DE19964369B4

DE19964369B4 - Käfig für ein Rollenlager

Info

Publication number: DE19964369B4
Application number: DE19964369A
Authority: DE
Inventors: Takashi Fujisawa Nogi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2019-10-30

Abstract

Käfig zur Verwendung in einem Kegelrollenlager, mit
mehreren Stegbereichen (7), die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei sie den Rollkontaktflächen mehrerer Rollen (3) gegenüber liegen, und einem Paar Kreisbereiche (5, 6), die den Stirnflächen der Rollen (3) axial gegenüber liegen und mit axialen Enden der Stegbereiche (7) verbunden sind, wobei ein erster Kreisbereich (5) und ein zweiter Kreisbereich (6) vorgesehen sind und der Durchmesser des ersten Kreisbereichs größer oder gleich dem Durchmesser des zweiten Kreisbereichs ist und die Bestimmungsgleichung 1,0 ≤ (I1/I2) ≤ 1,2und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,6oder die Bestimmungsgleichung 1,3 ≤ (I1'/I2') ≤ 2,2und 0,8 ≤ (I1'/I3') ≤ 4,0erfüllt ist, wobei
I₁ das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₂ das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₃ das...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rollenlager, das an Stellen verwendet wird, an denen abrupte Beschleunigungs-/Verzögerungs- oder Lastfluktuationen wiederholt aullreten, wie beispielsweise bei einem Walzwerk-Drehzahlreduziergetriebe, das für verschiedene Arten von Walzwerken zur Eisenherstellung verwendet wird, oder ein Rollenlager zur Verwendung in Vorrichtungen, die große Vibrationen bewirken, wie beispielsweise Achsen von Schienenfahrzeugen oder Vibrationssiebe, das heißt, sie betrifft ein Rollenlager zur Verwendung an Steilen, an denen eine Veränderung der Drehzahl der Rollen wiederholt auftritt oder Radialvibrationen des Lagers wiederholt ausgeübt werden, und insbesondere betrifft sie einen Käfig, der in einem solchen Rollenlager eingebaut ist.
Hintergrund
Rollenlager sind im Allgemeinen für das lagern von Drehwellen beispielsweise bei zahlreichen industriellen Maschinen, wie beispielsweise Walzwerken zur Eisenherstellung oder Fahrzeugen, verwendet worden. Ein Rollenlager umfasst beispielsweise, wie in 1 dargestellt ist, einen Außenring 1 mit einer Außenring-Laufbahn 1a an der inneren Umfangsfläche, einen Innenring 2 mit einer Innenring-Laufbahn 2a an der äußeren Umfangsfläche, eine Vielzahl von Rollen 3, die derart eingebaut sind, dass sie zwischen der Außenring-Laufbahn 1a und der Innenring-Laufbahn 2a rollen können, und einen Käfig 4, der zwischen der Außenring-Laufbahn 1a und der Innenring-Laufbahn 2a in einem Zustand der Aufnahme der Vielzahl der Rollen 3 drehbar eingesetzt ist.
Der Käfig 4 umfasst, wie in 1 und 2 dargestellt ist, Stegbereiche 7, die je zwischen jedem Paar von benachbarten Taschen 8 angeordnet und der Rollfläche der Rolle gegenüberliegen, und ein Paar von Kreisbereichen 5, 6, die die beiden axialen Seiten der Stegbereiche 7 verbinden und der Stirnfläche der Rolle axial gegenüberliegen.
Ein Raum, der von dem Paar der Kreisbereiche 5, 6 und den Stegbereichen 7, 7 umgeben ist, wird als eine Tasche 8 zur Aufnahme der Rolle 3 bezeichnet, und die Rolle 3 ist in dem Käfig 4 drehbar gehalten, indem ein vorbestimmter Spalt zwischen dem Käfig 4 und der Rolle 3 vorgesehen ist.
In der nachfolgenden Beschreibung für einen Käfig, bei dem der Durchmesser zwischen dem Paar der Kreisbereiche 5, 6 wie bei einem Kegelrollenlager oder einem Pendelrollenlager unterschiedlich ist, wird der Kreisbereich des Käfigs, der den größeren Durchmesser aufweist (die Seite mit dem größeren Durchmesser) als Kreisbereich 5 bezeichnet, während der Kreisbereich desselben, der den kleineren Durchmesser aufweist (die Seite mit dem kleineren Durchmesser) als ein zweiter Kreisbereich 6 bezeichnet wird. Wenn der Durchmesser zwischen dem Paar der Kreisbereiche 5 und 6 wie bei einem Zylinderrollenlager gleich oder nahezu gleich ist, werden der Kreisbereich 5 und der zweite Kreisbereich 6 optional spezifiziert.
Ferner umfassen, wie in 14 dargestellt ist, Rollenlager zur Verwendung bei verschiedenen Arten der oben beschriebenen industriellen Maschinen solche mit einer Vielzahl von Rollen 3, die in zwei Reihen zwischen der Außenring-Laufbahn 1a und der Innenring-Laufbahn 2a angeordnet sind, und mit zwei Käfigen, die einzelnen die Rollen 3 in jeder der Reihen aufnehmen und zwischen der Außenring-Laufbahn 1a und der Innenring-Laufbahn 2a drehbar angeordnet sind.
Der Käfig 4 ist ein kammförmiger Käfig, wie in 14 bzw. 15 dargestellt ist, der einen Kreisbereich 5, der der Stirnfläche der Rolle axial gegenüberliegt, und eine Vielzahl von Stegbereichen 7 umfasst, die von der axialen Seite des Kreisbereichs 5 aus vorstehen und in Umfangsrichtung der Rollfläche der Rolle gegenüberliegend angeordnet sind. Auch bei diesem Käfig wird der Raum, der durch den Kreisbereich 5 und die Stegbereiche 7, 7 umgeben ist, als eine Tasche 8 zur Aufnahme der Rolle 3 bezeichnet, und ist die Rolle 3 in dem Käfig 4 durch Vorsehen eines vorbestimmten Spalts zwischen dem Käfig 4 und der Rolle 3 drehbar aufgenommen.
Bei dem Rollenlager mit den zwei Reihen von Rollen 3 wie oben beschrieben wird, wenn der einzelne Käfig 4 an jeder Reihe für jede der Rollen 3, wie in 14 dargestellt ist, angebracht ist, ein kammförmiger Käfig, bei dessen Konfiguration die Stegbereiche 7 von einer axialen Seite des Kreisbereichs 5, wie in 15 dargestellt ist, vorstehen, verwendet. Andererseits wird in dem Fall, bei dem die Rollen 3 in zwei Reihen durch einen einzigen Käfig aufgenommen sind, ein kammförmiger Käfig, bei dessen Konfiguration die Stegbereiche 7 von beiden axialen Seiten des Kreisbereichs 5, wie in 16 dargestellt ist, vorstehen, verwendet.
In der nachfolgenden Beschreibung wird ein kammförmiger Käfig einer Konfiguration, bei der die Stegbereiche 7 von einer axialen Seite des Kreisbereichs 5 aus, wie in 15 dargestellt ist, vorstehen, gelegentlich auch als ein Zweikomponenten-Käfig bezeichnet, wobei ein kammförmiger Käfig einer Konfiguration, bei der die Stegbereiche 7 von beiden axialen Seiten des Kreisbereichs 5 aus, wie in 16 dargestellt ist, vorstehen, gelegentlich auch als ein Einkomponenten-Käfig bezeichnet.
Übrigens trifft, wenn das Rollenlager mit jedem der Käfige, wie oben beschrieben, an Stellen verwendet wird, an denen abrupte Beschleunigungs/Verzögerungs- oder Lastfluktuationen wiederholt auftreten, wie beispielsweise bei einem Walzwerk-Drehzahlreduziergetriebe, das für verschiedene Arten von Walzwerken zur Eisenherstellung verwendet wird, weil sich die Drehzahl der Rollen 3 abrupt ändert, die Rolle 3 immer wieder gegen den Stegbereich 7 des Käfigs 4. Eine Last W in der Umfangsrichtung durch das Zusammentreffen wird von der Rolle 3 aus auf den Stegbereich 7 des Käfigs 4, wie in 3 und 17 dargestellt ist, zur Einwirkung gebracht, um den Käfig 4 zu deformieren.
Als eine Folge treten, weil die Biegebeanspruchung an den Kreisbereichen 5, 6 und dem Stegbereich 7 wiederholt als Last zur Einwirkung kommt, Risse in den Kreisbereichen 5, 6 oder den Stegbereichen 7 auf, die nicht nur zu einem Bruch des Käfigs führen, sondern gelegentlich auch die Umlaufbewegung des Lagers während der Langzeit-Verwendung unmöglich machen.
Weil die Risse an einem Verbindungsabschnitt zwischen den Kreisbereichen 5, 6 und den Stegbereichen 7 auftreten, ist es für die Verhinderung des Bruchs des Käfigs 4, um hierdurch eine Beeinträchtigung der Lager-Standzeit zu verhindern, notwendig, die Biegebeanspruchung, die an dem Verbindungsabschnitt durch die Last W in der Umfangsrichtung verursacht ist, abzuschwächen.
Jetzt übt bei einem Käfig der Gattung mit einem Paar von Kreisbereichen 5, 6, wie in 1 und 2 dargestellt ist, die Last W von der Rolle 3 aus ein Moment M₁, M₂ an jedem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem zweiten Kreisbereich 6 bzw. den Stegbereichen 7 aus. Die Biegebeanspruchung, die an einem Flächenbereich A des Kreisbereichs 5 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ₁ bezeichnet, die Biegebeanspruchung, die an einem Flächenbereich B des zweiten Kreisbereichs 6 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Kreisbereich 6 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ₂ bezeichnet, die Biegebeanspruchung, die an einem Flächenbereich C des Stegbereichs 7 an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ₃ bezeichnet, und die Biegebeanspruchung, die an einem Flächenbereich D des Stegbereichs 7 an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Kreisbereich 6 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ₄ bezeichnet; die Biegebeanspruchungen σ₁ bis σ₄ werden durch die nachfolgenden Gleichungen auf der Grundlage der Zustände für das Gleichgewicht der Kräfte im Hinblick auf die Festigkeit der Materialien ausgedrückt: σ1 = M1 e1/(2 I1) (1) σ2 = M2 e2/(2 I2) (2) σ3 = M1 e3/I3) (3) σ4 = M2 e3/I3) (4).
I₁, I₂ bzw. I₃ bezeichnen das Flächenträgheitsmoment für den Kreisbereich 5, für den zweiten Kreisbereich 6 und für die Stegbereiche 7, und die Flächenträgheitsmomente I₁, I₂ und I₃ sind durch die nachfolgenden Gleichungen definiert: I1 = ∫ A1 z1 2 dA1 (5) I2 = ∫ A2 z2 2 dA2 (6) I3 = ∫ A3 Z3 2 dA3 (7).
A₁, A₂ und A₃ in den oben beschriebenen Gleichungen (5) bis (7) bezeichnen die Querschnitts-Flächenbereiche für den Kreisbereich 5, für den zweiten Kreisbereich 6 und für den Stegbereich 7.
Ferner bezeichnen e₁ bis e₃ in den oben beschriebenen Gleichungen (1) bis (3) die maximalen Abstände von dem Zentrum der grafischen Darstellung zu dem Querschnitts-Umfangsrand in jedem der Koordinatensysteme, was weiter unten noch zu beschreiben ist.
Weiter ist das Koordinatensystem für jedes der Flächenträgheitsmomente I₁, I₂ und I₃ wie folgt definiert. Das heißt, wie in 1 dargestellt ist, befindet sich das Flächenträgheitsmoment I₁ entsprechend einem orthogonalen Koordinatensystem y₁ – z₁ an dem Querschnitt des Kreisbereichs 5, wobei die y₁-Achse in der Richtung einer normalen Linie für die kegelige oder die zylindrische Oberfläche verläuft, die die äußere diametrale Oberfläche des Käfigs bildet, und wobei die z₁-Achse axial und in der Richtung einer tangentialen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindnsche Oberfläche verläuft, dies in Hinblick auf das Zentrum der grafischen Darstellung für den Querschnitt als Ursprung, und dies ist ein Flächenträgheitsmoment bezogen auf eine neutrale Achse vertikal zu der Längsrichtung des Stegbereichs 7. Ferner befindet sich das Flächenträgheitsmoment I₂ entsprechend einem orthogonalen Koordinatensystem y₂ – z₂ an dem Querschnitt des zweiten Kreisbereichs 6, wobei die y₂-Achse in der Richtung einer normalen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindrische Oberfläche verläuft und wobei die z₂-Achse axial und in der Richtung einer tangentialen Linie für die kegelige oder die zylindrische Oberfläche verläuft, dies in Hinblick auf das Zentrum der grafischen Darstellung für den Querschnitt als Ursprung, und dies ist ein Flächenträgheitsmoment bezogen auf eine neutrale Achse vertikal zu der Längsrichtung des Stegbereichs 7. Ferner befindet sich das Flächenträgheitsmoment I₃ entsprechend einem orthogonalen Koordinatensystem y₃ – z₃ an dem Querschnitt des Stegbereichs 7, wobei die y₃-Achse in der Richtung einer normalen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindrische Oberfläche verläuft und wobei die z₃-Achse in Umfangsrichtung und in der Richtung einer tangentialen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindrische Oberfläche verläuft, dies in Hinblick auf das Zentrum der grafischen Darstellung für den Querschnitt als Ursprung, und dies ist ein Flächenträgheitsmoment bezogen auf eine neutrale Achse vertikal zu der Längsrichtung des Käfigs 4.
Die Längsrichtung des Stegbereichs 7 bedeutet hierbei im Wesentlichen die Axialrichtung des Lagers.
Dabei stellt e₁ in der obigen Gleichung (1) den Maximalwert auf der z₁-Koordinate an dem Querschnitts-Umfangsrand des Kreisbereichs 5 an der Seite des Stegbereichs dar. Weiter stellt e₂ in der obigen Gleichung (2) den Maximalwert des Absolutwertes auf der z₂-Koordinate an dem Querschnitts-Umfangsrand des zweiten Kreisbereichs 6 an der Seite des Stegbereichs dar. Weiter stellt e₃ in der obigen Gleichung (3) den Maximalwert des Absolutwertes auf der z₃-Koordinate an dem Querschnitts-Umfangsrand des zweiten Kreisbereichs 6 an der Seite des Stegbereichs dar 7.
Weiter ist in dem Fall des Käfigs, wie in 1 und in 2 oben dargestellt ist, bei dem sich die Querschnittsgestalt des Stegbereichs 7 in der Axialrichtung nicht ändert, weil sich das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich 7 in der Axialrichtung ebenfalls nicht ändert, I₃ als der Wert des Flächenträgheitsmoments definiert. Jedoch ändert sich in einem Fall, bei dem sich die Querschnittsgestalt des Stegbereichs 7 in der Axialrichtung ändert, das Flächenträgheitsmoment des Stegbereichs 7 ebenfalls in der Axialrichtung. In diesem Fall ist I₃ bei dem Kegelrollenlager als ein Durchschnittswert des Flächenträgheitsmoments an einem Ende des Stegbereichs 7 und des Flächenträgheitsmoments an dem anderen Ende des Stegbereichs 7 definiert. Weiter ist I₃ bei dem Zylinderrollenlager und bei dem Pendelrollenlager als ein Durchschnittswert für das Flächenträgheitsmoment an einem Ende des Stegbereichs 7, das Flächenträgheitsmoment an dem anderen Ende des Stegbereichs 7 und das Flächenträgheitsmoment in dem axialen Zentrum des Stegbereichs 7 definiert.
