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[Technisches Gebiet]
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Aufbau zum Tragen einer drehenden Welle durch ein geteiltes Wälzlager, bei dem ein Innenring quer zur Laufrichtung geteilt ist.
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[Stand der Technik]
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In einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, der für Fahrzeuge wie Automobile oder für Außenbordmotoren verwendet wird, wurde herkömmlich ein Zapfenabschnitt durch ein Gleitlager drehbar gelagert. Da das Gleitlager jedoch eine große Menge an Schmieröl bereitstellen muss und eine spezielle Ölzufuhreinrichtung benötigt, erhöht sich das Fahrzeuggewicht. Daher wurden in den letzten Jahren Anstrengungen unternommen, das Fahrzeuggewicht zu verringern, indem die Ölzufuhrvorrichtung durch Austausch des Gleitlagers gegen ein Wälzlager überflüssig gemacht wurde.
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Weil sich Zapfenabschnitte der Kurbelwelle in einer Position befinden, in der sie in Axialrichtung zwischen den Kurbelarmen liegen, kann das ringförmige Wälzlager nicht unverändert montiert werden. Daher wird ein geteiltes Wälzlager verwendet, das in Umfangsrichtung zweigeteilt ist (siehe Patentliteratur 1 und 2).
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Geteilte halbkreisförmige Wälzlager sind auf beiden Seiten des Zapfenabschnitts montiert, der in radialer Richtung zwischen ihnen liegt. Das halbkreisförmige Wälzlager ist an einem Innenumfang eines Gehäuses einstückig montiert und befestigt. Auf dem Außenumfang des Zapfenabschnitts wird durch Induktionshärtung eine gehärtete Schicht gebildet, dann wird ein Schleifvorgang durchgeführt, und es entsteht eine innere Lauf- bzw. Wälzfläche des geteilten Wälzlagers. Auf diese Weise kann sich die Kurbelwelle frei um die Zapfenabschnitte drehen.
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[Literatur zum Stand der Technik]
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[Patentliteratur]
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- [Patentliteratur 1] JP 2007-139 153 A
- [Patentliteratur 2] JP 2012-225 426 A
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[Kurze Erläuterung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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In dem geteilten Wälzlager gemäß Patentliteratur 1 und 2 rollt ein Wälzkörper direkt auf der Außenumfangsfläche des Zapfenabschnitts. Um den Zapfenabschnitt als Laufbahnfläche des Wälzlagers zu verwenden, muss die Härte der Oberfläche auf etwa 60 HRC oder höher gebracht werden. Da die durch Warmschmieden hergestellte Kurbelwelle jedoch einen relativ niedrigen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,3% bis 0,5% hat, ist es schwierig, die Oberflächenhärte zu erhöhen.
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Daher ist es wünschenswert, die Lebensdauer des Wälzlagers durch die Montage eines von der Kurbelwelle getrennten Innenrings mit ausreichender Härte am Außenumfang des Zapfenabschnitts sicherzustellen. Gleichzeitig wird der Innenring in Umfangsrichtung ähnlich wie der Außenring zweigeteilt und auf beiden Seiten des Zapfenabschnitts montiert, der in radialer Richtung zwischen den Teilen liegt.
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Aber selbst in einem Fall, in dem der geteilte Innenring so festgelegt ist, dass der Bohrungsdurchmesser im montierten Zustand kleiner als der Außendurchmesser des Zapfenabschnitts ist, tritt auf den in Umfangsrichtung einander zugewandten Teilungsebenen ein Abstand auf, und es ist nicht möglich, den Außenumfang des Zapfenabschnitts mit einem geringen Spiel bzw. spaltfrei zu montieren. Wenn sich die Kurbelwelle dreht, kann sich daher der Innenring in Umfangsrichtung drehen. Wenn sich die Trennebene des Innenrings in den Lastbereich des Wälzlagers bewegt, können abnorme Geräusche auftreten, wenn der Wälzkörper durch den Abschnitt läuft, in dem der Abstand vorliegt.
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Wie in 5 dargestellt wird, kann als eine Einrichtung zum Verhindern des Drehens des Innenrings 51 um den Zapfenabschnitt 52 ein Verfahren zur Aufnahme eines Stiftes 53, der radial durch den Innenring 51 und den Zapfenabschnitt 52 hindurchgeht, oder zur Aufnahme eines (nicht gezeigten) Keils auf einer Montagefläche zwischen dem Innenring 51 und dem Zapfenabschnitt 52 in Betracht gezogen werden. Wenn der Stift 53 eingebaut wird, öffnet sich das Loch 54, durch das der Stift 53 eingeführt wird, zum Außenumfang des Innenrings 51. Da beim Verbrennungsmotor eine starke Forderung zur Gewichtsreduzierung besteht und die radiale Dicke des Innenrings 51 gering ist, können der Stift 53 und der Keil zum Außenumfang des Innenrings 51 vorstehen. Daher muss der Wälzkörper 55 entfernt von der Bohrung 54 oder dem Keil rollen, durch die der Stift 53 eingeführt wird, und die axiale Länge der inneren Laufbahnfläche, an der der Wälzkörper 55 und der Innenring 51 einander berühren, wird kürzer. Daraus ergibt sich das Problem, dass die Tragfähigkeit des Wälzlagers verringert und die Lebensdauer des Lagers verkürzt wird.
