斜置滚子轴承，特别是多列的球形滚子轴承

摘要

本发明涉及一种作为多列的球形滚子轴承构成的斜置滚子轴承(1)，它主要由一个轴承外环(2)和一个轴承内环(3)以及许多在轴承环(2、3)之间设置的并通过一个轴承保持架(4)以均匀的相互距离保持的球形滚子(5、6)组成，它们在最少两列(7、8)中高度位错地并排设置，并且分别具有两个对称地从一个球体基本形状削平的侧面(9、10；11、12)。两列(7、8)的球形滚子(5、6)通过它们的滚动面(13、14)分别在两个相邻的在轴承外环(2)的内面(15)中和在轴承内环(3)的外面(16)中加工出的沟状滚道(17、18、19、20)中滚动，所述滚道具有相互平行伸展的压力角轴线(21、22)，并且这样相互邻接设置，即两列(7、8)的各自相邻的球形滚子(5、6)以其相互面对的侧面(10、11)直接并排设置。依照本发明，两列(7、8)的相邻的球形滚子(5、6)分别在一个公共的与压力角轴线(21、22)成直角伸展的转动轴线(23、24)上设置，并且具有这样确定的直径(d1、d2)和宽度(b1、b2)，使得所有的与这些球形滚子(5、6)在其直径(d1、d2)处相切的包络锥(25、26)通过它们的锥顶(27、28)准确地设置在公共转动轴线(23、24)与轴承纵轴线(29)的交点(SR)上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分特征所述的斜置滚子轴承，并且，它可特别有利在用于支承具有轴向和径向的瞬时负载的轴或者套筒的两列或四列的球形滚子轴承中实现。

背景技术

在滚动轴承技术中专业人士普遍已知，具有轴向和径向的瞬时负载的轴或者套筒的支承大多是通过斜置滚子轴承进行的，该斜置滚子轴承由于高负荷，在各种情况下是作为两个相对安装以及在轴向上预紧的圆锥滚子轴承构成的。对于出现高的轴向力，该圆锥滚子轴承构成有一个大的压力角，并且负责所支承的轴的一个高的刚性。为了达到最理想的轴承运动学，该圆锥滚子轴承是这样设计构造的，即圆锥滚子的纵轴线基本上与各自的压力角轴线成直角地设置，并且圆锥滚子的锥角以及轴承环内的滚道的定位角是这样确定大小的，即一个包围圆锥滚子的包络锥以其锥顶准确设置在轴承纵轴线的一个点上，圆锥滚子纵轴线和轴承纵轴线也相交在该点上。由此可以达到:不但圆锥滚子而且它的滚道都在它们的全宽上受到均匀的负荷。

因为在这样的圆锥滚子轴承中，由于它在圆锥滚子的端面和轴承边缘的导向面之间的预紧而产生一个滑动摩擦，通过该滑动摩擦，在圆锥滚子和轴承边缘上产生磨损，通过DE19839481A1提出建议，上述圆锥滚子轴承由可单侧负载的两列串联的斜置球轴承取代，它们彼此以O形布置安装。该串联的斜置球轴承基本上由一个轴承外环和一个轴承内环以及设置在轴承环之间的大量滚珠组成，这些滚珠成两列以不同的分度圆直径高度位错地并排设置，并且通过两个分开的轴承保持架将每列滚珠在圆周方向上以均匀的距离相互保持。轴承外环在此是设计为带有两个相邻的沟状滚道，它们在共同的压力角轴线上和两个同样相邻的沟状滚道设置在轴承内环的外面中。各一列滚珠以其滚动面在这些滚道上滚动，其中，带有较大的分度圆直径的一列滚珠比带有较小的分度圆直径的一列滚珠具有更大的直径。通过使用这种串联的斜置球轴承取代圆锥滚子轴承期望达到，由于从现在起在滚珠和滚道凸肩之间下降的滑动摩擦而产生一个显著更微小的摩擦力矩，通过该力矩降低了轴承的磨损和温度，并且改善了它的效率。

