ITFI20100226A1

ITFI20100226A1 - A CYLINDRICAL ROLLER BEARING

Info

Publication number: ITFI20100226A1
Application number: IT000226A
Authority: IT
Inventors: Renzo Ciuffi
Original assignee: Renzo Ciuffi
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-05-18

Description

UN CUSCINETTO A RULLI CILINDRICI A CYLINDRICAL ROLLER BEARING

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce al settore dei cuscinetti volventi, ed in particolare ha ad oggetto una nuova costruzione di cuscinetto a rulli cilindrici. The present invention relates to the sector of rolling bearings, and in particular relates to a new construction of cylindrical roller bearings.

Come noto, nei cuscinetti volventi, o a rotolamento, il movimento rotazionale è facilitato dall'interposizione tra anello esterno ed anello interno di elementi volventi (sfere o rulli cilindrici o conici). As is known, in rolling bearings, or rolling bearings, the rotational movement is facilitated by the interposition between the outer ring and the inner ring of rolling elements (cylindrical or conical balls or rollers).

I cuscinetti a rulli cilindrici presentano in sintesi, rispetto a quelli sferici, una più elevata capacità di carico radiale a parità di dimensioni, e maggiori affidabilità e precisione; per questo, nonostante il loro costo superiore, hanno una larga diffusione di impiego. In summary, cylindrical roller bearings have, compared to spherical ones, a higher radial load capacity with the same dimensions, and greater reliability and precision; for this reason, despite their higher cost, they are widely used.

Tuttavia, il comportamento di tali cuscinetti non risulta pienamente soddisfacente in caso di applicazioni che comportano carichi di lavoro assiali. Si riscontrano infatti, in questo caso, problematiche di non omogenea distribuzione dei carichi locali lungo le generatrici di contatto tra rulli e piste degli anelli, con conseguente diminuzione di durata operativa del cuscinetto. I cuscinetti a rulli conici non costituiscono d'altra parte in molti casi un'alternativa percorribile, per problemi di ingombro e di condizioni generali di carico e/o montaggio. However, the behavior of these bearings is not fully satisfactory in the case of applications involving axial workloads. In fact, in this case there are problems of non-homogeneous distribution of local loads along the contact generators between rollers and raceways of the rings, with a consequent reduction in the operating life of the bearing. On the other hand, tapered roller bearings do not constitute in many cases a viable alternative, due to problems of space and general conditions of load and / or assembly.

Lo scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un cuscinetto a rulli cilindrici in grado di risultare più efficace al sostenimento di carichi assiali rispetto ai cuscinetti a rulli cilindrici tradizionali. The main object of the present invention is to provide a cylindrical roller bearing capable of being more effective at supporting axial loads than traditional cylindrical roller bearings.

Uno scopo particolare dell'invenzione è quello di fornire un cuscinetto del tipo summenzionati, il quale presenti una costruzione semplificata e che sia economicamente producibile. A particular object of the invention is to provide a bearing of the aforementioned type which has a simplified construction and which is economically manufacturable.

Tali scopi vengono raggiunti dal cuscinetto a rulli secondo l'invenzione, le cui caratteristiche essenziali sono definite dalla prima delle rivendicazioni annesse. These objects are achieved by the roller bearing according to the invention, the essential characteristics of which are defined by the first of the appended claims.

Le caratteristiche e i vantaggi del cuscinetto a rulli secondo l'invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui: The characteristics and advantages of the roller bearing according to the invention will become clearer from the following description of an embodiment thereof, given by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings in which:

- la figura 1 è una vista in sezione assiale, limitata ad una metà, di un cuscinetto secondo l'invenzione in una prima forma realizzativa; Figure 1 is an axial sectional view, limited to one half, of a bearing according to the invention in a first embodiment;

- la figura 2 è una rappresentazione analoga a quella di figura 1, per un cuscinetto secondo una diversa forma realizzativa, con omessa la gabbia di bloccaggio dei rulli; e Figure 2 is a representation similar to that of Figure 1, for a bearing according to a different embodiment, with the roller locking cage omitted; And

- la figura 3 mostra come in figura 2 una ulteriore forma realizzativa del cuscinetto secondo l'invenzione. - figure 3 shows as in figure 2 a further embodiment of the bearing according to the invention.

