DE60024344T3

DE60024344T3 - Rollenlager und ein Herstellungsverfahren desselben

Info

Publication number: DE60024344T3
Application number: DE60024344T
Authority: DE
Inventors: Kenji Shitsukawa; Masamichi Shibita; Masaaki Sakuragi
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: KR100696244B1; JP2000257637A; KR20000062810A; DE60024344T2; DE60024344T4; EP1035339A1; EP1035339B2; DE60024344D1; JP3757308B2; EP1035339B1; US6318897B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Rollenlager, in dem Zylinderrollen oder Kegelrollen als Wälzelemente verwendet werden, und insbesondere ein Rollenlager, das in geeigneter Weise in einem Abschnitt verwendet wird, auf den eine schwere Last oder eine große Momentenlast aufgebracht wird.
Bei einem Zylinderrollenlager oder einem Kegelrollenlager wird für die Wälzoberflächen der Rollen und die Laufringoberflächen des inneren und des äußeren Laufrings eine Balligkeitsbearbeitung angewendet, so dass die Kantenlast, die unter Lastbedingungen zwischen den Endabschnitten der Rollenwälzoberfläche und den Laufringoberflächen wirkt, reduziert werden kann.
Die Balligkeitsbearbeitung wird auf die Erzeugende der Wälzoberfläche jeder Rolle oder der Laufringoberfläche des inneren oder des äußeren Laufrings angewandt, so dass der Außendurchmesser jedes Endabschnittes geringfügig kleiner ist als der des mittleren Abschnittes. Herkömmlicherweise wird in der Praxis ein Trapez oder ein einfacher Kreisbogen als Balligkeitsform verwendet (Form der Profillinie in Richtung der Erzeugenden).
Wenn eine Last oder ein Moment, die/das auf ein Lager einwirkt, übermäßig groß ist, steigt der Kontaktflächendruck zwischen einer Rolle und dem Lagerring, so dass die inneren Spannungen vergrößert werden. Daher ist die zuvor beschriebene Balligkeitsform, wie beispielsweise ein Trapez oder ein einfacher Kreisbogen, nicht in der Lage, die Kantenlast in effektiver Weise zu verringern, mit dem Ergebnis, dass die Lebensdauer des Lagers verkürzt wird.
Ein Verfahren, bei dem eine Balligkeitsbearbeitung in einer Form einer logarithmischen Kurve basierend auf der elastischen Kontakttheorie verwendet wird, kann bei einem derartigen Lager verwendet werden, auf das eine schwere Last oder eine hohe Momentenlast aufgebracht wird. Als eine der Balligkeitsformen, die bei einem derartigen Verfahren verwendet werden, ist eine Balligkeitsform bekannt, die auf dem nachfolgend angegebenen Lundbergschen Ausdruck basiert: Zp(x) = {(1 – ν₁ ²)/E₁ + (1 – ν₂ ²)/E₂}Q_d × log{1 – (2x/l_a)²}^–1/(π·l_a) (1)
In dem Ausdruck bezeichnet Zp(x) die Größe eines Spaltes zwischen der Wälzoberfläche einer Rolle und der Laufringoberfläche des inneren oder des äußeren Laufrings, und zwar in Radialrichtung (z-Richtung) des Lagers an einer Position in Richtung der gemeinsamen Erzeugenden (x-Richtung) in einem Zustand, bei dem die Wälzoberfläche und die Laufringoberfläche miteinander in einem nicht belasteten Zustand in Kontakt sind. Der Ursprung der x-Achse ist auf den Mittelpunkt in Axialrichtung der Rolle festgelegt. Bei dem Ausdruck sind

E₁:: Elastizitätsmodul der Rolle
E₂:: Elastizitätsmodul des inneren oder äußeren Laufrings
ν₁:: Poissonscher Beiwert der Rolle
ν₂:: Poissonscher Beiwert des inneren oder äußeren Laufrings
Q_d:: Last eines Wälzelementes
l_a:: effektive Länge einer Profillinie der Rolle,

Der Lundberg-Ausdruck ist ein theoretischer Ausdruck für eine vereinheitlichte Darstellung einer Kontaktbelastung zwischen einer Platte von unbegrenzter Breite und einer Rolle und kann nicht unverändert auf den Fall angewandt werden, bei dem eine Laufringoberfläche von begrenzter Länge mit einer Rolle in Kontakt ist, wie dies bei einem Rollenlager der Fall ist. Gemäß den von den Erfindern ausgeführten Studien wurden die folgenden Ergebnisse gefunden. Es ist zu bevorzugen, einen Ausdruck zu verwenden, der durch Multiplizieren einer positiven Konstante k und dem oben erwähnten Lundberg-Ausdruck Zp(x) erhalten wird, oder einen Spalt zu bilden, der bezeichnet ist durch Z(x) = kZp(x) (2) zwischen einer Rollenwälzoberfläche und der Laufringoberfläche. Es ist weiter zu bevorzugen, den Wert von k so festzulegen, dass er im Bereich von 1,5 bis 10 liegt. Diese Entdeckungen wurden bereits vorgeschlagen.
