DE2823729C3

DE2823729C3 - Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt

Info

Publication number: DE2823729C3
Application number: DE2823729A
Authority: DE
Inventors: Sven Walter Partille Nilsson (Schweden)
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1981-02-26
Also published as: SE7706289L; SE410759B; DE2823729B2; US4224831A; FR2393207A1; JPS53148659A; GB1576702A; DE2823729A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt, bestehend aus einer zylindrischen Welle, einer die Welle umgebenden, relativ zu dieser drehbar und längsverschieblich gehaltenen Hülse und zwischen Welle und Hülse angeordneten Wälzkörpern. >:> die in einem Käfig eingebaut und auf einer endlosen Bahn mit mindestens einem in der einen Richtung schraubenförmig gewundenen, belasteter, und einem unbelasteten Bahnabschnitt um die Wellt· herumgeführt sind, sowie an den längsseitigen Enden des Käfigs ">5 angeordneten Nockenringen /um axialen Führen der Wälzkörper.

Es ist eine Vorrichtung der genannten Gattung bekannt (US-PS 39 Oj 748), die besonders für die Verwendung als Steuer- oder Transportelenient geeig- ^h(| net ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die Rotationsachsen der Wälzkörper parallel zur Achse der zylindrischen Welle ausgerichiet. Beim Führen der Wälzkörper im belasteten schraubenförmig gewundenen ßahnabschnitt entstehen somit hohe Berührung*- ^hr> kräfte an den axial führenden Nockenringen sowie große gleitende Relativbewegiingen im Wälzkontakt zwischen den belasteten Wälzkörnern und der Welle.

Die Folge davon ist, daß die Wälzkörper nur mit relativ kleinen Kräften belastet werden dürfen, um die Gleitreibverluste in erträglichen Grenzen zu halten. Außerdem entsteht in der bekannten Vorrichtung ein schädlicher Verschleiß an den Berührungsflächen der Wälzkörper.

Es ist eine weitere Vorrichtung zum Umwandeln einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt bekannt, bei der die Rotationsachsen der in einem Käfig eingebauten Wälzkörper einen Winkel mit der Achse bilden (GB-PS 9 72 039). Diese andere bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß sich der Käfig mit eingebauten Wälzkörpern zwischen der Hülse und der Welle in weiten Grenzen axial bewegt Dabei wird der Käfig an seinen Berührungsstellen mit den Wälzkörpern stark verschlissen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Gleitreibverluste und der Verschleiß an den Berührungsflächen der Wälzkörper vermieden werden, so daß die Wälzkörper im Betrieb auch mit hohen Kräften zwischen Welle und Hülse belastet werden können. Dabei soll eine genaue und sichere Führung der Wälzkörper im Käfig gewährleistet sein.

Mit der Anordnung nach Anspruch 1 wird erreicht, daß die Wälzkörper im belasteten, schraubenförmig gewundenen Bahnabschnitt zwischen Welle und Hülse einwandfrei rollen, so daß an den Berührungsstellen der Wälzkörper mit der Welle und Hülse keine Reibung verursachenden Gleitbewegungen stattfinden. Gleichzeitig wird der Vorteil erzielt, daß die Rollen durch die Federelemente dauernd und mit relativ kleinen Kräften (ohne Klemmen) an den Nockenringen geführt werden. Die Anlaufreibung der Vorrichtung ist deshalb vorteilhaft klein. Außerdem ist eine ungestörte Ausrichtung der Rotationsachsen der durch ve^rhältnismäßig kurze, zylindrische Abschnitte gebildeten Wälzkörper im Käfig sichergestellt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umwandeln einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt wird in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt.

Fig. 2A einen Querschnitt entlang der Linie 114 in Hg. 1.

F i g. 2B einen Querschnitt entlang der Linie IIS in Fig. I.

F1 g. 3. 4 und 5 verschiedene Wälzkörper für entsprechend abgeänderte Vorrichtungen.

F i g. b. 7 und 8 einen Querschnitt durch eine jeweils abgeänderte Vorrichtung.

Mit I ist in den Fig. 1. 2A und 2B eine zylindrische Welle bezeichnet, welche von der Hülse 2 umgeben und relativ zu dieser Hülse drehbar und längsverschieblich gehalten ist. Zwischen Hülse 2 und Welle 1 ist ein ringförmiger Käfig3 angeordnet. Der Käfig 3 besitzt am Umfang verteilte, in Längsrichtung sich erstreckende, schlitzförmige Taschen, in denen je eine koaxial angeordnete Reihe von Wälzkörpern 4 eingebaut ist. Die radial belastbaren Wälzkörper 4 laufen zwischen

der Welle !und der Hülse 2.

