NL1004763C2 - Rolling element bearing system for rotating machinery e.g. vehicles, domestic appliances, motors - Google Patents

Abstract

The bearing comprises inner and outer rings (8,9) which encloses a bearing space containing at least one series of rolling elements (11). A shaft is connected to the inner and bearing support to its outer. At least one of the rings engages a damping layer (14) which consists of a visco-elastic material of damping fluid at a distance from the raceway of the ring. The damping layer is of the same order and magnitude as the indentation or contact deformation of the raceway which occurs at the contact spot between the rolling elements and the ring under normal load. At least one of the rings comprises of two concentric ring parts (12,13) which are mutually connected by the damping layer.

Description

Hentellager mat verbeterde demping.Sliding bearing mat improved cushioning.

De uitvinding betreft een wentellager, omvattende een binnenring en een buitenring die elk een loopbaan bepalen en die een lagerruimte 5 insluiten die wentelelementen bevat die in rollende aanraking zijn met de loopbanen.The invention relates to a rolling bearing, comprising an inner ring and an outer ring, each defining a raceway and enclosing a bearing space 5 containing rolling elements in rolling contact with the raceways.

Wentellagers worden toegepast in verscheidene producten en systemen, zoals motoren, voertuigen, huishoudelijke apparaten en dergelijke. Voor bepaalde toepassingen moeten de lagers een laag geluidsniveau 10 bezitten, bijvoorbeeld voor toepassingen in elektrische motoren die gebruikt worden voor het aandrijven van huishoudelijke apparaten.Rolling bearings are used in various products and systems, such as engines, vehicles, household appliances and the like. For certain applications, the bearings should have a low noise level, for example, for applications in electric motors used to power household appliances.

In dit verband zijn pogingen gedaan om de verplaatsing door een verkeerde uitlijning van de lagers te reduceren door middel van elastische ophangblokken, bijvoorbeeld van rubber. De rubberblokken echter 15 hebben het nadeel dat de radiale lagerstijfheid zeer nadelig wordt beïnvloed. Voor veel toepassingen, zoals bij elektrische motoren, is dit onaanvaardbaar.In this connection, attempts have been made to reduce displacement due to misalignment of the bearings by means of elastic suspension blocks, for example of rubber. The rubber blocks, however, have the drawback that the radial bearing stiffness is very adversely affected. This is unacceptable for many applications, such as electric motors.

Het doel van de uitvinding is derhalve een lager te verschaffen dat de vereiste standaard stijfheidskarakteristieken bezit, maar dat 20 ook verbeterde dempingkarakteristieken verschaft. Dit doel wordt bereikt doordat ten minste een van de ringen een demplaag bevat die ten minste gedeeltelijk uit een visco-elastisch materiaal bestaat, welke demplaag zich op een afstand van de loopbaan van die ring bevindt.The object of the invention is therefore to provide a bearing which has the required standard stiffness characteristics, but which also provides improved damping characteristics. This object is achieved in that at least one of the rings contains a damping layer which at least partly consists of a viscoelastic material, which damping layer is located at a distance from the raceway of that ring.

De demplaag verschaft een vergrote demping dankzij zijn visco-25 elastische eigenschappen. Verder kan die laag nogal dun zijn, waardoor in wezen geen verplaatsingen in radiale richting mogelijk zijn en derhalve de radiale stijfheid van het lager niet of nauwelijks wordt beïnvloed door het visco-elastische materiaal. Ondanks de kleine vervorming van de visco-elastische laag, wordt een voldoende demping 30 verkregen dankzij de schuifkrachten die in die laag worden opgewekt als een gevolg van het draaien van het stel wentelelementen.The damping layer provides increased damping thanks to its viscoelastic properties. Furthermore, this layer can be rather thin, as a result of which essentially no movements in the radial direction are possible and, therefore, the radial stiffness of the bearing is hardly influenced by the viscoelastic material. Despite the slight deformation of the viscoelastic layer, sufficient damping is obtained due to the shear forces generated in that layer as a result of the rotation of the set of rolling elements.

In het bijzonder is de radiale vervorming van de demplaag bij voorkeur van dezelfde ordegrootte als de contactvervorming van de loopbaan die optreedt wanneer de wentelelementen en die ring onder 35 nominale belasting verkeren, zonder aanwezigheid van die laag. Onder deze omstandigheden is de radiale stijfheid van het lager bij benadering gelijk aan de radiale stijfheid van een standaardlager.In particular, the radial deformation of the cushioning layer is preferably of the same order of magnitude as the contact deformation of the raceway which occurs when the rolling elements and said ring are under nominal load, without the presence of that layer. Under these conditions, the radial stiffness of the bearing is approximately equal to the radial stiffness of a standard bearing.

