DE19964620B4

DE19964620B4 - Verfahren zur Herstellung eines Kegelrollenlagers

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Publication number: DE19964620B4
Application number: DE19964620.1A
Authority: DE
Inventors: Kazufumi Nakagawa; Kazumi Adachi; Kazunori Urakami; Kouji Masuoka; Takashi Tsujimoto
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2019-01-13
Also published as: US6086261A; DE19900858A1; DE19900858B4

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kegelrollenlagers, insbesondere für ein Differentialgetriebe, wobei das Kegelrollenlager Folgendes aufweist: einen Außenring (1) mit einer konischen Laufrille (1a), einen Innenring (2) mit einer konischen Laufrille (2a), einer Haltewulst (2b), auf der Seite kleinen Durchmessers der Laufrille (2a) und einer Kegelrückseiten-Wulst (2c) auf der Seite großen Durchmessers der Laufrille (2a), eine Vielzahl von Kegelrollen (3), die so angeordnet sind, dass sie zwischen der Laufrille (1a) des Außenrings (1) und der Laufrille (2a) des Innenrings (2) rollen, einen Käfig (4), um die Kegelrollen (3) entlang des Umfangs in vorher bestimmten Abständen zu halten, wobei während des Laufbetriebs des Lagers die großen Endflächen (3a) der kegelrollen (3) mit der Kegelrückseitenwulst (2c) des Innenrings (2) in Kontakt stehen und durch sie geführt werden, bestehend aus folgenden Schritten: Herstellen der an sich bekannten Kegelrollen (3) jeweils mit einer großen Endfläche (3a) und einer flachen kleinen Endfläche (3b) am anderen Ende, wobei die durch Schleifen fein bearbeitete große Endfläche (3a) eine Krümmung im Endbereich aufweist, Herstellen der Haltewulst (2b) des Innenrings (2) derart, dass die Haltewulst (2b) zu den flachen kleinen Endflächen (3b) der Kegelrollen (3) parallel ist, wenn diese auf der Laufrille (2a) des Innenrings (2) angeordnet werden, Feinbearbeiten der Kegelrückseitenwulst (2c) durch Schleifen, während gleichzeitig die Laufrillennutbreite (W) – ausgehend von der Wulst (2b) als Bezugsgröße – unter Verwendung eines Messinstruments zur Messung während der Bearbeitung gemessen wird, ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kegelrollenlagers, das in ein Differential, ein Getriebe u.Ä. eines Kraftfahrzeugs einzubauen ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Kegelrollenlager ist geeignet, einer Radiallast, einer Axiallast und einer Kombination aus derartigen Lasten ausgesetzt zu werden, und besitzt eine hohe Lastaufnahmefähigkeit. Aus diesem Grund werden Kegelrollenlager häufig dazu verwendet, drehbare Elemente in Kraftübertragungsvorrichtungen (Differentiale und Getriebe) u.Ä. von Kraftfahrzeugen und Baumaschinen zu lagern.
So sind beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug mit vorn angeordnetem Motor und Hinterradantrieb der Motor, die Kupplung und das Getriebe im vorderen Bereich der Karosserie angeordnet, während sich das Differential und die Hinterachswelle im hinteren Bereich der Karosserie befinden. Daher wird eine Kardanwelle zur Kraftübertragung zwischen diesen Elementen verwendet.
Die Drehkraft des Motors wird hinsichtlich der Drehzahl durch das Getriebe reduziert (Untersetzungsgetriebe) und auf die Kardanwelle übertragen, durch die sie dem Differential zugeführt wird.
Das Differential weist eine Untersetzungsgetriebevorrichtung und eine Differentialvorrichtung auf, wobei die Untersetzungsgetriebevorrichtung dazu dient, die Drehzahl zu reduzieren und die Antriebskraft zu erhöhen, und wobei die Untersetzungsgetriebevorrichtung insbesondere bei einem Fahrzeug mit stehenden Zylindern die Übertragungsrichtung der Antriebskraft in eine Richtung senkrecht zu dieser ändert und die Kraft dann auf eine Antriebsradwelle überträgt; die Differentialvorrichtung hat die Funktion, es bei unterschiedlicher Drehzahl des rechten und des linken Antriebsrades zu ermöglichen, dass die beiden Räder auf der Basis des Differentials rotieren, wodurch ein Schlupf der Räder verhindert wird.
Als Stand der Technik ist bereits ein Kegelrollenlager bekannt ( EP 0545384 A1 ) mit einem Außenring, einem Innenring, einer Vielzahl von Kegelrollen und einem Käfig, wobei die Kegelrollen jeweils mit einer großen Endfläche und einer flachen kleinen Endfläche am anderen Ende versehen sind. Dieses Merkmal ist damit an sich bekannt. Bei dieser bekannten Konstruktion soll ein Lagerteil für ein Lager geschaffen werden, welches zum Einsatz in einer durch Fremdstoffe verunreinigten Ölumgebung vorgesehen ist. Bisher bekannte Lagerteile hatten sich als praxisuntauglich erwiesen. Als beliebiges Beispiel wird als Lagerteil von einer Kegelrolle ausgegangen. Hier wird vorgeschlagen, dieses Lagerteil aus Einsatz gehärtetem Stahl herzustellen, mit einer Oberflächenhärte von 63–57 Rockwell-C-Härte (HRC) und einer Oberflächenhärte mit einem Austenitgehalt zwischen 20% und 25%.
Dieser bekannte Stand der Technik vermittelt damit die Lehre, eine neuartige Materialzusammenstellung für ein Lagerteil zur Lösung einer ganz bestimmten Aufgabe vorzusehen.
Zum Stand der Technik ist weiterhin ein Kegelrollenlager mit einem Spiel Δl bekannt ( JP H02-256921 A ), das zwischen den großen Endflächen der Kegelrollen und der Kegelrückseiten-Wulst des Innenrings definiert ist. Dieses Spiel soll weniger als 0,2mm betragen. Es ist schwierig und kostenaufwendig, dieses angestrebte reduzierte Spiel von weniger als 0,2 mm zu gewährleisten.
15 zeigt als nächstkommenden Stand der Technik als Beispiel ein Kegelrollenlager, das in eine Differentialgetriebevorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, einzubauen ist. Dieses Kegelrollenlager weist einen Außenring 11 mit einer konischen Laufrille 11a auf, einen Innenring 12 mit einer konischen Laufrille 12a sowie mit einer Wulst 12b auf der Seite kleineren Durchmessers der Laufrille 12a und mit einer Kegelrückseiten-Wulst 12c auf der Seite größeren Durchmessers, sowie eine Vielzahl von Kegelrollen 13, die so angeordnet sind, dass sie zwischen den Laufrillen 11a und 12a des Außen- und des Innenrings 11 und 12 rollen, und einen Käfig 14, um die Kegelrollen 13 entlang des Umfangs gleichmäßig beabstandet zu halten.
Während des Betriebs des Lagers werden die Kegelrollen 13 durch eine von den Laufrillen 11a und 12a ausgeübte Kraft gegen die Kegelrückseiten-Wulst 12c des Innenrings 12 gedrückt, während sie auf den Laufrillen rollen, wobei ihre großen Endflächen 13a mit der Kegelrückseiten-Wulst 12c in Kontakt stehen und durch diese geführt werden. Andererseits stehen während des Betriebs des Lagers die kleinen Endflächen 13b der Kegelrollen 13 nicht mit der Wulst 12b des Innenrings in Kontakt, so dass ein geringfügiges Spiel zwischen diesen existiert. Deshalb wird, was die Wülste des Innenrings 12 und die Endflächen der Kegelrolle 13 betrifft, bei dem Lagerherstellungsprozess zum Zweck der Reduzierung des Verschleißes eine Endbearbeitung durch Schleifen nur bei der Kegelrückseiten-Wulst 12c und den großen Endflächen 13a durchgeführt, wo ein Gleitkontakt auftritt, aber nicht an der Wulst 12b und den kleinen Endflächen 13b, wo kein Gleitkontakt auftritt.