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Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Drehung eines Innenrings und das Auftreten abnormer Geräusche zu verhindern und gleichzeitig eine Lebensdauer des Wälzlagers zu gewährleisten, selbst wenn ein geteiltes Wälzlager verwendet wird, bei dem ein Innenring in Umfangsrichtung geteilt ist.
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[Lösung des Problems]
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Wellenelement in einem Lagertragaufbau, in dem ein Wälzlager an einem äußeren Umfang eines drehbaren Wellenelements angebracht ist, das in zwei Teile in einer Umfangsrichtung geteilt ist, einen zylindrischen Wellenabschnitt, und eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche liegen einander mit dem Wellenabschnitt dazwischen in einer Axialrichtung gegenüber, und verlaufen in einer im Wesentlichen radialen Richtung. Mindestens entweder die erste Seitenfläche oder die zweite Seitenfläche ist relativ zu einer Ebene geneigt, die auf einer Mittelachse des Wellenelements senkrecht steht. Das geteilte Wälzlager umfasst einen Innenring mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form, eine an einem Außenumfang ausgebildete innere Lauffläche und eine erste und eine zweite Stirn- bzw. Endfläche, die sich an beiden axialen Enden im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken und in Umfangsrichtung zweigeteilt sind, einen radial außerhalb des Innenrings angeordneten Außenring mit einer am Innenumfang ausgebildeten äußeren Lauffläche, der in Umfangsrichtung zweigeteilt ist, und zahlreiche Wälzkörper, die zwischen der inneren Lauffläche und der äußeren Lauffläche angeordnet sind. Der Innenring ist in einen Außenumfang des Wellenabschnitts so eingebaut, dass die erste Stirnfläche und die erste Seitenfläche einander in Axialrichtung gegenüberliegen, und die zweite Stirnfläche und die zweite Seitenfläche einander in Axialrichtung gegenüberliegen. Eine Drehung des Innenrings relativ zum Wellenabschnitt wird verhindert, indem die erste Stirnfläche in der gleichen Richtung wie die erste Seitenfläche und die zweite Stirnfläche in der gleichen Richtung wie die zweite Seitenfläche geneigt gebildet wird.
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[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
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Nach dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, auch bei Verwendung des geteilten Wälzlagers, bei dem der Innenring in Umfangsrichtung geteilt ist, die Drehung des Innenrings und das Auftreten des abnormen Geräusches zu verhindern und gleichzeitig die Lebensdauer des Wälzlagers sicherzustellen.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist ein Axialschnitt, der einen Aufbau einer Kurbelwelle zeigt, in die ein geteiltes Wälzlager einer ersten Ausführungsform eingebaut ist.
- [2] 2 ist ein vergrößerter Axialschnitt eines Kurbelzapfenabschnitts.
- [3] 3(a) ist ein Axialschnitt durch ein geteiltes Wälzlager, und 3(b) ist eine Vorderansicht aus axialer Richtung.
- [4] 4 ist ein Schnitt in einer Richtung senkrecht zu einer Drehachse des Zapfenabschnitts, der in 1 durch einen Pfeil J gekennzeichnet ist.
- [5] 5 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für einen herkömmlichen Drehanschlag zeigt.
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[Erläuterung der Ausführungsformen]
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Eine Ausführungsform eines geteilten Wälzlagers nach der vorliegenden Erfindung wird anhand der Figuren ausführlich beschrieben. Bild 1 ist ein Axialschnitt, der den Aufbau einer Kurbelwelle 30 (eines Wellenteils) zeigt, bei der ein geteiltes Wälzlager 10 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Die Kurbelwelle 30 ist ein Bauteil, das in einen Verbrennungsmotor wie z.B. in einen Außenbordmotor oder in einem Automobil eingebaut ist und die hin- und hergehende Bewegung der Kolben 31 in eine Drehbewegung umsetzt. In der nachstehenden Beschreibung wird eine Richtung einer Mittelachse m der Kurbelwelle 30 als Axialrichtung, eine zur Axialrichtung orthogonale bzw. senkrechte Richtung als Radialrichtung und eine Richtung um die Mittelachse m als Umfangsrichtung bezeichnet.