Sowohl der Ausdruck (1) als auch (2), die auf der elastischen Kontakttheorie basieren, sind spezielle logarithmische Kurven. Um zwischen der Rollenwälzoberfläche und der Laufringoberfläche des inneren und des äußeren Laufrings einen Spalt zu bilden, der durch eine derartige spezielle Kurve angegeben ist, muss die Form der Profillinie in Richtung der Erzeugenden (nachfolgend wird auf eine derartige Form lediglich als ”Form der Erzeugenden” Bezug genommen) der Rollenwälzoberfläche und/oder der Laufringoberfläche zu einer Form verarbeitet werden, die einer derartigen logarithmischen Kurve entspricht.
Andererseits wird, wenn eine geschliffene Fläche von der Form einer speziellen Kurve auf der Oberfläche eines Gegenstandes ausgebildet werden soll, für gewöhnlich eine NC-(nummerisch gesteuerte)-Schleifmaschine verwendet. Häufig wird die Oberfläche des Schleifsteins in die negative Form der gewünschten Kurvenform zugerichtet, und zwar durch einen Zurichtmechanismus der Schleifmaschine, und dann wird die Oberfläche des Gegenstandes geschliffen.
Jedoch arbeitet ein Zurichtmechanismus einer NC-Schleifmaschine für gewöhnlich lediglich entlang einer linearen oder bogenförmigen Ortskurve. Im praktischen Gebrauch ist es daher sehr schwierig, zum Erzielen eines Spaltes, der durch eine logarithmische Kurve des zuvor erwähnten Ausdrucks (1) oder (2) angegeben ist, die Form der Erzeugenden der Wälzoberfläche der Rolle oder der Laufringoberfläche des inneren oder des äußeren Laufrings in die Form der gewünschten logarithmischen Kurve zu schleifen.
Das Dokument US 4,828,404 offenbart ein selbstausrichtendes Rollenlager, das eine Mehrzahl von kugelförmigen Rollen aufweist, die zwischen der Laufbahnoberfläche eines inneren Laufrings und der Laufbahnoberfläche eines äußeren Laufrings angeordnet sind. Die Laufbahnoberfläche des inneren Laufrings ist durch eine Kurve gebildet, die eine Mehrzahl von Krümmungsradien beinhaltet, wobei vorbestimmte Beziehungen zwischen den Krümmungsradien bestehen.
FR 2 250 915 betrifft ein Rollenlager, wobei die Rollen eine kontinuierliche konvexe Krümmung aufweisen und der Laufring eine Oberfläche mit konkaver Krümmung aufweist. Falls keine Last auf das Lager aufgebracht wird, gibt es einen Spalt zwischen den zwei Oberflächen, der angepasst ist, um die Eigenschaften des Rollenlagers zu verbessern.
INHALT DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde in Anbetracht der zuvor erwähnten Umstände ausgeführt. Es ist ein Ziel der Erfindung, ein in die Praxis umsetzbares Rollenlager bereitzustellen, das eine Balligkeitsform hat, die erlaubt, dass ein Spalt, der im Wesentlichen einem theoretisch berechneten Spalt entspricht, der auf der durch den zuvor erwähnten Ausdruck (1) oder (2) bezeichneten elastischen Kontakttheorie basiert, zwischen der Rollenwälzoberfläche und der Laufringoberfläche des inneren und/oder äußeren Laufrings ausgebildet wird, wodurch eine lange Lebensdauer realisiert wird, sogar wenn eine schwere Last oder eine hohe Momentenbelastung aufgebracht wird.
