[发明专利]滚子轴承的挡边的几何设计

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于滚子、尤其是用于圆锥滚子的挡边的几何设计。

背景技术

滚子轴承、例如圆锥滚子轴承中的引导挡边可以或是直线形，或是球面的。直线形挡边主要用于具有较小直径和因此也具有较小挡边宽度的滚子轴承。在此，挡边宽度常常太小从而不能在以供使用的挡边面上制造出特定的型廓。球面挡边、也即具有恒定曲率的挡边大多数情况下用于具有较大直径和因此也具有较大挡边宽度的滚子轴承。球面挡边的特征在于，半径描绘了面向滚子滚道的挡边形状，该半径的原点基本位于滚子的旋转轴线(滚子转动轴线)上，其中允许由于轴心差引起的微小的偏差。

为了进一步说明具有球面挡边的滚子轴承，图1显示了例如设计为圆锥滚子轴承的滚子轴承10的纵切面的示意图。滚子轴承10具有轴承内圈11、轴承外圈12和多个滚子13，滚子13能够在由轴承圈11、12构成的滚动面或滚道14、15上滚动。在圆锥滚子轴承中，滚子或滚动体13相应地是指圆锥滚子。

圆锥滚子13能够在成型于轴承内圈11上的内侧滚道14上和成型于轴承外圈12上的外侧滚道15上滚动。滚道14、15在圆锥滚子轴承中被设计为锥形罩。在图1所示的圆锥滚子轴承10的纵切面中，滚道14、15在假想的延长线中定义出内侧直线16和外侧直线17，所述内测直线16和外侧直线17应该相交于滚子轴承10的旋转轴线或转动轴线18的旋转点19上。

在轴承10的运行中，每个(圆锥)滚子13围绕自己的滚子轴线20转动，其中滚子轴线20的假想延长线同样应该与旋转点19相交。通过全部交于旋转点19的内侧直线16、外侧直线17、轴承旋转轴线18和滚子轴线20的相对位置，形成对于圆锥滚子13在滚道14、15上的滚动条件，从而使得在轴承内圈11和轴承外圈12的相对转动时，圆锥滚子13能够基本无滑移地在滚道14、15上滚动并且使得与之相关的滑动摩擦的份额最小化。

为了也优化沿轴向(也就是沿轴承旋转轴线18的方向)在承受轴向力时出现的摩擦，在滚子轴承中使用的滚子在其端面21上具有由第一半径R21确定的第一曲率，从而使滚子13的端面构成球面的一部分，如图1的放大图所示，该球面在接触点22上与例如轴承内圈11的直线形或球面挡边23相接触。在远离可能的接触点22的区域中，所述弯曲的端面还可以具有由第二半径R23定义的第二曲率，该第二曲率小于滚子13的球面端面21的第一曲率。所述滚子在该区域中也可以是平的。曲率通常理解为无穷短的曲线段的每一连续长度上的方向改变。具有半径r的圆因此具有始终相同且恒定的曲率1/r，其方向改变的程度始终相同。在所有其他曲线中，曲率从弯曲点至弯曲点而改变或沿在三维表面上的路径而改变。曲率的倒数称为曲率半径。曲率半径是各种圆(曲率圆)的半径，所述圆在接触点的周围描绘出与所涉及曲线最近似的(曲线)。

在滚子轴承中，例如圆柱、圆筒或圆锥滚子轴承中，那些设有直线形或平面形挡边与设有球面挡边的滚子轴承相比，滚子-挡边-接触在滚子端面21与朝向该滚子端面的挡边面之间具有更高的面压力(赫兹压力)。在此赫兹压力应理解为在两个弹性体的接触面的中部产生的最大应力。如在具有直线形挡边的滚子轴承中，若两个弹性体(弯曲的滚子端面和直线形或平面状挡边)相互挤压，则它们在理想情况下仅会点状地接触。但是在实际情况中，由于弹性在接触点22上形成压平并且形成接触面。在两个(弹性)体的接触面上形成特征化的压力分布(面压力)，其中，在中部的压力始终是最高的。例如在此，如果球形表面和平面的挡边面相接触则形成接触椭圆面。由于相对较高的面压力，则具有直线形挡边的滚子轴承中通常在较大的力作用下会形成相对较差的润滑膜。此外，与球面挡边相比，直线或平面的挡边会导致在滚子端面和与之相对的挡边面之间形成过小的接触椭圆面，因此仅在极端负载下会导致接触椭圆面与挡边棱边的重叠。通常在直线形或平面的挡边中同样存在接触点22相对轴心差的较小的敏感度，因此可以在滚子13和挡边之间定义接触点22。在平面挡边中，一方面能够实现较大的倾斜，然而另一方面在运行中会相对较差地引导滚子。