Ferner wird bei dem kammförmigen Käfig, wie in 14 und 15 dargestellt ist, das Moment M an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7, wie in 17 dargestellt ist, durch die Last W in der Umfangsrichtung, die durch das Zusammentreffen der Rolle 3 verursacht ist, ausgeübt. Die Biegebeanspruchung, die an dem Flächenbereich A des Kreisbereichs 5 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ₁ bezeichnet, und die Biegebeanspruchung, die an dem Flächenbereich C des Stegbereichs 7 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ₃ bezeichnet, und jede der Biegebeanspruchungen σ₁ und σ₃ wird durch die nachfolgenden Gleichungen auf der Grundlage der Zustände für das Gleichgewicht der Kräfte im Hinblick auf die Festigkeit der Materialien ausgedrückt: σ1 = Me1/(2 I1) (8) σ3 = Me3/(2 I3) (9).
I₁ und I₃ sind, wie oben beschrieben, das Flächenträgheitsmoment für den Kreisbereich 5 und für den Stegbereich 7, und die Flächenträgheitsmomente I₁ und I₃ sind durch die nachfolgenden Gleichungen definiert: I1 = ∫ A1 z1 2 dA1 (10) I3 = ∫ A3 z3 2 dA3 (11).
A₁ und A₃ in den Gleichungen (10) und (11) repräsentieren die Querschnittsflächen für den Kreisbereich 5 bzw. den Stegbereich 7. Ferner repräsentieren e₁ und e₃ in den obigen Gleichungen (8), (9) die maximalen Abstände von dem Zentrum der grafischen Darstellung zu dem Querschnitts-Umfangsrand bei jedem der Koordinatensysteme, was weiter unten noch zu beschreiben ist.
Ferner ist in der gleichen Weise wie oben beschrieben das Koordinatensystem für jedes der Flächenträgheitsmomente I₁, I₂ und I₃ wie unten definiert. Das heißt, wie in 14 dargestellt ist, befindet sich das Flächenträgheitsmoment I₁ entsprechend dem orthogonalen Koordinatensystem y₁ – z₁ an dem Querschnitt des Kreisbereichs 5, wobei die Achse y₁ in der Richtung einer normalen Linie für die zylindrische Oberfläche, die die äußere diametrale Oberfläche des Käfigs bildet, verläuft und wobei die Achse z₁ axial und in der Richtung einer tangentialen Linie für die zylindrische Oberfläche verläuft, in Hinblick auf das Zentrum der grafischen Darstellung für den Querschnitt als Ursprung, und ist dies ein Flächenträgheitsmoment bezogen auf eine neutrale Achse vertikal zu der Längsrichtung des Stegbereichs 7. Weiter befindet sich, wie in 14 dargestellt ist, das Flächenträgheitsmoment I₃ entsprechend einem orthogonalen Koordinatensystem y₃ – z₃ an dem Querschnitt des Stegbereichs 7, wobei die Achse y₃ in der Richtung einer normalen Linie für die zylindrische Oberfläche verläuft und wobei die Achse z₃ in Umfangsrichtung und in der Richtung einer tangentialen Linie für die zylindrische Oberfläche verläuft, in Hinblick auf das Zentrum der grafischen Gestaltung für den Querschnitt als Ursprung, und ist dies ein Flächenträgheitsmoment bezogen auf eine neutrale Achse vertikal zu der Umfangsrichtung des Käfigs.
Weiter repräsentiert e₁ in der obigen Gleichung (8) den Maximalwert auf der z₁-Koordinate an dem Querschnitts-Umfangsrand des Kreisbereichs 5 auf der Seite des Stegbereichs. Weiter repräsentiert e₃ in der obigen Gleichung (9) den Maximalwert auf z₃-Koordinate an dem Querschnitts-Umfangsrand des Stegbereichs 7.
Bei dem kammförmigen Käfig ist die Querschnittsgestalt des Stegbereichs 7 im Allgemeinen in der Axialrichtung unverändert, jedoch kann die Querschnittsgestalt des Stegbereichs 7 gelegentlich in der Axialrichtung verändert sein, bei spielsweise bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Pendelrollenlager. In einem solchen Falle ist I₃ als ein Flächenträgheitsmoment an dem Verbindungsabschnitt des Stegbereichs 7 mit dem Kreisbereich 5 definiert.
Wie aus Gleichung (1) bis Gleichung (4) oder der obigen Gleichung (8) und der obigen Gleichung (9) ersehen werden kann, ist ersichtlich, dass jede der Beanspruchungen σ1 bis σ4 durch Vergrößerung der Flächenträgheitsmomente I₁, I₂ und I₃ herabgesetzt werden kann.
Andererseits vibriert in einem Fall, bei dem das Rollenlager mit einem Käfig 4, wie in 27 dargestellt ist, an solchen Stellen verwendet wird, die starke Vibrationen erfahren, wie beispielsweise Achsen oder Antriebseinrichtungen von Fahrzeugen, Walzwerke für die Eisenherstellung und Vibrationssiebe, der Käfig 4 wiederholt in der radialen Richtung des Lagers, und trifft der Stegbereich 7 des Käfigs 4 mit der Rolle 3 immer wieder zusammen. Dieses Zusammentreffen übt eine radiale Last W' (in radialer Richtung) von der Rolle 3 aus auf den Stegbereich 7 des Käfigs 4 aus, und der Käfig 4 deformiert sich, wie in 26 dargestellt ist. Auf diese Weise treten, wenn die Biegebeanspruchung wiederholt auf das Paar der Kreisbereiche 5, 6 und auf die Stegbereiche 7 als Last zur Einwirkung gebracht wird, Risse in den Kreisbereichen 5 und 6 oder in den Stegbereichen 7 während einer Langzeit-Verwendung auf, was nicht nur den Käfig 4 zerbricht, sondern es gelegentlich auch unmöglich macht, dass das Lager umläuft.
Weil die Risse in dem Verbindungsabschnitt zwischen den Kreisbereichen 5 und 6 und den Stegbereichen 7 auftreten, ist es zur Verhinderung des Bruchs des Käfigs 4, um hierdurch eine Verkürzung der Lager-Standzeit zu verhindern, notwendig, die Biegebeanspruchung, die an dem Verbindungsabschnitt durch die Last W' verursacht ist, abzuschwächen.
Der Käfig 4 deformiert sich, wie in 26 dargestellt ist, durch die Last W' von der Rolle 3. Das heißt, die Last W' wird an dem axialen Zentrum des Stegbereichs 7 ausgeübt, und die Momente M₁' und M₂' werden an jedem der Verbindungsabschnitte zwischen dem Kreisbereich 5 und dem zweiten Kreisbereich 6 bzw. den Stegbereichen 7 ausgeübt, und der Stegbereich 7 deformiert sich durch diese Lasten und durch diese Momente, wie in 26 dargestellt ist. Weiter werden Lasten κW' und (1 – κ)W' ein jedem der Verbindungsabschnitte zwischen dem Kreisbereich 5 und dem zweiten Kreisbereich 6 und den Steg bereichen 7 ausgeübt, und die Kreisbereiche 5 und 6 deformieren sich durch diese Lasten, wie in 26 dargestellt ist. In diesem Fall ist κ eine Konstante größer als 0 und kleiner als 1, die durch Berechnung in Hinblick auf die Festigkeit der Materialien bestimmt werden kann.
Die Biegebeanspruchung, die an einem Flächenbereich A des Kreisbereichs 5 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ₁' bezeichnet, die Biegebeanspruchung, die an einem Flächenbereich B des zweiten Kreisbereichs 6 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Kreisbereich 6 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ₂' bezeichnet, die Biegebeanspruchung, die an einem Flächenbereich C des Stegbereichs 7 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ3 bezeichnet, und die Biegebeanspruchung, die an einem Flächenbereich D des Stegbereichs 7 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Kreisbereich 6 und dem Stegbereich 7 verursacht wird, wird mit σ₄' bezeichnet; jede der Biegebeanspruchungen σ₁' bis σ₄' kann durch die nachfolgenden Gleichungen beispielsweise auf der Grundlage der Zustände für das Gleichgewicht der Kräfte in Hinblick auf die Festigkeit der Materialien ausgedrückt werden: σ1' = κW' d1 e1'/(4 I1') (12) σ2' = (1 – κ)W' d2 e2/(4 I2') (13) σ3' = M1' e3'/I3' (14) σ4' = M2 e3'/I3' (15)
I₁', I₂' bzw. I₃' bezeichnen das Flächenträgheitsmoment für den Kreisbereich 5, für den zweiten Kreisbereich 6 und für den Stegbereich 7, und die Flächenträgheitsmomente I₁', I₂' und I₃' sind durch die nachfolgenden Gleichungen definiert: I1' = ∫ A1 y1 2 dA1 (16) I2' = ∫ A2 y2 2 dA2 (17) I3' = ∫ A3 y3 2 dA3 (18)
A₁, A₂ und A₃ in den oben beschriebenen Gleichungen (16) bis (18) bezeichnen die Querschnitts-Flächenbereiche für den Kreisbereich 5, für den zweiten Kreisbereich 6 und für den Stegbereich 7. Ferner bezeichnen e₁', e₂' und bis e₃' in den oben beschriebenen Gleichungen (12) bis (15) die Abstände von dem Zentrum der grafischen Darstellung zu dem Querschnitts-Umfangsrand bei jedem der Koordinatensysteme, was weiter unten noch zu beschreiben ist.
Weiter ist das Koordinatensystem für jedes der Flächenträgheitsmomente I₁', I₂' und I₃' wie folgt definiert. Das heißt, wie in 27 dargestellt ist, befindet sich das Flächenträgheitsmoment I₁' entsprechend einem orthogonalen Koordinatensystem y₁ – z₁ an dem Querschnitt des Kreisbereichs 5, wobei die y₁-Achse in der Richtung einer normalen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindrische Oberfläche verläuft, die die äußere diametrale Oberfläche des Käfigs bildet, und wobei die z₁-Achse axial und in der Richtung einer tangentialen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindrische Oberfläche verläuft, dies in Hinblick auf das Zentrum der grafischen Darstellung für den Querschnitt als Ursprung, und dies ist ein Flächenträgheitsmoment bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs 7. Ferner befindet, das Flächenträgheitsmoment 12 sich entsprechend einem orthogonalen Koordinatensystem y₂ – z₂ an dem Querschnitt des zweiten Kreisbereichs 6, wobei die y₂-Achse in der Richtung einer normalen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindrische Oberfläche verläuft und wobei die z₂-Achse axial und in der Richtung einer tangentialen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindrische Oberfläche verläuft, dies in Hinblick auf das Zentrum der grafischen Darstellung für den Querschnitt als Ursprung, und dies ist ein Flächenträgheitsmoment bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs 7. Ferner befindet sich das Flächenträgheitsmoment 13 entsprechend einem orthogonalen Koordinatensystem y₃ – z₃ an dem Querschnitt des Stegbereichs 7, wobei die y₃-Achse in der Richtung einer normalen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindrische Oberfläche verläuft und wobei die z₃-Achse in Umfangsrichtung und in der Richtung einer tangentialen Linie für die kegelige Oberfläche oder die zylindrische Oberfläche verläuft, dies in Hinblick auf das Zentrum der grafischen Darstellung für den Querschnitt als Ursprung, und dies ist ein Flächenträgheitsmoment bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Umfangsrichtung des Käfigs.
Dabei stellt e₁' in der obigen Gleichung (12) den maximalen Absolutwert auf der z₁-Koordinate an dem Querschnitts-Umfangsrand des Kreisbereichs 5 dar. Weiter stellt e₂' in der obigen Gleichung (13) den maximalen Absolutwert auf der z₂-Koordinate an dem Querschnitts-Umfangsrand des zweiten Kreisbereichs 6 dar. Weiter stellt e₃' in der obigen Gleichung (14) den maximalen Absolutwert auf der z₃-Koordinate an dem Querschnitts-Umfangsrand des Stegbereichs 7 dar.
Weiter ist in dem Fall eines Käfigs, bei dem sich die Querschnittsgestalt des Stegbereichs 7 in der Axialrichtung nicht ändert, weil sich das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich 7 in der Axialrichtung ebenfalls nicht ändert, I₃' als der Wert des Flächenträgheitsmoments definiert. Jedoch ändert sich in einem Fall, bei dem sich die Querschnittsgestalt des Stegbereichs 7 in der Axialrichtung ändert, das Flächenträgheitsmoment des Stegbereichs 7 ebenfalls in der Axialrichtung. In diesem Fall ist I₃' bei dem Kegelrollenlager als ein Durchschnittswert für das Flächenträgheitsmoment an einem Ende des Stegbereichs 7 und das Flächenträgheitsmoment an dem anderen Ende des Stegbereichs 7 definiert. Weiter ist I₃' bei dem Zylinderrollenlager und bei dem Pendelrollenlager als ein Durchschnittswert für das Flächenträgheitsmoment an einem Ende des Stegbereichs 7, das Flächenträgheitsmoment an dem anderen Ende des Stegbereichs 7 und das Flächenträgheitsmoment in dem axialen Zentrum des Stegbereichs 7 definiert.
Wie aus Gleichung (12) bis Gleichung (15) ersehen werden kann, wird jede der Beanspruchungen σ₁' bis σ₄' herabgesetzt, wenn alle Flächenträgheitsmomente I₁', I₂' und I₃' größer werden.
Danach werden bei dem Stand der Technik die Flächenträgheitsmomente I₁, I₂ und I₃ bzw. I₁', I₂' und I₃' vergrößert, indem alle Querschnitte für die Kreisbereiche 5 und 6 und die Stegbereiche 7 vergrößert werden, um die Festigkeit des Käfigs 4 zu verbessern, um hierdurch das Auftreten eines Bruchs zu verhindern.
Während in diesem Fall experimentell erkannt worden ist, dass der Querschnitts-Flächenbereich vergrößert werden kann, um die Festigkeit zu verbessern, wenn die Festigkeit des Käfigs ungenügend ist, ist es jedoch nicht in Betracht gezogen worden, jedes der Flächenträgheitsmomente für die Kreisbereiche 5 und 6 und die Stegbereiche 7 zu berücksichtigen und die Festigkeit derselben optimal zu bestimmen.
Entsprechend wird bei jeder Art der Käfige, wenn er derart gestaltet ist, dass alle Flächenträgheitsmomente I₁, I₂ und I₃ oder alle Flächenträgheitsmomente I₁', I₂' und I₃' für die Kreisbereiche 5 und 6 und die Stegbereiche 7 vergrößert sind, weil das Raumvolumen für die Aufnahme der Rollen 3 (Größe und Anzahl der Taschen 8) verkleinert ist, die Anzahl der Rollen 3, die in das Lager eingebaut werden können, verkleinert, oder muss die Größe der Rollen 3 verkleinert werden, um die Festigkeit des Käfigs 4 zu verbessern, was das Problem mit sich bringt, dass die Lastkapazität des Lagers herabgesetzt wird. Weiter führt dies zu einer unnötigen Vergrößerung des Gewichts des Käfigs.
Insbesondere wenn beabsichtigt ist, die Festigkeit gegenüber der zusammengesetzten Last zu vergrößern, die durch zwei Lasten, nämlich die umfangsseitige Last und die radiale Last, gebildet ist, werden alle Flächenträgheitsmomente I₁, I₂ und I₃ und die Flächenträgheitsmomente I₁', I₂' und I₃' vergrößert, und wird als eine Folge das oben beschriebene Problem unübersehbar.

