徑向滾動軸承，尤其是單列球面滾柱軸承，及其安裝方法

2023-05-31 10:59:36 1

專利名稱：徑向滾動軸承，尤其是單列球面滾柱軸承，及其安裝方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1前序部分特徵所述的適合較高軸向 載荷的徑向滾動軸承，以及一種用於安裝這種徑向滾動軸承的方法， 本發明特別具有優點地可實現於例如作為固定軸承用在汽車變速器主 動軸和從動軸上的單列球面滾珠軸承。
背景技術：
作為可以承受較高軸向力的徑向滾動軸承而言，實踐中首當其衝
使用的是單列凹槽球軸承，因為其具有均勻且較高的徑向和軸向承載 能力、較低的磨損以及所有軸承種類中最高的轉速極限。這種凹槽球 軸承通常由外軸承環和內軸承環以及設在這些軸承環之間的多個滾動 體組成。其中，在外軸承環的內側面和內軸承環的外側面中分別成型 有槽形的、分別由兩個軸向的邊緣界定的滾動軌道，軸承滾子在該滾 動軌道中通過軸承保持架以均勻的間隔互相引導。其中，軸承滾子到
凹槽球軸承的裝入大多情況下通過在DE 168 499中所公開的偏心安裝 法進行，在該方法中，兩個軸承環被彼此偏心地設置，由此形成的、 軸承環之間的自由空間被填入軸承滾子。然後內軸承環在充分利用這 兩個軸承環彈性的情況下被裝入到與外軸承環同心的位置中，從而軸 承滾子接下來可以均勻地分布在軸承環的滾動軌道中並安裝軸承保持 架。
實踐證明，這種凹槽球軸承由於可安裝滾子的數量較少而尤其在 軸承的徑向承載能力方面有所局限，其中，滾子的數量與內外軸承環 的尺寸以及滾子直徑有關。因此曾經公開過大量方案，例如按照DE 151 483所述在外軸承環和內軸承環的滾動軌道的對立邊緣中設置不封閉 的加入口，或者類似構成的、按照DE24 07 477 Al所述的可封閉的加入口，利用其理應實現滾子數量的提高以及凹槽球軸承徑向承載能力 的提高，不過這些方案由於具有很多缺點而在實際中未能實施。
另外在DE311 317中首度公開了另一種提高徑向滾動軸承上滾動 體數量的方案，該方案通過DE43 34 195 A1再度得到改進。對於這些 作為單列凹槽球軸承構成的徑向滾動軸承而言，滾動體不再是由球體、
而是由所謂的球面滾子形成，其設有兩個由基本球形堆成截得並彼此 平行設置的側面。這種球面滾子在其側面之間的寬度小於軸承環中滾 動軌道的沿徑向對立的軸向邊緣之間的間距，從而可以按照如下的徑 向安裝法將球面滾子填入軸承，g卩，球面滾子能夠沿軸向通過內環和 外環導入到軸承中。當球面滾子的中點隨後處在滾動軌道軸線的高度 上時，球面滾子一次垂直並一次水平地轉過90。，從而球面滾子能夠利 用其滾動面在軸承環的滾動軌道滾動。
儘管存在這樣一種可能性，即，將這些獨特構造的球面滾子沿軸 向裝入軸承中並從而使得徑向滾動軸承被大量滾動體近似完全充滿而 能夠針對較高徑向載荷使用，但是，這種球面滾柱軸承在軸承軸向承 載能力方面卻有所損失。這實際上可以解釋為，為了能夠讓滾動體在 其工作位置中旋轉而不會在整個軸承中形成過高的徑向間隙，球面滾 子由於其沿軸嚮導入軸承的可導入性而只能在其側面之間具有較小的
寬度，並且軸承環中的球面滾子滾動軌道只能較為平坦地構成。然而 較為平坦的球面滾子滾動軌道會使得球面滾子在與通過軸向翻滾沿軸 向作用的工作壓力角配合時在其滾動軌道中可支配的支撐面過小，從 而尤其使得這種球面滾柱軸承的徑向承載能力很小，因此這種球面滾 柱軸承不適合較高的軸向載荷。
