DE102004046789B4

DE102004046789B4 - Zylinderrollenlager

Info

Publication number: DE102004046789B4
Application number: DE102004046789.7A
Authority: DE
Inventors: Naota Yamamoto; Mamoru Mizutani
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: DE102004046789A1; CN100386536C; US20050069239A1; CN1603646A; US7101088B2

Abstract

Zylinderrollenlager mit einem Innenring (1), einem Außenring (2), mehreren Zylinderrollen (3), die zwischen dem Innenring und dem Außenring frei drehbar angeordnet sind, und mit einem Käfig (4) aus Kunstharz, wobei der Käfig einen ringförmigen Abschnitt (4a) aufweist, mehrere Pfeiler (4b), die sich in einer axialen Richtung von einer Innenfläche (4a1) des ringförmigen Abschnitts erstrecken, und mehrere Taschen (4c), die zwischen in Umfangsrichtung der Pfeiler weisende Seitenflächen (4b1) ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung benachbart angeordnet sind, und die die Zylinderrollen frei drehbar halten, wobei die Seitenflächen (4b1) an einem inneren Umfangsabschnitt des axialen Basisendes (4b14) einen Rollenführungsabschnitt (4b11) aufweisen, der als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die auf die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt, und der die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle führt, wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler (4b) während der Rotation eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, und wobei die Seitenflächen (4b1) am inneren Umfangsabschnitt des axialen Spitzenendes einen Abrollabschnitt (4b12) aufweisen, der weiter in Richtung der Umfangsmitte des Pfeilers (4b) ausgespart ist als der Rollenführungsabschnitt (4b11) und verhindert, dass ein radialer Kontaktdruck mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler (4b) eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zylinderrollenlager, das einen aus einem Kunstharz bestehenden Käfig aufweist, insbesondere ein Zylinderrollenlager, das verwendet wird, um ein sich drehendes Element zu stützen, welches mit hoher Drehzahl rotiert, wie z. B. die Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es ist bekannt, dass bei Werkzeugmaschinen, wie z. B. Bearbeitungszentren, CNC-Drehmaschinen und Fräsmaschinen die Hauptspindel gewöhnlich so durch ein Lager gestützt wird, dass sie frei zum Gehäuse rotieren kann. Die Ausrichtung dieser Hauptspindel wird grob in zwei Kategorien eingeteilt, nämlich abhängig von der Art der Maschine vertikal (hier liegt die Achse auf der Vertikalen) und horizontal (hier liegt die Achse auf der Horizontalen). Darüber hinaus werden als Schmierverfahren für das Lager, das die Spindel stützt, üblicherweise Ölschmierverfahren wie Fettschmierung und Luft/Öl-Schmierung u. Ä. eingesetzt – obwohl dies von den tatsächlichen Einsatzbedingungen abhängt –, und als Lager werden meist kombinierte Schrägkugellager oder Zylinderrollenlager o. Ä. verwendet.
In diesem Fall weisen Zylinderrollenlager, die zum Stützen der Spindel der Werkzeugmaschine verwendet werden, üblicherweise einen Käfig auf, der eine Vielzahl von Zylinderrollen zwischen einem Innenring und einem Außenring jeweils in vorherbestimmtem Abstand hält. Bisher sind meist Käfige verwendet worden, die aus hochfestem Gussmessing hergestellt bzw. bearbeitet wurden, doch angesichts von Faktoren wie die Verschlechterung des Schmiermittels aufgrund des Abriebs, den der Käfig während des Betriebs erzeugt, und die Verringerung des Gewichts ist man in letzter Zeit zu Käfigen aus Kunstharz übergegangen.
Bei diesem Übergang in der Technologie ist ein bekanntes Beispiel für einen Kunstharzkäfig, der derzeit bei Zylinderrollenlagern verwendet wird, der sogenannte Kammkäfig, wie er in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung JP H11-166544 A (nachfolgend als Druckschrift 1 bezeichnet) und in der internationalen Patentveröffentlichung WO 03/029670 A1 (nachfolgend als Druckschrift 2 bezeichnet) offenbart ist. Dieser Kammkäfig weist einen Ringabschnitt auf, mehrere Pfeiler, die sich in einer axialen Richtung von der Innenfläche des Ringabschnitts erstrecken, und mehrere Taschen, die zwischen den Flächen auf der Umfangsseite der Pfeiler, die benachbart in Umfangsrichtung angeordnet sind, ausgebildet sind, wobei die Taschen die Zylinderrollen frei drehbar halten. Da jedoch bei einem Kunstharzkäfig dieser Konstruktion die Spitzen der Pfeiler freie Kanten sind, sind die Pfeiler einer relativ großen, nach außen gerichteten, elastischen Verformung ausgesetzt, was auf die Wirkung der während der Rotation erzeugten Zentrifugalkraft zurückgeht – dies gilt insbesondere bei hohen Drehzahlen –, und die Innenumfangsabschnitte dieser Spitzen an den Seitenflächen in Umfangsrichtung können stark (in abnormaler Weise) mit den Rollkontaktflächen der Zylinderrollen in Kontakt kommen, was zu einem ungenügenden Ölfilm zwischen den sich berührenden Teilen führt, was wiederum einen abnormalen Abrieb oder einen Anstieg der Lagertemperatur bewirken kann.
Als Reaktion auf diese Probleme ist in den Druckschriften 1 und 2 die Seitenfläche in Umfangsrichtung 14b1 eines Pfeilers 14b, der sich in radialer Richtung von einem ringförmigen Abschnitt 14a eines Käfigs 14 erstreckt, in einen Außendurchmesserbereich und einen Innendurchmesserbereich aufgeteilt, wobei der Wälzkörper-Durchmesser, der durch die Mitte 0 einer Tasche 14c läuft, als Grenze dient, wie in 23 dargestellt. Der Außendurchmesserbereich ist als Kreisbogenfläche (zylindrische Fläche) 14b11 ausgebildet, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 13 folgt, und der Innendurchmesserbereich ist über die gesamte radiale Länge als gerade Fläche 14b12 ausgebildet, parallel zu einer radialen Linie r1, die durch die Taschenmitte 0 verläuft, wodurch verhindert wird, dass ein Kontaktdruck in radialer Richtung zwischen dem Innendurchmesserbereich 14b12 der Seitenfläche in Umfangsrichtung 14b1 des Pfeilers 14 und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 13 auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft eine nach außen gerichtete elastische Verformung des Pfeilers 14b bewirkt.
Beispiele für wichtige Eigenschaften, die eine Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine haben muss, sind die Fähigkeit, einer Rotation mit hoher Drehzahl ausgesetzt zu werden (wobei der dmn-Wert (= Wälzkreisdurchmesser des Wälzkörpers (mm) × Anzahl der Umdrehungen (U/min) mindestens 1,000,000 beträgt) und die Tatsache, dass ein „Non Repeatable Run-out” (NRRO) genannter Spurfehler minimal ist, und diese Eigenschaften werden hauptsächlich durch die axiale Lagerfunktion des Lagers, das die Spindel stützt, bestimmt. Aus den nachfolgend genannten Gründen ist es bei den Zylinderrollenlagern, die in den Druckschriften 1 und 2 offenbart sind, schwierig, den Grad des „Non Repeatable Run-out” (NRRO) zu erzielen, der für die Hauptspindel einer Werkzeugmaschine erforderlich ist.
Mit anderen Worten: Bei dem Käfig 14 der in den Druckschriften 1 und 2 offenbarten Zylinderrollenlager ist, wie bereits beschrieben, der Bereich der Seitenfläche in Umfangsrichtung 14b1 des Pfeilers 14b von dem Wälzkörper-Wälzkreis-durchmesser zum Innendurchmesser über die gesamte radiale Länge als gerade Fläche 14b12 ausgebildet, was bedeutet, dass kein Kontaktdruck in radialer Richtung zwischen dem Innendurchmesserbereich 14b12 der Seitenfläche in Umfangsrichtung 14b1 und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 13 auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft eine nach außen gerichtete elastische Verformung des Pfeilers 14 bewirkt. Doch obwohl diese Konstruktion in Bezug auf die Verhinderung eines abnormalen Kontakts zwischen der Seitenfläche in Umfangsrichtung 14b1 des Pfeilers 14b und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 13 wirksam ist, führt die oben beschriebene Ausbildung des Innendurchmesserbereichs der Seitenfläche in Umfangsrichtung 14b1 des Pfeilers 14b als gerade Fläche 14b12 dazu, dass eine weitere, nach außen gerichtete elastische Verformung des Pfeilers 14b noch gefördert wird. Mit anderen Worten: Durch die oben beschriebene Ausbildung des Innendurchmesserbereichs der Seitenfläche in Umfangsrichtung 14b1 des Pfeilers 14b als gerade Fläche 14b12 gibt es weniger Stellen, an denen die nach außen gerichtete elastische Verformung eingeschränkt ist, als bei der normalen Taschenform (bei der der gesamte Bereich der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Pfeilers als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt). Darüber hinaus ist auch die Wanddicke in Umfangsrichtung des Innendurchmesserbereichs des Pfeilers 14b reduziert, was die Steifigkeit des Pfeilers 14b vermindert und wiederum dazu führt, dass die nach außen gerichtete elastische Verformung des Pfeilers 14b gefördert wird.
24 zeigt eine schematische Darstellung eines Zustands, in dem die Pfeiler 14b des Käfigs 14 des in den Druckschriften 1 und 2 offenbarten Zylinderrollenlagers aufgrund der bei der Rotation mit hohen Drehzahlen erzeugten Zentrifugalkraft einer nach außen gerichteten elastischen Verformung ausgesetzt waren (durchgezogene Linien), und eines Zustands vor einer derartigen Verformung (gestrichelte Linien). Wenn bei dem Käfig 14 des in den Druckschriften 1 und 2 offenbarten Zylinderrollenlagers der Pfeiler 14b eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, nimmt – wie in der Figur dargestellt – der Taschenabstand g zwischen der Seitenfläche in Umfangsrichtung 14b1 des Pfeilers 14b und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 13 im Vergleich zu dem ursprünglichen Abstand (dem Abstand vor der Verformung) zu. Außerdem wird als Folge der oben beschriebenen Förderung einer weiteren nach außen gerichteten elastischen Verformung des Pfeilers 14b der Taschenabstand g noch weiter vergrößert. Eine Vergrößerung dieses Taschenabstands g führt zu einer Verringerung der Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrolle und zum Auslaufen aus dem Drehungsmittelpunkt der Zylinderrolle, so dass ein „Non Repeatable Run-out” auftritt, was zu einem instabilen Rütteln des Innenrings führt. Im Besonderen führt bei Rollenführungskäfigen die Erhöhung des Grades der Freiheit des Käfigs in radialer Richtung dazu, dass es Stellen gibt, an denen der Taschenabstand g zunimmt, und Stellen, an denen der Taschenabstand g kleiner wird, und die jeweilige Position dieser Stellen ist nicht konstant, was den Grad des „Non Repeatable Run-out” erhöht. Dieses „Non Repeatable Run-out” (NRRO) erhöht sich proportional zur Anzahl der Umdrehungen und führt zu verschiedensten Problemen, zu welchen eine Verschlechterung der Zerspanungsgenauigkeit der an der Hauptspindel der Werkzeugmaschine angebrachten Werkzeuge zählt.
25 zeigt einen Querschnitt in Längsrichtung (1 in der Druckschrift 1), aus dem das relative Größenverhältnis zwischen dem ringförmigen Abschnitt 14a und dem Pfeiler 14b des Käfigs 14 und der Zylinderrrolle 13 in dem in den Druckschriften 1 und 2 beschriebenen Zylinderrollenlager ersichtlich wird. Wie in 25 dargestellt, ist die Länge (Dicke) Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 14a des Käfigs 14 auf etwa 25% der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 13 festgelegt. Mit anderen Worten: Wie aus den anderen Diagrammen in den Druckschriften 1 und 2 zu entnehmen, wurde bei herkömmlichen Kunstharzkäfigen das vorgenannte Größenverhältnis im Allgemeinen auf einen Wert von etwa 25% festgelegt. Der Grund für diese Festlegung besteht darin, dass das Verhältnis zwischen der Länge Te in axialer Richtung des Innenrings 11 und des Außenrings 12 und der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 13 unter Berücksichtigung der Funktion des Zylinderrollenlagers im Wesentlichen immer den gleichen Wert hat. Wenn die Konstruktion auf diesem Wert und auf den Eigenschaften des Harzmaterials des Käfigs 14 basiert, dann muss die Länge Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 14a des Käfigs 14 natürlich auf etwa 25% der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 13 festgelegt werden.
Während ein Zylinderrollenlager dieser herkömmlichen Konstruktion bei niedrigen Drehzahlen angemessene Fähigkeiten zeigt, besteht jedoch bei hohen Drehzahlen die Gefahr einer elastischen Verformung der Pfeiler 14b des Käfigs 14, was dazu führt, dass die Lagertemperatur übermäßig ansteigt. Außerdem kann selbst dann, wenn das vorgenannte, in den Druckschriften 1 und 2 offenbarte Verfahren angewendet wird und eine gerade Fläche 14b12 an dem Pfeiler 14b des Käfigs mit der oben beschriebenen, herkömmlichen Konstruktion ausgebildet wird, bei hohen Drehzahlen von beispielsweise mehr als 13.000 U/min oder einem ähnlichen Wert (oder wenn der dmn-Wert 1.650.000 oder einen ähnlichen Wert übersteigt) die Lagertemperatur immer noch übermäßig ansteigen. Es ist für zu sagen, dass die Ursache dieses Phänomens die Wirkung der Zentrifugalkraft ist, die dazu führt, dass die Pfeiler 14b des Käfigs 14 in hohem Maße eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren.
Darüber hinaus haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bei der Suche nach Mitteln zur Vermeidung eines Kontakts zwischen den Pfeilern 14b des Käfigs 14 und der Zylinderrolle 13 entdeckt, dass das Phänomen, bei dem die Lagertemperatur bei hohen Drehzahlen aufgrund der elastischen Verformung der Pfeiler 14b übermäßig ansteigt, hauptsächlich von der Länge Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 14a des Käfigs 14 abhängt. Wenn folglich das Größenverhältnis zwischen der Länge Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 14a des Käfigs 14 und der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 13 so festgelegt wird wie bei herkömmlichen Konstruktionen, bestehen Bedenken, dass hierdurch die Möglichkeit, die elastische Verformung der Pfeiler 14b, die durch die Wirkung einer extrem großen Zentrifugalkraft hervorgerufen wird, angemessen zu reduzieren, enorm erschwert wird.
