DE925632C - Lagerung einer sich mit grosser Geschwindigkeit auf mindestens zwei Schulterkugellagern drehenden Spindel - Google Patents

Lagerung einer sich mit grosser Geschwindigkeit auf mindestens zwei Schulterkugellagern drehenden Spindel

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DE925632C
DE925632C DEP38702A DE925632DA DE925632C DE 925632 C DE925632 C DE 925632C DE P38702 A DEP38702 A DE P38702A DE 925632D A DE925632D A DE 925632DA DE 925632 C DE925632 C DE 925632C
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    • 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
    • F16C35/00Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/08Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers for spindles
    • F16C35/12Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers for spindles with ball or roller bearings
    • 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
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D21/00Systems comprising a plurality of actuated clutches
    • F16D21/08Serially-arranged clutches interconnecting two shafts only when all the clutches are engaged

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Description

  • Lagerung einer sich mit großer Geschwindigkeit auf mindestens zwei Schulterkugellagern drehenden Spindel Bei Lagerungen von sich mit großer Geschwindigkeit auf mindestens zwei Schulterkugellagern drehenden Spindeln sind Konstruktionen bekannt, beispielsweise Schleifspindelköpfe, in denen sich die Spindeln mit großer Geschwindigkeit auf Radiallagern drehen, die gruppenweise angeordnet und mit einer solchen Genauigkeit hergestellt sind, daß jedes Spiel praktisch aufgehoben und die Last ziemlich genau auf die einzelnen Lagerstellen verteilt ist. Trotz der bei der Herstellung verwendeten Sorgfalt nutzen sich solche Lager verhältnismäßig schnell ab., da nach 5oo bis 6oo Betriebsstunden das entstandene Spiel die zulässige Grenze überschreitet.
  • Es ist auch vorgeschlagen worden, Schulterwälzlager zu verwenden, die man durch Distanzstücke voneinander trennt, deren Gesamtdicke etwa alle 4oo bis 6oo Betriebsstunden vermindert wird, um das Lagerspiel aufzuheben. Dieses Vorgehen ist sehr heikel und verlangt eine Demontage.
  • Konstruktionen, in welchen die Distanzstücke durch vorgespannte, auf die Wälzlager einwirkende Federn ersetzt sind, denen die Aufgabe zufällt, die Abnutzung und das Spiel aufzuheben, konnten. nicht vollständig befriedigen. Die erwähnten Vorspaunungen verringern die Lebensdauer der Lager und die Stabilität der Spindeln.
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Lagerung einer sieh mit großer Geschwindigkeit auf mindestens zwei Schulterkugellagern drehenden. Spindel von der bekannten Gattung, bei welcher jede Kugel im Betrieb die innere und die äußere Lauffläche nur j e in einem Punkt berührt und bei welcher ferner die durch die Berührungspunkte der Kugeln mit den Laufflächen gelegten Flächen bei einander zugeordneten Kugellagern einander entgegengesetztgerichtete konische Flächen sind, deren Spitzen auf der Spindeldrehachse liegen, woben die inneren und die äußeren Laufflächen gegeneinander unbeweglich sind.
  • Die Erfindung besteht darin, daß die Kugeln im Gegensatz zu den bekannten Lagerungen der obengenannten Art im Ruhezustand zwischen ihren Laufflächen ein gewisses Spiel haben, so daß sie unter dem Einfluß der im Betrieb auf jede Kugel einwirkenden Zentrifugalkraft um ihre Berührungspunkte mit der äußeren Lauffläche verdreht und an der inneren Lauffläche derart zur abstützenden Anlage gebracht werden, daß die Mittelpunkte der Kugeln neben den erwähnten, durch die Berührungspunkte mit den Laufflächen gelegten konischen Flächen liegen und im Zusammenspiel aller Kugeln radiale und axiale Verschiebungen der Spindel verhindert werden. Bei einer derartigen. Lagerung ergibt sich eine durch ihre Einfachheit hervorstechende Konstruktion. Es fallen spielfreie Wälzlager, deren haargenaue Ausrichtung und des weiteren jegliches Gewinde oder Distanzstück für die Korrektur und jede Feder weg.
  • Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, dar.