DE 37 18 693 A1 zeigt einen Käfig mit Stegen und Borden mit gleichen Querschnitten.

Die vorliegende Erfindung ist erreicht worden, während dieses Problem beachte worden ist, und es ist eine Aufgabe, einen Käfig zur Verwendung in einem Rollenlager zu schaffen, das in der Lage ist, die Festigkeit des Käfigs zu verbessern, ohne die Lastkapazität des Lagers, an dem der Käfig eingebaut ist, herabzusetzen.

Offenbarung der Erfindung

Es ist bei jeder der vorliegenden Erfindungen beachtet worden, dass die Festigkeit des Käfigs verbessert werden kann, ohne die Lastkapazität des Lagers herabzusetzen, und indem eine Vergrößerung des Gewichts des Käfigs verhindert wird, indem die Biegebeanspruchung des Kreisbereichs und die Biegebeanspruchung des Stegbereichs derart optimiert werden, dass sie nicht stark voneinander abweichen, während die Richtung der von der Rolle ausgeübten Last berücksichtigt wird.

Zur Lösung der vorstehen beschriebenen Aufgabe sieht die Erfindung gemäß Anspruch 1 einen Käfig zur Verwendung in einem Kegelrollenlager vor, mit mehreren Stegbereichen (7), die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei sie den Rollkontaktflächen mehrerer Rollen (3) gegenüber liegen, und einem Paar Kreisbereiche (5, 6), die den Stirnflächen der Rollen (3) axial gegenüber liegen und mit axialen Enden der Stegbereiche (7) verbunden sind, wobei ein erster Kreisbereich (5) und ein zweiter Kreisbereich (6) vorgesehen sind und der Durchmesser des ersten Kreisbereichs größer oder gleich dem Durchmesser des zweiten Kreisbereichs ist und die Bestimmungsgleichung 1,0 ≤ (I1/I2) ≤ 1,2und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,6oder die Bestimmungsgleichung 1,3 ≤ (I1'/I2') ≤ 2,2und 0,8 ≤ (I1'/I3') ≤ 4,0erfüllt ist, wobei
I₁ das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₂ das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₃ das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist,
I₁' das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₂' das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und
I₃' das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.

Vorzugsweise erfüllt gemäß Anspruch 2 ein Käfig zur Verwendung in einem Kegelrollenlager nach Anspruch 1 die Bestimmungsgleichung 1,0 ≤ (I1/I2) ≤ 1,2und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,6und die Bestimmungsgleichung 1,3 ≤ (I1'/I2') ≤ 2,2und 0,8 ≤ (I1'/I3') ≤ 4,0.

Zur Lösung der vorstehen beschriebenen Aufgabe sieht die Erfindung gemäß Anspruch 3 einen Käfig zur Verwendung in einem selbstausrichtenden Rollenlager, mit mehreren Stegbereichen (7), die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei sie den Rollkontaktflächen mehrerer Rollen (3) gegenüber liegen, und einem Paar Kreisbereiche (5, 6), die den Stirnflächen der Rollen (3) axial gegenüber liegen und mit axialen Enden der Stegbereiche (7) verbunden sind, wobei ein erster Kreisbereich (5) und ein zweiter Kreisbereich (6) vorgesehen sind und der Durchmesser des ersten Kreisbereichs größer oder gleich dem Durchmesser des zweiten Kreisbereichs ist und die Bestimmungsgleichung 0,9 ≤ (I1/I2) ≤ 1,1und 0,3 ≤ (I1/I3) ≤ 0,6erfüllt ist, wobei
I₁ das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₂ das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und
I₃ das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.

Vorzugsweise erfüllt gemäß Anspruch 4 ein Käfig zur Verwendung in einem selbstausrichtenden Rollenlager nach Anspruch 3, die Bestimmungsgleichung 0,5 ≤ (I1'/I2') ≤ 1,7und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 4,0,wobei
I₁' das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₂' das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und
I₃' das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.

Vorzugsweise erfüllt gemäß Anspruch 5 ein Käfig zur Verwendung in einem selbstausrichtenden Rollenlager nach Anspruch 3, die Bestimmungsgleichung 0,8 ≤ (I1'/I2') ≤ 1,3und 0,5 ≤ (I1'/I3') ≤ 4,0wobei
I₁' das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₂' das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und
I₃' das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.

Zur Lösung der vorstehen beschriebenen Aufgabe sieht die Erfindung gemäß Anspruch 6 einen Käfig zur Verwendung in einem Zylinderrollenlager, mit
mehreren Stegbereichen (7), die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei sie den Rollkontaktflächen mehrerer Rollen (3) gegenüber liegen, und einem Paar Kreisbereiche (5, 6), die den Stirnflächen der Rollen (3) axial gegenüber liegen und mit axialen Enden der Stegereiche (7) verbunden sind, wobei ein wobei ein erster Kreisbereich (5) und ein zweiter Kreisbereich (6) vorgesehen sind und der Durchmesser des ersten Kreisbereichs gleich oder beinahe gleich dem Durchmesser des zweiten Kreisbereichs ist und die Bestimmungsgleichung I1/I2 ≅ 1und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,4oder die Bestimmungsgleichung I1'/I2' ≅ 1und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 0,8erfüllt ist, wobei
I₁ das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₂ das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₃ das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist,
I₁' das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist,
I₂' das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und
I₃' das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.

Vorzugsweise erfüllt gemäß Anspruch 7 ein Käfig zur Verwendung in einem Zylinderrollenlager nach Anspruch 6, die Bestimmungsgleichung I1'/I2' ≅ 1und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 0,4.

Vorzugsweise erfüllt gemäß Anspruch 8 ein Käfig zur Verwendung in einem Zylinderrollenlager nach Anspruch 6, die Bestimmungsgleichung I1/I2 ≅ 1und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,4und die Bestimmungsgleichung I1'/I2' ≅ 1und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 0,8.

Vorzugsweise erfüllt gemäß Anspruch 9 ein Käfig zur Verwendung in einem Zylinderrollenlager nach Anspruch 6, die Bestimmungsgleichung I1/I2 ≅ 1und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,4und die Bestimmungsgleichung I1'/I2' ≅ 1und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 0,4.

Bei jeder der oben beschriebenen Erfindungen ist die Festigkeit des Käfigs verbessert, ohne die Lastkapazität des Lagers herabzusetzen, weil die Biegebeanspruchung für jeden der Kreisbereiche und die Biegebeanspruchung für den Stegbereich derart gestaltet bzw. gewählt sind, dass sie sich entsprechend der Art des Käfigs nicht stark voneinander unterscheiden, wobei die Richtung der von der Rolle aus ausgeübten Last berücksichtigt wird.

Nachfolgend wird der Grund hierfür beschrieben.

Zuerst ist der Grund für jede der in Anspruch 1 bis 9 beschriebenen Erfindungen unter Bezugnahme auf 1 bis 3 zu beschreiben.

Jede der Lasten in der Umfangsrichtung und in der radialen Richtung des Lagers (radiale Richtung) wird als eine individuelle Last oder eine zusammengesetzte Last in Abhängigkeit von dem Bereich ausgeübt, bei dem das Lager verwendet wird, und die Beschreibung der Gründe erfolgt entsprechend der Richtung der Lasten abschnittsweise bzw. getrennt.

Zuerst folgt eine Beschreibung für einen Fall, bei dem die Last von der Rolle aus in der Umfangsrichtung zur Einwirkung gebracht wird.

Beispielsweise kann in einem Fall, bei dem die Biegebeanspruchung σ₁ für den Kreisbereich 5 extrem größer ist als die Biegebeanspruchung σ₃ für den Stegbereich 7, das heißt σ₁ » σ₃, weil ein Bruch des Käfigs 4 an dem Flächenbereich A des Kreisbereichs 5 auftritt, die Festigkeit durch Vergrößern des Flächenträgheitsmoments I₁ für den Kreisbereich 5 und gleichzeitig durch Verkleinern des Flächenträgheitsmoments I₃ für den Stegbereich 7 derart, dass das Raumvolumen für die Aufnahme der Rolle 3 nicht verkleinert wird, verbessert werden.

Das Flächenträgheitsmoment kann in üblicher Weise durch Vergrößern der Querschnittsflächen vergrößert werden, während das Flächenträgheitsmoment in üblicher Weise durch Verkleinern der Querschnittsfläche verkleinert werden kann. Es ist selbstverständlich möglich, das Flächenträgheitsmoment durch Verändern der Querschnittsgestalt zu verändern.

Im Gegensatz hierzu kann in einem Fall, bei dem die Biegebeanspruchung σ₃ für den Stegbereich 7 extrem größer als die Biegebeanspruchung σ₁ für den Kreisbereich 5 ist, das heißt σ₃ » σ₁, weil ein Bruch des Käfigs an dem Flächenbereich C des Stegbereich 7 auftritt, die Festigkeit durch Vergrößern des Flächenträgheitsmoments I₃ für den Stegbereich 7 und gleichzeitig durch Verkleinern des Flächenträgheitsmoments I₁ für den Kreisbereich 5 derart, dass das Raumvolumen für die Aufnahme der Rolle 3 nicht verkleinert wird, verbessert werden.

Das heißt, in einem Fall, bei dem eine bedeutende Differenz zwischen der Biegebeanspruchung σ₁ für den Kreisbereich 5 und der Biegebeanspruchung σ₃ für den Stegbereich 7 besteht, kann ein Bruch des Käfigs 4 durch Verkleinern dieser Differenz der Beanspruchungen ohne Verkleinern der Anzahl der Rollen oder der Größe der Rollen verhindert werden, nämlich ohne Herabsetzen der Lastkapazität des Lagers.

In der gleichen Weise kann auch in einem Fall, bei dem eine große Differenz zwischen der Biegebeanspruchung σ₂ für den Kreisbereich 6 und der Biegebeanspruchung σ₄ für den Stegbereich 7 besteht, ein Bruch des Käfigs 4 durch Verkleinern der Differenz der Beanspruchungen verhindert werden, ohne die Anzahl der Rollen oder die Größe der Rollen zu verkleinern.

Das heißt, bei der vorliegenden Erfindung wird es in Betracht gezogen, eine optimale Gestaltung der Verbesserung der Lastkapazität für den gesamten Käfig durch Vergrößern des Flächenträgheitsmoments nur für denjenigen Bereich zur Anwendung zu bringen, bei dem die Biegebeanspruchung zunimmt, an Stelle einer Verbesserung der Festigkeit des Käfigs 4 durch Vergrößern jedes Flächenträgheitsmoments für alle Bereich des Käfigs 4 wie bei dem Stand der Technik.

Unter dem oben beschriebenen Gesichtspunkt sind gemäß der vorliegenden Erfindung (I₁/I₂) und (I₁/I₃) zur Minimierung des Maximalwerts der Biegebeanspruchung auf der Grundlage von Werten für Abmessungsfaktoren für jeden der Bereiche innerhalb eines annehmbaren Bereichs in Hinblick auf die Gestaltung definiert.

Weiter wird der Fall, bei dem die Last aus der radialen Richtung des Lagers (radiale Richtung) zur Einwirkung gebracht wird, ebenfalls mit dem gleichen Konzept wie demjenigen für die Last aus der Umfangsrichtung untersucht.