Wenn außerdem bei einem derartigen Käfig 14 eines Zylinderrollenlagers die Pfeiler 14b so gehalten werden, dass sie mit der Zylinderrolle 13 in Kontakt sind, führt das Verhältnis, in dem diese beiden Elemente zueinander stehen, aufgrund des Kontaktwiderstands und des Gleitwiderstands zu Abrieb und Ähnlichem, und um dem zu begegnen, wird zwischen den beiden Elementen ein Film aus einem Schmiermittel z. B. durch Fettschmierung oder Luft/Öl-Schmierung gebildet. Wenn jedoch eine einfache gerade Fläche 14b12 auf der Seitenfläche in Umfangsrichtung 14b1 des Pfeilers 14b gebildet wird, wie bei dem Käfig 14 des in den Druckschriften 1 und 2 offenbarten Zylinderrollenlagers, erhöht ein Kontakt während der Rotation, insbesondere ein Kontakt oder eine Gleitbewegung während der Rotation über lange Zeiträume, die Wahrscheinlichkeit eines mangelnden Ölfilms zwischen dem Pfeiler 14b und der Zylinderrolle 13, was zwangsläufig zu einer Verschlechterung der Schmiereigenschaften führt. Trotzdem ziehen die vorgenannten Druckschriften keine Gegenmaßnahmen in Betracht, um eine Verschlechterung der Schmiereigenschaften zuverlässig zu verhindern, und es gibt nicht einmal irgendeinen Hinweis oder eine Andeutung, dass die Erfinder sich eines derartigen Problems bewusst waren. Zum jetzigen Zeitpunkt ist eine angemessene Lösung für dieses Problem immer noch vonnöten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die technischen Aufgaben der vorliegenden Erfindung in Bezug auf ein Zylinderrollenlager, das einen sogenannten Kammkäfig aus Kunstharz aufweist, bestehen darin, eine elastische Verformung der Pfeiler während der Rotation mit hoher Drehzahl zu verhindern, einen abnormalen Kontakt zwischen den Spitzen der Pfeiler und der Rollkontaktfläche der Zylinderrollen zu verhindern, der durch diese elastische Verformung hervorgerufen wird, einen abnormalen Abrieb des Käfigs zu verhindern und einen Anstieg der Lagertemperatur zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung, die entwickelt wurde, um diese technischen Aufgaben zu erfüllen, schafft ein Zylinderrollenlager mit einem Innenring, einem Außenring, mehreren Zylinderrollen, die zwischen dem Innenring und dem Außenring frei drehbar angeordnet sind, und mit einem Käfig aus Kunstharz, wobei der Käfig einen ringförmigen Abschnitt aufweist, mehrere Pfeiler, die sich in einer axialen Richtung von einer Innenfläche des ringförmigen Abschnitts erstrecken, und mehrere Taschen, die zwischen in Umfangsrichtung der Pfeiler weisende Seitenflächen ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung benachbart angeordnet sind, und die die Zylinderrollen frei drehbar halten. Bei dieser Konstruktion weisen die Seitenflächen in Umfangsrichtung der Pfeiler des Käfigs an einem inneren Umfangsabschnitt des axialen Basisendes einen Rollenführungsabschnitt auf, der als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt, und der die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle führt, wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler während der Rotation eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt; außerdem weisen die Seitenflächen am inneren Umfangsabschnitt des axialen Spitzenendes einen Abrollabschnitt auf, der weiter in Richtung der Umfangsmitte des Pfeilers ausgespart ist als der Rollenführungsabschnitt und verhindert, dass ein radialer Kontaktdruck mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt.
Wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, wird durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion der Führungsabschnitt, der am inneren Umfangsabschnitt des Basisendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Pfeilers als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt, in Richtung der Reduzierung des Taschenabstands zwischen dem Führungsabschnitt und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle versetzt (d. h. nach außen) und führt somit die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle. Als Ergebnis wird eine gute Ausgleichsfähigkeit gewährleistet, und das Non Repeatable Run-out (NRRO) während der Rotation mit hohen Drehzahlen wird auf einen akzeptablen Wert reduziert. Da die Größe der elastischen Verformung, die der Pfeiler erfährt, am Basisende geringer ist als am Spitzenende, tritt selbst bei einer Konstruktion, bei der die Zylinderrollen durch die Rollenführungsabschnitte der inneren Umfangsabschnitte am Basisende geführt werden, kein abnormaler Kontakt zwischen den Pfeilern und den Rollkontaktflächen der Zylinderrollen auf. Da andererseits der innere Umfangsabschnitt des Spitzenendes des Pfeilers einen Abrollabschnitt aufweist, der zur Umfangsmitte des Pfeilers hin weiter ausgespart ist als der Rollenführungsabschnitt, kommt der innere Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung nicht mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle in Kontakt, und selbst wenn ein derartiger Kontakt zustande kommt, ist er gering genug, um keinen Kontaktdruck in radialer Richtung auszuüben. Folglich kann ein abnormaler Kontakt zwischen dem inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle während der Rotation mit hohen Drehzahlen vermieden werden, was bedeutet, dass auch ein abnormaler Abrieb des inneren Umfangsabschnitts des Spitzenendes verhindert werden kann, und dass auch ein Anstieg der Lagertemperatur unterdrückt werden kann.
Darüber hinaus wird durch das Vorsehen eines Rollenführungsabschnitts in dem inneren Umfangsabschnitt des Basisendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung die Wanddicke in Umfangsrichtung des inneren Umfangsabschnitts des Basisendes des Pfeilers erhöht, was die Steifigkeit des Pfeilers verbessert. Folglich kann die Größe der elastischen Verformung der Pfeiler sowohl nach außen als auch in Umfangsrichtung, die entweder durch die während der Rotation entstehende Zentrifugalkraft oder durch die Last der Zylinderrollen bewirkt wird, reduziert werden. Dies bedeutet, dass die vorteilhafte Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrollen aufrechterhalten wird.
Bei der vorgenannten Konstruktion beträgt die Länge in axialer Richtung des Abrollabschnitts vorzugsweise zwischen 10 und 35% der Länge der Zylinderrolle.
Darüber hinaus ist eine Startposition des Abrollabschnitts in radialer Richtung vorzugsweise so festgelegt, dass eine Linie, die die Startposition des Abrollabschnitts in radialer Richtung und eine Mitte der Tasche verbindet, auf der Innendurchmesserseite einen Winkel von 20 Grad oder weniger zur Tangente des Taschen-Wälzkreisdurchmessers an der Taschenmitte bildet. Dadurch, dass die Abrollabschnitte nach diesen Standards ausgebildet werden, können die vorstehend beschriebenen Wirkungen bei den hohen Drehzahlen, die von der Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine verlangt werden, demonstriert werden.
Darüber hinaus ist die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts vorzugsweise als gerade Fläche ausgebildet, die zu einer Umfangsrichtungsmittellinie des Pfeilers parallel ist. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts eine gerade Fläche ist, die zu der radialen Linie parallel ist, die durch die Taschenmitte läuft, werden zwar die gleichen Wirkungen erzielt, doch die Wanddicke in Umfangsrichtung des inneren Umfangsabschnitts des Spitzenendes des Pfeilers kann bei der Konstruktion der vorliegenden Erfindung dicker sein, was eine Verbesserung der Steifigkeit des Pfeilers ermöglicht.
Alternativ dazu kann die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts auch als geneigte Fläche ausgebildet sein, wobei die Neigung in Richtung der Umfangsrichtungsmittellinie des Pfeilers geht. Dies ermöglicht es, einen abnormalen Kontakt zwischen dem inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Pfeilers und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle während der Rotation mit hohen Drehzahlen zuverlässig zu vermeiden.
Obwohl bei der vorliegenden Erfindung idealerweise auf jedem der mehreren Pfeiler des Käfigs, insbesondere auf beiden Seitenflächen in Umfangsrichtung jedes der Pfeiler, ein Abrollabschnitt ausgebildet ist, können auch auf jedem zweiten oder jedem dritten Pfeiler etc. Abrollabschnitte ausgebildet sein, oder es können als Alternative Abrollabschnitte an jedem Pfeiler mit Ausnahme jedes dritten Pfeilers (oder mehr) ausgebildet sein.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung insbesondere für zweireihige Rollenlager geeignet, bei welchen die Rollenlager in mehreren Reihen angeordnet sind. In diesem Fall wird vorzugsweise eine Konstruktion verwendet, bei der jede Reihe von Rollenlagern einzeln durch den vorgenannten Käfig gehalten wird. Es ist sogar noch mehr zu bevorzugen, dass die Rollenlager so angeordnet sind, dass die ringförmigen Abschnitte der Käfige, die jede Reihe von Rollenlagern halten, miteinander auf der Seite der Lagermitte in Kontakt stehen.
Darüber hinaus schafft die vorliegende Erfindung, die entwickelt wurde, um die vorstehend beschriebenen technischen Aufgaben zu erfüllen, auch ein Zylinderrollenlager mit einem Innenring, einem Außenring, mehreren Zylinderrollen, die zwischen dem Innenring und dem Außenring frei drehbar angeordnet sind, und mit einem Käfig aus Kunstharz, wobei der Käfig einen ringförmigen Abschnitt aufweist, mehrere Pfeiler, die sich in einer axialen Richtung von einer Innenfläche des ringförmigen Abschnitts erstrecken, und mehrere Taschen, die zwischen Seitenflächen in Umfangsrichtung der Pfeiler ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung benachbart angeordnet sind, und die die Zylinderrollen frei drehbar halten. Bei dieser Konstruktion ist die Länge in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts des Käfigs auf einen Wert zwischen 30 und 40% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrollen festgelegt.
Durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion wird die relative Steifigkeit des ringförmigen Abschnitts in Bezug auf die Pfeiler erhöht, da die Länge in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts, der die Pfeiler des Kunstharzkäfigs freitragend stützt, auf einen Wert von 30 bis 40% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrollen festgelegt wird, d. h. einen Wert, der deutlich höher ist als die etwa 25% des herkömmlichen Größenverhältnisses. Da die Pfeiler durch diesen ringförmigen Abschnitt mit relativ hoher Steifigkeit gestützt werden und die Stützsteifigkeit somit verbessert wird, kann folglich selbst dann, wenn die Pfeiler beginnen, aufgrund der während der Rotation erzeugten Zentrifugalkraft eine nach außen gerichtete elastische Verformung zu erfahren, eine übermäßig große elastische Verformung am Basisende jedes Pfeilers (der Unterseite des Pfeilers) verhindert werden, und folglich kann eine elastische Verformung des gesamten Pfeilers unterdrückt werden. Wenn in diesem Fall die Länge in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts weniger als 30% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrollen beträgt, neigt die Steifigkeit des ringförmigen Abschnitts und somit die durch den ringförmigen Abschnitt geschaffene Stützsteifigkeit der Pfeiler dazu, ungenügend zu sein, und insbesondere bei hohen Drehzahlen nimmt die Größe der nach außen gerichteten elastischen Verformung der Pfeiler zu, was zu einem abnormalen Kontakt zwischen den inneren Umfangsabschnitten des Spitzenendes der Pfeiler und den Rollkontaktflächen der Zylinderrollen führt. In einem Stadium, in dem beispielsweise die Drehzahl einen Wert von 13.000 U/min oder einen ähnlichen Wert übersteigt (oder wenn der dmn-Wert 1.650.000 oder einen ähnlichen Wert übersteigt), kann dieser abnormale Kontakt einen abnormalen Abrieb des Käfigs oder einen plötzlichen Anstieg der Lagertemperatur, aber auch ein Non Repeatable Run-out (NRRO) verursachen. Wenn im Gegensatz hierzu die Länge in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 40% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrolle übersteigt, ergeben sich, da die Zylinderrollen in axialer Richtung relativ zum Innenring und zum Außenring über eine unverhältnismäßig lange Strecke neu positioniert werden müssen, erhebliche Konstruktionsprobleme, wie z. B. dass die axiale Länge des Außenrings und des Innenrings übermäßig kurz wird. Außerdem wird, wenn das Größenverhältnis zwischen den beiden Längen 40% übersteigt, die Länge in axialer Richtung der Zylinderrolle relativ kurz, was eine Verringerung der Belastbarkeit bewirkt. Dadurch, dass gewährleistet wird, dass das Größenverhältnis in einen Bereich von 30 bis 40% fällt, treten derartige Probleme nicht auf.
Bei der vorgenannten Konstruktion wird die Länge in axialer Richtung der Pfeiler des Käfigs vorzugsweise auf einen Wert zwischen 65 und 75% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrollen festgelegt.
Mit anderen Worten: Wenn die Länge in axialer Richtung der Pfeiler weniger als 65% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrollen beträgt, sind die Pfeiler möglicherweise nicht mehr in der Lage, die Zylinderrollen während der Rotation – insbesondere während der Rotation mit hohen Drehzahlen – angemessen zu stützen, und da eine übermäßig große Abweichung in der Lage der Pfeiler auftritt, wird die grundsätzliche Fähigkeit der Pfeiler, die Zylinderrollen zu stützen, beeinträchtigt, selbst wenn die elastische Verformung der Pfeiler unterdrückt werden kann. Wenn im Gegensatz hierzu die Länge in axialer Richtung der Pfeiler 75% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrollen übersteigt, besteht selbst dann, wenn die Länge in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts relativ groß ist, um die Steifigkeit und die Stützsteifigkeit der Pfeiler zu verbessern, wie vorstehend beschrieben, die Gefahr, dass die Länge in axialer Richtung der Pfeiler zu groß wird, um eine elastische Verformung während der Rotation mit hohen Drehzahlen angemessen zu unterdrücken. Durch das Festlegen der Größenverhältnisse der beiden Werte auf 65 bis 75% treten nicht nur diese Probleme nicht auf, sondern das vorgenannte technische Merkmal des Festlegens der Länge in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts auf einen Wert zwischen 30 und 40% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrolle hat sogar eine noch größere Bedeutung und Wirkung.
Darüber hinaus ist bei der vorgenannten Konstruktion vorzugsweise ein abgeschrägter Bereich auf der Außenseite der Laufrille des Innenrings und/oder des Außenrings in axialer Richtung ausgebildet, über die die Zylinderrolle rollt, und der gesamte Bereich der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle befindet sich axial innerhalb der Position der Grenze zwischen der Laufrille und dem abgeschrägten Bereich.
Mit anderen Worten: Wenn die Länge in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts des Käfigs vergrößert wird, wie oben beschrieben, ist es notwendig, die Zylinderrollen in axialer Richtung um einen äquivalenten Betrag nach außen zu positionieren. Wenn jedoch in einem solchen Fall der abgeschrägte Bereich radial außerhalb der Laufrille des Innenrings und/oder des Außenrings ausgebildet ist, besteht die Gefahr, dass die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle mit der Grenze zwischen der Laufrille und dem abgeschrägten Bereich in Kontakt kommt, wenn sie sich über die Grenze erstreckt. Wenn in einem solchen Fall die Zylinderrolle in einem Zustand rollt, in dem die Rollkontaktfläche dieser Zylinderrolle sich über die Grenze zwischen der Laufrille und dem abgeschrägten Bereich erstreckt, dann wirkt eine lokale Belastung (Kantenbelastung) von der Grenzposition auf die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle, was die grundsätzliche Funktion des Zylinderrollenlagers behindert. Wenn jedoch, wie bei der vorliegenden Erfindung, die gesamte Rollkontaktfläche der Zylinderrolle radial innerhalb der Grenzposition zwischen der Laufrille und dem abgeschrägten Bereich vorgesehen ist, treten derartige Probleme nicht auf.
Bei einer solchen Konstruktion ist der abgeschrägte Bereich vorzugsweise in einem Neigungswinkel von 10 bis 30° relativ zur der zylindrischen Fläche, die durch die Laufrille gebildet wird, ausgebildet.
Mit anderen Worten: Wenn der Neigungswinkel des abgeschrägten Bereichs (der Kegelfläche) weniger als 10° beträgt, neigen bei Zylinderrollenlagern des NN-Typs die endseitigen Stirnflächen der Zylinderrollen dazu, an der Seite des Außenrings störend einzugreifen, da der Eingangsdurchmesser (als Einlassfasendurchmesser bezeichnet) der seitlichen Stirnfläche des Lagers klein ist. Es ist schwierig, den Montagevorgang reibungslos auszuführen (dies gilt auch für Zylinderrollenlager des NNU-Typs). Wenn andererseits der Neigungswinkel der Abschrägung 30° übersteigt, wird es bei der Montage des Zylinderrollenlagers aufgrund der starken Neigung des abgeschrägten Bereichs schwierig, die Zylinderrollen reibungslos zu installieren. Wenn der Neigungswinkel der Abschrägung auf einem Wert von 10° bis 30° gehalten wird, treten derartige Probleme nicht auf.
Bei der vorgenannten Konstruktion weisen die Seitenflächen in Umfangsrichtung der Pfeiler des Käfigs vorzugsweise am inneren Umfangsabschnitt des Basisendes einen Rollenführungsabschnitt auf, der als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt, und der die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle führt, wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler während der Rotation eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, und weisen am inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes einen Abrollabschnitt auf, der weiter in Richtung der Umfangsmitte des Pfeilers ausgespart ist als der Rollenführungsabschnitt und verhindert, dass ein radialer Kontaktdruck mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt.
Wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, wird durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion der Führungsabschnitt, der am inneren Umfangsabschnitt des Basisendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Pfeilers als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt, in Richtung der Reduzierung des Taschenabstands zwischen dem Führungsabschnitt und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle versetzt (d. h. nach außen) und führt somit die Rollkontaktflächen der Zylinderrolle. Als Ergebnis wird eine gute Ausgleichsfähigkeit gewährleistet, und das Non Repeatable Run-out (NRRO) während der Rotation mit hohen Drehzahlen wird auf einen akzeptablen Wert reduziert. Da die Größe der elastischen Verformung, die der Pfeiler erfährt, am Basisende geringer ist als am Spitzenende, tritt selbst bei einer Konstruktion, bei der die Zylinderrollen durch die Rollenführungsabschnitte der inneren Umfangsabschnitte am Basisende geführt werden, kein abnormaler Kontakt zwischen den Pfeilern und den Rollkontaktflächen der Zylinderrollen auf. Da andererseits der innere Umfangsabschnitt des Spitzenendes des Pfeilers einen Abrollabschnitt aufweist, der zur Umfangsmitte des Pfeilers hin weiter ausgespart ist als der Rollenführungsabschnitt, kommt der innere Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung nicht mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle in Kontakt, und selbst wenn ein derartiger Kontakt zustande kommt, ist er gering genug, um keinen Kontaktdruck in radialer Richtung auszuüben. Folglich kann ein abnormaler Kontakt zwischen dem inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle während der Rotation mit hohen Drehzahlen vermieden werden, was bedeutet, dass auch ein abnormaler Abrieb des inneren Umfangsabschnitts des Spitzenendes verhindert werden kann, und dass auch ein Anstieg der Lagertemperatur unterdrückt werden kann.
Darüber hinaus wird durch das Vorsehen eines Rollenführungsabschnitts in dem inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung die Wanddicke in Umfangsrichtung des inneren Umfangsabschnitts des Spitzenendes des Pfeilers erhöht, was die Steifigkeit des Pfeilers verbessert. Folglich kann die Größe der elastischen Verformung der Pfeiler sowohl nach außen als auch in Umfangsrichtung, die entweder durch die während der Rotation entstehende Zentrifugalkraft oder durch die Last der Zylinderrollen bewirkt wird, reduziert werden. Dies bedeutet, dass die vorteilhafte Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrollen aufrechterhalten wird.
Bei der vorgenannten Konstruktion beträgt die Länge in axialer Richtung des Abrollabschnitts vorzugsweise zwischen 10 und 35% der Länge der Zylinderrolle in axialer Richtung. Darüber hinaus ist die Startposition des Abrollabschnitts in radialer Richtung vorzugsweise so festgelegt, dass die Linie, die die Startposition des Abrollabschnitts in radialer Richtung und die Mine der Tasche verbindet, auf der Innendurchmesserseite einen Winkel von 20 Grad oder weniger zur Tangente des Taschen-Wälzkreisdurchmessers an der Taschenmitte bildet. Dadurch, dass die Abrollabschnitte nach diesen Standards ausgebildet werden, können die vorstehend beschriebenen Wirkungen bei den hohen Drehzahlen, die von der Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine verlangt werden, demonstriert werden.
Darüber hinaus ist die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts vorzugsweise als gerade Fläche ausgebildet, die zu einer Umfangsrichtungsmittellinie des Pfeilers parallel ist. Im Vergleich zu dem Fall, in dem die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts eine gerade Fläche ist, die zu der radialen Linie parallel ist, die durch die Taschenmitte läuft, werden zwar die gleichen Wirkungen erzielt, doch die Wanddicke in Umfangsrichtung des inneren Umfangsabschnitts des Spitzenendes des Pfeilers kann bei der Konstruktion der vorliegenden Erfindung dicker sein, was eine Verbesserung der Steifigkeit des Pfeilers ermöglicht.
Alternativ dazu kann die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts auch als geneigte Fläche ausgebildet sein, wobei die Neigung in Richtung der Umfangsrichtungsmittellinie des Pfeilers geht. Dies ermöglicht es, einen abnormalen Kontakt zwischen dem inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Pfeilers und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle während der Rotation mit hohen Drehzahlen zuverlässig zu vermeiden und verbessert auch die Funktion, die die Abrollabschnitte als Schmiermittelspeicher ausführen.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung insbesondere für zweireihige Rollenlager geeignet, bei welchen die Rollenlager in mehreren Reihen angeordnet sind. In diesem Fall wird vorzugsweise eine Konstruktion verwendet, bei der jede Reihe von Rollenlagern einzeln durch den vorgenannten Käfig gehalten wird. Es ist sogar noch mehr zu bevorzugen, dass die Rollenlager so angeordnet sind, dass die ringförmigen Abschnitte der Käfige, die jede Reihe von Rollenlagern halten, miteinander auf der Seite der Lagermitte in Kontakt stehen.
Darüber hinaus schafft die vorliegende Erfindung, die entwickelt wurde, um die vorstehend beschriebenen technischen Aufgaben zu erfüllen, auch ein Zylinderrollenlager mit einem Innenring, einem Außenring, mehreren Zylinderrollen, die zwischen dem Innenring und dem Außenring frei drehbar angeordnet sind, und mit einem Käfig aus Kunstharz, wobei der Käfig einen ringförmigen Abschnitt aufweist, mehrere Pfeiler, die sich in einer axialen Richtung von einer Innenfläche des ringförmigen Abschnitts erstrecken, und mehrere Taschen, die zwischen Seitenflächen in Umfangsrichtung der Pfeiler ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung benachbart angeordnet sind, und die die Zylinderrollen frei drehbar halten. Bei dieser Konstruktion weisen die Seitenflächen in Umfangsrichtung der Pfeiler des Käfigs eine Kreisbogenfläche auf, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt, und die inneren Umfangsabschnitte des Spitzenendes der Seitenflächen in Umfangsrichtung weisen zum Zweck des Kontakts mit der Zylinderrolle während der durch die Zentrifugalkraft bewirkten elastischen Verformung des Pfeilers einen Abrollabschnitt auf, und dieser Abrollabschnitt weist einen ersten Schmiermittelspeicher auf. In diesem Fall kann der erste Schmiermittelspeicher den gesamten Bereich des Abrollabschnitts umfassen, wobei dann der Abrollabschnitt die Funktion des ersten Schmiermittelspeichers ausführen kann; alternativ dazu kann ein Bereich des Abrollabschnitts (beispielsweise der Bereich, der die äußere Umfangskante des Abrollabschnitts aufweist) als erster Schmiermittelspeicher dienen.
Durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion rollt die Zylinderrolle so, wie sie durch die Kreisbogenfläche geführt wird, die auf der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Pfeilers des Käfigs ausgebildet ist, und selbst wenn während dieses Rollvorgangs das Schmiermittel, beispielsweise Schmierfett oder Öl, das die Zylinderrolle bedeckt, beispielsweise durch die Kreisbogenfläche des Pfeilers abgeschabt wird, wird das Schmiermittel aus dem ersten Schmiermittelspeicher des an dem Pfeiler ausgebildeten Abrollabschnitts nachgefüllt, und folglich ist die Wahrscheinlichkeit einer schlechten Schmierung zwischen den Pfeilern und den Zylinderrollen viel geringer. Durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion auf beiden Seitenflächen in Umfangsrichtung jedes von mehreren Pfeilern kann das Schmiermittel in angemessener Weise nachgefüllt werden, und somit können zufriedenstellende Schmiereigenschaften über lange Zeiträume aufrechterhalten werden. Da die zufriedenstellenden Schmiereigenschaften in gleicher Weise während der Rotation mit hohen Drehzahlen gewährleistet werden können, ist es darüber hinaus möglich, in hohem Maße Probleme wie ein Festfressen bzw. Blockieren und Ähnliches, die durch schlechte Schmierung hervorgerufen werden, zu verhindern. Da diese Konstruktion auch die Funktion eines Abrollabschnitts zum Zweck des Kontakts der Pfeiler mit den Zylinderrollen während der durch die Zentrifugalkraft hervorgerufenen elastischen Verformung der Pfeiler ausübt, kommen außerdem selbst dann, wenn die Pfeiler aufgrund der während der Rotation erzeugten Zentrifugalkraft eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren, die inneren Umfangsabschnitte des Spitzenendes der Seitenflächen in Umfangsrichtung nicht mit den Rollkontaktflächen der Zylinderrollen in Kontakt, und selbst wenn ein derartiger Kontakt auftreten sollte, ist er gering genug, um keinen Kontaktdruck in radialer Richtung auszuüben. Folglich kann ein abnormaler Kontakt zwischen den inneren Umfangsabschnitten des Spitzenendes der Seitenflächen in Umfangsrichtung und den Rollkontaktflächen der Zylinderrollen während der Rotation mit hohen Drehzahlen vermieden werden, was bedeutet, dass auch ein abnormaler Abrieb der inneren Umfangsabschnitte des Spitzenendes verhindert werden kann, und dass auch ein Anstieg der Lagertemperatur unterdrückt werden kann.
Darüber hinaus wird im Besonderen vorzugsweise eine Konstruktion verwendet, bei der die Seitenflächen in Umfangsrichtung der Pfeiler des Käfigs am inneren Umfangsabschnitt des Basisendes einen Rollenführungsabschnitt aufweisen, der als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt, und der die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle führt, wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler während der Rotation eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, und bei der sie am inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes einen Abrollabschnitt aufweisen, der weiter in Richtung der Umfangsmitte des Pfeilers ausgespart ist als der Rollenführugsabschnitt und verhindert, dass ein radialer Kontaktdruck mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, wobei der Abrollabschnitt einen ersten Schmiermittelspeicher aufweist.
Wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, wird durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion der Führungsabschnitt, der am inneren Umfangsabschnitt des Basisendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Pfeilers als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt, in Richtung der Reduzierung des Taschenabstands zwischen dem Führungsabschnitt und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle versetzt (d. h. nach außen) und führt somit die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle. Als Ergebnis wird eine gute Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrollen gewährleistet, und das Non Repeatable Run-out (NRRO) während der Rotation mit hohen Drehzahlen wird auf einen akzeptablen Wert reduziert. Da die Größe der elastischen Verformung, die der Pfeiler erfährt, am Basisende geringer ist als am Spitzenende, tritt selbst bei einer Konstruktion, bei der die Zylinderrollen durch die Rollenführungsabschnitte der inneren Umfangsabschnitte am Basisende geführt werden, kein abnormaler Kontakt zwischen den Pfeilern und den Rollkontaktflächen der Zylinderrollen auf. Da andererseits der innere Umfangsabschnitt des Spitzenendes des Pfeilers einen Abrollabschnitt (erster Schmiermittelspeicher) aufweist, der zur Umfangsmitte des Pfeilers hin weiter ausgespart ist als der Rollenführungsabschnitt, kommt – wie oben beschrieben – der innere Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung nicht mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle in Kontakt, und selbst wenn ein derartiger Kontakt zustande kommt, ist er gering genug, um keinen Kontaktdruck in radialer Richtung auszuüben.
Darüber hinaus wird durch das Vorsehen eines Rollenführungsabschnitts in dem inneren Umfangsabschnitt des Basisendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung die Wanddicke in Umfangsrichtung des inneren Umfangsabschnitts des Spitzenendes des Pfeilers erhöht, was die Steifigkeit des Pfeilers verbessert. Folglich kann die Größe der elastischen Verformung der Pfeiler sowohl nach außen als auch in Umfangsrichtung, die entweder durch die während der Rotation entstehende Zentrifugalkraft oder durch die Last der Zylinderrollen bewirkt wird, reduziert werden. Dies bedeutet, dass die vorteilhafte Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrollen aufrechterhalten wird.
Bei der vorgenannten Konstruktion ist die Länge in axialer Richtung des Abrollabschnitts (erster Schmiermittelspeicher) vorzugsweise auf einen Wert zwischen 10 und 35% der Länge der Zylinderrolle festgelegt. Darüber hinaus ist eine Startposition des Abrollabschnitts in radialer Richtung vorzugsweise so festgelegt, dass die Linie, die die Startposition des Abrollabschnitts in radialer Richtung und die Mitte der Tasche verbindet, auf der Innendurchmesserseite einen Winkel von 20 Grad oder weniger zur Tangente des Taschen-Wälzkreisdurchmessers an der Taschenmitte bildet. Dadurch, dass die Abrollabschnitte nach diesen Standards ausgebildet werden, können die vorstehend beschriebenen Wirkungen bei den hohen Drehzahlen, die von der Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine verlangt werden, demonstriert werden.
Darüber hinaus weist die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts (erster Schmiermittelspeicher) an der Außenumfangskante vorzugsweise einen abgestuften Abschnitt auf (der einen konkaven Abschnitt bildet), dessen Basisende in eine gerade Fläche übergeht, die zur Umfangs-Mittellinie des Pfeilers parallel ist. Durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion wird die Funktionalität des Abschnitts als Abrollabschnitt und als Schmiermittelspeicher aufrechterhalten, während die Wanddicke in Umfangsrichtung des inneren Umfangsabschnitts des Spitzenendes des Pfeilers in geeigneter Weise erhöht und die Steifigkeit des Pfeilers verbessert werden kann.
Alternativ dazu kann das untere Ende des abgesetzten Abschnitts der Außenumfangskante der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts (erster Schmiermittelspeicher) mit einer geneigten Fläche verbunden sein, die sich zur Umfangsrichtungsmittellinie des Pfeilers hin neigt. Dies ermöglicht es, einen abnormalen Kontakt zwischen dem inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Pfeilers und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle während der Rotation mit hohen Drehzahlen zuverlässig zu vermeiden.
Die vorgenannte Konstruktion weist vorzugsweise auch einen zweiten Schmiermittelspeicher auf, der auf der äußeren Umfangsseite abseits von dem Abrollabschnitt (erster Schmiermittelspeicherabschnitt) positioniert ist.
Da durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion die Schmiermittelspeicherabschnitte nicht an einer, sondern an zwei Stellen auf der Seitenfläche in Umfangsrichtung des Pfeilers ausgebildet sind, hätte, wenn eine derartige Konstruktion für beide Seitenflächen in Umfangsrichtung bei jedem der mehreren Pfeiler verwendet wird, jede Tasche insgesamt vier Schmiermittelspeicherabschnitte, und folglich würde das Nachfüllen des Schmiermittels sogar noch effizienter erfolgen. Da der erste Schmiermittelspeicherabschnitt an dem Abrollabschnitt zum Zweck des Kontakts mit der Zylinderrolle während der elastischen Verformung des Pfeilers aufgrund der Zentrifugalkraft vorgesehen ist, kann darüber hinaus ein abnormaler Kontakt zwischen dem inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes der Seitenfläche in Umfangsrichtung und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle während der Rotation mit hohen Drehzahlen effizient vermieden werden.
Bei der vorgenannten Konstruktion ist der erste Schmiermittelspeicherabschnitt vorzugsweise an der inneren Umfangsseite des Taschen-Wälzkreisdurchmessers, der durch die Mitte der Tasche läuft, ausgebildet, und der zweite Schmiermittelspeicher ist an der äußeren Umfangsseite des Taschen-Wälzkreisdurchmessers ausgebildet.
Durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion sind der erste Schmiermittelspeicher und der zweite Schmiermittelspeicher in dem Abrollabschnitt an der Seitenfläche in Umfangsrichtung an Stellen vorgesehen, die es ermöglichen, dass jeder Speicher seine Funktion in angemessener Weise erfüllen kann. Mit anderen Worten: Der erste Schmiermittelspeicher, der auf der inneren Umfangsseite des Taschen-Wälzkreisdurchmessers vorgesehen ist, erfüllt die Funktion, ein Schmiermittel den inneren Umfangsbereichen zuzuführen oder dort nachzufüllen – zusätzlich zu seiner Funktion als Abrollabschnitt –, und der zweite Schmiermittelspeicher, der an der äußeren Umfangsseite des Taschen-Wälzkreisdurchmessers vorgesehen ist, erfüllt die Funktion, ein Schmiermittel selektiv den äußeren Umfangsbereichen zuzuführen oder dort nachzufüllen. Also kann die richtige Menge des Schmiermittels in ausgeglichener Weise über den gesamten Bereich der Seitenflächen in Umfangsrichtung der Pfeiler zugeführt bzw. nachgefüllt werden.
Bei der vorgenannten Konstruktion ist der zweite Schmiermittelspeicherabschnitt vorzugsweise als Nut ausgebildet, die sich in axialer Richtung erstreckt.
Mit anderen Worten: Obwohl der zweite Schmiermittelspeicherabschnitt als Nut ausgebildet sein kann, die sich orthogonal zur axialen Richtung erstreckt, würde eine solche Konstruktion bedeuten, dass das Schmierfett oder Ähnliches leicht in radialer Richtung abgegeben werden könnte, was die Rückhalteeigenschaften des Schmiermittelspeichers verringern würde. Wenn jedoch, wie bei dem oben beschriebenen technischen Aspekt der zweite Schmiermittelspeicher als Nut in axialer Richtung ausgebildet ist, ergeben sich bestimmte Vorteile dahingehend, dass eine ausreichende Festigkeit gewährleistet werden kann, wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler eine elastische Verformung erfährt, und dass das Schmiermittel effizient über einen breiten Bereich in axialer Richtung des Pfeilers zugeführt bzw. nachgefüllt werden kann.
Bei einer derartigen Konstruktion ist der zweite Schmiermittelspeicherabschnitt vorzugsweise in einer geraden Linie ausgebildet, von einem Bereich ein Stück weit über die axiale Richtung des Pfeilers zur Spitze.
Da die gerade Nut, die den zweiten Schmiermittelspeicher bildet, sich nicht bis zu dem Basisendabschnitt in axialer Richtung (der Unterseite) des Pfeilers erstreckt, wird durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion eine ausreichend hohe Steifigkeit für die Bereiche des Pfeilers, bei denen es notwendig ist, aufrechterhalten, wodurch der Pfeiler ausreichend widerstandsfähig gegen elastische Verformung gemacht wird, und wodurch es ermöglicht wird, jegliche Verschlechterung der Haltbarkeit zu verhindern. Da die Nut gerade ist, kann außerdem eine einfachere Verarbeitung, eine einfachere Herstellung und eine bessere Eignung für die räumliche Anordnung erreicht werden.
Bei einer derartigen Konstruktion ist der zweite Schmiermittelspeicher vorzugsweise so ausgebildet, dass die Länge der Nut auf einen Wert zwischen 40 und 60% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrolle, die Tiefe der Nut auf einen Wert zwischen 2 und 8% des Durchmessers der Zylinderrolle und die Breite der Nut auf einen Wert zwischen 10 und 15% des Durchmessers der Zylinderrolle festgelegt ist.
Mit anderen Worten: Wenn die Länge der Nut, die Tiefe der Nut und die Breite der Nut des zweiten Schmiermittelspeichers in den oben angegebenen Bereichen liegen, kann die Nut gebildet werden, ohne die Steifigkeit des Pfeilers übermäßig zu reduzieren, und das Nachfüllen des Schmiermittels kann in angemessener Weise erfolgen, wodurch es ermöglicht wird, die Schmiereigenschaften zu verbessern, während gleichzeitig eine ausreichende Haltbarkeit gegen elastische Verformung aufrechterhalten wird.
Bei einer derartigen Konstruktion ist der zweite Schmiermittelspeicher vorzugsweise so ausgebildet, dass er sich entgegengesetzt zu der Richtung der Neigung der Pfeiler relativ zur Mittelachse neigt, die auftritt, wenn die Pfeiler aufgrund der Zentrifugalkraft eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren.
Wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, nimmt durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion der Neigungswinkel der geraden Nut ab, bis die gerade Nut parallel zur Mittelachse ist, und die Richtung dieser Neigung ist der des Pfeilers entgegengesetzt, da die gerade Nut, die den zweiten Schmiermittelspeicher bildet, entgegengesetzt zu der Richtung geneigt ist, in die sich der Pfeiler während der elastischen Verformung neigt, da der Neigungswinkel des Pfeilers relativ zur Mittelachse als Folge der elastischen Verformung zunimmt. In einem solchen Fall neigt sich das Spitzenende in höherem Maße zum Außendurchmesser als das Basisende, wenn der Pfeiler eine elastische Verformung erfährt. Folglich ist es möglich, die Situation zu vermeiden, in der die gerade Nut durch die Spitze des Pfeilers läuft (die gerade Nut sich an der Spitze des Pfeilers öffnet), da dann die Zentrifugalkraft bewirken würde, dass das Schmiermittel auf einmal aus der Spitze der geraden Nut austritt, was es schwierig macht, die Schmierung über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten.
Bei einer derartigen Konstruktion ist der Neigungswinkel der geneigten geraden Nut des zweiten Schmiermittelspeichers vorzugsweise auf einen Wert zwischen 2 und 10 Grad festgelegt.
Mit anderen Worten: Wenn der Neigungswinkel der Nut weniger als 2 Grad beträgt, würde eine leichte elastische Verformung des Pfeilers dazu führen, dass die Richtung der Neigung der Nut relativ zur Mittelachse sich auf die Richtung der Neigung des Pfeilers relativ zur Mittelachse ausrichtet, was dann zu einer Situation führt, in der die Zentrifugalkraft bewirkt, dass das Schmiermittel auf einmal aus der Nut austritt. Wenn andererseits der Neigungswinkel der Nut 10 Grad übersteigt, können mehrere Probleme auftreten, selbst wenn der Pfeiler einer starken elastischen Verformung ausgesetzt ist; zu diesen Problemen zählen die Schwierigkeit, eine ausreichende Menge des Schmiermittels aus der Nut zuzuführen bzw. nachzufüllen, oder die Schwierigkeit, die Nut und den Abrollabschnitt in dem eingeschränkten Bereich, der auf dem Pfeiler zur Verfügung steht, auszubilden. Die Wahrscheinlichkeit, dass derartige Probleme auftreten, ist also weniger groß, wenn der Neigungswinkel der Nut auf einen Bereich von 2 bis 10 Grad festgelegt wird.
Bei einer derartigen Konstruktion ist eine Außenumfangskante des ersten Schmiermittelspeichers vorzugsweise mit einer Neigung ausgebildet, die der Richtung der Neigung der Pfeiler relativ zur Mittelachse entgegengesetzt ist, welche auftritt, wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Pfeiler eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren.
Wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, nimmt durch die Verwendung einer derartigen Konstruktion der Neigungswinkel der Außenumfangskante des ersten Schmiermittelspeichers ab, bis die Außenumfangskante parallel zur Mittelachse ist, und die Richtung dieser Neigung ist der des Pfeilers entgegengesetzt, da die Außenumfangskante des ersten Schmiermittelspeichers in dem Abrollabschnitt (vorzugsweise eine gerade Kante) entgegengesetzt zu der Richtung geneigt ist, in die sich der Pfeiler während der elastischen Verformung neigt, da der Neigungswinkel des Pfeilers relativ zur Mittelachse als Folge der elastischen Verformung zunimmt. In einem solchen Fall neigt sich das Spitzenende in höherem Maße zum Außendurchmesser als das Basisende, wenn der Pfeiler eine elastische Verformung erfährt, und deshalb ist es möglich, die Situation zu vermeiden, in der die Außenumfangskante des ersten Schmiermittelspeichers durch die Spitze des Pfeilers läuft, da dann die Zentrifugalkraft bewirken würde, dass das Schmiermittel auf einmal aus der Spitze der Außenumfangskante des ersten Schmiermittelspeichers austritt, was es schwierig macht, die Schmierung über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten.
Bei einer derartigen Konstruktion ist der Neigungswinkel der geneigten geraden Außenumfangskante des ersten Schmiermittelspeichers vorzugsweise auf einen Wert zwischen 2 und 10 Grad festgelegt.
Mit anderen Worten: Wenn der Neigungswinkel der Außenumfangskante des ersten Schmiermittelspeichers weniger als 2 Grad beträgt, würde eine leichte elastische Verformung des Pfeilers dazu führen, dass die Richtung der Neigung der Außenumfangskante relativ zur Mittelachse sich auf die Richtung der Neigung des Pfeilers relativ zur Mittelachse ausrichtet, was dann zu einer Situation führt, in der die Zentrifugalkraft bewirkt, dass das Schmiermittel auf einmal aus dieser Außenumfangskante austritt. Wenn andererseits der Neigungswinkel der Außenumfangskante 10 Grad übersteigt, können mehrere Probleme auftreten, selbst wenn der Pfeiler einer starken elastischen Verformung ausgesetzt ist; zu diesen Problemen zählen die Schwierigkeit, eine ausreichende Menge des Schmiermittels durch diese Außenumfangskante zuzuführen bzw. nachzufüllen, oder die Schwierigkeit, den Abrollabschnitt, der den ersten Schmiermittelspeicher und den zweiten Schmiermittelspeicher enthält, in dem eingeschränkten Bereich, der auf dem Pfeiler zur Verfügung steht, auszubilden. Die Wahrscheinlichkeit, dass derartige Probleme auftreten, ist also weniger groß, wenn der Neigungswinkel der Außenumfangskante des ersten Schmiermittelspeichers auf einen Bereich von 2 bis 10 Grad festgelegt wird.
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung insbesondere für zweireihige Rollenlager geeignet, bei welchen die Rollenlager in mehreren Reihen angeordnet sind. In diesem Fall wird vorzugsweise eine Konstruktion verwendet, bei der jede Reihe von Rollenlagern einzeln durch den vorgenannten Käfig gehalten wird. Es ist sogar noch mehr zu bevorzugen, dass die Rollenlager so angeordnet sind, dass die ringförmigen Abschnitte der Käfige, die jede Reihe von Rollenlagern halten, miteinander auf der Seite der Lagermitte in Kontakt stehen.
Mit einem Zylinderrollenlager nach der vorliegenden Erfindung, wie es vorstehend beschrieben wurde, ist es bei einem Zylinderrollenlager, das einen sogenannten Kammkäfig aus Kunstharz aufweist, möglich, einen abnormalen Kontakt zwischen den inneren Umfangsabschnitten des Spitzenendes der Pfeiler und der Rollkontaktfläche der Zylinderrollen während der Rotation mit hohen Drehzahlen zu verhindern, wodurch auch ein abnormaler Abrieb des Käfigs verhindert, ein Anstieg der Lagertemperatur unterdrückt und das Non Repeatable Run-out (NRRO) verringert wird.
Da bei dem Zylinderrollenlager nach der vorliegenden Erfindung ein Abrollabschnitt mit einem ersten Schmiermittelspeicher auf den Seitenflächen in Umfangsrichtung der Pfeiler des Käfigs ausgebildet ist, wird außerdem selbst dann, wenn beispielsweise das Schmiermittel, wie z. B. Schmierfett oder Öl, das die Zylinderrollen bedeckt, durch die Kreisbogenfläche der Pfeiler abgeschabt wird, während die Rollen sich bewegen, das Schmiermittel aus diesen ersten Schmiermittelspeichern der auf den Pfeilern ausgebildeten Abrollabschnitte nachgefüllt, so dass die Wahrscheinlichkeit einer schlechten Schmierung zwischen den Pfeilern und den Zylinderrollen viel geringer ist. Da selbst bei der Rotation mit hohen Drehzahlen zufriedenstellende Schmiereigenschaften gewährleistet werden können, ist es möglich, in hohem Maße Probleme wie das Festfressen bzw. Blockieren oder Ähnliches, die von schlechter Schmierung herrühren, zu verhindern.
Da bei den Zylinderrollenlager nach der vorliegenden Erfindung bei einem sogenannten Kammzylinderrollenlager mit einem Käfig aus Kunstharz die Länge in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts des Käfigs auf einen Wert von 30 bis 40% der Länge in axialer Richtung der Zylinderrollen festgelegt ist, werden außerdem die Pfeiler durch einen ringförmigen Abschnitt mit relativ hoher Steifigkeit gestützt, was bedeutet, dass die Stützsteifigkeit verbessert wird, und selbst wenn die Pfeiler beginnen, aufgrund der während der Rotation erzeugten Zentrifugalkraft eine nach außen gerichtete elastische Verformung zu erfahren, kann verhindert werden, dass eine übermäßig große elastische Verformung am Basisende jedes Pfeilers auftritt, und folglich kann die elastische Verformung des gesamten Pfeilers unterdrückt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente eines zweireihigen Zylinderrollenlagers nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden;
2 eine perspektivische Darstellung der Hauptelemente eines Käfigs nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3(a) eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente des Käfigs nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden, und
3(b) eine teilweise Seitenansicht des Käfigs, betrachtet vom Spitzenende eines Pfeilers;
4 eine umrissene Querschnittsansicht, aus der die Arbeit des Käfigs nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich wird;
5 eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente eines zweireihigen Zylinderrollenlagers nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden;
6 eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente eines zweireihigen Zylinderrollenlagers nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden;
7(a) eine perspektivische Darstellung der Hauptelemente eines Käfigs nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
7(b) eine Querschnittsansicht der Hauptelemente des Käfigs;
8 eine teilweise Seitenansicht des Käfigs der fünften Ausführungsform, betrachtet vom Spitzenende eines Pfeilers;
9 eine perspektivische Teildarstellung eines Käfigs nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 Testergebnisse 1;
11 Testergebnisse 2;
12 Analyse-Ergebnisse;
13 eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente eines zweireihigen Zylinderrollenlagers nach einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden;
14 eine perspektivische Darstellung der Hauptelemente eines Käfigs nach der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15(a) eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente des Käfigs nach der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden, und
15(b) eine teilweise Seitenansicht des Käfigs, betrachtet vom Spitzenende eines Pfeilers;
16 eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente eines zweireihigen Zylinderrollenlagers nach einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden;
17 eine perspektivische Darstellung der Hauptelemente eines Käfigs nach der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18(a) eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente des Käfigs nach der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden, und
18(b) eine teilweise Seitenansicht des Käfigs, betrachtet vom Spitzenende eines Pfeilers;
19(a) eine teilweise Seitenansicht des Käfigs (mit maximaler Nutengröße) nach der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrachtet vom Spitzenende eines Pfeilen des Käfigs, und
19(b) eine teilweise Seitenansicht des Käfigs (mit minimaler Nutengröße) nach der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrachtet vom Spitzenende des Pfeilers des Käfigs;
20(a) eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente eines Käfigs nach einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden, und
20(b) eine Querschnittsansicht, aus der die Arbeit des Käfigs ersichtlich ist;
21(a) eine perspektivische Darstellung der Hauptelemente eines Käfigs nach einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
21(b) eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente des Käfigs ersichtlich werden;
22 eine teilweise Seitenansicht eines Käfigs nach einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrachtet vom Spitzenende eines Pfeilers;
23 eine teilweise Seitenansicht eines Käfigs bei einem herkömmlichen Zylinderrollenlager, betrachtet vom Spitzenende eines Pfeilers;
24 eine schematische Darstellung eines Zustands, in dem die Pfeiler des Käfigs bei einem herkömmlichen Zylinderrollenlager durch die Wirkung der Zentrifugalkraft während der Rotation mit hohen Drehzahlen eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren (durchgezogene Linien), und eines Zustands vor der Verformung (gestrichelte Linien); und
25 eine Querschnittsansicht, aus der die Hauptelemente eines herkömmlichen zweireihigen Zylinderrollenlagers ersichtlich werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
1 zeigt ein zweireihiges Rollenlager nach einer ersten Ausführungsform. Bei der Spindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine ist dieses zweireihige Rollenlager eine Vorrichtung, die die Spindel, welche mit hoher Drehzahl rotierend angetrieben wird, relativ zum Gehäuse frei drehbar stützt. Das Rollenlager weist einen Innenring 1 mit einer doppelten Reihe von Laufrillen 1a, einen Außenring 2 mit einer doppelten Reihe von Laufrillen 2a, eine doppelte Reihe von Zylinderrollen 3, die zwischen den Laufrillen 1a des Innenrings 1 und den Laufrillen 2a des Außenrings 2 frei drehbar angeordnet sind, und ein Paar Käfige 4 aus Kunstharz auf, die jede der Zylinderrollen 3 stützen. Ein mittiger Flansch 1b ist in axialer Richtung in der Mitte des Innenrings 1 vorgesehen, und äußere Flansche 1c sind an beiden Enden vorgesehen.
