linie l₂ (entsprechend zu der Linie l₂ in 1) angeordnet, welche senkrecht zu einer Einsetzrichtung (mit einem Pfeil A in 4 gezeigt) des ersten Außenringelementes 13 ist. Entsprechend dieser Ausführungsform, führt die Linie l₂ durch die zwei Widerlagerteile der Käfigsegmente 17 und 18, das heißt die Begrenzungsteile der Säulenabschnitte 17e und 18e, wobei jeder Abstand zwischen den benachbarten Nadelwalzen 15 am größten ist. Dann wird das erste Außenringelement 13 von der radialen Richtung aufgenommen.
Um ein erstes Außenringelement 13 aufzunehmen, ohne elastische Verformung zu generieren, muss die Schnittstellengröße X größer als die maximale Breitengröße der Walzen- und Halteranordnung in der Richtung (Richtung der Linie l₂) sein, welche senkrecht zu der Einsetzrichtung des ersten Außenringelementes 13 ist.
Wenn die Breitengröße der Walzen- und Halteranordnung an der Linie l₂ am größten ist, d.h. wenn die maximale Breitengröße mit der Außendurchmessergröße des Halters 16 koinzidiert, muss d < X erfüllt sein. Wenn in der Zwischenzeit das Breitenmaß des Walzen- und Haltergebildes am größten an der Stelle der Nadelwalze 15 ist, welche nahe dem Widerlagerteil der Käfigsegmente 17 und 18 angeordnet ist, muss die obige Formel (1) erfüllt sein.
Die Walzen- und Halteranordnungen werden, bezugnehmend auf 5, rotiert, so dass die Nadelwalzen 15 an beiden Seiten der Linie l₂ positioniert sind. Da hier die Schnittstellengröße X am größten (X = D) ist, wenn der Spitzenwinkel 180° ist, ist X < D immer in diesem Ausführungsbeispiel erfüllt. Folglich, da die Schnittstellengröße X kleiner als der umgrenzende Kreisdurchmesser der Nadelwalze 15 ist, kann das erste Außenringelement 13 am Herausfallen in der obigen Positionsbeziehung gehindert werden.
Das Nadelwalzenlager 11 ist, bezugnehmend auf 6, auf ein Kurbelgehäuse 2 gesetzt. Das zweite Außenringelement 14 ist, bezugnehmend auf 7, so angeordnet, dass es über den Umfang mit dem ersten Außenringelement 13 verbunden ist, wobei der zylindrische Außenring 12 gebildet wird. Folglich ist der Aufbau des Nadelwalzenlagers 11 vollständig. Des Weiteren ist das Nadelwalzenlager 11 mit einer Lagerkappe 3 abgedeckt, und das Kurbelgehäuse 2 und die Lagerkappe 3 (im Folgenden insgesamt als das „Gehäuse“ bezeichnet) sind mit einem Bolzen gesichert. Folglich ist eine Kurbelwellen-Stützstruktur vervollständigt.
Da das erste Außenringelement 13 vom Herausfallen während des Aufbauvorgangs, entsprechend des obigen Aufbauverfahrens, gehindert wird, wird die Aufbaueigenschaft des Nadelwalzenlagers 11 verbessert. Da ein Sicherungsring, welcher den Außenring 12 vor Herausfallen hindert, weggelassen werden kann, kann die Anzahl der Komponenten reduziert werden.
Da der Außenring 12 ungleichmäßig geteilt ist, koinzidiert das Widerlagerteil der ersten und zweiten Außenringelemente 13 und 14 nie mit dem Widerlagerteil der Gehäuse. Die Kurbelwellen-Stützstruktur kann folglich effektiv daran gehindert werden, eine Aufbauverschiebung in einer radialen Richtung zu generieren.
Die „Aufbauverschiebung“ beschreibt den Zustand, in welchem das Kurbelgehäuse 2 und die Lagerkappe 3, und das erste Außenringelement 13 und das zweite Außenringelement 14 radial nach Montage verschoben sind. Dies könnte geschehen, wenn der Außenring gleichmäßig in zwei geteilt ist (Spitzenwinkel ist 180°) und das Widerlagerteil des Außenringes mit dem Widerlagerteil des Gehäuses koinzidiert.