Um das Ziel zu erreichen, ist das Rollenlager der Erfindung ein Rollenlager, bei welchem eine Mehrzahl von Rollen zwischen einem inneren Laufring und einem äußerem Laufring angeordnet sind, und dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass, damit, in einem Zustand, bei dem bei Lastfreiheit die Rollenwälzoberfläche und die Laufringoberfläche des inneren oder äußeren Laufrings in Kontakt miteinander sind, ein Spalt in Radialrichtung (z-Richtung) des Lagers an einer Position in Richtung einer gemeinsamen Erzeugenden (x-Richtung) einem theoretischen Wert Z(x) genügt, welcher auf Basis einer Theorie eines elastischen Kontaktes berechnet wird, eine Form einer Erzeugenden der Wälzoberfläche und/oder der Laufringoberfläche an eine auf dem theoretischen Wert Z(x) basierende Form angenähert wird, und zwar durch einen Satz aus einer Mehrzahl von Kreisbögen, die angegeben sind durch (x – a_i)² + (z – b_i)² = r_i ² (mit i = 1, 2, ...) (3) und zwar für jeweilige mehrere Zonen, wobei die Erzeugende in die Zonen unterteilt ist und die Kreisbögen an jeweiligen Zonengrenzen miteinander in Kontakt sind.
Bei der Erfindung wird als theoretischer Wert Z(x) der oben erwähnte Ausdruck (2) bevorzugt verwendet, d. h. Z(x) = k × {(1 – ν₁ ²)/E₁ + (1 – ν₂ ²)/E₂}Q_d × log{1 – (2x/l_a)²}^–1/(π·l_a) (2)' wobei ein Ursprung (x = 0) einer x-Achse ein Mittelpunkt in Axialrichtung einer Rolle ist, und

k:: positive Konstante
E₁:: Elastizitätsmodul der Rolle
E₂:: Elastizitätsmodul des inneren oder äußeren Laufrings
ν₁:: Poissonscher Beiwert der Rolle
ν₂:: Poissonscher Beiwert des inneren oder äußeren Laufrings
Q_d:: Last eines Wälzelementes
l_a:: effektive Länge einer Profillinie der Rolle,

Gemäß der Erfindung wird, um zu erreichen, dass die Größe eines Spaltes zwischen der Wälzoberfläche einer Rolle und der Laufringoberfläche des inneren oder äußeren Laufrings an einer Position in Richtung der gemeinsamen Erzeugenden einem Spalt entspricht, der durch eine theoretisch erhaltene spezielle Kurve wie beispielsweise eine logarithmische Kurve angegeben ist, die Form der Erzeugenden der Rollenwälzoberfläche oder der Laufringoberflächen des inneren und äußeren Laufrings nicht durch eine spezielle Kurvenform gebildet, welche dieser speziellen Kurve entspricht, sondern die spezielle Kurvenform wird durch einen Satz aus einer Mehrzahl von Kreisbögen angenähert. Daher wird eine praktisch realisierbare Bearbeitung durch eine gewöhnliche NC-Schleifmaschine ermöglicht, wodurch das beabsichtigte Ziel erreicht wird.
Wie in 3 dargestellt, ist die Form der Erzeugenden der Wälzoberfläche einer jeden Rolle oder der Laufringoberfläche des inneren oder äußeren Laufrings in Richtung der Erzeugenden in eine Mehrzahl von Zonen unterteilt, und eine spezielle Kurvenform A(x), die auf einer theoretischen Berechnung basiert, wird für jede der Zonen unter Verwendung der durch Ausdruck (3) angegebenen Kreisgleichung angenähert. Bei der Näherung kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem die Kreisgleichung in jeder Zone bestimmt wird, wobei dabei Bedingungen verwendet werden, dass der Kreisbogen einer jeden Zone an einer Grenzlinie der Zone, zu der der Kreisbogen gehört, eine Koordinate P_i (x_i, y_i) der speziellen Kurvenform A(x) übergibt und dass an der Grenzlinie zwischen den zugehörigen Zonen benachbarte Kreisbögen miteinander in Kontakt sind. Gemäß dieser Konfiguration kann die spezielle Kurvenform A durch die Mehrzahl von Kreisbögen in glatter Weise angenähert werden.
