DE1622154A1

DE1622154A1 - Waelzlager fuer Aufhaengeachsen von feinmechanischen Geraeten,insbesondere von Kreiseln

Info

Publication number: DE1622154A1
Application number: DE19681622154
Authority: DE
Inventors: Kolotenkov Vladimir Ilic
Original assignee: VNI KT I
Current assignee: VNI KT I
Priority date: 1968-01-19
Filing date: 1968-01-19
Publication date: 1970-12-03

Description

Wälzlager für Aufhängeachsen von feinmechanischen Geräten, insbesondere von Kreiseln Die Erfindung bezieht sich auf Lager für Instrumente des Feingerätebauat deren Axbeitspräzision stark von den Reibungsmomenten der Lager abhängt, insbesondere auf Wälzlager für die Aufhängeachsen von K-zei-eln. Es sind Wälzlager für Aufhängeachsen von Feingeräten, insbesondere von Kreiseln bekannt, die drei Ringe enthalten. Während der Innenring eines solchen Lagers auf einen Aufhängezapfen aufgesetzt und der Außenring im Rahmen der kardanischen Aufhängung angeordnet ist, wird der Zwischenring abwechselnd in der einen oder anderen Richtung gedreht. Zwisehen dem Zwischenring und den beiden anderen Ringen liegen Kugelsätze (s. beispielsweise "Einführung in die Gyroskopie"-von Elliot J. Siff und Glod L. Emmerich, Übersetzung aus

S. 42 (3.4) ). Diese Lager sind mit einem relativ hohen Reibungsmoment behaftet, das in vielen Fällen die bei der Berechnung und Entwicklung als zulässig ermittelten Grenzen überschreitet. Eine Verminderung des Reibungsmomentes in diesen Lagern beruht darauf, daß die statische Reibung dem Iruien-und dem Zwischenring durch kinetische Reibung ersetzt ist, was durch die Drehung der Zwischenringe erreicht wird. Durch eine gegenläufige Drehung der Zwischenringe der Lager haben sich die auf die Achse übertragenen Homente nahe-Z zu gegenseitig auf$ so daß in jedem Augenbliel nur die Differenz ihrer Reibungsmomente auf die Aufhängeachse wirkt. Aus vielen unvermeidbaren Gründen sind jedoch die kinetisehen Reibungemomente der Lager einer Aufhängeachse.einander nie gleich, so daß auch deren Differenz hohe Jerte annehmen kann, was zu erheblichen Abweichungen des Kreisels führte Diese Differenz steigt mit zunehmender B-#--leistung der Achse, da das Reibungsmoment eines Lagers eine l'unktion der Lagerbelastung ist und mit deren Vergrößerung ebenfalls ansteigt. Besonders ungünstig liegen die Bedingungen bei Lagern vertikaler Achsen7da dann die ganze Belastung praktisch von einem Lager -aufgenommen wird. Die Differenz der Reibungsmomente der Lagers die beiderseits der Aufhängeachje angeordnet sind, kann hier einen hohen -dert erreichen. Auch bei

Kugeln von drei Seiten umfassen und in ihrer Bahn halten. In dem Lager wird vorteilhaft mindestens eine der Flächen,