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Die Kurbelwelle 30 wird durch Warmschmieden eines Kohlenstoffstahls oder legierten Stahls mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,3 % bis 0,5 % hergestellt und ist einstückig mit mehreren Lagerzapfen- bzw. kurz Zapfenabschnitten 32 (Wellenabschnitten), mehreren Pleuellagerabschnitten bzw. Pleuelabschnitten 33 und mehreren Kurbelarmen 34 ausgebildet, die die Zapfenabschnitte 32 und die Pleuelabschnitte 33 verbinden. Bei der Kurbelwelle 30 in 1 sind die Zapfenabschnitte 32 an fünf Positionen in Axialrichtung und die Pleuelabschnitte 33 an vier Positionen in der Axialrichtung ausgebildet.
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Nach dem Schmieden werden die Zapfenabschnitte 32 durch einen Dreh- und einen Schleifvorgang am Außenumfang jedes Zapfenabschnitts nach dem Schmieden zu koaxialen zylindrischen Formen fertigbearbeitet. Ein geteiltes Wälzlager 10 wird in den Außenumfang jedes Zapfenabschnitts 32 eingebaut, und die Kurbelwelle 30 kann sich um den Zapfenabschnitt 32 drehen.
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Jeder Pleuelabschnitt 33 ist parallel zur Mittelachse m an einer in radialer Richtung exzentrisch zum Zapfenabschnitt 32 angeordneten Stelle vorgesehen und wird nach dem Schmieden durch einen Dreh- und Schleifvorgang an jedem Außenumfang zu einer zylindrischen Form fertigbearbeitet.
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Jeder Pleuelabschnitt 33 ist über eine Pleuelstange 41 mit dem Kolben 31 verbunden. Im Verbrennungsmotor werden durch periodische Explosionsverbrennung von Kraftstoff wie Benzin die Kolben 31 verschoben, die Pleuelabschnitte 33 werden in Umfangsrichtung beaufschlagt und die Kurbelwelle 30 dreht. Da in diesem Moment wiederholt eine große Last auf den Pleuelabschnitt 33 und den Zapfenabschnitt 32 wirkt, wird an der äußeren Umfangsfläche sowohl des Bolzenteils als auch des Zapfenabschnitts eine Induktionshärtung durchgeführt und die Dauerfestigkeit sichergestellt.
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Als Nächstes wird der Aufbau des Zapfenabschnitts 32 genau beschrieben. Da der Aufbau jedes Zapfenabschnitts 32 der Kurbelwelle 30 gleich ist, wird beispielhaft der mit dem Bezugszeichen J bezeichnete Zapfenabschnitt 32 in 1 beschrieben. 2 ist ein Axialschnitt durch den Zapfenabschnitt 32, in den das geteilte Wälzlager 10 eingebaut ist. Der Einfachheit halber wird die linke Seite von 2 als (die) „eine Seite in der Axialrichtung“ und die rechte Seite von 2 als „die andere Seite in der Axialrichtung“ bezeichnet. In 2 wird der Kurbelarm 34 auf der linken Seite des Zapfenabschnitts 32 als ein „erster Kurbelarm 34a“ und der rechte Kurbelarm 34 als ein „zweiter Kurbelarm 34b“ bezeichnet.
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Ein erster Flanschabschnitt 35, der in Axialrichtung zum Zapfenabschnitt 32 vorsteht, ist an einer Seitenfläche des ersten Kurbelarms 34a auf der anderen Seite in Axialrichtung ausgebildet. Die Außenumfangsfläche 36 des ersten Flanschabschnitts 35 ist eine zylindrische Fläche koaxial zum Zapfenabschnitt 32, und ihr Außendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser des Zapfenabschnitts 32. Die Außenumfangsfläche 36 des ersten Flanschabschnitts 35 ist mit der Außenumfangsfläche 42 des Zapfenabschnitts 32 durch eine erste Seitenfläche 37 verbunden, die sich im Wesentlichen in Radialrichtung an einem Endabschnitt auf der anderen Seite in Axialrichtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Seitenfläche 37 in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse m ausgebildet.
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Ein zweiter Flanschabschnitt 38, der in Axialrichtung zum Zapfenabschnitt 32 hin vorsteht, ist an einer Seitenfläche des zweiten Kurbelarms 34b auf der einen Seite in Axialrichtung ausgebildet. Der zweite Flanschabschnitt 38 hat eine zylindrische Form koaxial zum Zapfenabschnitt 32, und der Außendurchmesser ist gleich dem des ersten Flanschabschnitts 35 und größer als der Außendurchmesser des Zapfenabschnitts 32. Die Außenumfangsfläche 39 des zweiten Flanschabschnitts 38 ist mit der Außenumfangsfläche 42 des Zapfenabschnitts 32 durch eine zweite Seitenfläche 40 verbunden, die sich im Wesentlichen in Radialrichtung an einem Endabschnitt auf der einen Seite in Axialrichtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführung ist die zweite Seitenfläche 40 in einer Ebene ausgebildet, die relativ zu einer zur Mittelachse m orthogonalen Ebene geneigt ist.
