CN1955500A - 径向支承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种径向支承装置(1a、1b、1c、1d)，其特别地包括滚动轴承(9)和与内件(6)相对的外件(3)，所述外件和内件环绕共同的纵轴线(5)彼此相对旋转，其中，径向支承装置(1a、1b、1c、1d)包括在外件(3)内或者在内件(6)上构成的轴承座(8a、8b、8c、8d)，该轴承座相对于在负荷区(12a、12b、12c、12d)内向轴承座(8a、8b、8c、8d)施加的径向负荷(10a、10b、10c、10d)基本上静止。在此方面，轴承座(8a、8b、8c、8d)在纵轴线(5)的方向上这样具有在其圆周上可变的宽度，使轴承座(8a、8b、8c、8d)从负荷区(12a、12b、12c、12d)出发在负荷区(12a、12b、12c、12d)的外部明显成锥形。

Description

径向支承装置
技术领域
本发明涉及一种径向支承装置，其特别地包括滚动轴承以及与内件相对的外件，外件和内件环绕共同的纵轴线彼此相对旋转，其中，径向支承装置包括在外件内或者在内件上构成的轴承座，它相对于在负荷区内向轴承座施加的径向负荷基本上静止。
背景技术
径向支承装置的这种负荷情况在现有技术中原则上公知并在滚动支承装置情况下以所谓的集中负荷概念公知，其中，径向负荷在取决于相对于滚动轴承的内圈或者外圈的运动比情况下基本上静止。与此相反，所谓的圆周负荷是一种径向负荷相对于滚动轴承的内圈或者外圈旋转的负荷情况。采用概念“基本上”在这里是要说明径向负荷由于动态影响并非严格意义上的点状作用，而是可以具有一定的径向可变宽度。
从轴承座基础上的负荷区传递的力由于径向负荷是轴承座宽度寿命强度几何尺寸的重要标准。但该标准对负荷区外部所要求的宽度仅有次要作用，因为在这里轴承座承受相当小的并在个别情况下根本不再承受机械负荷。然而，现有技术中公知的轴承座以恒定宽度旋转对称构成，并因此为这里存在的集中负荷的负荷情况在负荷区外部的机械容许负荷方面尺寸过大。由此产生的主要缺点如下，制造原因大多凸起构成的轴承座在负荷区的外部同时造成既在技术上和经济上不希望的却又是可以避免的质量。这一点同时导致在负荷区的外部也要全部通过其恒定宽度精加工的轴承座不必要的高加工费用。
发明内容
本发明的目的因此在于，这样构成开头所述类型的径向支承装置，利用简单装置消除所述缺点。在此方面，该径向支承装置的结构与现有技术中公知的支承装置相比特别是形成重量和成本优势。
该目的依据本发明由此得以实现，即轴承座在纵轴线的方向上这样具有在其圆周上可变的宽度，使轴承座从负荷区出发在负荷区的外部明显成锥形。采用一种这样构成的径向支承装置最佳考虑到这种情况，即承受集中负荷的轴承座在负荷区的外部明显成锥形并因此可以将公知支承装置的潜能充分用于降低旋转运动的质量、重量、加工费用和成本，而不影响径向支承装置的功能特性。这种影响在由于轴承座成锥形而达到径向轴承装置的疲劳强度不再得到保证的临界轴承座宽度的情况下才会产生。对此决定性的标准在径向支承装置作为液力滑动轴承构成的情况下是不再能够承载润滑膜或者在滚动轴承的情况下是轴承座在负荷区外部的不允许的高负荷。
此外，本发明特别是具有优点地可以用于负荷情况下的下述情况，其中，轴承座各自施加集中负荷。在第一负荷情况下，外件作为外壳构成，内件作为支承在外壳内的轴和在轴上可变宽度的轴承座构成，其中，径向负荷随同轴旋转。这种负荷情况的典型例子是随同轴共同旋转的确定的不平衡件，它通过可变宽度的轴承座在轴质量降低的同时具有优点的可以得到增强。
在第二负荷情况下，外件作为外壳构成，内件作为支承在外壳内的轴和在外壳内可变宽度的轴承座构成，其中，径向负荷相对于外壳基本上静止。在这种情况下，可变宽度的轴承座可以使外壳的质量降低，其中，轴承座通过圆周不均匀的质量分布不需要平衡静止的外壳。