flächen dienen, kegelig ausgeführt.
Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung wird auch erreicht, wenn eine der Plächen, die den Kugeln zwischen dem Innen-und dem Zwischenring als Lauffläche dienen, zylindrisch ausgeführt ist.
Eine der Flächen, die den Kugeln zwischen dem Innen- und dem Zwischenring als Lauffläche dienen, ist vorzugsweise eben ausgeführt.
Das Stützelement ist zweckmäßig als zusätzlicher Ring ausgeführt. Dieser zusätzliche Ring und der Außenring sind vorteilhaft einstückig ausgeführt.
Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagers zur Aufnahme von Radialbelastungen, im Längsschnitt; Fig. 4 ein% Einbaubeispiel eines Lagers nach Fig. 1 in einer Kreiselaufhängung. Fig. 5 «,in Diagramm der Abhängigkeit des kinetischen . Reibungsmomentes in einem Lager nach Nig, 1 vom Winkel B zwischen der Kugellauffläche und der Zalifenachse und von der Lagerbelastung; Fig. 6 einen Ausschnitt A aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Das erfindungsgemäße Lager für Aufhängeachsen von Kreiseln nach Fig. 1 enthält einen Außenring 19 einen Zwischenring 29 der von einem Motor in Drehung versetzt wird (in der Zeichnung nicht-dargestellt) und einen Innenring 3, der auf einen Zapfen 4 der Aufhängeachse des Kreisels aufgesetzt ist. Die Ringe sind durch Kugelsätze 5 und 6 mit Käfigen ? und 8-gek trennt. Zur Verminderung der Lagerreibung ist.der Käfig 8 konstruktiv derart ausgebildet, daß er außer mit den Oberflächen der Kugeln 6 mit keinem anderen Lagerteil in Berührung kommt. Die Laufflächen der Ringe 1 und 2..auf denen die Kugeln 5 laufen, sind prismatisch ausgbbildetl damit der Aui.eUritig 1, der Zwiächenring 2 und die Kugeln 5 mit dem Käfig 7 ein Vierpunktlager mit minimalem Axial- und Radialspiel bilden. Außerdem enthält das Lager ein am Rahmen 9 der kardanischen Aufhängung des Kreisels befestigtes zusätzliches Stützelement in Jbrm eines Ringes 10, auf dem die Kugeln #z- 1-,iufeil. Der Innenring 3 und der Zwischenring 2 sind so ausgebildet, daß sie zusammen mit dem Ring 10 die Kugeln 6 von drei Seiten umfassen und damitin ihrer Bahn halten. ZV diesem Zweck Ist die Lauffläche des Innenringes ;i kegeligl die des Zwischenringes 2 zylindris--h und die des Ringes 10 eb-3n ausgefUhrt. Zur größtmöj,"-ichen Verminderung des Reibungsmomentes an der Aufhängeachse des Kreisels wird der Zwischenring 2 mit periodischem Richtungswechsel in Drehung versetzt. Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 sind der zusätzliche Ring lind der Aufienring als ein einziger Ring 11 ausgebildet. t Beim dritten Ausführungsbeispiel nach Yig. 3 sind die Laufflächen der --Unge 21 und 101 kegelig ausgeführtlo während der Innenring durch einen Zapfen 12 der Aufhängeachse mit einer z71indrischen Lauffläche ersetzt ist* eine axi##le Verschiebung der Aufhängeachse auszuschlie-,;Gilt ist der Zapfen 12 mit einer Kugelpfanne 13 versellen, die an einer verstellbaren Druckplatte 14 liegtg die in den '7 Zwischenring eingeschraubt ist. Da bei allen vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen erfind"uigsgf--mäße Lager an den Berührungspunkten der Kugeln 6 mit den Laufflächen der Lagerringe und mit dem zusätzlichen itüu-.element eine erhöhte rollende Reibung entsteht, muß der der Lagertelle hohe Verschleißfestigkeit aufwe i s e il . la Fig. 4 ist eine der AuwendungsmÖglichkeiten eines Lagers nach Fig. 1 in einer Kreiseleinheit mit vertikaler Anorduung der Aufhängeachse dargestellt. Wie aus der Zeichnung ersichlilich, is-;u- in den Rahmen der kardanischen Aufhii ein erfindungsgemäßen Lager 15 eingebaut-, das die ganze Axialbelt-,stung aufnimmt. Als zweite Auflage der Aufhängeachse dient ein Lager 16 (ohne zusätzliches Stützelement) mit einem rotierenden Zwisohenring 2, desoen Lauffläche für die Kugeln 6 zylindrisch ausgeführt isti während die Lauffläche des Innenringes 3 toroidal gestaltet ist. Die Zwischenringe 2 der Lager 15 und 16 werden mit konstan-A.
ver Drehzahl in kontinuierliche Drehung versetzt. Da das Lager 16 auf der vertikalen Achse praktisch unbelastet istl ist dessen Reibungsmoment sehr gering bzw. nahezu Null.
Wie nachstehend gezeigt wird9 ist da's.kinetische Reibungsmoment eines axial belasteten erfindungsgemäßen Lagers 15 ebenfalls nahezu Nullg obwhhl sein Zwischenring 2 keine Drehung mit periodisch wechselnder Richtung vollführt.
Wenn dem Zwischenring 2 des axial belasteten Lagers 15 eine Drehbewegung in nur einer Richtung erteilt wird, so wird über den Imenring 3 ein bestimmtes Reibungemoment M auf den Zapfen 4 der Aufhängeachse übertragen. Die Größe und das Vorzeichen dieses Momentes hängen jedoch von der Größe der Winkel ß ab, die die Laufflgehen der Lagerringe der Kugeln 6 zur Zapfenachse bilden*