  • Fig. I zeigt eine Lagerung im Schnitt für eine Spindeldrehzahl von 12o ooo U/min; Fig. 2 zeigt in ähnlicher Weise eine Lagerung für eine Spindeldrehzahl vom 6o ooo U/min; Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie I-II der Fig. 2 durch den Käfig eines der Kugellager, und Fig. 4 zeigt an Hand einer schematischen. Darstellung einen Kräfteplan der auf eine einzelne Kugel einwirkenden Kräfte.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. I besitzt der Lagerkörper I keine innere Schulter, was die Bearbeitung erleichtert und ein besseres Ausrichten der äußeren Kugellagerringe aufeinander ermöglicht. Der Lagerkörper i umschließt eine Verstärkungshülse 2, die mit Gleitsitz eingepaßt ist, wie das auch für die Außenringe der Kugellager 3 und 4 der Fall ist. Letztere stützen sich auf Schließringe 5, 6 ab, die durch federnde Ringe 7 und 8 festgehalten werden. Die Spindel g dreht auf Kugelreihen Io und II.
  • Damit bei der Inbetriebnahme der Druckwinkel a auf die Kugeln 8° beträgt, wenn die Spindel g mit ihrer Betriebsdrehzahl dreht, müssen die Kugellager so ausgelegt sein, daß das Spiel etwa o,oI mm beträgt.
  • Bei der Montage der Spindel werden die Stützringe 5 und 6 so auf Dicke bearbeitet, daß das, Radialspiel der Spindel anfänglich nicht mehr als. o,oI mm beträgt. Es genügt hierzu, daß die Stützringe 5 und 6 die richtige Dicke haben. In diesem Fall sind die Reibmomente beim Anfahren bedeutend höher. Das. Einpassen der Kugellager ist auch wichtiger. Im normalen Betriebszustand (s. Fig. 4) wirkt die Zentrifugalkraft 27 auf die Kugeln 26 ein. Die Komponente 28 bewirkt das Abstützen der Kugeln auf beiden Laufflächen, und macht sie gegen die äußere Lauffläche ansteigen. Die Komponente 3o bewirkt das Abstützen der äußeren Kugellagerringe gegen die Stützringe 5 und 6. Die Komponente 28 ruft eine Kraft 34 hervor, die auf die Spindel 24 einwirkt. Die Kräfte 34 des einen Kugellagers halten aber denen des anderen. Kugellagers die Waage. Gleichzeitig bestimmen aber diese von beiden Kugellagern hervorgerufenen Kräfte 34 die axiale Lage der Spindel, welche Lage diese Spindel auch unter, der Belastung nicht v erläßt, für welche sie ausgelegt wurde.
  • Gewöhnlich wird sich. die Spindel g ein wenig mehr erwärmen als der Lagerkörper, so daß der Druckwinkel a auf die Kugeln ein ganz klein wenig abnimmt. Diese Veränderung des Druckwinkels a ist nur dann möglich, wenn die Spindel mit einer gewissen Geschwindigkeit dreht. Die von solchen Temperaturschwankungen herrührenden. Ausdehnungen haben demzufolge nicht die geringste schädliche Auswirkung.
  • Der in Fig. 2 wiedergegebenen Baueinheit liegen die gleichen Gedankengänge zugrunde wie derjenigen der Fig. I, die für eine Umdrehungszahl von. etwa I2o ooo U/min bestimmt ist. Demgegenüber ist aber die zweite Ausführungsform für eine Drehzahl von nur 6o ooo U/min und für bedeutend größere Belastungen gedacht. Sie umfaßt daher vier Kugellager 17, 18, I9 und 2o, die viel stärker sind als die des ersten Beispiels, aber in kleinerem. Maßstab gezeichnet wurden. Im Lagerkörper 14 ist mit Gleitsitz die Verstärkungshülse 15 eingepaßt und mittels einer Schraube 16 so festgehalten, daß sie dem äußeren Laufring das Kugellagers 17 des vorderen Kugellagerpaares als Abstützung dienen kann.
  • Der äußere Laufring des Kugellagers 18 stützt sich auf dem Ring 22 ab, und dieser stützt sich wieder auf dem Ring 23 ab. Die äußeren Laufringe der Kugellager I9 und 2o stützen sich auf der Distanzbüchse 21 ab: Diese hat eine solche Länge, daß die Kugellager I9 und 2o nur ein äußerst kleines Spiel haben. Diese Distanzbüchse besteht auf zwei Hälften, damit sie zwischen die äußeren Laufringe der Kugellager I9 und 2o eingeschoben werden kann.
  • Die äußeren Laufringe der Kugellager 17, 18,19 und 2o und die Distanzbüchse 21 sind mit Gleitsitz in den Lagerkörper 14 eingepaßt, so daß diese Bauteile sowie die Spindel 24 und die Hülse 15 zusammengefügt werden können und das Ganze dann in den Lagerkörper eingeschoben werden, kann.
  • Die Laufbedingungen dieser Konstruktion. sind dieselben wie diejenigen der Fig. i.
  • Die Unterschiede in den Ausdehnungen der Spindel -24 zwischen den Kugellagern 17 und 18 sind hier ausgeglichen wie beim Beispiel nach Fig. i mit dem einzigen Unterschied, da.ß in diesem zweiten Beispiel der Ausgleich eine sehr kleine Vergräßenung der Druckwinkel auf die Kugeln bewirkt.
  • Die Kugellager 19 und 2o bilden zusammen mit der Distanzbüchse 2i die hintere Lagerstelle der Spindel; diese Lagerstelle kann sich im Lagerkörper 14 unter dem Einfluß der veränderlichen Ausdehnungen der Spindel 24 verschieben.
