DE4440260A1 - Kegelrollenlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kegelrollenlager werden zur Vermeidung von Kantenspan­ nungen im Linienkontakt an Laufbahnen und/oder Rollen profiliert. Bekannte Profilformen sind z. B. logarith­ misch oder kreisballig ausgeführt und üblicherweise symmetrisch, d. h. ihre Mittelsenkrechten liegen mittig zur Rollenmantellinie bzw. zur Laufbahnbreite der Ringe (siehe Aufsatz von Dr. Ing. Thomas Lösche "Leistungssteigerung durch modifizierte Lini­ enberührung bei Zylinderrollenlagern und Kegelrollen­ lagern" in Wälzlagertechnik 1987-1, Seite 4-9).

Betrachtet man das Kräftegleichgewicht an der Kegel­ rolle, dann bewirken die symmetrischen Profilierungen eine asymmetrische Lastverteilung (Linienbelastung über die Länge der Laufbahnberührung). Die Lastvertei­ lung wird sich so einstellen, daß das Momentengleich­ gewicht um die Querachse der Rolle erfüllt ist. Die asymmetrische Lastverteilung führt zu einer ebenso asymmetrischen elastischen Verformung der Kontakt­ stelle von Rollenmantel und Laufbahn. Die Folge ist eine Verkippung der Rolle und damit eine große Schnittpunktabweichung der Rollenachse zur Lagermit­ tellinie. Eine Schnittpunktabweichung verschlechtert die Abrollverhältnisse und führt zu Zwangskräften Zwar ist es aus der US PS 4,065,191 bekannt, durch Schnittpunktabweichung Reibkräfte gezielt zu erzeugen, um eine Rollenschränkung zu erreichen, die Beanspru­ chungen in den Kontaktstellen d. h. die dadurch entste­ henden Zwangskräfte werden dabei aber nicht berück­ sichtigt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Kegelrollen­ lager der eingangs genannten Art hinsichtlich des Laufverhaltens und des Verschleißes zu verbessern und die Rollenverkippung und die Schnittpunktabweichung zu verringern oder zu vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ malen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den An­ sprüchen 2 bis 7 angegeben.

Durch die Verschiebung der Mittelsenkrechten des Laufbahnprofils (kleine Achse der Belastungsellipse) in Richtung auf den großen Bord, so daß sie sich in einem Punkt mit der Bordnormalkraft und der zweiten resultierenden Laufbahnkraft schneidet, wird die Rol­ lenverkippung vermieden. Die Schnittpunktabweichung, die von der elastischen Verformung und damit von der Lagerbelastung abhängt, wird auf ein Minimum be­ schränkt. Damit kann also die Reibung im Lager mini­ miert werden oder eine gezielte Reibung des Lagers er­ reicht werden.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel erläu­ tert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch die an einer Kegelrolle auftretenden Kräfte und Momente wenn die Rolle sich in Neutrallage bzw. unter Belastung befindet bei einem herkömmlichen (symmetrischen) Laufbahnprofil.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Profil mit geradem Mittelteil und die Kraftverhältnisse an der Kegel­ rolle.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Profil mit kontinuierlicher Krümmung und die Kraftverhältnisse an der Kegelrolle.

Fig. 4 zeigt näherungsweise den Zusammenhang für die Verschiebung und deren Geometrie an dem Rollkörper.

In Fig. 1 ist die Kegelrolle mit 1 bezeichnet. Die Laufbahn 2 ist als symmetrisches Profil ausgeführt. An der Kegelrolle 1 greift die Lastkomponente des Außen­ rings F_FAR in der Rollenmitte an. Die Reaktionskraft des Bordes ist mit F_B bezeichnet. Die ebenfalls in der Rollen-/Laufbahnmitte wirkende Kraftkomponente des In­ nenrings trägt die Bezeichnung F_JR. Durch den unter­ schiedlichen Schnittpunkt der Wirkungslinien ergibt sich ein Hebelarm a, der ein Kippmoment M_GL auf die Polle ausübt und sie aus ihrer Neutrallage in die ge­ strichelt gezeichnete Lage (Rolle unter Belastung) verkippt. Die Rollenmittelachse verlagert sich dadurch ebenfalls. Der Schnittpunkt der Rollenmantellinien S verlagert sich zur neuen Position S′, die im Abstand zur Wellenachse liegt. Diese Schnittpunktabweichung S-S′ führt zu Laufstörungen und in der Folge zu Zwangs­ kräften.

Wie in Fig. 2 und Fig. 3 zu sehen ist, wird durch das erfindungsgemäße Verschieben (Verlagern) der kleinen Mittelachse der Trageellipse zum großen Bord hin (um den Wert a) erreicht, daß sich die Kraftwirkungslinien wieder in einem Punkt P schneiden. Damit tritt kein Kippmoment mehr auf und die Schnittpunktabweichung mit Welle verschwindet. Das Laufverhalten ist unge­ stört. Besonders bei steilwinkeligen Kegelrollenlagern ist dies von Vorteil, da die inneren Zwangskräfte durch die asymmetrische Lage der Laufbahnprofilierung verringert werden.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ergibt sich für die Verschiebung näherungsweise folgender Zusammenhang: a ≈0,8 _* dw _* sin δ/2. Sie ist also abhängig vom mitt­ leren Durchmesser des Rollkörpers und dessen Kegelwin­ kel. Der Faktor 0,8 berücksichtigt übliche Abstände (h) der resultierenden Bordkraft F_B von der Rollenman­ tellinie.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, die Profilierung am Innenring vorzunehmen.

Claims (7)

1. Kegelrollenlager mit Laufbahnen und/oder Rollkör­ pern die profiliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierenden Kräfte aus den Trageellip­ sen aus der Rollen-/Laufbahnmitte so versetzt sind, daß sich die Kraftlinien Außen­ ring/Kegelrolle (F_AR), Innenring/Kegelrolle (F_JR) und Bordkraft (F_B) in einem Punkt (P) schneiden.

2. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlich gekrümmtem Profil das Profilmaximum nicht in der Laufbahn-/Rollenmitte liegt sondern zu einem Bord hin ver­ schoben ist.

3. Kegelrollenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlich gekrümmtem Profil das Profilmaximum nicht in der Laufbahn-/Rollenmitte liegt sondern bei Profilierung am Innenring zum großen Bord hin verschoben ist.

4. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Profil mit geradem Mittelteil dieses (die Mittelsenkrechte) außer­ halb der Rollen-/Laufbahnmitte zu einem Bord hin verschoben ist.

5. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung etwa 15% be­ trägt.

6. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung am Innenring zum großen Bord hin etwa 0,8_*dw_*sin δ/2 beträgt, wobei d_w den mittleren Rollkörperdurchmesser und δ dessen Kegelwinkel bezeichnet.

7. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung nur an der Innenringlaufbahn angeordnet ist.