在第三负荷情况下，外件作为套筒构成，内件作为支承套筒的轴螺栓和在套筒内可变宽度的轴承座构成，其中，径向负荷随同套筒旋转。在此方面，在具有套筒上确定不平衡件的套筒支承装置的情况下，尽管在不平衡方向上成锥形的轴承座与不平衡件的反作用，具有优点的是该轴承座仍利用可变的宽度构成，以便有利于成本更低的加工减小轴承座的面积。
最后在第四负荷情况下，外件作为套筒构成，内件作为支承套筒的轴螺栓和在轴螺栓上可变宽度的轴承座构成，其中，径向负荷相对于轴螺栓基本上静止。在这种情况下轴承座的加工随着其成锥形也得到简化，而同时可以达到降低轴螺栓质量的目的。
此外对第一负荷情况来说，轴作为不平衡轴构成，其与纵轴线偏心设置的质量重心从不平衡轴外圆周上的一个或者多个空隙中产生。在此方面，这些空隙相对于不平衡轴的质量重心部分或者全部分布在不平衡轴的纵轴线的对面并直接与可变宽度的轴承座邻接。利用这样构成的不平衡轴，尽可能小的质量大多数情况下存在的目标冲突可以在轴的尽可能大的不平衡情况下特别具有优点地得到解决。这一点的根据主要在于，空隙现在一直向成锥形的轴承座延伸并似乎可以作为提高的负质量用于增强不平衡。但与具有恒定宽度轴承座的常规轴相比，不仅仅开辟了在质量降低的同时提高轴不平衡的可能性。确切地说，在不平衡不变的情况下，由此可以明显超出此程度降低轴质量，即原有不平衡的提高通过降低质量的其他空隙得到补偿，但这些空隙相对于质量重心在纵轴线这边设置在不平衡轴上。不言而喻，根据设计重点偏重于明显提高不平衡时适度降低质量还是偏重于不平衡提高不变时明显降低质量，也可以找到不平衡轴居于这两种极限情况之间的协调方案。
在本发明的进一步构成中，不平衡轴属于用于平衡活塞式内燃机的惯性力和/或惯性矩的装置，具有与不平衡轴的纵轴线平行设置和至少间接传动不平衡轴的活塞式内燃机的曲轴。活塞式内燃机领域的专业人员公知这种平衡装置特别是在直列式或者V形设置中是降低摆动惯性力造成的振动的有效措施。然而，特别是在汽车领域的活塞式内燃机方面，对轻型结构活塞式内燃机的要求不断提高，从而用于降低不平衡轴质量的上述可能性可以特别具有优点地用于这种使用情况。不平衡轴较低的惯性矩此外使活塞式内燃机的动力性得到改善，因为减少了对高转速梯度的阻力。此外，特别是在低转速范围内曲轴扭转振动明显的柴油发动机情况下，平衡装置传动范围内的机械峰值负荷随着不平衡轴惯性矩的降低而下降。
在很大程度上适用上述观点的是，平衡装置包括两个以双倍曲轴转速对向旋转的不平衡轴。这种作为Lancaster平衡也为专业人员所公知的设置用于在四缸直列式发动机上平衡第二级的自由惯性力。
此外在本发明一种特别具有优点的进一步构成中，不平衡轴的径向支承装置具有至少一个作为无内圈的滚针轴承和最好作为滚针套构成的滚动轴承。与特别是在低温和/或高粘度液压油下会导致不平衡轴传动时增加摩擦效率损耗的液力滑动轴承相比，滚动轴承除了有利的摩擦特性外，通过其作为滚针支承装置构成的径向支承装置，还可以进一步增加降低不平衡轴的质量和/或提高不平衡的优点，因为由滚针轴承所包括的轴承座一般情况下可以比在考虑到承载润滑膜的液力滑动轴承的情况下更强地成锥形。这样可以首先使用滚针套，它对于专业人员来说作为采用无切削成型的外圈和滚针保持架的最小径向结构高度的结构单元所公知，在足够的疲劳强度情况下可以特别节省结构空间并且是不平衡轴的一种成本有利的径向支承装置。
最后具有优点的是，在本发明的进一步构成中，滚针轴承的宽度基本上相当于可变宽度的轴承座分配给滚针轴承的最大宽度，而轴承座的最小宽度小于滚针轴承的滚针长度。同时为润滑滚针轴承仅使用无压力的润滑油雾。采用本发明的这种构成，滚针轴承上的润滑条件可以由此得到改善，即在轴承座上局部和暂时凸起的滚针增加无压力的润滑剂雾。为有利于提高径向支承装置的耐磨强度，这一点相反也可以有助于从滚针轴承的滚道区域排出磨蚀微粒。为保证在滚针轴承最小宽度的区域内滚针轴承与滚针的完整纵向接触，在该构成中优选使用与多排滚针轴承不同的单排滚针轴承。
