DE1425933A1 - Einreihige Kugeldrehverbindung - Google Patents

Description

Eisenwerk Rothe Erde G.m.b.H.

Einreihige Kugeldrehverbindung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine einreihige Kugeldrehverbindung, insbesondere auf ein einreihiges Axial-Rillen-Kugellager als Yierpunktlager mit versetzten Lagerspalten und elastischen Zwischenstücken. Die Kugeldrehverbindung eignet sich vor allem zum Einsatz in Bagger, Baumaschinen, Krane usw., also in Geräte, bei denen große Zug- und Druckkräfte verbunden mit Kippmomenten auftreten.

Bekannt sind Vierpunkt-Lager, bei denen die Tragbahnen und die Haltebahnen sowohl gleich als auch zum Kugellaufkreis symmetrisch angeordnet sind. Diese Anordnung wurde bei jeder Belastung beibehalten. Die Folge war eine unglichmäßige Belastung der Laufbahnen. Werden z. B. die Berührungswinkel der Kugeln mit den Laufbahnen, die infolge der symmetrischen Anordnung der Laufbahnen gleich sind, mit 45° angenommen, so ergibt sich bei einer Belastung von P^ = 10.000 kg. (gemäß Abb. 1) eine Belastung von Pp ■ 5.000 kg. Daraus ergibt sich ;

Q = —— sin 45

während

Q - — sin 45

10.000 0,7

5.000 0,7

■** 14.000 kg. (Tragbahn)

7.000 kg (Haltebahn)

Es ergibt sich daraus der Nachteil, daß die Flächendrücke für Trag- und Haltebahnen sehr verschieden sind.

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Bekannt sind ferner einreihige Kugeldrehverbindungen in Form von Axial-Rillen- Kugellagern mit Vierpungtauflage mit versetzten Lagerspalten· Da bei diesen Lagern die Berührungswinkel ebenfalls gleich groß sind, kann die versetzte Lage der Lagerspalten insofern zu einer Gefahr werden, als bei gewissen Belastungen eine Verschiebung der Auflagepunkte eintritt und dann Kantenpressungen auftreten können, die eine Zerstörung der Laufbahnen nach sich ziehen.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und schafft ein Lager mit den Vorteilen der doppelreihigen Kugeldrehverbindung, wie hoher Tragfähigkeit und einwandfreier KugellaufVerhältnisse, kombiniert mit den Vorteilen eines einreihigen Lagers, wobei besonders der geringe Querschnitt hervorzuheben ist.

Zu diesem Zweck ist jeder Ring des Lagers mit zwei versetzt zu einander angeordneten, gekrümmten Laufbahnen (Trag- und Haltebahnen) für die Wälzkörper ausgebildet, so daß eine möglichst gleiche Flächenpressung zwischen Kugeln und Tragbahnen sowie zwischen Kugeln und Haltebahnen bei Einwirkung einer aus einer außermittigen Axiallast herrührenden Momentenbelastung auf das Lager erzielt wird.

Erfindungsgemäß sind ferner die Verschiebungen der Laufbahnradienmittelpunkte aus dem Mittelpunkt der Kugeln, und zwar die axialen Verschiebungen sowie die radialen Verschiebungen der beiden Tragbahnen, unterschiedlich zu denen der beiden Haltebahnen, wobei die Verschiebungen bestimmt werden durch die entsprechend den Verhältnis der Druck- und Zugkräfte gewählten Berühntngswinkel zwischen den Kugeln und den Tragbahnen sowie zwischen den Kugeln und den Haltebahnen. Auch die Lagerspalte sind erfindungsgemäß in einer Entfernung entsprechend dem Verhältnis der auftretenden axialen Druck- und Zugkräfte von den lotrechten Projektionen 909812/0445

der Radienmittelpunkte innerhalb und außerhalb der Zylindermantelfläche des Laufkreises angeordnet.

Die Durchmesser der Radienmittelpunktskreise der Laufbahnen (Trag- und Haltebahnen) werden entsprechend dem Verhältnis der auftretenden axialen Zug- und Druckkräfte bemessen, mit anderen Worten, die Berührungswinkel werden unterschiedlich groß gemacht und zwar entsprechend dem Verhältnis der auf das Lager entgegengesetzt wirkend den Kräfte. Tritt eine exzentrische Axiallast auf, werden die Stützwinkel so berechnet, daß beide Bahnen gleich belastet werden, wobei davon ausgegangen wird, daß die Kugeln unter 90° tragen. Die Lagerspalte der Laufbahnen werden ebenfalls in einer Entfernung entsprechend dem Verhältnis der auftretenden axialen Zug- und Druckkräfte von den lotrechten Projektionen der Radienmittelpunkte innerhalb und außerhalb der Zylindermantelfläche des Laufkreises angeordnet. Diese Lagerspalten ragen so weit über den Mittelpunkt der Kugel hinaus, daß die Druckellipsen zwischen Kugeln und Laufbahnen auch bei Ausnutzung des radialen Spiels der Lager nicht bis zur Laufbahnkante auswandern können.