Wenn ein derartiges Kegelrollenlager der vorstehend beschriebenen Art so zusammengesetzt wird, dass die aus dem Käfig 14, der Vielzahl von Kegelrollen 13 und dem Innenring 12 bestehende Anordnung von oben in die Laufrille 11a des Außenrings 11 eingesetzt wird, wobei die Wulst 12b des Innenrings 12 nach unten gerichtet ist, sitzen die Kegelrollen 13 in zusammengesetztem Zustand (Ausgangszustand) nicht in ihren normalen Positionen auf der Laufrille. Der Grad ihrer Bewegungsfreiheit in Bezug auf den Käfig 14 und den Innenring 12 erlaubt es nicht, dass die Stellung der Kegelrollen 13 beim Einsetzen fixiert wird, so dass die kleinen Endflächen 13b, wie in 16(a) dargestellt, mit der Wulst 12b des Innenrings 12 in Kontakt kommen, wobei Spiele δ zwischen den großen Endflächen 13a und der Kegelrückseiten-Wulst 12c definiert sind.
Wenn das Lager aus seinem Ausgangszustand um eine vorherbestimmte Anzahl von Umdrehungen gedreht wird, wobei das Lager eine Axialbelastung Fa erfährt {16(c)}, werden die Kegelrollen 13 axial um einen Betrag, der den Spielen δ entspricht, zur Kegelrückseiten-Wulst 12c bewegt, bis die großen Endflächen 13a mit der Kegelrückseiten-Wulst 12c in Kontakt kommen, wodurch es den Kegelrollen 13 ermöglicht wird, ihre normalen Positionen einzunehmen {16(b)}.
Im Ausgangszustand gemäß 16(a) wird das Lager in dem Befestigungsbereich einer Abstimmungsvorrichtung angeordnet, darin befestigt, einer Vorlast ausgesetzt, und normal betrieben, worauf die Kegelrollen 13 axial zur Kegelrückseiten-Wulst 12c bewegt werden, was zum Verlust der Vorlast führt, und wodurch es unmöglich wird, die erforderliche Lagerfunktion zu erhalten. Demzufolge war es bisher gängige Praxis, vor dem normalen Betrieb das Lager im Ausgangszustand gemäß 16(a) vorübergehend in den Befestigungsbereich einer Abstimmungsvorrichtung einzubringen und es zu betreiben, bis die Kegelrollen 13 ihre normale Position eingenommen haben, wie in 16(b) dargestellt, worauf das Lager in dem Befestigungsbereich befestigt wird und einer vorherbestimmten Vorlast ausgesetzt wird.
Wenn in diesem Fall die Spiele δ im Ausgangszustand größer werden oder stärker variieren, oder wenn die axiale Bewegung der Kegelrollen 13 zur Kegelrückseiten-Wulst 12c nicht gleichmäßig erfolgt, nimmt die Einlaufzeit zu, die erforderlich ist, damit die Kegelrollen 13 ihre normale Position einnehmen, und somit die Zeit, die erforderlich ist, bis die Vorlast vollständig aufgebaut ist.
Deshalb ist es unter dem Gesichtspunkt der Verkürzung der Einlaufzeit wünschenswert, dass die Dimensionen der Spiele δ und die Variationsbreite derselben im Ausgangszustand gemäß 16(a) auf ein Minimum beschränkt werden.
Bei dem herkömmlichen Kegelrollenlager tritt jedoch folgendes Problem auf:
Wie in 17 vergrößert dargestellt, ist die Wulst 12b des Innenrings 12 des herkömmlichen Kegelrollenlagers in Bezug auf die kleinen Endflächen 13b der auf der Laufrille 12a angeordneten Kegelrollen 3 nach außen geneigt.
Wegen der Variation der Größe und der Form der Fasen der kleinen Endflächen 13b (im Allgemeinen liegt die kleine Endfläche einer Kegelrolle so vor, wie sie geschmiedet wurde, und die Variation der Größe und der Form ihrer Abschrägungen ist groß, wobei diese Variation der Größe und der Form der Abschrägungen nicht nur bei Kegelrollen auftritt, sondern auch entlang des Umfangs einer Kegelrolle selbst) variieren deshalb die Kontaktpunkte zwischen den kleinen Endflächen 13b und der Wulst 12b in zusammengesetztem Zustand (Ausgangszustand). Wenn beispielsweise die Abschrägungen der kleinen Endflächen 13b so vorliegen, wie es in der gleichen Figur durch die durchgezogene Linie dargestellt ist, so sind die Kontaktpunkte im Ausgangszustand P3 und P4; wenn jedoch die Abschrägungen der kleinen Endflächen 13b so vorliegen, wie es in der gleichen Figur durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, bewegen sich die Kontaktpunkte im Ausgangszustand zu der Seite großen Durchmessers auf P3‘ und P4‘.
Wenn die Kegelrollen 13 axial zu der Seite bewegt werden, die den großen Endflächen zugeordnet ist, und an deren großer Endfläche mit der Kegelrückseiten-Wulst in Kontakt gebracht werden, und wenn darüber hinaus angenommen wird, dass δ3 der Wert der Spiele zwischen den Punkten P3 und P4 und δ4 der Wert der Spiele zwischen den Punkten P3‘ und P4‘ ist, so gilt δ3 < δ4. Das bedeutet, dass die Werte der Spiele δ mit der Variation der Kontaktpunkte variieren, die durch die Variation der Größe der Abschrägung verursacht wird. Aus diesem Grund ist es schwierig, die Spiele δ genau festzulegen.
Da die Variation der Größe und der Form der Abschrägungen der kleinen Endflächen 13b dazu führt, dass die Werte der Spiele δ variieren, nimmt außerdem die Variation der Spiele δ selbst dann zwangsläufig zu, wenn die Breite (W‘) der Nut in der Laufrille des Innenrings 12 und die Längen (L‘) der Kegelrollen genau kontrolliert werden.
Wenn die Variation der Spiele δ, die durch die Variation der Größe und Form der Abschrägungen der kleinen Endflächen der Kegelrollen verursacht wird, in Bezug auf ein bestimmtes Kegelrollenlager betrachtet wird, tritt die Variation unter der Vielzahl von montierten Kegelrollen auf, was dazu führt, dass die Kegelrollen unterschiedlich lange Zeit brauchen, um ihre normale Position einzunehmen. Daher steigt die Anzahl der Einlaufvorgänge des Lagers (Anzahl der Umdrehungen des Lagers: Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten, die erforderlich sind, bis das Lager vollständig in Position gebracht ist. Da die Variation der Spiele δ bei Lagern auftritt, tritt bei Lagern auch eine Variation der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten auf.
Der Versuch, diesem Problem dadurch zu begegnen, dass der Kontrollbereich (Maßtoleranz) für die Laufrillennutenbreite (W‘) und die Längenabmessungen (L‘) reduziert wird, und dass der Bezugswert für die Abmessungen der Spiele δ reduziert wird, würde zu einer Erhöhung der Kosten für das Zerspanen und für die Kontrolle führen.
Außerdem erfolgt gewöhnlich die Überprüfung der Laufrillennutenbreite (W‘) des Innenrings 12 mit der Endfläche als Bezugsgröße, wobei es jedoch sehr wahrscheinlich ist, dass Fehler entstehen, und wobei es schwierig ist, die Variation der Laufrillennutenbreite (W‘) zu reduzieren. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, die Laufrillennutenbreite (W‘) mit der Wulst 12b als Bezugsgröße zu steuern. Die herkömmliche Wulst 12b hat jedoch eine geneigte Form, und je nachdem, wie eine Bezugsposition gewählt wird, besteht ein Unterschied in der Laufrillennutenbreite (W‘), so dass es schwierig ist, die Nutenbreite (W‘) genau fertig zu bearbeiten.
Darüber hinaus enthielten bisher die Kegelrollen während des Einlaufvorgangs noch das Rostschutzöl, mit dem sie anfänglich für den Versand behandelt wurden. Dieses Rostschutzöl, das für den Versand aufgebracht wurde, dient jedoch hauptsächlich dem Schutz vor Rost und zeigt eine schlechte Schmierleistung. Daher ist die Bildung von Ölfilmen zwischen den Rollflächen der Kegelrollen und den Laufrillen des Innen- und des Außenrings ungenügend, was dazu führt, dass die Kegelrollen sich manchmal nicht gleichmäßig axial zu der Seite bewegen, die der großen Endfläche zugeordnet ist, was meist zu einer Verlängerung der Zeit für den Einlaufvorgang führt.
