DE890284C - Gleit- oder Zapfenlageranordnung - Google Patents

Gleit- oder Zapfenlageranordnung

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DE890284C
DE890284C DEG5066A DEG0005066A DE890284C DE 890284 C DE890284 C DE 890284C DE G5066 A DEG5066 A DE G5066A DE G0005066 A DEG0005066 A DE G0005066A DE 890284 C DE890284 C DE 890284C
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DEG5066A
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Federal Mogul Engineering Ltd
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Glacier Metal Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/1075Wedges, e.g. ramps or lobes, for generating pressure

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Description

  • Der Erfinder hat beantragt, nicht genannt zu werden Die Erfindung bezieht sich auf Gleitlager und betrifft im besonderen Verbesserungen an Lagern, die sich besonders zur Verwendung in Schleifmaschinen und anderen Präzisionswerkzeugmaschinen eignen, bei denen es von Wichtigkeit ist, daß eine Spindel oder ein Lagerzapfen genau zentriert ist und unter Belastung keine nennenswerte Bewegung aus der Mittellage heraus erfährt.
  • In manchen Fällen ist es möglich, eine schmierende Ölhaut oder Fettschicht zu verwenden, die so außerordentlich dünn ist, daß ein zwischen Zapfen und Lager vorhandenes Spiel selbst geringer ist als die zulässige außermittige Bewegung des Zapfens unter Belastung. Derartige Lageranordnungen sind jedoch, was die aufzunehmende Last anbelangt, sehr beschränkt, und im allgemeinen ist es nötig, für die Bildung einer vollkommen flüssigen Ölhaut zu sorgen, damit die Belastung ohne Überhitzung und ungebührliche Abnutzung ausgehalten werden kann. Dieses Erfordernis macht ein beträchtliches Spiel zwischen Zapfen und Lager notwendig, damit sich ein ausreichender schmierender Film durch hydrodynamische Wirkung ausbilden kann.
  • Bei üblichen Lageranordnungen bildet sich durch die Drehung des Zapfens ein Ölpolster unter einem Druck, der von der Geschwindigkeit, der Viskosität und dem Spiel abhängig ist, und bei einer entsprechenden konstanten Geschwindigkeit sucht der unbelastete Zapfen gleichachsig zum Lager umzulaufen. Sobald der Zapfen jedoch belastet wird, wird er verschoben; und es wird selbsttätig ein Ölhautdruck erzeugt, de sich von einem Minimum (im wesentlichen vom Wert Null) über etwa der Hälfte des Umfanges auf ein Maximum an einer Stelle ändert, die angenähert der Richtung der größten Belastung entspricht. Unter derartigen Bedingungen erhält der Zapfen die Möglichkeit, sich aus der Mittellage herauszubewegen, und zwar im wesentlichen in einer Richtung und in einem Ausmaß; die unter anderem von dem Spiel zwischen Zapfen und Lager abhängig sind, und diese Bewegung ist bei vielen Präzisionslageranordnungen zu groß: Zweck der Erfindung ist, eine verbesserte Lagerausführung zu schaffen, bei welcher unter Aufrechterhaltung des Vorteiles einer Schmierung durch eine vollkommen flüssige Ölhaut gewährleistet wird, daß der Zapfen bzw. die Spindel dauernd im wesentlichen gleichachsig zum Lager gehalten wird, und zwar ohne Rücksicht auf die Größe der Belastung und ihre Angriffsrichtung.
  • Bei einer Gleit- oder Zapfenlageranordnung gemäß der Erfindung weist das Lager im Querschnitt ein im wesentlichen nach einer Spirale verlaufendes Profil auf, welches sich über etwa 36o° erstreckt und derart angeordnet ist, daß sich das Spiel zwischen- Zapfen und Lager in Richtung des bei der Drehung des Zapfens relativ zum Lager hervorgerufenen Ölflusses von einem Maximum auf ein Minimum verringert, so daß bei unbelastetem Zapfen ein im wesentlichen konstanter Schmiermitteldruck rings um den Zapfen herum erzeugt wird.
  • Die Erfindung umfaßt auch eine Anordnung, bei welcher das Lager mit einer Bohrung versehen ist, deren Querschnittsprofil eine fortlaufende, im wesentlichen spiralförmige Umrißlinie bildet, die bis auf eine Stufe vom kleinsten zum größten Spiel irri wesentlichen über 36o° herumläuft.