Con riferimento a dette figure, ed in particolare per il momento alla figura 1, un cuscinetto secondo l'invenzione presenta - secondo la comune costruzione di massima di un cuscinetto tradizionale - un anello interno 1 ed un anello esterno 2, mutuamente girevoli attorno ad un comune asse centrale X grazie all'interposizione di una serie di elementi volventi 3, nello specifico rulli sostanzialmente cilindrici di asse parallelo all'asse X, tenuti in posizione da una gabbia 4. I rulli 3 rotolano su piste 1a, 2a, definite rispettivamente sulle superfici cilindriche esterna ed interna dell'anello interno 1 ed esterno 2. Si prevede l'uso di fluidi lubrificanti come da consuetudini del settore. With reference to said figures, and in particular for the moment to figure 1, a bearing according to the invention has - according to the general construction of a conventional bearing - an inner ring 1 and an outer ring 2, mutually rotatable around a common central axis X thanks to the interposition of a series of rolling elements 3, specifically substantially cylindrical rollers with axis parallel to axis X, held in position by a cage 4. The rollers 3 roll on tracks 1a, 2a, respectively defined on the outer and inner cylindrical surfaces of the inner ring 1 and outer ring 2. It is foreseen the use of lubricating fluids according to the custom of the sector.

Secondo quello che rappresenta il principale aspetto dell'invenzione, ciascun rullo cilindrico 3 presenta estremità 3a, 3b invece che tagliate con facce piane ortogonali all'asse del rullo, sagomate in modo da accoppiarsi in rotolamento con corrispondenti spallamenti anulari 5, 6, formati radialmente dagli anelli lungo i bordi, il tutto in modo che le risultanti delle pressioni di contatto scambiate tra un singolo rullo e le facce di spallamento a seguito di una sollecitazione assiale sul cuscinetto operino lungo una comune direzione che incide due facce opposte diagonalmente rispetto all'asse del rullo. According to what represents the main aspect of the invention, each cylindrical roller 3 has ends 3a, 3b instead of cut with flat faces orthogonal to the axis of the roller, shaped so as to be coupled in rolling with corresponding annular shoulders 5, 6, formed radially from the rings along the edges, all so that the resultants of the contact pressures exchanged between a single roller and the shoulder faces following an axial stress on the bearing operate along a common direction that affects two opposite faces diagonally with respect to the axis of the roller.

Più precisamente, negli esempi illustrati, tale risultato è ottenuto da porzioni di estremità troncoconiche 3a, 3b dei rulli 3, che si accoppiano in rotolamento su facce 5a, 6a definite dagli spallamenti 5, 6 e rivolte verso l'interno del cuscinetto. Tali facce 5a, 6a sono a loro volta troncoconiche, questa volta con asse coincidente con l'asse X del cuscinetto. Sempre secondo questa soluzione realizzativa, sezionando il cuscinetto su un piano assiale come nelle figure, e conducendo rette normali alle tracce di sezione delle facce 5a, 6a, nel punto medio di tali tracce, queste rette risultano coincidenti per le tracce diagonalmente opposte (e le rispettive estremità troncoconiche 3a, 3b dei rulli 3). More precisely, in the illustrated examples, this result is obtained by frusto-conical end portions 3a, 3b of the rollers 3, which are coupled by rolling on faces 5a, 6a defined by the shoulders 5, 6 and turned towards the inside of the bearing. These faces 5a, 6a are in turn frustoconical, this time with an axis coinciding with the X axis of the bearing. Still according to this embodiment solution, by sectioning the bearing on an axial plane as in the figures, and conducting normal lines to the section traces of the faces 5a, 6a, in the midpoint of these traces, these lines are coincident for the diagonally opposite traces (and the respective frusto-conical ends 3a, 3b of the rollers 3).

Considerando in particolare l'esempio di figura 1, in cui la costruzione è tale da assicurare la trasmissione di un carico assiale in un solo verso (carico indicato dalla freccia A), è evidenziata ed indicata con R la comune retta diagonale lungo cui si scaricano diagonalmente le risultanti delle sollecitazioni di contatto C tra estremità troncoconiche dei rulli e facce di spallamento (in questo caso una per anello su bordi diagonalmente opposti). Considering in particular the example of figure 1, in which the construction is such as to ensure the transmission of an axial load in one direction only (load indicated by the arrow A), the common diagonal line along which they are discharged is highlighted and indicated by R diagonally the resultants of the contact stresses C between the frusto-conical ends of the rollers and the shoulder faces (in this case one per ring on diagonally opposite edges).