Der Durchmesser der Radienmittelpunktskreise der oberen sowie der unteren Laufbahnen, die die Zugkraft zu übertragen haben, werden derart bemessen, daß die Berührungsflächen zwischen Kugeln und Laufbahnen unter einem Winkel liegen, der der Different der Druck- und Zugkräfte entspricht, so daß die Druck- und Zugkräfte in den jeweiligen Laufbahnen die gleiche Plächenpressung hervorrufen. Dabei ist die Schmiegung der Laufbahn-Teilabschnitte entsprechend der genannten Druckverhältnisse derart ausgeführt, daß sich bei Einwirkung einer Radial-Kraft Zweipunktberührung in den Laufbahnabschnitten der einzelnen Ringe ergibt.

Die bei Zug- und Druck- sowie Radialbelastung auftretenden Rollgeschwindigkeiten der Kugeln kpnnen auf dem gesamten Urafanr des Layers errechnet werden. Entsprechend dt 909812/0445

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der Differenz zwischen der minmalen und der maximalen Geschwindigkeit bei einer Umdrehung des Lagers ist die Elastizität der Zwischenstücke, die die Kugeln in Abstand halten, zu wählen» Die Zwischenstücke sind an keine beetii stimmte Bauform gebunden. Sie haben lediglich die Aufgabe, die Differenzgeschwindigkeit unter den Kugeln aufzufangen und die Kugeln im unbelasteten Bereich wieder in ihre alte Lage zu schieben. Die Lager haben daher den Vorteil, daß keine Gleitreibung unter Belastung auftritt. Die Lager können entweder zweiteilig mit Einfüllstopfen oder dreiteilig, d.h. mit geteiltem Innen- oder Außenring, oder mit Verzahnung am Innen- oder Außenring gusgegeführt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt· Es zeigen:

Abb. 1 eine Schemaskizze der Belastung einer einreihigen Kugeldrehverbindung durch exzentrische Axiallast,

Abb. 2 einen Querschnitt durch die linke und durch die rechte Hälfte des La&ers mit den bei exzentrischer Axiallast auftretenden Kräften,

Abb. 3 einen Teilquerschnitt durch den Innen- und den Außenring einer Kugeldrehverbindung gemäß der Erfindung.

Eine z.B. in einen Kran eingebaute einreihige Kugeldrehverbindung 1 unterliegt in einem gewissen Zeitpunkt einer exzentrischen Last A, die in einer Entfernung L vom Mittelpunkt der Kugeldrehverbindung angreift. Diese Belastung erzeugt z.B. auf der linken Seite eine Druckkraft P,- und auf der Gegenseite eine Zugkraft Pp. Der Durchmesser der Kugeldrehverbindung sei D. Dann ist

A ( L + I ) - P₁ . D

A(L-I)- P₂. D
woraus sich die Kräfte P^ und Pg ergeben :

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Stützwinkel der tragenden (auf Druck beanspruchten) Laufbahn mit Q₀₅ unde derjenige der haltenden (auf ; Zog beanspruchten) Laufbahn ait ^₃ bezeichnet, so er- | gibt sieh;

- 90°

^P2 j3m^<¥"°

i < Tr +¹ >

siat^ -daraus ist

Die KugeldrehTerbindung setBt sich zusammen aus de» In-, nenring 2 und de» Außenring 3* Jeder dieser Ringe weist zwei Kugellaufbahnen auf : die fragbahn 4 und die Haltebahn 5 des Außenringes und die !Sragbahn 6 und die Halte— bahn 7 des Innenringes. Die Bedien der Laufbahnen sind »it IL· und IU beaeichnet. Die Radienaittelpunkte 8 der tragenden Innenringlaufbalm 6 und der Hadienmittel^unkt.

9 der tragenden Außenringlaufbahn £ liegen auf der Zylindemantelfläche des Laufkreises D. Der Radienmittelpunkt 10 gehört su der Haltebahn 5 des Außenringes 5 und der Badien»ittelpunkt ΛΛ zu der Haltebahn 7 des Innen— ringes 2· Der Hadieimittelpunkt 8 der tragenden Laufbahn 6 des Innenringee 2 beschreibt einen Badieneittelpunktekreis alt de» Borch»esser D,.; der Badienmittelpunkt 9 der tragenden Laufbahn 4 des Außenringes 3 beschreibt einen Äadien»ittelpunktekreis JL¹. Der Eadienmittelpunkt

10 der haltenden Laufbahn 5 des Außenringes 3 ^beserhreibt eines Kreis -mit de» Burehaess·* D₂, während der Radien- »itte^punkt 11 der haltenden Laufbahn 7 einen !reis »it de« Daroh»eeser Dg' beschreibt.

Die Lagerspalte sind mit 12 und 13 "benannt.

Die Mittelpunktskreise der Laufbannen des Tragbahn-Aussenringes (D,.¹) und des Tragbahn-Innenringes (D.*) sind gleich dem Durchmesser D des Kugellaufkreises, da OdL » 90° ist.

Der Mittelpunktskreis der Laufbahn des Haltebahn-Außenringes Dp ist kleiner als D und zwar um den Betrag 2y₂

D₂ ist daher D - 2y₂.

