DE2152125A1 - Roll for a roller bearing - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Rolle für ein Wälzlager.The invention relates to a roller for a roller bearing.
Bei Radiallagern, die relativ leicht belastet sind und die dabei mit hohen Drehzahlen umlaufen, tritt bei Verwendung von massiven Rollenelementen ein Phänomen auf, das in der Fachwelt als Gleiten ("skidding") bekannt ist. Hierboi übersteigt die Zentrifugalkraft auf die Rolle um einen | großen Betrag die Kräfte, welche wirksam sind, um den ■.Rollenkontakt aufrechtzuerhalten. Dies führt zu erhöhten Arbeitstemperaturen des Lager3, einem hohen Geräusch^piegel und verkürzt zudem die Lagerlebensdauer. Das Gleiten der Rollen kann auch zu einem Durchschlagen des Schmiermittelfilms des Lagers führen, was seinerseits zu einer Verschlechterung der miteinander in Berührung kommenden Flächen führt und zur Verkürzung der Lagerlebensdauer beiträgt«In the case of radial bearings that are relatively lightly loaded and that rotate at high speeds, it is used of massive roller elements, a phenomenon known in the technical world as sliding ("skidding"). Hierboi exceeds the centrifugal force on the roller by one | great amount the forces which are effective to the ■. Maintain role contact. This leads to increased Working temperatures of the warehouse3, a high level of noise and also shortens the bearing life. The sliding of the rollers can also result in strikethrough of the lubricant film of the bearing, which in turn leads to a deterioration of the surfaces in contact with one another leads and contributes to the shortening of the bearing life «
13in weiteres Problem, das bei leichtbelaateten und für hohe Drehzahlen bestimmten Rollenlagern mit massivem Rollen auftritt, ist, daß die Rollen bei einer vorgegebenen Lager-Bankkonto : Braunacfiwaiglacha Staatsbank, Filial· Bad Ganderahalm, Kto.-Nr. 22.118.970 ■ Poatacheckkonto: Hannover W7 IB Ra/Β t Another problem that occurs with roller bearings that are lightly loaded and intended for high speeds with solid rollers is that the rollers must be used with a given warehouse bank account: Braunacfiwaiglacha State Bank, Branch · Bad Ganderahalm, Account No. 22,118,970 ■ Poatacheckkonto: Hannover W7 IB Ra / Β t
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größe eine festgelegte Federkonstante haben, welche bei bestimmten Lagerdrehzahlen zu harmonischen Schwingungen führt, die zu Schaden am Lager führen können und die gegebenenfalls auch, vom Lager zu anderen Teilen der zugehörigen Maschine übertragen werden und dort weitere Schaden und selbst zerstörende Kräfte hervorrufen können.size have a fixed spring constant which leads to harmonic oscillations at certain bearing speeds which can lead to damage to the warehouse and possibly also from the warehouse to other parts of the warehouse associated machine are transferred and there can cause further damage and self-destructive forces.
Werden Lager dort angewendet, wo der normalen Lagerbelastung Stoßkräfte überlagert sind, so können massive Rollen und/oder ihre Rollbahnen eine plastische Verformung erfahren, was zu einem schlechten Lauf und frühzeitigem Lagerausfall führte Auch können, wenn ein Lager dieser Art Fluchtfehler zwischen Welle und Gehäuse aufnehmen muß, die Rollen höhere Belastungskonzentrationen ausgesetzt sein, weil nicht die gesamte wirksame Länge jeder Rolle in Berührung mit den Rollbahnen steht. Dies kann ebenfalls infolge der hohen Spannungen an der Berührungsstelle und der sich ergebenden Schubspannungen unterhalb der Oberfläche die Lagerlebensdauer verringern.If bearings are used where impact forces are superimposed on the normal bearing load, massive Rollers and / or their runways undergo plastic deformation, resulting in poor running and premature Bearing failure also resulted if a bearing record this type of misalignment between shaft and housing the roles must be exposed to higher stress concentrations because not the entire effective length each roller is in contact with the runways. This can also be due to the high voltages at the point of contact and the resulting sub-surface shear stresses reduce bearing life.