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Der Neigungswinkel θ relativ zu einer zur Mittelachse m der zweiten Seitenfläche 40 orthogonalen Ebene weist einen sehr kleinen Wert auf. In 2 wird die Neigung der zweiten Seitenfläche 40 gegenüber der tatsächlichen Neigung übertrieben dargestellt, um den geneigten Zustand der zweiten Seitenfläche 40 zu verdeutlichen.
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Wenn der Punkt, an dem die zweite Seitenfläche 40 dem zweiten Kurbelarm 34b am nächsten liegt, der Punkt B1 und der vom zweiten Kurbelarm 34b am weitesten entfernte Punkt der Punkt B2 ist, wird der Betrag der Positionsverschiebung s zwischen dem Punkt B1 und dem Punkt B2 in Axialrichtung vorzugsweise auf 1 Millimeter oder weniger festgelegt.
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Zur Vereinfachung der nachstehenden Beschreibung werden die Punkte auf der ersten Seitenfläche 37, die dem Punkt B1 und dem Punkt B2 in Axialrichtung gegenüberliegen, jeweils als Punkte A1 bzw. A2 definiert.
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3 zeigt den Aufbau des geteilten Wälzlagers 10, wobei 3(a) ein Axialschnitt des geteilten Wälzlagers 10 ist, und 3(b) eine Draufsicht aus axialer Richtung ist. In 3(a) wird ähnlich wie in 2 die linke Seite der Abbildung als die „eine Seite in der Axialrichtung“ bezeichnet, und die rechte Seite der Abbildung wird als „die andere Seite in der Axialrichtung“ beschrieben.
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Das geteilte Wälzlager 10 ist ein Nadellager und umfasst einen Außenring 11, einen Innenring 13, mehrere Nadelrollen 15 als Wälzkörper und einen Käfig 16. Der Außenring 11, der Innenring 13 und der Käfig 16 sind jeweils in Umfangsrichtung in zwei Teile geteilt, und der Außenring 11, der Innenring 13 und der Käfig 16 sind in 3(b) radial voneinander getrennt.
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Der Außenring 11 ist aus kohlenstoffreichem Stahl wie z.B. Wälzlagerstahl gefertigt. Wenn zwei in Umfangsrichtung in zwei Abschnitte aufgeteile Elemente (nachstehend jeweils als „ein Außenringstück 11a“ bezeichnet) zusammengebaut werden, weisen die Elemente insgesamt eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, und die Außenumfangsfläche 17 bildet eine einzige zylindrische Fläche. Eine Außenlauffläche 12, auf der die Nadelrollen 15 über den gesamten Umfang abrollen, wird am Innenumfang gebildet. Die Außenlauffläche 12 weist eine zylindrische Form auf, die koaxial zur äußeren Umfangsfläche 17 ist. Am Innenumfang des Außenrings 11 sind Flansche 18, 18 mit einem kleineren Durchmesser als die Außenlauffläche 12 ausgebildet. Die Flansche 18, 18 stehen auf beiden Außenseiten der Außenlauffläche 12 in Axialrichtung radial nach innen vor.
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Die Nadelrollen 15 werden von den Flanschen 18, 18 geführt, um in Umfangsrichtung zu rollen. Die äußere Umfangsfläche 17 und die äußere Laufbahnfläche 12 werden nach dem Abschrecken des Außenrings 11 durch Schleifen endbearbeitet.
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Der Innenring 13 ist aus kohlenstoffreichem Stahl wie z.B. Lagerstahl gefertigt. Zwei in Umfangsrichtung in zwei Teile gespaltene Elemente (nachstehend als „Innenringstück 13a“ bezeichnet) weisen zusammen eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, und die innere Umfangsfläche 19 bildet eine einzige zylindrische Fläche, und eine Innenlauffläche 14, auf der die Nadelrollen 15 über den gesamten Umfang abrollen, ist am äußeren Umfang in Axialrichtung mittig ausgebildet. Die innere Laufbahnfläche 14 weist eine zylindrische Form koaxial zur inneren Umfangsfläche 19 auf. Die innere Umfangsfläche 19 und die innere Lauffläche 14 werden nach dem Abschrecken des Innenrings 13 durch Schleifen endbearbeitet.