Bei der Erfindung kann die Erzeugende in eine beliebige Anzahl von Zonen unterteilt werden. Jedoch könnte bestätigt werden, dass eine Unterteilungsanzahl von 10 oder weniger gestattet, dass der maximale Kontaktflächendruck einen Wert hat, der im Wesentlichen gleich groß ist wie bei einer theoretischen Form.
Bei der Erfindung ist es möglich, die Bearbeitung der Form der Erzeugenden lediglich auf der Wälzoberfläche einer jeden Rolle, lediglich der Laufringoberfläche des inneren oder des äußeren Laufrings oder sowohl auf der Wälzoberfläche einer jeden Rolle und der Laufringoberfläche des inneren oder äußeren Laufrings durchzuführen. Zusammenfassend gesagt, ist es lediglich erforderlich, dass der Spalt zwischen der Wälzoberfläche einer Rolle und der Laufringoberfläche des inneren Laufrings oder der Spalt zwischen der Wälzoberfläche einer Rolle und der Laufringoberfläche des äußeren Laufrings ein theoretisch berechneter Spalt ist, beispielsweise der Spalt Z(x), der durch den zuvor erwähnten Ausdruck (2) angegeben ist. In dem Fall, bei dem Z(x), wie angegeben durch Ausdruck (2) oder (2'), als theoretischer Spalt verwendet wird, kann ein beliebiger der folgenden Modi verwendet werden. Wenn die eine von einer Rollenwälzoberfläche und einer Laufringoberfläche, die miteinander in Kontakt stehen, beispielsweise so festgelegt ist, dass ihre Erzeugende eine lineare Form hat, kann die Form der Erzeugenden der jeweils anderen so festgelegt sein, dass sie selber eine Kurvenform von Z(x) hat. Wenn die Form der einen Erzeugenden ein einfacher Kreisbogen ist, kann die andere Form der Erzeugenden eine Kurve sein, die dadurch erhalten wird, dass die Bogenform von der Kurve von Z(x) subtrahiert wird. Alternativ können beide Formen der Erzeugenden eine Kurve von Z(x)/2 sein. Die Erfindung beinhaltet alle diese Modi.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Konfiguration, bei der der Spalt zwischen der Rollenwälzoberfläche und der Laufringoberfläche des inneren Laufrings und/oder der Spalt zwischen der Rollenwälzoberfläche und der Laufringoberfläche des äußeren Laufrings als ein auf der Balligkeitsform basierender Spalt ausgebildet sind. Berücksichtigt man auch die Bearbeitungskosten, kann jedoch der Effekt einer Verbesserung der Lebensdauer des Lagers bei der praktischen Verwendung sogar dann erzielt werden, wenn lediglich der Spalt zwischen dem inneren Laufring und jeder Rolle, bei dem der Kontaktflächendruck höher ist und der ohne weiteres einen begrenzenden Faktor der Lebensdauer des Lagers bewirkt, als ein solcher Spalt ausgebildet ist.
Bei der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist der theoretische Wert des Spaltes, der zwischen der Rollenwälzoberfläche und der Laufringoberfläche des inneren oder äußeren Laufrings und bei einer Position in Richtung der gemeinsamen Erzeugenden auszubilden ist, auf den durch Ausdruck (2) oder (2') angegebenen Wert Z(x) festgelegt. Es wurde bestätigt, dass der theoretische Wert Z(x) für ein in der Realität bestehendes Lager effektiver ist als der Wert Zp(x), der auf dem Lundbergschen Ausdruck basiert. Wenn die Form der Erzeugenden einer Rolle und/oder des Lagerrings durch eine Mehrzahl von Kreisbögen angenähert wird, so dass der Spalt Zp(x) erhalten wird, kann die Kontaktspannung zwischen der Rolle und dem Laufring sehr stark vereinheitlicht werden, wodurch die Lebensdauer des Lagers verlängert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein axialer Querschnitt, der eine Konfiguration in dem Fall zeigt, bei dem die Erfindung auf ein Kegelrollenlager angewandt wird;
2 ist ein Diagramm, das eine Koordinate darstellt, die bei der Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
3 ist ein Graph, der die Form der Erzeugenden einer Laufringoberfläche 1a eines inneren Laufrings 1 der Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
4 ist eine Ansicht, welche die Ergebnisse der Berechnungen der Verteilung des Kontaktflächendrucks zwischen dem inneren Laufring 1 und einer Kegelrolle 3 in dem Fall darstellt, bei dem die Unterteilungsanzahl der Erzeugenden der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 bei der Ausführungsform der Erfindung verändert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein axialer Querschnitt einer Ausführungsform, bei der die Erfindung auf ein Kegelrollenlager angewandt wird.