Abgeschrägte Abschnitte 2b sind an beiden äußeren Enden in axialer Richtung der Laufrillen 2a des Außenrings 2 ausgebildet, und etwas kleinere abgeschrägte Abschnitte 1d sind an beiden äußeren Enden in axialer Richtung der Laufrillen 1a des Innenrings 1 ausgebildet. In diesem Fall ist der Neigungswinkel α der abgeschrägten Abschnitte 2b des Außenrings 2, d. h. der Neigungswinkel α der abgeschrägten Abschnitte 2b relativ zu der zylindrischen Fläche, die durch die Laufrillen 2a des Außenrings 2 gebildet wird, auf einen Wert von 10 bis 30° festgelegt. Darüber hinaus befindet sich die gesamte Rollkontaktfläche jeder Zylinderrolle 3 axial innerhalb der Grenzposition X zwischen den Laufrillen 2a und den abgeschrägten Abschnitten 2b des Außenrings 2. Außerdem steht der Innenring 1 mit dem Außenumfang der Spindel in Eingriff, und der Außenring 2 steht mit dem Innenumfang des Gehäuses in Eingriff. Dieses zweireihige Rollenlager wird durch sehr kleine Mengen eines Schmiermittels geschmiert, beispielsweise durch Luft/Öl-Schmierung oder Schmierfett, und wird oft in einem Zustand betrieben, in dem das innere radiale Spiel einen negativen Wert hat, d. h. einem Zustand, in dem eine Vorlast in radialer Richtung ausgeübt wird. Die Innendurchmesserfläche des Innenrings 1 kann verjüngt sein, und folglich kann dieser Innenring 1 mit der Außenumfangsfläche einer Spindel, die kegelförmig ausgebildet ist, oder mit der Außenumfangsfläche einer kegelförmigen Ummantelung, die auf dem Außenumfang der Spindel befestigt ist, in Eingriff gebracht werden.
Wie aus den vergrößerten Darstellungen in 2 und 3 ersichtlich, wird der Käfig 4 durch Spritzgießen eines selbstschmierenden Kunstharzes, wie z. B. Polyetheretherketonharz (PEEK), Polyamidharz (PA: PA66, PA46) oder Polyphenylensulfidharz (PPS) (das je nach Notwendigkeit mit einer vorherbestimmten Menge eines Füllstoffs, wie z. B. Kohlenstofffasern (CF) oder Glasfasern (GF) vermischt sein kann) geformt. Der Käfig 4 weist einen ringförmigen Abschnitt 4a, mehrere Pfeiler 4b, die sich axial von der Innenfläche 4a1 des ringförmigen Abschnitts einstückig und durchgehend erstrecken, und mehrere Taschen 4c, die zwischen den Seitenflächen in Innenumfangsrichtung 4b1 benachbarter Pfeiler 4b ausgebildet sind und die Zylinderrollen 3 frei drehbar halten, auf. Die mehreren Pfeiler 4b sind entlang dem Umfang gleichmäßig beabstandet angeordnet. Jede Tasche 4c ist auf drei Seiten durch die Seitenflächen in Innenumfangsrichtung 4b1 benachbarter Pfeiler 4b in Umfangsrichtung und die Innenfläche 4a1 des ringförmigen Abschnitts 4a umschlossen und ist in einer axialen Richtung offen.
Wie in 1 und 3(a) dargestellt, ist in diesem Fall die Länge (Dicke) Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 4a des Käfigs 4 auf einen Wert zwischen 30 und 40% der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3 festgelegt und bei dieser ersten Ausführungsform auf 30%. Darüber hinaus ist die Länge Tb in axialer Richtung der Pfeiler 4b in dem Käfig 4 auf einen Wert zwischen 65 und 75% der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrollen 3 festgelegt und bei dieser ersten Ausführungsform auf 70%.
Andererseits weisen, wie in 3(a) und 3(b) dargestellt, die Seitenflächen in Innenumfangsrichtung 4b1 der Pfeiler 4b in dem Käfig 4 eine Kreisbogenfläche (eine zylindrische Fläche) 4b11 auf, die sowohl in Richtung des Innendurchmessers als auch in Richtung des Außendurchmessers von dem Taschen-Wälzkreisdurchmesser, der durch die Taschenmitte O der Tasche 4c läuft, ausgebildet ist (bei dem Beispiel in der Zeichnung entspricht der Taschen-Wälzkreisdurchmesser dem Wälzkreisdurchmesser, der durch die Mitte der Zylinderrolle 3 läuft), sowie einen Abrollabschnitt 4b12, der am inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes vorgesehen ist.
Im Besonderen ist die Kreisbogenfläche 4b11 des Pfeilers 4b als Kreisbogen um die Taschenmitte O mit einem Radius zwischen 1,005- und 1,1-Mal dem Radius (D/2) der Zylinderrolle 3 gezeichnet, und das Außendurchmesserende dieses Bogens ist mit einer geraden Fläche 4b13 verbunden, die zu der radialen Linie r1, die durch die Taschenmitte O läuft, parallel ist. Das Spiel W1 zwischen gegenüberliegenden geraden Flächen 4b13, die einander in Umfangsrichtung gegenüberliegen, ist kleiner als der Durchmesser D der Zylinderrolle 3, und folglich wird das Herauslaufen der Zylinderrolle 3 aus der Tasche 4c in Richtung des Außendurchmessers eingeschränkt. Das Innendurchmesserende der Kreisbogenfläche 4b11 erstreckt sich zum Innendurchmesserende des Pfeilers 4b am Basisende und ist am Spitzenende mit dem Abrollabschnitt 4b12 des inneren Umfangsabschnitts verbunden. Das minimale Spiel W2 zwischen den inneren Umfangsabschnitten des Basisendes 4b14 der gegenüberliegenden Kreisbogenflächen 4b11, die einander in Umfangsrichtung gegenüberliegen, ist kleiner als der Durchmesser D der Zylinderrolle 3. Die inneren Umfangsabschnitte des Basisendes 4b14 wirken als Führungsabschnitt, der die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 führt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler 4b eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt.
Der Abrollabschnitt 4b12 des inneren Umfangsabschnitts des Spitzenendes ist von der Spitze des Pfeilers 4b entlang der axialen Richtung ein Stück weit bis zu einem Punkt nahe des Basisendenabschnitts ausgebildet und hat eine Breite, die ausreicht, dass er weiter zur Umfangsrichtungsmittellinie r2 des Pfeilers 4b hin ausgespart ist als der innere Umfangsabschnitt des Basisendes 4b14. Die Länge L1 in axialer Richtung des Abrollabschnitts 4b12 ist auf einen Wert von 10 bis 35% der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3 festgelegt, und die Startposition des Abrollabschnitts 4b12 in radialer Richtung ist auf θ ≤ 20° auf der Innendurchmesserseite relativ zur Tangente m1 des Taschen-Wälzkreisdurchmessers an der Taschenmitte O festgelegt. Der Winkel θ ist der Winkel, der zwischen der Linie m2, die die Startposition des Abrollabschnitts 4b12 in radialer Richtung mit der Taschenmitte O verbindet, und der Tangente m1 gebildet wird. Darüber hinaus ist die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts 4b12 als gerade Fläche ausgebildet, die zu der Umfangsrichtungsmittellinie r2 des Pfeilers 4b parallel ist. Die derartige Ausbildung des Abrollabschnitts 4b12 schafft einen Raum, der während der Rotation mit niedrigen Drehzahlen als Schmiermittelspeicher zwischen dem Pfeiler und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 wirkt, und selbst wenn die Zentrifugalkraft während der Rotation mit hohen Drehzahlen bewirkt, dass der Pfeiler 4b entlang der Umfangsrichtungsmittellinie r2 eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, kommt der Pfeiler 4b immer noch nicht mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 in Kontakt. Das minimale Spiel zwischen den Seitenflächen in Umfangsrichtung der gegenüberliegenden Abrollabschnitte 4b12, die einander in Umfangsrichtung gegenüberliegen, ist etwas kleiner als der Durchmesser D der Zylinderrolle 3, aber da die Abrollabschnitte 4b12 entlang der Umfangsrichtungsmittellinie r2 zum Außendurchmesser hin versetzt sind, tritt kein Kontakt mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 auf. Auf diese Weise kann dadurch, dass die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts 4b12 als gerade Fläche ausgebildet wird, die zur Umfangsrichtungsmittellinie r2 parallel ist, in Umfangsrichtung eine größere Wanddicke für den inneren Umfangsabschnitt des Spitzen-endes des Pfeilers 4b erzielt werden als wenn die Seitenfläche als gerade Fläche ausgebildet wäre, die zur radialen Linie r1 parallel ist, wodurch die Steifigkeit des Pfeilers 4b verbessert wird.
Wie in 1 dargestellt, ist bei dieser ersten Ausführungsform der Käfig 4 ein durch Wälzkörper geführter Käfig, der während der Rotation des Lagers mit den inneren Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 der Pfeiler 4b rotiert, die geführt werden, während sie mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrollen 3 in Kontakt sind. Wenn die Rotation des Lagers eine vorherbestimmte Drehzahl erreicht und die Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Pfeiler 4b eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren, werden die inneren Umfangsabschnitte des Basisendes (die Rollenführungsabschnitte) 4b14 der Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 der Pfeiler 4b in einer Richtung versetzt, die den Taschenabstand zwischen den Pfeilern 4b und der Rollkontaktfläche der Zylinderrollen 3 verringert (d. h. entlang der Umfangsrichtungsmittellinie r2 zum Außendurchmesser hin), um die Rollkontaktfläche der Zylinderrollen 3 zu führen. Folglich wird ein Kontakt mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 vermieden, die vorteilhafte Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrollen 3 wird gewährleistet, und das Non Repeatable Run-out (NRRO) während der Rotation mit hohen Drehzahlen wird auf einen akzeptablen Wert gesenkt.
Außerdem wird ein Kontakt mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrollen 3 sogar noch zuverlässiger vermieden, da die Abrollabschnitte 4b12 an den inneren Umfangsabschnitten des Spitzenendes der Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 der Pfeiler 4b vorgesehen sind. Folglich wird ein abnormaler Abrieb des inneren Umfangsabschnitts des Spitzenendes der Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 während der Rotation mit hohen Drehzahlen verhindert, und ein Anstieg der Lagertemperatur kann unterdrückt werden.
In diesem Fall ist das Größenverhältnis der Länge Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 4a zur Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrollen 3 auf 30% festgelegt, wobei dieser Wert größer ist als das gleiche Größenverhältnis bei herkömmlichen Konstruktionen (hier liegt der Wert etwa bei 25%). Folglich hat der ringförmige Abschnitt 4a im Verhältnis zu den Zylinderrollen 3 eine etwas größere Dicke. Demgemäß wird der Betrag der nach außen gerichteten elastischen Verformung 6 des Spitzenendes der Pfeiler nach 4 verringert. Im Besonderen wird die Steifigkeit des ringförmigen Abschnitts 4a und somit die Stützsteifigkeit des ringförmigen Abschnitts 4a für die Pfeiler 4b erhöht, wenn dieses Größenverhältnis 30% beträgt, und deshalb ist selbst dann, wenn die während der Rotation mit hohen Drehzahlen erzeugte Zentrifugalkraft dazu führt, dass die Pfeiler 4b eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren, die Größe der elastischen Verformung 6 der Spitzen der Pfeiler 4b nur gering. Als Folge wird der Kontakt mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 noch zuverlässiger vermieden, die vorteilhafte Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrollen 3 wird gewährleistet, und das Non Repeatable Run-out (NRRO) während der Rotation mit hohen Drehzahlen wird auf einen akzeptablen Wert gesenkt.
Da die Länge Tb in axialer Richtung des Pfeilers 4b auf eine angemessene Länge festgelegt ist, nämlich 70% der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3, kann außerdem das Problem, das auftritt, wenn die Länge Td in axialer Richtung des Pfeilers 4b zu gering ist, wobei die Fähigkeit, die Zylinderrolle 3 in einer normalen Position zu halten, behindert wird, vermieden werden, aber auch das Problem, das auftritt, wenn die Länge Tb in axialer Richtung des Pfeilers 4b zu gering ist, wobei es schwierig wird, die Größe der elastischen Verformung δ zu verringern. Folglich können die Vorteile, die man erhält, indem – wie oben beschrieben – das Größenverhältnis der Länge Ta in radialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 4a zur Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3 auf 30% festgelegt wird, sogar mit noch größerer Zuverlässigkeit erzielt werden.
Darüber hinaus wird dadurch, dass der innere Umfangsabschnitt des Basisendes (der Rollenführungsabschnitt) 4b14 der Seitenfläche in Umfangsrichtung 4b1 als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 folgt, die Wanddicke in Umfangsrichtung des inneren Umfangsabschnitts des Basisendes 4b14 des Pfeilers 4b erhöht, was die Steifigkeit des Pfeilers 4b verbessert. Folglich kann die Größe der elastischen Verformung des Pfeilers 4b sowohl nach außen als auch in Umfangsrichtung, die entweder durch die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft oder durch die Last der Zylinderrolle 3 bewirkt wird, verringert werden. Dies bedeutet, dass die vorteilhafte Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrollen 3 aufrechterhalten werden kann.
Da der gesamte Bereich der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 radial innerhalb der Grenzposition X zwischen den Laufrillen 2a und den abgeschrägten Bereichen 2b des Außenrings 2 vorgesehen ist, tritt außerdem nicht mehr die Situation auf, die dort entstehen kann, wo aufgrund eines Kontakts, der als Folge dessen auftritt, dass die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 sich über die Grenzposition X erstreckt und mit dieser in Kontakt kommt, eine lokale Belastung (Kantenbelastung) auf die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 wirkt. Folglich besteht nicht die Gefahr, dass die grundsätzliche Funktion des Zylinderrollenlagers behindert wird. In diesem Fall muss bei der Festlegung der Grenzposition X zwischen den Laufrillen 2a und den abgeschrägten Bereichen 2b die Größe der relativen Bewegung der Innen- und Außenringe 1 und 2 in axialer Richtung, die durch Fehler bei der Befestigung und durch thermische Ausdehnung der Spindel verursacht wird, in Betracht gezogen werden.
Da die abgeschrägten Bereiche 2b in einem Winkel von 10 bis 30° zu der zylindrischen Fläche A geneigt sind, die durch die Laufrillen 2a gebildet wird, können außerdem die Zylinderrollen 3 problemlos installiert werden, wenn das Zylinderrollenlager zusammengesetzt wird.
Bei einem Käfig 4 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie er in 5 dargestellt ist, ist das Größenverhältnis der Länge Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 4a zur Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3 auf 35% festgelegt. Die anderen konstruktiven Elemente und Wirkungen sind so, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben wurden; daher tragen die Elemente, die beide Ausführungsformen gemeinsam haben, in 5 die gleichen Bezugszeichen, und auf die Teile der Beschreibung, die eine Wiederholung darstellen, wurde verzichtet.