Bei früheren Versuchen zur Lösung des Problems des Gleitens (skidding) wurden relativ dünnwandige hohle Rollen verwendet, und es wurde bei massive Rollen aufweisenden Lagern eine Vorbelastung verwendet. Keine von beiden MaiSnahmen erwies sich als zufriedenstellend, da die sehr niedrige Federkonstante der dünnwandigen Rollen zu gefährlichen Schwingungsproblemen führt, während das Vorbelasten von massive Rollen aufweisenden Lagern in dem zum Verhindern des Gleitens notwendigen Ausmaß zu einem hohen Anlauf-Drehmoment und zu zusätzlichen Problemen mit Wärmeausdehnungsunterschieden führt.In previous attempts to solve the problem of skidding, relatively thin-walled hollow ones were used Rollers have been used and a preload has been used in bearings having solid rolls. None of Both May names proved to be satisfactory since the very low spring constant of the thin-walled rollers leads to dangerous vibration problems while the preloading of solid roller bearings to the extent necessary to prevent slippage high starting torque and additional problems with differences in thermal expansion.
Was das Problem der möglicherweise zerstörerischen harmonischen Schwingungen anbetrifft, so ist bei dieserAs for the problem of potentially destructive harmonic oscillations, this is the case
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Art von Lagern bisher noch wenig zu seiner Lösung unternommen wordene Der übliche Lösungsweg zum Lösen des Problems hoher Stoßkräfte war es, die Lager stark überzudimensionxeren; dies reduziert die Wirkungen der Stoßkräfte, erhöht aber die Gesamt größe und die G-esamtkosten des Lagers. Das Problem der Fluchtfehler wurde gewöhnlich dadurch berücksichtigt, daß man die Rollen und ihre Laufbahnen ballig ausführte. (Tonnenlager) Hierdurch kann das Lager den Fluchtfehler ausgleichen, aber die Länge des Rollenkontakts wird wesentlich vermindert, wodurch sich hohe Spannungen an der Berührungsstelle und starke Schubspannungen unterhalb der Ober- i fläche ergeben»Type of bearings little has been done to solve the problem so far. The usual approach to solving the problem of high impact forces has been to greatly oversize the bearings; this reduces the effects of the impact forces but increases the overall size and cost of the bearing. The misalignment problem has usually been addressed by making the rollers and their raceways crowned. (Tons stock) This allows the bearing to compensate for the misalignment, but the length of the roll contact is substantially reduced, resulting in high stresses arise at the interface and strong shear stresses below the top surface i "
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile der bekannten Rollen zu vermeiden.It is therefore an object of the invention to avoid disadvantages of the known rollers.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Rolle dadurch erreicht, daß sie als hohle mit einer axialen, sie durchdringenden Hittelausnehmung ausgebildet ist, wobei die Dicke der Wand der Rolle eine Funktion des Durchmessers der Mittelausnehmung, des Durchmessers der Rolle und der Lagerbelastung ist, und daß der Durchmesser der Mittelausnehmung nicht weniger als 40$ oder mehr als 60$ des Durchmessers der Rolle beträgtο Durch die Erfindung erhält man also eine fAccording to the invention, this is achieved in a role mentioned at the outset in that it is as a hollow with an axial, it penetrating central recess is formed, the thickness of the wall of the roller Function of the diameter of the central recess, the diameter of the roller and the bearing load is, and that the diameter of the central recess is not less than $ 40 or more than $ 60 of the diameter of the roller is ο The invention thus gives an f
relativ dickwandige hohle Rolle, welche sich besonders gut zur Verwendung in Lagern für hohe Drehzahlen und geringe Lagerbelastungen eignet. Die Wandstärke ist größenmäßig durch einen Bereich von Verhältnissen zwischen dem Durchmesser der axialen Ausnehmung der Rolle und ihrem Gresamtdurchmesser definierte Die zulässigen Verhältnisse werden aufgrund solcher Faktoren wie angenommenerelatively thick-walled hollow role, which is particularly well suited for use in bearings for high speeds and low bearing loads. The wall thickness is in size by a range of ratios between the diameter of the axial recess of the roller and The permissible ratios are based on such factors as assumed
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Lagerbelastung, Durchfederung der Rolle bei Belastung und die maximale zulässige Beanspruchung in der Rolle bei Belastung bestimmt.Bearing load, deflection of the role under load and determines the maximum permissible stress in the role under load.