De laag visco-elastisch materiaal kan op een aantal posities wor- 1004 7 6 3 2 den aangebracht. Volgens een eerste mogelijkheid bevat ten minste een van de ringen twee concentrische ringdelen die onderling zijn verbonden door de demplaag. De visco-elastische laag kan derhalve een integraal deel van een van de lagerringen vormen.The layer of viscoelastic material can be applied in a number of positions. According to a first possibility, at least one of the rings contains two concentric ring parts which are mutually connected by the damping layer. The viscoelastic layer can therefore form an integral part of one of the bearing rings.

5 Een groter dempingeffect kan worden verkregen in geval de demplaag zich bevindt nabij het gebied van maximale schuifspanning die optreedt in die ring als een gevolg van de rollende beweging van de wentel-elementen over de loopbaan. De laag moet zich echter op voldoende afstand van het buitenoppervlak van de buitenring of de boring van de 10 binnenring bevinden, zodanig dat hij blootgesteld wordt aan gereduceerde schuifspanningen zodanig dat het lager en in het bijzonder de laag een voldoende levensduur bij vermoeiing bezitten.A greater damping effect can be obtained if the damping layer is located near the region of maximum shear stress that occurs in that ring as a result of the rolling movement of the rolling elements over the raceway. However, the layer must be sufficiently distant from the outer surface of the outer ring or the bore of the inner ring, such that it is exposed to reduced shear stresses such that the bearing, and in particular the layer, has a sufficient fatigue life.

Volgens verdere mogelijkheden kan de demplaag zich bevinden op de buitenomtrek van de buitenring, of op de binnenomtrek van de binnen-15 ring.According to further possibilities, the damping layer can be located on the outer circumference of the outer ring, or on the inner circumference of the inner ring.

De demping kan ook worden beïnvloed door de keuze van een juist materiaal of uitvoering. De demplaag kan bijvoorbeeld bestaan uit twee lagen met verschillende materiaalkarakteristieken en/of dikte. Verder behoeft de ringvormige demplaag geen continu karakter in axiale rich-20 ting te bezitten. Volgens de uitvinding kan, in plaats van een continue laag visco-elastisch materiaal, de dempinglaag segmenten uit vis-co-elastisch materiaal bevatten die zijn gescheiden door axiale luchtspie ten.The damping can also be influenced by the choice of the right material or version. The damping layer can for instance consist of two layers with different material characteristics and / or thickness. Furthermore, the annular cushioning layer need not have a continuous character in the axial direction. According to the invention, instead of a continuous layer of viscoelastic material, the cushioning layer may contain segments of viscoelastic material separated by axial air gaps.

Verder kan het lager ten minste twee concentrische demplagen be-25 vatten.Furthermore, the bearing can contain at least two concentric damping layers.

De uitvinding zal verder worden beschreven onder verwijzing naar enige in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen.The invention will be further described with reference to some embodiments shown in the figures.

Fig. 1 toont een eerste uitvoeringsvorm van een lager volgens de uitvinding.Fig. 1 shows a first embodiment of a bearing according to the invention.

30 Fig. 2 toont een tweede uitvoeringsvorm.FIG. 2 shows a second embodiment.

Fig. 3 toont een dwarsdoorsnede door een derde uitvoeringsvorm.Fig. 3 shows a cross section through a third embodiment.

In fig. 1 is een lager 1 getoond dat is ondersteund in een steun 2. Het lager 1 bevat een buitenring 3. en een binnenring A die is verbonden aan een as 5« De buitenring 3 en de binnenring 4 zijn draai-35 baar met betrekking tot elkaar door middel van kogels 6.Fig. 1 shows a bearing 1 supported in a support 2. The bearing 1 comprises an outer ring 3. and an inner ring A which is connected to a shaft 5. The outer ring 3 and the inner ring 4 are rotatable with relating to each other by means of bullets 6.

Volgens de uitvinding is een dunne visco-elastische laag 7 aanwezig rond de buitenzijde van de buitenring 3. welke visco-elastische laag 7 zelf is ondersteund in een overeenkomstig gevormd gat in lager- 1004763 3 steun 2.According to the invention, a thin viscoelastic layer 7 is present around the outside of the outer ring 3, which viscoelastic layer 7 itself is supported in a correspondingly shaped hole in bearing 1004763 3 support 2.