因此，為了避免這些缺點，在一篇於當前專利申請文件的申請時 刻尚未公開的、編號為10 2005 014 556.6的專利申請文件中做出了如 下公開，g卩，球面滾子在其側面之間的寬度至少增大到其基本球形的 直徑的70%，並且軸承環中球面滾子的槽形滾動軌道設有佔球面滾子的基本球形的直徑17%至19%的深度以及佔球面滾子的基本球形的直 徑75%至78%的寬度，因為這樣一來球面滾子在其佔球面滾子基本球 形圓周近似45%的滾動軌道方面便形成了既提高徑向承載能力又提高 軸向承載能力的總接觸面，而且球面滾子在其軸承環中的滾動軌道方 面依然具有傳統凹槽球軸承的滾珠。由於內軸承環和外軸承環的對滾 動體滾動軌道進行界定的邊緣之間的間距因此而小於球面滾子的寬
度，所以球面滾子到徑向滾動軸承中的裝入必須再度按照已知的偏心 安裝法進行，在該方法中，在這兩個彼此偏心設置的軸承環的沿徑向 對立的邊緣的最大間隔位置上，處於垂直位置的球面滾子被橫向置入 到滾動體滾動軌道中並以其側面彼此緊貼地進入到軸承環之間的自由 空間中。其中，球面滾子的被截得的側面可以實現即使利用偏心安裝
法也可以將數量提高的滾動體相對於單列凹槽球軸承裝入軸承中。在 軸承被填充了球面滾子之後將內軸承環裝入到與外軸承環同心的位置 中，從而球面滾子能夠以均勻的間距互相分布在其滾動軌道的圓弧上 並在其相對於滾動軌道縱向設置的工作位置中轉過90°，以便下一步將 軸承保持架裝入到該徑向滾動軸承中。
利用這樣構成的球面滾柱軸承雖然可以讓球面滾子在其處於軸承 環中的滾動軌道方面具有較大的接觸面並使得軸承比起傳統的單列凹 槽球軸承而言能夠裝備更高數量的滾動體，從而相對於傳統凹槽球軸 承而言尤其提高了軸承的徑向承載能力並減小了軸承的軸向構造空間 和重量。但卻輕視了軸承軸向承載能力的提高，因為雖然加深了球面 滾子的滾動軌道，但是，為了能夠讓球面滾子在配合通過軸向翻轉作 用的工作壓力角的同時在其滾動軌道中完全地得到支撐，滾動軌道依 然過於平坦，因此這種球面滾柱軸承對於在極高工作壓力角下的可變 軸向載荷而言依然是不適合的。

發明內容
從現有技術中的缺點出發，本發明的目的在於，設計一種徑向滾 動軸承、尤其是單列球面滾柱軸承，其除了較高的徑向承載能力以外對於在軸承縱軸兩側較高工作壓力角度下的可變軸向載荷而言也是合 適的。
按照本發明，對於具有按照權利要求1前序部分特徵的徑向滾動 軸承而言，該目的通過下述內容得以解決，S卩，這兩個軸承環中的滾 動軌道都設有極度增大的深度和寬度，使得球面滾子即使對於在軸承
縱軸兩側可至25。的工作壓力角下的可變軸向載荷來說也能夠利用其 滾動面與軸承環中的滾動軌道保持完全的線性接觸，並且軸承環中滾 動軌道的沿徑向對立的軸向邊緣之間的間距小到使得僅當軸承環彼此 偏心設置時間隔才小於球面滾子的基本球形的直徑。
按照本發明構成的徑向滾動軸承的優選實施例和改型在從屬權利 要求中給出。
然後根據權利要求2和3所述對按照本發明構成的徑向滾動軸承 做出了如下設置，即，外軸承環的內側面中和內軸承環的外側面中的 滾動軌道的深度大於球面滾子的基本球形的直徑的25%，而軸承環中 滾動軌道的寬度則大於球面滾子的基本球形的直徑的85%。設置具有 這種尺寸的滾動軌道明顯超過了傳統的凹槽球軸承的滾動軌道尺寸， 並且能夠保證，與徑向軸承間隙相關，球面滾子即使在可達25。的工作 壓力角下也能具有相對於其滾動軌道百分之百的貼附度，並且軸承因 此在具有充分的徑向承載性的同時獲得了極高的軸向承載能力。
