DE824577C

DE824577C - Ausbalancierter Sicherungsring

Info

Publication number: DE824577C
Application number: DEP31088D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Heimann; Louis W Schaaff; Hugo Wurzel
Original assignee: Waldes Kohinoor Inc
Current assignee: Waldes Kohinoor Inc
Priority date: 1942-12-17
Filing date: 1949-01-07
Publication date: 1951-12-13
Also published as: US2416852A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf geschlitzte Federringe, die in Nuten rotierender Wellen eingesprengt sind, um Lager, Zahnräder usw. gegen axiale Verschiebung zu sichern. Solche Ringe verjüngen sich vom Mittelquerschnitt zu den freien Enden je nach dem Maß der gewählten Exzentrizität zwischen ihrem äußeren und inneren Kreisbogen. Die offenen Enden solcher Ringe sind gewöhnlich als vorspringende Ohren ausgebildet, die mit Löchern zur Aufnahme von Zangenspitzen für das öffnen und Schließen der Ringe versehen sind.

Infolge der unsymmetrischen Gestalt solcher Ringe in bezug auf ihre horizontale Mittellinie, d. h. auf die Normale zur vertikalen Mittellinie, die zwischen den offenen Ringenden durch den Mittelquerschnitt mit der größten Querschnittshöhe geht, weisen die auf den rotierenden Ring ausgeübten Zentrifugalkräfte eine Resultante entlang der vertikalen Mittellinie auf. Diese Resultante hängt von der Zahl der Wellenumdrehungen per Minute und vom Ringdurchmesser ab und kann Werte erreichen, die die Balance von mit großer Geschwindigkeit rotierenden Wellen stören.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, diesen Nachteil auszuschalten und einen in sich aus- 2$ balancierten Ring vorzusehen, d. h. einen Ring, bei dem die algebraische Summe der auf ihn wirkenden Zentrifugalkräfte gleich Null ist.

In der Zeichnung ist

Fig. ι der Grundriß eines nicht ausbalancierten Ringes nach dem Stande der Technik,

Fig. 2 der Grundriß eines Ringes von derselben

allgemeinen Form und demselben Durchmesser, der nach der Erfindung ausbalanciert ist,

Fig. 3 ein Diagramm des in Fig. 2 dargestellten Ringes für Rechnungszwecke.

In Fig. ι ist eine bekannte Art von nicht ausbalanciertem Ring gezeigt, der gleichmäßige Dicke in Achsrichtung aufweist und die Exzentrizität T in Richtung der vertikalen Mittellinie A-A hat. Der äußere Kreisumfang 1 hat den größeren Radius R, der innere Kreisumfang den kleineren Radius r. Der Ring verjüngt sich vom Mittelquerschnitt gegen die offenen Enden, wobei die Exzentrizität so berechnet ist, daß die Innenkante 2 unter Verformung ihre Kreisform beibehält. Die offenen Enden sind als vorspringende Ohren 3, 4 ausgebildet, die mit je einem Loch 5 versehen sind zur Einführung von Zangenspitzen, mittels deren der Ring gespreizt werden kann, um ihn über die Welle in eine Nut einzuführen. Bisher wurde die Dimensionierung der Ohren 3, 4 nicht als für die • Arbeitsweise des Ringes kritisch angesehen, solange ihr Querschnitt nicht den für die Montage zulässigen Durchmesser überstieg.

Bei einem solchen Ring ist die größte Querschnittshöhe oder radiale Dicke H _max gleich R — r + T, die geringste Querschnittshöhe H_min gleich R — r — T (s. Fig. 1). Die größte Differenz in den Querschnittshöhen ist somit 2 T. Es muß im Auge behalten werden, daß die berechnete Ver-

minderung der Querschnittshöhen von H _max zu H _min nicht geändert werden darf, wenn der Ring nicht seine Eigenschaft der kreisförmigen Verformung verlieren soll.