Obwohl der Außenring 12 im obigen Ausführungsbeispiel in zwei geteilt ist (erste und zweite Außenringelemente 13 und 14), beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf diesen und er kann auch in drei geteilt sein, solange ein Spitzenwinkel größer als 180° ist.
Obwohl die Säulenabschnitte 17e und 18e auf der Linie l₂ angeordnet sind, wenn das erste Außenringelement 13 in dem obigen Ausführungsbeispiel aufgenommen wird, kann die Wirkung der gegenwärtigen Erfindung solange erreicht werden, solange die obigen verschiedenen Größenverhältnisse erfüllt sind, sogar wenn die anderen Säulenabschnitte 17c und 18c daran angeordnet sind. Da der Wert jedoch auf der linken Seite der Formel (1) mit zunehmenden Abstand zwischen der Zielnadelwalze 15 und der Linie l₂ kleiner wird, kann die Schnittstellengröße X des ersten Außenringelements 13 nach obigen Verfahren klein sein, d. h. der Spitzenwinkel des ersten Außenringelements kann groß sein.
Im Folgenden wird eine Beschreibung verschiedener dimensionaler Beziehungen in einem Nadelwalzenlager 11 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 gegeben. Da die Konfiguration des Nadelwalzenlagers 11 in Bezug auf 2 und 3 beschrieben wurde, wird diese hier nicht beschrieben.
Zunächst wird angenommen, dass Bezugszeichen D eine Innendurchmessergröße eines Außenringes 12 darstellt und Bezugszeichen X eine Länge eines Linienabschnittes l₁, welcher Umfangsenden einer Innendurchmesserfläche eines ersten Außenringelements 13 verbindet (als die „Schnittstellengröße“ bezeichnet). Die Innendurchmessergröße D des Außenringes 12 koinzidiert mit einem Umkreisdurchmesser einer Vielzahl von Nadelwalzen 15, welche in einem Käfig 16 aufgenommen sind.
Da die Schnittstellengröße X am größten (X = D) ist, wenn der Spitzenwinkel des ersten Außenringelements 13 180° ist, ist X < D in diesem Ausführungsbeispiel immer erfüllt. Daher, wenn das erste Außenringelement 13 in eine Walzen- und Halteranordnung (bereitgestellt, nachdem die Nadelwalzen 15 in Taschen 17d und 18d aufgenommen wurden) eingebaut wird, ist ein elastisches Verformungsvolumen δ der Schnittstellengröße so, dass δ = D - X (= δ1+ δ₂).
Die verschiedenen Größen sind hier in dem ersten Außenringelement 13 gemäß der vorliegenden Erfindung so gesetzt, dass 0 < δ/D < 0,003 (im Folgenden als die „Formel 2“ bezeichnet) erfüllt ist. Wenn zum Beispiel die Innendurchmessergröße des Außenringes 12 so ist, dass D = 40 mm und die Schnittstellengröße so ist, dass X = 39,9 mm, ist das elastische Verformungsvolumen so, dass δ = 0,1 mm (δ/D = 0,0025).
Ein Verfahren zur Aufnahme des Nadelwalzenlagers 11 in die Kurbelwelle 1 wird mit Bezug auf 9 bis 12 beschrieben. 9 ist eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, nachdem eine Walzen- und Halteranordnung eingebaut wurde, 10 ist eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, nachdem das erste Außenringelement 13 aufgenommen wurde, 11 ist eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, nachdem das Nadelwalzenlager 11 auf das Kurbelgehäuse 2 gesetzt wurde und 12 ist eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, nachdem die Aufnahme vollständig ist.
Die Walzen- und Käfiganordnungen sind, bezugnehmend auf 9, durch Aufnahme der Nadelwalzen 15 in die Taschen 17d und 18d der Haltersegmente 17 und 18 gebildet. Jedes der Haltesegmente 17 und 18 (Walzen- und Halteranordnungen) ist von der radialen Richtung der Kurbelwelle 1 aufgenommen.
Das erste Außenringelement 13 wird, während es elastisch in eine Richtung von (X + δ) verformt wird, in die Walzen- und Halteranordnung aufgenommen, um die Schnittstellengröße X zu erhöhen. Weil zu diesem Zeitpunkt das elastische Verformungsvolumen δ der Schnittstelle, welche zur Aufnahme benötigt wird, in dem Bereich, wie in der Formel 2 gezeigt, begrenzt ist, kann das erste Außenringelement 13, sogar wenn es dick ist, einfach eingebaut werden.