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Der Innenring 13 weist eine erste Stirnfläche 21 auf, die den Innenumfang mit dem Außenumfang in Radialrichtung an einem Endabschnitt auf einer Seite in der Axialrichtung verbindet, und eine zweite Stirnfläche 22, die den Innenumfang und den Außenumfang im Wesentlichen in Radialrichtung an einem Endabschnitt auf der anderen Seite in Axialrichtung verbindet. Die erste Stirnfläche 21 ist in der gleichen Richtung wie die erste Seitenfläche 37 und die zweite Stirnfläche 22 ist in der gleichen Richtung wie die zweite Seitenfläche 40 ausgebildet. Gleiche Richtung bedeutet, dass die Richtungen der Flächennormalen einander gleich sind. Das heißt, die erste Stirnfläche 21 ist in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse m ausgebildet. Die zweite Stirnfläche 22 ist relativ zu einer Ebene senkrecht zur Mittelachse m leicht geneigt. Der Neigungswinkel φ der zweiten Stirnfläche 22 relativ zur Ebene senkrecht zur Mittelachse m ist gleich dem Neigungswinkel θ der zweiten Seitenfläche 40, die den zweiten Flanschabschnitt 38 der Kurbelwelle 30 bildet.
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In 3(a) ist der Neigungswinkel φ der zweiten Stirnfläche 22 gegenüber der tatsächlichen Neigung übertrieben dargestellt, um den geneigten Zustand der zweiten Stirnfläche 22 zu verdeutlichen.
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Der Innenring 13 ist auf dem Außenumfang des Zapfenabschnitts 32 zwischen der ersten Seitenfläche 37 und der zweiten Seitenfläche 40 montiert. Die axiale Länge des Innenrings 13 wird relativ zu den axialen Abmessungen der ersten Seitenfläche 37 und der zweiten Seitenfläche 40 wie folgt festgelegt.
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Wie in 3(a) dargestellt wird, sind die Punkte, an denen die erste Stirnfläche 21 und die zweite Stirnfläche 22 in Axialrichtung am weitesten voneinander entfernt sind, jeweils ein Punkt a1 und der Punkt b1, und die Punkte, an denen die erste Stirnfläche 21 und die zweite Stirnfläche 22 in Axialrichtung am nächsten beieinander liegen, sind jeweils ein Punkt a2 und ein Punkt b2. Die Abmessung zwischen dem Punkt a1 und dem Punkt b1 ist gleich der oder etwas kleiner als die Abmessung zwischen dem Punkt A1 auf der ersten Seitenfläche 37 und dem Punkt B1 auf der zweiten Seitenfläche 40 und ist größer als die Abmessung zwischen dem Punkt A2 und dem Punkt B2. Die Abmessung zwischen dem Punkt a2 und dem Punkt b2 ist gleich der oder geringfügig kleiner als die Abmessung zwischen dem Punkt A2 und dem Punkt B2.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Innenring 13 in Umfangsrichtung durch den Punkt b1 oder den Punkt b2 und eine die Mittelachse m einschließende Ebene (Teilungsebene) geteilt. Es reicht aus, dass der Innenring 13 durch eine die Mittelachse m einschließende Ebene in zwei Teile geteilt wird, und die Richtung der Teilungsebene ist nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann die Teilungsebene eine Teilungsebene sein, die eine Mittelachse m einschließt und senkrecht zur Teilungsebene der vorliegenden Ausführungsform ist.
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Die Nadelrollen 15 weisen eine zylindrische Form auf und sind aus einem Stahlwerkstoff wie Wälzlagerstahl hergestellt. Im geteilten Wälzlager 10 ist der Außenring 11 in der Radialrichtung koaxial außerhalb des Innenrings 13 angeordnet, und zwischen dem Außenring 11 und dem Innenring 13 sind mehrere Nadelrollen 15 angeordnet, deren Achsen in die gleiche Richtung wie die Mittelachse m ausgerichtet sind.
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Der Käfig 16 weist eine dünne zylindrische Form auf und besteht aus einem Kunstharzmaterial wie Polyamid oder einer dünnen Kohlenstoffstahlplatte. Der Käfig 16 umfasst mehrere (nicht gezeigte) Löcher, die in Radialrichtung eingetieft sind und als „Taschen“ bezeichnet werden. Die Taschen sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen, und die Nadelrollen 15 sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet, indem sie in den jeweiligen Taschen untergebracht sind.