根據權利要求4和5所述，按照本發明構成的徑向滾動軸承的優 點還通過下述內容來表現，即，當軸承環彼此同心設置時，滾動軌道 的沿徑向對立的軸向邊緣之間的間距僅為球面滾子的基本球形的直徑 的近似40%至50%，而當球面滾子彼此偏心設置時，軸向邊緣之間的 最大間距則為球面滾子的基本球形的直徑的75%至90%。當球面滾子 的在其側面之間的寬度為球面滾子的基本球形的70%時，不管是按照 已知的軸向安裝法還是按照傳統的偏心安裝法都不可能將球面滾子裝入到徑向滾動軸承中，原因是，對於這兩種方法而言，滾動軌道的邊 緣之間的間距太小。
因此在按權利要求6所述的按照本發明的、用於安裝這種徑向滾 動軸承的方法中提出了一種修改了的球面滾子偏心安裝法，在該方法 中首先以已知的方式將內軸承環置入到外軸承環中並將它們置於相對 於一條共同的徑向軸線彼此偏心的位置。與己知的偏心安裝法不同的 是，接下來，在沿徑向對立的軸承環邊緣最大間隔的位置上，第一球 面滾子的推入不是在側面相對於軸承環的垂直位置中、而是在側面相 對於軸承環的正切位置中進行的，以便接下來使得這個第一球面滾子
在軸承環中的滾動軌道中轉過90。進入到橫向於該位置的位置中並在 這一位置中進入到軸承環之間的第一側向中間位置中。然後在軸承環 之間邊緣最大間隔的位置上，在側面相對於軸承環正切的位置推入第 二球面滾子，以便同樣在軸承環的滾動軌道中轉過90。進入到橫向於該 位置的位置中並在這一位置中進入到軸承環之間的第二側向中間位置 中。
然後交替重複上述步驟，直到徑向滾動軸承被最大可能地裝滿球 面滾子為止，從而接下來又可以按照已知的偏心安裝法將內軸承環推 入到與外軸承環同心的位置中。然後所有被裝入的球面滾子在其橫向 於滾動軌道的位置中以均勻的間距分布在軸承環滾動軌道的整個圓周 上或者分布在其圓弧上並通過旋轉90。進入到其相對於滾動軌道縱向 設置的工作位置中，從而接下來能夠使得軸承保持架穿過軸承環邊緣 之間的間隔並得到安裝。
按照本發明構成的球面滾柱軸承因此相對於現有技術中已知的球 面滾柱軸承而言具有如下優點，S卩，通過為球面滾子設置很深且很寬 的滾動軌道以及為球面滾子設置佔其基本球形的直徑70%的最優寬 度，現在除了較高的徑向承載能力以外對於在軸承縱軸兩側較高工作 壓力角度下的可變軸向載荷而言也是合適的。


下面基於附圖對按照本發明構成的徑向滾動軸承的一種優選實施
例進行詳細的闡釋。其中
圖1是按照本發明構成的球面滾軸軸承的空間整體視圖2是按照本發明構成的球面滾柱軸承的截面圖3按照圖2所示的X單元給出了按照本發明構成的球面滾柱軸
承的截面的一半的放大視圖4是在安裝球面滾子時按照本發明構成的球面滾柱軸承的側視
圖5是安裝球面滾子時按照本發明構成的球面滾柱軸承的截面圖。
具體實施例方式
圖1與圖2清楚地給出了一個作為單列球面滾柱軸承構成的徑向 滾動軸承1，其基本由外軸承環2和內軸承環3以及設在這些軸承環2、 3之間的大量球面滾子5組成，這些球面滾子5分別具有兩個由基本球 形對稱截得的、彼此平行設置的側面6、 7。可以清楚地看到，球面滾 子5通過軸承保持架4沿圓周方向均勻間隔地彼此保持並以其滾動面8 在兩個於外軸承環2的內側面9和內軸承環3的外側面10之中成型的 槽形滾動軌道11、 12中滾動，滾動軌道11、 12分別由兩個軸向邊緣 13、 14和15、 16界定。其中，如圖3所示，球面滾子5在其側面6、 7之間具有約為其基本球形的直徑dK的70X的寬度bK並因此比軸承環 2、 3中滾動軌道11、 12的沿徑向對立的軸向邊緣13、 15之間和14、 16之間的間距ae寬。