附图说明
本发明的其他特征来自下面的说明和附图，其中，以上述负荷情况为基础并借助用于平衡活塞式内燃机的装置的不平衡轴举例示意示出依据本发明的径向支承装置。其中：
图1以示意图示出第一负荷情况的径向支承装置；
图2以示意图示出第二负荷情况的径向支承装置；
图3以示意图示出第三负荷情况的径向支承装置；
图4以示意图示出第四负荷情况的径向支承装置；
图5以示意图示出用于平衡活塞式内燃机的装置；
图6以简化纵视图示出图5的不平衡轴之一；
图7以放大视图示出图6的剖面AA。
具体实施方式
图1示出对于第一负荷情况，依据本发明的径向支承装置1a。该图示出作为外壳2a构成的外件3，里面径向支承作为轴4a构成并环绕纵轴线5旋转的内件6。在所示的实施例中，在外壳2a内构成的轴承座7a与在轴4a上构成的轴承座8a之间设置滚动轴承9，该轴承在依据图2-4的径向支承装置1b、1c、1d中也可以作为支承件使用。随同轴4a旋转的径向负荷10a由于设置在轴4a上的不平衡件11a而产生外壳2a的轴承座7a上的圆周负荷，而径向负荷10a相对于轴4a的轴承座8a和在其上面构成的负荷区12a(点所示)基本上静止。外壳2a的轴承座7a由于圆周负荷旋转对称构成，而轴4a施加集中负荷的轴承座8a则具有在其圆周上可变的宽度，方法是轴承座8a从负荷区12a出发在其外部明显成锥形。由于负荷区12a在最大180°的角度上在轴4a的轴承座8a圆周上延伸——其中，该角度在滚动支承装置的所示情况下由于实践中出现的轴承间隙也可以明显低于此值——滚动轴承9在负荷区12a的外部明显变小并在极限情况下根本不承受负荷，从而在轴承座8a成锥形的滚动支承装置情况下，轴承座8a也可以具有在其圆周上与轴承座8a的断开相应为零的局部宽度。这一点类似适用于图2-4中所示的负荷情况。
图2所示依据本发明径向支承装置1b的负荷情况与图1所示的区别在于，支承在外壳2b内的轴4b施加相对于外壳2b静止的径向负荷10b。然而在轴4b旋转对称构成的轴承座7b上存在圆周负荷，而外壳2b具有带静止负荷区12b(点所示)的可变宽度的轴承座8b(点所示)。
在图3所示依据本发明径向支承装置1c的负荷情况中，外件3作为环绕纵轴线5旋转的套筒13a构成且内件6作为支承在套筒13a内的轴螺栓14a构成。在此方面，向轴螺栓14a的旋转对称的轴承座7c施加由于设置在套筒13a上的不平衡件11b而产生圆周负荷的径向负荷10c。与此相应，套筒13a的施加集中负荷的轴承座8c(点所示)具有在圆周上可变的宽度，方法是轴承座8c从负荷区12c出发在其外部明显成锥形。
最后图4所示依据本发明径向支承装置1d的负荷情况与图3所示的区别在于，轴螺栓14b被施加与其相对静止的径向负荷10d。相应地在环绕轴螺栓14b旋转的套筒13b内构成施加圆周负荷的恒定宽度的轴承座7d，而轴螺栓14b的轴承座8d被施加集中负荷并具有圆周上可变的宽度，方法是轴承座8d从负荷区12d(点所示)出发在其外部明显成锥形。作为对图1所示滚动轴承9的选择，在这种情况下轴承座7d与8d之间构成一个作为轴承件的液力滑动轴承15。不言而喻，滑动轴承15在依据图1-3所示的其他负荷情况下也可以作为轴承件使用。
图1中所示的负荷情况此外也可以在图5原理上所示的装置16上出现。该装置16用于平衡借助传动图所示的四缸直列式活塞式内燃机17的第二级惯性力(Lancaster平衡)。活塞式内燃机17包括在气缸18内摆动的活塞19，其纵向运动通过连杆20转换成曲轴21的旋转。曲轴21通过中间轴22传动具有不平衡件11a的两个不平衡轴23，其中，不平衡轴23与曲轴21平行以双倍曲轴转速对向旋转。
