DE3645216C2

DE3645216C2 -

Info

Publication number: DE3645216C2
Application number: DE3645216A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Mitaka Tokio/Tokyo Jp Mottate
Original assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Current assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1992-08-27
Anticipated expiration: 2006-03-08
Also published as: DE3607479C2; US4664535A; JPS61286608A; JPS6244130B2; DE3607479A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Laufbahn-Rillen für ein Linearkugellager mit einer Führungsschiene und einem Lagergehäuse, wobei die Kugeln zwischen Laufbahn-Rillen der Führungsschiene und des Lagergehäuses angeordnet sind.

Radialkugellager mit unterschiedlichem Krümmungsradius der Laufrillen sind z. B. aus der DE-OS 24 54 079, der US-PS 33 70 899 oder der DE-OS 26 45 287 bekannt. Bei diesen Lagern treten im Gegensatz zu einem Linearrollenlager mit rein radialer Belastung neben hohen Drehzahlen auch axiale Belastungen auf. Um eine Lebensdauer-verringernde Berührung zwischen den Kugeln und den Führungsrändern bei einem Herausbewegen der Kugeln aus der Symmetrielage zu vermeiden, wird bei diesen Lagern eine Änderung des Krümmungsradius der Laufbahn-Rillen in der Querschnittsebene vorgeschlagen.

Die Form der Laufbahn-Rille bei Linearkugellagern wird hauptsächlich in eine kreisbogenförmige Rille und eine gotisch-bogenförmige Rille aufgeteilt. Diese zwei Laufbahn-Rillenformen haben einen Vorteil und einen Nachteil in den Zeiträumen der Leistungsanforderung an das Lager derart, daß sie individuell in Abhängigkeit von den dann gegebenen Bedingungen angewendet werden. Im allgemeinen, wenn zwei elastische Glieder I und II miteinander in Berührung kommen, haben sie zwei Gruppen von Kurven [= 1/radius](pI₁, pI₂) und (pII₁, pII₂), welche im Berührungspunkt senkrecht zu jeder anderen stehen. Gemäß der Hertz'schen Theorie ist im übrigen die Form der zusammengepreßten Berührungsoberfläche eine Ellipse und wenn angenommen wird, daß die Länge der Hauptachse 2 × a und die Länge der Nebenachse 2 × b ist, können die Werte von a und b durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:

wobei P eine Preß-Belastung und RI und RII elastische Konstanten der elastischen Glieder I und II sind. Eine Anordnung eines Lagers ist stellvertretend für die Gleichungen (I) und (II) in Fig. 1 gezeigt.

pI₁ = pI₂ = 2/Da pII₁ = 1/∞ = 0

pII₂ = -1/f Da

Wenn also ein Poisson'sches Verhältnis 1/m von 0,3 und ein Elastizitätsmodul E von 2,12 × 10⁶ kp/cm² mit

R = RII = 4 × (m²-1) m² × E = 1,72 × 10⁶

angenommen wird, dann werden die Gleichungen (I) und (II) zu

Die Werte von μ und ν können mittels einer Umrechnungs-Tabelle aus dem Wert der Hilfs-Variablen [= cos τ = 1/(4 × f-1)] erhalten werden. μ ist proportional und ν ist umgekehrt proportional zur Hilfs-Variablen.

Aus den obigen Gleichungen ist eine derartige Beziehung zwischen a, b und f hergestellt, daß mit einem Zunehmen von f auch a und b ansteigen.