為了使得這樣構成的徑向滾動軸承1具有很高的軸向負荷能力， 從圖2和3中可以看到，兩個軸承環2、 3中的滾動軌道11、 12按照
本發明都設有極度增大的深度tLA、 tu和寬度bLA、 bu，使得球面滾子
5即使對於在軸承縱軸17兩側可至25。的工作壓力角a下的可變軸向載 荷來說也能夠利用其滾動面8與軸承環2、 3中的滾動軌道11、 12保持完全的線性接觸。其中，圖3中示出的軸承環2、 3中滾動軌道11、 12的沿徑向對立的軸向邊緣13、 15之間和14、 16之間的間距aa小到 使得僅當在軸承環2、 3如圖4所示彼此偏心設置時，軸承環2、 3的 間隔aB^才小於球面滾子5的基本球形的直徑dK。
其中，作為具體的實施方案，通過圖3可以明確地看到，外軸承 環2的內側面9中以及內軸承環3的外側面10中的滾動軌道11、 12 的深度tLA、 tu為球面滾子5的基本球形的直徑djc的近似30%，而滾 動軌道11、 12的寬度bLA、 bu則為球面滾子5的基本球形的直徑dK 的近似90%。從該圖中還可以看到，對於所示出的軸承環2、 3的彼此 同心設置而言，滾動軌道11、 12的沿徑向對立的軸向邊緣13、 15和 14、 16之間的間距aB僅為球面滾子5的基本球形的直徑dK的近似40 %，而對於圖4所示的軸承環2、 3的彼此偏心設置而言，該軸向邊緣 之間的最大間距aBex則為球面滾子5的基本球形的直徑dK的近似80% 。 通過設置具有這種尺寸的滾動軌道11、 12，球面滾子5即使在可達25° 的工作壓力角下也能具有相對於其滾動軌道11、 12百分之百的貼附度 並從而保證了軸承在具有充分的徑向承載性的同時也具有極高的軸向 承載能力，與此同時，由於滾動軌道11、 12的軸向邊緣13、 15之間 和14、 16之間的間距aB或aBex太小，所以球面滾子5按照已知的傳統 軸向或偏心安裝法是無法得到安裝的。
因此，對於這樣構成的徑向滾動軸承1而言，球面滾子5的安裝 按照本發明通過一種經修改的偏心安裝法進行，其中，首先按照圖4 中所示的已知方式將內軸承環3置入到外軸承環2中並將軸承環2、 3 置於關於一條共同的徑向軸線彼此偏心的位置中。這種偏心安裝法的 新穎之處在於，接下來第一球面滾子5的推入是在如圖4和5中所示 的、在軸承環2、 3沿徑向對立的邊緣13、 15和14、 16的最大間隔aBex 位置上側面6、 7相對於軸承環2、 3的正切位置中進行的，以便接下 來使得所述第一球面滾子5在軸承環2、 3中的滾動軌道11、 12中轉 過90。進入到橫向於該位置的位置中並在這一位置中進入到如圖4中垂直中線左側所示的、軸承環2、 3之間的第一側向中間位置中。然後第
二球面滾子5在軸承環2、 3之間邊緣13、 15和14、 16最大間隔&8 的位置上在側面6、 7相對於軸承環2、 3正切的位置下被推入，以便 同樣在軸承環2、 3的滾動軌道11、 12中轉過90。進入到橫向於該位置 的位置中並在這一位置中進入到如圖4中垂直中線右側所示的、軸承 環2、 3之間的第二側向中間位置中。