Im Betrieb rotiert die Welle 1 relativ zur Hülse 2, so daß die Wälzkörper 4 auf einer geschlossenen Bahn um die Welle 1 herumlaufen. Diese geschlossene Bahn besitzt einen in der einen Richtung schraubenförmig gewundenen Bahnabschnitt, in dem die Wälzkörper 4 unter Last zwischen Hülse 2 und Welle 1 laufen, sowie einen anschließenden, unbelasteten Bahnabschnitt, in dem die Wälzkörper 4 axial verschoben und somit rückgeführt werden. Der Verlauf der Bahn ist durch die Form der Stirnflächen 7,8 der beiden Nockenringe 5,6 konstruktionsmäßig festgelegt, zwischen denen die Wälzkörper 4 axial geführt sind. Die beiden Stirnflächen 7,8 sind derart ausgebildet, daß ein schraubenförmiger Verlauf der Bahn der Wälzkörper 4 im belasteten Bahnabschnitt mit kleinem Steigungswinkel und im unbelasteten Bahnabschnitt mit großem Steigungswinkel gegeben ist. Dabei ist der Steigungswinkel des belasteten Bahnabschnittes entgegengesetzt zum Steigungswinkel des unbelasteten Bahnabschnitts am Umfang der Welle gerichtet

Die Nockenringe 5,6 greifen in seitliche, ringförmige Einbuchtungen des Käfigs 3, so daß diese die in jeder Tasche des Käfigs eingebauten Wälzkörper 4 seitlich führen.

Bei ihrem Umlauf werden die im unbelasteten Bahnabschnitt befindlichen Wälzkörper 4 durch die Nockenringe 5,6 relativ zur Welle 1 und zur Hülse 2 in axialer Richtung verlagert und axial rückgeführt. Die Strecke der axialen Verlagerung entspricht dabei der jo entgegengesetzten Verlagerung der Wälzkörper 4 im schraubenförmig gewundenen belasteten Bahnabschnitt. Im unbelasteten Bahnabschnitt werden die Wälzkörper 4 entlastet, indem in der Bohrung der Hülse 2 eine axial durchgehende Vertiefung 9 eingearbeitet ist. « welche parallel zu den Rotationsachsen der Wälzkörper 4 gerichtet ist. Dadurch können die Wälzkörper 4 im unbelasteten Abschnitt leicht axial verschoben werden, ohne daß diese Verschiebung durch Klemmkräfte der Wälzkörpe^r 4 zwischen Welle 1 und Hülse 2 gehindert ist.

Im belasteten Bahnabschnitt werden durch die Wälzkörper 4 zwischen Welle 1 und Hülse 2 radiale Kräfte übertragen. Die entsprechende Rollreibung zwischen Wälzkörper 4 und Welle 1 bzw. Hüise 2 verhindert, daß sich Hülse 2 end Wälzkörper 4 gegenüber der Welle 1 durch relatives Gleiter, verlagern. Im übrigen sind die Wälzkörper 4 im Käfig 3 derart angeordnet, daß ihre Rotationsachsen einen Winkel mit der Achse rter Welle 1 bilden, der genauso so groß ist. wie der Steigungswinkel des schraubenförmig gewundenen belasteten Pahnabschnitts. Aufgrund dieser Schiefstellung der Wälzkörper 4 im Käfig 3 wird die Welle 1 relativ zur Hülse 2 axial verlagert, wenn sich diese in der Hülse 2 drehend bewegt. «

Die Größe dieses Schiefstellungswinkels entspricht der (iröße des Steigungswinkels des schraubenförmig gewundenen, belasteten ßahnabschnitts. in dem die Wälzkörper 4 laufen. In diesem belasteten Bahnabschnitt werden die in den Taschen des Käfigs 3 wi eingebauten Wälzkörper 4 ohne weiteres schraubenförmig um die Welle f geleitet, wobei die Stirnflächen 7, 8 der Nockenringe 5, 6 die Wälzkörper 4 seitlich führen, ohne daß von den Nockenringen 5, 6 größere Führungskräfte auf die Wälzkörper 4 übertragen b~> werden müssen.

Die Wälzkörper 4 aus Stahl sind mit einer kleinen lixialcn Berührungslänge versehen, so daß diese relativ steifen Wälzkörper im schiefgestellten Zustand die Welle 1 nur auf einer kleinen Länge berühren. Im übrigen bind die Wälzkörper 4 zylindrisch ausgebildet und jeweils koaxial in Reihe in den Taschen des Käfigs 3 eingebaut (Fig. 1 und 2). Die Tragfähigkeit der Wälzkörper 4 ist wegen ihrer zylindrischen Ausbildung relativ groß. An beiden Enden jeder koaxialen Reihe von Wälzkörpern 4 ist ein kugeliger Anlaufkörper zwischen dem betreffenden Nockenring 5, 6 und dem seitlich gegenüberliegenden Wälzkörper 4 zwischengeschaltet, der an den Stirnflächen 7,8 der Nockenringe 5, 6 anläuft und zwischen Welle 1 und Hülse 2 rollt. Aufgrund seiner kugeligen Gestalt kann dieser Anlaufkörper sowohl radiale Kräfte zwischen Welle 1 und Hülse 2 als auch axiale Führungskräfte der seitlich führenden Nockenringe 5,6 übertragen, ohne daß etwa durch Klemmen verursachte schädliche Zwangskräfte an seinen Berührungsstellen entstehen.