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4 ist eine Schnittdarstellung des Zapfenabschnitts 32 entlang der Linie X-X, die in 1 durch den Pfeil J in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse m gezeigt ist. Zusätzlich sind die Positionen der benachbarten Pleuelabschnitte 33 (in 1 mit Bezugszeichen (J) bezeichnet) durch gestrichelte Linien dargestellt. Der Montagezustand und die Wirkung des Einsatzes des geteilten Wälzlagers 10 werden, gegebenenfalls unter Bezugnahme auf die 2 und 3, anhand von 4 beschrieben.
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Wie in 4 dargestellt ist, wird das in zwei Abschnitte geteilte Wälzlager 10 (vgl. 3(b)) von beiden Seiten in Radialrichtung an den Zapfenabschnitt 32 montiert.
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Bei der Montage des geteilten Wälzlagers 10 werden zunächst die beiden geteilten Innenringstücke 13a, 13a angebracht, dann werden die Außenringstücke 11a, 11a, in denen die Nadelrollen 15 und der Käfig 16 eingebaut sind, am Innenumfang montiert.
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Der Innenring 13 ist so eingebaut, dass die erste Stirnfläche 21 in Axialrichtung der ersten Seitenfläche 37 des ersten Flanschabschnitts 35 und die zweite Stirnfläche 22 in Axialrichtung der zweiten Seitenfläche 40 des zweiten Flanschabschnitts 38 gegenüberliegt, und die Neigungsrichtungen der zweiten Stirnfläche 22 und der zweiten Seitenfläche 40 zusammenfallen (siehe 2). Gleichzeitig ist der Innenring 13 in einer Richtung montiert, in der der Punkt b1 der zweiten Stirnfläche 22 und der Punkt B1 des zweiten Flanschabschnitts 38 zusammenfallen (siehe 3).
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Der Bohrungsdurchmesser des integriert montierten Innenrings 13 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des Zapfenabschnitts 32. Daher werden beim Zusammenbau der beiden geteilten Innenringstücke 13a, 13a die Innenringstücke 13a, 13a radial unter Druck gesetzt und montiert. Wenn der Innenring 13 auf dem Außenumfang des Zapfenabschnitts 32 montiert ist, entsteht somit kein radiales Spiel zwischen dem Innenring 13 und der Außenumfangsfläche 42 des Zapfenabschnitts 32.
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Anschließend werden die Außenringstücke 11a mit den Nadelrollen 15 und dem Käfig 16 zusammengebaut, wodurch das geteilte Wälzlager 10 am Zapfenabschnitt 32 montiert ist. Das geteilte Wälzlager 10 wird an einem (nicht gezeigten) Motorblock befestigt, indem es in radialer Richtung zwischen einem oberen Gehäuse 44, das einstückig mit dem Motorblock ausgebildet ist, und einem unteren Gehäuse 45 liegt, das auf einer Seite einer (nicht gezeigten) Ölwanne vorgesehen ist.
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Das obere Gehäuse 44 und das untere Gehäuse 45 weisen je eine halbkreisförmige Innenumfangsfläche 46 auf, und wenn sie wie in 4 gezeigt montiert sind, ist ihre Innenumfangsfläche 46 eine zylindrische Fläche mit einem Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des Außenrings 11 des geteilten Wälzlagers 10. Durch Befestigen des unteren Gehäuses 45 am oberen Gehäuse 44 über Schrauben 47, 47 wird das geteilte Wälzlager 10 in den beiden Gehäusen 44, 45 fixiert.
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Wird das geteilte Wälzlager 10 wie in 4 gezeigt montiert, ist der Durchmesser, der durch die inneren Umlaufflächen der Nadelrollen 15 gebildet wird, wenn sie auf dem Außenring 12 laufen, etwas kleiner als der Durchmesser der inneren Laufbahnfläche 14 des Innenrings 13. Wenn sich der Innenring 13 zusammen mit dem Zapfenabschnitt 32 dreht, laufen die Nadelrollen 15 um die Mittelachse m um, während sie zwischen der äußeren Laufbahnfläche 12 und der inneren Laufbahnfläche 14 rollen. Auf diese Weise kann sich die Kurbelwelle 30 um jeden Zapfenabschnitt 32 als Drehachse drehen. Die Mittelachse m fällt mit der Mittelachse des Zapfenabschnitts 32 zusammen.
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Als Nächstes wird eine Wirkung des Verhinderns der Drehung des Innenrings 13 durch die Lagertragkonstruktion unter Verwendung des geteilten Wälzlagers 10 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Der Innenring 13 ist so eingebaut, dass der Punkt b1 der zweiten Stirnfläche 22 auf den Punkt B1 des zweiten Flanschabschnitts 38 fällt, und die Neigungsrichtungen der zweiten Stirnfläche 22 und der zweiten Seitenfläche 40 zusammenfallen. Die erste Seitenfläche 37 des ersten Flanschabschnitts 35 und die erste Stirnfläche 21 des Innenrings 13 sind beide in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse m ausgebildet, und ihre Oberflächen berühren einander.
