NL1011003C2 - Wentellager met niet-uniforme afstanden tussen de wentelelementen. - Google Patents

Description

Wentellaeer met niet uniforme onderlinge afstanden tussen de wentelelementen

De uitvinding betreft een wentellager omvattende een binnenring, een buitenring, een reeks wentelelementen, die in aanraking zijn met de loopbanen van 5 die ringen, alsmede een kooi die onderlinge afstanden verschaft tussen de wentelelementen, waarvan een meervoud van die onderlinge afstanden niet uniform is.

Een dergelijk wentellager is bekend uit US-A-5483744. Volgens dit document wordt een lager verschaft met onregelmatige of semi-ritmische onderlinge afstanden. 10 Dergelijke semi-ritmische onderlinge afstanden kunnen bijvoorbeeld gevormd worden door afwisselende onderlinge afstanden van slechts twee verschillende grootten. In het bijzonder wordt in dat document een werkwijze voorgesteld gericht op het verschaffen van een aangepast lager, dat geschikt is voor een bepaalde toepassing.

Als voorbeeld is aangegeven dat volgens deze werkwijze een lager kan worden 15 verkregen dat een beter trillingsgedrag biedt. Volgens een verder voorbeeld, kan een lager worden verkregen dat verbeterde aniso-elastische eigenschappen bezit.

Die werkwijze omvat een eerste stap van het kiezen van onregelmatige onderlinge afstanden voor de wentelelementen. Vervolgens wordt, bijvoorbeeld door middel van een berekening, bepaald of deze onregelmatige onderlinge afstanden een 20 gewenst resultaat verschaffen.

Indien dat gewenste resultaat niet is verkregen, worden de onderlinge afstanden aangepast, totdat tenslotte een beter trillingsgedrag, of een verbeterde aniso-elastische eigenschap wordt verkregen.

Deze bekende werkwijze bezit het nadeel dat hij nogal moeizaam en tijdrovend 25 is. Voor elk specifiek lager worden complete testen uitgevoerd met gemodificeerde kooien, of gesimuleerd door middel van berekening. Uit deze testen of uit die berekening kan geen algemene leer worden afgeleid met betrekking tot het gedrag van een reeks lagers van overeenkomstig type.

De trillings- en geluidskwaliteit, of het akoestisch comfort van lagers, wordt 30 steeds belangrijker in bepaalde gebieden van de machinetechniek. Als voorbeeld worden genoemd het geluid daf opgewekt wordt door elektromotoren in huishoudelijke apparaten, dat afhangt van de kwaliteit en het ontwerp van de lagers.

101100! 2

Afhankelijk van vormfouten, bijvoorbeeld de golfvorm en lokale imperfecties van de loopbanen en wentelelementen, geometrie, snelheid, bevestiging, belastings-en smeringsomstandigheden, kan het lager-excitatiespectrum scherpe pieken vertonen. Als gevolg kunnen onacceptabele trillingsniveau’s en/of geluiden optreden.

5 Als voorbeeld zij hier vermeld dat machinegeluiden met zeer duidelijk hoorbare tonen, dat wil zeggen met een hoge tonaliteit, als meer storend ondervonden worden door het menselijk oor dan luidere geluiden met minder duidelijk herkenbare tonen, dat wil zeggen dan geluiden met een lager tonaliteit.

Als een verder voorbeeld van storende of gevaarlijke geluiden in de 10 lagertoepassingen wordt het zogenaamde gierfenomeen genoemd. Dat fenomeen wordt veroorzaakt door een interactie tussen een resonantie van het lagersysteem en de smeermiddelverdeling op de loopbanen en de elementen.

Het doel van de uitvinding is een lager te verschaffen dat een beter gedrag biedt met betrekking tot deze fenomenen, zonder dat echter berekeningen of testen 15 voor specifieke lagers behoeven te worden uitgevoerd. Dit doel wordt bereikt doordat tenminste twee van die niet uniforme onderlinge afstand verschillende grootten bezitten.