Außerdem ist das herkömmliche Kegelrollenlager so konstruiert, dass die Position der Mitte des Kontaktbereichs zwischen der Rollfläche 13c der Kegelrolle 13 und den Laufrillen 12a und 11a des Innen- und des Außenrings 12 und 11 sich in der axialen Mitte der Kegelrolle 13 (der Position der halben Länge L‘) befindet, so dass es Fälle gibt, in denen die axialen Bewegungen der Kegelrollen 13 während des Einlaufvorgangs nicht gleichmäßig sind, was meist zu einer Verlängerung der Einlaufzeit führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für ein Kegellager insbesondere für ein Differentialgetriebe zu schaffen, bei welchem die Einlaufzeit verkürzt und die Wirksamkeit des Vorbelastungsvorgangs erhöht wird, was insgesamt zu einer erheblichen Kostenreduzierung führt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Herstellung für ein Kegelrollenlager aus folgenden Schritten:
Herstellen der an sich bekannten Kegelrollen jeweils mit einer großen Endfläche und einer flachen kleinen Endfläche am anderen Ende, wobei die durch Schleifen fein bearbeitete große Endfläche eine Krümmung im Endbereich aufweist,
Herstellen der Haltewulst des Innenrings derart, dass die Haltewulst zu den flachen kleinen Endflächen der Kegelrollen parallel ist, wenn diese auf der Laufrille des Innenrings angeordnet werden,
Feinbearbeiten der Kegelrückseitenwulst durch Schleifen, während gleichzeitig die Laufrillennutbreite – ausgehend von der Wulst als Bezugsgröße – unter Verwendung eines Messinstruments zur Messung während der Bearbeitung gemessen wird,
Messen der Spiele zwischen der Haltewulst des Innenrings und den flachen kleinen Endflächen der Kegelrollen, wenn die Kegelrollen auf der Laufrille des Innenrings angeordnet werden und über die großen Endflächen mit der Kegelrückseitenwulst des Innenrings in Kontakt kommen, wobei die Spiele δ auf einen Wert 0,2 mm ≤ δ ≤ 0,4 mm festgelegt werden.
Durch diese erfindungsgemäßen Schritte bei der Herstellung eines Kegelrollenlagers ergibt sich eine überraschende Verbesserung bezüglich der Reduzierung der Einlaufzeit und damit einer Reduzierung der Kosten. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird folgendes ausgeführt:
Wie vergrößert in 6 dargestellt, ist die Wulst 2b des Innenrings 2 so ausgebildet, dass sie parallel zu den kleinen Endflächen 3b der auf der Laufrille 2a angeordneten Kegelrollen 3 liegt, wodurch der Einfluss der Variation der Größe und der Form der Abschrägungen der kleinen Endflächen 3b auf die Spiele δ beseitigt werden kann. Wenn beispielsweise die Abschrägungen der kleinen Endflächen 3b so vorliegen, wie es durch die durchgezogene Linie in der gleichen Figur dargestellt ist, so sind die Kontaktpunkte in zusammengesetztem Zustand (Ausgangszustand) P5 und P6; wenn jedoch die Abschrägungen der kleinen Endflächen 3b so vorliegen, wie es in der gleichen Figur durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, bewegen sich die Kontaktpunkte im Ausgangszustand zu der Seite großen Durchmessers auf P5‘ und P6‘.
δ5 sei der Wert des Spiels zwischen den Punkten P5 und P6, wenn die Kegelrollen 3 axial zu der Seite bewegt werden, die den großen Endflächen zugeordnet ist, bis die großen Endflächen mit der Kegelrückseiten-Wulst in Kontakt kommen, und δ6 sei der Wert der Spiele zwischen den Punkten P5‘ und P6‘. Da die Wulst 2b und die kleinen Endflächen 3b parallel sind, gilt dann δ5 = δ6, so dass die Werte des Spiels δ selbst dann nicht variieren, wenn die Kontaktpunkte variieren. Damit verschwindet die Variation der Spiele δ aufgrund der Variation der Größe und der Form der Abschrägungen der kleinen Endflächen 3b.
Betrachtet man ein bestimmtes Kegelrollenlager, so wird hier der Unterschied in der Zeit, die benötigt wird, bis die Kegelrollen ihre normale Position einnehmen, reduziert, da unter der Vielzahl der in das Lager eingesetzten Kegelrollen keine Variation der Spiele δ aufgrund der Variation der Größe und der Form der Abschrägungen der kleinen Endflächen auftritt. Daher sinkt die Anzahl der Einlaufvorgänge (Anzahl der Umdrehungen des Lagers: Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten), die erforderlich sind, bis das Lager vollständig in Position gebracht ist. Außerdem wird die Variation der Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten bei jedem Lager unterdrückt.
Darüber hinaus gewährleistet die Feinbearbeitung der Kegelrückseiten-Wulst mit der Wulst in der Form, die als Bezugsgröße verwendet wird, dass die Laufrillennutenbreite (W), die sich von der Wulst bis zur Kegelrückseiten-Wulst erstreckt, genau kontrolliert wird.
Die Wulst der Form definiert ein Ende der Laufrillennutenbreite des Innenrings, die den Bereich der axialen Bewegung der Kegelrollen definiert und dient als Bezugswert für die Steuerung der Spiele δ und die Steuerung der Laufrillennutenbreite (W). Um Genauigkeit zu gewährleisten, sollte sie daher vorzugsweise eine durch Schleifen feinbearbeitete Oberfläche sein; wenn die erforderliche Genauigkeit gewährleistet werden kann, kann sie jedoch aus Gründen der Kostensenkung auch eine durch Drehen feinbearbeitete Oberfläche sein.

Die Spiele δ zwischen der Wulst des Innenrings und den kleinen Endflächen der Kegelrollen, die entstehen, wenn die Kegelrollen auf der Laufrille des Innenrings angeordnet werden, wobei die großen Endflächen der Kegelrollen mit der Kegelrückseiten-Wulst des Innenrings in Kontakt gebracht werden, können so gesteuert werden, dass sie in dem Abmessungsbereich δ ≤ 0,4 mm liegen. Der Ausdruck δ ≤ 0,4 mm bedeutet, dass der maximale Wert der Spiele δ 0,4 mm nicht überschreitet. Dieser Wert ist aus folgendem Grund auf δ ≤ 0,4 mm festgelegt:
Kegelrollenlager wurden bisher so zusammengesetzt, dass die Anpassung zwischen dem Innenring und den Kegelrollen dazu führte, dass die Spiele δ im Ausgangszustand gemäß 16(a) δ > 0,5 mm (für ein Kegelrollenlager, bei dem die Wulst des Innenrings in Bezug auf die kleinen Endflächen der Kegelrollen nach außen geneigt ist) und δ ≤ 0,45 mm (für ein Kegelrollenlager, bei dem die Wulst des Innenrings parallel zu den kleinen Endflächen der Kegelrollen ist) betrugen. Dann wurde die Anzahl der Einlaufvorgänge (Anzahl der Umdrehungen des Lagers: Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten) dieser Kegelrollenlager festgestellt, die für einen Wechsel vom Ausgangszustand gemäß 16(a) bis zu dem Zustand der endgültigen Einrichtung gemäß 16(b) erforderlich sind. Hierbei wurden folgende Ergebnisse erzielt:

	δ > 0,5	0 > δ ≤ 0,45
Anzahl der Proben	10	66
Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten (Durchschnitt)	6,0 (Minimum: 2, Maximum: 8)	2,96 (Minimum: 2, Maximum: 4)
Standardabweichung	σ_n-1 = 1,33	σ_n-1 = 0,56

Wie vorstehend dargestellt, war bei einem Wert δ ≤ 0,45 mm die Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten gering, so dass gute Ergebnisse erzielt wurden. Insbesondere bei einem Wert δ ≤ 0,4 mm war die Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten gering, und es wurde beobachtet, dass die Variation dazu tendierte, geringer zu werden. Folglich wurde in der vorliegenden Erfindung der Wert δ ≤ 0,4 mm als der zu bevorzugende Bereich gewählt.
