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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerbaugruppe für ein Antnebswellenritzel
mit einem zweireihigen Kegelrollenlager, mit der ein das Enduntersetzungsgetriebe
für ein
Fahrzeug bildendes Hypoidritzel fliegend gelagert wird, siehe US-A-5
492 419, das alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt.
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Normalerweise
hat es als ein zweireihiges Kegelrollenlager eine Lagerbaugruppe
für ein
Antriebswellenritzel dieses Typs gegeben, bei dem eine Ritzelwelle
in einem Gehäuse
fliegend gelagert ist.
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In
dieser Lagerbaugruppe für
das Antriebswellenritzel wies das zweireihige Kegelrollenlager symmetrische
Strukturen in gegenüber
liegenden Bereichen in einer axialen Richtung in Bezug auf eine Mittelebene
auf, die durch einen Mittelpunkt in axialer Richtung verläuft, wobei
Kontaktwinkel der Reihen von Kegelrollen auf den gegenüber liegenden
Bereichen in der axialen Richtung außerdem gleich eingestellt sind.
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Bei
der oben beschriebenen normalen Lagerbaugruppe für das Antnebswellenritzel hat
es jedoch ein Problem gegeben, dass die Lagersteifigkeit gering
und die Lebensdauer des Lagers kurz gewesen sind.
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Die
Druckschrift
US 5 975 762 beschreibt
ein Kegelrollenlager mit inneren und äußeren Laufringen und Kegelrollen,
die in mindestens zwei Reihen angeordnet sind, wobei die Rollen
der einen Reihe im Allgemeinen mit den Reihen in der anderen Reihe ausgerichtet
sind. Die großen
Enden der Rollen sind zueinander gerichtet, so dass den Kräften, die
die Rollen jeder Reihe nach oben in ihre konischen Laufbahnen drücken, durch
die Rollen der anderen Reihe Widerstand entgegengesetzt wird, wobei
sich die Stirnflächen
der ausgerichteten Rollen in den zwei Reihen berühren oder auch dazwischen liegende Elemente
wie Zylinderrollen oder eine trennende Scheibe berühren.
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Hinsichtlich
der oben erwähnten
Umstände ist
eine Aufgabe dieser Erfindung die Bereitstellung einer Lagerbaugruppe
einer Ritzelwelle und eines Enduntersetzungsgetriebes für ein Fahrzeug,
bei denen Lagersteifigkeit und Lebensdauer verbessert werden können.
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Um
die oben erwähnte
Aufgabe zu lösen,
ist die Erfindung dadurch definiert, dass sie die Anordnung nach
Anspruch 1 aufweist.
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1 ist
die Schnittdarstellung einer ersten Ausführung der Lagerbaugruppe eines
Antriebswellenritzels nach einer ersten Ausführung;
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2 ist
die Schnittdarstellung einer zweiten Ausführung einer zweireihigen Kegelrollen-Lagerbaugruppe nach
einer zweiten Ausführung
(nicht Teil der Erfindung).
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Die
Erfindung wird jetzt durch eine in der Zeichnung dargestellte Ausführung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt
im Schnitt eine Ausführung
der Lagerbaugruppe für
das Antriebswellenritzel. Diese Ausführung umfasst ein zweireihiges
Kegelrollenlager S, das mit durch Haftsitz an einem Wellenabschnitt 1A einer
Ritzelwelle 1 befestigten Innenringen 2, 3 versehen
ist, und einen integralen Außenring 5, der
mit Spielpassung an einer inneren Umfangsfläche 4A-1 der Öffnung 4A eines
Gehäuses 4,
das als unbeweglicher Teil funktioniert, befestigt ist.
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Die
oben erwähnte
Ritzelwelle 1 umfasst an ihrem distalen Ende ein Ritzel 6,
welches sich im Eingriff mit einem Zahnkranz 9 befindet.