De uitvinding berust op het inzicht dat een verbeterd lager-trillingsspectrum wordt verkregen in geval er voor wordt gezorgd verschillende grootten voor de 20 onderlinge afstanden te kiezen. Die grootten van de onderlinge afstanden moeten bepaalde minimum en maximum waarden niet overtreffen, teneinde een voldoende dikte voor de kooistaven, die de kooiholten scheiden, te garanderen, respectievelijk ter vermijding van onaanvaardbare mechanische instabiliteit veroorzaakt door een grote afstand tussen twee naburige kogels.

25 Bij voorkeur verschillen alle onderlinge afstanden van de wentelelementen van elkaar. In dat geval is geen enkele onderlinge afstand gelijk aan een andere onderlinge afstand, waardoor een volledig gelijke verdeling wordt verkregen in een histogram.

In termen van statistiek, moeten de onderlinge afstanden tussen naburige 30 wentelelementen gelijk zijn verdeeld in een histogram. Dit betekent dat alle onderlinge afstanden een verschillende grootte hebben. Een ongelijke histogramverdeling is echter ook mogelijk. Zo kunnen bijvoorbeeld toch nog 10 1 1 Π ft 7 3 aanvaardbare resultaten worden verkregen in het geval dat twee van de onderlinge afstanden gelijk zijn.

Verschillende grootten van de onderlinge afstanden verschaffen een trillingsspectrum, waarvan de hoogste pieken in het bovenste frequentiegebied 5 aanmerkelijk zijn verkleind. Bovendien worden aanvullende zijbandfrequenties met lage amplitudes opgewekt.

Het "afgeplatte" lager excitatiespectrum dat op die manier wordt verkregen leidt tot trillingen met minder zuivere tonen. De aanvullende zijbandfrequenties wekken weliswaar eveneens geluid op, doch de totale indruk van een dergelijk 10 "afgeplat" en "gespreid" trillingsspectrum, ook aangeduid onder de term "wit geluid", is veel aangenamer voor het menselijk oor.

De onderlinge afstanden van verschillende grootten volgens de uitvinding bieden ook een oplossing voor het probleem van gieren, doordat daarmee het instabiele gedrag, veroorzaakt door de interactie tussen de smeermiddelverdeling en 15 een resonantie wordt onderdrukt. Met andere woorden, de interactie tussen het smeermiddel en het trillingsgedrag van de lagertoepassing (bijvoorbeeld een versnellingsbak) dat het gierfenomeen veroorzaakt, wordt verstoord.

Er wordt op gewezen dat de uitdrukking "onderlinge afstand" in deze aanvrage betrekking heeft op de afstand tussen twee aangrenzende kooiholten. Een dergelijke 20 onderlinge afstand of ruimte zou ook kunnen worden uitgedrukt in termen van graden, gradians of radialen, in combinatie met de straal waarop de kooiholten zich bevinden.

De uitvinding betreft tevens een kooi voor een lager zoals hiervoor beschreven. Die kooi omvat een aantal kooiholten die zich op wederzijdse afstand van elkaar 25 bevinden, waarvan een aantal van de onderlinge afstanden tussen de kooiholten niet uniform is. Volgens de uitvinding zijn tenminste twee van de niet uniforme onderlinge afstanden van verschillende grootten.

De uitvinding zal nu verder worden beschreven onder verwijzing naar de in de figuren getoonde grafieken.

30 Figuur 1 toont een schematische dwarsdoorsnede van een kooi voor een kogellager volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een histogram betreffende de onderlinge afstanden van de kooiholten van de kooi volgens lïguur 1.

1011003 ________ 4

Figuur 3 toont een grafiek met het gemeten frequentiespectrum van een standaard kogellager.

Figuur 4 toont een grafiek van het gemeten frequentiespectrum van een eerste uitvoeringsvorm van een kogellager volgens de uitvinding.

5 Figuur 5 toont een grafiek van het gemeten frequentiespectrum van een tweede uitvoeringsvorm van het kogellager volgens de uitvinding.

Figuur 6 toont een gegeneraliseerd histogram betreffende de onderlinge afstanden van de kooien volgens de uitvinding.

De kooi 1 die in figuur 1 is afgebeeld bezit een totaal van acht kooiholten 2.

10 Andere uitvoeringen met meer of minder kooiholten zijn ook mogelijk. De kooiholten zijn van elkaar gescheiden door middel van kooistaven 3, die aan beide einden zijn verbonden aan kooiringen 4.