Gemäß der Erfindung werden die Faktoren für die Variation der Spiele δ aufgrund der Variation der Größe und der Form der Abschrägungen der kleinen Endflächen der Kegelrollen beseitigt. Selbst wenn der Bezugswert für die Spiele δ auf einen hohen Wert innerhalb des zulässigen Bereiches festgelegt wird, ist daher die resultierende Variation der Spiele δ so gering, dass der Zustand der endgültigen Einrichtung des Kegelrollenlagers während des Einlaufvorgangs in kurzer Zeit erreicht wird. Somit ist es möglich, den Einlaufvorgang für diese Art von Kegelrollenlagern zu verkürzen und die Wirksamkeit der Vorbelastung zu erhöhen. Darüber hinaus können selbst dann zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden, wenn die Steuerbreite (Maßtoleranz) für die Laufrillennutenbreite des Innenrings und für die Länge der Kegelrolle und der Bezugswert für das Spiel δ auf hohe Werte innerhalb des zulässigen Bereichs festgelegt werden. Damit ist die Erfindung in Bezug auf die Senkung der Kosten für die spanabhebende Formgebung und für die Kontrolle vorteilhaft.
Bei dem nach der Erfindung hergestellten Kegelrollenlager, kann ein vor Rost schützendes Schmieröl eingesetzt werden dessen kinematische Viskosität bei 20° C 120 cst oder mehr beträgt. Es wird zumindest auf die Oberflächen der Bestandteile des Lagers aufgetragen, die einer Reibung ausgesetzt sind. Dieses vor Rost schützende Schmieröl hat gleichzeitig die Fähigkeit, einer guten Schmierfähigkeit, und wird anstatt des vor Rost schützenden Öls verwendet, das bisher hauptsächlich zum Zweck der Vermeidung von Rost während des Versands auf Lager aufgetragen wurde. Eine derartige Anordnung wird aus folgenden Gründen verwendet:
Zuerst wurden Kegelrollenlager so zusammengesetzt, dass die Anpassung zwischen dem Innenring und den Kegelrollen dazu führte, dass die Spiele δ in zusammengesetztem Zustand (Ausgangszustand) δ = 0,2 mm, 0,25 mm, 0,3 mm, 0,4 mm betrugen, und das herkömmliche vor Rost schützende Öl (dessen kinematische Viskosität bei 20° 66 cst beträgt) sowie ein Getriebeöl (dessen kinematische Viskosität bei 20° 439 cst beträgt) wurden aufgetragen. Dann wurde die Anzahl der Einlaufvorgänge (Anzahl der Umdrehungen des Lagers: Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten) dieser Kegelrollenlager festgestellt, die erforderlich waren, bis die Kegelrollen axial um einen den Spielen δ entsprechenden Betrag aus dem Ausgangszustand bewegt wurden, um mit der Kegelrückseiten-Wulst in Kontakt zu kommen, und bis sie ihre endgültige Position eingenommen hatten. Hierbei wurden die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse erzielt: Tabelle 1 Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten (Durchschnitt)

Aufgetragenes Öl Kinematische Viskosität (cst) Spiel δ (mm)

0,2 0,25 0,3 0,4

Rostschutzöl 66 6,0 6,0 5,0 7,0

Getriebeöl 439 2,0 2,4 3,0 3,2

* Die Werte für die kinematische Viskosität gelten für 20°C
Wie in Tabelle 1 dargestellt, ist bei Lagern, die mit dem herkömmlichen Rostschutzöl (dessen kinematische Viskosität 66 cst ist) behandelt sind, die Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten groß (im Durchschnitt 6), selbst wenn die Spiele δ nur 0,2 mm klein sind, während bei Lagern, die mit dem Getriebeöl (dessen kinematische Viskosität 439 cst ist) behandelt sind, die Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten klein ist (im Durchschnitt 3,2), selbst wenn die Spiele δ 0,4 mm groß sind, d.h. es werden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.
Dann wurde der Zusammenhang zwischen der kinematischen Viskosität von Öl und der Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten von Lagern ermittelt, indem die Abmessung der Spiele δ so gesteuert wurde, dass δ ≤ 0,4 mm (δ ≤ 0,4 mm bedeutet, dass der maximale Wert der Spiele δ 0,4 mm nicht überschreitet), und indem fünf Arten von Öl (deren kinematische Viskosität bei 20°C jeweils 19 cst, 66 cst, 128 cst, 330 cst und 439 cst ist) auf die Lager aufgetragen wurden. Hierbei wurden die in 7 dargestellten Ergebnisse erzielt. Die Testbedingungen waren folgendermaßen: Axiallast Fa = 5 kgf, Anzahl der Umdrehungen des Innenrings = 15 U/min, Testtemperatur = 20°C.
Wie in 7 dargestellt, nimmt die Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten der Lager proportional zur kinematischen Viskosität des Öls ab, und die erzielten Ergebnisse ergaben, dass die Anzahl bei einem Öl mit einer kinematischen Viskosität von 128 cst durchschnittlich 6 ist (Minimum: 3), bei einem Öl mit 330 cst durchschnittlich 4 (Minimum: 2) und bei 439 cst durchschnittlich 3 (Minimum: 2), d.h. die Ergebnisse waren zufriedenstellend.
Aus den obigen Testergebnissen wird ersichtlich, dass die Anwendung eines Öls, dessen kinematische Viskosität bei 20°C 120 cst oder mehr beträgt, die Zeit des Einlaufvorgangs von Lagern verkürzt, und dass die Anwendung eines Öls, dessen kinematische Viskosität bei 20°C 300 cst oder mehr beträgt, besonders wirksam ist. Zusätzlich zu der vorgenannten Anordnung gilt gemäß einer weiteren Anordnung, dass ein Ölfilmparameter Λ, der durch folgende Formel ausgedrückt wird, nicht geringer ist als 1, wodurch die Bildung von Ölfilmen verbessert wird und vorteilhaftere Ergebnisse erzielt werden: 1/2Λ = h₀/(σ₁ ² + σ₂ ²)

h₀:: Dicke der Ölfilme, die zwischen der Rollfläche der Kegelrolle und den Laufrillen des Innen- und des Außenrings gebildet werden
σ₁:: Durchschnittliche Rauheit der Rollfläche der Kegelrolle
σ₂:: Durchschnittliche Rauheit der Laufrillen des Innen- und des Außenrings

Der Zusammenhang zwischen der kinematischen Viskosität des Öls und der Dicke des Ölfilms (der zwischen der Rollfläche der Kegelrolle und den Laufrillen des Innen- und des Außenrings gebildet wird) wurde ermittelt, indem σ₁ auf 0,08 μm Ra und σ₂ auf 0,13 μm Ra festgelegt wurden und fünf Arten von Öl (deren kinematische Viskosität bei 20°C jeweils 19 cst, 66 cst, 128 cst, 330 cst und 436 cst betrug) auf die Lager aufgetragen wurden. Hierbei wurden die in 8 dargestellten Ergebnisse erzielt. Die Testbedingungen waren folgendermaßen: Axiallast Fa = 5 kgf, Anzahl der Umdrehungen des Innenrings = 15 U/min, Testtemperatur = 20°C.
Wie in 8 dargestellt, nimmt die Dicke des Ölfilms proportional zur kinematischen Viskosität des Öls zu (die Dicke des Ölfilms nimmt auch proportional zur Drehzahl zu), und es wurde beobachtet, dass bei einem Wert der kinematischen Viskosität des Öls von 120 cst oder mehr selbst bei einer langsamen Rotation während des Einlaufvorgangs Λ ≥ 1 ist.