Gli esempi di figure 2 e 3 si riferiscono invece a forme realizzative idonee per carichi assiali in entrambi i versi, per cui sono realizzati su ciascun anello 11, 12 (figura 2) e 21, 22 (figura 3) due spallamenti 15, 15', 16, 16' oppure 25, 25', 26, 26' uno per bordo, e corrispondenti facce di rotolamento 15a, 15'a, 16a. 16'a (o 25a, 25'a, 26a, 26'a in figura 3). Tutte le altre parti del cuscinetto, indicate da numeri di riferimento corrispondenti, non si differenziano dalla prima forma realizzativa. The examples of figures 2 and 3 refer instead to embodiments suitable for axial loads in both directions, for which two shoulders 15, 15 'are made on each ring 11, 12 (figure 2) and 21, 22 (figure 3) , 16, 16 'or 25, 25', 26, 26 'one for each edge, and corresponding rolling faces 15a, 15'a, 16a. 16'a (or 25a, 25'a, 26a, 26'a in figure 3). All the other parts of the bearing, indicated by corresponding reference numbers, do not differ from the first embodiment.

Si noterà altresì come le forme realizzative di figura 2 e figura 3 si prestino a soluzioni costruttive differenti. Evidentemente, se nella forma per carichi unidirezionali e singolo spallamento per anello, il suddetto spallamento può essere realizzato di pezzo con il proprio anello, senza che ciò crei difficoltà al montaggio del cuscinetto, ove gli spallamenti chiudono le piste di rotolamento dei rulli su entrambi i lati dovranno essere adottati espedienti differenti. Nel caso di figura 2, uno dei due spallamenti 15 dell'anello interno è definito da un orletto anulare riportato 17, mentre addirittura nell'esempio di figura 3 tutti e quattro le facce di spallamento sono definiti da orletti riportati 27, 28, opposti su rispettivi lati degli anelli, i quali hanno in questo caso una struttura semplicemente cilindrica. It will also be noted that the embodiments of figure 2 and figure 3 lend themselves to different constructive solutions. Obviously, if in the form for unidirectional loads and single shoulder per ring, the aforementioned shoulder can be made in one piece with its own ring, without this creating difficulties in assembling the bearing, where the shoulders close the rolling raceways of the rollers on both sides. different expedients will have to be adopted. In the case of figure 2, one of the two shoulders 15 of the inner ring is defined by an annular flange 17, while even in the example of figure 3 all four shoulder faces are defined by flanks 27, 28, opposite on respective sides of the rings, which in this case have a simply cylindrical structure.

Questa costruzione modulare comporta un evidente vantaggio produttivo, nel senso che la realizzazione degli anelli risulta estremamente semplificata, e può avvalersi di scorte di magazzino relativamente ridotte, con conseguenti vantaggi economici. Inoltre, l'assemblaggio dei rulli nelle gabbie può essere sistematicamente perfezionato a parte prima dell'assemblaggio complessivo del cuscinetto, con ulteriori conseguenze favorevoli sul fronte dell'economia produttiva. This modular construction entails an evident production advantage, in the sense that the production of the rings is extremely simplified, and can make use of relatively small stock stocks, with consequent economic advantages. Furthermore, the assembly of the rollers in the cages can be systematically perfected separately before the overall assembly of the bearing, with further favorable consequences on the productive economy front.

