DE2014892B2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
- F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
- F16C33/10—Construction relative to lubrication
- F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
- F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
- F16C33/1075—Wedges, e.g. ramps or lobes, for generating pressure
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
- F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
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Description
Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Radialgleitlager für eine in einer Richtung drehende Welle, mit
wenigstens drei Engstellen des Lagerspaltes, zwischen denen die die Welle umschließende, die Engstellen
bildende Lagerfläche je einen Schmierölkanal aufweist, dessen Wand im Querschnitt, von der Lagerachse aus
gesehen, nach einem den Scheitel enthaltenen Teil eines Wellenberges einer endlosen Sinuslinie mit zur Lagerachse
konzentrischer kreisförmiger Nullinie gekrümmt ist.
Es sind Gleitlager bekannt, deren Bohrung schraubenlinienförmige oder andere geformte Schmiernuten
aufweist. Sie dienen dazu, das öl auf die ganze Lagerfläche zu verteilen und wirken gleichzeitig als
ölsammelräume.
Andere Gleitlager haben eine Bohrung mit im Querschnitt gewellter Oberfläche, deren Erzeugende
parallel zur Wellenachse verläuft. An den Engstellen des Spiels zwischen Lager und Welle wird zwar ein
Überdruck des Schmieröls aufgebaut, und das Zentrieren der Welle sowie ihre Querführung werden
begünstigt, jedoch sind unterhalb eines bestimmten Spiels und ab einer bestimmten Amplitude von
Schwingungen der Welle Unterbrechungen des Schmierölfilms möglich. Es ist dann nicht einfach, die
laufende Versorgung und Aufrechterhaltung des Ölfilms sicherzustellen, selbst wenn poröse, ölhaltende Lagerwerkstoffe
verwendet werden.
Bei einem bekannten Gleitlager der eingangs beschriebenen Art (AT-PS 2 03 291) soll eine vom
äußeren Zulaufdruck nahezu unabhängige, einwandfreie Durchströmung des Schmiermittels durch den Lagerspalt
erzielt werden und die Durchflußmenge mit steigender Drehzahl der Welle selbsttätig zunehmen.
Das wird dadurch erreicht, daß die Schmierölkanäle pfeilartig gegen die Drehrichtung der Welle angestellt
sind. Die Schmierölkanäle selbst sind seichte, im Grund ihres Profils im Querschnitt sinuslinienartig begrenzte
Kanäle, an die in Drehrichtung der Welle jeweils eine Keilfläche und an diese eine »Rastfläche« anschließt,
deren Form der der Welle angepaßt ist Bei dieser Ausführungsform als Mehrflächenradialgleitlager besteht
am Übergang zwischen »Rastflächen« und Schmierölkanälen bei hoher Umfangsgeschwindigkeit
der Welle die Gefahr von Kavitation. Die pfeilartige Anstellung der Schmierölkanäle entgegen der Drehrichtung
der Welle hat zur Folge, daß der Druck im Lager von der Lagermitte zu den Lagerenden hin abnimmt,
wodurch die Tragfähigkeit leidet.
Aus dem Aufsatz »Graissage per Gaz« (»Schmierung durch Gas«) in der Veröffentlichung »Machinostroienie«
1968, Seiten 393 bis 395, ist es bekannt, die Lagerfläche eines Gleitlagers im Querschnitt dem
Verlauf einer Sinuslinie entsprechend zu wellen. Es sind dabei keine besonderen Schmierkanäle vorhanden.
Die US-PS 34 33 542 betrifft ein Mehrflächen-Radialgleitlager für senkrechte Wellen, dessen Schmierölkanäle
und Lagerflächenteile Teile von Zylinderflächen sind, mit Radien und Achsen, die z.T. von denen der
Welle abweichen. Ein solches Lager ist nicht einfach herzustellen.
Jr> Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
hydrodynamisches Gleitlager der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach herstellbar ist, bei dem die
Gefahr des Abreißens des ö'lfilms vermieden ist und das die Welle durch Schmierkeilwirkung seitensteif führt.