Bei einem Käfig 4 nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie er in 6 dargestellt ist, ist das Größenverhältnis der Länge Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 4a zur Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3 auf 40% festgelegt. Die anderen konstruktiven Elemente und Wirkungen sind so, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben wurden; daher tragen die Elemente, die beide Ausführungsformen gemeinsam haben, in 6 die gleichen Bezugszeichen, und auf die Teile der Beschreibung, die eine Wiederholung darstellen, wurde verzichtet.
Bei einem Käfig 4 nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie er in den 7(a) und 7(b) dargestellt ist, sind die Abrollabschnitte 4b12 der Pfeiler 4b so ausgebildet, dass das Außendurchmesserende jedes Abrollabschnitts sich vom Spitzenende des Pfeilers 4b bis hin zum Basisende zum Innendurchmesser neigt. Die anderen konstruktiven Elemente und Wirkungen sind so, wie sie in der ersten, der zweiten oder der dritten Ausführungsform beschrieben wurden; daher tragen die Elemente, die mehrere Ausführungsformen gemeinsam haben, in 7 die gleichen Bezugszeichen, und auf die Teile der Beschreibung, die eine Wiederholung darstellen, wurde verzichtet.
Bei einem Käfig 4 nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie er in 8 dargestellt ist, sind die Abrollabschnitte 4b12 der Pfeiler 4b so ausgebildet, dass die Seitenfläche in Umfangsrichtung jedes Abrollabschnitts eine geneigte Fläche ist, die sich zur Umfangsrichtungsmittellinie r2 neigt. Diese fünfte Ausführungsform kann in Kombination mit der vierten Ausführungsform verwendet werden. Die anderen konstruktiven Elemente und Wirkungen sind so, wie sie in der ersten, der zweiten oder der dritten Ausführungsform beschrieben wurden; daher tragen die Elemente, die mehrere Ausführungsformen gemeinsam haben, in 8 die gleichen Bezugszeichen, und auf die Teile der Beschreibung, die eine Wiederholung darstellen, wurde verzichtet.
Bei einem Käfig 4 nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie er in 9 dargestellt ist, sind Abrollabschnitte 4b12 auf beiden Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 jedes zweiten oder jedes dritten (oder mehr) Pfeilers von mehreren Pfeilern 4b ausgebildet (bei dieser Ausführungsform jedes zweiten Pfeilers). Diese Ausführungsform kann in Kombination mit den vierten oder fünften Ausführungsformen verwendet werden. Die anderen Einzelheiten entsprechen denen der ersten Ausführungsform, und auf die Teile der Beschreibung, die eine Wiederholung darstellen, wurde verzichtet. In diesem Fall erübrigt es sich, zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung keinesfalls die Ausbildung von Abrollabschnitten 4b12 auf beiden Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 jedes Pfeilers 4b ausschließt.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsform ist die Führungsmethode der Käfige nicht auf Wälzkörperführung beschränkt, sondern es kann auch eine Außenringführung oder Innenringführung Anwendung finden. Mit anderen Worten: Die vorliegende Erfindung schreibt keine bestimmte Führungsmethode vor. Darüber hinaus wird in 1, 5 und 6 das Beispiel eines zweireihigen Zylinderrollenlagers des NN-Typs benutzt, aber die vorliegende Erfindung kann in gleicher Weise bei zweireihigen Zylinderrollenlagern des NNU-Typs oder eines anderen Typs Anwendung finden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung bei zweireihigen Zylinderrollenlagern beschränkt und kann in gleicher Weise bei einreihigen Zylinderrollenlagern und mehrreihigen Zylinderrollenlagern Anwendung finden.
[TESTERGEBNISSE 1]
Ein zweireihiges Zylinderrollenlager nach 1, bei dem ein Käfig 4 verwendet wird, bei welchem Abrollabschnitte 4b12 auf beiden Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 jedes Pfeilers 4b ausgebildet sind (Beispiel 1), ein zweireihiges Zylinderrollenlager nach 1, bei dem ein Käfig 4 verwendet wird, bei welchem Abrollabschnitte 4b12 auf beiden Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 jedes zweiten Pfeilers 4b ausgebildet sind (Beispiel 2), und ein zweireihiges Zylinderrollenlager nach 1, bei dem die Abrollabschnitte 4b12 des Käfigs 4 nicht vorhanden sind und bei dem die inneren Umfangsabschnitte des Spitzenendes mit der gleichen Kreisbogenfläche 4b11 versehen sind wie die anderen Bereiche (Vergleichsbeispiel), wurden vorbereitet und mit Luft/Öl-Schmierung betrieben, wobei der Anstieg der Temperatur der jeweiligen Außenringe verglichen wurde. Die Ergebnisse sind in 10 dargestellt.
Die Testbedingungen waren folgendermaßen:
Lagermodelnummer: NN3020K
Material des Käfigs: Harz (PEEK + CF)
Innerer radialer Spalt nach der Montage: –5 μm
Zylinderrollen: Rollendurchmesser ⌀ 11 mm, Rollenlänge 11 mm, Rollen-Wälzkreisdurchmesser ⌀ 126 mm
Schmierbedingungen: Luftvolumen 30 NL/min, Schmiermittelvolumen 0,02 ml/20 min, Schmierölviskosität VG32, Gehäusekühlung vorgesehen
Wie in 10 dargestellt, wurde in Drehzahlbereichen, bei denen die Drehzahl des Lagers nicht über 8000 U/min (dmn = 1,000,000) hinausging, kein großer Unterschied beim Anstieg der Temperatur des Außenrings zwischen den Beispielen 1 und 2 und dem Vergleichsbeispiel festgestellt. Wenn jedoch die Drehzahl des Lagers über 8000 U/min hinausging (dmn = 1,000,000), war der Anstieg der Temperatur des Außenrings bei den Beispielen geringer als bei dem Vergleichsbeispiel, und wenn die Drehzahl des Lagers über 10,000 U/min hinausging (dmn = 1,250,000), war dieser Unterschied beim Anstieg der Temperatur besonders deutlich. Mit anderen Worten: Wenn die Drehzahl des Lagers über 8000 U/min hinausging (dmn = 1,000,000), war der Anstieg der Temperatur der Außenringe der Beispiele 1 und 2 vergleichsweise gering, und wenn die Drehzahl des Lagers über 10,000 U/min hinausging (dmn = 1,250,000), war die Unterdrückungswirkung auf einen Anstieg der Temperatur des Außenrings besonders deutlich. Darüber hinaus zeigte ein Vergleich des Beispiels 1 mit dem Beispiel 2, dass, obwohl bei dem Beispiel 2 die Temperatur des Außenrings abrupt anstieg, sobald die Drehzahl des Lagers über 12,000 U/min hinausging (dmn = 1,500,000), bei dem Beispiel 1 eine gute Unterdrückungswirkung auf einen Anstieg der Temperatur des Außenrings selbst in hohen Drehzahlbereichen zu bemerken war.
[TESTERGEBNISSE 2]
Ein zweireihiges Zylinderrollenlager nach 1, bei dem das Größenverhältnis der Länge Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 4a zur Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3 30% beträgt (Beispiel 3), ein zweireinges Zylinderrollenlager nach 5, bei dem das vorgenannte Größenverhältnis 35% beträgt (Beispiel 4) und ein herkömmliches zweireihiges Zylinderrollenlager, bei dem das vorgenannte Größenverhältnis 25% beträgt (Vergleichsbeispiel) wurden vorbereitet und mit Luft/Öl-Schmierung betrieben, wobei der Anstieg der Temperatur der jeweiligen Außenringe verglichen wurde. Die Ergebnisse sind in 11 dargestellt.
Die Testbedingungen waren folgendermaßen:
Lagermodelnummer: NN3020K
Material des Käfigs: Harz
Innerer radialer Spalt nach der Montage: –5 μm
Zylinderrollen: Rollendurchmesser ⌀ 11 mm, Rollenlänge 11 mm, Rollen-Wälzkreisdurchmesser ⌀ 126 mm
Schmierbedingungen: Luftvolumen 30 NL/min, Schmiermittelvolumen 0,02 ml/20 min, Schmierölviskosität VG32, Gehäusekühlung vorgesehen
Wie in 11 dargestellt, wurde in Drehzahlbereichen, bei denen die Drehzahl des Lagers nicht über 6000 U/min (dmn = 760,000) hinausging, kein signifikanter Unterschied beim Anstieg der Temperatur des Außenrings zwischen den Beispielen 3 und 4 und dem Vergleichsbeispiel 2 festgestellt. Wenn die Drehzahl jedoch nahe 7000 U/min (dmn = 880,000) bis 11,000 U/min (dmn = 1,380,000) war, trat ein leichter Unterschied im Maß des Anstiegs der Temperatur des Außenrings zwischen den Beispielen 3 und 4 und dem Vergleichsbeispiel 2 auf, und wenn die Drehzahl des Lagers 13,000 U/min überstieg (dmn = 1,650,000), war dieser Unterschied zwischen den Beispielen 3 und 4 und dem Vergleichsbeispiel besonders deutlich. Mit anderen Worten: Selbst wenn bei den Beispielen 3 und 4 die Drehzahl des Lagers 13,000 U/min übersteigt (dmn = 1,650,000), folgt der Anstieg der Temperatur des Außenrings im Wesentlichen dem gleichen Gradienten, wie er in niedrigeren Drehzahlbereichen beobachtet wird, doch im Gegensatz hierzu stieg bei dem Vergleichsbeispiel 2 an dem Punkt, an dem die Drehzahl des Lagers über 13,000 U/min hinausging (dmn = 1,650,000), die Temperatur des Außenrings schnell an. Aus diesen Ergebnissen wurde geschlossen, dass das Lager des Vergleichsbeispiels 2 in hohen Drehzahlbereichen möglicherweise nicht in geeigneter Weise verwendet werden kann. Ein Vergleich des Beispiels 3 mit dem Beispiel 4 zeigte, dass bei dem Beispiel 4 selbst dann, wenn die Drehzahl des Lagers 15,000 U/min überstieg (dmn = 1,890,000), das Maß des Anstiegs der Temperatur des Außenrings im Wesentlichen dem gleichen Gradienten folgte, wie er in niedrigeren Drehzahlbereichen beobachtet wird, doch im Gegensatz hierzu stieg bei dem Beispiel 3 an dem Punkt, an dem die Drehzahl des Lagers über 15,000 U/min hinausging (dmn = 1,890,000), die Temperatur des Außenrings schnell an. Folglich kann das Beispiel 4 sogar in noch höheren Drehzahlbereichen als bei dem Beispiel 3 mit vorteilhaften Ergebnissen verwendet werden.
Darüber hinaus wurde eine FEM-Analyse bei dem zweireihigen Zylinderrollenlager nach 1, bei dem das Größenverhältnis der Länge Ta in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts 4a zur Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3 30% beträgt (Beispiel 3), bei dem zweireihigen Zylinderrollenlager nach 5, bei dem das vorgenannte Größenverhältnis 35% beträgt (Beispiel 4), bei dem herkömmlichen zweireihigen Zylinderrollenlager, bei dem das vorgenannte Größenverhältnis 25% beträgt (Vergleichsbeispiel 2), bei einem zweireihigen Zylinderrollenlager, bei dem das vorgenannte Größenverhältnis 15% beträgt (Vergleichsbeispiel 3) und bei einem zweireihigen Zylinderrollenlager, bei dem das vorgenannte Größenverhältnis 45% beträgt (Vergleichsbeispiel 4), durchgeführt, und das Verhältnis des Zylinderrollendurchmessers zur Größe der nach außen gerichteten Verformung 6 eines Punktes P gemäß 4, der die Endposition des Basisendes des ersten Schmiermittelspeichers 4b12 des Pfeilers 4b darstellt, wurde für jedes Zylinderrollenlager bestimmt, und die Ergebnisse wurden verglichen. Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in 12 dargestellt.
Wie in 12 dargestellt, wird bei den Beispielen 3 und 4 das vorgenannte Verhältnis innerhalb von 3% gehalten, wenn die Drehzahl des Lagers sich im Bereich von 14,000 U/min (dmn = 1,700,000) bewegt, doch im Gegensatz hierzu übersteigt bei dem Vergleichsbeispiel 2 das vorgenannte Verhältnis 4%, wenn die Drehzahl des Lagers im Bereich von 14,000 U/min (dmn = 1,700,000) liegt, und bei dem Vergleichsbeispiel 3 übersteigt das Verhältnis 7%. Mit anderen Worten: Selbst wenn sich bei den Beispielen 3 und 4 die Drehzahl des Lagers im Bereich von 14,000 U/min (dmn = 1,700,000) bewegt, ist die Größe der elastischen Verformung der Spitzen der Pfeiler des Käfigs auf einem Wert, der während der Verwendung keine Probleme verursacht, doch wenn im Gegensatz hierzu bei den Vergleichsbeispielen 2 und 3 die Drehzahl des Lagers im Bereich vom 14,000 U/min (dmn = 1,700,000) liegt, erreicht die Größe der elastischen Verformung der Spitzen der Pfeiler des Käfigs den Punkt, an dem bei der Verwendung des Lagers Probleme auftreten. Bei dem Vergleichsbeispiel 4 ist die Größe der elastischen Verformung der Spitzen der Pfeiler des Käfigs nicht besonders problematisch, doch die Konstruktion wirft strukturelle Probleme auf, die die Verwendung des Lagers schwierig machen, wie oben beschrieben. Außerdem waren die Gradienten der fünf charakteristischen Kurven gemäß 12, die für die Drehzahlbereiche von 10,000 U/min (dmn = 1,250,000) bis 20,000 U/min (dmn = 2,500,000) stehen, mäßig, wenn das Verhältnis der Länge in axialer Richtung des ringförmigen Abschnitts zur Länge in axialer Richtung der Zylinderrolle 30% oder größer war, aber beträchtlich steiler, wenn das Verhältnis unter 30% lag. Diese Erkenntnis zeigt: Wenn das vorgenannte Verhältnis unter 30% liegt, dann beeinträchtigt die Festlegung der Länge des ringförmigen Abschnitts in axialer Richtung in kritischer Weise die maximale Drehzahl, und daher ist es am vorteilhaftesten, das vorgenannte Verhältnis auf 30% oder mehr festzulegen.
Die 13 bis 15 zeigen ein zweireihiges Zylinderrollenlager nach einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Beschreibung dieses zweireihigen Zylinderrollenlagers nach der siebten Ausführungsform tragen die konstruktiven Elemente, die das Lager mit dem zweireihigen Zylinderrollenlager nach der ersten Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 gemeinsam hat, die gleichen Bezugszeichen, und auf eine ausführliche Beschreibung dieser konstruktiven Elemente wird verzichtet.
Bei dem Käfig 4 des zweireihigen Zylinderrollenlagers nach der siebten Ausführungsform weisen beide Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 jedes Pfeilers 4b eine Kreisbogenfläche (eine zylindrische Fläche) 4b11 auf, die sowohl in Innendurchmesser- als auch in Außendurchmesserrichtung ausgehend von dem Taschen-Walzkreisdurchmesser, der durch die Taschenmitte O der Tasche 4c läuft (bei dem in 15 dargestellten Beispiel entspricht der Taschen-Wälzkreisdurchmesser dem Wälzkreisdurchmesser, der durch die Mitte der Zylinderrolle 3 läuft), ausgebildet ist. Darüber hinaus ist ein Abrollabschnitt 4b12 an dem inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes jeder Kreisbogenfläche 4b11 des Pfeilers 4b ausgebildet, und bei dieser siebten Ausführungsform wirken diese Abrollabschnitte 4b12 auch als erste Schmiermittelspeicher. Diese ersten Schmiermittelspeicher 4b12 liegen als Vertiefungen vor, die an der Spitze und am Innenumfangsende offen sind (siehe 14), und weisen einen abgestuften Abschnitt in Form einer gekrümmten Vertiefung an der Außenumfangsseitenkante 4b15 auf. Diese Abrollabschnitte 4b12 sind auf der Innenumfangsseite des Taschen-Wälzkreisdurchmessers ausgebildet.