Das heißt, in einem Fall, bei dem die Biegebeanspruchung σ₁' für den Kreisbereich 5 extrem größer beispielsweise als die Biegebeanspruchung σ₃' für den Stegbereich 7 ist, das heißt, σ₁' » σ₃', weil ein Bruch des Käfigs 4 an dem Flächenbereich A des Kreisbereichs 5, der in 26 dargestellt ist, auftritt, kann die Festigkeit durch Vergrößern des Flächenträgheitsmoments I₁' für den Kreisbereich 5 und gleichzeitig durch Verkleinern des Flächenträgheitsmoments I₃' für den Stegbereich 7 ohne Verkleinern des Raumvolumens für die Aufnahme der Rolle 3 verbessert werden.

Das Flächenträgheitsmoment kann in üblicher Weise durch Vergrößern der Querschnittsfläche vergrößert werden, während das Flächenträgheitsmoment in üblicher Weise durch Verkleinern der Querschnittsfläche verkleinert werden kann. Es ist selbstverständlich möglich, das Flächenträgheitsmoment durch Verändern ihr Querschnittsgestatt zu verändern.

Im Gegensatz hierzu kann in einem Fall, bei dem die Biegebeanspruchung σ3 für den Stegbereich 7 extrem größer als die Biegebeanspruchung σ₁' für den Kreisbereich 5 ist, das heißt σ₃' » σ₁', weil ein Bruch des Käfigs 4 an dem Flächenbereich C des Stegbereichs 7, der in 26 dargestellt ist, auftritt, die Festigkeit durch Vergrößern des Flächenträgheitsmoments I₃' für den Stegbereich 7 und gleichzeitig durch Verkleinern des Flächenträgheitsmoments I₁' für den Kreisbereich 5 derart, dass das Raumvolumen für die Aufnahme der Rolle 3 nicht verkleinert wird, verbessert werden.

Das heißt, in einem Fall, bei dem eine bedeutende Differenz zwischen der Biegebeanspruchung σ₁' für den Kreisbereich 5 und der Biegebeanspruchung σ3 für den Stegbereich 7 besteht, kann ein Bruch des Käfigs 4 durch Verkleinern dieser Differenz der Beanspruchungen ohne Verkleinern der Anzahl der Rollen oder der Größe der Rollen verhindert werden, nämlich ohne Herabsetzen der Lastkapazität des Lagers.

In der gleichen Weise kann auch in einem Fall, bei dem eine große Differenz zwischen der Biegebeanspruchung σ₂' für den Kreisbereich 6 und der Biegebeanspruchung σ₄' für den Stegbereich 7 besteht, ein Bruch des Käfigs 4 durch Verkleinern der Differenz der Beanspruchungen verhindert werden, ohne die Anzahl der Rollen oder die Größe der Rollen zu verkleinern.

Das heißt, bei der vorliegenden Erfindung wird es in Betracht gezogen, eine optimale Gestaltung der Verbesserung der Lastkapazität für den gesamten Käfig durch Vergrößern des Flächenträgheitsmoments nur für denjenigen Bereich zur Anwendung zu bringen, bei dem die Biegebeanspruchung zunimmt, an Stelle einer Verbesserung der Festigkeit des Käfigs 4 durch Vergrößern jedes Flächenträgheitsmoments für alle Bereiche des Käfigs 4 wie bei dem Stand der Technik.

Unter dem oben beschriebenen Gesichtspunkt sind (I₁'/I₂') und (I₁'/I₃') zur Minimierung des Maximalwertes der Biegebeanspruchung gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage von Werten für Abmessungsfaktoren für jeden der Bereiche innerhalb eines annehmbaren Bereichs in Hinblick auf die Gestaltung definiert.

Die Beschreibung ist für einen Fall gemacht worden, bei dem die Umfangslast W und die radiale Last W' einzeln ausgeübt werden, jedoch kann jedes der oben beschriebenen Konzepte einzeln auch bei einem Käfig, bei dem Lasten aus beiden Richtungen ausgeübt werden, das heißt, eine zusammengesetzte Last, die beide Lasten umfasst, wiederholt ausgeübt wird, durch Zerlegen der zusammengesetzten Last in die Umfangskomponente und in die radiale Komponente zur Anwendung gebracht werden.

Nachfolgend wird jede der kritischen Bedeutungen für die in Anspruch 1 bis Anspruch 9 definierte Erfindung beschrieben.

Als erstes wird die kritische Bedeutung bezüglich der Umfangslast W beschrieben.

Mit der Beziehung zwischen der abmessungsfreien maximalen Biegebeanspruchung (σ/σ₀) und (I₁/I₂) wird (I₁/I₃) auf der Grundlage des Modells für die Festigkeit der Materialien berechnet, das in 4 dargestellte Ergebnis wird erreicht.

Die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung (σ/σ₀) wird hier berücksichtigt, weil ein abmessungsfreies Konzept auf jede Größe der Last zur Anwendung gebracht werden kann, um die allgemeine Brauchbarkeit zu verbessern.

Ferner ist das oben beschriebene σ maximal unter der Biegebeanspruchung σ₁ für den Kreisbereich 5 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7, der Biegebeanspruchung σ₂ für den zweiten Kreisbereich 6 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Kreisbereich 6 und dem Stegbereich 7 und der Biegebeanspruchung σ₃ für den Stegbereich 7 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7, der Biegebeanspruchung σ₄ für den Stegbereich 7 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Kreisbereich 6 und dem Stegbereich 7 auf der Grundlage der oben beschriebenen Definition. Kleineres σ bedeutet eine geringere Möglichkeit eines Bruchs des Käfigs 4, der durch ein Zusammentreffen zwischen der Rolle 3 und dem Stegbereich 7 verursacht ist.

Ferner ist σ₀ die maximale Biegebeanspruchung, die an dem Stegbereich 7 verursacht wird bei der Annahme eines Paars von Kreisbereichen 5 und 6 als einem starren Körper.

(σ/σ₀) kann berechnet werden, wenn sechs Parameter (I₁/I₂), (I₁/I₃), (e₁/e₂), (e₁/e₃), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) gegeben sind.

In diesem Fall repräsentieren d₁ und d₂ je die Länge des Kreisbereichs 5 und des zweiten Kreisbereichs 6 unter Bildung einer eine Rolle enthaltenden Tasche 8, und ist d₃ in die Länge des Stegbereichs 7, wie in 2 dargestellt ist.

Dann wird bei den meisten Käfigen zur Verwendung bei dem Rollenlager, weil die abmessungsbehafteten Spezifikationen die nachfolgenden Gleichungen ergeben (e₁/e₂) = 0,2 bis 1,8, (e₁/e₃) = 0,2 bis 1,2, (d₁/d₂) = 0,8 bis 1,4, (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0, jeder der Parameter (e₁/e₂), (e₁/e₃), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) willkürlich, wie in 4 gezeigt ist, innerhalb der Bereiche (e₁/e₂) = 0,2 bis 1,8, (e₁/e₃) = 0,2 bis 1,2, (d₁/d₂) = 0,8 bis 1,4 und, (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 geändert, um die Beziehung zwischen (I₁/_I2) bzw. (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) den minimalen Wert annimmt, und dem minimalen Wert (σ/σ₀) zu bestimmen, wie in 4.

In 4 ist der Wert (σ/σ₀) mittels einer grauen Skala dargestellt, auf der (σ/σ₀) abnimmt, wenn sich die Farbe von weiß zu schwarz verändert.

Wie aus 4 ersichtlich ist, nehmen, wenn (I₁/I₂) = 0,8 bis 1,4 und (I₁/I₃) = 0,1 bis 3,0 ist, diese optimale Werte aus den möglichen Bereichen der Gestaltung an, um (σ/σ₀) zu minimieren, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Rollenlager zu verhindern.

Auf dieser Grundlage gilt bei der vorliegenden Erfindung die Definition: 0,8 ≤ (I₁/_I2) ≤ 1,4 und 0,1 ≤ (I₁/I₃) ≤ 3,0.

Das Symbol x in 4 ist ein Beispiel der Bestimmung von (I₁/I₂) und (I₁/I₃) zur Minimierung von (σ/σ₀) in einem Fall, bei dem (e₁/e₃) und (d₁/d₂) nicht innerhalb der Bereiche (e₁/e₃) = 0,2 bis 1,2 bzw. (d₁/d₂) = 0,8 bis 1,4 enthalten sind. (I₁/I₂) und (I₁/I₃) sind nicht innerhalb der Bereiche (I₁/I₂) = 0,8 bis 1,4 bzw. (I₁/I₃) = 0,1 bis 3,0 enthalten, und diese Käfige sind von unpraktischer Größe, wobei der Wert (e₁/e₃) oder (d₁/d₂) nicht tatsächlich verwendet wird.

Weiter kann in Abhängigkeit von den Spezifikationen des Rollenlagers die axiale Breite des Kreisbereichs 5 relativ größer (um den Querschnitt zu vergrößern) als diejenige des zweiten Kreisbereichs 6 gemacht werden: (e₁/e₂) ≥ 1.

Dann wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₂) bzw. (I₁/I₃), zu der Zeit, wenn (σ/σ₀) den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert innerhalb der Bereiche (e₁/e₂) = 1 bis 1,8, (e₁/e₃) = 0,2 bis 1,2, (d₁/d₂) = 0,8 bis 1,4 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 bestimmt.

Das Ergebnis ist in 5 dargestellt.

Wie aus 5 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₂) = 0,8 bis 1,4 und (I₁/I₃) = 0,1 bis 0,6 ist, (σ/σ₀) minimiert, und ist der Wert (σ/σ₀) kleiner als in dem Fall von 4.

Das heißt, in einem Fall der Spezifikation derart, dass die Breite des Kreisbereichs 5 größer als diejenige des zweiten Kreisbereichs 6 ist, ohne die Größe der Tasche 8 zu verkleinern, das heißt, wenn (e₁/e₂) ≥ 1 ist, werden die folgenden Definitionen besonders bevorzugt: (I₁/I₂) = 0,8 bis 1,4 und (I₁/I₃) = 0,1 bis 0,6, um den Bruch des Käfigs zur Verwendung in einem Rollenlager zu verhindern, und kann eine weitere Optimierung erreicht werden.

Ferner wird ein Kegelrollenlager häufig an Stellen verwendet, wo abrupte Beschleunigungs-/Verzögerungs- oder Lastfluktuationen auftreten und der Käfig dazu neigt, durch das Zusammentreffen zwischen der Rolle 3 und dem Stegbereich 7 zu brechen, wie bei Walzwerk-Drehzahlreduziergetrieben für verschie dene Arten von Walzwerken zur Eisenherstellung. Weil die meisten Kegelrollenlager solche in den Bereichen (e₁/e₂) = 0,2 bis 1,8, (e₁/e₃) = 0,2 bis 1,2, (d₁/d₂) = 1,0 bis 1,4 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 sind, wurden (e₁/e₂), (e₁/e₃), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) willkürlich als Parameter innerhalb dieser Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₂) bzw. (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) den Minimalwert einnimmt, und dem Minimalwert von (σ/σ₀) bestimmt. Das Ergebnis ist in 6 dargestellt.

Wie aus 6 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₂) = 1,0 bis 1,4 und (I₁/I₃) = 0,1 bis 3,0 ist, (σ/σ₀) minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Kegelrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Käfig zur Verwendung in dem Kegelrollenlager vorzugsweise optimal gestaltet ist, wenn vorgesehen ist: 1,0 ≤ (I₁/I₂) ≤ 1,4 und 0,1 ≤ (I₁/I₃) ≤ 3,0.

Ferner wurde bei den Kegelrollenlagern, weil jene mit besonders hoher Frequenz der Benutzung in den Bereichen (d₁/d₂) = 1,0 bis 1,2 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 1,0 liegen, die Beziehung zwischen (I₁/I₂) bzw. (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert (σ/σ₀) innerhalb der Bereiche (e₁/e₂) = 0,2 bis 1,8, (e₁/e₃) = 0,2 bis 1,2, (d₁/d₂) = 1,0 bis 1,2 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 1,0 bestimmt, und das in 7 dargestellte Ergebnis wurde erreicht.

Wie aus 7 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₂) = 1,0 bis 1,2 und (I₁/I₃) = 0,1 bis 2,5 ist, (σ/σ₀) minimiert, was bevorzugt wird, um den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Kegelrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Käfig zur Verwendung in dem Kegelrollenlager vorzugsweise optimal gestaltet ist, wenn vorgesehen ist: 1,0 ≤ (I₁/I₂) ≤ 1,2 und 0,1 ≤ (I₁/I₃) ≤ 2,5.

Weiter kann in Abhängigkeit von den Spezifikationen des Kegelrollenlagers die axiale Breite des Kreisbereichs 5 größer als diejenige des zweiten Kreisbereichs 6 gemacht werden: (e₁/e₂) ≥ 1,0.

Dann wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₂) bzw. (I₁/I₃), wenn (σ/σ₀) den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert innerhalb der Bereiche (e₁/e₂) = 1,0 bis 1,8, (e₁/e₃) = 0,2 bis 1,2, (d₁/d₂) = 1,0 bis 1,2 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 1,0 bestimmt, das in 8 dargestellte Ergebnis wurde erreicht.

Wie aus 8 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₂) = 1,0 bis 1,2 und (I₁/I₃) = 0,1 bis 0,6 ist, (σ/σ₀) minimiert, und, weil der Wert (σ/σ₀) kleiner als derjenige in 7 ist, ist ersichtlich, dass eine weitere bevorzugte optimale Gestaltung erreicht werden kann in Hinblick auf das Verhindern eines Bruchs des Käfigs zur Verwendung bei dem Kegelrollenlager, durch Auswählen bzw. Einstellen von (e₁/e₂) ≥ 1,0, das heißt durch Gestalten der Breite des Kreisbereichs 5 größer als diejenige des zweiten Kreisbereichs 6 und gleichzeitig durch Auswählen bzw. Einstellen von 1,0 ≤ (I₁/I₂) ≤ 1,2 und 0,1 ≤ (I₁/I₃) ≤ 0,6.