Durch das -Verringern der Hasse der Rolle ist die auf sie wirkende Zentrifugalkraft kleiner und die Tendenz zum Gleiten (skidding) wird wesentlich verringert. Zusätzlich werden die erfindungsgemäße Hohlrollen aufweisenden Lager vorbelastet, um ein Gleiten (skidding) weitgehend zu verhindern und einen sicheren Antrieb des Käfigs zu gewährleisten. Die Vorbelastung ist hierbei jedoch wesentlich kleiner als diejenige, die bei massiven Rollen zum Verhindern des Gleitens erforderlich ist. Die Vorbelastung der Hohlrolle wird teilweise durch ihre Federkonstante bestimmt, und diese wird ihrerseits durch das Verhältnis zwischen der Wandstärke und der angenommenen Lagerbelastung beeinflußt.By reducing the hatred of the roller, the centrifugal force acting on it is smaller and the tendency for sliding (skidding) is significantly reduced. In addition, the hollow rollers according to the invention having Bearing preloaded in order to largely prevent sliding (skidding) and a safe drive of the Cage to ensure. The preload here is, however, much smaller than that in the case of massive Rollers to prevent sliding is required. The preload on the hollow roller is partly due to their The spring constant is determined by the ratio between the wall thickness and the assumed Bearing load influenced.
Durch das Ausschalten des Gleitens (skidding),des übermäßigen Verschleißes und des Geräuschs werden auch hohe Betriebstemperaturen vermieden. Dadurch, daß man Rollen mit einer bestimmten Federkonstanten konstruiert und verwendet, kann die natürliche Resonanz des Systems bei normalen Betriebsdrehzahlen vermieden werden, wodurch die Möglichkeit schädlicher Schwingungen in den Lagern oder an anderen Teilen der Maschine stark vermindert wird. Der erhöhte elastische Verformungsbereich der hohlen Rolle ermöglicht auch eine gleichmäßigere Lastverteilung und ermöglicht es den Rollen, merklich größere Stoßkräfte aufzunehmen und Fluchtfehler ohne dauerhaften Schaden am Lager zu kompensierenBy turning off skidding, excessive wear and tear, and noise will also high operating temperatures avoided. By designing rollers with a certain spring constant and used, the natural resonance of the system at normal operating speeds can be avoided, thereby the possibility of harmful vibrations in the bearings or on other parts of the machine is greatly reduced. Of the increased elastic deformation area of the hollow roller also allows a more even load distribution and enables the rollers to absorb noticeably greater impact forces and misalignments without permanent damage to compensate in the warehouse
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie aus den Unteransprüchen0 Further details and advantageous developments of the invention emerge from the exemplary embodiment described below and shown in the drawing, as well as from subclaims 0
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Bs zeigenBs show
Jig. 1 eine raumbildliche Darstellung einer relativ dickwandigen hohlen Rolle nach der Erfindung,Jig. 1 is a three-dimensional representation of a relative thick-walled hollow roller according to the invention,
Fig. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie 2-2 der Pigο 1, undFig. 2 is a section, seen along the line 2-2 of Pigο 1, and
Mg. 3 eine Draufsicht in verkleinertem Maßstab auf das Ende einer Rolle, deren Innenausnehmung hier mit einem dämpfenden Werkstoff gefüllt ist.Mg. 3 is a plan view on a reduced scale of the end of a roller, the inner recess here with is filled with a damping material.
In der Zeichnung ist mit 10 eine Rolle für ein Lager bezeichnet, und diese Rolle 10 weist in ihrer Längsrichtung eine durchgehende zylindrische Innenaus- ™ nehmung 12 auf, deren Durchmesser so gewählt ist, daß die Wand 14 der Rolle relativ dick ist» Erfindungsgemäß beträgt der in Pig«. 2 mit B bezeichnete Durchmesser der Innenausnehmung vorzugsweise 40 bis 60$ des Gesamtdurchmessers D der Rolle 10«, Anders ausgedrückt liegt das Verhältnis B/D im Bereich von 2/5 ... 3/5.In the drawing, 10 denotes a roller for a bearing, and this roller 10 has in its In the longitudinal direction a continuous cylindrical inner recess 12, the diameter of which is chosen so that the wall 14 of the roller is relatively thick »According to the invention is that in Pig «. 2 with B designated diameter of the inner recess preferably 40 to 60 $ of the total diameter D of the roll 10 ″. In other words, the ratio B / D is in the range of 2/5 ... 3/5.