图6的纵视图详细示出该不平衡轴23之一的支承装置。不平衡轴23的轴向支承装置传动侧通过球轴承24和其径向支承装置1a通过两个作为滚针套25构成并压入活塞式内燃机17外壳2a内的滚动轴承9完成。不平衡轴23由滚针套25所包括的轴承座8a具有在其圆周上这样可变的宽度，使其在施加集中负荷的负荷区12a(点所示)外部由于来自随同不平衡轴23旋转的不平衡件11a的径向负荷10a明显成锥形。每个滚针套25的宽度在此方面这样确定尺寸，使其相当于其负荷区12a区域内所属轴承座8a的最大宽度26，而轴承座8a的最小宽度27在负荷区12a的外部明显小于滚针套25滚针28的长度构成。因为外壳2a内部仅具有无压力的润滑油雾，所以局部和暂时凸起的滚针28上的润滑条件可以得到明显改善。对于环绕不平衡轴23的纵轴线5旋转的滚针28在负荷区12a的外部仅承受在外壳2a方向上作用的离心力这种情况来说，轴承座8a的最小宽度27在一种未示出的实施方式中也可以这样选择，使轴承座8a不是完全通过360°的圆周延伸，而是在负荷区12a的外部断开。
不平衡轴23的在箭头方向上作用的不平衡件11a以与其纵轴线5偏心和图6中象征性示出的质量重心29为基础。其偏心度从不平衡轴23外圆周上的空隙30中产生，这些空隙相对于质量重心29部分或者全部分布在纵轴线5的对面。因为空隙30与轴承座8a直接邻接，所以轴承座8a在纵轴线5对面成锥形既产生具有优点的质量降低，也形成相对于具有恒定宽度轴承座的不平衡轴的附加不平衡件11c。取决于装置16所要求的特性，该附加的不平衡件11c可以在一种带宽内加以利用，该带宽在一方面通过降低不平衡轴23质量的同时最大程度提高不平衡件11a，另一方面在不平衡轴23恒定的不平衡件11a情况下最大程度降低质量得到改善的质量平衡的极限情况之间延伸。
第二极限情况范围内一种结构上的设计在本实施例中以补偿附加不平衡件11c的不平衡件11d的方式象征性示出。如从图7所看到的那样，补偿的不平衡件11d作为至少一对与不平衡方向镜面对称的空隙31构成。它们在轴承座8a的外部并相对于质量重心29至少主要设置在不平衡轴23的外圆周上纵轴线5那侧并因此在与质量重心29的不平衡件11a相反的方向上作用。在考虑到最大程度降低不平衡轴23质量的情况下，在此方面依据目的，空隙31设置在通过纵轴线5并与不平衡方向u正交的方向v上展开的平面E附近。设置在那里的空隙31具有与纵轴线5作用比较小的偏心度，从而其在不平衡方向u上负作用的质量在恒定补偿度情况下可以根据最有利于降低不平衡轴23的质量进行选择。
附图标记
1a、b、c、d     径向支承装置
2a、b           外壳
3               外件
4a、b           轴
5               纵轴线
6               内件
7a、b、c、d     轴承座
8a、b、c、d     轴承座
9               滚动轴承
10a、b、c、d    径向负荷
11a、b、c、d    不平衡件
12a、b、c、d    负荷区
13a、b          套筒
14a、b          轴螺栓
15              滑动轴承
16              装置
17              活塞式内燃机
18              气缸
19              活塞
20              连杆
21              曲轴
22              中间轴
23              不平衡轴
24              球轴承