  • Soll die Zentrifugalkraft groß genug sein, um die axiale Lage der Spindel 24 zu. bestimmen und das Spiel aufzuheben, so wie das. bei der Beschreibung des. ersten. Beispiels erläutert wurde, so muß der Durchmesser der Kugeln, im wesentlichen das o,85fache des kleinsten Durchmessers d der Spindel an den Laufstellen betragen.
  • Wie Fig. 3 zeigt, sind die. Kugelkäfige so ausgebildet, daß sie die größtmögliche Anzahl von Kugeln, aufnehmen können. Die Kugeln, können aus den. Käfigen entfernt werden, sobald. die äußeren Laufringe weggenommen und doch genügend zurückgeschoben sind, um die Kugeln abzudecken.
  • Fig. 4 zeigt, wie die Zentrifugalkraft 27 während des Betriebs auf jede einzelne Kugel 26 einwirkt und. sie zwischen den, Laufflächen 29 und 35 ansteigen läßt, bis sie sich in den Berührungspunkten: 32 und 33 auf diesen abstützt. Die Zentrifugalkraft hat dann beständig das Bestreben, die Kugel um den Berührungspunkt 32 zu verdrehen, wobei sie im Berührungspunkt 33 eine Andrückkraft erzeugt, deren Axialkomponente 34 durch die gleich große, aber entgegengesetztgerichtete Axialkomponente im benachbarten Kugellager aufgewogen, wird, wobei aber die Welle 24 genauestens zentriert ist und jede axiale oder radiale Verschiebung derselben verhindert. Die im Berührungspunkt 32 angreifende Komponente 31 der Zentrifugalkraft 27 hat ihrerseits eine Axialkomponente 30, welche den äußeren, Laufring des Kugellagers gegen seine Abstützung drückt.
  • Damit der ursprüngliche Druckwinkel auf die Kugeln 8° beträgt oder 82°, wenn von der Spindelachse ausgegangen, wird, bei einem radialen Spiel von o,oI mm, muß der Krümmungsradius der Laufflächen für die Kugeln das I,Ifache des Kugelradius betragen.
  • Die Breite des. äußeren Laufringes jedes Kugellagers soll mindestens das Dreifache des Kugeldurchmessers, betragen, um einten guten. Sitz dieser Laufringe zu sichern und um zu verhüten, daß letztere sich im Lagerkörper verdrehen; einer solchen Verdrehung wird durch das, Anhaften. an den Bauteilen. I bzw. 14 entgegengenwirkt.
  • Man, könnte versucht sein:, die Kugeln übertrieben groß zu wählen zwecks Erhöhung der auf sie einwirkenden. Zentrifugalkraft. Das würde aber zu einer unnützen Vergrößerung der Belastung und Abnutzung der Kugellager führen.
  • Die Anzahl der Gruppen mit je zwei Kugellagern wird bestimmt durch die Lasten und, die Drehzahlen, mit denen man es zu tun hat. Diese Lasten: und Drehzahlen bestimmen ebenfalls den Wert der Zentrifugalkraft.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Lagerung einer sich mit großer Geschwindigkeit auf mindestens. zwei Schulterkugellagern drehenden Spindel, wobei jede Kugel im Betrieb die innere und die äußere Lauffläche nur je in einem Punkt berührt, wobei ferner die durch die Berührungspunkte der Kugeln mit den. Laufflächen gelegten Flächen bei zwei einander zugeordneten Kugellagern. einander entgegengesetztgerichtete konische Flächen sind, deren Spitzen auf der Spindeldrehachse gelegen und wobei die inneren Laufflächen wie die äußeren Laufflächen gegeneinander unbeweglich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln im Ruhezustand zwischen ihren Laufflächen ein gewisses Spiel haben, so daß sie unter dem Einfluß der im Betrieb auf jede Kugel einwirkenden Zentrifugalkraft um ihre Berührungspunkte mit der äußeren Lauffläche verdreht und an der inneren Lauffläche derart zur abstützenden Anlage gebracht werden, daß die Mittelpunkte der Kugeln neben den. erwähnten:, durch die Berührungspunkte mit den Laufflächen, gelegten konischen Flächen liegen und im Zusammenspiel aller Kugeln radiale und axiale Verschiebungen der Spindel verhindert werden..
  2. 2. Lagerung nach Anspruch I, dadurch, gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kugeln, im wesentlichen das o,85fache des kleinsten Spindeldurchmessers an jener inneren Lauffläche aufweist, auf welcher die Kugeln laufen.
  3. 3. Lagerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsrad.ius der Laufflächen im wesentlichew das i,ifache des Kugelradius beträgt.
  4. 4. Lagerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Spitzenwinkel der genannten konischen Flächen: im wesentlichen 82° beträgt.
DEP38702A 1947-03-26 1949-04-03 Lagerung einer sich mit grosser Geschwindigkeit auf mindestens zwei Schulterkugellagern drehenden Spindel Expired DE925632C (de)

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