然後交替重複上述步驟，直到徑向滾動軸承1被最大可能地裝滿 球面滾子5為止，從而接下來又可以按照已知的方式將內軸承環3推 入到與外軸承環2同心的位置中。然後所有被裝入的球面滾子5在其 橫向於滾動軌道11、 12的位置中以均勻的間距分布在其圓弧上並通過 旋轉90。進入到其如圖1中所示的、相對於滾動軌道11、 12縱向設置 的工作位置中，從而接下來能夠使得軸承保持架4穿過軸承環2、 3的 邊緣13、 15之間和14、 16之間的間隔aB並得到安裝。附圖標記
1徑向滾動軸承 2外軸承環 3內軸承環 4軸承保持架 5球面滾子
6 5的側面
7 5的側面
8 5的滾動面
9 2的內側面
10 3的外側面
11 9中的滾動軌道
12 10中的滾動軌道
13 11的邊緣
14 11的邊緣
15 12的邊緣
16 12的邊緣 17軸承縱軸 bK5的寬度
dK5的基本球形的直徑 tLA 11的深度 tu 12的深度 bLA 11的寬度 bu 12的寬度
aB 13和15之間或14和16之間的間距
aBex當2和3偏心設置時13和15之間或14和16之間的間距
權利要求
1. 徑向滾動軸承，尤其是單列球面滾柱軸承，其基本由外軸承環(2)和內軸承環(3)以及設在這些軸承環(2，3)之間且通過軸承保持架(4)在圓周方向上均勻間隔地保持的大量球面滾子(5)組成，這些球面滾子(5)分別具有兩個由基本球形對稱截得的、彼此平行設置的側面(6，7)並以其滾動面(8)在兩個在外軸承環(2)的內側面(9)和內軸承環(3)的外側面(10)中成型的槽形滾動軌道(11，12)中滾動，滾動軌道(11，12)分別由兩個軸向邊緣(13，14和15，16)界定，其中，球面滾子(5)的在其側面(6，7)之間的寬度(bK)為其基本球形的直徑(dK)的至少70％並大於軸承環(2，3)中滾動軌道(11，12)的沿徑向對立的軸向邊緣(13，15和14，16)之間的間距(aB)，其特徵在於，這兩個軸承環(2，3)中的滾動軌道(11，12)都設有極度增大的深度(tLA、tLI)和寬度(bLA、bLI)，使得球面滾子(5)即使對於在軸承縱軸(17)兩側可至25°的工作壓力角(α)下的可變軸向載荷來說也能夠利用其滾動面(8)與軸承環(2，3)中的滾動軌道(11，12)保持完全的線性接觸，並且軸承環(2，3)中滾動軌道(11，12)的沿徑向對立的軸向邊緣(13，15和14，16)之間的間距(aB)小到使得僅當軸承環(2，3)彼此偏心設置時軸承環(2，3)的間隔(aBex)才小於球面滾子(5)的基本球形的直徑(dK)。
2. 按權利要求1所述的徑向滾動軸承，其特徵在於，外軸承環(2) 的內側面(9)中和內軸承環(3)的外側面(10)中的滾動軌道(11,12)的 深度大於球面滾子(5)的基本球形的直徑(dK)的25%。
3. 按權利要求2所述的徑向滾動軸承，其特徵在於，外軸承環(2) 的內側面(9)中和內軸承環(3)的外側面(10)中的滾動軌道(11，12)的 寬度大於球面滾子(5)的基本球形的直徑(dK)的85%。
4. 按權利要求3所述的徑向滾動軸承，其特徵在於，當軸承環(2，3)彼此同心設置時，滾動軌道(ll， 12)的沿徑向對立的軸向邊緣(13, 15和14， 16)之間的間距(aB)僅為球面滾子(5)的基本球形的直徑 (dK)的近似40%至50%。
5. 按權利要求4所述的徑向滾動軸承，其特徵在於，當軸承環(2， 3)彼此偏心設置時，滾動軌道(11， 12)的沿徑向對立的軸向邊緣(13， 15和14， 16)之間的最大間距(aBex)為球面滾子(5)的基本球形的 直徑(dK)的75%至90%。