25              滚针套
26              最大宽度
27              最小宽度
28              滚针
29              质量重心
30       空隙
31       空隙
E        平面
u        不平衡方向
v        与不平衡件正交的方向

Claims (10)

1.径向支承装置(1a、1b、1c、1d)，其特别地包括滚动轴承(9)以及与内件(6)相对的外件(3)，外件(3)和内件(6)环绕共同的纵轴线(5)彼此相对旋转，其中，径向支承装置(1a、1b、1c、1d)包括在外件(3)内或者在内件(6)上构成的轴承座(8a、8b、8c、8d)，所述轴承座相对于在负荷区(12a、12b、12c、12d)内向轴承座(8a、8b、8c、8d)施加的径向负荷(10a、10b、10c、10d)基本上静止，其特征在于，轴承座(8a、8b、8c、8d)在纵轴线(5)的方向上这样具有在其圆周上可变的宽度，使轴承座(8a、8b、8c、8d)从负荷区(12a、12b、12c、12d)出发在负荷区(12a、12b、12c、12d)的外部明显成锥形。
2.按权利要求1所述的径向支承装置，其中，外件(3)作为外壳(2a)构成，内件(6)作为支承在外壳(2a)内的轴(4a)和在轴(4a)上的可变宽度的轴承座(8a)构成，其中，径向负荷(10a)随同轴(4a)旋转。
3.按权利要求1所述的径向支承装置，其中，外件(3)作为外壳(2a)构成，内件(6)作为支承在外壳(2b)内的轴(4b)和在外壳(2b)内的可变宽度的轴承座(8b)构成，其中，径向负荷(10b)相对于外壳(2b)基本上静止。
4.按权利要求1所述的径向支承装置，其中，外件(3)作为套筒(13a)构成，内件(6)作为支承套筒(13a)的轴螺栓(14a)和在套筒(13a)内的可变宽度的轴承座(8c)构成，其中，径向负荷(10c)随同套筒(13a)旋转。
5.按权利要求1所述的径向支承装置，其中，外件(3)作为套筒(13b)构成，内件(6)作为支承套筒(13b)的轴螺栓(14b)和在轴螺栓(14b)上的可变宽度的轴承座(8d)构成，其中，径向负荷(10d)相对于轴螺栓(14b)基本上静止。
6.按权利要求2所述的径向轴承装置，其中，轴(4a)作为不平衡轴(23)构成，其与纵轴线(5)偏心设置的质量重心(29)从不平衡轴(23)外圆周上的一个或者多个空隙(30)中产生，这些空隙(30)相对于不平衡轴(23)的质量重心(29)部分或者全部分布在不平衡轴(23)的纵轴线(5)的对面并直接与可变宽度的轴承座(8a)邻接。
7.按权利要求6所述的径向轴承装置，其中，不平衡轴(23)属于用于平衡活塞式内燃机(17)的惯性力和/或惯性矩的装置(16)，该装置(16)具有与不平衡轴(23)的纵轴线(5)平行设置且至少间接传动不平衡轴(23)的活塞式内燃机(17)曲轴(21)。
8.按权利要求7所述的径向轴承装置，其中，装置(16)包括两个以双倍曲轴转速对向旋转的不平衡轴(23)。
9.按权利要求6所述的径向轴承装置，其中，不平衡轴(23)的径向支承装置(1a)具有至少一个作为无内圈的滚针轴承且最好作为滚针套(25)构成的滚动轴承(9)。
10.按权利要求9所述的径向轴承装置，其中，滚针轴承(滚针套25)的宽度基本上相当于可变宽度的轴承座(8a)分配给滚针轴承(滚针套25)的最大宽度(26)，而轴承座(8a)的最小宽度(27)小于滚针轴承(滚针套25)滚针(28)的长度，其中，为润滑滚针轴承(滚针套25)仅使用无压力的润滑油雾。
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