Durch das vor Rost schützende Schmieröl, werden die axialen Bewegungen der Kegelrollen zu der Seite, die den großen Endflächen zugeordnet ist, verbessert. Deshalb kann die Zeit für den Einlaufvorgang für diese Art von Kegelrollenlager verkürzt werden, und die Zuverlässigkeit des Vorbelastungsvorgangs nach dem Einlaufvorgang kann verbessert werden. Darüber hinaus kann der Bezugswert für die Spiele δ auf einen hohen Wert innerhalb des zulässigen Bereichs eingestellt werden, was vom Standpunkt der Reduzierung der Kosten für die spanabhebende Bearbeitung und für die Steuerung vorteilhaft ist. Außerdem verbessert der auf 1 oder mehr ansteigende Ölfilmparameter Λ die Bildung von Ölfilmen, was sich als äußerst wirksam erweist.
Das nach der Erfindung hergestellte Kegelrollenlager, besitzt eine Vielzahl von Kegelrollen, die eine konische Rollfläche haben, welche eine Balligkeit aufweist., Diese sind so angeordnet, dass sie zwischen den Laufrillen des Außen- und des Innenrings rollen, mit einem Käfig, um die Kegelrollen entlang des Umfangs in vorherbestimmten Abständen zu halten, wobei eine mittlere Kontaktposition zwischen einer Rollfläche der Kegelrolle und den Laufrillen des Innen- und des Außenrings von der axialen Mitte der Kegelrolle zu der Seite großen Durchmessers versetzt ist.
Der Begriff „Balligkeit“ (konvexe Balligkeit) bedeutet, dass die Generatrix der Laufrille oder der Rollfläche mit einer leichten Krümmung versehen wird, wobei der Fall eingeschlossen ist, dass sie anstatt einer einzigen Krümmung auch mit einer Vielzahl von Krümmungen (komplexe Balligkeit) versehen ist.
Der Kontakt zwischen einer Rollfläche und einer Laufrille ist theoretisch ein Punktkontakt, doch die Größe der Balligkeit ist so gering, dass ein derartiger Kontakt in der Nähe der Oberseite der Balligkeit praktisch ein axialer Linienkontakt ist.
Die mittlere Kontaktposition zwischen der Rollfläche und den Laufrillen ist von der axialen Mitte der Kegelrolle (d.h., von der Position L/2, wobei L die Länge der Kegelrolle ist) versetzt. Unter dieser Bedingung wurde die Anzahl der Einlaufvorgänge (Anzahl der Umdrehungen des Lagers: Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten) vom Ausgangszustand gemäß 16(a) bis zum endgültigen Einrichten gemäß 16(b) ermittelt. Hierbei wurden die in 11 dargestellten Ergebnisse erzielt.
Wie in 11 dargestellt, wird durch die Versetzung der mittleren Kontaktposition von der Position L/2 auf die Seite großen Durchmessers die Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten des Lagers reduziert. Besonders zufriedenstellende Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Größe der Versetzung α auf die Seite großen Durchmessers 5% oder 10% der Länge L der Kegelrolle betrug. Übersteigt die Größe der Versetzung α einen Wert von 10%, so ergäbe sich ein nachteiliger Einfluss auf das ruckfreie Rollen der Kegelrolle. Daher ist es wünschenswert, dass die Größe der Versetzung α nicht mehr als 10% beträgt.
Gemäß der Erfindung werden die axialen Bewegungen der Kegelrollen zu der Seite, die den großen Endflächen zugeordnet ist, verbessert, da die mittlere Kontaktposition zwischen der Rollfläche der Kegelrollen und den Laufrillen des Innen- und des Außenrings von der axialen Mitte der Kegelrolle zu der Seite großen Durchmessers versetzt ist. Außerdem kann die Zeit für den Einlaufvorgang für diese Art von Kegelrollenlager verkürzt werden, und die Zuverlässigkeit des Vorbelastungsvorgangs nach dem Einlaufvorgang kann verbessert werden. Darüber hinaus kann der Bezugswert für die Spiele δ auf einen hohen Wert innerhalb des zulässigen Bereichs festgelegt werden, was vom Standpunkt der Reduzierung der Kosten für die spanabhebende Bearbeitung und für die Steuerung vorteilhaft ist.
Eine Wellenstützstruktur, die – wie oben erwähnt – eine Welle durch das Kegelrollenlager in Bezug auf das Gehäuse drehbar stützt, ermöglicht eine hohe Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der Vorbelastung, so dass eine derartige Struktur zur Verwendung als Stützstruktur für eine Kfz-Getriebevorrichtung, insbesondere für die Antriebskegelradwelle des Differentials, geeignet ist.
Um Kraftfahrzeuge in Bezug auf deren Kraftstoffverbrauch möglichst effizient zu machen, ist es zwingend notwendig, Verluste bei der Kraftübertragung im Kraftübertragungssystem zu reduzieren. Als Mittel hierfür ist das Reibungsdrehmoment der Lagerbereiche in dem Kraftübertragungssystem zu reduzieren. In diesem Fall ist eszweckmäßig, das Reibungsdrehmoment des Lagers, das die Ritzelwelle des Differentials stützt, zu reduzieren.
Demzufolge ist der Winkel (Kontaktwinkel α), den die Laufrille des Außenrings mit der Lagermittelachse bildet, auf 21 bis 25 Grad festgelegt; das Verhältnis (Dickenverhältnis PR = DA/W × 100) des durchschnittlichen Durchmessers (DA) der Kegelrollen zum Abstand (W) zwischen der Innenfläche des Innenrings und der Außenfläche des Außenrings, gesehen als Schnitt, der sich orthogonal zur Achse der Kegelrolle und durch die Position erstreckt, an der der Durchmesser der Kegelrolle den Wert des durchschnittlichen Durchmessers DA annimmt, ist auf 40% bis 51% festgelegt; der Rollenkoeffizient (γ), der durch γ = (Z·DA)/(π·PCD) ausgedrückt ist (Z: Anzahl der Kegelrollen, DA: durchschnittlicher Durchmesser der Kegelrollen, PCD: Wälzkreisdurchmesser der Kegelrollen) ist auf 0,86 bis 0,94 festgelegt; und das Verhältnis (= L/DA) der Länge L der Kegelrolle zum durchschnittlichen Durchmesser ist auf 1,20 bis 2,25 festgelegt.
Im Allgemeinen besteht das Rotationsdrehmoment (M) eines Kegelrollenlagers hauptsächlich aus einem Rollreibungsdrehmoment (MR), das zwischen den Rollflächen der Kegelrollen und den Laufrillen des Innen- und des Außenrings wirkt, und einem Gleitreibungsdrehmoment (MS), das zwischen den großen Endflächen der Kegelrollen und der Kegelrückseiten-Wulst des Innenrings wirkt.
Wie in 14 dargestellt, nimmt das Gleitreibungsdrehmoment (MS) mit zunehmender Drehzahl ab, während das Rollreibungsdrehmoment (MR) mit zunehmender Drehzahl zunimmt; daher neigt das Rotationsdrehmoment (M) dazu, mit zunehmender Drehzahl abzunehmen, bis zu einer bestimmten Drehzahl N0, nach der es mit zunehmender Drehzahl zunimmt.
Bisher wurden Anstrengungen unternommen, die Rauheit der großen Endfläche der Kegelrolle und der Kegelrückseiten-Wulst des Innenrings zu reduzieren, um das Rotationsdrehmoment (M) zu reduzieren. Durch einen derartigen Vorgang kann jedoch nur das Gleitreibungsdrehmoment (MS) reduziert werden, während es unmöglich ist, das Rollreibungsdrehmoment (MR) zu reduzieren, das den größeren Teil des Drehmoments darstellt, das in den Bereichen hoher und mittlerer Drehzahl auftritt.
Durch das Festlegen des Kontaktwinkels α, des Dickenverhältnisses PR, des Rollenkoeffizienten γ und des Verhältnisses (L/DA) auf die genannten Werte wird das Rollreibungsdrehmoment MR reduziert und das Rotationsdrehmoment (M) insbesondere in den Bereichen hoher und mittlerer Drehzahl wirksam reduziert.