Wenn man die Situation der elastischen Berührung zwischen der Kugel und der Laufbahn-Rille auf der Grundlage einer solchen fundamentalen Elastizitäts-Theorie betrachtet, haben die Formen konventionelle Laufbahn-Rillen betreffend einen Nachteil derart, wie in Fig. 2 (zeigt ein Beispiel von kreisbogenförmigen Rillen) und Fig. 3 (zeigt ein Beispiel von Gotisch-bogenförmigen Rillen) gezeigt ist, wobei dort ein großer Unterschied zwischen d₁ und d₂ und eine Differentialbewegung der Kugel vorkommt, was den Unterschied in der Umfangsgeschwindigkeit (v₁ = 1/2 d₁w, v₂ = 1/2 d₂w) zwischen d₁ und d₂ zuzuschreiben ist. Im allgemeinen bedingt diese Erscheinung kein Ansteigen des Roll-Widerstandes, so daß kein ernsthaftes Problem geschaffen wird, weil unter vielen Anwendungsbedingungen ein Schmiermittel eingesetzt wird. Dennoch ist ein solcher Zunahmebetrag ungünstig unter den besonders strengen Bedingungen, die erforderlich sind für Antriebsteile von Meßinstrumenten, Lagerungen von Anzeigevorrichtungen und ähnlichem, wobei es notwendig ist, den Roll-Widerstand so niedrig wie möglich zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Laufbahn-Rillen für ein Linearkugellager zu schaffen, bei welchem die Querschnittsform der Laufbahn-Rille im Nahbereich des ausschließlich mittigen Berührungspunktes mit der Kugel im Laufbahngrund so ausgebildet ist, daß der Roll- bzw. Bohrreibungswiderstand in Hinsicht auf eine unterschiedliche Höhe der radialen Belastungsbedingungen möglichst klein gehalten wird, sobald eine praktische Belastung (leichte Belastung oder schwere Belastung) auferlegt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Berührungsbereich der in der Führungsschiene und in dem Lagergehäuse angeordneten Laufbahn-Rillen mit einer Kugel im Querschnitt durch zwei oder mehrere Kreisbögen ausgebildet ist, die für jeden Belastungszustand des Kugellagers symmetrisch zu der durch den Mittelpunkt der Kugel und den Mittelpunkt des Berührungsbereiches verlaufenden Linie angeordnet sind, wobei der den Mittelpunkt des Berührungsbereiches einschließende Kreisbogen einen größeren Radius und die sich daran nach außen anschließenden Kreisbögen einen kleineren Radius aufweisen, und daß die Kugel unter einer leichten Belastung mit dem Kreisbogen mit größerem Radius und unter einer starken Belastung mit einer Mehrzahl von Kreisbögen aufgrund der elastischen Verformung der Kugel und der Laufbahn-Rillen in Berührung kommt.

Entsprechend der Laufbahn-Rille der vorliegenden Erfindung werden die Rillen (erste Laufbahn-Rille) nahe dem Berührungs-Zentrum mit der Kugel und die zweite Laufbahn-Rille, die anders als die erste Laufbahn-Rille ist, durch verschiedene Kreisbögen ausgebildet. Mit anderen Worten kommt der kleine Kreisbogen unter gewöhnlichen Anwendungsbedingungen mit der Kugel in Berührung, wobei beabsichtigt ist, den Einfluß der Differentialbewegung der Kugel zu verhindern, dann wird das Anstiegs-Verhältnis der Berührungs-Breite unterdrückt, um den Unterschied zwischen R₁ und R₂ zu verringern. Auf diese Weise ist es möglich, ein Lager anzugeben, bei welchem der Roll-Widerstand klein ist und die Verminderung der Lebensdauer nicht durch andere Bedingungen verursacht wird.

Die Herstellungstechnologie zur Ausbildung einer Mehrzahl von Kreisbögen in der Laufbahn-Rille ist nicht so schwierig. Deshalb ist es einfach und kostengünstig möglich, ein Kugellager für eine geradlinige Bewegung mit einem geringen Roll-Widerstand auszustatten.

Die obigen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offenbart.