Dieser Zahnkranz 9, die Ritzelwelle 1, das Gehäuse 4 und
die Lagerbaugruppe für
das Antriebswellenritzel in dieser Ausführung bilden in Verbindung
ein Enduntersetzungsgetriebe für
ein Fahrzeug.
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Der
oben erwähnte
Innenring 2 befindet sich auf der Ritzelwelle 1,
angrenzend an das Ritzel 6, und eine Stirnfläche 2A in
axialer Richtung mit einem größeren Durchmesser
befindet sich mit einer hinteren Fläche 6A des Ritzels 6 in
Kontakt. Inzwischen befindet sich der oben erwähnte Innenring 3 auf
der Ritzetwelle 1, entfernt von dem Ritzel 6,
und eine Stirnfläche 3A in
axialer Richtung mit einem kleineren Durchmesser befindet sich in
Kontakt mit einer hinteren Fläche 2B in
axialer Richtung mit einem kleineren Durchmesser des oben beschriebenen
Innenrings 2, angrenzend an das Ritzel.
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Laufbahnflächen 2C, 3C dieser
Innenringe 2, 3 liegen den Laufbahnflächen 5A, 5B des
integralen Außenrings 5 in
radialer Richtung gegenüber.
Eine Reihe von Kegelrollen 7, die an das Ritzel angrenzen,
ist zwischen der Lauffläche 2C und
der Lauffläche 5A angeordnet.
Eine Reihe von Kegelrollen 8, die von dem Ritzel entfernt
sind, ist zwischen der Laufbahnfläche 3C und der Laufbahnfläche 5B angeordnet.
Diese Reihe der Kegelrollen 7 wird in einem ringförmigen Käfig 10 festgehalten,
und entsprechende Kegelrollen 7A dieser Reihe der Kegelrollen 7 werden
in einem bestimmten Abstand in Umfangsrichtung gesichert. Inzwischen
wird die Reihe der Kegelrollen 8 in einem ringförmigen Käfig 11 festgehalten,
und entsprechende Kegelrollen 8A dieser Reihe der Kegelrollen 8 werden
in einem bestimmten Abstand in Umfangsrichtung gesichert. Der integrale Außenring 5,
die Innenringe 2, 3, die Reihen der Kegelrollen 7, 8 und
die Käfige 10, 11 bilden
in Verbindung die zweireihige Kegelrollen-Lagerbaugruppe S.
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Der
integrale Außenring 5 ist
mit Durchgangsbohrungen 12 versehen, die von seiner äußeren Umfangsfläche 5C zu
einer inneren Umfangsfläche
zwischen den Laufbahnflächen 5A und 5B verlaufen.
Diese Durchgangsbohrungen 12 sind in einer Vielzahl in
einem bestimmten Abstand in Umfangsrichtung vorgesehen. Außerdem besitzt
dieser integrale Außenring 5 einen
an das Ritzel angrenzenden Flansch 13, der an eine Innenfläche 4A-2 der Öffnung 4A in
dem Gehäuse 4 befestigt
ist.
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In
dieser Ausführung
ist ein Kontaktwinkel α der
Reihe der Kegelrollen 7 auf 30° und ein Kontaktwinkel β der Reihe
der Kegelrollen 8 auf 20° eingestellt.
Es soll angemerkt werden, dass dieser Kontaktwinkel α der Reihe
der Kegelrollen 7 den Winkel α bedeutet, der durch ein gedachtes
Liniensegment L1 in einer Ebene gebildet wird, die sich von der
Laufbahnfläche 5A des
integralen Außenrings 5 zu
einer Drehpunktachse J, relativ zu dieser Drehpunktachse J, erstreckt.