Eine Mehrzahl von Kegelrollen 3, die wälzbar sind und bei jeder von der eine Wälzoberfläche 3a, die durch eine konische Fläche konfiguriert ist, auf dem Außenumfang ausgebildet ist, und ein Käfig 4, dessen Taschen 4 jeweils die Kegelrollen 3 aufnehmen 3, um die Umfangspositionen der Kegelrollen 3 zueinander zu definieren, sind mit regelmäßigem Teilungsabstand zwischen einem inneren Laufring 1 angeordnet, auf dessen Außenumfang eine durch eine konische Fläche konfigurierte Laufringoberfläche ausgebildet ist, und einem äußeren Laufring 2 angeordnet, auf dessen Innenumfang eine durch eine konische Innenfläche konfigurierte Laufringoberfläche 2a ausgebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Balligkeitsbearbeitung, die eine kennzeichnende Konfiguration der Erfindung ist, auf die Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 sowie die Wälzoberfläche 3a der Kegelrollen 3 angewandt. In der folgenden Beschreibung sei angenommen, dass eine Koordinate verwendet wird, die in 2 definiert ist. Und zwar ist die Richtung der gemeinsamen Erzeugenden in einem Kontaktabschnitt zwischen der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 und der Wälzoberfläche 3a eines jeden der Kegelrollen 3 als x-Richtung festgelegt, die radiale Richtung des Lagers, d. h. die Tiefenrichtung der Balligkeit ist als z-Richtung festgelegt, und die Ursprünge der x- und z-Achse sind auf den Mittelpunkt in Axialrichtung auf der Erzeugenden der Wälzoberfläche 3a der Kegelrolle 3 festgelegt.
In diesem Beispiel ist die Form der Erzeugenden der Wälzoberflächen 3a der Kegelrollen 3 auf eine einfache bogenförmige Balligkeitsform festgelegt, die beispielsweise durch Durchlaufschleifen unter Verwendung einer spitzenlosen Schleifmaschine erzielt wird. Im Gegensatz dazu ist die Form der Erzeugenden der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 auf eine Form festgelegt, bei der eine spezielle logarithmische Kurve A(x) durch eine Mehrzahl von Kreisbögen angenähert ist, wie später noch detailliert beschrieben wird.
Es sei angenommen, dass die Kurve der eine einfache bogenförmige Form aufweisenden Erzeugenden der Wälzoberfläche 3a einer jeden der Kegelrollen 3 den Verlauf B(x) hat, wobei die spezielle logarithmische Kurve A(x) unter Verwendung von Z(x) angegeben ist, das eine logarithmische Kurve ist, die durch den zuvor erwähnten Ausdruck (2) oder (2') oder durch A(x) = Z(x) – B(x) (4) angegeben ist.
Wenn die spezielle logarithmische Kurve A(x) selbst als Form der Erzeugenden der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 festgelegt ist, genügt der Spalt, der an einer Position in Richtung der Erzeugenden zwischen der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 und der Laufringoberfläche 3a der Kegelrolle 3 ausgebildet ist, dem theoretischen Spalt Z(x), der durch den auf der elastischen Kontakttheorie basierenden, oben angegebenen Ausdruck (2) oder (2') angegeben ist, und zwar in Zusammenarbeit mit der Form der Erzeugenden B(x) der Wälzoberfläche 3a der Kegelrolle 3.