  • Bei einer solchen Lageranordnung wird das Öl vorzugsweise an oder nahe der Stelle des größten Spieles zwischen Zapfen und Lager eingeführt.
  • Es kann auch der Zapfen ein im Querschnitt spiralförmiges Profil aufweisen, und in diesem Fall kann das Öl an einer Anzahl von im Abstand um das Lager herumliegenden Stellen oder durch ein Loch im Zapfen in der Nähe des größten Spiels zwischen Zapfen t nd Lager eingeführt werden.
  • Die Bed ngungen, welche das dem Lager bzw. dem Zapfen zugebezz _t : Profil beeinflussen, können sich auf die Drehgeschwindigkeit des Zapfens, die Länge des Lagers, die Viskosität des Öls und darauf erstrecken, .ob der Ölausfluß aus den Enden des Lagers beschränkt ist oder nicht.
  • Bei einer gegebenen Reihe solcher Bedingungen ändert sich der nachstehend mit Profilneigung bezeichnete Winkel zwischen der Tangente an das Profil und einer Linie, die rechtwinklig zu einem Radius von der Zapfenmitte zum Berührungspunkt der Tangente verläuft, entsprechend der Beziehung, welche empirisch ermittelt und so gewählt werden kann, daß jeder notwendige Druck, selbst in der Größenordnung von einigen Hundert Kilogramm je Quadratzentimeter, hervorgerufen werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, wenn der Zapfer keine äußere Belastung erfährt, einen weitgehend konstanten Öldruck rings um den Zapfen herum zt erzielen, so daß, sobäld der Zapfen eine Belastung oder Kraft aufnimmt, eine vernachlässigbare Abweichung der Lage des Zapfens innerhalb des Lagers zur Folge hat: erstens zwischen dem Lager und dem Zapfen einen erhöhten Druck, welcher der angelegten Belastung entgegenwirkt, und zweitens einen dem erhöhten Druck diametral entgegengesetzten verminderten Druck, wobei die Druckverminderung ebenfalls der angelegten Belastung und dem Zapfen wirksam entgegenwirkt. Der Druckanstieg entsteht dadurch, daß die kleine Lageänderung die Wirkung hat, das Verhältnis der Profilneigung zum Spielraum in dem betreffenden Bereich zu vergrößern, und der diametral entgegengesetzt wirkende Druckabfall entsteht auf Grund des Umstandes, daß das Verhältnis der Profilneigung zum Spielraum verkleinert wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Fig. r ist eine Endansicht einer Ausführungsform eines Gleitlagers gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist -ein Schnitt nach der Linie II-II von Fig. i ; _ Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, welche zeigt, auf welche Weise ein Lager mit einem Profil hergestellt werden kann, das angenähert nach einer Archimedischen Spirale verläuft, wobei jedoch deren Form aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit übertrieben dargestellt ist.
  • Bei der in den Fig. r und 2 schematisch wiedergegebenen Ausführungsform der Erfindung ist das Gleitlager i, welches aus zwei Hälften id und ib besteht, derart bearbeitet worden, daß die Bohrung 2, statt einen kreisförmigen Querschnitt zu erhalten, einen spiralförmigen Querschnitt aufweist. Das Profil der Bohrung ist ein solches, daß, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die Profilneigung, d. h. der Winkel a zwischen einer Tangente an die Bohrung und einer Linie, die rechtwinklig zu einem Radius von der Lagermitte zum Berührungspunkt der Tangente verläuft, in einer bestimmten Beziehung zu dem Spiel ö steht. Die Beziehung zwischen dem Profilwinkel a und dem Spiel ö kann, je nach den Bedingungen des Ölausflusses an den Seiten, d. h. an den Enden des Lagers oder in einer Richtung parallel zur Lagerachse, exponential, konstant oder hybrid sein. In der Praxis kann sich das Spiel von etwa 0,o25 mm an der zum Radius A gehörigen Stelle auf etwa 0,125 mm an der zum Radius B gehörigen Stelle der Bohrung ändern. Diese Änderung im Spiel kann gemäß den besonderen Bedingungen hinsichtlich der Geschwindigkeit, der Lagerlänge, der Ölviskosität oder danach, ob die Enden des Lagers offen oder beschränkt sind, experimentell dadurch bestimmt werden, daß eine Reihe von Röhren, die verschiedene um den Umfang der Bohrung verteilte Punkte mit Druckmessern verbinden, vorgesehen wird und die Kurve so lange verändert wird, bis unter den gegebenen Bedingungen alle Druckablesungen bei unbelastetem Zapfen im wesentlichen die gleichen sind. Wie bereits oben erwähnt, verläuft die Drehrichtung des Zapfens von der Stelle des größten Spieles zur Stelle des kleinsten Spieles, und Öl wird durch einen Kanal 1e und eine Nut ill an oder nahe der Stelle des größten Spieles eingeführt.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung bildet das Lagerprofil im Betrieb eine sich im wesentlichen über 36o° erstreckende, fortlaufende, glatte Fläche mit einer Stufe 211 vom kleinsten Spiel zum größten Spiel.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Druck, mit welchem das Öl eingeführt wird, von derselben Größenordnung wie der. Druck, der um den Zapfen herum im belastungsfreien Zustand hervorgerufen wird.