In gleicher Weise bedeutet der Kontaktwinkel β der Reihe der Kegelrollen 8 den
Winkel β, der
durch ein gedachtes Liniensegment in einer Ebene gebildet wird,
die sich von der Laufbahnfläche 5B des
integralen Außenrings 5 zu
der Drehpunktachse J, relativ zu dieser Drehpunktachse J, erstreckt
Der Lagerbaugruppe für
das Antriebswellenritzel mit dem oben beschriebenen Aufbau entsprechend,
ist der Kontaktwinkel α der
Reihe der Kegelrollen 7 auf 30° eingestellt und größer als
der Kontaktwinkel β der Reihe
der Kegelrollen 8 gemacht, der 20° ist. Dies wird eine Lastverteilung
in radialer Richtung auf die Reihe der an das Ritzel an grenzenden
Kegelrollen 7 verringern und eine Lastverteilung in radialer
Richtung auf die Reihe der vom Ritzel entfernten Kegelrollen 8 im
Vergleich zu einem Fall erhöhen,
bei dem beide Kontaktwinkel α, β die gleichen
sind. Auf diese Weise wird die Belastung in radialer Richtung auf
die Reihe der an das Ritzel angrenzenden Kegelrollen 7 und
die Belastung in radialer Richtung auf die Reihe der von dem Ritzel
entfernten Kegelrollen 8 einander angenähert, so dass ein Ungleichgewicht
der Belastungen in radialer Richtung zwischen den zwei Reihen der
Kegelrollen 7 und 8 gemäßigt werden kann, womit die
Lagersteifigkeit und die Lebensdauer verbessert werden können.
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Außerdem ist
in dieser Ausführung
der Kontaktwinkel α der
Reihe der Kegelrollen 7 auf 30° eingestellt worden, was größer als
23° ist;
und der Kontaktwinkel β der
Reihe der Kegelrollen 8 ist auf 20° eingestellt worden, was kleiner
als 23° ist.
Mit dieser Anordnung kann nach dieser Ausführung hohe Lagersteifigkeit
und lange Lebensdauer, die in der Lagerbaugruppe für das Antriebswellenritzel
erforderlich wurden, erreicht werden.
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Andererseits
ist in dem Fall, wo der Kontaktwinkel α der Reihe der Kegelrollen 7 auf
20° und
der Kontaktwinkel β der
Reihe der Kegelrollen 8 auf 30° eingestellt worden ist, die
Lagersteifigkeit um etwa 40% verringert und die Lebensdauer auf
fast die Hälfte
im Vergleich zu dieser Ausführung
verringert worden. Außerdem
ist in dem Fall, bei dem der Kontaktwinkel α der Reihe der Kegelrollen 7 auf
20° eingestellt
und der Kontaktwinkel β der
Reihe der Kegelrollen 8 auf 20° eingestellt worden ist, die
Lagersteifigkeit um etwa 40% und die Lebensdauer auf fast die Hälfte gesenkt
worden. Als Hinweis, die Lagersteifigkeit wurde durch eine Verschiebung
eines verzahnten Teils des Ritzels 6 in einer radialen
Richtung gemessen.
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Wie
oben beschrieben, kann die Lagersteifigkeit nach dieser Ausführung auf
etwa 170% erhöht und
die Lebensdauer auf etwa das Doppelte im Vergleich zu dem normalen
Fall (α, β = 20°) verlängert werden.
Folglich kann das Enduntersetzungsgetriebe mit der hohen Lagersteifigkeit
des Ritzels 1 und der langen Lebensdauer des Lagers realisiert
werden.
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Obwohl
in der oben beschriebenen Ausführung
der integrale Außenring 5 mit
zwei Reihen der Laufbahnflächen 5A, 5B als
der Außenring 5 verwendet
worden ist, können
zwei getrennte Außenringe, die
jeweils eine einzelne Spurreihe aufweisen, eingesetzt werden. Außerdem kann
diese Erfindung, obwohl in dieser Ausführung das Enduntersetzungsgetriebe
für das
Fahrzeug gebildet wurde, auf eine Lagerbaugruppe angewandt werden,
in der eine Ritzelwelle an einem unbeweglichen Teil durch das zweiteilige
Kegelrollenlager fliegend gelagert ist.