Weil die meisten Käfige zur Verwendung bei Pendelrollenlagern solche in den Bereichen (e₁/e₂) = 0,2 bis 1,8, (e₁/e₃) = 0,6 bis 1,2, (d₁/d₂) = 0,8 bis 1,2 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 sind, wurden (e₁/e₂), (e₁/e₃), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) willkürlich als Parameter innerhalb dieser Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₂) bzw. (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ/σ₀) bestimmt, das in 9 dargestellte Ergebnis wurde erreicht.

Wie aus 9 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₂) = 0,8 bis 1,2 und (I₁/I₃) = 0,3 bis 3,0 ist, (σ/σ₀) minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass 0,8 ≤ (I₁/I₂) ≤ 1,2 und 0,3 ≤ (I₁/I₃) ≤ 3,0 für den Käfig zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager wünschenswert sind.

Ferner wurde bei den Pendelrollenlagern, weil jene mit besonders hoher Frequenz der Benutzung in den Bereichen (d₁/d₂) = 0,9 bis 1,1 und (d₁/d₃) = 0,8 bis 1,3 liegen, die Beziehung zwischen (I₁/I₂) bzw. (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert (σ/σ₀) innerhalb der Bereiche (e₁/e₂) = 0,2 bis 1,8, (e₁/e₃) = 0,6 bis 1,2, (d₁/d₂) = 0,9 bis 1,1 und (d₁/d₃) = 0,8 bis 1,3 bestimmt, und das in 10 dargestellte Ergebnis wurde erreicht.

Wie aus 10 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₂) = 0,9 bis 1,1 und (I₁/I₃) = 0,3 bis 2,5 ist, (σ/σ₀) minimiert, was in Hinblick auf das Verhindern eines Bruchs des Käfigs zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager bevorzugt wird. Das heißt, es ist ersichtlich, dass 0,9 ≤ (I₁/I₂) ≤ 1,1 und 0,3 ≤ (I₁/I₃) ≤ 2,5 ist in einem Fall des Käfigs zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager wünschenswert sind.

Weiter kann in Abhängigkeit von den Spezifikationen des Pendelrollenlagers die axiale Breite des Kreisbereichs 5 größer als diejenige des zweiten Kreisbereichs 6 gemacht werden: (e₁/e₂) > 1,0.

Dann wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₂) bzw. (I₁/I₃), wenn (σ/σ₀) den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert (σ/σ₀) innerhalb der Bereiche (e₁/e₂) = 1,0 bis 1,8, (e₁/e₃) = 0,6 bis 1,2, (d₁/d₂) = 0,9 bis 1,1 und (d₁/d₃) = 0,8 bis 1,3 bestimmt; dabei wurde das in 11 dargestellte Ergebnis erreicht.

Wie aus 11 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₂) = 0,9 bis 1,1 und (I₁/I₃) = 0,3 bis 0,6 ist, (σ/σ₀) minimiert, und, weil der Wert (σ/σ₀) kleiner als derjenige in 10 ist, wird es bevorzugt, in Hinblick auf das Verhindern eines Bruchs des Käfigs zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager (e₁/e₂) ≥ 1,0 und (I₁/I₂) = 0,9 bis 1,1 und (I₁/I₃) = 0,3 bis 0,6 zu spezifizieren. Das heißt durch Gestalten der Breite des Kreisbereichs größer als diejenige des zweiten Kreisbereichs ist eine weitere optimale Gestaltung möglich mit 0,9 ≤ (I₁/I₂) ≤ 1,1 und 0,3 ≤ (I₁/I₃) < 0,6.

Ferner können bei dem Käfig zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager, weil die Querschnittsgestalt des Kreisbereichs 5 nahezu gleich der Schnittgestalt des Kreisbereichs 6 ist, üblicherweise in Betracht gezogen werden (e₁/e₂) = 1,0 und (d₁/d₂) = 1,0. Weil die meisten der Käfige zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager innerhalb der Bereiche (e₁/e₃) = 0,2 bis 0,8 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 liegen, wurden (e₁/e₃) und (d₁/d₃) willkürlich innerhalb der Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) einen Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ/σ₀) bestimmt, das in 12 dargestellte Ergebnis wurde erreicht. Bei den meisten Käfigen zur Verwendung bei den Zylinderroilenlagern ist, weil die Querschnittsgestalt des Kreisbereichs 5 und die Querschnittsgestalt des Kreisbereichs 6 üblicherweise im Wesentlichen gleich sind, (I₁/I₂) etwa 1,0. Entsprechend wurde definiert (I₁/I₂) = 1,0.

Wie aus 12 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₃) = 0,1 bis 0,4 ist, (σ/σ₀) minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Käfig zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager optimal gestaltet ist mit 0,1 ≤ (I₁/I₃) ≤ 0,4.

Nachfolgend wird die kritische Bedeutung bezogen auf die radiale Last des Lagers W' beschrieben.

Mit der Beziehung zwischen der abmessungsfreien maximalen Biegebeanspruchung (σ'/σ₀') und (I₁'/I₂') wurde (I₁'/I₃') auf der Grundlage des Modells für die Festigkeit der Materialien berechnet, das in 28 dargestellte Ergebnis wurde erreicht.

Die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung (σ'/σ₀') wird hier in Betracht gezogen, weil ein abmessungsfreies Konzept auf jede Größe der Last zur Anwendung gebracht werden kann, um die allgemeine Brauchbarkeit zu verbessern.

Ferner ist das oben beschriebene σ' maximal unter der Biegebeanspruchung σ₁' für den Kreisbereich 5 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7, der Biegebeanspruchung σ₂' für den zweiten Kreisbereich 6 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Kreisbereich 6 und dem Stegbereich 7, der Biegebeanspruchung σ₃' für den Stegbereich 7 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7 und der Biegebeanspruchung σ₄' für den Stegbereich 7 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Kreisbereich 6 und dem Stegbereich 7, auf der Grundlage der oben beschriebenen Definition. Kleineres σ' bedeutet eine geringere Möglichkeit eines Bruchs des Käfigs 4, der durch ein Zusammentreffen zwischen der Rolle 3 und dem Stegbereich 7 verursacht ist.

Ferner ist σ₀' die maximale Biegebeanspruchung, die an dem Stegbereich 7 verursacht wird bei der Annahme eines Paares von Kreisbereichen 5 und 6 als einem starren Körper.

(σ'/σ₀') kann berechnet werden, wenn sechs Parameter (I₁'/I₂'), (I₁'/I₃'), (e₁'/e₂'), (e₁'/e₃'), (d₁'/d₂') und (d₁'/d₃') gegeben sind.

In diesem Fall repräsentieren, wie in 26 dargestellt ist, d₁ und d₂ je die Länge des Kreisbereichs 5 und des zweiten Kreisbereichs 6 unter Bildung einer eine Rolle enthaltenden Tasche 8, und ist d₃ die Länge des Stegbereichs 7.

Dann wurde bei den meisten der Käfigen zur Verwendung bei dem Rollenlager, weil mögliche Bereiche in Hinblick auf die Abmessungsfaktoren (e₁'/e₂') = 0,2 bis 1,2, (e₁'/e₃') = 0,8 bis 4,2, (d₁/d₂) = 0,8 bis 1,4 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 sind, jeder der Parameter (e₁'/e₂'), (e₁'/e₃'), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) willkürlich innerhalb der Bereiche (e₁'/e₂') = 0,2 bis 1,2, (e₁'/e₃') = 0,8 bis 4,2, (d₁/d₂) = 0,8 bis 1,4 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 in 28 geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁'/I₂') bzw. (I₁'/I₃'), zu der Zeit wenn (σ'/σ₀') einen Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ'/σ₀') bestimmt, wie in 28 angegeben ist.

In 28 ist der Wert (σ'/σ₀') mittels einer grauen Skala dargestellt, in der (σ'/σ₀') abnimmt, wenn sich die Farbe von weiß zu schwarz ändert.

Wie aus 28 ersichtlich ist, nehmen, wenn (I₁'/I₂') = 0,5 bis 2,7 und (I₁'/I₃') = 0,2 bis 6,0 ist, diese optimale Werte aus den möglichen Bereichen der Gestaltung an, um (σ'/σ₀') zu minimieren, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs für die Verwendung bei dem Rollenlager zu verhindern.

Auf dieser Grundlage gilt bei der vorliegenden Erfindung die Definition: 0,5 ≤ (I₁'/I₂') ≤ 2,7 und 0,2 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 6,0.

Das Symbol x in 28 ist ein Beispiel der Bestimmung von (I₁'/I₂') und (I₁'/I₃') zur Minimierung von (σ'/σ₀') in einem Fall, bei dem (e₁'/e₂'), (e₁'/e₃'), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) nicht innerhalb der Bereiche (e₁'/e₂') = 0,2 bis 1,2, (e₁'/e₃') = 0,8 bis 4,2, (d₁/d₂) = 0,8 bis 1,4 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 enthalten sind. (I₁'/I₂') und (I₁'/I₃') sind nicht innerhalb der Bereiche (I₁'/I₂') = 0,5 bis 2,7 und (I₁'/I₃') = 0,2 bis 6,0 enthalten, und diese Käfige sind von unpraktischer Größe, wobei jeweils der Wert für (e₁'/e₂'), (e₁'/e₃'), (d₁/d₂) oder (d₁/d₃) nicht tatsächlich verwendet wird.

Ferner wurden bei den Rollenlagern, weil jene mit besonders hoher Frequenz der Benutzung in Vorrichtungen, die starke Vibrationen verursachen, wie beispielsweise den Achsen von Schienenfahrzeugen und Vibrationssieben, in den Bereichen (e₁'/e₂') = 0,2 bis 1,2, (e₁'/e₃') = 0,8 bis 3,0, (d₁/d₂) = 0,9 bis 1,3 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 1,2 liegen, jeder der Parameter (e₁'/e₂'), (e₁'/e₃'), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) willkürlich innerhalb dieses Bereichs und der Beziehung zwischen (I₁'/I₂') und (I₁'/I₃') geändert, wenn (σ'/σ₀') den Minimalwert annimmt, und der Minimalwert (σ'/σ₀') wurde bestimmt. Das Ergebnis ist in 29 dargestellt.

Wie aus 29 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁'/I₂') = 0,8 bis 2,2 und (I₁'/I₃') = 0,2 bis 4,0 ist, (σ'/σ₀') minimiert, und dies ist zum Verhindern eines Bruchs des Käfigs zur Verwendung bei dem Rollenlager wünschenswert. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Käfig zur Verwendung bei dem Rollenlager von besonders hoher Frequenz der Verwendung in Vorrichtungen, die starke Vibrationen verursachen, wie beispielsweise den Achsen von Schienenfahrzeugen und Vibrationssieben, vorzugsweise optimal gestaltet ist, wenn vorgesehen sind: 0,8 ≤ (I₁'/I₂') ≤ 2,2 und 0,2 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 4.0.

Weil ferner die meisten Käfige zur Verwendung bei Kegelrollenlagern solche innerhalb der Bereiche (e₁'/e₂') = 0,2 bis 1,0, (e₁'/e₃') = 0,8 bis 4,2, (d₁/d₂) = 1,0 bis 1,4 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 sind, wurden (e₁'/e₂'), (e₁'/e₃'), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) willkürlich als Parameter innerhalb dieser Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁'/I₂') bzw. (I₁'/I₃'), zu der Zeit wenn (σ'/σ₀') den Minimalwert einnimmt, und dem Minimalwert von (σ'/σ₀') bestimmt. Das Ergebnis ist in 30 dargestellt.

Wie aus 30 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁'/I₂') = 1,0 bis 2,7 und (I₁'/I₃') = 0,2 bis 6,0 ist, (σ'/σ₀') minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Kegelrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Käfig zur Verwendung bei dem Kegelrollenlager optimal vorzugsweise gestaltet ist, wenn vorgesehen sind: 1,0 ≤ (I₁'/I₂') ≤ 2,7 und 0,2 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 6,0.

Ferner wurden bei den Kegelrollenlagern, weil jene, die an Stellen mit besonders hoher Frequenz der Benutzung in Vorrichtungen, die starke Vibrationen verursachen, wie beispielsweise den Achsen von Schienenfahrzeugen und Vibrationssieben, verwendet werden, in den Bereichen (e₁'/e₂') = 0,2 bis 1,0, (e₁'/e₃') = 0,8 bis 2,0, (d₁/d₂) = 1,1 bis 1,3 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 1,0 liegen, (e₁'/e₂'), (e₁'/e₃'), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) willkürlich innerhalb dieser Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁'/I₂') bzw. (I₁'/I₃'), zu der Zeit wenn (σ'/σ₀') den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ'/σ₀') bestimmt; dabei wurde das in 31 dargestellte Ergebnis erreicht.

Wie aus 31 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁'/I₂') = 1,3 bis 2,2 und (I₁'/I₃') = 0,8 bis 4,0 ist, (σ'/σ₀') minimiert, was in Hinblick auf das Verhindern des Bruchs des Käfigs zur Verwendung bei dem Kegelrollenlager bevorzugt wird. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Käfig zur Verwendung bei dem Kegelrollenlager von besonders hoher Frequenz der Verwendung in Vorrichtungen, die starke Vibrationen verursachen, wie beispielsweise bei den Achsen von Schienenfahrzeugen und Vibrationssieben, vorzugsweise optimal gestaltet ist, wenn vorgesehen sind: 1,3 ≤ (I₁'/I₂') ≤ 2,2 und 0,8 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 4.0.

Weil ferner die meisten Käfige zur Verwendung bei den Pendelrollenlagern solche innerhalb der Bereiche (e₁'/e₂') = 0,2 bis 1,2, (e₁'/e₃') = 1,0 bis 3,0, (d₁/d₂) = 0,8 bis 1,2 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 sind, wurden (e₁'/e₂'), (e₁'/e₃'), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) willkürlich als die Parameter innerhalb dieser Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁'/I₂') bzw. (I₁'/I₃'), zu der Zeit wenn (σ'/σ₀') den Minimalwert einnimmt, und dem Minimalwert (σ'/σ₀') bestimmt; dabei wurde das in 32 dargestellte Ergebnis erreicht.