Der angegebene Bereich von B/D-Verhältnissen ergibt eine Rolle, welche für eine bestimmte angenommene Lagerbelastung die gewünschte Masse, Festigkeits- und Durchfederungseigenschaften hat,, Ersichtlich kann die Rolle 10 für andere angenommene Belastungen proportional größer oder kleiner sein, aber der Bereich von B/D-Ver- " hältnissen bleibt im wesentlichen der gleiche. Das genaue B/D-Verhältnis für einen bestimmten Anwendungsfall wird so berechnet, daß man eine Rolle mit einer Masse erhält, bei der das Gleiten im wesentlichen vermieden wird - die normale Betriebsdrehzahl wird bei der Bestimmung der richtigen Masse berücksichtigt -, die die gewünschte Festigkeit für ein hohe Lagerlebensdauer hat, und die auch die gewünscht en. Durchfederungseigenschaften oder Federkonetante hat.The specified range of B / D ratios results in a role which for a certain assumed bearing load the desired mass, strength and springiness properties has, as can be seen, the roller 10 can be proportional for other assumed loads be larger or smaller, but the range of B / D conditions remain essentially the same. The exact B / D ratio for a particular application will be calculated to obtain a roller with a mass that essentially avoids sliding - the normal operating speed is taken into account in determining the correct mass - which is the desired Has strength for a long bearing life, and which is also the desired. Suspension properties or Has spring constant.
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Bei einer so ausgebildeten hohlen Rolle wird die Durchfederung Y der Rolle durch die Formel bestimmt:With a hollow role designed in this way, the The deflection Y of the roller is determined by the formula:
Y = Ο,Ο745·1θ"3. P (1+ 2,78 )Y = Ο, Ο745 · 1θ " 3. P (1+ 2.78)
Hierbei bedeutenHere mean
Y Durchbiegung in mmY deflection in mm
P angenommene Belastung in kpP assumed load in kp
R Radius bis zur mittleren Dickenachse 16 derR radius up to the mean thickness axis 16 of the
Rollenwand 14 (Pig. 2) in mm e den Abstand zwischen der mittleren Dicken-Roller wall 14 (Pig. 2) in mm e the distance between the mean thickness
aohse und der tragenden neutralen Achse 18,axis and the supporting neutral axis 18,
in im
A die Rechtecksfläche 20 (Fig. 2), also dasin in
A the rectangular area 20 (Fig. 2), so that
Produkt aus der Rollenlänge L und der Wand-Product of the roll length L and the wall
2
dicke t, in mm .2
thickness t, in mm.
Die größte Spannung S, der die Rolle bei Belastung ausgesetzt ist, ergibt sich durch die FormelThe greatest stress S to which the roller is exposed when loaded is given by the formula
q K « P q K «P
Hierbei bedeutenHere mean
P angenommene Belastung
L Länge der RolleP assumed load
L length of the roll
PD Gesamtdurchmesser der RollePD total diameter of the roll
K eine variable Funktion des Verhältnisses B/D.K is a variable function of the ratio B / D.
Wie oben ausgeführt, wird die Rolle 10 zur Sicherung gegen Gleiten auch einer mäßigen Vorbelastung ausgesetzt, deren Größe abhängig ist von der Luft (Spiel) zwischen den Rollen und deren Laufbahnen sowie der Federkonstante der Rollen. Wenn man durch Verringern der Massen der Rollen und duroh Vorbelastung das Gleiten ausschaltet, werden auoh die Probleme übermäßigen Verschleißes,As stated above, the roller 10 is also subjected to a moderate preload to secure it against sliding, the size of which depends on the air (play) between the rollers and their raceways as well as the spring constant of the roles. If you switch off the sliding by reducing the mass of the rollers and by preloading, also the problems of excessive wear and tear,
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starker Geräuschbildung und hoher Betriebstemperaturen ausgeschaltet.loud noise and high operating temperatures switched off.