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Der größte Wert der axialen Länge des Innenrings 13 (das Maß zwischen dem Punkt a1 und dem Punkt b1) ist größer als der kleinste Wert der axialen Länge des Bereichs, der in Axialrichtung zwischen dem ersten Flansch bzw. Flanschabschnitt 35 und dem zweiten Flanschabschnitt 38 liegt (das Maß zwischen dem Punkt A2 und dem Punkt B2). Wenn der Innenring 13 versucht, sich in Umfangsrichtung zu drehen, wird ein Bereich mit der längsten axialen Länge des Innenrings 13 in eine Richtung verschoben, in der eine innere Breite zwischen der ersten Seitenfläche 37 des ersten Flanschabschnitts 35 und der zweiten Seitenfläche 40 des zweiten Flanschabschnitts 38 abnimmt. Wenn der Innenring 13 daher mit der ersten Seitenfläche 37 des ersten Flanschabschnitts 35 und der zweiten Seitenfläche 40 des zweiten Flanschabschnitts 38 in Kontakt kommt, dreht sich der Innenring 13 danach nicht mehr in Umfangsrichtung.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, kann in der vorliegenden Ausführungsform die Drehung durch Fixieren des Innenrings 13 in Axialrichtung verhindert werden. Weil keine Passfedern und Stifte verwendet werden, ragen diese nicht hin zur Außenumfangsseite des Innenrings 13 vor.
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Weil der Neigungswinkel θ der zweiten Seitenfläche 40 sehr klein ist, kann die Größe s der Positionsverschiebung der zweiten Seitenfläche 40 zwischen dem Punkt B1 und dem Punkt B2 in Axialrichtung verringert werden. Da also der Überstand des zweiten Flanschabschnitts 38 aus der Seitenfläche des zweiten Kurbelarms 34b auf der einen Seite in Axialrichtung klein ist, wird die axiale Länge der inneren Laufbahnfläche 14 nicht beschränkt, die in Kontakt mit dem Außenumfang des Innenrings 13 und den Nadelrollen 15 steht.
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Auf diese Weise ist es in der Lagertragkonstruktion der vorliegenden Ausführung nicht notwendig, die axiale Länge der inneren Laufbahnfläche 14 des geteilten Wälzlagers 10 zu verkürzen, und somit kann verhindert werden, dass die Tragfähigkeit des geteilten Wälzlagers 10 abnimmt. Somit ist es möglich, das Drehen des Innenrings 13 zu verhindern und gleichzeitig eine ausreichende Lagerlebensdauer zu gewährleisten.
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Darüber hinaus wird in der Brennkraftmaschine der Kraftstoff entzündet, wenn der Kolben 31 nach oben verschoben wird, um den Pleuelabschnitt 33 nach unten vorzuspannen. Daher wird unmittelbar nach der Zündung die größte Last auf den Zapfenabschnitt 32 ausgeübt. Das heißt, wenn sich der Pleuelabschnitt 33, wie in 4 dargestellt um einen vorbestimmten Winkel β relativ zu einer Position oberhalb des Zapfenabschnitts 32 in der Drehrichtung der Kurbelwelle 30 dreht, die durch den Pfeil R angezeigt ist, wird eine maximale Last in der Richtung des Pfeils F aufgebracht. Der Winkel β beträgt ungefähr 30° (20°<β<40°).
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Da die Trennebene des Innenrings 13 horizontal liegt, wirkt zu diesem Zeitpunkt die maximale Last vom Kolben 31 auf die Mitte des Innenringstücks 13a in Umfangsrichtung, und wirkt nicht auf die Trennebene des Innenrings 13. Zu diesem Zeitpunkt ist die Position der Trennebene des Innenrings 13, der im Zapfenabschnitt 32 eingebaut ist, eine Position, die um einen vorbestimmten Winkel α in Drehrichtung der Kurbelwelle 30 relativ zur Richtung vom Zapfenabschnitt 32 zum Pleuelabschnitt 33 verschoben ist. Wie in 4 dargestellt wird, ist der Winkel α ein Winkel, der durch die Richtung vom Zapfenabschnitt 32 zum Pleuelabschnitt 33 und die Trennebene des Innenrings 13 gebildet wird und etwa 60° (50°<α<70°) beträgt.
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Daher gehen im Lastbereich des Wälzlagers die Nadelrollen 15 nicht durch die Teilungsebene des Innenrings 13, und das Auftreten abnormer Geräusche kann verhindert werden.