und des Ringes 10 zur Zapfenachse sind durch die Lagerkonstruktion vorgegeben, da die Lauffläche des Zwischenringes 2 zylindrisch und die des Ringes 10 eben ausgeführt ist, Im Diagramm der Fig. 5 ist auf der Abszisse der Winkel ß zwischen der Lauffläche des Innenringes 3 und der Zapfenachse und auf der Ordinate das in pem ausgedrückte kinetisehe Reibungsmoment M aufgetragen, das auf den Innenring 3 und folglich auch auf den Zapfen 4 der Aufhängeachse übertragen wird. Dabei ist das Reibungsmoment M nach oben aufgetragen, wenn es das gleiche Vorzeichen hat wie das von einem Motor auf den Zwischenring 2 Übertragene Drehmoment. Im Diagrimm entsprechen den Kurven 17, 189 19 und 20 die Reibungsmomente bei Lagerbelastungen von 1, 29 3 und 4 kP. Wie dem Diagramm der Fig. 5 zu entnehmen istg stimmt das Vorzeichen, des Reibungsmomentes, das auf den Innenring 3 Übertrageh wirdt bei kleinen Winkeln (ß<30'2) zwischen der Lauffläche des Innenringes 3 und der Zapfenachse für alle Belastungen nicht mit dem Vorzeichen des auf den Zwischenring 2 übertragenen Drehmomentes überein. Dieses Moment ist eine Funktion sowhhl der Lagerbelaatung als auch des Winkels ß und nimmt bei Näherung des Winkels ß an ß-30 0 ab.
Bei Winkeln ß>30 0 wird das Vorzeichen des auf den Innenring 3 übertragenen Reibungsmomentes bei beliebiger Lagerbelastung positiv, d.h., es stimmt mit dem Vorzeichen des Drehmomentes überein, das auf den Zwischenring 2 übertragen wird.
Bei ß - 30 0 nähert sich das Reibungemoment M bei beliebiger Belastung dem Wert Null, weil sich die Momentenkurven für alle Belastungen in einem Punkt 21 schneiden, der auf der Abszisienachse liegt.
Diese kennzeichnende Eigenschaft des erfindungsgemäßen Lagers gestattet bei entsprechender Wahl der geometrischen Parameter der inneren Gestaltung des Lagers 15, ein sich optimal dem Nullwert näherndes Reibungsmoment zu erhalten. Das reaultierende Moment an der Aufhängeachse, das die Summe bzw. die Differenz der Reibungsmomente der Lager 15 und 16 darstellt, ist bei optimalem Wert des Winkels ß, nämlich bei B - 30 0 , im lager'15 ebenfalls nahezu Null und von der Belastung praktisch unabhängig, was für den Betrieb von Kreiseln besonders wichtig ist.
Eine ]#eriodiaoh die Richtung wechselnde Drohung der Zwischenringe 2 der Lager 15 und 16 nach Fig, 4 vermindert das Reibungsmoment an der Aufhängeachse noch weiter und läßt es praktisch Null werden.
Die Arbeitsweise der Lager im zweiten und dritten Beispiel ist der des oben beschriebenen ähnlich mit dem Unterschiedg daß Lager nach dem dritten Beispiel (Fig. 3) für horizont#.%4arbeitende Achsen bestimmt sind und paarweise verwendet werden müssen, d.h. an jedem Ende einer Aufhängeachse ist ein erfindungsgemäßes Lager nach Fig. 3 angeordnet»

Claims

Patentansprüche 1. Wälzlager für Aufhängeachsen von feinmechanischen Geräten# insbesondere von Kreiseln, bei dem ein Außen-, ein Zwischen- und ein Innenring von Kugelsätzen getrennt sindj d a d u r c h -g e k e n n z e i c h n e t 9 daß im Lager ein festes Stützelement angeordnet ist, auf dem die Kugeln (6) laufeng die den Innenring (3) und den Zwischenring (2) trennen, und daß die Ringe so ausgeführt sind, daß sie zusammen mit dem Stützelement die auf ihnen laufenden Kugeln (6) von drei Seiten umfassen und in ihrer Bahn halten.
2. Lager nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Flächen, die den Kugeln (6) zwischen dem Inn nring (3) und dem Zwischenring (2) als Laufflächen dienen, kegelig ausgeführt ist, 3. Lager nach Anspruch 1 oder 2" dadurch gekennzeichnet# daß eine der Flächen, die den Kugeln (6) zwischen dem Innenring (3) und dem Zwischenring (2) als Laufflächen dienen, zylindrisch ausgeführt ist. 4. Lager nach den Ansprüchen ll 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Flächeng die den Kugeln (6)-zwisehen dem Innenring (3) und dem Zwischenring (2) als Lauffläahen dieneng eben ausgeführt ist. 5. Lager nach einem der Ansprüche 1, 29 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement als zusätzlicher Ring (10) ausgeführt ist. 6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Ring (10) und der Außenring (1) einstückig ausgeführt sind.