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Wie
aus dem Vorhergehenden deutlich wird, ist in der Lagerbaugruppe
für das
Antriebswellenritzel nach der Erfindung der Kontaktwinkel der Reihe
der Kegelrollen auf der an das Ritzel angrenzenden Ritzetwelle größer eingestellt
als der Kontaktwinkel der Reihe der von dem Ritzel entfernten Kegelrollen. Dies
wird die Verteilung der Last in radialer Richtung auf die Reihe
der an das Ritzel angrenzenden Kegelrollen verringern und eine Verteilung
der Last in radialer Richtung auf die Reihe der von dem Ritzel entfernten
Kegelrollen im Vergleich zu einem Fall erhöhen, bei dem beide Kontaktwinkel
die gleichen sind. Auf diese Weise wird die Belastung in radialer
Richtung auf die Reihe der an das Ritzel angrenzenden Kegelrollen
und die Belastung in radialer Richtung auf die Reihe der von dem
Ritzel entfernten Kegelrollen einander angenähert, so dass ein Ungleichgewicht
der Belastungen in der radialen Richtung zwischen den zwei Reihen
der Kegelrollen gemäßigt werden
kann, womit Lagersteifigkeit und Lebensdauer verbessert werden.
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Gemäß der oben
beschriebenen Lagerbaugruppe für
das Antriebswellenritzel ist der Kontaktwinkel der Reihe der an
das Ritzel angrenzenden Kegelrollen auf einen Wert eingestellt,
der größer als 23° ist, und
der Kontaktwinkel der Reihe der vom Ritzel entfernten Kegelrollen
ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als 23° ist. Mit
dieser Anordnung können
hohe Lagersteifigkeit und lange Lebensdauer, die in der Lagerbaugruppe
für das
Antriebswellenritzel benötigt
wurden, erreicht werden. Zur Information, in dem Fall, wo der Kontaktwinkel
der Reihe der an das Ritzel angrenzenden Kegelrollen kleiner als 23° gemacht
worden ist, hat sich die Lebensdauer und die Steifigkeit auf fast
die Hälfte
verringert.
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Bei
einem Enduntersetzungsgetriebe für
ein Fahrzeug, wobei dieses Enduntersetzungsgetriebe mit der oben
beschriebenen Lagerbaugruppe für
das Antriebswellenritzel versehen ist, kann eine hohe Lagersteifigkeit
der Ritzetwelle und eine lange Lebensdauer des Lagers realisiert
werden.
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2 zeigt
eine Ausführung
der zweireihigen Kegelrollen-Lagerbaugruppe, die nicht Teil der Erfindung
ist. Das zweireihige Kegelrollenlager 110 in dieser Ausführung umfasst
den Außenring 102,
der zum Eingriff mit einer Innenfläche des Eingriffsabschnitts 101A eines
als unbeweglicher Teil funktionierenden Trägers 101 in axialer
Richtung (in der Richtung des Pfeils Z) eingesetzt wird, um daran
fest angebracht zu werden. Das oben beschriebene zweireihige Kegelrollenlager 110 umfasst
einen ersten Innenring 103 und einen zweiten Innenring 105.
Zwischen diesem ersten Innenring 103 und dem oben beschriebenen
Außenring 102 ist
in einem bestimmten Zwischenraum in Umfangsrichtung eine Vielzahl von
Kegelrollen 106 angeordnet. Zwischen dem oben beschriebenen
zweiten Innenring 105 und dem oben beschriebenen Außenring 102 ist
außerdem eine
Vielzahl von Kegelrollen 107 in einem bestimmten Abstand
in Umfangsrichtung angeordnet. Diese ersten und zweiten Innenringe 103, 105 werden
mit einer äußeren Umfangsfläche der
Ritzelwelle 108 durch Haftsitz in Eingriff gebracht und
von entgegen gesetzten Enden in axialer Richtung durch ein Ritzel 111 an
einem distalen Ende der Ritzelwelle 108 und einem Mitnehmerflansch 112 festgeklemmt.