Tornando ai vantaggi operativi generali dell'invenzione, è chiaro che se un carico puramente radiale si trasmette tra i due anelli del cuscinetto in modo analogo a quello di un cuscinetto a rulli cilindrici tradizionali, quando nel carico di sollecitazione è presente una componente assiale, si incaricano della trasmissione le facce di spallamelo e le estremità sagomate dei rulli, ed il fatto che le rette di azione delle forze scambiate in tale accoppiamento volvente siano coincidenti per i due lati del cuscinetto elimina quel momento normale agli assi dei rulli che si verifica in analoghe condizioni di sollecitazione nei cuscinetti standard provocando un'indesiderata redistribuzione del carico radiale localizzato locale lungo le generatrici di contatto tra rulli e piste. Al contrario, secondo l'invenzione, la presenza di un carico assiale non ha l'effetto di ripercuotersi sui carichi radiali, per cui il funzionamento del cuscinetto risulta più equilibrato e di maggiore durata. Returning to the general operational advantages of the invention, it is clear that if a purely radial load is transmitted between the two bearing rings in a similar way to that of a traditional cylindrical roller bearing, when an axial component is present in the stress load, it is charge the shoulder faces and the shaped ends of the rollers with the transmission, and the fact that the lines of action of the forces exchanged in this rolling coupling coincide for the two sides of the bearing eliminates that normal moment to the axes of the rollers which occurs in similar stress conditions in standard bearings causing an undesirable redistribution of the localized localized radial load along the contact generators between rollers and raceways. On the contrary, according to the invention, the presence of an axial load does not have the effect of having repercussions on the radial loads, so that the operation of the bearing is more balanced and longer lasting.

II contatto tra rulli ed orletti (più precisamente, le facce di spallamento), è un contatto tra superfici di rivoluzione - nel caso di superfici coniche, lungo un comune tratto di generatrice - che dà luogo ad un meato di ampiezza variabile il quale, come noto, favorisce lo stabilirsi di una lubrificazione idrodinamica. The contact between rollers and flanges (more precisely, the shoulder faces), is a contact between surfaces of revolution - in the case of conical surfaces, along a common stretch of generatrix - which gives rise to a meatus of variable amplitude which, as known, it favors the establishment of hydrodynamic lubrication.

A differenza di quanto si verifica nei cuscinetti a rulli conici, eventuali spostamenti assiali dell'anello interno rispetto a quello esterno non pregiudicano il funzionamento cinematicamente corretto del cuscinetto. Unlike what occurs in tapered roller bearings, any axial displacements of the inner ring with respect to the outer one do not affect the kinematically correct functioning of the bearing.

Come anticipato, le estremità dei rulli potranno essere in generale sagomate diversamente rispetto alla geometria conica; altre superfici di rivoluzione, ad esempio a calotta sferica o sferoidale, potranno infatti assicurare un funzionamento del cuscinetto in grado di conseguire l'effetto funzionale sopra descritto e che rappresenta il fondamentale aspetto dell'invenzione. As anticipated, the ends of the rollers may in general be shaped differently with respect to the conical geometry; other surfaces of revolution, for example with a spherical or spherical cap, may in fact ensure operation of the bearing capable of achieving the functional effect described above and which represents the fundamental aspect of the invention.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti neN’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate. The present invention has been described up to now with reference to its preferred embodiments. It is to be understood that there may be other embodiments that pertain to the same inventive core, all falling within the scope of the claims set out below.

Claims

CLAIMS 1. A rolling bearing comprising an inner ring (1) and an outer ring (2) mutually rotatable around a common central axis (X), a plurality of substantially cylindrical rolling rollers (3) with axis parallel to said axis (X) , characterized in that each of said rollers (3) has ends (3a, 3b) shaped so as to be coupled in rolling with corresponding shoulder faces (5, 6) formed radially by said rings along the edges, said ends and said shoulders being shaped so that the resultants of the contact pressures exchanged between a single roller and the shoulder faces as a result of an axial stress on the bearing operate along a common direction which affects two opposite faces diagonally with respect to the axis of the roller.

The bearing according to claim 1, wherein said ends of said rollers are shaped according to surfaces of revolution, said shoulder faces being of frusto-conical shape with axis coinciding with said axis (X).

3. The bearing according to claim 2, wherein said ends of said rollers are frustoconical.

4. The bearing according to any one of the preceding claims, in which said shoulder faces are oriented so that, by sectioning the bearing on an axial plane, and conducting normal lines to the traces of section of the aforesaid faces, in the midpoint of these traces, these lines are coincident for two diagonally opposite traces.

The bearing according to any one of the preceding claims, comprising two annular shoulders formed on diagonally opposite edges of said inner ring and said outer ring respectively.

The bearing according to any one of claims 1 to 4, comprising four two by two opposite shoulders on respective edges of said inner ring and said outer ring.

7. The bearing according to claim 6, wherein at least two of said shoulders on the same side of the same ring are defined by an annular flange carried on the ring itself.

8. The bearing according to claim 6, wherein said shoulders are defined by opposite flanges on respective sides of the rings, the latter having a simply cylindrical structure.