Die Form der Erzeugenden der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 ist zu beiden Seiten symmetrisch bezüglich des Ursprungs, der am Mittelpunkt der Richtung der Erzeugenden (Richtung der x-Achse) festgelegt ist. Die spezielle Form der Erzeugenden ist in der folgenden Weise festgelegt. Wie in 3 dargestellt, ist die Laufringoberfläche 1a entlang der Richtung der Erzeugenden in eine Anzahl n von Zonen unterteilt und für jede der n Zonen ist die Erzeugende so festgelegt, dass sie eine Form hat, die entlang der Kreisgleichung verläuft, die durch den zuvor angegebenen Ausdruck (3) angegeben ist, d. h. (x – a_i)² + (z – b_i)² = r_i ² (mit i = 1, 2, ..., n).
Die Form der Erzeugenden der Laufringoberfläche 1a des Laufrings 1 ist durch eine Anzahl von n Kreisbögen angenähert, so dass sie im Wesentlichen mit der speziellen logarithmischen Kurve A(x) übereinstimmt.
Die Koeffizienten a_i, b_i und r_i der Kreisbogengleichung können gemäß den folgenden zwei Bedingungen bestimmt werden.

(a) Benachbarte Kreisbögen stehen miteinander an der Grenzlinie zwischen den entsprechenden Zonen in Kontakt.
(b) Jeder kreisförmige Bogen gibt die Koordinate P(i) (x_i, y_i) der speziellen logarithmischen Kurve A(x) an der Grenzlinie der entsprechenden Zone weiter.

Unter den zuvor angegebenen Bedingungen kann die spezielle logarithmische Kurve A(x) durch eine Mehrzahl von Kreisbögen in einem glatten Verlauf angenähert werden. Eine derartige Form der Erzeugenden der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 kann problemlos durch eine gewöhnliche NC-Schleifmaschine bearbeitet werden, die über einen Zurichtmechanismus verfügt, der entlang einer bogenförmigen Ortskurve arbeitet. Durch eine Kombination des inneren Laufrings 1, der eine derartige Form der Erzeugenden der Laufringoberfläche 1a aufweist, und der Kegelrollen 3, welche die zuvor erwähnte Form der Erzeugenden der Wälzoberflächen 3a aufweisen, kann ein Kegelrollenlager erzielt werden, bei dem ein Spalt zwischen der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 und der Wälzoberfläche 3a einer jeden der Kegelrollen 3 bei einer Position in Richtung der Erzeugenden im Wesentlichen dem auf der elastischen Kontakttheorie basierenden idealen Spalt Z(x) genügt und das über eine lange Lebensdauer verfügt, sogar wenn das Lager unter schwerer Last oder einer hohen Drehmomentlast verwendet wird.
Gemäß der Erfindung kann eine Balligkeitsform, die durch die ideale spezielle logarithmische Kurve A(x) angenähert ist, in ausreichender Weise dadurch erzielt werden, dass lediglich eine Schleifbearbeitung unter Verwendung einer NC-Schleifmaschine durchgeführt wird. Wenn nach der Schleifbearbeitung eine Polierbearbeitung durchgeführt wird, können Punkte, an denen die Kreisbögen miteinander in Kontakt stehen, weiter geglättet werden, so dass eine Balligkeitsform erzielt wird, die im Wesentlichen identisch zur theoretischen Form A(x) ist.
Der Kontaktflächendruck zwischen dem inneren Laufring 1 und der Kegelrolle 3 wurde berechnet, und dabei wurde die Unterteilungsanzahl n der Erzeugenden der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 bei der Ausführungsform der Erfindung auf verschiedene Werte verändert. 4 zeigt ein Ergebnis der Berechnung. Natürlich wird die erzielte Form der theoretischen Form A(x) umso ähnlicher, je größer die Unterteilungsanzahl n, d. h. die Anzahl der bei der Näherung verwendeten Kreisbögen ist. Wenn die Anzahl der Kreisbogen größer ist, ist jedoch die Eingabe der Bearbeitungsdaten sehr aufwändig. Das Ziel der Berechnung besteht darin, die Unterteilungsanzahl n zu erhalten, die im praktischen Gebrauch zum Erzielen eines Kontaktflächendrucks benötigt wird, der im Wesentlichen dem der theoretischen Form A(x) entspricht.