De vervorming van de visco-elastische laag 7 is ongeveer van dezelfde ordegrootte als de contactvervorming van de loopbanen van buitenring 3 en binnenring zoals opgewekt in de contactpunten tussen 5 de wentelelementen 6 en de buitenring 3 of binnenring 4.The deformation of the viscoelastic layer 7 is approximately the same order of magnitude as the contact deformation of the raceways of outer ring 3 and inner ring as generated in the contact points between the rolling elements 6 and the outer ring 3 or inner ring 4.

Dankzij de kleine dikte van de visco-elastische laag 7 wordt de as 5 zeer stijf ondersteund in de radiale richting, zoals het geval is bij normale lagers. Aan de andere kant is, ondanks de kleine vervorming van de visco-elastische laag 7. deze in staat om trillingen in de 10 as 5 uit te dempen.Due to the small thickness of the viscoelastic layer 7, the shaft 5 is supported very rigidly in the radial direction, as is the case with normal bearings. On the other hand, despite the small deformation of the viscoelastic layer 7, it is able to damp out vibrations in the shaft 5.

In de uitvoeringsvorm van fig. 2 is een kogellager getoond met een buitenring 8, een binnenring 9 bevestigd aan een as 10, en kogels 11. De buitenring is verdeeld in twee concentrische buitenringhelften 12, 13. die onderling zijn verbonden door een dunne visco-elastische laag 15 14. Overeenkomstig de uitvoeringsvorm van fig. 1, is de vervorming van deze tussenliggende visco-elastische laag 14 van dezelfde ordegrootte als de contactvervorming.In the embodiment of Fig. 2, a ball bearing is shown with an outer ring 8, an inner ring 9 attached to a shaft 10, and balls 11. The outer ring is divided into two concentric outer ring halves 12, 13. interconnected by a thin viscose elastic layer 14. In accordance with the embodiment of Fig. 1, the deformation of this intermediate viscoelastic layer 14 is of the same order of magnitude as the contact deformation.

Bij voorkeur is de afstand van de visco-elastische laag 14 met betrekking tot de loopbaan van de buitenring zo gekozen dat de visco-20 elastische laag 14 zich bevindt nabij een plaats waar de schuifspan-ningen in de buitenring 8 maximaal zijn. Een zekere afstand tot het gebied met maximale schuifspanning is echter noodzakelijk, zodanig dat de levensduur bij vermoeiing van die laag niet wordt verlaagd.Preferably, the distance of the viscoelastic layer 14 with respect to the raceway of the outer ring is selected such that the viscoelastic layer 14 is located near a place where the shear stresses in the outer ring 8 are maximum. However, a certain distance from the area with maximum shear stress is necessary, such that the fatigue life of that layer is not reduced.

De schuifspanningen worden opgewekt door de rollende beweging van 25 de kogels 11 over de loopbaan van de buitenring 12, 13. Door deze plaats voor de visco-elastische laag 14 te kiezen, wordt zijn bijdrage aan de dempingskarakteristieken van het lager gemaximaliseerd.The shear stresses are generated by the rolling movement of the balls 11 over the raceway of the outer ring 12, 13. By choosing this location for the viscoelastic layer 14, its contribution to the damping characteristics of the bearing is maximized.

De uitvoeringsvorm van fig. 3 toont een dwarsdoorsnede door de hartlijn van een lager. Het lager omvat een buitenring 15, een binnen-30 ring 16 alsmede kogels 17· De buitenring 15 omvat twee buitenringhelften 18, 19. die een dunne visco-elastische laag 20 omsluiten.The embodiment of Fig. 3 shows a cross section through the axis of a bearing. The bearing includes an outer ring 15, an inner ring 16, as well as balls 17 · The outer ring 15 includes two outer ring halves 18, 19. enclosing a thin viscoelastic layer 20.

In de dwarsdoorsnede van fig. 3 is de dunne visco-elastische laag 20 V-vormig, zodanig dat in de benen 21 van elke V-vorm aanvullende schuifkrachten worden opgewekt onder belasting.In the cross section of Fig. 3, the thin viscoelastic layer 20 is V-shaped, such that additional shear forces are generated in the legs 21 of each V-shape under load.