Wie aus 32 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁'/I₂') = 0,5 bis 1,7 und (I₁'/I₃') = 0,2 bis 4,0 ist, (σ'/σ₀') minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass 0,5 ≤ (I₁'/I₂') ≤ 1,7 und 0,2 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 4,0 bei dem Käfig zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager bevorzugt werden.

Ferner wurden bei den Pendelrollenlagern, weil jene, die an Stellen mit besonders hoher Frequenz der Benutzung bei Vorrichtungen, die starke Vibrationen verursachen, wie beispielsweise bei Achsen von Schienenfahrzeugen und Vibrationssieben, verwendet werden, in den Bereichen (e₁'/e₂') = 0,8 bis 1,2, (e₂'/e₃') = 1,0 bis 3,0, (d₁/d₂) = 0,9 bis 1,1 und (d₁/d₃) = 0,8 bis 1,2 liegen, (e₁'/e₂'), (e₂'/e₃'), (d₁/d₂) und (d₁/d₃) willkürlich als die Parameter innerhalb dieser Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁'/I₂') bzw. (I₁'/I₃'), zu der Zeit wenn (σ'/σ₀') den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert (σ'/σ₀') bestimmt. Das Ergebnis ist in 33 dargestellt.

Wie aus 33 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁'/I₂') = 0,8 bis 1,3 und (I₁'/I₃') = 0,5 bis 4,0 ist, (σ'/σ₀') minimiert, und ist dies zum Verhindern des Bruchs des Käfigs zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager wünschenswert. Das heißt, es ist ersichtlich, dass 0,8 ≤ (I₁'/I₂') ≤ 1,3 und 0,5 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 4.0 für den Käfig wünschenswert sind, der für das Pendelrollenlager verwendet wird, insbesondere für jene, die an Stellen mit hoher Frequenz der Verwendung in Vorrichtungen verwendet werden, die starke Vibrationen verursachen, wie beispielsweise den Achsen von Schienenfahrzeugen und Vibrationssieben.

Ferner können bei dem Käfig zur Verwendung bei den Zylinderrollenlagern, weil die Querschnittsgestalt des Kreisbereichs 5 und die Querschnittsgestalt des Kreisbereichs 6 nahezu gleich sind, üblicherweise in Betracht gezogen werden (e₁'/e₂') = 1,0 und (d₁/d₂) = 1,0. Weil die meisten der Käfige zur Verwendung bei den Zylinderrollenlagern innerhalb der Bereiche (e₁'/e₃') = 0,8 bis 3,4 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 3,0 liegen, wurden (e₁'/e₃') und (d₁/d₃) willkürlich innerhalb dieser Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁'/I₃'), zu der Zeit wenn (σ'/σ₀') den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ'/σ₀') bestimmt; dabei wurde das in 34 dargestellte Ergebnis erreicht. Ferner war bei dem Käfig zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager, weil die Querschnittsgestalt des Kreisbereichs 5 und die Querschnittsgestalt des Kreisbereichs 6 üblicherweise im Wesentlichen identisch sind, (I₁'/I₂') etwa 1,0. Daher wurde (I₁'/I₂') = 1,0 bestimmt.

Wie aus 34 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁'/I₂') = 0,2 bis 0,8 ist, (σ'/σ₀') minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Käfig zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager vorzugsweise optimal gestaltet ist, wenn vorgesehen ist: 0,2 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 0,8.

Ferner wurden von den Zylinderrollenlagern, weil jene, die an Stellen mit besonders hoher Frequenz der Benutzung bei Vorrichtungen, die starke Vibrationen verursachen, wie beispielsweise bei Achsen von Schienenfahrzeugen und Vibrationssieben, verwendet werden, in den Bereichen (e₁'/e₃') = 0,8 bis 1,6 und (d₁/d₃) = 0,5 bis 1,0 liegen, (e₁'/e₃') und (d₁/d₃) willkürlich als die Parameter innerhalb der Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁'/I₂'), zu der Zeit wenn (σ'/σ₀') den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert (σ'/σ₀') bestimmt. Das Ergebnis ist in 35 dargestellt. Weil bei dem Käfig zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager die Querschnittsgestalt des Kreisbereichs 5 und die Querschnittsgestalt des Kreisbereichs 6 üblicherweise identisch sind, ist (I₁'/I₂') etwa 1,0. Daher ist definiert (I₁'/I₂') = 1,0.

Wie aus 35 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁'/I₃') = 0,2 bis 0,4 ist, (σ'/σ₀') minimiert, und dies ist zum Verhindern des Bruchs des Käfigs zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager wünschenswert. Das heißt, es ist ersichtlich, dass ferner 0,2 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 0,4 für den Käfig zur Verwendung bei dem Zylinderrollenlager wünschenswert ist, insbesondere bei jenen, die an Stellen mit hoher Frequenz der Verwendung in Vorrichtungen verwendet werden, die starke Vibrationen verursachen, wie beispielsweise bei Achsen von Schienenfahrzeugen und Vibrationssieben.

In der vorausgehenden Beschreibung ist für den Fall, bei dem die Last in der Drehrichtung (in der Umfangsrichtung) der Rolle und die Last in der radialen Lagerrichtung des Käfigs einzeln ausgeübt werden, beschrieben worden, dass zur Verbesserung der Festigkeit gegenüber der Ausübung der Last, die aus den beiden Lasten zusammengesetzt, (I₁/I₂), (I₁/I₃) und (I₁'/I₂'), (I₁'/I₃') so gewählt bzw. eingestellt werden, dass sie innerhalb der oben beschriebenen Bereiche liegen.

Es folgt jetzt eine Beschreibung für den Grund der Erfindungen unter Bezugnahme auf 14 bis 17.

Beispielsweise kann in einem Fall, bei dem die Biegebeanspruchung σ₁ für den Kreisbereich 5 extrem größer ist als die Biegebeanspruchung σ₃ für den Stegbereich 7, das heißt σ₁ » σ₃, weil ein Bruch des Käfigs 4 an dem Flächenbereich A des Kreisbereichs 5 auftritt, die Festigkeit durch Vergrößern des Flächenträgheitsmoments I₁ für den Kreisbereich 5 und gleichzeitig durch Verkleinern des Flächenträgheitsmoments I₃ für den Stegbereich 7 derart, dass das Raumvolumen für die Aufnahme der Rolle 3 nicht verkleinert wird, verbessert werden. Das Flächenträgheitsmoment kann in üblicher Weise durch Verkleinern der Querschnittsfläche verkleinert werden. Es ist selbstverständlich möglich, das Flächenträgheitsmoment durch Verändern der Querschnittsgestalt zu verändern.

Im Gegensatz hierzu kann in einem Fall, bei dem die Biegebeanspruchung σ₃ für den Stegbereich 7 extrem größer als die Biegebeanspruchung σ₁ für den Kreisbereich 5 ist, das heißt σ₃ » σ₁, weil ein Bruch des Käfigs 4 an dem Flächenbereich C des Stegbereichs 7 auftritt, die Festigkeit durch Vergrößern des Flächenträgheitsmoments I₃ für den Stegbereich 7 und gleichzeitig durch Verkleinern des Flächenträgheitsmoments I₁ für den Kreisbereich 5 derart, dass das Raumvolumen für die Aufnahme der Rolle 3 nicht verkleinert wird, verbessert werden.

Das heißt, in einem Fall, bei dem eine bedeutende Differenz zwischen der Biegebeanspruchung σ₁ für den Kreisbereich 5 und der Biegebeanspruchung σ₃ für den Stegbereich 7 besteht, kann ein Bruch des Käfigs 4 durch Verkleinern dieser Differenz der Beanspruchungen ohne Verkleinern der Anzahl der Rollen oder der Größe der Rollen verhindert werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird es in Betracht gezogen, eine optimale Gestaltung der Verbesserung der Lastkapazität für den gesamten Käfig durch Vergrößern des Flächenträgheitsmoments nur für denjenigen Bereich zur Anwendung zu bringen, bei dem die Biegebeanspruchung zunimmt, anstelle einer Verbesserung der Festigkeit des Käfigs 4 durch Vergrößern jedes Flächenträgheitsmoments für alle Bereiche des Käfigs 4 wie bei dem Stand der Technik.

Unter dem oben beschriebenen Gesichtspunkt ist (I₁/I₃) zur Minimierung des Maximalwerts der Biegebeanspruchung gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage von Werten für Abmessungsfaktoren für jeden der Bereiche innerhalb eines annehmbaren Bereichs in Hinblick auf die Gestaltung definiert.

Nachfolgend werden die kritischen Bedeutungen für die Erfindungen beschrieben.

Wenn die Beziehung zwischen der abmessungsfreien maximalen Biegebeanspruchung (σ/σ₀) und (I₁/I₃) auf der Grundlage des Modells für die Festigkeit der Materialien berechnet wird, wurde das in 4 dargestellte Ergebnis erreicht. Die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung (σ/σ₀) wird hier berücksichtigt, weil ein abmessungsfreies Konzept auf jede Größe der Last zur Anwendung gebracht werden kann, um die allgemeine Brauchbarkeit zu verbessern.

Ferner ist das oben beschriebene σ maximal unter der Biegebeanspruchung σ₁ für den Kreisbereich 5 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7 und der Biegebeanspruchung σ₃ für den Stegbereich 7 in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kreisbereich 5 und dem Stegbereich 7, auf der Grundlage der oben beschriebenen Definition. Kleineres σ bedeutet eine geringere Möglichkeit eines Bruchs des Käfigs 4, der durch ein Zusammentreffen zwischen der Rolle 3 und dem Stegbereich 7 verursacht ist. Ferner ist σ₀ die maximale Biegebeanspruchung, die an dem Stegbereich 7 verursacht wird bei der Annahme eines Paares von Kreisbereichen 5 als einem starren Körper.

(σ/σ₀) kann berechnet werden, wenn drei Parameter (I₁/I₃), (e₁/e₃) und (d₁/d₃) gegeben sind.

Dann ist, wie in 15 dargestellt ist, d₁ der Umfangsabstand zwischen zwei benachbarten Stegbereichen 7, 7 in der Umfangsrichtung. Die beiden Stegbereiche 7, 7, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, stehen von der identischen axialen Seite des Käfigs aus bezogen auf den Kreisbereich 5 in einem Fall vor, bei dem der Käfig ein solcher der Gattung mit zwei Komponenten ist, wie in 15 dargestellt ist, stehen jedoch von den einander gegenüberliegenden axialen Seiten des Käfigs aus bezogen auf den Kreisbereich 5 in einem Fall vor, bei dem der Käfig ein solcher der Gattung mit einer Komponente ist, wie in 16 dargestellt ist. Ferner ist d₃ der axiale Abstand von einer Position aus, an der eine Last W durch Zusammentreffen mit der Rolle 3 ausgeübt wird (Position des Pfeils F in 15) an der seitlichen Oberfläche des Stegbereichs 7, die der Rollfläche der Rolle 3 gegenüberliegt, an der seitlichen Fläche des Kreisbereichs 5, der der Stirnfläche der Rolle 3 gegenüberliegt.

Weil bei den meisten Käfigen zur Verwendung in dem Rollenlager (e₁/e₃) = 0,6 bis 3,2 und (d₁/d₃) = 0,2 bis 3,0 ist, wird jeder der Parameter (e₁/e₃) und (d₁/d₃) willkürlich innerhalb der Bereiche (e₁/e₃) = 0,6 bis 3,2 und (d₁/d₃) = 0,2 bis 3,0 geändert, um die Beziehung zwischen (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ/σ₀) zu bestimmen, wie in 18.

Wie aus 18 ersichtlich ist, nimmt es, wenn (I₁/I₃) = 0,3 bis 1,6 ist, einen optimalen Wert aus dem möglichen Bereich der Gestaltung an, um (σ/σ₀) zu minimieren, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Rollenlager zu verhindern.

Auf dieser Grundlage wird bei der vorliegenden Erfindung definiert 0,3 ≤ (I₁/I₃) ≤ 1,6.

Das Symbol x in 18 ist ein Beispiel der Bestimmung von (I₁/I₃) zur Minimierung von (σ/σ₀) in einem Fall, bei dem (e₁/e₃) nicht innerhalb des Bereichs (e₁/e₃) = 0,6 bis 3,2 enthalten ist. In diesem Fall ist (I₁/I₃) sind nicht innerhalb des Bereichs (I₁/I₃) = 0,8 bis 1,6 enthalten, und ein solcher Käfig ist von unpraktischer Größe, wobei der Wert von (e₁/e₃) nicht tatsächlich verwendet wird.

Ferner wird häufig ein Doppelreihen-Zylinderrollenlager oder -Pendelrollenlager an Stellen verwendet, an denen extrem große Lasten an dem Lager zur Einwirkung kommen, wie bei verschiedenen Arten von Walzwerken für die Eisenherstellung. Weil bei den meisten Doppelreihen-Zylinderlagern die Bereiche (e₁/e₃) = 0,6 bis 1,8 und (d₁/d₃) = 0,6 bis 2,2 in einem Fall sind, bei denen der Käfig ein solcher der Zweikomponenten-Gattung ist, wurden (e₁/e₃) und (d₁/d₃) willkürlich als Parameter innerhalb der oben beschriebenen Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) einen Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ/σ₀) bestimmt. Das Ergebnis ist in 19 dargestellt.

Wie aus 19 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₃) = 0,3 bis 0,9 ist, (σ/σ₀) minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Doppelreihen-Zylinderrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Zweikomponenten-Käfig zur Verwendung bei dem Doppelreihen-Zylinder rollenlager vorzugsweise optmal gestaltet ist, wenn vorgesehen ist: 0,3 ≤ (I₁/I₃) ≤ 0,9.

Weil bei den meisten Doppelreihen-Zylinderlagern die Bereiche (e₁/e₃) = 1,4 bis 3,2 und (d₁/d₃) = 0,6 bis 1,8 in einem Fall sind, bei dem der Käfig ein Einkomponenten-Käfig war, wurden (e₁/e₃) und (d₁/d₃) willkürlich als Parameter innerhalb der oben beschriebenen Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) einen Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ/σ₀) bestimmt. Das Ergebnis ist in 20 dargestellt.