Bei der Berechnung des Kontaktflächendrucks wurden nummerische Berechnungen durchgeführt, wobei dabei die Kontaktfläche zwischen dem inneren Laufring 1 und der Kegelrolle 3 in (ca. 400) Rechtecke unterteilt wurde und dabei das Kontaktproblem-Analyseverfahren verwendet wurde, das von N. Ahdmadi et al. beschrieben wurde. Die Bedingungen und spezifischen Inhalte der Berechnung sind wie folgt. In einem Zustand, bei dem der innere Laufring 1 und der äußere Laufring 2 zueinander um 0°6' geneigt sind, wurde die Verteilung des Kontaktdrucks berechnet, der auf den inneren Laufring 1 durch die Kegelrollen 3 aufgebracht wird, auf welche die maximale Last aufgebracht wurde. Bei den in 4 dargestellten Graphen bezeichnet die Abszisse die Position (x-Achse) in Richtung der Erzeugenden und die Ordinate bezeichnet den Kontaktdruck. 4 zeigt auch ein Lebensdauerverhältnis, das auf Basis des Maximalwertes der Kontaktflächendruckverteilung berechnet wurde, die aus der zuvor erwähnten Berechnung erhalten wurde, d. h. dem maximalen Kontaktflächendruck. Unter der Annahme, dass die Lebensdauer des Lagers im Wesentlichen vom maximalen Kontaktflächendruck abhängt, wurde das Lebensdauerverhältnis als Lebensdauerverhältnis L/L₀ durch den folgenden Ausdruck berechnet: L/L₀ = (P_max/P_max0)^–20/3 (5), wobei

P_max0:: berechneter Wert des maximalen Kontaktdrucks, falls der Spalt zwischen dem inneren Laufring 1 und der Kegelrolle 3 an einer Position in Richtung der Erzeugenden der ideale Spalt Z(x) ist,
L₀:: Lebensdauer, falls der Spalt der ideale Spalt Z(x) ist,
P_max:: berechneter Wert des maximalen Kontaktdrucks, falls die Balligkeitsform der Laufringoberfläche 1a des inneren Laufrings 1 durch eine Mehrzahl von Kreisbögen angenähert ist, und
L:: Lebensdauer im Fall der Näherung.

Wie aus den Berechnungsergebnissen von 4 zu ersehen, wurde bestätigt, dass bei einer Unterteilungsanzahl n = 7 der Erzeugenden dieses Beispiel einen Kontaktflächendruck erzielt, der im Wesentlichen gleich groß wie im Fall der theoretischen Form ist. Aus den Berechnungsergebnissen von 4 wurde ebenfalls bestätigt, dass, sogar wenn die theoretische Form durch einen Satz von Kreisbögen unterschiedlicher Radien angenähert wird, eine Erzeugung eines lokal übermäßig großen Oberflächendruckes dadurch verhindert wird, dass benachbarte Kreisbögen miteinander durch eine tangentiale Linie verbunden werden.
Im Vorhergehenden wurde das Beispiel beschrieben, bei dem die Erfindung auf ein Kegelrollenlager angewandt wird. Selbstverständlich kann die Erfindung in gleicher Weise auch auf ein Zylinderrollenlager angewandt werden.
Wie zuvor beschrieben, ist gemäß der Erfindung die Form der Erzeugenden der Wälzoberfläche einer jeden Rolle oder der Laufringoberfläche des inneren oder des äußeren Laufrings durch einen Satz von Kreisbögen an eine spezielle Kurvenform, wie beispielsweise eine von der elastischen Kontakttheorie hergeleitete logarithmische Kurve angenähert. Daher ist es möglich, ein Lager zu erzielen, das durch eine gewöhnliche NC-Schleifmaschine, die ausreichend im praktischen Einsatz ist, bearbeitet werden kann, und eine Lebensdauer zu erzielen, die im Wesentlichen einer Lebensdauer einer idealen Balligkeitsform entspricht, sogar wenn das Lager in einem Abschnitt verwendet wird, auf den eine schwere Last oder eine hohe Drehmomentbelastung aufgebracht wird.
Wenn das Herstellungsverfahren der Erfindung verwendet wird, erfolgt die Näherung an die spezielle Kurvenform durch einen Satz aus Kreisbögen mittels einer NC-Schleifmaschine, und dann wird eine Polierbearbeitung durchgeführt, wodurch erreicht werden kann, dass die Form der Erzeugenden im Wesentlichen mit der speziellen Kurvenform übereinstimmt.