Wie in 15(a) und 15(b) erkennbar, ist im Besonderen die Kreisbogenfläche 4b11 des Pfeilers 4b als Kreisbogen um die Taschenmitte O mit einem Radius zwischen 1,005- und 1,1-Mal dem Radius (D/2) der Zylinderrolle 3 gezeichnet. Das Außendurchmesserende dieses Bogens ist mit einer geraden Fläche 4b13 verbunden, die zu der radialen Linie r1, die durch die Taschenmitte O läuft, parallel ist. Das Spiel W1 zwischen gegenüberliegenden geraden Flächen 4b13, die einander in Umfangsrichtung gegenüberliegen, ist kleiner als der Durchmesser D der Zylinderrolle 3, und folglich wird das Herauslaufen der Zylinderrolle 3 aus der Tasche 4c in Richtung des Außendurchmessers eingeschränkt. Das Innenumfangsende der Kreisbogenfläche 4b11 erstreckt sich zum Innenumfangsende des Pfeilers 4b am Basisende und ist am Spitzenende mit dem ersten Schmiermittelspeicher (Abrollabschnitt) 4b12 des inneren Umfangsabschnitts verbunden. Das minimale Spiel W2 zwischen den inneren Umfangsabschnitten des Basisendes 4b14 der gegenüberliegenden Kreisbogenflächen 4b11, die einander in Umfangsrichtung gegenüberliegen, ist kleiner als der Durchmesser D der Zylinderrolle 3. Die inneren Umfangsabschnitte des Basisendes 4b14 wirken als Führungsabschnitt, der die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 führt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler 4b eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt.
Der erste Schmiermittelspeicher 4b12 ist von der Spitze des Pfeilers 4b entlang der Mittelachse Z (der Mittelachse der Zylinderrolle 3 oder der Tasche 4c) ein Stück weit bis zu einem Punkt nahe des Basisendenabschnitts ausgebildet und hat eine Breite, die ausreicht, dass er weiter zur Umfangsrichtungsmittellinie r2 des Pfeilers 4b hin ausgespart ist als der innere Umfangsabschnitt des Basisendes 4b14. Die Länge T1 in axialer Richtung des ersten Schmiermittelspeichers 4b12 ist auf einen Wert von 10 bis 35% der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3 festgelegt. Außerdem trifft innerhalb der Seitenfläche in Umfangsrichtung des ersten Schmiermittelspeichers 4b12 eine gerade Fläche, die zur Umfangsrichtungsmittellinie r2 des Pfeilers 4b parallel ist, auf den bogenförmigen, abgestuften Abschnitt der Außenumfangsseitenkante 4b15. Den ersten Schmiermittelspeicher 4b12 so auszubilden bedeutet, dass selbst dann, wenn die während der Rotation mit hoher Drehzahl entstehende Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler 4b entlang der Umfangsrichtungsmittellinie r2 eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, immer noch kein Kontakt zwischen dem Pfeiler 4b und der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3. Das minimale Spiel zwischen den Seitenflächen in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden ersten Schmiermittelspeichern 4b12, die einander in Umfangsrichtung gegenüberliegen, entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser D der Zylinderrolle 3. Da jedoch die ersten Schmiermittelspeicher 4b12 entlang der Umfangsrichtungsmittellinie r2 zum Außendurchmesser hin versetzt sind, tritt kein Kontakt mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 auf. Auf diese Weise kann dadurch, dass auf der Seitenfläche in Umfangsrichtung des ersten Schmiermittelspeichers 4b12 eine gerade Fläche ausgebildet wird, die zur Umfangsrichtungsmittellinie r2 parallel ist, in Umfangsrichtung eine größere Wanddicke für den inneren Umfangsabschnitt des Spitzenendes des Pfeilers 4b erzielt werden als wenn die Seitenfläche eine gerade Fläche aufweisen würde, die zur radialen Linie r1 parallel ist, wodurch die Steifigkeit des Pfeilers 4b verbessert wird.
Wie in 13 dargestellt, ist bei dieser siebten Ausführungsform der Käfig 4 ein durch Wälzkörper geführter Käfig, der während der Rotation des Lagers mit den inneren Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 der Pfeiler 4b rotiert, die geführt werden, während sie mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrollen 3 in Kontakt sind. Wenn die Rotation des Lagers eine vorherbestimmte Drehzahl erreicht und die Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Pfeiler 4b eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren, werden die inneren Umfangsabschnitte des Basisendes (die Rollenführungsabschnitte) 4b14 der Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 der Pfeiler 4b in einer Richtung versetzt, die den Taschenabstand zwischen den Pfeilern 4b und der Rollkontaktfläche der Zylinderrollen 3 verringert (d. h. entlang der Umfangsrichtungsmittellinie r2 zum Außendurchmesser hin), um die Rollkontaktfläche der Zylinderrollen 3 zu führen. Folglich wird eine vorteilhafte Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrollen 3 gewährleistet, und das Non Repeatable Run-out (NRRO) während der Rotation mit hohen Drehzahlen wird auf einen akzeptablen Wert gesenkt. Da die ersten Schmiermittelspeicher 4b12, die auch als Abrollabschnitte wirken, an den inneren Umfangsabschnitten des Spitzenendes der Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 des Pfeilen 4b vorgesehen sind, wird zu diesem Zeitpunkt ein Kontakt mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 vermieden. Außerdem wird dadurch, dass der innere Umfangsabschnitt des Basisendes (Rollenführungsabschnitt) 4b14 der Seitenfläche in Umfangsrichtung 4b1 als Kreisbogenfläche ausgebildet wird, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle 3 folgt, die Wanddicke in Umfangsrichtung des inneren Umfangsabschnitts des Basisendes 4b14 des Pfeilers 4b erhöht, was die Steifigkeit des Pfeilers 4b verbessert. Folglich kann die Größe der elastischen Verformung des Pfeilers 4b sowohl nach außen als auch in Umfangsrichtung, die entweder durch die während der Rotation entstehende Zentrifugalkraft oder durch die Last der Zylinderrolle 3 bewirkt wird, reduziert werden. Dies bedeutet, dass die vorteilhafte Ausgleichsfähigkeit der Zylinderrollen 3 aufrechterhalten werden kann.
Da die ersten Schmiermittelspeicher 4b12, die auch als Abrollabschnitte für den vorstehend beschriebenen Kontakt wirken, auf den Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 der Pfeiler 4b ausgebildet sind, wird in diesem Fall selbst dann, wenn das Schmiermittel, wie z. B. Schmierfett oder Öl, das die Zylinderrollen 3 bedeckt, durch die Kreisbogenflächen 4b11 der Pfeiler 4b abgeschabt wird, während die Rollen sich bewegen, das Schmiermittel aus den ersten Schmiermittelspeichern 4b12 nachgefüllt, so dass die Wahrscheinlichkeit einer schlechten Schmierung zwischen den Pfeilern 4b und den Zylinderrollen 3 viel geringer ist. Da selbst bei der Rotation mit hohen Drehzahlen zufriedenstellende Schmiereigenschaften gewährleistet werden können, ist es möglich, in hohem Maße Probleme wie das Festfressen bzw. Blockieren oder Ähnliches, die von schlechter Schmierung herrühren, zu verhindern.
Die 16 bis 19 zeigen ein zweireihiges Zylinderrollenlager und einen Käfig nach einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der folgenden Beschreibung des Käfigs 4 nach der achten Ausführungsform liegt das Hauptaugenmerk auf den Unterschieden zu dem Käfig nach der siebten Ausführungsform. Die anderen konstruktiven Elemente und Wirkungen sind so, wie sie in der siebten Ausführungsform beschrieben wurden; daher tragen die Elemente, die beide Ausführungsformen gemeinsam haben, in den Figuren die gleichen Bezugszeichen, und auf die Teile der Beschreibung, die eine Wiederholung darstellen, wurde verzichtet.
Wie in 16 und 17 dargestellt, sind bei dem Käfig 4 nach der achten Ausführungsform zweite Schmiermittelspeicher 4b22 mit geraden Nuten in den Kreisbogenflächen 4b11 des Pfeilers 4b an einer separaten Position auf der Außenumfangsseite der Abrollabschnitte (erste Schmiermittelspeicherabschnitte) 4b12 ausgebildet. Diese zweiten Schmiermittelspeicher 4b22 sind auf der Außenumfangsseite des Taschen-Wälzkreisdurchmessers in Form von Nuten vorgesehen, die nur an der Spitze offen sind. Darüber hinaus ist jeder zweite Schmiermittelspeicher 4b22 von der Spitze des Pfeilers 4b entlang der Richtung der Mittelachse Z ein Stück weit bis zu einem Punkt nahe des Basisendenabschnitts ausgebildet, und die Länge in axialer Richtung des zweiten Schmiermittelspeichers ist größer als die des ersten Schmiermittelspeichers 4b12.
Im Besonderen beträgt, wie in 18(a) und 18(b) dargestellt, die Länge T2 in axialer Richtung des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22 zwischen 40 und 60% – vorzugsweise 50% – der Länge Td in radialer Richtung der Zylinderrolle 3. Die Abmessungen der beiden Komponenten sind so festgelegt, dass der zweite Schmiermittelspeicher 4b22 im Wesentlichen an der Mittelachse der Zylinderrolle 3 angeordnet ist. Wie in 19(a) und 19(b) dargestellt, ist die Tiefe der Nut Tx des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22 auf 2 bis 8% des Durchmessers D der Zylinderrolle 3 festgelegt, und die Breite der Nut Ty des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22 ist auf 10 bis 15% des Durchmessers D der Zylinderrolle 3 festgelegt.
Hierbei zeigt 19(a) ein Beispiel für einen Fall, bei dem die Tiefe der Nut Tx des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22 und die Breite der Nut Ty des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22 jeweils an der Obergrenze der vorgenannten Bereiche liegen, und 19(b) zeigt ein Beispiel für einen Fall, bei dem die Tiefe der Nut Tx des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22 und die Breite der Nut Ty des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22 an der Untergrenze liegen. Wie in diesen Figuren dargestellt, ist die Unterseite der Nut des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22 kreisbogenförmig (zylindrische Form) ausgebildet. In diesem Fall gilt die Messung von der Oberfläche der Kreisbogenfläche 4b11 bis zur Unterseite der Nut entlang einer geraden Linie L1, die die längste Linie von der Taschenmitte O zur Unterseite der Nut darstellt, als Tiefe der Nut Tx, und der Abstand zwischen den Kanten 4b25 auf beiden Seiten des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22 in Richtung der Breite, orthogonal zu der geraden Linie L1 gemessen, gilt als Breite der Nut Ty. Darüber hinaus sind kreisbogenförmige Flächen (abgestufte Abschnitte) auch an den Außenumfangsseitenkanten 4b15 jedes ersten Schmiermittelspeichers 4b12 ausgebildet, mit der gleichen Krümmung und der gleichen Tiefe wie die Flächen der Nut des zweiten Schmiermittelspeichers 4b22. Die Seitenflächen in Umfangsrichtung der ersten Schmiermittelspeicher 4b12 müssen nicht unbedingt einen abgestuften Abschnitt an den Außenumfangsseitenkanten aufweisen; stattdessen können die Außenumfangsseitenkanten direkt mit einer geraden Fläche verbunden sein, die zur Umfangsrichtungsmittellinie r2 parallel ist.
Da bei dem Käfig 4 nach der achten Ausführungsform sowohl erste Schmiermittelspeicher 4b12, die auch als Abrollabschnitte dienen, und zweite Schmiermittelspeicher 4b22 auf den Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 der Pfeiler 4b ausgebildet sind, wird selbst dann, wenn das Schmiermittel, wie z. B. Schmierfett oder Öl, das die Zylinderrollen 3 bedeckt, durch die Kreisbogenflächen 4b11 der Pfeiler 4b abgeschabt wird, das Schmiermittel aus den beiden Schmiermittelspeichern 4b12 und 4b22 nachgefüllt, und folglich ist die Wahrscheinlichkeit einer schlechten Schmierung zwischen den Pfeilern 4b und den Zylinderrollen 3 sehr viel geringer. Da insgesamt vier Schmiermittelspeicher 4b12 und 4b22 in einer einzigen Tasche 4c ausgebildet sind, ist außerdem die Zufuhr des Schmiermittels zuverlässig und angemessen, was bedeutet, dass zufriedenstellende Schmiereigenschaften über lange Zeiträume aufrechterhalten werden können, was wiederum eine weitere Verbesserung der Haltbarkeit und eine längere Lebensdauer für das Lager ermöglicht. Da sogar während der Rotation mit hohen Drehzahlen zufriedenstellende Schmiereigenschaften gewährleistet werden können, ist es möglich, sogar mit noch größerer Sicherheit Probleme wie das Festfressen bzw. Blockieren und Ähnliches, die durch schlechte Schmierung hervorgerufen werden, zu verhindern.
Da die ersten Schmiermittelspeicher 4b12 auf der Innenumfangsseite des Taschen-Wälzkreisdurchmessers ausgebildet sind und die zweiten Schmiermittelspeicher 4b22 an der Außenumfangsseite des Taschen-Wälzkreisdurchmessers ausgebildet sind, wird darüber hinaus ein Kontakt zwischen den inneren Umfangsabschnitten des Spitzenendes der Pfeiler 4b und den Zylinderrollen 3 vermieden, wobei gleichzeitig die angemessene Menge des Schmiermittels gleichmäßig über den gesamten Bereich der inneren Seitenflächen in Umfangsrichtung 4b1 der Pfeiler 4b zugeführt werden kann. Da die zweiten Schmiermittelspeicher 4b22 als gerade Nuten ausgebildet sind, die sich in axialer Richtung erstrecken, kann außerdem eine ausreichende Festigkeit gewährleistet werden, wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Pfeiler 4b eine elastische Verformung erfahren, und die angemessene Menge des Schmiermittels kann über einen breiten Bereich in axialer Richtung der Pfeiler 4b zugeführt werden. Da die zweiten Schmiermittelspeicher 4b22 ausgehend von Punkten ein Stück weit entlang der Pfeiler 4b in axialer Richtung bis zu den Spitzen der Pfeiler ausgebildet sind, erstrecken sich die geraden Nuten 4b22 nicht bis zu den axialen Basisenden (den Unterseiten) der Pfeiler 4b, was bedeutet, dass ein angemessen hoher Wert der hohen Steifigkeit bei den Teilen der Pfeiler 4b aufrechterhalten werden kann, bei denen es notwendig ist, und dass es ermöglicht wird, einen ausreichenden Widerstand gegen elastische Verformung zu erzielen.
Da die Länge der Nut (die Länge in axialer Richtung) T2 der zweiten Schmiermittelspeicher 4b22 auf einen Wert von 40 bis 60% der Länge Td in axialer Richtung der Zylinderrolle 3 festgelegt ist, können außerdem Probleme wie eine Verschlechterung der Schmiereigenschaften, die bei Werten unter 40% auftreten, und Probleme wie eine Verringerung der Steifigkeit der Pfeiler 4b, die bei Werten über 60% auftreten, vermieden werden. Da die Tiefe der Nut Tx der zweiten Schmiermittelspeicher 4b22 auf einen Wert von 2 bis 8% des Durchmessers D der Zylinderrolle 3 festgelegt ist, können Probleme wie die mangelnde Fähigkeit, eine ausreichende Menge des Schmiermittels zu speichern, was bei Werten unter 2% auftritt, und Probleme wie die, dass die Wanddicke innerhalb bestimmter Abschnitte des Pfeilers 4b zu gering wird, was bei Werten über 8% auftritt, vermieden werden. Da die Breite der Nut Ty der zweiten Schmiermittelspeicher 4b22 auf einen Wert zwischen 10 und 15% des Durchmessers D der Zylinderrolle 3 festgelegt ist, können insbesondere in den Fällen, bei welchen die Innenfläche der Nut eine Kreisbogenfläche ist, Probleme wie die mangelnde Fähigkeit, eine ausreichende Menge des Schmiermittels zu speichern – was bei Werten unter 10% auftritt – und Probleme wie die, dass die Wanddicke innerhalb bestimmter Abschnitte des Pfeilers 4b zu gering wird – was bei Werten über 15% auftritt – vermieden werden, und es ist auch möglich, eine Reduzierung des Rollenführugsabschnitts 4b14 zu vermeiden.