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Eine
innere Umfangsfläche
dieses Mitnehmerflansches 112 wird durch Kerbverzahnung
mit der äußeren Umfangsfläche der
Ritzelwelle 108 in Eingriff gebracht und mit einer Unterlegscheibe 113A einer
Sechskantmutter mit Ansatz 113A, die auf einen äußeren Gewindeabschnitt 108A der
Ritzelwelle 108 geschraubt wird, in eine axiale Richtung
(in eine der Richtung des Pfeils Z entgegen gesetzte Richtung) gepresst.
Der Mitnehmerflansch 112, der in die axiale Richtung mit
der Unterlegscheibe 113A gepresst wurde, drückt den
zweiten Innenring 105 in axialer Richtung, wodurch auf
das doppelreihige Kegelrollenlager 110 eine Vorspannung
aufgebracht wird, und die äußere Umfangsfläche des
Außenrings 102 in
radialer Richtung mit dieser Aufbringung der Vorspannung gedehnt
wird. Auf diese Weise ist der Außenring 102 an der
inneren Umfangsfläche
des Eingriffsteils 101A des Trägers 101 fest angebracht.
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Anschließend wird
der Außenring 102 dieses zweireihigen
Kegelrollenlagers 110 an dem Eingriffsteil 101A befestigt,
indem sein Flanschabschnitt 102A einer Stirnfläche des
Eingriffsteils 101A gegenüber liegend angeordnet wird,
indem eine in diesem Eingriffsteil 101A ausgebildete Gewindebohrung 115 mit
einem in dem Flanschabschnitt 102A ausgebildeten Schraubenloch 116 ausgerichtet
und ein Bolzen 117 in dieses Schraubenloch 116 eingesetzt
wird, um in die Gewindebohrung 115 eingeschraubt zu werden.
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In
einem Zustand, bei dem die Befestigung durch den oben beschriebenen
Bolzen 117 gelöst worden
ist und die Vorspannung durch die oben beschriebene Sechskantmutter 113 mit
Ansatz entfernt worden ist, wird der Außenring 102 dieses
zweireihigen Kegelrollenlagers 110 aus der Dehnung in radialer
Richtung auf seiner äußeren Umfangsfläche freigegeben
und kommt in Bezug auf den Eingriffsteil 101A in eine Spielpassung.
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Es
werden jetzt Montageschritte der zweireihigen Kegelrollen-Lagerbaugruppe
in dieser Ausführung
beschrieben. Als einen ersten Schritt wird der Außenring 102 zum
Eingriff mit der inneren Umfangsfläche des Eingriffsteils 101A des
Trägers 101 in
der axialen Richtung (in Richtung des Pfeils Z) eingesetzt. Eine
Art des Eingriffs ist, wenn nötig,
Spielpassung. Anschließend
wird der erste Innenring 103 auf die Ritzelwelle 108 in
axialer Richtung (in eine Richtung entgegen gesetzt zur Richtung
des Pfeils Z) aufgepresst, und anschließend wird die Ritzelwelle 108 mit
diesem aufgepressten ersten Innenring 103 in den Außenring 102 in
Richtung des Pfeils Z eingesetzt. Wenn nötig, wird eine Vielzahl der
Kegelrollen 106 zwischen dem ersten Innenring 103 und
dem Außenring 102 angeordnet.
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Als
nächster
Schritt wird der zweite Innenring 105 auf die Ritzelwelle 108,
die in den Außenring 102 eingesetzt
wurde, aufgepresst, und des Weiteren der Mitnehmerflansch 112 auf
die Ritzelwelle 108 aufgepresst. Wenn nötig, wird eine Vielzahl der
Kegelrollen 107 zwischen dem zweiten Innenring 105 und
dem Außenring 102 angeordnet.
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Schließlich wird
die Sechskantmutter 113 mit Ansatz auf den äußeren Gewindeabschnitt 108A der Ritzelwelle 108 geschraubt
und angezogen, wodurch ermöglicht
wird, dass die Stirnfläche 112A des
Mitnehmerflansches 112 eine Stirnfläche 105A des zweiten
Innenrings 105 in axialer Richtung presst. Auf diese Weise
wird die Vorspannung auf das zweireihige Kegelrollenlager 110 aufgebracht.