Claims

Rollenlager, bei welchem eine Mehrzahl von Rollen (3) zwischen einem inneren Laufring (1) und einem äußerem Laufring (2) angeordnet sind, wobei damit, in einem Zustand, bei dem bei Lastfreiheit eine Rollenwälzoberfläche (3a) und eine Laufringoberfläche (1a, 2a) des inneren oder äußeren Laufrings in Kontakt miteinander sind, ein Spalt in Radialrichtung (z) des Lagers an einer Position in Richtung einer gemeinsamen Erzeugenden (x) einem theoretischen Wert Z(x) genügt, welcher auf Basis einer Theorie eines elastischen Kontaktes mittels eines Ausdrucks (1) berechnet wird: Z(x) = k × {(1 – ν₁ ²)/E₁ + (1 – ν₂ ²)/E₂}Q_d × log{1 – (2x/l_a)²}^–1/(π·l_a) (1) wobei ein Ursprung (x = 0) einer x-Achse ein Mittelpunkt in Axialrichtung einer jeden der Rollen (3) ist, und k: positive Konstante E₁: Elastizitätsmodul der Rolle E₂: Elastizitätsmodul des inneren oder äußeren Laufrings ν₁: Poisson’scher Beiwert der Rolle ν₂: Poisson’scher Beiwert des inneren oder äußeren Laufrings Q_d: Last eines Wälzelementes l_a: effektive Länge einer Profillinie der Rolle, wobei eine Form einer Profillinie in Richtung einer gemeinsamen Erzeugenden von mindestens einer von der Wälzoberfläche (3a) und der Laufringoberfläche (1a, 2a) an eine solche Form angenähert ist, dass der Spalt zwischen der Rollenoberfläche und der Laufringoberfläche (1a, 2a) eine auf dem theoretischen Wert Z(x) basierende Näherung ist, wobei die Form der Profillinie durch einen Satz aus Zonen konfiguriert ist, welche aus zwei Kreisbögen und einer Geraden bestehen, wobei die Zonen an jeweiligen Zonengrenzen miteinander in Kontakt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Rollenlagers, bei welchem eine Mehrzahl von Rollen (3) zwischen einem inneren Laufring (1) und einem äußerem Laufring (2) angeordnet sind, wobei damit, in einem Zustand, bei dem bei Lastfreiheit eine Rollenwälzoberfläche (3a) und eine Laufringoberfläche des inneren oder äußeren Laufrings in Kontakt miteinander sind, ein Spalt in Radialrichtung des Lagers (z-Richtung) an einer Position in Richtung einer gemeinsamen Erzeugenden (x-Richtung) einem theoretischen Wert Z(x) genügt, welcher auf Basis einer Theorie eines elastischen Kontaktes mittels eines Ausdrucks (1) berechnet wird: Z(x) = k × {(1 – ν₁ ²)/E₁ + (1 – ν₂ ²)/E²}Q_d × log{1 – (2x/l_a)²}^–1/(π·l_a) (1) wobei ein Ursprung (x = 0) einer x-Achse ein Mittelpunkt in Axialrichtung einer jeden der Rollen (3) ist, und k: positive Konstante E₁: Elastizitätsmodul der Rolle E₂: Elastizitätsmodul des inneren oder äußeren Laufrings ν₁: Poisson’scher Beiwert der Rolle ν₂: Poisson’scher Beiwert des inneren oder äußeren Laufrings Q_d: Last eines Wälzelementes l_a: effektive Länge einer Profillinie der Rolle, wobei eine Form einer Profillinie in Richtung einer gemeinsamen Erzeugenden von mindestens einer von der Wälzoberfläche (3a) und der Laufringoberfläche durch einen Schleifprozess zu einer Form ausgebildet ist, die durch Zonen konfiguriert ist, welche aus zwei Kreisbögen und einer Geraden bestehen, wobei die Zonen an jeweiligen Zonengrenzen miteinander in Kontakt sind, und dann ein Polierprozess durchgeführt wird, wodurch die Profillinie zu einer solchen Form ausgebildet wird, dass der Spalt zwischen der Rollenoberfläche und der Laufringoberfläche eine auf dem theoretischen Wert Z(x) basierende Näherung ist.