Darüber hinaus kann, um das Gleitreibungsdrehmoment (MS) zu reduzieren, die durchschnittliche Rauheit (R) {R = (Rr² + Rb²)}^1/2, d.h. der Durchschnitt der Rauheit (Rr) der großen Endfläche der Kegelrolle und der Rauheit (Rb) der Kegelrückseiten-Wulst des Innenrings, die mit der großen Endfläche in Kontakt ist und diese führt, auf einen Wert von 0,14 μm Ra oder weniger festgelegt werden.
Bei einem nach der Erfindung hergestellten Kegelrollenlager wird das Rotationsdrehmoment in den hohen und mittleren Drehzahlbereichen des Kegelrollenlagers reduziert, um Verluste bei der Kraftübertragung am Differential zu reduzieren, wodurch Kraftfahrzeuge in Bezug auf deren Kraftstoffverbrauch möglichst effizient gemacht werden. Da außerdem der Kontaktwinkel α auf einen Bereich von 21 bis 25 Grad festgelegt wird, kann im Vergleich zu bekannten Gegenständen eine hohe Steifheit und eine lange Lebensdauer des Lagers erwartet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von der in Zeichnungen dargestellten Beschreibung näher erläutert:
In der Zeichnung zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Beispiel für die Anordnung des Differentials eines Kraftfahrzeugs;
2 einen Schnitt durch ein Kegelrollenlager gemäß einer Ausführungsform;
3 einen Schnitt durch den Innenring des Kegelrollenlagers gemäß 2;
4 eine Vorderansicht einer Kegelrolle des Kegelrollenlagers gemäß 2;
5 einen Schnitt, aus dem ersichtlich wird, wie ein Spiel δ gemessen wird;
6 eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs A des Schnittes in 5;
7 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der kinematischen Viskosität von aufzutragendem Öl und der Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten eines Lagers;
8 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der kinematischen Viskosität von aufzutragendem Öl und der Dicke des Ölfilms;
9 einen Schnitt durch ein Kegelrollenlager gemäß einer weiteren Ausführungsform;
10 einen Schnitt durch ein Kegelrollenlager gemäß einer weiteren Ausführungsform;
11 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Größe der Abweichung der Kontaktmitte und der Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten des Lagers;
12 einen Schnitt durch ein Kegelrollenlager gemäß einer weiteren Ausführungsform;
13 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen U/min und Drehmoment;
14 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen U/min und Drehmoment;
15 einen Schnitt durch ein herkömmliches Kegelrollenlager;
16 einen Schnitt, der den Zustand (Ausgangszustand) bei der Montage eines herkömmlichen Kegelrollenlagers zeigt {16(a)}, einen Schnitt, der den Zustand nach dem Einlaufen zeigt {16(b)}, und einen Schnitt, der den Zustand während des Einlaufens zeigt {16(c)}; und
17 einen vergrößerten Teilschnitt, aus dem die Umfänge einer Wulst und einer kleinen Endfläche bei einem herkömmlichen Kegelrollenlager ersichtlich sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel für die Anordnung eines Differentials eines Kraftfahrzeugs. In dieser Figur sind die Richtungen „Oben“ und „Unten“ jeweils die Richtungen „Vorn“ und „Hinten“ der Karosserie. Eine Antriebskegelradwelle 22 ist in die vordere innere Umfangsfläche eines Differentialgehäuses 21 eingesetzt und drehbar durch ein Paar Kegelrollenlager 23 und 24 gestützt. Das vordere Ende der Antriebskegelradwelle 22 ist mit einer Kardanwelle verbunden, und das hintere Ende ist mit einem Antriebskegelrad (kleines Untersetzungsrad) 22a verbunden oder einstückig damit ausgebildet, wobei das Antriebskegelrad mit einem Tellerrad (großes Untersetzungsrad) 25 in Eingriff ist.
Das Tellerrad 25 ist mit einem Differentialgetriebegehäuse 26 verbunden, das durch ein Paar Kegelrollenlager 27 und 28 in Bezug auf das Differentialgehäuse 21 drehbar gestützt wird. In dem Differentialgetriebegehäuse 26 sind ein Paar Ausgleichskegelräder 29 und ein Paar damit in Eingriff befindliche Achswellenräder 30 installiert. Die Ausgleichskegelräder 29 sind auf einer Ritzelwelle 31 befestigt, und die Achswellenräder 30 sind über Druckscheiben auf dem Differentialgetriebegehäuse 26 befestigt. Die nicht dargestellten linken und rechten Antriebswellen sind (wie durch Profilverzahnungen) mit den Bohrungen der diesen jeweils entsprechenden Achswellenräder 30 verbunden.
Das Antriebsdrehmoment der Kardanwelle wird auf folgendem Weg übertragen: Antriebskegelrad 22a → Tellerrad 25 → Differentialgetriebegehäuse 26 → Ausgleichskegelräder 29 → Achswellenräder 30 → Antriebswellen. Andererseits wird der Fahrwiderstand der Reifen auf dem Weg Antriebswellen → Achswellenräder 30 → Ausgleichskegelräder 29 übertragen.
2 zeigt Kegelrollenlager (Lager 23, 24, 27, 28) insbesondere Lager 23, 24, um die Antriebskegelradwelle 22 in Bezug auf das Differentialgehäuse 21 drehbar zu stützen), die in das Differential eines Kraftfahrzeugs eingebaut sind, wie vorstehend beschrieben. Das Kegelrollenlager bei dieser Ausführungsform besteht aus einem Außenring 1 mit einer konischen Laufrille 1a, einem Innenring 2 mit einer konischen Laufrille 2a, einer Wulst 2b auf der Seite kleinen Durchmessers der Laufrille 2a, und einer Kegelrückseiten-Wulst 2c auf der Seite großen Durchmessers, einer Vielzahl von Kegelrollen 3, die so angeordnet sind, dass sie zwischen den Laufrillen 1a und 2a des Außen- und des Innenrings 1 und 2 rollen, und einem Käfig 4, um die Kegelrollen 3 entlang des Umfangs in vorherbestimmten Abständen zu halten. Während des Betriebs des Lagers werden die Kegelrollen 3 durch eine von den Laufrillen 1a und 2a ausgeübte Kraft gegen die Kegelrückseiten-Wulst 2c des Innenrings 2 gedrückt, während sie auf den Laufrillen rollen, wobei ihre großen Endflächen 3a mit der Kegelrückseiten-Wulst 2c in Kontakt stehen und durch diese geführt werden. Während des Betriebs des Lagers stehen die kleinen Endflächen 3b der Kegelrollen 3 nicht mit der Wulst 2b des Innenrings 2 in Kontakt, sondern es existiert ein geringfügiges Spiel zwischen ihnen.
3 zeigt den Innenring 2. Der Innenring 2 wird in folgenden Schritten aus einem Stahlrohling erzeugt: Schmieden → Drehen → Wärmebehandlung → Schleifen. Normalerweise werden die Endflächen, die Innenfläche, die Laufrille 2a und die Kegelrückseiten-Wulst 2c geschliffen. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch die Wulst 2b so auf der Drehmaschine bearbeitet, dass sie im Wesentlichen parallel zu den kleinen Endflächen 3b der (auf der Laufrille 2a angeordneten) Kegelrollen 3 ist, wie in der gleichen Figur durch die strichpunktierte Linie dargestellt; außerdem wird sie abschließend geschliffen, um eine Oberfläche zu schaffen, die parallel zu den kleinen Endflächen 3b ist. Wenn die erforderliche Präzision erzielt werden kann, kann die Wulst 2b darüber hinaus auch durch Drehen feinbearbeitet werden, um eine Oberfläche zu schaffen, die parallel zu den kleinen Endflächen 3b ist.
Die Kegelrückseiten-Wulst 2c kann durch Schleifen feinbearbeitet werden, wobei gleichzeitig die Laufrillennutenbreite (W), ausgehend von der Wulst 2b als Bezugsgröße unter Verwendung eines Messinstruments zur Messung während der Bearbeitung gemessen wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Laufrillennutenbreite (W) innerhalb einer vorherbestimmten Maßtoleranz in Bezug auf die Zielgröße genau feinbearbeitet wird. Im Allgemeinen ist Schleifen auf der Basis eines Messinstruments zur Messung während der Bearbeitung ein Verfahren, bei dem während des Schleifens ein Messinstrument an einem Werkstück angelegt wird, um zu erfassen, wie weit das Schleifen fortgeschritten ist, worauf schließlich der Schleifvorgang beendet ist.