Fig. 1 zeigt unter Berücksichtigung der vorliegenden Erfindung ein Diagramm über den Zusammenhang zwischen der Anordnung eines Lagers und der Hertz'schen Theorie;

Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit dem unterscheidenden Gleiten in einer kreisbogenförmigen Rille;

Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit dem unterscheidenden Gleiten in einer gotisch-bogenförmigen Rille;

Fig. 4A, 4B sind vergrößerte Diagramme von der Kugel und der Laufbahn-Rille, die Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;

Fig. 5 ist eine zum Teil aufgebrochen dargestellte perspektivische Ansicht eines Kugellagers für eine geradlinige Bewegung in Hinsicht auf die gotisch-bogenförmige Rille;

Fig. 6A und 6B sind Diagramme, die ein Beispiel eines Kugellagers für eine geradlinige Bewegung in Hinsicht auf die kreisbogenförmige Rille zeigen; und

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Versuchsergebnisse betreffend der Laufbahn-Rille nach der Erfindung und eines konventionellen Beispiels zeigt.

Hierunter nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

Fig. 4A ist ein vergrößertes Diagramm der Kugel 1 und der Laufbahn-Rille 2, das eine Ausführungsform der Erfindung zeigt. Mit der Ausführungsform wird beabsichtigt, den Gleit-Widerstand zu verringern, wenn eine leichte Belastung auferlegt wird. Praktisch gesprochen, wird eine erste Laufbahn-Rille 2c der Laufbahn-Rille 2 durch einen großen Kreisbogen mit einem Radius R₁ gebildet und eine zweite Laufbahn-Rille 2d wird durch einen Kreisbogen mit einem Radius R₂, der kleiner als der der ersten Laufbahn-Rille 2c ist, gebildet. Die Größe (Wert) von R₂ ist somit größer als ein Radius R der Kugel 1. Bei solch einer Beschaffenheit ist der Kreisbogen der Laufbhan-Rille 2c an einem Ort nahe des Berührungs-Zentrums C mit der Kugel 1 groß ausgebildet, so daß das Anstiegs-Verhältnis der Berührungsbreite W₀ zur Belastung P unter einer leichten Belastung gehemmt wird, wobei der Anstieg der Differentialbewegung vermindert wird. Hierbei besteht eine Beziehung von R<R₂<R₁ unter den Radien der Kugel 1 und der Kreisbögen.

Fig. 4B veranschaulicht in gleicher Weise eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung. In der ersten Ausführungsform der Fig. 4A wurden die zwei Arten der benachbarten Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien von R₁ und R₂ auf eine solche Weise gebildet, daß ihre Mittelpunkte auf der gleichen Geraden angeordnet sind, die durch jeden Grenzpunkt zwischen jenen beiden Kreisbögen derart verläuft, um eine Begrenzungslinie, die zwischen den Kreisbögen gebildet wird, zu verhindern.

Gemäß der zweiten Ausführungsform der Fig. 4B sind jedoch die Mittelpunkte der Kreisbögen auf der Geraden angeordnet, die durch das Berührungs-Zentrum C und den Mittelpunkt 0 der Kugel 1 verläuft. Daher erscheint die Begrenzungslinie deutlich zwischen den benachbarten Kreisbögen, die unterschiedliche Radien von R₁ und R₂ aufweisen. Der konkave Bereich, der dieser Begrenzungslinie entspricht, ist als Korrektur-Rille mit einer bogenförmigen Oberfläche ausgebildet und entsteht durch einen Kreisbogen mit einem Radius R₃. Die Breite CW der Korrektur-Rille ist vorzugsweise so schmal wie möglich anzusetzen. Der Kreisbogen nahe dem Berührungs-Zentrum C mit der Kugel 1 ist groß. Hierbei ist die Beziehung wiederum R<R₂<R₁.

Fig. 5 veranschaulicht ein Beispiel eines Kugellagers für eine geradlinige Bewegung mit einer gotisch-bogenförmigen Rille, auf welche die Erfindung Anwendung findet. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, hat diese Rille zwei Berührungspunkte in einer Laufbahn-Rille, so daß die Anzahl der Kreisbögen beispielsweise vier beträgt. In Fig. 5 bezeichnet die Bezugsziffer 10 eine Laufbahn-Schiene; 12 ist ein Lagergehäuse; 14 ein Schmiernippel; 16 eine Druck-Einstellschranke; 18 eine Trägerplatte; 20 eine Stahl-Kugel; 22 eine Seitenplatte; 24 ein Stahlkugel-Halteband; und 26 ein Dichtungsglied.