6. 用於安裝具有權利要求l特徵的徑向滾動軸承的方法，其中， 首先將內軸承環(3)置入到外軸承環(2)中並將軸承環(2， 3)置 於相對於一條共同的徑向軸線上彼此偏心的位置，其特徵在於接下來 的步驟a) 在相對於軸承環(2， 3)的沿徑向對立邊緣(13， 15和14， 16)的最大間隔(aBex)位置上，在側面(6， 7)相對於軸承環(2， 3) 的正切位置下推入第一球面滾子(5)，b) 使得第一球面滾子(5)在軸承環(2， 3)中的滾動軌道(11， 12)中轉過90。進入到橫向於該位置的位置中，並將這一位置中的第一 球面滾子(5)推入到軸承環(2， 3)之間的第一側向中間位置中，c) 在相對於在軸承環(2， 3)的沿軸向對立邊緣(13， 15和14， 16)的最大間隔(aBex)位置上，在側面(6， 7)相對於軸承環(2, 3) 正切的位置下推入第二球面滾子(5)，d) 使得第二球面滾子(5)在軸承環(2， 3)的滾動軌道(11， 12)中轉過90。進入到橫向於該位置的位置中，並將這一位置中的第二 球面滾子(5)推入到軸承環(2， 3)之間的第二側向中間位置中，e) 交替重複步驟a)和b)及c)和d),直到徑向滾動軸承(1) 被最大可能地裝滿球面滾子(5)為止，然後將內軸承環(3)推入到 與外軸承(2)環同心的位置中，f) 使得所有被裝入的球面滾子(5)在橫向於滾動軌道(11， 12) 的位置中以均勻的間距分布在軸承環(2， 3)滾動軌道(11， 12)的整個圓周上，g)使得已置入的球面滾子(5)轉過90。進入到其相對於滾動軌道(11， 12)縱向設置的工作位置中，然後穿過軸承環(2， 3)邊緣(13， 14和15， 16)之間的間隔(aB)安裝軸承保持架(4)。
全文摘要
本發明涉及一種作為單列球面滾柱軸承構成的徑向滾動軸承(1)，其由外軸承環(2)和內軸承環(3)以及設在這些軸承環(2，3)之間的大量球面滾子(5)組成，這些球面滾子(5)分別具有兩個由基本球形對稱截得的側面(6，7)。球面滾子(5)通過軸承保持架(4)均勻間隔地彼此保持並以其滾動面(8)在兩個分別由兩個軸向邊緣(13，14和15，16)界定的槽形滾動軌道(11，12)中滾動。球面滾子(5)的在其側面(6，7)之間的寬度(bK)為其基本球形的直徑(dK)的至少70％並因此大於軸承環(2，3)中滾動軌道(11，12)的軸向邊緣(13，15和14，16)之間的間距(aB)。按照本發明，這兩個軸承環(2，3)中的滾動軌道(11，12)都設有極度增大的深度(tLA、tLI)和寬度(bLA、bLI)，使得球面滾子(5)即使對於在軸承縱軸(17)兩側可至25°的工作壓力角(α)下的可變軸向載荷來說也能夠利用其滾動面(8)與軸承環(2，3)中的滾動軌道(11，12)保持完全的線性接觸，並且軸承環(2，3)中滾動軌道(11，12)的沿徑向對立的軸向邊緣(13，15和14，16)之間的間距(aB)小到使得軸承環(2，3)的間隔(aBex)僅當軸承環(2，3)彼此偏心設置時才小於球面滾子(5)的基本球形的直徑(dK)。
文檔編號F16C33/36GK101432538SQ200780015281
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月17日 優先權日2006年4月26日
發明者格奧爾格·戈佩爾特, 海因裡希·霍夫曼, 雷納·艾德洛特, 霍斯特·多普靈 申請人:謝夫勒兩合公司