尽管如此，这种圆锥滚子轴承通过两列串联的斜置球轴承的替代，在实践中还是被证明为不利的:这种串联的斜置球轴承通过并排设置的用于滚珠的滚道，以及通过用于达到必要承载负载的滚珠较大直径，与圆锥滚子轴承比较，要求一个扩大的轴向安装空间。此外这种串联的斜置球轴承比圆锥滚子轴承还要具有更高的承载负载，因此轴承支承部位的昂贵改变是必要的，这使得各组成部件的制造成本以不利的方式被提高。此外，这种两列的串联斜置球轴承，相对于圆锥滚子轴承，特别因为必须应用两个轴承保持架，造成轴承制造时提高的加工消耗和材料消耗，以至于其制造成本同样提高。在轴承运动学方面，这种串联的斜置球轴承也已经证明为不是最理想的，因为在应用两列所采用的大滚珠情况下，产生一个与其直径相切的包络锥，包络锥的锥顶明显偏离于两个并排设置的滚珠的与压力角轴线成直角的横轴线和轴承纵轴线的交点。

为了避免这些缺点，因此通过在本专利申请的申请时刻还没有公布的申请号为10 2005 014 556.6德国专利申请建议:在一个两列的斜置滚子轴承中，代替滚珠，使每列的滚动体都构成为分别带有两个对称地从一个球体基本形状削平的以及相互平行设置的侧面的球形滚子，并且这两列与在带有不同分度圆直径的串联斜置球轴承中相似地高度位错地并排设置。在较大的分度圆上的那列球形滚子比在较小的分度圆上的那列球形滚子在其球体基本形状方面又具有一个较大的直径，并且两列的球形滚子通过它们的滚动面在轴承外环和轴承内环中的各两个相邻的沟状滚道中滚动。球形滚子的滚道在此具有相互平行伸展的压力角轴线，并且这样彼此邻接地设置，即每列的相应邻接的球形滚子以其相互面对的侧面直接并排设置，并且互相引导。通过应用球形滚子作为滚动体，一个这样的斜置滚子轴承相对于多列的斜置球轴承尤其应该是:通过一个最小轴向和径向的安装空间，以及通过一个相等或者提高的承载性，并且通过为两列使用一个一体的轴承保持架的可能性，在可比的制造成本下表现出色。

但是作为缺点也被证明，所建议的球形滚子轴承在轴承运动学方面同样还不是最理想构造，因为:如该专利申请的图2中清楚得出，各自两个并排设置的球形滚子的公共横向轴线与球形滚子的压力角轴线不是成直角伸展的。虽然与两个球形滚子直径相切的包络锥的锥顶因此位于轴承纵轴线上，但是尽管如此，明显水平地偏离于两个球形滚子的与压力角轴线成直角伸展的横向轴线和轴承纵轴线的交点。两个并排设置的球形滚子的实际上的横向轴线的倾斜位置在此是为了:球形滚子的互相面对的侧面或者球形滚子的转动轴线相互具有一个径向偏移，通过该偏移使球形滚子在轴承工作中相互不同步地滚动。由此一方面在各个的球形滚子对之间产生摩擦，另一方面轴承保持架在球形滚子的导引中受到高的应力，以至于增大热量的形成，并且提高转动体和轴承保持架上的磨损，并且从而导致轴承的提前失效。

发明内容

从已知的现有科技的解决方案的上述缺点出发，因此本发明基于的目的是，设计一种斜置滚子轴承，特别是多列的球形滚子轴承，在此避免两个并排设置的球形滚子的相互面对的侧面或者转动轴线的径向偏移，并且其特色在于，相互同步滚动的球形滚子和由此减少的磨损和提高的寿命。

依照本发明，上述任务在按权利要求1前序部分所述的斜置滚子轴承中这样解决，即两列的相邻的球形滚子各自设置在一个公共的、与滚道的压力角轴线成直角伸展的转动轴线上，并且具有这样确定的直径和宽度，使所有的与这些球形滚子的直径相切的包络锥以其锥顶准确地设置在公共转动轴线与轴承纵轴线的交点上。