Versuche an Lagern mit erfindungsgemäßen hohlen Rollen haben auch gezeigt, daß die Verteilung der Belastung auf die Rollen besser wird. Dies ist eine Folge der Durchfederungseigenschaften der hohlen Rollen, wodurch es ermöglicht wird, daß eine größere Anzahl von Rollen die auf das lager wirkende Belastung trägt, und dies führt seinerseits zu einer verringerten Belastung der einzelnen Rollen und zu einer Verringerung der Auslenkung der Wellenmitte. Versuchsergebnisse zeigen auch, daß die Kontaktfläche pro Rolle vergrößert wird. Die |Tests on bearings with hollow rollers according to the invention have also shown that the distribution of the load on the roles gets better. This is a consequence of the deflection properties of the hollow rollers, whereby it allows a greater number of rollers to bear the load on the bearing, and this in turn leads to a reduced load on the individual rollers and to a reduction in the deflection the center of the shaft. Experimental results also show that the contact area per roller is increased. The |
Folge dieser verbesserten Eigenschaften ist eine gleichmäßigere Verteilung der Belastung auf die Rollen und eine gleichmäßigere Verteilung der auf die einzelnen Rollen wirkenden Belastungen, was seinerseits die Lagerlebensdauer wesentlich erhöhteThe consequence of these improved properties is a more even distribution of the load on the rollers and a more even distribution of the loads acting on the individual rollers, which in turn increases the service life of the bearings significantly increased
Zusätzliche vorteilhafte Ergebnisse ergeben sich durch den erhöhten Bereich elastischer Verformung bei den erfindungsgemäßen Rollen. Lager mit solchen Rollen können merklich höhere Stoßkräfte aufnehmen und einen wesentlich größeren Grad von lluchtfehlern ohne bleibende Lagerschädigung ausgleichen. Auch das Lagergeräusch wird vermindert - ganz abgesehen von der Ausschaltung der G-leitgeräuache -, weil die hohle Rolle von Haus aus eine Elastizität aufweist, die es ihr ermöglicht, kleinere Oberflächen-Unregelmäßigkeiten von Rollen und Laufbahnen zu absorbieren, welche sonst dazu beitragen, den Geräuschpegel zu erhöhen«. Hierzu kann auch die Ausnehmung 12 der Rolle 10 mit einem Elastomer 22 od.dgl. gefüllt werden, wie das in Figo 3 dargestellt ist, um dieAdditional advantageous results result from the increased range of elastic deformation in the case of the invention Roll. Bearings with such rollers can absorb noticeably higher impact forces and significantly compensate for greater degrees of lighting errors without permanent bearing damage. The bearing noise is also reduced - quite apart from the elimination of the G-leitgeräuache - because the hollow roller inherently has an elasticity that allows it to be smaller Absorb surface irregularities from rollers and raceways, which otherwise contribute to the noise level to increase «. For this purpose, the recess 12 of the roller 10 with an elastomer 22 or the like. filled are, as shown in Figo 3, to the
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schwingungsdämpfenden Eigenschaften der Rolle weiter zu verbessern. Für die Fällung 22 verwendet man mit Vorteil einen leichten Werkstoff mit guten Dämpfeigenschaft en ο vibration-damping properties of the role to improve. A light material with good damping properties is advantageously used for the precipitation 22
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß man durch die Erfindung eine neuartige und sehr vorteilhafte hohle Rolle erhält, die sich besonders gut für Anwendungsfälle mit hoher Drehzahl und kleiner Lagerbelastung eigneteFrom the above description it can be seen that the invention provides a novel and very advantageous receives hollow role, which is particularly good for applications with high speed and low bearing load suited
Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel Patent attorneys Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel
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Claims (4)
Patentgesuch vom 19. Oktober 1971Rollway Bearing Company, Inc.
Patent application dated October 19, 1971
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US10812671A | 1971-01-20 | 1971-01-20 |
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Family Applications (1)
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