Nachdem das erste Außenringelement 13, bezugnehmend auf 10, aufgenommen wurde, kehrt das erste Außenringelement 13 in seinen Ausgangszustand zurück (was den Zustand beschreibt, in welchem es nicht elastisch verformt ist). Zu diesem Zeitpunkt, da die Schnittstellengröße X kleiner ist als der Umkreisdurchmesser (= D) der Nadelwalzen 15, wird das erste Außenringelement 13 daran gehindert, im folgenden Einbauprozess herunterzufallen.
Das Nadelwalzenlager 11 ist, bezugnehmend auf 11, auf das Kurbelgehäuse 2 gesetzt. Das zweite Außenringelement 14 ist, bezugnehmend auf 12, so angeordnet, dass es über den Umfang zu dem ersten Außenringelement 13 verbunden ist, wobei der zylindrische Außenring 12 gebildet wird. Folglich ist der Einbau des Nadelwalzenlagers 11 komplett. Weiterhin ist das Nadelwalzenlager 11 mit einer Lagerkappe 3 abgedeckt, und das Kurbelgehäuse 2 und die Lagerkappe 3 (im Folgenden allgemein als das „Gehäuse“ bezeichnet) sind mit einem Bolzen befestigt. So ist die Anordnung einer Kurbelwellen-Stützstruktur vollständig. In diesem Fall ist also auch die Aufbaueigenschaft des Nadelwalzenlagers 11 verbessert.
Obwohl der Käfig 16 aus den halbkreisförmigen Haltersegmenten 17 und 18 in dem obigen Ausführungsbeispiel zusammengesetzt ist, kann irgendeine Konfiguration angewandt werden, solange diese von der radialen Richtung in die Kurbelwelle 1 eingebaut werden kann. Zum Beispiel kann ein zylindrischer Halter aus über den Umfang verbundenen drei Haltersegmenten zusammengesetzt sein und jeder Spitzenwinkel differenziert sein.
Alternativ kann der Käfig ein integraler Käfig (so genannter „C-Typ Käfig“) sein, welcher eine Teilungslinie aufweist, die sich in einer axialen Richtung an einem Umfang erstreckt. Da der Halter in diesem Fall in die Kurbelwelle 1 aufgenommen wird, während in eine Richtung elastisch verformt wird, um die Teilungslinie zu öffnen, ist dieser bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial gebildet, welches eine hohe elastische Verformbarkeit aufweist. Das Kunststoffmaterial ist bevorzugt ein spritzgießbares synthetisches Kunstharz und dessen Wärmeresistenztemperatur liegt bevorzugt bei 120° C oder mehr, weil der Halter bei hohen Umgebungstemperaturen verwendet wird. Insbesondere wird Nylon 66 oder Nylon 46 eingesetzt.
Ein Vorsprung 26e wird, bezugnehmend auf 13, an einer Seitenendfläche eines Spaltteils bereitgestellt, so dass dieser zu der anderen Seite hervorsteht und eine Aussparung 26f wird an der anderen Seitenendfläche des Spaltteils bereitgestellt, so dass diese den Vorsprung 26e aufnimmt. Ein zylindrischer Käfig 26 wird daher bevorzugt durch Eingreifen des Vorsprungs 26e in die Ausnehmung 26f bereitgestellt. Da eine Konfiguration davon, anders als die obige, ähnlich zu der des Halters 16 ist, wird deren Beschreibung weggelassen.
Das Nadelwalzenlager 11 kann für Kurbelwellen verschiedener Motoren in Autos und Zweiradfahrzeugen angewendet werden. Während der Motor ein Einzylinder- oder Mehrzylindermotor sein kann, ist eine große Wirkung zu erwarten, wenn die vorliegende Erfindung für die Kurbelwelle angewandt wird, welche in dem Mehrzylindermotor, der einen Wellenabschnitt aufweist, zwischen dessen beide Enden Kurbelarme sandwichartig vorgesehen sind, wie in einem Teil P in 14 gezeigt, verwendet wird.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den Zeichnungen im Obigen beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die oben gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Zahlreiche Modifikationsweisen und Variationen können zu den dargestellten Ausführungsbeispielen in dem gleichen oder identischen Umfang der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafter Weise auf ein Nadelwalzenlager angewandt werden.