Der Mittelpunktskreis der Laufbahn des Haltebahn-Innenringes Do¹ ist größer als D und zwar ebenfalls um den gleichen Betrag 2y₂, so daß

D₂ ¹ m D + 2y₂ ist.

Der Betrag y₂ ergibt sich aus der Schmiegung, d.h. aus deu

Verhältnis r , wobei r der Kugelradius und Rp der Lauf-S₂

bahnradius ist. Aus dem Dreieck ΜΗΌ ergibt sich, daß

Ή ~ R₂ - r
ist, daraus

y₂ = (R₂- r)· co

Für den Haltebahn - Außenring ist der Durchmesser D₂ des Mittelpunktskreises der Laufbahn

y₂ eingesetzt :

D₂ * D - 2( R₂- r) * _H

Für den Haltbehn-Innenring ist der Durchmesser D₂ ¹ des Mittelpunktskreises der Laufbahn
D₂ ¹= D + 2y₂

y₂ eingesetzt :

D₂'= D + 2( R₂ - r ) *

Der axiale Abstand ο der Mittelpunktskreise von Trag- und Haltebahnen der Außen- und Inneringe der Lager :

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wobei X₁-R₁-T

und Xp - (Rp — r) * ο^·νπ

eingesetzt

I₁ - r + (R₂- r) * sino^k

Da für die Kugel die Schmiegungen in Trag- und Haltebahn gleich sein müssen, ist

dann ergibt sich für

c » R₂ - r + (R₂ - r ) * c- (R₂ - r) ^#( 1 + sin<

Durch die unterschiedlichen Abrollradien ergeben sich in radialer und axialer Richtung verschiedene Abrollgeaohwfcndigkeiten der Wälzkörper und damit auch eine Wegdifferenz, welche durch die elastischen Zwischenstücke aufegfangen wird.

Die Lager können beidseitig angeschraubt oder einseitig angeschweißt werden, wobei die Lager zwei- oder dreiteilig auBgefiirt werden können.

An Hand eines Beispieles wird die Erfindung erläutertt

**1 _m 2 ^₁ sei 10.000 kg 2 Pp ist demnach 5.000 kg

D « 1000 mm
r sei 15 mm
R dann 15»4 mm

Werden diese Werte in die in der Beschreibung angeführten Formeln eingesetzt, ergibt sich y₂ - ( R₂ - r) ^# co8<^_H

y₂ - ( 15t* - 15) ^#cos 50° cos 30° * 0,86 ■ 0,4 . o,86 » 0,3*5 mmmVerschiebung in

y-Richtung

^{sin 50}°
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Xp = O₅^l- * 0,5 a 0,2 ram Verschiebung in

x-Richtungp

Die wirkliche Belastung zwischen Laufbahnen und Kugeln ergibt sien daher ;

₁ - sin §(T

- f.5»000 kg - "JQeOOO kg

sin«/_H sin 30° C = 0,5)

es sind also die Beiastungen der Trag- und Haltebahnen gleich»

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Claims (2)

1. Eisenwerk Rothe Erde G.m.b.H.

   Patentansprüche:

   Einreihige Kugeldrehverbindung, insbesondere Älr einreihiges Aslal-Rillen-Kugellager als Vierpunktlager mit versetzten Lagerspalten und elastischen Zwischenstücken, dadurch gekennzeichnet, daß ^eder Hing (2,3) des Lagers mit zwei versetzt zueinander angeordneten, gekrümmten Laufbahnen (Trag- und Haltebahnen) (*,5,6,7) für die Wälzkörper ausgebildet ist, so daß eine möglichst gleiche Flächenpressung zwischen Kugeln und Tragbahnen sowie zwischen ^Kugeln und Haltebahnen bei Ein- a einer aus einer außermittigen Axiallast herrührenden Mo- ' mentenbelastung auf das Lager erzielt wird. .
2. 2. Kugeldrehverbindung nach Anspruch 1, dad urchg β -. k β η η zeichnet, daß die Verschiebung der Laufbahnradiennittelpunkte aus dem Mittelpunkt der Kugeln» und zwar die axialen Versohlebungen (x) sowie die radialen Verschiebungen (y) der beiden Tragbahnen,,unterschiedlich zu denen der beiden Haltebahnen sind, wobei die Verschiebungen bestimmt werden durch die entsprechend den Verhältnis der Druck (P^) und Zug- (P₂)Kräfte gewählten Berührungewinkel zwischen den Kugeln und den Tragbahnen -sowie zwieohenden Kugeln und den Haltebahnen.

   ¹ . ι

   3· Kugeldrehverbladung nach den Ansprüchen 1 und 2, ;

   dm durch gekennzeichnet, daß die La- .

   gerspalte (12,13) in einer Entfernung entsprechend den '· Verhältnis der auftretenden axialen Druck- (P^) und Zug-

   (Pg)Kräfte von den lotrechten Projektionen der Radien·* j

   mittelpunkte (8,10 und 9,11) innerhalb und außerhalb der [ Zylinderaantelflache des Laufkreises (M) angeordnet eind.

   812/0446 .

   (Art. 7 11 / --is ^.l&sz3 dea Ändwungeoee.w. 4.9-