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Wie vorstehend beschrieben ist, kann im Lageraufbau der vorliegenden Ausführungsform auch bei Verwendung des geteilten Wälzlagers 10, bei dem der Innenring 13 in Umfangsrichtung geteilt ist, das Auftreten abnormer Geräusche über einen langen Zeitraum vermieden werden, indem die Lage der Teilungsebene des Innenrings 13 vorab so festgelegt wird, dass die Nadelrollen 15 nicht durch den Lastbereich des Wälzlagers laufen, weil die Verdrehung des Innenrings 13 verhindert werden kann. Da außerdem die axiale Länge der inneren Laufbahnfläche 14 sichergestellt werden kann, kann eine gute Wälzlagerlebensdauer gewährleistet werden.
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In der vorliegenden Ausführung ist aus der ersten Seitenfläche 37 und der zweiten Seitenfläche 40, die den Zapfenabschnitt 32 in Axialrichtung zwischen sich einschließen, nur die zweite Seitenfläche 40 relativ zu einer zur Mittelachse m senkrechten Ebene geneigt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können sowohl die erste Seitenfläche 37 als auch die zweite Seitenfläche 40 relativ zu einer zur Mittelachse m senkrechten Ebene geneigt sein. In diesem Fall können der Neigungswinkel θ1 der ersten Seitenfläche 37 und der Neigungswinkel θ2 der zweiten Seitenfläche 40 gleich sein, und die Neigungsrichtungen können einander entgegengesetzt sein, oder der Neigungswinkel θ1 und der Neigungswinkel θ2 können sich voneinander unterscheiden.
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In jedem Fall sind die erste Stirnfläche 21 und die zweite Stirnfläche 22 des Innenrings 13 jeweils in der gleichen Richtung wie die erste Seitenfläche 37 und die zweite Seitenfläche 40 geformt.
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Ferner wird eine Fläche aus der ersten Seitenfläche 37 und der zweiten Seitenfläche 40 (in der vorliegenden Ausführungsform die erste Seitenfläche 37), die in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse m ausgebildet ist, auf dem ersten Flanschabschnitt 35 gebildet, der in Axialrichtung von der Seitenfläche des ersten Kurbelarms 34a hin zum Zapfenabschnitt 32 vorsteht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und die erste Seitenfläche 37 kann direkt auf der Seitenfläche des ersten Kurbelarms 34a gebildet werden, ohne dass der erste Flanschabschnitt 35 vorgesehen ist. Das heißt, dass in diesem Aufbau der Innenring 13 zwischen dem ersten Kurbelarm 34a und dem zweiten Flanschabschnitt 38 angeordnet ist.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der Fall beispielhaft beschrieben wurde, in dem das geteilte Wälzlager 10 in allen Zapfenabschnitten 32 der Kurbelwelle 30 eingebaut ist, kann ein herkömmliches ringförmiges Wälzlager, bei dem der Durchmesser auf einer Seite in Axialrichtung kleiner ist als der des Zapfenabschnitts 32, in den in 1 äußersten linken Zapfenabschnitt 32 eingebaut werden.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend beschrieben. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind jedoch lediglich Beispiele für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann durch eine entsprechende Änderung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umgesetzt werden, ohne vom Gebiet der Erfindung abzuweichen.
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf einer japanischen Patentanmeldung (
japanische Patentanmeldung Nr. 2018-053364 ,
JP 2018-053364 A ), die am 20. März 2018 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Geteiltes Wälzlager
- 11
- Außenring
- 11a
- Außenringstück
- 12
- Äußere Laufbahnfläche
- 13
- Innenring
- 13a
- Innenringstück
- 14
- Innere Laufbahnfläche
- 15
- Nadelrolle
- 16
- Käfig
- 17
- Äußere Umfangsfläche (Lager)
- 18
- Flansch
- 19
- Innere Umfangsfläche
- 21
- Erste Stirn- bzw. Endfläche
- 22
- Zweite Stirn- bzw. Endfläche
- 30
- Kurbelwelle
- 31
- Kolben
- 32
- Zapfenabschnitt
- 33
- Pleuelabschnitt
- 34
- Kurbelarm
- 34a
- Erster Kurbelarm
- 34b
- Zweiter Kurbelarm
- 35
- Erster Flanschabschnitt
- 36
- Außenumfangsfläche
- 37
- Erste Seitenfläche
- 38
- Zweiter Flanschabschnitt
- 39
- Außenumfangsfläche
- 40
- Zweite Seitenfläche
- 42
- Außenumfangsfläche
- 44
- Oberes Gehäuse
- 45
- Unteres Gehäuse
- 46
- Innenumfangsfläche (Gehäuse)
- 47
- Schraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007139153 A [0004]
- JP 2012225426 A [0004]
- JP 2018053364 [0058]
- JP 2018053364 A [0058]