4C Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die jeweils zwischen zwei Schmierölkanälen liegenden Lagerflächenteile im Querschnitt nach einem
sich über mehr als die Hälfte einer Periode erstreckenden Teil einer weiteren endlosen Sinuslinie mit zur
Lagerachse konzentrischer Nullinie gekrümmt sind, und zwar in Drehrichtung der Welle von einem Schmierölkanal
zum nächsten hin — von der Lagerachse aus gesehen — entsprechend einem Teil eines Wellenberges
und einem Teil des sich daran anschließenden Wellentales bis über dessen eine Engstelle des
Lagerspaltes bildenden Scheitel hinaus, daß beide Sinuslinien die gleiche Frequenz aufweisen, die Amplitude
der den Schmierölkanälen zugeordneten Sinuslinie aber größer ist als die der anderen, und daß sowohl die
Schmierölkanäle als auch die die Engsteilen bildenden Lagerflächenteile eine in Drehrichtung der Welle
gewölbte Erzeugende mit zwischen den Lagerenden liegendem Wölbungsscheitel haben.
Vorteilhafterweise ist das Verhältnis zwischen der Amplitude der den Lagerflächenteilen zugeordneten
Sinuslinie und dem Betriebsspiel an den Engstellen des Lagerspaltes kleiner als drei.
Für den Gegenstand des Anspruches 1 wird nur in seiner Gesamtheit Schutz begehrt.
Das hydrodynamische Radialgleitlager gemäß der Erfindung bietet folgende Vorteile:
Die Krümmung der Erzeugenden der Schmierölkanäle und der Lagerflächenteile in Drehrichtung der Welle
sorgt für die Aufrechterhaltung des Ölfilms und gewährleistet in Verbindung mit den im Querschnitt
nach einer Sinuslinie gekrümmten Lagerflächenteilen Schmierkeile hohen Drucks, die sich — in Richtung der
Lagerachse gesehen — über einen Winkelbereich erstrecken, der der Höhe der Wölbung der Erzeugenden
entspricht. Da das Schmiermittel im Lagerspalt gehalten wird, ist das Lager für Längzeitbetrieb
besonders geeignet. Das mit ihm zu erzielende kleine Betriebsspiel gewährleistet eine hohe Tragkraft und
eine gute Stabilität der Lagerung. Dabei ist die Gefahr einer Unterbrechung des Ölfilms oder eines Auftretens
von Kavitationserscheinungen wenigstens weitgehend vermieden.
Ein Lager mit in Drehrichtung der Welle V-förmig angestellten Nuten ist zwar bekannt (US-Patentschrift
24 79 349), es handelt sich aber um ein Lager mit einer kreiszylindrischen Lagerfläche, in der die Nuten
angeordnet sind.
Da beim erfindungsgemäßen Lager aiii. Abschnitte
der Lagerfläche und auch der Schmierölkanäle im Querschnitt nach Teilen einer endlosen Sinuslinie
gekrümmt sind, können die Lagerflächenteile gemeinsam mit den Schmierölkanälen in einem einzigen'
Drehvorgang hergestellt werden. Die Herstellungskosten sind somit kaum höher als für ein Lager mit glatter
zylindrischer Lauffläche. Die Wahl des Lagerwerkstoffes spielt hinsichtlich der Leistung des Lagers keine
Rolle.
Das durch das Lager gemäß der Erfindung ermöglich- jo
te kleine Lagerspiel und die einwandfreie Führung sowie die sich daraus ergebende Steifigkeit der
Lagerung machen das Lager z. B. für die Verwendung im Werkzeugmaschinenbau besonders geeignet.
Die bekannten hydrodynamischen Gleitlager vermit- v,
teln keinen Hinweis, an welcher Stelle der im Querschnitt sinusförmig gewellten Lagerfläche die
Schmierölkanäle anzuordnen sind und wie das Amplituden- und Periodenverhältnis der beiden Sinuslinien zu
wählen ist
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Lagers gemäß der Erfindung, wobei die radialen Ausnehmungen
der Innenfläche übertrieben groß dargestellt sind; Fig. 2 eine Profilabwicklung eines etwa 120°
umfassenden Sektors des Lagers gemäß der Erfindung, wobei die Amplitude der Sinuslinien ebenfalls übertrieben
groß dargestellt ist;
F i g. 3 den Druckverlauf im Lagerspalt.
Die in F i g. 1 dargestellte Lagerbüchse weist eine
Innenfläche auf, welche drei Winkelbereiche A mit jeweils gleichem Profil umfaßt, deren jeder sich über
120° erstreckt. Eine vergrößerte Darstellung eines solchen Winkelbereiches zeigt F i g. 2, in welcher die
Gerade D dem Umfang der Welle entspricht, während die Drehrichtung der Welle durch den Pfeil R
bezeichnet ist.