35 De uitvoeringsvorm van fig. 4 toont een lager met een tussenlig gende visco-elastische laag 2k die zich bevindt tussen de metalen folielagen 23· De sandwich van deze lagen 23. 2k vormt een eenheid, en is aangebracht in de binnenring van een lager. De buitenring van dit 100 4 7 6 3 n lager is aangeduid met 26; de kogels zijn aangeduid met 25· 100 47 6 3The embodiment of Fig. 4 shows a bearing with an intermediate viscoelastic layer 2k located between the metal foil layers 23 · The sandwich of these layers 23.2k forms a unit and is arranged in the inner ring of a bearing. The outer ring of this 100 4 7 6 3 n bearing is indicated by 26; the bullets are marked with 25 · 100 47 6 3

Claims (10)

2. Leger volgens conclusie 1, waarbij de vervorming van de demp laag (7, 14, 20, 24) van dezelfde ordegrootte is als de contactvervor-ming van de loopbaan die optreedt in het contactpunt tussen de wentelelementen (6, 11, 17. 23) en een ring onder nominale belasting.An alloy according to claim 1, wherein the deformation of the damping layer (7, 14, 20, 24) is of the same order of magnitude as the contact deformation of the raceway occurring in the contact point between the rolling elements (6, 11, 17). 23) and a ring under rated load. 3. Lager volgens conclusie 1 of 2, waarbij ten minste een van de 15 ringen (8, 15. 22) twee concentrische ringdelen (12, 13; 18, 19) omvat die onderling zijn verbonden door de demplaag (14, 20, 24).Bearing according to claim 1 or 2, wherein at least one of the 15 rings (8, 15, 22) comprises two concentric ring parts (12, 13; 18, 19) which are interconnected by the damping layer (14, 20, 24 ). 4. Lager volgens conclusie 3. waarbij de demplaag (14, 20, 24) zich bevindt in of nabij het gebied van maximale schuifspanning die optreedt in die ring (8, 15. 22) als gevolg van de rollende beweging 20 van de wentelelementen (11, 17. 25) over de loopbaan.Bearing according to claim 3, wherein the damping layer (14, 20, 24) is located in or near the region of maximum shear stress occurring in said ring (8, 15, 22) due to the rolling movement of the rolling elements ( 11, 17. 25) about the career. 5. Lager volgens conclusie 1 of 2, waarbij de demplaag (7) zich bevindt op de buitenomtrek van de buitenring (3).Bearing according to claim 1 or 2, wherein the damping layer (7) is located on the outer circumference of the outer ring (3). 6. Lager volgens conclusie 1 of 2, waarbij de demplaag zich bevindt op de binnenomtrek van de binnenring. 25 7· Lager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij ten minste twee aangrenzende demplagen met verschillende stijfheidskarak-teristieken zijn voorzien.Bearing according to claim 1 or 2, wherein the damping layer is located on the inner circumference of the inner ring. Bearing according to any of the preceding claims, wherein at least two adjacent damping layers with different stiffness characteristics are provided. 8. Lager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de demplaag segmenten omvat uit visco-elastisch materiaal, die zijn ge- 30 scheiden door luchtspleten.8. Bearing as claimed in any of the foregoing claims, wherein the damping layer comprises segments of viscoelastic material separated by air gaps. 9. Lager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de demplaag bestaat uit een sandwich van twee metalen folielagen (23) die een visco-elastische laag (24) omsluiten.Bearing according to any of the preceding claims, wherein the damping layer consists of a sandwich of two metal foil layers (23) enclosing a viscoelastic layer (24). 10. Lager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het 35 lager ten minste twee concentrische demplagen bevat. II. Lager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de demplaag (20), in dwarsdoorsnede door de hartlijn van het lager, ten minste gedeeltelijk schuin loopt met betrekking tot die hartlijn. 100 4 7 63 Λ10. Bearing as claimed in any of the foregoing claims, wherein the bearing comprises at least two concentric damping layers. II. Bearing according to any one of the preceding claims, wherein the damping layer (20), in cross section through the axis of the bearing, is at least partly inclined with respect to said axis. 100 4 7 63 Λ 12. Lager volgens conclusie 11, waarbij de demplaag (20), in dwarsdoorsnede, ten minste gedeeltelijk V-vormig is.Bearing according to claim 11, wherein the damping layer (20) is, in cross section, at least partly V-shaped. 13. Lager volgens conclusie 11, waarbij de demplaag schroeflijnvormig loopt met betrekking tot de hartlijn van het lager. 5 ******** 100 4 7 6 3Bearing according to claim 11, wherein the damping layer is helical with respect to the axis of the bearing. 5 ******** 100 4 7 6 3