In Fig. 3 ist eine lange und biegsame Rolle im Querschnitt gezeigt, die im Käfie 3 der in F i g. I gezeigten Vorrichtung als Wälzkörper dienen kann. Diese Rolle besteht aus mehreren, verhältnismäßig kurzen zylindrischen Abschnitten 10, welche koaxial in Reihe angeordnet und durch dünne, biegsame Abschnitte 11 miteinander verbunden sind.

In F i g. 4 ist eine Rolle als Wälzkörper dargestellt, bei der die dünnen biegsamen Abschnitte durch einen biegsamen Bolzen 12 und die kurzen zylindrischen Abschnitte durch auf den Bolzen 12 in kurzem Abstand voneinander aufgesetzte Ringe 13 gebildet sind. Die zylindrischen Abschnitte der in den Fig. 4 und 5 gezeigten langen, biegsamen Rollen berühren also die Welle 1 auf einer relativ kleinen axialen Länge.

Um der Vorrichtung eine gewisse Stabilität zu verleihen, ist es ratsam, die Wälzkörper axial zu führen, wobei Kugeln an den Enden der Reihe bzw. der Wälzkörper angeordnet sind, die dauernd mit einer bestimmten Kraft gegen die Stirnflächen 7, 8 der Nockenringe 5,6 angedrückt werden. Dies kann mit der in F i g. 3 und 4 gezeigten Rolle dadurch bewirkt werden, daß diese bei ihrer Montage in die Vorrichtung zwischen den Nockenringen 5 und 6 elastisch zusammengedrückt wird und somit in der Vorrichtung unter gegenseitiger axialer Vorspannung läuft.

Ein Wälzkörper ist in F i g. 5 gezeigt, hei der zwischen den zwei Nockenringen 5, 6 in koaxialer Reihe angeordnete zylindrische Wälzkörper vorgesehen sind, die in einer Tasche des Käfigs (nicht gezeigt) eingebaut sind. Die zylindrischen Wälzkörper haben eine relativ kurze Länge. In der Mitte dieser Reihe von Wäl/körpern ist ein Zwischenraum zur Aufnahme einer in Längsrichtung elastischen Schraubenfeder 14 als Federelement vorgesehen, welche die Wälzkörper der beti .-ffv-nden Reihe gegen dir Nockenringe 5, 6 drückt. An beiden Enden der Reihe sind kugelige Anlaufkorper für die Nockenringe 5,6 angeordnet.

Dm die gewünschte Wirkverbindung der Wälzkörper 4 mit der Hülse i und der Welle I zu regeln, ist bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung die dünnwandige Hülse 2 mit einer kegeligen Mantelfläche sowie mit einem durchgehenden längsgeriehteten Schlitz 16 versehen. Die Hülse 2 sitzt in einer entsprechend kegeligen Bohrung des Gehäuses 15, so daß der wirksame Bohrungsdurchmesser der Hülse 2 einfach durch mehr oder w?niger weites Eintreiben der Hülse 2 in die Bohrung des Gehäuses 15 eingestellt werden kann. Dieses Eintreiben erfolgt durch die Betätigung der Mutter 17, welche auf einem Gewindeabschnitt der

Hülse 2 sitzt und sich an einer Stirnfläche des Gehäuses 15 abstützt.

In manchen Fällen ist eine unveränderliche Wirkverbindung (radiale Vorspannung) der Wälzkörper mit Hülse 2 und Welle 1 erwünscht, so daß eine Vorrichtung verwendet werden kann, die der in F i g. 6 dargestellten entspricht. Dabei ist zwischen Welle 1 und Hülse 2 eine radiale Höhe vorhanden, die etwas kleiner ist als der Durchmesser der unbelasteten Wälzkörper 18. Die Wälzkörper 18 sind übrigens radial elastisch ausgebildet, so daß diese beim Einbau zwischen Welle und Hülse im belasteten Bahnabschnitt unter einer bestimmten radialen Vorspannung stehen. Die radial elastische Nachgiebigkeit der Wälzkörper 18 ist hier dadurch gegeben, daß diese als dünnwandige durchbohrte Rollen ausgebildet sind.