De onderlinge afstand tussen twee aangrenzende kooiholten 2 is bepaald door de steekhoek 5 (Δφΐ), zoals weergegeven in figuur 1. Door middel van de straal R, 15 die de afstand bepaalt tussen de oorsprong van de hartlijn van de kooi 1, en het midden van de kooiholten 2, kan de onderlinge afstand of afstand S tussen twee kooiholten worden afgeleid.

De steekhoeken Δφϊ tussen alle kooiholten van de uitvoeringsvorm van figuur 1 zijn onderling verschillend. Met andere woorden, geen specifieke steekhoek Acpj is 20 gelijk aan een andere steekhoek Acpk. Dit is in grafische vorm weergegeven in figuur 2, die een histogram voorstelt van die steekhoeken Δφϊ in graden.

Door middel van een standaard testinrichting, kan het frequentiespectrum volgens de grafiek van figuur 3 worden verkregen. In deze standaardkooi bezitten alle kooiholten gelijke onderlinge afstanden of gelijke steekhoeken. Het spectrum omvat 25 verscheidene scherpe pieken, niet slechts in de lagere frequenties, doch ook in de hogere frequenties.

De grafiek van figuur 4 toont het frequentiespectrum van een kooi met tien holten, waarvan de onderlinge afstand op ruimte tussen aangrenzende kooiholten monotoon toeneemt. Duidelijk is dat een dergelijke niet uniforme onderlinge 30 afstanden tot lagere pieken leiden, in het bijzonder in de hoge frequenties, en ook tot het opwekken van aanvullende frequentielijnen, de zogenaamde zijbandfrequenties. Als gevolg neemt de spectrale dichtheid toe. Het is echter belangrijk erop te wijzen dat de hoogste pieken in de het frequentiegebied boven 150 Hz aanzienlijk zijn 1 o 1 1 η n 3 5 verlaagd in vergelijking met het frequentiespectrum van de standaardkooi zoals weergegeven in figuur 3: let op het verschil in schaal van de verticale assen.

Hetzelfde geldt voor het frequentiespectrum in figuur 5, betreffende een kooi waarbij de onderlinge afstanden of ruimten tussen de kooiholten alle van elkaar 5 verschillen, doch willekeurig zijn verdeeld (figuur 2).

De frequentiespectra van figuur 4 en 5 tonen duidelijk dat het kooiontwerp volgens de uitvinding in het bijzonder van invloed is op de trillingen die geëxiteerd worden door golforden met een hogere grootte of tenminste van dezelfde ordergrootte, zoals het aantal wentelelementen in het lager. Een afgeplat lager-10 exitatiespectrum wordt verkregen, met andere woorden de energie die geconcentreerd was in de scherpe spectrale pieken van het standaard kooiontwerp, wordt uitgespreid naar ander frequentielijnen.

Als gevolg is het gehalte aan "zuivere" tonen in het totale door het lager opgewekte geluid veel lager voor de lagers met een kooi volgens de uitvinding. Het 15 lagergeluid bezit een lagere tonaliteit en lijkt meer op een geluid zoals een "wit geluid".

Het histogram van figuur 6 betreft een gegeneraliseerd voorbeeld van de steekhoeken in een kooi 1 volgens de uitvinding. De horizontale hartlijn omvat een aantal verschillende steekhoeken Δφΐ tussen aangrenzende kooiholten 5, uitgedrukt in 20 graden, radialen of gradians. De verticale as omvat het aantal van elke steekhoek die beschikbaar is in een kooi 1.

In het voorbeeld is slechts één van elke steekhoek Δφ2, Δφ5, Δφ8, .. beschikbaar. Er is geen steekhoek Δφ,, Δφ3, Δφ8 aanwezig, doch de steekhoeken Δφ4 and Δφ7 komen twee keer voor.

25 Elke steekhoek Δφΐ moet worden begrepen ook steekhoeken te omvatten met een afwijking kleiner dan de vervaardigingstoleranties, zoals aangeduid door de breedte t.

A Λ A A Λ Λ 7

Claims (22)

1. Wentellager omvattende een binnenring (13), een buitenring (12), een reeks wentelelementen (11), die in aanraking zijn met de loopbanen van die ringen (12, 5 13), alsmede een kooi (1) die onderlinge afstanden verschaft tussen de wentelelementen (11), waarvan een meervoud van die onderlinge afstanden (5) niet uniform is, met het kenmerk dat tenminste twee van die niet uniforme onderlinge afstand (5) verschillende grootten bezitten.