Die Laufrillennutenbreite (W) des Innenrings 2 ist die Ausdehnung zwischen der Wulst 2b und der Position P, an der die große Endfläche 3a der Kegelrolle 3 mit der Kegelrückseiten-Wulst 2c in Kontakt ist (wobei diese Ausdehnung parallel zur Achse der Kegelrolle 3 ist); die Wulst 2b bietet eine Oberfläche, die ein Ende der Laufrillennutenbreite definiert.
Wie in 4 dargestellt, besitzt die Kegelrolle 3 eine große Endfläche 3a mit einer Krümmung (die abgerundete Endfläche ist in der Figur übertrieben dargestellt) an einem Ende und einer flachen kleinen Endfläche 3b ohne Krümmung am anderen Ende. Im mittigen Bereich der großen Endfläche 3a ist ein ausgesparter Bereich 3a1 ausgebildet. Die große Endfläche 3a (außer dem ausgesparten Bereich 3a1) und die Rollfläche 3c werden durch Schleifen feinbearbeitet, während die kleine Endfläche 3b normalerweise so belassen wird, wie sie geschmiedet wurde. Die Längenausdehnung (L) der Kegelrolle 2 wird innerhalb einer vorherbestimmten Toleranz in Bezug auf die Zielgröße feinbearbeitet. Darüber hinaus ist die Längenausdehnung (L) die Ausdehnung zwischen der kleinen Endfläche 3b und der Wulst 2b und der Position P, an der die große Endfläche 3a mit der Kegelrückseiten-Wulst 2c in Kontakt ist (wobei die Ausdehnung parallel zur Achse der Kegelrolle 3 ist).
Wenn das Kegelrollenlager dieser Ausführungsform auf die gleiche Weise zusammengesetzt wird wie das herkömmliche Lager, nämlich so, dass eine aus dem Käfig 4, der Vielzahl von Kegelrollen 3 und dem Innenring 2 bestehende Anordnung von oben in die Laufrille 1a des Außenrings 1 eingesetzt wird, wobei die Wulst 2b des Innenrings 2 nach unten gerichtet ist, lagern sich die Kegelrollen 3 während des Zusammensetzens nicht in ihren normalen Positionen auf der Laufrille ein; stattdessen werden ihre kleinen Endflächen 3b mit der Wulst 2b des Innenrings 2 in Kontakt gebracht, wobei zwischen den großen Endflächen 3a und der Kegelrückseiten-Wulst 2c Spiele δ definiert werden. In diesem Ausgangszustand, wobei darüber hinaus eine Axiallast ausgeübt wird, wird das Lager um eine erforderliche Anzahl von Umdrehungen gedreht, worauf die Kegelrollen 3 axial um einen den Spielen δ entsprechenden Betrag in Richtung der Kegelrückseiten-Wulst 2c bewegt werden. Damit kommen, wie in 2 dargestellt, die großen Endflächen 3a mit der Kegelrückseiten-Wulst 2c in Kontakt, wobei sich die Kegelrollen 3 in ihre normalen Positionen einlagern.
Um die Anzahl der Einlaufvorgänge (Anzahl der Umdrehungen des Lagers: Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten) zu beschränken, die erforderlich sind, bis der Zustand des endgültigen Einrichtens gemäß 2 erreicht ist, wie vorstehend beschrieben, ist es wünschenswert, die Bandbreite der Variation der Spiele δ (den Weg, den die Kegelrolle 3 axial zurücklegt) auf ein Minimum zu beschränken. Bei dieser Ausführungsform werden die Laufrillennutenbreite (W) des Innenrings 2 und die Längenausdehnungen (L) der Kegelrollen 3 innerhalb vorherbestimmter Maßtoleranzen feinbearbeitet; die Wulst 2b des Innenrings 2 wird so zerspant, dass sie parallel zu den kleinen Endflächen 3b der Kegelrollen 3 ist; und die Spiele δ zwischen der Wulst 2b und den kleinen Endflächen 3b, die definiert werden, wenn die Kegelrollen 3 auf der Laufrille 2a des Innenrings 2 angeordnet werden und wenn deren große Endflächen 3a mit der Kegelrückseiten-Wulst 2c in Kontakt gebracht werden, werden gemessen, wodurch die Spiele δ so festgelegt werden, dass sie innerhalb des Größenbereichs δ ≤ 0,4mm liegen. Daher ist es möglich, die Hürde des Messergebnisses der Anzahl der Einlaufvorgänge (Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten), nämlich 4 oder weniger (durchschnittlich 2,96) zuverlässig zu überwinden; somit kann der Einlaufvorgang in relativ kurzer Zeit abgeschlossen werden. Da die Steuerbreite (Maßtoleranz) der Laufrillennutenbreite (W) und die Längenausdehnung (L) sowie der Bezugswert für die Spiele δ auf hohe Werte innerhalb des zulässigen Bereichs festgelegt werden können, ist diese Anordnung darüber hinaus vom Standpunkt der Senkung der Kosten für die spanabhebende Formgebung und für die Kontrolle vorteilhaft.
Nachdem das Spiel δ in der oben beschriebenen Weise auf einen erforderlichen Wert festgelegt wurde, wird auf die Anordnung (bestehend aus dem Innenring 2, den Kegelrollen 3 und dem Käfig 4) und auf den Außenring 1 ein vor Rost schützendes Schmieröl aufgetragen (durch Eintauchen, Besprühen oder ein anderes Verfahren), und die beiden Einheiten werden für den Versand zu einem vollständigen Lager zusammengesetzt.
Dieses Schmieröl hat vorzugsweise bei 20°C eine kinematische Viskosität von 120 cst oder mehr. Die wichtigsten Eigenschaften des Öls sind:
Spezifisches Gewicht (15/4°C): 0,881
Fließpunkt (°C): –7,5
Kinematische Viskosität (cst, bei 20°C): 340
Viskositätsindex: 95
Kupferplattenkorrosion: 1b
Anilinpunkt (°C): 114,0
TAN (mgKOH/g): 0,45
Das obengenannte Schmieröl hat bei 20°C eine kinematische Viskosität von 340 cst; nach dem Auftragen dieses vor Rost schützenden Schmieröls wird ein Einlaufvorgang durchgeführt. Aus den Testergebnissen gemäß 7 wird ersichtlich, dass die Anzahl der Wiederholungen bis zum endgültigen Einrichten des Lagers durchschnittlich 4 ist (Minimum: 2), d.h. der Einlaufvorgang kann in relativ kurzer Zeit abgeschlossen werden. Da das Schmieröl auch in Bezug auf den Rostschutz überlegen ist, kann gleichzeitig das Rosten des Lagers verhindert werden.
9 zeigt bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schematisch einen Zustand, in dem die Laufrillen 1a‘ und 2a‘ des Außen- und des Innenrings 1 und 2 mit der Rollfläche 3c‘ der Kegelrolle 3 in Kontakt stehen. Die Balligkeit ist hier stark übertrieben dargestellt. Außerdem wurde auf die Darstellung des Kä4 verzichtet. Die punktierten Linien weisen übertrieben auf die Formen der Laufrille und der Rollfläche des herkömmlichen Lagers hin. Die Scheitelpunkte der Balligkeiten der Laufrille und der Rollfläche des herkömmlichen Lagers befinden sich an deren jeweiliger axialer Mitte, und die Mitte des Kontakts zwischen der Rollfläche und der Laufrille befindet sich in der axialen Mitte der Kegelrolle.