Claims

Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager (11) umfassend: einen zylindrischen Außenring (12), welcher durch Verbinden eines ersten Außenringelements (13) mit einem Spitzenwinkel größer als 180° und eines zweiten Außenringelements (14) mit einem Spitzenwinkel kleiner als 180° über den Umfang gebildet ist; eine Anzahl von Nadelwalzen (15), welche entlang einer Innendurchmesserfläche des Außenringes (12) angeordnet sind; und einen Käfig (16), umfassend ein Paar Ringabschnitte und eine Vielzahl von Säulenabschnitten (17c, 18c), welche zwischen dem Paar der Ringabschnitte angeordnet sind und Taschen (17d, 18d) für die Aufnahme der Nadelwalzen (15) zwischen den benachbarten Säulenabschnitten (17c, 18c) aufweisen, wobei der Käfig (16) durch zwei Käfigsegmente (17, 18) gebildet ist, welche ein Paar von Ringabschnitten und Säulenabschnitte (17c, 18c) aufweisen, wobei das erste Außenringelement (13) in einem Kurbelgehäuse aufgenommen ist und das zweite Außenringelement (14) in einer Lagerkappe aufgenommen ist, wobei d < X < D und eine untenstehende Formel (1) erfüllt sind, wobei Bezugszeichen D eine Innendurchmessergröße des Außenrings (12) darstellt, Bezugszeichen r einen Radius der Nadelwalze (15), Bezugszeichen d eine Außendurchmessergröße des Käfigs (16) und Bezugszeichen X eine Länge eines Liniensegments l₁ darstellt, welches Umfangsenden einer Innendurchmesserfläche des ersten Außenringelementes (13) verbindet, und wenn eine Linie l₂, welche durch die Mitte des Außenringes (12) führt und parallel zu dem Liniensegment l₁ an dem Begrenzungsabschnitt von Säulenabschnitten (17c, 18c) positioniert ist, welche an den Umfangsenden der Käfigsegmente (17, 18) platziert sind, stellt Bezugszeichen θ einen Winkel dar, welcher zwischen der Linie l₂ und einer Linie l₃ gebildet ist, welche die Mitte der Nadelwalze (15), die benachbart dem obigen Säulenabschnitt (17c) am Umfangsende des Käfigsegments (17) liegt, zu der Mitte des Außenringes (12) verbindet. [Formel 1] $2 {(\frac{D}{2} - r) cos θ + r} < X$
Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (16) durch Verbinden zweier halbkreisförmiger Haltersegmente (17, 18) über den Umfang gebildet ist, und das Nadelwalzenlager (11) die Formel (1) erfüllt, wenn jedes der zwei Widerlagerteile der Haltesegmente (17, 18) auf der Linie l₂ positioniert ist.
Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 0 < (D-X)/D ≤ 0,003 erfüllt ist, wobei Bezugszeichen D die Innendurchmessergröße des Außenringes (12) darstellt und Bezugszeichen X die Länge des Linienabschnittes, welcher die Umfangsenden der Innendurchmesserfläche des ersten Außenringelementes (13) verbindet.
Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (12) in die ersten und zweiten Außenringelemente (14) mittels natürlicher Krackung geteilt ist.
Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (12) einer blanken Abschreckungsbehandlung unterworfen ist und der Außenring (12) eine Durchschnittshärte von 653 Hv oder mehr aufweist.
Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (16) durch ein Material aus Metall gebildet ist, welches Aufkohlungs-Abschreckungs- oder karbonitrierender Abschreckungsbehandlung unterworfen wurde und der Käfig (16) eine Durchschnittshärte von 450 Hv oder mehr aufweist.
Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (16) aus spritzgießbaren Kunststoff gebildet ist und der Käfig (16) eine Wärmeresistenztemperatur von 120°C oder mehr aufweist.
Kurbelwellen-Stützstruktur mit einem Nadelwalzenlager (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (16) ein geteilter Käfig (16) ist, welcher eine Teilungslinie aufweist, die sich an seinem Umfang in einer axialen Richtung erstreckt.