2. Wentellager volgens conclusie 1, waarbij een aantal van tenminste een derde van het totale aantal onderlinge afstanden (5), of het volgende hogere gehele getal van dat 1/3 aantal van totale onderlinge afstanden, niet uniform is.

3. Wentellager volgens conclusie 1 of 2, waarbij tenminste de helft van het 15 totale aantal onderlinge afstanden (5), of het volgende hogere gehele getal van het halve aantal totale onderlinge afstanden, niet uniform is.

4. Wentellager volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij alle niet uniforme onderlinge afstanden (5) verschillende grootten bezitten. 20

5. Wentellager volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij alle onderlinge afstanden (5) niet uniform zijn.

6. Wentellager volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de niet 25 uniforme en wederzijds verschillende onderlinge afstanden (5) monotoon toenemen in omtreksrichting.

7. Wentellager volgens één van conclusies 1-5, waarbij de niet uniforme en wederzijds verschillende onderlinge afstanden (5) onregelmatig zijn verdeeld in 30 omtreksrichting.

8. Wentellager volgens conclusie 7 of 8, waarbij de incrementen van de onderlinge afstanden een identieke grootte bezitten. i 1011003

9. Wentellager volgens conclusie 7 of 8, waarbij de incrementen van de onderlinge afstanden van verschillende grootte zijn.

10. Wentellager volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het 5 verschil tussen de niet uniforme onderlinge afstanden (5), uitgedrukt in graden van een cirkel van 360°, ten hoogste 360 , * -x 1,5 n is, waarbij n het aantal wentelelementen is. 10

11. Wentellager volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de verschillen in grootte van onderlinge afstand (5) de vervaardigingstoleranties (t) overtreffen.

12. Kooi (1) voor een wentellager, welke kooi een aantal kooiholten (2) omvat die een onderlinge afstand ten opzichte van elkaar bezitten, en een veelvoud van de onderlinge afstand (5) tussen die kooiholten (2) niet uniform is, met het kenmerk dat dat tenminste twee van die niet uniforme onderlinge afstand (5) verschillende grootten bezitten. 20

13. Kooi (1) volgens conclusie 12, waarbij een aantal van tenminste een derde van het totale aantal onderlinge afstanden (5), of het volgende hogere gehele getal van dat een derde aantal van totale onderlinge afstanden, niet uniform is.

14. Kooi (1) volgens conclusie 12 of 13 waarbij tenminste de helft van het totale aantal onderlinge afstanden (5), of het volgende hogere gehele getal van het halve aantal totale onderlinge afstanden, niet uniform is.

15. Kooi (1) volgens conclusie 12, 13 of 14, waarbij alle niet uniforme 30 onderlinge afstanden (5) verschillende grootten bezitten. 1011003

16. Kooi (1) volgens conclusie 12, 13, 14 of 15, waarbij alle onderlinge afstanden (5) niet uniform zijn.

17. Kooi (1) volgens conclusie 12-16, waarbij de niet uniforme en wederzijds 5 verschillende onderlinge afstanden (5) monotoon toenemen in omtreksrichting.

18. Kooi (1) volgens conclusie 12-17, waarbij de niet uniforme en wederzijds verschillende onderlinge afstanden (5) onregelmatig zijn verdeeld in omtreksrichting.

19. Kooi (1) volgens conclusie 17 of 18, waarbij de incrementen van de onderlinge afstanden een identieke grootte bezitten.

20. Kooi (1) volgens conclusie 17 of 18, waarbij de incrementen van de onderlinge afstanden van verschillende grootte zijn. 15

21. Kooi (1) volgens conclusie 12-20, waarbij het verschil tussen de niet uniforme onderlinge afstanden (5), uitgedrukt in graden van een cirkel van 360°, ten hoogste 360 f --x 1,5 n 20 is, waarbij n het aantal wentelelementen is.

22. Kooi (1) volgens conclusie 12-21, waarbij de verschillen in grootte van onderlinge afstand (5) de vervaardigingstoleranties (t) overtreffen. 1011003