  • Das Öl entweicht an den Enden des Lagers, und es ist daher vorteilhaft, das Lager an den Enden mit genau zylindrisch ausgebohrten Teilen mit einem kleinen Spiel von dem Zapfen zu versehen, so daß der Ausfluß von Öl verhindert wird und dadurch die größte Wirkung mit der Ausgestaltung des Bohrungsprofils als Spirale erhalten werden kann.
  • In der Nähe der Stufe 211 zwischen dem kleinsten und größten Spiel kann ein Bereich geringeren Druckes vorhanden sein, der jedoch eine kleine nachteilige Wirkung hat. Um dies aber zu vermeiden, kann die Bohrung mit zwei oder mehreren Spiralabschnitten ausgebildet sein, die in bezug aufeinander im Winkel versetzt sind, so daß jede Unvollkommenheit, die durch einen verringerten Druck an der Stufe entsteht, ausgeglichen werden kann. Werden so zwei Spiralabschnitte vorgesehen, dann wird die beste Beziehung erhalten, wenn sich die Stufen diametral gegenüberliegen, jedoch kann schon eine kleine Winkelverschiebung genügen, um im wesentlichen konstante Druckbedingungen rings um den Zapfen herum herbeizuführen.
  • Die Richtung des Angriffs der Belastung ist nicht kritisch, jedoch verläuft sie vorzugsweise gegen einen Punkt in einem 18o°-Sektor gegenüber der Stufe in der Spirale, wenn eine einzige Spirale angewendet wird.
  • Anstatt zwei oder mehrere spiralförmige Abschnitte für den genannten Zweck vorzusehen, kann auch eine Schrägspirale angewendet werden, d. h. eine solche, bei welcher die Stufe längs einer Schraubenlinie über die Länge der Bohrung verläuft.
  • Für die Form des wirklichen Profils ist eine beträchtliche Toleranz ohne wesentlichen Nachteil für den mit der Erfindung verfolgten Zweck zulässig. So kann ein geeignetes Profil gewählt werden, welches sich als solches auf verschiedene Weise herstellen läßt, z. B. durch Ausbohren einer Reihe von Segmenten mit allmählich kleiner werdenden Radien, worauf die Segmente derart miteinander vereinigt werden, daß ein fortlaufendes Profil gebildet wird.
  • Das Zapfenlager i kann zum Beispiel, wie dies in Fig. 3 wiedergegeben ist, aus vier Segmenten ie, 1f, 1g, ill bestehen. Das Segment 1e ist von einem Mittelpunkt cl aus mit einem Radius R1 gebohrt, das Segment 1.f ist von einem Mittelpunkt e2 aus mit einem Radius R2 gebohrt, das Segment 1g ist von einem Mittelpunkt e3 aus mit einem Radius R3 gebohrt, und das Segment ill ist von einem Mittelpunkt c4 aus mit einem Radius R4 gebohrt. Wenn das Lager i mit einer Welle 3 verwendet wird, die einen Durchmesser von 69,85 mm (2,75") hat, dann kann R1 einen Wert von 47,815 mm (i,8825"), R2 einen Wert von 47,764 mm (1,88o5"), R3 einen Wert von 47,713mm (1,8785") und R4 einen Wert von 47,662 mm (i,8765") haben, wobei sich die Mittelpunkte cl, c2, c3, c4 in solcher Lage befinden, daß nach dem Zusammenbau die Flächen 2b, 2e, 29, 2e der entsprechenden Elemente il, 1f 1g, ill ein spiralförmiges Profil mit einem Minimumspiel d von 0,038 mm (o,ooi5") und einem Maximumspiel D von o,191 mm (0,0075") bilden.