Jede Zone weist hier einen Teil B mit einem sinusförmigen Profil mit Nullinie M auf, der sich über
mehr als eine halbe Sinusschwingung erstreckt. Dieser Teil beginnt, in Drehrichtung R der Welle betrachtet,
mit einem sich zwischen den Punkten 1 und 2 erstreckenden Teil eines Wellenberges, an den sich ein
zwischen den Punkten 2,3 und 4 liegender längerer Teil eines Wellentales anschließt, wobei der Scheitelpunkt 3
dieses Teils ein Betriebsspie) / für die Welle beläOt. An
diesen Profilteil schließt sich ein weiterer von einem Wellenberg einer Sinuslinie begrenzter Teil Can, dessen
Wölbung stärker ist, als diejenige des vorangegangenen Teiles, wobei der Teil C bei H einen Schmierölkanal
bildet und am Anfang des folgenden Profilteils B endet.
Während des Betriebes wird das in jedem der Schmierölkanäle H befindliche Öl durch Schleppwirkung
in Drehrichtung R der Welle mitgenommen. Der Öldruck steigt dabei, wie in F i g. 3 dargestellt, bis zu
einem Punkt an, der ein wenig vor dem der Engstelle entsprechenden Punkt 3 liegt. Von diesem Punkt ab fällt
der Druck ab und erreicht beim Punkt 4 den Wert Null. Zwischen den Punkten 2 und 3 bildet auf diese Weise das
Öl einen tragenden Schmierkeil für die Welle. Außerdem sind die Erzeugenden der Profile B und C
gekrümmt, wobei ihre mittlere Krümmung sich in Drehrichtung R der Welle erstreckt, wie aus F i g. 1
ersichtlich ist.
Diese Krümmung der Erzeugenden hat zur Folge, daß das öl von beiden Seiten zur Mitte des Lagers hin
abgelenkt und dadurch im Lager gehalten wird. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß das öl einem
jeden der Schmierölkanäle H durch wenigstens eine Bohrung 5 zugeführt werden kann.
Um Kavitationserscheinungen zu vermeiden, sollte das Verhältnis zwischen der Amplitude des Profilteils B
und dem Betriebsspiel /stets niedriger sein als drei.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Hydrodynamisches Radialgleitlager für eine in einer Richtung drehende Welle, mit wenigstens drei
Engstellen des Lagerspaltes, zwischen denen die die Welle umschließende, die Engstellen bildende
Lagerfläche je einen Schmierölkanal aufweist, dessen Wand im Querschnitt, von der Lagerachse
aus gesehen, nach einem den Scheitel enthaltenden Teil eines Wellenberges einer endlosen Sinuslinie
mit zur Lagerachse konzentrischer kreisförmiger Nullinie gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweils zwischen zwei Schmierölkanälen (WJ1 liegenden Lagerflächenteile
im Querschnitt nach einem sich über mehr als die Hälfte einer Periode erstreckenden Teil (1 bis 4)
einer weiteren endlosen Sinuslinie mit zur Lagerachse konzentrischer Nullinie (M) gekrümmt sind, und
zwar in Drehrichtung (R) der Welle von einem Schmierölkanal zum nächsten hin — von der
Lagerachse aus gesehen — entsprechend einem Teil (1 bis 2) eines Wellenberges und einem Teil (2 bis 4)
des sich daran anschließenden Wellentales bis über dessen eine Engstelle des Lagerspaltes bildenden
Scheitel (3) hinaus, daß beide Sinuslinien die gleiche Frequenz aufweisen, die Amplitude der den
Schmierölkanälen zugeordneten Sinuslinie aber größer ist als die der anderen, und daß sowohl die
Schmierölkanäle als auch die die Engstellen bildenden Lagerflächenteile eine in Drehrichtung
der Welle gewölbte Erzeugende mit zwischen den Lagerenden liegendem Wölbungsscheitel haben.
2. Hydrodynamisches Radialgleitlager, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der
Amplitude der den Lagerflächenteilen zugeordneten Sinuslinie und dem Betriebsspiel (J) an den
Engstellen des Lagerspaltes kleiner als drei ist.
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