Wie aus 20 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₃) = 0,7 bis 1,6 ist, (σ/σ₀) minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Doppelreihen-Zylinderrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Einkomponenten-Käfig zur Verwendung bei dem Doppelreihen-Zylinderrollenlager vorzugsweise optimal gestaltet ist, wenn vorgesehen ist: 0,7 ≤ (I₁/I₃) ≤ 1,6.

Weil bei den meisten Pendelrollenlagern die Bereiche (e₁/e₃) = 1,0 bis 3,0 und (d₁/d₃) = 0,6 bis 3,0 in einem Fall sind, bei dem der Käfig ein Zweikomponenten-Käfig war, wurden (e₁/e₃) und (d₁/d₃) willkürlich als Parameter innerhalb der oben beschriebenen Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₃), zu der Zeit wenn (σ/σ₀) den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ/σ₀) bestimmt. Das Ergebnis ist in 21 dargestellt.

Wie aus 21 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₃) = 0,5 bis 1,5 ist, (σ/σ₀) minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Zweikomponenten-Käfig zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager vorzugsweise optimal gestaltet ist, wenn vorgesehen ist: 0,5 ≤ (I₁/I₃) ≤ 1,5.

Weil bei den meisten Pendelrollenlagern die Bereiche (e₁/e₃) = 0,6 bis 2,0 und (d₁/d₃) = 0,2 bis 1,2 in einem Fall sind, bei dem der Käfig ein Einkomponenten-Käfig ist, werden (e₁/e₃) und (d₁/d₃) willkürlich als Parameter innerhalb der oben beschriebenen Bereiche geändert, und wurde die Beziehung zwischen (I₁/I₃), wenn (σ/σ₀) den Minimalwert annimmt, und dem Minimalwert von (σ/σ₀) bestimmt. Das Ergebnis ist in 22 dargestellt.

Wie aus 22 ersichtlich ist, wird, wenn (I₁/I₃) = 0,3 bis 1,0 ist, (σ/σ₀) minimiert, und ist es möglich, den Bruch des Käfigs zur Verwendung bei dem Pendel rollenlager zu verhindern. Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Einkomponenten-Käfig zur Verwendung bei dem Pendelrollenlager vorzugsweise optimal gestaltet ist, um 0,3 ≤ (I₁/I₃) ≤ 1,0 vorzusehen.

Wie aus 18 bis 22 ersichtlich ist, nimmt, wenn der Wert (I₁/I₃) größer ist, der Wert (σ/σ₀) ebenfalls zu, um einen auftretenden Nachteil zu schaffen und um die Stoßhaltbarkeit herabzusetzen. Entsprechend ist es wünschenswert, den Wert (I₁/I₃) in Abhängigkeit von den verwendeten Bedingungen kleiner zu halten.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden die Zeichnungen kurz beschrieben.
1 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines Kegelrollenlagers, bei der (A) eine Teil-Querschnittsansicht darstellt und (B) eine Schnittansicht b-b darstellt.
2 ist eine Teildraufsicht eines Käfig zur Verwendung bei einem Kegelrollenlager.
3 ist eine schematische Ansicht mit der Darstellung der Deformation des Käfigs, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Kegelrollenlagers.
4 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch das Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Rollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch das Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig, wobei (e₁/e₂) ≥ 1 ist, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Rollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch das Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch das Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Kegelrollenlager besonders hoher Frequenz der Verwendung.
8 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch das Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig, wobei (e₁/e₂) ≥ 1, ist bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Kegelrollenlager besonders hoher Frequenz der Verwendung.
9 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch das Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Pendelrollenlager.
10 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch das Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Pendelrollenlager besonders hoher Frequenz der Verwendung.
11 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch das Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig, wobei (e₁/e₂) ≥ 1 ist, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Pendelrollenlager besonders hoher Frequenz der Verwendung ist.
12 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch das Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Zylinderrollenlager.
13 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung eines Vergleichs-Belastungstests zwischen einem Käfig gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung und einem Käfig des Standes der Technik.
14 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines Doppelreihen-Zylinderrollenlagers, bei der (A) eine Teil-Querschnittsansicht darstellt und (B) eine Schnittansicht b-b darstellt.
15 ist eine Teildraufsicht auf einen Zweikomponenten-Käfig zur Verwendung bei einem Doppelreihen-Zylinderrollenlager.
16 ist eine Teildraufsicht auf einen Einkomponenten-Käfig zur Verwendung bei einem Doppelreihen-Zylinderrollenlager.
17 ist eine schematische Ansicht mit der Darstellung der Deformation eines Käfigs, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Doppelreihen-Zylindenollenlager.
18 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Rollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Zweikomponenten-Käfig zur Verwendung bei einem Doppelreihen-Zylindenollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Einkomponenten-Käfig zur Verwendung in einem Doppelreihen-Zylinderrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Zweikomponenten-Käfig zur Verwendung in einem Pendelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Einkomponenten-Käfig zur Verwendung in einem Pendelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
23 ist ein Diagramm mit der Darstellung des Ergebnisses eines Vergleichs-Belastungstests zwischen einem Käfig gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung und einem Käfig des Standes der Technik.
24 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses eines Fallaufpralltests gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
25 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines Zusammentreffens zwischen einer Rolle und einem Stegbereich bei einem Kegelrollenlager.
26 ist eine schematische Ansicht mit der Darstellung der Deformation eines Käfigs, durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Kegelrollenlager.
27 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines Kegelrollenlagers, bei der (A) eine Teil-Querschnittsansicht darstellt und (B) eine Schnittansicht b-b darstellt.
28 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Rollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
29 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Rollenlager besonders hoher Frequenz der Verwendung.
30 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
31 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Kegelrollenlager besonders hoher Frequenz der Verwendung.
32 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Pendelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
33 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Pendelrollenlager besonders hoher Frequenz der Verwendung.
34 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Zylinderrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
35 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses der Berechnung für die abmessungsfreie maximale Biegebeanspruchung, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen einer Rolle und einem Stegbereich, bei einem Käfig zur Verwendung bei einem Zylinderrollenlager besonders hoher Frequenz der Verwendung.
36 ist eine grafische Darstellung mit der Darstellung des Ergebnisses eines Vergleichs-Belastungstests zwischen einem Käfig gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung und einem Käfig des Standes der Technik.
Beste Art der Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die erste und die zweite Ausführungsform sind Beispiele von Käfigen, die in einem Rollenlager eingebaut sind, das an Stellen verwendet wird, wo Rollen wiederholt ein Zusammentreffen in Umfangsrichtung mit Stegbereichen des Käfigs infolge der Veränderung der Drehzahl der Rollen erfahren, und eine dritte Ausführungsform ist ein Beispiel eines Käfigs, das in einem Rollenlager eingebaut ist, das an Stellen verwendet wird wie Schienenfahrzeugen, wo Vibrationen häufig in der Lager-Radialrichtung eines Käfigs auftreten und Rollen wiederholt ein radiales zusammentreffen mit den Stegbereichen des Käfigs erfahren.
Der Käfig 4 dieser Ausführungsform ist in einem Kegelrollenlager eingebaut, wie in 1 und 2 dargestellt ist.
Die Breite für jeden der Kreisbereiche 5, 6 und einen Stegbereich 7 wurde derart eingestellt, da s die jeweiligen Flächenträgheitsmomente I₁, I₂ und I₃ für ein Paar der Kreisbereiche 5, 6 und den Stegbereich 7 0,8 ≤ (I₁/I₂) ≤ 1,4 und 0,1 ≤ (I₁/I₃) ≤ 3,0 sind.
So wurde die Festigkeit des Käfigs 4 verbessert, ohne die Anzahl der Taschen 8 oder das Volumen des Raums für jede der Taschen 8 stark zu verkleinern.
Das heißt, weil die Biegebeanspruchung für den Kreisbereich 5, die Biegebeanspruchung für den zweiten Kreisbereich 6 und die Biegebeanspruchung für den Stegbereich 7 optimal derart gestaltet waren, dass sie sich nicht stark voneinander unterschieden, ist es möglich, den Bruch des Käfigs 4, verursacht durch ein Zusammentreffen zwischen der Rolle 3 und dem Stegbereich 7, ohne Verkleinerung der Lastkapazität des Lagers zu verhindern.
Nachfolgend wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Der Käfig 4 dieser Ausführungsform ist in einem Doppelreihen-Zylinderrollenlager eingebaut, wie in 14 und 15 dargestellt ist.
Jede Breite für die Kreisbereiche und die Stegbereiche war derart eingestellt bzw. gewählt, dass jedes Flächenträgheitsmoment I₁ und I₃ für einen Kreisbereich 5 und einen Stegbereich 7 0,3 ≤ (I₁/I₃) ≤ 1,6 war.
So wurde die Festigkeit des Käfigs 4 verbessert, ohne die Anzahl der Taschen 8 oder das Volumen des Raums für jede der Taschen 8 stark zu verkleinern.
Das heißt, weil die Biegebeanspruchung für den Kreisbereich 5 und die Biegebeanspruchung für den Stegbereich 7 optimal derart gestaltet waren, dass sie sich nicht stark voneinander unterschieden, ist es möglich, den Bruch des Käfigs 4, verursacht durch ein Zusammentreffen zwischen der Rolle 3 und dem Steg bereich 7, ohne Verkleinerung der Lastkapazität des Lagers zu verhindern.
Nachfolgend wird die dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Der Käfig 4 dieser Ausführungsform ist in einem Kegelrollenlager eingebaut, wie in 27 dargestellt ist.
Alle Querschnittsgestalten der Kreisbereiche 5, 6 und Stegbereiche 7 waren derart eingestellt bzw. gewählt, dass die jeweiligen Flächenträgheitsmomente I₁', I₂' und I₃' für ein Paar der Kreisbereiche 5, 6 und die Stegbereiche 7 0,5 ≤ (I₁'/I₂') ≤ 2,7 und 0,2 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 6,0 waren.
So wurde die Festigkeit des Käfigs 4 verbessert, ohne die Anzahl der Taschen 8 oder das Volumen des Raums für jede der Taschen 8 stark zu verkleinern.
Das heißt, weil die Biegebeanspruchung für den Kreisbereich 5, die Biegebeanspruchung für den zweiten Kreisbereich 6 und die Biegebeanspruchung für den Stegbereich 7 optimal derart gestaltet waren, dass sie sich nicht stark voneinander unterschieden, ist es möglich, den Bruch des Käfigs 4, verursacht durch ein Zusammentreffen zwischen der Rolle 3 und dem Stegbereich 7, ohne Verkleinerung der Lastkapazität des Lagers zu verhindern.
Die erste und die dritte Ausführungsform sind Ausführungsformen, bei denen die Festigkeit sowohl gegenüber dem Zusammentreffen in Umfangsrichtung als auch gegenüber einem radialen Zusammentreffen optimiert ist. In einem Fall der Verwendung des Käfigs an solchen Stellen, dass sowohl das Zusammentreffen in Umfangsrichtung als auch das radiale Zusammentreffen wiederholt auftreten, können die Breite und die Querschnittsgestalt für jeden der Kreisbereiche 5, 6 und den Stegbereich 7 derart eingestellt bzw. gewählt sein, dass jedes Flächenträgheitsmoment I₁, I₂ und I₃ und I₁', I₂' und I₃' für das Paar der Kreisbereiche 5, 6 und den Stegbereich 7 0,8 ≤ (I₁,I₂) ≤ 1,4 und 0,1 ≤ (I₁/I₃) ≤ 3,0 und 0,5 ≤ (I₁'/I₂') ≤ 2,7 und 0,2 ≤ (I₁'/I₃') ≤ 6,0 sind. Mit einer solchen Ausbildung ist es, weil die Biegebeanspruchung für den Kreisbereich 5, die Biegebeanspruchung für den zweiten Kreisbereich 6 und die Biegebeanspruchung für den Stegbereich 7 optimal so gestaltet sind, dass sie sich voneinander nicht stark unterscheiden, dies sogar in einem Fall, bei dem sie sowohl das Zusammentreffen in Umfangsrichtung als auch das radiale Zusammentreffen einzeln oder als eine zusam mengesetzte Last erfahren, möglich, den Bruch des Käfigs 4, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen der Rolle 3 und dem Stegbereich 7, ohne Verkleinerung der Lastkapazität des Lagers zu verhindern.
Nachfolgend werden Beispiele mit Bezug auf jede der oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben.
BEISPIEL 1
Als ein Vibrations-Belastungstest zum Vergleich eines Käfigs auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung, der entsprechend der ersten Ausführungsform ausgebildet war, mit einem Käfig des Standes der Technik durchgeführt wurde, wurde das in 13 dargestellte Ergebnis erreicht.
Das Lager, das für den Test verwendet wurde, war ein Pendelrollenlager 22211.
Bei dem Lager A wurde ein Käfig des Standes der Technik verwendet, bei dem (I₁/I₂) = 0,29 und (I₁/I₃) = 0,29 waren.
Ferner wurde bei dem Lager B der Käfig gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, und wurde ein Käfig mit (I₁/I₂) = 0,88 und (I₁/I₃) = 0,50 verwendet.
Ferner wurde als Bedingungen für den Belastungstest ein Innenring 2 mit 2300 Zyklen je Minute bei einem Winke! von ±15° oszillierend bewegt, während die radiale Last auf 5% der Nennlast eingestellt war.
Der Test wurde nach 700 Stunden beendet, und es war, wie in 13 dargestellt ist, kein Bruch an dem Käfig in dem Lager B aufgetreten, während ein Bruch an dem Käfig in dem Lager A aufgetreten war, und entsprechend ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung geeignet ist, das Brechen des Käfigs zu verhindern.
BEISPIEL 2
Als ein Fall-Belastungstest zum Vergleich eines Käfigs auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung, der entsprechend der dritten Ausführungsform ausgebildet war, mit einem Käfig des Standes der Technik durchgeführt wurde, wurde das in 36 dargestellte Ergebnis erreicht.
Das Lager, dass für den Test verwendet wurde, war ein Pendelrollenlager In dem Lager A wurde ein Käfig des Standes der Technik verwendet, bei dem (I₁'/I₂') = 0,03 und (I₁'/I₃') = 0,67 waren.
Ferner wurde in dem Lager B der Käfig gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, und wurde ein Käfig mit (I₁'/I₂') = 1,05 und (I₁'/I₃') = 3,65 verwendet.
Der Fall-Belastungstest wurde zur Prüfung der Belastung des Käfigs durch Fallenlassen des Lagers zusammen mit einem Lagerkasten wiederholt durchgeführt, und bei dem Versuch von 36 wurde die Fallhöhe für die beiden Fälle des Lagers A und B derart eingestellt bzw. gewählt, dass der maximale Wert der Beschleunigung, bewirkt an dem Lagerkasten, durch den Fallaufprall 180-mal so groß war wie die Gravitationsbeschleunigung.
Wie in 36 dargestellt ist, wurde der Test ohne Bruch sogar nach dem Fallenlassen für 10 × 10⁶ Zyklen für den Käfig gemäß der voliegenden Erfindung, der in dem Lager B eingebaut war, beendet, während ein Bruch des Käfigs bei der Wiederholungsanzahl des Fallenlassen für 2,1 × 10⁶ Zyklen oder weniger für das Lager A aufgetreten ist. Wie oben beschrieben worden ist, ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung geeignet ist, ein Brechen des Käfigs zu verhindern.
BEISPIEL 3
Als ein Fallaufpralltest zum Vergleich eines kammförmigen Käfigs gemäß der vorliegenden Erfindung, der entsprechend der zweiten Ausführungsform ausgebildet war, mit einem kammförmigen Käfig des Standes der Technik durchgeführt wurde wurde das Ergebnis wie in 23 dargestellt erreicht.
Die Art des Käfigs war ein kammförmiger Einkomponenten-Käfig. Ferner war das Lager, das für den Test verwendet wurde, ein Pendelrollenlager.
Ein Käfig des Standes der Technik wurde für jedes Lager A verwendet, wobei (I₁/I₃) = 2,07 war. Ferner war der Käfig für jede der Lager B hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung und auf (I₁/I₃) eingestellt.
Der Fall-Belastungstest wurde zur Prüfung der Belastung des Käfigs durch Fallenlassen des Lagers zusammen mit einem Lagerkasten wiederholt durch geführt, und bei dem Versuch von 23 wurde die Fallhöhe für beide Fälle der Lager A und B derart eingestellt bzw. gewählt, dass der Maximalwert der Beschleunigung, bewirkt an dem Lagerkasten durch den Fallaufprall, 150 mal so groß war wie die Gravitationsbeschleunigung.
Wie in 23 dargestellt ist, ist die Wiederholungsanzahl der Aufprälle bis zum Erreichen eines Bruchs merklich größer für alle Käfige gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den Lagern B eingebaut sind, als diejenige bei den Lagern A. Wie oben beschrieben ist, ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung dazu geeignet ist, das Brechen des Käfigs zu verhindern.
Ferner wurde ein Fall-Aufpralltest unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben durchgeführt, wobei (I₁/I₃) verändert wurde. Das Ergebnis ist in. 24 dargestellt. Die Gattung des verwendeten Käfigs war ein kammförmiger Zweikomponenten-Käfig.
Die Lager, die für den Test verwendet wurden, waren Pendelrollenlager der gleichen Konzeptionen ausgenommen für die Käfige, die hergestellt wurden, wobei der Wert (I₁/I₃) der Käfige, die in den Lagern eingebaut waren, verändert wurde, wie in 24 dargestellt ist. Das in 24 dargestellte Ergebnis ist der Mittelwert für den Test, der dreimal für jedes der Lager durchgeführt wurde, die mit Käfigen mit einem identischen Wert ausgestattet waren.
In diesem Fall sind die Werte (e₁/e₃) und (d₁/d₃) derart eingestellt bzw. gewählt, dass (σ/σ₀) einen Minimalwert für jedes (I₁/I₃) annimmt.
Wie aus 24 ersichtlich ist, tritt, da der Wert (I₁/I₃) kleiner ist, ein Bruch des Käfigs seltener auf.
In diesem Fall ist (I₁/I₃) des Käfigs für die Lager D außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, und sie sind jene, die in 18 mit dem Symbol x bezeichnet sind, das heißt Käfige mit einem Fehler in Hinblick auf die Gestaltung der Abmessung. Das heißt, sie sind Lager mit verminderter Lagerkapazität oder mit einem Fehler bei der Einsparung von Raum des Lagers in Hinblick auf die Gestaltung. Das heißt, wenn (I₁/I₃) 0,3 oder kleiner ist, führt es zu einem Flächenträgheitsmoment I₃ für den Stegbereich » Flächenträgheitsmoment I₁ für den Kreisbereich, was einer kleineren Einstellung bzw. Wahl der axialen Breite des Kreisbereichs und einer größeren Einstellung bzw. Wahl der Breite des Stegbereichs in Umfangsrichtung entspricht. Dies verkleinert den Durchmesser eine Rolle, die kleiner zu halten ist, wenn die Rollen mit identischer Anzahl eingebaut werden, und die Lastkapazität kann nicht vergrößert werden, es sei denn, die Länge der Rolle würde vergrößert, was es unvermeidbar macht, die Lastkapazität des Lagers herabzusetzen oder die Breite des Lagers zu vergrößern, das heißt, die Größe des Lagers selbst muss vergrößert werden, wodurch der Gestaltung eine Einschränkung auferlegt ist.
Andererseits ist, wie aus 18 bis 22 zu ersehen ist, weil der Wert (I₁/I₃) größer ist, der Minimalwert von (σ/σ₀), der tatsächlich Anwendung finden kann, vergrößert, was zu einem scheinbaren Nachteil und einer Herabsetzung der Stoßhaltbarkeit führt.
Entsprechend ist es wünschenswert, den Wert (I₁/I₃) so klein wie möglich zu halten in Abhängigkeit von den Bedingungen, die zu verwenden sind. Jedoch ist es notwendig, den Wert (I₁/I₃) auf 0,3 oder größer in Hinblick auf die Lastkapazität und die Größenvergrößerung des Lagers zu machen, die tatsächlich notwendig ist, wie oben beschrieben ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben worden ist, können, wenn die Erfindung gemäß irgendeinem Anspruch von Anspruch 1 bis Anspruch 10 Anwendung findet, Wirkungen geschaffen werden, die geeignet sind, eine optimale Gestaltung zu erreichen, beispielsweise derart, dass sich die Biegebeanspruchung für den Kreisbereich, die Beanspruchung für den zweiten Kreisbereich und die Biegebeanspruchung – für den Stegbereich nicht stark voneinander unterscheiden, wobei die Richtung der Last, die von der Rolle auf den Käfig zur Einwirkung kommt, berücksichtigt wird und ein Bruch des Käfigs, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen der Rolle und dem Stegbereich, verhindert ist, ohne die Lastkapazität des Lagers herabzusetzen.
Insbesondere ist eine optimalere Gestaltung möglich als ein Käfig zur Verwendung bei einem Kegelrollenlager durch Anwendung der Erfindung nach Anspruch 2 oder Anspruch 5, insbesondere der Erfindung nach Anspruch 8.
Weiter ist eine optimalere Gestaltung möglich als ein Käfig zur Verwendung bei einem Pendelrollenlager durch Anwendung der Erfindung nach Anspruch 3 oder Anspruch 6, insbesondere der Erfindung nach Anspruch 9.
Weiter ist eine optimalere Gestaltung möglich als ein Käfig zur Verwendung bei einem Zylinderrollenlager durch Anwendung der Erfindung nach Anspruch 4 oder Anspruch 7, insbesondere der Erfindung nach Anspruch 10.
Ferner kann, wenn die Erfindung nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 15 Anwendung findet, dies Wirkungen schaffen, die geeignet sind, die optimale Gestaltung zu erreichen, beispielsweise derart, dass sich die Biegebeanspruchung für den Kreisbereich und die Biegebeanspruchung für den Stegbereich nicht stark voneinander unterscheiden, dies sogar bei einem kammförmigen Käfig, und einen Bruch des Käfigs, bewirkt durch ein Zusammentreffen zwischen der Rolle und dem Stegbereich, zu verhindern, ohne die Lastkapazität des Lagers herabzusetzen.
Insbesondere ist eine weitere optimale Gestaltung als ein Käfig möglich, der für ein Zweikomponenten-Doppelreihen-Zylinderrollenlager Verwendung findet, indem die Erfindung nach Anspruch 12 Anwendung findet.
Insbesondere ist eine weitere optimale Gestaltung als ein Käfig möglich, der für ein Einkomponenten-Doppelreihen-Zylinderrollenlager Verwendung findet, indem die Erfindung nach Anspruch 13 Anwendung findet.
Ferner ist eine optimalere Gestaltung als ein Käfig möglich, der für ein Zweikomponenten-Pendelrollenlager Verwendung findet, indem die Erfindung nach Anspruch 14 Anwendung findet.
Ferner ist eine optimalere Gestaltung als ein Käfig möglich, der für ein Einkomponenten-Pendelrollenlager Verwendung findet, indem die Erfindung nach Anspruch 15 Anwendung findet.