Die Fig. 6A und 6B veranschaulichen ein Beispiel eines Kugellagers für eine geradlinige Bewegung mit einer kreisbogenförmigen Rille, auf welche die Erfindung Anwendung findet.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, hat diese Rille einen einzigen Berührungspunkt in einer Laufbahn-Rille, so daß die Anzahl der Kreisbögen beispielsweise zwei beträgt. In den Darstellungen bezeichnet die Bezugsziffer 30 ein Laufbahn-Grundbauteil; 32 ist eine Haltevorrichtung; 34 eine Reihe von Belastungs-Kugeln; 36 ein Seiten-Abdichtungsglied; 38 ein End-Abdichtungsglied; 40 eine Endplatte; 42 ein Lagergehäuse; und 42 ein Schmiernippel.

Fig. 1 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Anordnung eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung und der Hertz'schen Theorie veranschaulicht.

Fig. 2 ist eine Darstellung, die die Differentialbewegung in einer kreisbogenförmigen Rille veranschaulicht. Der Unterschied der Berührungsabstände von d₁ und d₂ tritt hinsichtlich dem Zentrum 11 der Rotationsachse zwischen der Kugel 1 und der Laufbahn-Rille 2 auf, so daß die Differentialbewegung bedingt durch den Unterschied der Umfangsgeschwindigkeiten in Erscheinung tritt.

Fig. 3 ist eine Darstellung, die die Differentialbewegung in einer gotisch-bogenförmigen Rille veranschaulicht. Ähnlich wie in Fig. 2 ergibt sich ein Unterschied der Berührungsabstände von d₁ und d₂, so daß die Differentialbewegung durch den Unterschied der Umfangsgeschwindigkeiten bedingt in Erscheinung tritt.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Versuchsergebnisse des Roll-Widerstandes über der angelegten Belastung für ein erfindungsgemäßes Lager und ein konventionelles Lager veranschaulicht. In diesem Versuch wurde ein Lager des in Fig. 5 dargestellten Typs verwendet. Aus dieser graphischen Darstellung kann ersehen werden, daß die vorliegende Erfindung den Effekt hat, daß dadurch der Roll-Widerstand um etwa 30% reduziert werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Lager, wie sie in den Fig. 5 und 6A und 6B dargestellt sind beschränkt, sondern kann auch angewendet werden auf verschiedene Arten von anderen ähnlichen Lagern, wie eine Kugellager-Leerlaufbuchse, ein Kugellager mit Keilverzahnung oder ähnlich vergleichbare.

Claims

Laufbahn-Rillen für ein Linearkugellager, mit einer Führungsschiene und einem Lagergehäuse, wobei die Kugeln zwischen Laufbahn-Rillen der Führungsschiene und des Lagergehäuses angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Berührungsbereich der in der Führungsschiene (10, 30) und in dem Lagergehäuse (12) angeordneten Laufbahn-Rillen (2) mit einer Kugel (1) im Querschnitt durch zwei oder mehrere Kreisbögen ausgebildet ist, die für jeden Belastungszustand des Kugellagers symmetrisch zu der durch den Mittelpunkt der Kugel (1) und den Mittelpunkt des Berührungsbereichs verlaufenden Linie angeordnet sind, wobei der den Mittelpunkt des Berührungsbereiches einschließende Kreisbogen einen größeren Radius und die sich daran nach außen anschließenden Kreisbögen einen kleineren Radius aufweisen, und daß die Kugel (1) unter einer leichten Belastung mit dem Kreisbogen mit größerem Radius und unter einer starken Belastung mit einer Mehrzahl von Kreisbögen aufgrund der elastischen Verformung der Kugel (1) und der Laufbahn-Rillen (2) in Berührung kommt.