Man sieht, daß die in Fig. 1 gezeigte Ringform mit Bezug auf die horizontale Mittellinie unsymmetrisch ist. Daher wirken auf den Ring bei hoher Umdrehungszahl unbalancierte Kräfte. Zum Verständnis der Erfindung mögen diese Kräfte und ihre Resultanten kurz wie folgt analysiert werden.

Wenn ein Ring nach Fig. 1, aber ohne die Ohren 3, 4 um den Mittelpunkt O rotiert, haben die auf ihn ausgeübten Zentrifugalkräfte eine in ihrer vertikalen Mittellinie wirkende Resultante C, deren Wert sich nach der Gleichung

bestimmt, worin c 1 ein Koeffizient ist, dessen Wert von dem gegebenen Verhältnis der Exzen-

trizität T zum freien Radius r abhängt, und ω die Winkelgeschwindigkeit des Ringes. Diese Gleichung kann leicht abgeleitet werden durch Integration über die Zentrifugalkräfte, die auf die einzelnen Ringelemente nach Fig. 3 und mit den dort wiedergegebenen Durchmesserbeziehungen ausgeübt werden.

Die Aufgabe ist nun, diese auf den Ringkörper wirkende resultierende Zentrifugalkraft auszubalancieren durch die entgegengesetzt wirkende Zentrifugalkraft der entsprechend dimensionierten Ringohren.

Wenn die Ohren 30,40 (Fig. 2) von gleicher Querschnittshöhe in der Umfangsrichtung genügend verbreitert werden, kann dies erreicht werden. Eine einfache Rechnung zeigt, daß die in die vertikale Mittellinie fallende resultierende Zentrifugalkraft auf die Ohren den Wert

VE = c 2. r^s oj² sin a

hat, wobei die Konstanter2 wiederum leicht aus der Integration über die Zentrifugalkräfte der einzelnen Elemente der Ohren gewonnen werden kann. Setzt man die oben berechnete Zentrifugalkraft C auf den Ringkörper gleich der Zentrifugalkraft VE auf die Ringohren, dann ergibt sich für α (die Winkelbreite der Ohren) eine Gleichung

sin α = τ,— , womit der Wert von α und damit die C 2

Dimensionen der Ohren für Balance bestimmt sind.

Da die Ohren 40 mit öffnungen 45 für die Anwendung von Zangen versehen sind, muß auch die Fläche dieser Löcher berücksichtigt werden, durch die die Resultante der Zentrifugalkräfte auf die Ohren vermindert wird. Dies geschieht, indem zum Winkel α ein Winkel β hinzugefügt und die Weite der Ohren um ein Maß ausgedehnt wird, das angenähert dem Flächeninhalt der Löcher 45 entspricht.

Hierdurch ist ein in sich ausbalancierter Sicherungsring geschaffen, ohne daß die berechnete Verjüngung der Querschnittshöhen geändert wird, wodurch das gefahrlose Arbeiten eines solchen Ringes auf mit hoher Umdrehungszahl rotierenden Wellen gesichert ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Geschlitzter Federring mit sich von der Mitte nach den freien Enden verjüngenden Querschnittshöhen und mit an den freien Enden angeordneten durchlöcherten Ohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Ohren des Ringes so dimensioniert sind, daß die auf sie wirkende resultierende Zentrifugalkraft entgegengesetzt gleich ist der auf den mit abnehmenden Querschnittshöhen versehenen Ringkörper wirkenden resultierenden Zentrifugalkraft.

2. Federring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, um den Durchmesser des den Ring umschließenden Kreises möglichst klein zu halten, die Querschnittshöhe der Ohren die größte Querschnittshöhe des Ringkörpers nicht überschreitet, und daß die Winkelbreite der Ohren so dimensioniert ist, daß die resultierende Zentrifugalkraft auf den Ringkörper durch die resultierende Zentrifugalkraft auf die Ohren ausbalanciert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 2512 12.