本发明因此基于这种认识，即由圆锥滚子轴承那里已知的包络锥-轴承运动学，对于所有类型的斜置滚子轴承来说，在轴承负荷能力、磨损减少和使用寿命方面是一种优化，因此将到目前为止已知的多列球形滚子轴承进行如下匹配，以便将相对于圆锥滚子的其它优点用包络锥-轴承运动学的优点来补充。

在从属权利2到5中描述了依照本发明构成的斜置滚子轴承的特征的优选设计方案。

据此按照权利要求2，在依照本发明构成的斜置滚子轴承中，为了达到包络锥-轴承运动学所需的、在较小分度圆上设置的球形滚子的直径的确定而规定，首先较大的分度圆到公共转动轴线和轴承纵轴线的交点的距离通过以下函数算出:

$l_1=\frac{0.5\times T_{k1}}{\sin \alpha },$

在轴承尺寸确定的情况下已知为此所需的初始值，因为对于在较大分度圆上设置的球形滚子，它的直径和它的为直径70％的宽度以及较大分度圆的直径和轴承的压力角针对应用场合按结构预先设定。

由此出发，按照权利要求3，依照本发明构成的斜置滚子轴承的包络锥-运动学可以如下改进，即在较小分度圆上设置的球形滚子的直径可以由从射线定理(Strahlensatz)推导出的以下函数算出:

$r_2=\frac{r_1\times l_1-0.7\times {r_1}^2}{l_1+0.7\times r_1},$

其中，r₁和r₂分别为两列球形滚子的直径的一半，并且l₁为从较大分度圆到公共转动轴线和轴承纵轴线的交点的距离。

按权利要求4，在依照本发明构成的斜置滚子轴承中规定，算出从较小分度圆到较大分度圆在与压力角轴线成直角设置的球形滚子转动轴线上的距离。在按设计规定的、在较小分度圆上设置的球形滚子的宽度同样是它的直径的70％的情况下，该距离可以通过以下函数算出:

l₂＝0.7×(r₁+r₂)，

因此，球形滚子的宽度的预定值为它的直径的至少70％，因为这样的宽度在实践中在轴承的径向和轴向的承载能力方面被证明是可行的，并且大约与接触面相对应，传统深沟球轴承的滚珠与其在轴承环内的滚道也具有这样的接触面。

按权利要求5，最后依照本发明构成的斜置滚子轴承还具有以下的特点，即，在较小分度圆上设置的球形滚子的侧面设计成小于在较大分度圆上设置的球形滚子的侧面，并且两列的两个相邻的球形滚子的各自相互面对的侧面相互具有一个微小的距离。通过这个距离避免两列的相邻球形滚子的持久接触，并且在轴承工作中提前维持了球形滚子的热膨胀，但同时保持了球形滚子相对于交叠运动的相互引导功能。

依照本发明构成的斜置滚子轴承因此相对于从现有技术中已知的斜置滚子轴承具有下述优点，即通过应用包络锥-轴承运动学不再具有两个并排设置的球形滚子的相互面对的侧面或者转动轴线的径向偏移，并且球形滚子因此相互同步地滚动。因此，依照本发明构成的斜置滚子轴承的特征在于，减少到最小程度的磨损、轻微的保持架负荷和提高的使用寿命，并且结合了常规的圆锥滚子轴承和多列球形滚子轴承的优点。在此，依照本发明构成的斜置滚子轴承的适用范围，不只是限于示例所述的用于支承具有轴向和径向瞬时负载的轴或者套筒的两列应用，而是除了很多其它可能的应用以外，还可以以镜相相反的双重布置直接并排扩展到在汽车领域中四列的应用或者诸如此类。

附图说明

下面参考附图详细解释依照本发明构成的斜置滚子轴承的特别优选的实施例。附图中:

图1一个依照本发明构成的斜置滚子轴承的横剖视图；

图2依照本发明构成的斜置滚子轴承的半横剖面的放大视图。

具体实施方式

由图1中清楚看出，一个作为两列的球形滚子轴承构成的斜置滚子轴承1，它主要是由一个轴承外环2、一个轴承内环3、以及许多在轴承环2、3之间设置的并通过一个轴承保持架4在圆周方向上以均匀距离相互保持的球形滚子5、6组成。这些球形滚子5、6是在具有不同分度圆直径的两列7、8中高度位错地并排设置，并且如在图2中可见，分别具有两个对称地从一个球体基本形状削平的、相互平行设置的侧面9、10和11、12，其中，在较大分度圆T_k1上的列7的球形滚子5的直径d₁大于在较小分度圆T_k2上的列8的球形滚子6的直径d₂。此外，两列7、8的球形滚子5、6通过它们的滚动面13、14各自在两个相邻的、在轴承外环2的内面15中和在轴承内环3的外面16中加工出的沟状滚道17、18、19、20中滚动，这些滚道具有相互平行伸展的压力角轴线21、22，并且这样相互邻接设置，即两列7、8的各自相邻的球形滚子5、6以其相互面对的侧面10、11直接并排设置。

依照本发明在这种斜置滚子轴承中新颖的是，两列7、8的相邻球形滚子5、6各自设置在一个公共的与压力角轴线21、22成直角伸展的转动轴线23、24上，并且具有这样确定的直径d₁、d₂和宽度b₁、b₂，即所有的与球形滚子5、6在其直径d₁和d₂处相切的、并且在图1中通过点划线表示的包络锥25、26通过它们的锥顶27、28准确设置在公共的转动轴线23、24和轴承纵轴线29的交点S_R上。

在轴承尺寸确定的情况下，在此对于在较大分度圆T_k1上设置的球形滚子5，按结构预先设定图中所示的球形滚子5的直径d₁和为0.7d₁的宽度b₁的初始值、较大分度圆T_k1的直径、以及压力角α，从而通过以下函数从这些值确定在较小分度圆上T_k2的球形滚子6的直径d₂，

$l_1=\frac{0.5\times T_{k1}}{\sin \alpha },$

首先可以算出分度圆T_k1到公共转动轴线23、24与轴承纵轴线29的交点S_R的距离l₁。

通过算出的距离l₁，接着从以下函数可以算出在较小分度圆T_k2上设置的球形滚子6的直径d₂:

$r_2=\frac{r_1\times l_1-0.7\times {r_1}^2}{l_1+0.7\times r_1},$

其中r₁和r₂，如图2中所示，分别是两列7、8的球形滚子5、6的直径d₁和d₂的一半。

为了完成包络锥-轴承运动学，然后通过算出的在较小分度圆T_k2上设置的球形滚子6的直径d₂，通过以下函数:

l₂＝0.7×(r₁+r₂)

可以算出从较小分度圆T_k2到较大分度圆T_k1的在球形滚子5、6的与压力角轴线21、22成直角设置的转动轴线23、24上的距离l₂，其中，在较小分度圆T_k2上设置的球形滚子6的0.7d₂的宽度b₂同样按结构预先设定。

从图2中最后还可以得出，在较小分度圆T_k2上设置的球形滚子6的侧面11、12小于在较大分度圆T_k1上设置的球形滚子5的侧面9、10构成，并且两列7、8的两个相邻的球形滚子5、6的相应彼此面对的侧面10、11彼此具有一个微小的距离，通过该距离避免了两列7、8的相邻的球形滚子5、6的持久接触，并且在轴承工作中维持了球形滚子5、6的热膨胀。

附图标记清单

1    球形滚子轴承                    22    压力角轴线

2    轴承外环                        23    转动轴线

3    轴承内环                        24    转动轴线

4    轴承保持架                      25    包络锥

5    球形滚子                        26    包络锥

6    球形滚子                        27    锥顶

7    列                              28    锥顶

8    列                              29    轴承纵轴线

9    5的侧面                         S_R    23、24和29的交点

10   5的侧面                         T_k1   较大的分度圆

11   6的侧面                         T_k2   较小的分度圆

12   6的侧面                         d₁    5的直径

13   5的滚动面                       d₂    6的直径

14   6的滚动面                       b₁    5的宽度

15   2的内面                         b₂    6的宽度

16   3的外面                         r₁    5的半径

17   15中的滚道                      r₂    6的半径

18   15中的滚道                      α     压力角

19   16中的滚道                      l₁    从T_K1到S_R的距离

20   16中的滚道                      l₂    从T_k1到T_k2的距离

21   压力角轴线