Bei einem Käfig 4 nach einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie er in den 20(a) und 20(b) dargestellt ist, sind die geraden Nuten, die die zweiten Schmiermittelspeicher 4b22 bilden, in einer Schräglage entgegengesetzt zu der Richtung der Neigung der Pfeiler 4b zur Mittelachse Z, die auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Pfeiler 4b eine elastische Verformung erfahren, ausgebildet; das heißt, die Nut neigt sich zum Innendurchmesser, wenn sie sich dem Spitzenende nähert, und die geraden Außenumfangsseitenkanten 4b15 der ersten Schmiermittelspeicher 4b12 sind ebenfalls in der gleichen Richtung zur Mittelachse Z geneigt. Durch die Verwendung einer solchen Konstruktion kann das Problem, das auftritt, wenn sowohl die Außenumfangsseitenkanten 4b15 der ersten Schmiermittelspeicher 4b12 als auch die zweiten Schmiermittelspeicher 4b22 parallel zur Mittelachse Z ausgebildet sind, oder alternativ dazu zum Außendurchmesser geneigt sind, wenn sie sich den Spitzenenden nähern, d. h. das Problem, dass die elastische Verformung der Pfeiler 4b bewirkt, dass das Schmiermittel auf einmal aus den Schmiermittelspeichern 4b12 und 4b22 austritt, was es schwierig macht, die Schmierung über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten, vermieden werden. Mit anderen Worten: selbst wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Pfeiler 4b eine elastische Verformung erfahren, wie in 20(b) durch die gestrichelte Linie dargestellt, kann das Schmiermittel immer noch allmählich aus den Schmiermittelspeichern 4b12 und 4b22 zugeführt bzw. nachgefüllt werden, was bedeutet, dass es möglich ist, selbst bei der Rotation mit hohen Drehzahlen vorteilhafte Schmiereigenschaften zu gewährleisten.
In diesem Fall liegt der Neigungswinkel α sowohl von 4b15 als auch von 4b22 vorzugsweise zwischen 2 und 10 Grad. Mit anderen Worten: Wenn der Neigungswinkel unter zwei Grad liegt, würde eine leichte elastische Verformung der Pfeiler 4b bewirken, dass die Richtung der Neigung der Schmiermittelspeicher 4b12 und 4b22 zur Mittelachse Z sich auf die Richtung der Neigung der Pfeiler 4b zur Mittelachse Z ausrichtet, was dann zu einer Situation führt, in der die Zentrifugalkraft bewirkt, dass das Schmiermittel auf einmal aus den Schmiermittelspeichern 4b12 und 4b22 austritt. Wenn andererseits der Neigungswinkel 10 Grad übersteigt, können selbst dann, wenn die Pfeiler 4b eine starke elastische Verformung erfahren, mehrere Probleme auftreten, zu welchen die Schwierigkeit, eine ausreichende Menge des Schmiermittels aus den Schmiermittelspeichern 4b12 und 4b22 zuzuführen bzw. nachzufüllen, oder die Schwierigkeit, die Schmiermittelspeicher 4b12 und 4b22 in dem begrenzten Bereich auszubilden, der auf jedem Pfeiler zur Verfügung steht, zählen. Also ist es weniger wahrscheinlich, dass derartige Probleme auftreten, wenn der Neigungswinkel der Schmiermittelspeicher 4b12 und 4b22 auf einen Bereich von 2 bis 10 Grad festgelegt wird.
Die anderen konstruktiven Elemente und Wirkungen der neunten Ausführungsform sind so, wie sie in der achten Ausführungsform beschrieben wurden; daher tragen die konstruktiven Elemente, die beide Ausführungsformen gemeinsam haben, in den 20(a) und 20(b) die gleichen Bezugszeichen, und auf die Teile der Beschreibung, die eine Wiederholung darstellen, wurde verzichtet.
Bei einem Käfig 4 nach einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie er in 21(a) und 21(b) dargestellt ist, sind die Außenumfangsenden der ersten Schmiermittelspeicher 4b12 jedes Pfeilers 4b von der Spitze des Pfeilers 4b zur Basis so ausgebildet, dass sie zum Innendurchmesser geneigt sind. In diesem Fall kann die gerade Nut, die als zweiter Schmiermittelspeicher 4b22 wirkt, entgegengesetzt zu der Richtung der Neigung des Pfeilers 4b zur Mittelachse Z, die auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler 4b eine elastische Verformung erfährt, geneigt sein. Die anderen konstruktiven Elemente und Wirkungen der zehnten Ausführungsform sind so, wie sie in der achten Ausführungsform beschrieben wurden; daher tragen die konstruktiven Elemente, die beide Ausführungsformen gemeinsam haben, in den 21(a) und 21(b) die gleichen Bezugszeichen, und auf die Teile der Beschreibung, die eine Wiederholung darstellen, wurde verzichtet.
Bei einem Käfig 4 nach einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie er in 22 dargestellt ist, sind die Seitenflächen in Umfangsrichtung der ersten Schmiermittelspeicher 4b12 jedes Pfeilers 4b als geneigte Flächen ausgebildet, die sich zur Umfangsrichtungsmittellinie r2 des Pfeilers 4b neigen. In diesem Fall können die geraden Nuten, die als zweite Schmiermittelspeicher 4b22 dienen, und die Außenumfangsseitenkanten 4b15 der ersten Schmiermittelspeicher 4b12 entgegengesetzt zu der Richtung der Neigung des Pfeilers 4b zur Mittelachse Z, die auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler 4b eine elastische Verformung erfährt, geneigt sein. Diese elfte Ausführungsform kann mit der zehnten Ausführungsform kombiniert werden. Die anderen konstruktiven Elemente und Wirkungen der elften Ausführungsform sind so, wie sie in der achten Ausführungsform beschrieben wurden; daher tragen die konstruktiven Elemente, die beide Ausführungsformen gemeinsam haben, in 22 die gleichen Bezugszeichen, und auf die Teile der Beschreibung, die eine Wiederholung darstellen, wurde verzichtet.
Bei der oben beschriebenen siebten bis elften Ausführungsform ist die Führungsmethode der Käfige nicht auf Wälzkörperführung beschränkt, sondern es kann auch eine Außenringführung oder Innenringführung Anwendung finden. Mit anderen Worten: Die vorliegende Erfindung schreibt keine bestimmte Führungsmethode vor. Darüber hinaus zeigt 16 ein Beispiel eines zweireihigen Zylinderrollenlagers des NN-Typs, aber die vorliegende Erfindung kann in gleicher Weise bei Lager des NNU-Typs oder eines anderen Typs von zweireihigen Zylinderrollenlagern Anwendung finden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung bei zweireihigen Zylinderrollenlagem beschränkt und kann in gleicher Weise bei einreihigen Zylinderrollenlagem und mehrreihigen Zylinderrollenlagern Anwendung finden.
Außerdem waren bei der oben beschriebenen siebten bis elften Ausführungsform die ersten Schmiermittelspeicher 4b12 (und vorzugsweise auch die zweiten Schmiermittelspeicher 4b22) in allen Pfeilern 4b ausgebildet, die sich einstückig und durchgehend von dem ringförmigen Abschnitt 4a axial erstrecken, aber es können auch alternative Konstruktionen verwendet werden, bei denen die ersten Schmiermittelspeicher 4b12 (und vorzugsweise auch die zweiten Schmiermittelspeicher 4b22) in jedem zweiten, dritten, etc. Pfeiler 4b ausgebildet sind.

Claims

Zylinderrollenlager mit einem Innenring (1), einem Außenring (2), mehreren Zylinderrollen (3), die zwischen dem Innenring und dem Außenring frei drehbar angeordnet sind, und mit einem Käfig (4) aus Kunstharz, wobei der Käfig einen ringförmigen Abschnitt (4a) aufweist, mehrere Pfeiler (4b), die sich in einer axialen Richtung von einer Innenfläche (4a1) des ringförmigen Abschnitts erstrecken, und mehrere Taschen (4c), die zwischen in Umfangsrichtung der Pfeiler weisende Seitenflächen (4b1) ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung benachbart angeordnet sind, und die die Zylinderrollen frei drehbar halten, wobei die Seitenflächen (4b1) an einem inneren Umfangsabschnitt des axialen Basisendes (4b14) einen Rollenführungsabschnitt (4b11) aufweisen, der als Kreisbogenfläche ausgebildet ist, die auf die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle folgt, und der die Rollkontaktfläche der Zylinderrolle führt, wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler (4b) während der Rotation eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt, und wobei die Seitenflächen (4b1) am inneren Umfangsabschnitt des axialen Spitzenendes einen Abrollabschnitt (4b12) aufweisen, der weiter in Richtung der Umfangsmitte des Pfeilers (4b) ausgespart ist als der Rollenführungsabschnitt (4b11) und verhindert, dass ein radialer Kontaktdruck mit der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle auftritt, wenn die während der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft bewirkt, dass der Pfeiler (4b) eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfährt.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 1, bei dem die axiale Länge (L1) des Abrollabschnitts zwischen 10 und 35% der axialen Länge (Td) der Zylinderrolle beträgt.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 1, bei dem eine Linie, die eine Startposition des Abrollabschnitts (4b12) in radialer Richtung und eine Mitte der Tasche verbindet, auf der Innendurchmesserseite einen Winkel θ von 20 Grad oder weniger zur Tangente des Taschen-Wälzkreisdurchmessers an der Taschenmitte bildet.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 1, bei dem die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts (4b12) als gerade Fläche ausgebildet ist, die zu einer Umfangsrichtungsmittellinie des Pfeilers (4b) parallel ist.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 1, bei dem die Seitenfläche in Umfangsrichtung des Abrollabschnitts (4b12) als geneigte Fläche ausgebildet ist, wobei die Neigung in Richtung der Umfangsrichtungsmittellinie des Pfeilers (4b) geht.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 1, mit einem Innenring (1), einem Außenring (2), mehreren Zylinderrollen (3), die zwischen dem Innenring und dem Außenring frei drehbar angeordnet sind, und mit einem Paar dieser Käfige (4) aus Kunstharz, wobei die axiale Länge (Ta) des ringförmigen Abschnitts (4a) jedes Käfigs auf einen Wert zwischen 30 und 40% der axialen Länge (Td) der Zylinderrollen festgelegt ist, um die Stützsteifigkeit zu verbessern und eine übermäßig große elastische Verformung an der Unterseite jedes Pfeilers (4) zu vermeiden.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 6, bei dem die axiale Länge (Tb) der Pfeiler (4b) des Käfigs auf einen Wert zwischen 65 und 75% der axialen Länge (Td) der Zylinderrollen (3) festgelegt ist.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 6, bei dem ein abgeschrägter Bereich (1d, 2b) in axialer Richtung auf der Außenseite der Laufrille des Innenrings (1) und/oder des Außenrings (2) ausgebildet ist, über die die Zylinderrolle (3) rollt, und der gesamte Bereich der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle sich axial innerhalb der Position der Grenze zwischen der Laufrille und dem abgeschrägten Bereich befindet.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 8, bei dem der abgeschrägte Bereich (1d, 2b) in einem Neigungswinkel α von 10 bis 30° relativ zur der zylindrischen Fläche, die durch die Laufrille (1a, 2a) gebildet wird, ausgebildet ist.
Zylinderrollenlager mit einem Innenring (1), einem Außenring (2), mehreren Zylinderrollen (3), die zwischen dem Innenring und dem Außenring frei drehbar angeordnet sind, und mit einem Käfig (4) aus Kunstharz, wobei der Käfig einen ringförmigen Abschnitt (4a) aufweist, mehrere Pfeiler (4b), die sich in einer axialen Richtung von einer Innenfläche (4a1) des ringförmigen Abschnitts (4a) erstrecken, und mehrere Taschen, die zwischen in Umfangsrichtung der Pfeiler weisenden Seitenflächen (4b1) ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung benachbart angeordnet sind, und die die Zylinderrollen frei drehbar halten, wobei die Seitenflächen (4b1) eine Kreisbogenfläche aufweisen, die der Rollkontaktfläche der Zylinderrolle (3) folgt, und wobei die inneren Umfangsabschnitte des Spitzenendes der Seitenflächen (4b1) zum Zweck des Kontakts mit der Zylinderrolle während der durch die Zentrifugalkraft bewirkten elastischen Verformung des Pfeilers einen Abrollabschnitt (4b12) aufweisen, und dieser Abrollabschnitt (4b12) einen ersten Schmiermittelspeicher aufweist, und wobei der Abrollabschnitt (4b12) als Vertiefung vorliegt, die an der Spitze nach axial außen und am Innenumfangsende nach radial innen offen ist.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 10, mit einem zweiten Schmiermittelspeicher, der an der äußeren Umfangsseite abseits von dem Abrollabschnitt (4b12) positioniert ist.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 11, bei dem der erste Schmiermittelspeicherabschnitt an der inneren Umfangsseite eines Taschen-Wälzkreisdurchmessers, der durch die Mitte der Tasche läuft, und der zweite Schmiermittelspeicher an der äußeren Umfangsseite des Taschen-Wälzkreisdurchmessers ausgebildet ist.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 11, bei dem der zweite Schmiermittelspeicherabschnitt (4b22) als Nut ausgebildet ist, die sich in axialer Richtung erstreckt.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 13, bei dem der zweite Schmiermittelspeicherabschnitt (4b22) in einer geraden Linie ausgebildet ist, von einem Bereich ein Stück weit über die axiale Richtung des Pfeilers zur Spitze.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 14, bei dem der zweite Schmiermittelspeicher (4b22) so ausgebildet ist, dass die Länge der Nut auf einen Wert zwischen 40 und 60% der axialen Länge (Td) der Zylinderrolle, die Tiefe der Nut auf einen Wert zwischen 2 und 8% des Durchmessers der Zylinderrolle und die Breite der Nut auf einen Wert zwischen 10 und 15% des Durchmessers der Zylinderrolle festgelegt ist.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 14, bei dem der zweite Schmiermittelspeicher (4b22) so ausgebildet ist, dass er sich entgegengesetzt zu der Richtung der Neigung der Pfeiler (4b) relativ zur Mittelachse neigt, die auftritt, wenn die Pfeiler (4b) aufgrund der Zentrifugalkraft eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 14, bei dem der Neigungswinkel der geneigten geraden Nut (4b22) des zweiten Schmiermittelspeichers auf einen Wert zwischen 2 und 10 Grad festgelegt ist.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 16, bei dem eine Außenumfangskante (4b15) des ersten Schmiermittelspeichers mit einer Neigung ausgebildet ist, die der Richtung der Neigung der Pfeiler (4b) relativ zur Mittelachse entgegengesetzt ist, welche auftritt, wenn die Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Pfeiler (4b) eine nach außen gerichtete elastische Verformung erfahren.
Zylinderrollenlager nach Anspruch 18, bei dem der Neigungswinkel der geneigten geraden Außenumfangskante (4b15) des ersten Schmiermittelspeichers auf einen Wert zwischen 2 und 10 Grad festgelegt ist.
Zylinderrollenlager nach einem der Ansprüche 1 und 10, bei dem die Rollen (3) in mehreren Reihen angeordnet sind und jede Reihe einzeln durch den Käfig gehalten wird.