In Fig. 7 ist der Querschnitt einer abgeänderten Vorrichtung gegeben, bei der ebenfalls eine konstante Wirkverbindung (radiale Vorspannung) der Wälzkörper 4 i Hl 2 d Wü

4 mi! Hülse 2 und Wcüc 1 ^c'c

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der steifen Wälzkörper 4 ist größer als die ursprüngliche radiale Höhe zwischen Welle 1 und Hülse 2. Die Hülse 2 ist übrigens biegeelastisch verformbar, so daß diese im eingebauten Zustand durch die Wälzkörper radial verformt wird. Dabei nimmt die Hülse 2, welche im ausgebauten Zustand eine kreiszylindrische Form besitzt, die in F i g. 7 gezeigte polygonartige Form an, mit Ecken, die durch die Berührung der Wälzkörper 4 mit der Hülse 2 unter Vorspannung verursacht werden. Im Betrieb laufen die Wälzkörper 4 unter radialer Vorspannung um die Welle 1. Dabei verlagern sich diese Ecken am Umfang der Hülse 2. Deshalb muß in diesem Fall sichergestellt werden, daß die Hülse 2 im eingebauten Zustand in radialer Richtung frei ist und »atmen« kann.

In Fig.8 ist eine abgeänderte Vorrichtung gezeigt, bei der eine konstante Wirkverbindung über die Wälzkörper 4 zwischen Welle 1 und Hülse 2 mit einer ^r> bestimmten radialen Vorspannung der Wälzkörper 4 gegeben ist. Der Durchmesser der Wälzkörper 4 ist wiederum größer als die ursprüngliche Höhe zwischen Welle 1 und Hülse 2. Die Hülse 2 ist an der Stelle 19 axial geschlitzt und von einem steifen Gehäuse 20 umgeben.

ίο Zwischen Hülse 2 und Gehäuse 20 ist eine Zwischenschicht 21 aus elastisch zusammendrückbarem Werkstoff, 2. B. Gummi, angeordnet, welche die Hülse 2 elastisch nachgiebig hält. Bei der Montage der Vorrichtung wird die geschlitzte Hülse 2 durch

!■> Einwirkung der elastisch zusammendrückbaren Zwischenschicht 21 gegen die Wälzkörper 4 gedrückt. Das steife Gehäuse 20 behält während der Montage und im Betrieb seine ursprüngliche Form, so daß dieses an seiner Mantelfläche in beliebiger Weise gehalten und T£s!ü'zi werden ksnn.

Als konstruktive Abwandlung kann der kugelige Anlaufkörper (Fig. 1, 5) einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Wälzkörper, so daß dieser ausschließlich axiale Führungskräfte zwischen Nockenring und

« Wälzlager überträgt.

Bei der in Fig.5 dargestellten Reihe von Wälzkörpern kann anstelle der Schraubenfeder 14 irgendein gunimielastisches Zwischenstück als Federelement eingebaut sein.

JO Schließlich können die einzelnen zylindrischen Wälzkörper einer Reihe auch aus einem elastisch zusammendrückbaren Werkstoff gefertigt und somit radial elastisch ausgebildet sein, damit diese unter radialer Vorspannung eingebaut werden können.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt, bestehend aus einer zylindrischen Welle, einer die Welle umgebenden, relativ zu dieser drehbar und längsverschieblich gehaltenen Hülse und zwischen Welle und Hülse angeordneten Wälzkörp»rn, die in einem Käfig eingebaut und auf einer endlosen Bahn mit mindestens einem in der einen Richtung schraubenförmig gewundenen, belasteten und einem unbelasteten Bahnabschnitt um die Welle herumgeführt sind, sowie an den längsseitigen Enden des Käfigs angeordneten Nockenringen zum axialen Führen der Wälzkörper, dadurch gekenn- η zeichnet, daß die Wälzkörper (4) im Käfig (3) derart angeordnet sind, daß ihre Rotationsachsen einen Winkel mit der Achse der Welle (1) bilden, der genau so groß ist wie der Steigungswinkel des schraubenförmig gewundenen, belasteten Bahnab-Schnitts. da3 die Wälzkörper durch verhältnismäßig kurze zylindrische Abschnitte (10) gebildet sind, welche koaxial in Reihe angeordnet sind, und daß zwischen den Wälzkörpern jeder Reihe ein Zwischenraum zur Aufnahme eines in Längsrichtung elastischen, die Wälzkörper der betreffenden Reihe gegen die Nockenringe (5,6) drückenden Federelementes (14) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen zylindrischen Abschnitte jo (10) der Wälzkörper (4) durch dünne biegsame Abschnitte (U) miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dümien. biegsamen Abschnitte durch einen biegsamen Bolzer. (12) und die kurzen zylindrischen Abschnitte durch auf den Bolzen (12) aufgesetzte Ringe (13) gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement durch eine Schraubenfeder (14) gebildet ist. 4»