Claims

Käfig zur Verwendung in einem Kegelrollenlager, mit mehreren Stegbereichen (7), die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei sie den Rollkontaktflächen mehrerer Rollen (3) gegenüber liegen, und einem Paar Kreisbereiche (5, 6), die den Stirnflächen der Rollen (3) axial gegenüber liegen und mit axialen Enden der Stegbereiche (7) verbunden sind, wobei ein erster Kreisbereich (5) und ein zweiter Kreisbereich (6) vorgesehen sind und der Durchmesser des ersten Kreisbereichs größer oder gleich dem Durchmesser des zweiten Kreisbereichs ist und die Bestimmungsgleichung 1,0 ≤ (I1/I2) ≤ 1,2und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,6oder die Bestimmungsgleichung 1,3 ≤ (I1'/I2') ≤ 2,2und 0,8 ≤ (I1'/I3') ≤ 4,0erfüllt ist, wobei I₁ das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, I₂ das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, I₃ das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist, I₁' das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, I₂' das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und I₃' das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.
Käfig zur Verwendung in einem Kegelrollenlager nach Anspruch 1, bei welchem die Bestimmungsgleichung 1,0 ≤ (I1/I2) ≤ 1,2und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,6und die Bestimmungsgleichung 1,3 ≤ (I1'/I2') ≤ 2,2und 0,8 ≤ (I1'/I3') ≤ 4,0erfüllt sind.
Käfig zur Verwendung in einem selbstausrichtenden Rollenlager, mit mehreren Stegbereichen (7), die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei sie den Rollkontaktflächen mehrerer Rollen (3) gegenüber liegen, und einem Paar Kreisbereiche (5, 6), die den Stirnflächen der Rollen (3) axial gegenüber liegen und mit axialen Enden der Stegbereiche (7) verbunden sind, wobei ein erster Kreisbereich (5) und ein zweiter Kreisbereich (6) vorgesehen sind und der Durchmesser des ersten Kreisbereichs größer oder gleich dem Durchmesser des zweiten Kreisbereichs ist und die Bestimmungsgleichung 0,9 ≤ (I1/I2) ≤ 1,1und 0,3 ≤ (I1/I3) ≤ 0,6erfüllt ist, wobei I₁ das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, I₂ das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und I₃ das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.
Käfig zur Verwendung in einem selbstausrichtenden Rollenlager nach Anspruch 3, bei welchem die Bestimmungsgleichung 0,5 ≤ (I1'/I2') ≤ 1,7und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 4,0erfüllt ist, wobei I₁' das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, I₂' das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und I₃' das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.
Käfig zur Verwendung in einem selbstausrichtenden Rollenlager nach Anspruch 3, bei welchem die Bestimmungsgleichung 0,8 ≤ (I1'/I2') ≤ 1,3und 0,5 ≤ (I1'/I3') ≤ 4,0erfüllt ist, wobei I₁' das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, I₂' das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und I₃' das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.
Käfig zur Verwendung in einem Zylinderrollenlager, mit mehreren Stegbereichen (7), die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei sie den Rollkontaktflächen mehrerer Rollen (3) gegenüber liegen, und einem Paar Kreisbereiche (5, 6), die den Stirnflächen der Rollen (3) axial gegenüber liegen und mit axialen Enden der Stegereiche (7) verbunden sind, wobei ein erster Kreisbereich (5) und ein zweiter Kreisbereich (6) vorgesehen sind und der Durchmesser des ersten Kreisbereichs gleich dem Durchmesser des zweiten Kreisbereichs ist und die Bestimmungsgleichung I1/I2 ≅ 1und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,4oder die Bestimmungsgleichung I1'/I2' ≅ 1und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 0,8erfüllt ist, wobei I₁ das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, I₂ das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, I₃ das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse senkrecht zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist, I₁' das Flächenträgheitsmoment für den ersten Kreisbereich (5) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, I₂' das Flächenträgheitsmoment für den zweiten Kreisbereich (6) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Längsrichtung des Stegbereichs (7) ist, und I₃' das Flächenträgheitsmoment für den Stegbereich (7) bezogen auf eine neutrale Achse parallel zu der Umfangsrichtung des Käfigs ist.
Käfig zur Verwendung in einem Zylinderrollenlager nach Anspruch 6, bei welchem die Bestimmungsgleichung I1'/I2' ≅ 1und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 0,4 erfüllt ist.
Käfig zur Verwendung in einem Zylinderrollenlager nach Anspruch 6, bei welchem die Bestimmungsgleichung I1/I2 ≅ 1und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,4und die Bestimmungsgleichung I1'/I2' ≅ 1und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 0,8erfüllt sind.
Käfig zur Verwendung in einem Zylinderrollenlager nach Anspruch 6, bei welchem die Bestimmungsgleichung I1/I2 ≅ 1und 0,1 ≤ (I1/I3) ≤ 0,4und die Bestimmungsgleichung I1'/I2' ≅ 1und 0,2 ≤ (I1'/I3') ≤ 0,4erfüllt sind.