Bei dieser Ausführungsform sind die Scheitelpunkte der Balligkeiten der Laufrille 1a‘, der Laufrille 2a‘ und der Rollfläche 3c‘ von ihrer jeweiligen axialen Mitte zu der Seite großen Durchmessers hin versetzt, wodurch die mittlere Kontaktposition C zwischen den Laufrillen 1a‘ und 2a‘ und der Rollfläche 3c‘ von der axialen Mitte der Kegelrolle 3 (d.h. von der Position ½ L) um einen vorherbestimmten Betrag α zur Seite großen Durchmessers versetzt wird. Die Größe der Versetzung α kann auf einen Bereich von mehr als 0 bis höchstens 10% der Länge (L) der Kegelrolle 3 festgelegt werden. Bei dieser Ausführungsform ist sie so festgelegt, dass α = 5%. Darüber hinaus ist die Länge (L) die Ausdehnung zwischen der kleinen Endfläche 3b und der Kontaktposition P, an der die große Endfläche 3a mit der Kegelrückseiten-Wulst 2c in Kontakt steht (wobei die Ausdehnung parallel zur Achse der Kegelrolle 3 ist). Die Größe der Balligkeit (Größe des Gefälles) kann nach Wahl innerhalb folgender Bereiche eingestellt werden: 1–6 μm für die Rollfläche 3c‘, 1–20 μm für die Laufrille 1a‘ und 1–20 μm für die Laufrille 2a‘ (10–50 μm für eine zusammengesetzte Balligkeit). Eine derartige Anordnung gewährleistet eine ruckfreie axiale Bewegung der Kegelrolle 3 zu der Kegelrückseiten-Wulst 2c während des Einlaufvorgangs und verkürzt die Zeit für den Einlaufvorgang. Die anderen Details können der obigen Ausführungsform entsprechen.
Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß 10 ist der Kontaktwinkel der Laufrille 1a‘‘ des Außenrings (der Winkel, in dem eine Verlängerung der Laufrille 1a‘‘ die Achse des Lagers schneidet: strenggenommen der Winkel, in dem die Tangente an der mittleren Kontaktposition C der Laufrille 1a‘‘ die Achse des Lagers schneidet) kleiner als bei dem herkömmlichen Lager (das in der gleichen Figur durch punktierte Linien dargestellt ist), während der Kontaktwinkel der Laufrille 2a‘‘ des Innenrings 2 größer ist als bei dem herkömmlichen Lager (das in der gleichen Figur durch punktierte Linien dargestellt ist), wodurch die mittlere Kontaktposition C zwischen den Laufrillen 1a‘‘ und 2a‘‘ und der Rollfläche 3c‘‘ von der axialen Mitte der Kegelrolle 3 (der Position der halben Länge L) um einen vorherbestimmten Betrag α axial zu der Seite großen Durchmessers hin versetzt ist. Die anderen Details können der obigen Ausführungsform entsprechen.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist der Kontaktwinkel α der Laufrille 1a des Außenrings 1 auf 22,5 Grad festgelegt, das Dickenverhältnis PR (= DA/W × 100) auf 46%, der Rollenkoeffizient γ {= (Z·DA)/(π·PCD)} auf 0,88 und das Verhältnis (= L/DA) auf 1,81. Darüber hinaus ist die durchschnittliche Rauheit (R), d.h. der Durchschnitt der Rauheit (Rr) der großen Endfläche 3a der Kegelrolle 3 und der Rauheit (Rb) der Kegelrückseiten-Wulst 2c des Innenrings 2 auf einen Wert von 0,14 μm Ra oder weniger festgelegt. Die anderen Details können der obigen Ausführungsform entsprechen.
Der Kontaktwinkel α ist ein Winkel, den die Laufrille 1a des Außenrings 1 mit der Lagerachse X bildet. Das Dickenverhältnis PR ist das Verhältnis des durchschnittlichen Durchmessers DA der Kegelrolle 3 zum Abstand W zwischen der Innenfläche des Innenrings 2 und der Außenfläche des Außenrings 1, gesehen als Schnitt P, der sich orthogonal zur Achse der Kegelrolle 3 und durch die Position erstreckt, an der der Durchmesser der Kegelrolle 3 den Wert des durchschnittlichen Durchmessers DA annimmt. Der durchschnittliche Durchmesser DA der Kegelrolle 3 wird als DA = (DW + DW2)/2 ausgedrückt, wobei DW der Durchmesser der großen Endfläche 3a und DW2 der Durchmesser der kleinen Endfläche 3b ist. Wenn PBAS der Krümmungsradius der Endfläche R der großen Endfläche 3a ist, wenn β der Kegelwinkel der Rollfläche und L die Länge der Kegelrolle 3 ist, dann gilt: DW = 2·RBAS·tan (β/2), und DW2 = 2 (RBAS – L)·tan (β/2).
13 zeigt die Ergebnisse der Messung des Rotationsdrehmoments (M) unter der Bedingung einer angelegten Axiallast Fa = 1.000 kgf bei dem Kegelrollenlager der obigen Anordnung (Ausführungsgegenstand) und bei einem Kegelrollenlager (Vergleichsgegenstand), dessen Parameter so festgelegt wurden, dass der Kontaktwinkel α = 20 Grad, das Dickenverhältnis PR = 38%, der Rollenkoeffizient γ = 0,85 und das Verhältnis (L/DA) = 2,38 sind. Wie in der gleichen Figur dargestellt, zeigt der Ausführungsgegenstand gegenüber dem Vergleichsgegenstand eine überlegene Eigenschaft niedriger Drehmomente in den Bereichen hoher und mittlerer Drehzahl.
Darüber hinaus sind die Kegelrollenlager bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zur Verwendung als Lager geeignet, die nicht nur in ein Differential, sondern auch in ein Getriebe o.Ä. eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kegelrollenlagers, insbesondere für ein Differentialgetriebe, wobei das Kegelrollenlager Folgendes aufweist: einen Außenring (1) mit einer konischen Laufrille (1a), einen Innenring (2) mit einer konischen Laufrille (2a), einer Haltewulst (2b), auf der Seite kleinen Durchmessers der Laufrille (2a) und einer Kegelrückseiten-Wulst (2c) auf der Seite großen Durchmessers der Laufrille (2a), eine Vielzahl von Kegelrollen (3), die so angeordnet sind, dass sie zwischen der Laufrille (1a) des Außenrings (1) und der Laufrille (2a) des Innenrings (2) rollen, einen Käfig (4), um die Kegelrollen (3) entlang des Umfangs in vorher bestimmten Abständen zu halten, wobei während des Laufbetriebs des Lagers die großen Endflächen (3a) der kegelrollen (3) mit der Kegelrückseitenwulst (2c) des Innenrings (2) in Kontakt stehen und durch sie geführt werden, bestehend aus folgenden Schritten: Herstellen der an sich bekannten Kegelrollen (3) jeweils mit einer großen Endfläche (3a) und einer flachen kleinen Endfläche (3b) am anderen Ende, wobei die durch Schleifen fein bearbeitete große Endfläche (3a) eine Krümmung im Endbereich aufweist, Herstellen der Haltewulst (2b) des Innenrings (2) derart, dass die Haltewulst (2b) zu den flachen kleinen Endflächen (3b) der Kegelrollen (3) parallel ist, wenn diese auf der Laufrille (2a) des Innenrings (2) angeordnet werden, Feinbearbeiten der Kegelrückseitenwulst (2c) durch Schleifen, während gleichzeitig die Laufrillennutbreite (W) – ausgehend von der Wulst (2b) als Bezugsgröße – unter Verwendung eines Messinstruments zur Messung während der Bearbeitung gemessen wird, Messen der Spiele (δ) zwischen der Haltewulst (2b) des Innenrings (2) und den flachen kleinen Endflächen (3b) der Kegelrollen (3), wenn die Kegelrollen (3) auf der Laufrille (2a) des Innenrings (2) angeordnet werden und über die großen Endflächen (3a) mit der Kegelrückseitenwulst (2c) des Innenrings (2) in Kontakt kommen, wobei die Spiele δ auf einen Wert 0,2 mm ≤ δ ≤ 0,4 mm festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltewulst (2b) des Innenrings (2) durch Schleifen fein bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltewulst (2b) des Innenrings (2) durch Drehen fein bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, dass die Länge (L) jeder der Kegelrollen (3) so gesteuert wird, dass sie innerhalb einer vorbestimmten Maßtoleranz liegt.