Aufgrund dieser Anwendung der Vorspannung wird die äußere Umfangsfläche des
Außenrings 102 gedehnt
werden und relativ zu dem Eingriffsteil 101A des Trägers 101 in
einen Haftsitz kommen.
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Wie
oben beschrieben, ist der Außenring 102 des
oben beschriebenen zweireihigen Kegelrollenlagers 110 gemäß dieser
Ausführung,
wenn dieser Außenring 102 in
den Eingriffsteil 101A einbezogen werden soll, mit Spielpassung
zum oben beschriebenen Eingriffsteil 101A versehen, weil
die Vorspannung in axialer Richtung nicht auf das La ger 101 aufgebracht
wird, und folglich kann der Außenring 102 mit
dem Eingriffsteil 101A leicht in Eingriff gebracht werden.
Andererseits kann der Außenring 102 in
dem Zustand, wo der Außenring 102 in
den Eingriffsteil 101A einbezogen wurde, in radialer Richtung
dadurch gedehnt werden, dass die Vorspannung auf das Lager 110 aufgebracht
wird und in das Eingriffsteil 101A eingepresst werden.
Als Ergebnisse können
die Montageausführung
und Lagersteifigkeit miteinander nach dieser Ausführung kompatibel
werden.
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Obwohl
in der oben beschriebenen Ausführung
der Außenring 102 so
angepasst ist, um in das Eingriffsteil 101A eingepresst
zu werden, wenn die Vorspannung auf das zweireihige Kegelrollenlager 110 aufgebracht
wurde, soll angemerkt werden, dass der Außenring 102 so eingestellt
werden kann, dass er mit Übergangspassung
versehen ist.
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Wie
aus dem Vorhergehenden deutlich wird, ist, wenn der Außenring
des zweireihigen Kegelrollenlagers in den unbeweglichen Teil einbezogen
wird, die äußere Umfangsfläche des
Außenrings
mit einer Spielpassung zu dem unbeweglichen Teil versehen, weil
die Vorspannung in axialer Richtung nicht auf das Lager aufgebracht
wird und folglich der Außenring
mit dem unbeweglichen Teil leicht in Eingriff gebracht werden kann.
Andererseits kann der Außenring
in dem Zustand, wo der Außenring
in den unbeweglichen Teil einbezogen worden ist, mit Presspassung
(oder Schnappverschluss) an dem unbeweglichen Teil versehen werden,
indem die Vorspannung auf das Lager aufgebracht und der Außenring
in radialer Richtung gedehnt wird. Als Ergebnisse können Montageausführung und
Lagersteifigkeit miteinander kompatibel werden.
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Nach
dem oben erwähnten
Verfahren zum Montieren der zweireihigen Kegelrollen-Lagerbaugruppe wird
die Montageausführung
verbessert werden, weit in dem oben beschriebenen ersten Schritt das
zweireihige Kegelrollenlager mit dem unbeweglichen Teil durch Übergangspassung
in Eingriff gebracht wird. Außerdem
wird im oben beschriebenen zweiten Schritt die Vorspannung auf das
zweireihige Kegelrollenlager aufgebracht, indem beide Stirnflächen in
der axialen Richtung des zweireihigen Kegelrollenlagers in dem Zustand
gepresst werden, bei dem die Drehwelle im zweireihigen Kegelrollenlager mit
Presspassung versehen wurde. Aufgrund dieser Anwendung der Vorspannung
wird der Außenring des
zweireihigen Kegelrollenlagers in radialer Richtung gedehnt und
der Außenring
mit Presspassung (oder Übergangspassung)
zu dem unbeweglichen Teil versehen. Deshalb kann auch die Lagersteifigkeit des
Lagers nach dem Montageverfahren dieser Erfindung verbessert werden,
während
man sich an dem günstigen
Montageverhalten des Lagers erfreut.