  • Wahlweise kann auch ein Paar Segmente, die sich im wesentlichen über 18o° erstrecken, gebohrt werden, während sie einer zunehmenden Neigungsbewegung entsprechend dem gewünschten Profil unterworfen werden.
  • Anstatt das Lager mit einer Bohrung von spiralförmigem Profil herzustellen, kann auch der Zapfen mit einem äquivalenten spiralförmigen Querschnitt ausgebildet und mit einem Lager verwendet werden, das eine zylindrische Bohrung besitzt.
  • Es ist zu bemerken, daß die Erfindung nicht auf die beschriebene besondere Ausführungsform beschränkt ist. So kann zum Beispiel ein Gleitlager zwei oder mehrere Lagerschalen aufweisen, deren jede eine Bohrung von spiralförmigem Querschnitt der oben beschriebenen Art besitzt, wobei die Lagerschalen in einem Gehäuse derart angeordnet sind, daß die betreffenden Spiralabschnitte im Winkel gegeneinander versetzt sind. In ähnlicher Weise kann das zusammengesetzte Lager gesondert hergestellte Endabschnitte einschließen, die genau zylindrische Bohrungen besitzen. Ebenso kann die Erfindung auch auf konische Lager angewendet werden.
  • Gegebenenfalls kann die Bohrung des Lagers zylindrisch und der Zapfen so profiliert sein, daß ein oder mehrere Spiralabschnitte der beschriebenen Art geschaffen werden, wobei in diesem Fall das Spiel zwischen dem Zapfen und dem Lager in der Drehrichtung des Zapfens zunimmt.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gleit- oder Zapfenlageranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager im Querschnitt ein im wesentlichen nach einer Spirale verlaufendes Profil hat, welches sich über etwa 36o° erstreckt und derart angeordnet ist, daß sich das Spiel zwischen Zapfen und Lager in Richtung des bei der Drehung des Zapfens relativ zum Lager hervorgerufenen Ölflusses von einem Maximum auf ein Minimum verringert, so daß bei unbelastetem Zapfen ein im wesentlichen konstanter Schmiermitteldruck rings um den Zapfen erzeugt wird.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager mit einer Bohrung versehen ist, deren Querschnittsprofil eine fortlaufende, im wesentlichen spiralförmige Umrißlinie bildet, die bis auf eine Stufe vom kleinsten zum größten Spiel im wesentlichen um 36o° herumläuft.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Öleinlaß an oder nahe der Stelle des größten Spiels zwischen Zapfen und Lager.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Spiel zwischen Zapfen und Lager von einem Minimum von etwa o, o25 mm auf ein Maximum von etwa 0,i75 mm ändert.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager aus Segmenten mit allmählich kleiner werdendem Radius zusammengesetzt ist, die ein fortlaufendes, im wesentlichen spiralförmiges Profil bilden.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen ein im Querschnitt spiralförmiges Profil aufweist und daß im Lager eine Anzahl von im Abstand um das Lager herumliegenden Kanälen oder im Zapfen ein Loch in der Nähe des größten Spiels zwischen Zapfen und Lager für die Einführung von Öl unter Druckvorgesehen ist.
DEG5066A 1950-01-23 1951-01-21 Gleit- oder Zapfenlageranordnung Expired DE890284C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1013928B (de) * 1952-12-15 1957-08-14 Napier & Son Ltd Lager- und Zapfen-Kombination fuer schwingende Relativbewegung und im wesentlichen staendigen, in gleichbleibender Richtung wirkenden Druck
DE1284696B (de) * 1958-03-19 1968-12-05 Glacier Co Ltd Gleitlager
DE102020212572A1 (de) 2020-10-06 2022-04-07 Zf Friedrichshafen Ag Unrunde Gleitfläche

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1013928B (de) * 1952-12-15 1957-08-14 Napier & Son Ltd Lager- und Zapfen-Kombination fuer schwingende Relativbewegung und im wesentlichen staendigen, in gleichbleibender Richtung wirkenden Druck
DE1284696B (de) * 1958-03-19 1968-12-05 Glacier Co Ltd Gleitlager
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