专利名称：滚珠轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滚珠轴承,其具有第一座圈和第二座圈以及至少一列布置在两个座圈之间的缝隙内的滚珠，滚珠的半径为Rk，并且滚珠沿着两个座圈的彼此相向的滚道滚动，其中，一列滚珠的中心点在如下圆形轨迹上运动，该圆形轨迹被这一列的所有滚珠围成的环面所包围，环面有环向半径Rk、环向角坐标f和极向角坐标e，以及其中，每个滚道与每个滚珠在相应的支承角e P1、0P2；e P3和e P4下具有各两个几乎呈点状的碰触区或碰触点P1J2 ;P3，P4，以及其中，在支承角eP1, eP2 ； eP3^P e P4的区域中，滚道横截面具有具备有限的拱曲半径Ru. RL4的横向拱曲部，这些拱曲半径分别大于滚珠半径Rk :RlV>RK。
背景技术：
这种四点轴承以不同的结构形式存在，例如作为单列式或多列式滚珠轴承存在。在此使用的滚道不少都具有哥特式的型廓，也就是说横向拱曲部分部段地遵循各一个圆形轨迹截段；但两个这样的圆形轨迹扇段大致在轨迹的中部夹成一个锐角，相应于哥特式圆弧。由此可行的是尽管拱曲半径Ry Rm分别大于滚珠半径Rk :L>Rk，还是可以在滚道与滚珠之间实现两个碰触点。在其上产生碰触点或碰触区的极向角通常被称为支承角。支承角关于穿过一列滚珠中心点分布的平面，通常在40°到50。之间，尤其为约45°，或在-40°到-50。之间，尤其为约-45°。由于支承角的这种优选的位置，在传递负荷时始终得到沿轴向和径向的负荷分量。由此，即便是在纯轴向的负荷的情况下，也始终产生径向的负荷分量，该径向负荷分量在轴承直径较大，例如大于0. 5m,优选为I. Om或以上,尤其为2. Om或以上的情况下,一方面导致外圈径向扩大，另一方面导致内圈变窄。在组合式的负荷下，亦即在轴向负荷、径向负荷和/或倾斜力矩负荷相叠加的情况下，得出了座圈形状呈椭圆形的变形。在传递最高负荷的地方，外座圈扩大得最为强烈，并且内座圈收窄得最为强烈。在此，两个座圈变形成椭圆形，但两个座圈的主轴彼此相对转动，尤其是转动了约90°，从而例如外座圈的大的半轴大致与内座圈的小的半轴重合，并且因而在两个座圈之间的缝隙的宽度随着环向角f变化。因为两个座圈都在传递最闻负荷的区域中相对彼此扩展得最宽，所以支承角在这些部位上移位得最为剧烈。在此，可以根据连接结构的变形和刚度，使支承角移位直至±65°或±70°，甚至直至±75°或更高。在强烈的应力下或在一定的预紧力下，取代在滚珠与滚动面之间的碰触点地得到了平面式的碰触区，优选为大致椭圆形，也就是所谓的受压椭圆。当支承角发生很大地移位时，这个碰触区或者说受压椭圆接近轴承缝隙的话，则该受压椭圆可以通过在滚道与轴承缝隙之间的边沿修剪。若发生这种情况，那么不仅在保留的碰触区中的滚珠负荷升高，而且尤其还出现了变大的边沿压强(Kantenpressungen),这迅速导致滚珠和滚道受损。滚珠轴承的直径越大，并且连接结构的结构刚度越小，那么这种效应越强。因此，在不利的情况下，必须取代四点轴承而选择更为复杂而且昂贵的轴承结构形式，例如多列式滚子轴承，多列式滚子轴承具有用于轴向和倾斜力矩负荷的支承角为90°的至少一个滚子列以及用于传递径向负荷的支承角为0°的至少一列滚子。
发明内容
由所述现有技术的缺点得出本发明所要解决的技术问题是以如下方式来改进依据类属的滚珠轴承，即避免四点轴承的所述缺点。尤其希望的是，达成如下的布置方案，即尽管负荷很强，但四点轴承的支承角并未太过远离其正常位置。该技术问题的解决方案以如下方式达成，即在支承角0 P1、0 P2 ; 0 P3和0 P4的周围的一个或多个滚道的横向拱曲半径&分别是极向角坐标9的各一个连续的而且可微分的函数 = ( 0 )，该函数从各个支承角区域0P1、e P4出发朝两个极向方向分别增长Rl (9)彡Rl ( ePv)，必要时甚至经过拐点Pw (在横向拱曲半径Rl (ew)=±m 的极向角0 w下)直至为凸形的横向拱曲半径&〈0。因此，滚道的表面分别从经预调整的支承角e P1、0P2；e P3和0 P4出发，朝两个极向方向相对于例如在环面中存在的圆形的横截面走向曲线回退。尽管这种回退不必非常大，但这种回退仍有如下的效应，即在圈例如因为外部径向力或轴向力或倾斜力矩而变形时，实际上的支承角要比在滚道的圆形的横截面走向曲线的情况下移位得小，尤其是不会有过高的在75°或以上范围内的值。因此，滚道边沿即便在很高的负荷以及连接结构很小的刚度下也不会负荷过重。较小支承角移位的效应在于，滑动部分较小的滚珠可以沿滚道滚动。由于滑动部分较小，滚珠的整个滑动特性得到改善，从而减少了滚道的摩擦以及延长了滚珠轴承实际上可用的使用寿命。此外，基于更好的滚动特性，这种滚珠轴承的转动阻力要小于传统的四点轴承。因此可以在发动机驱动的装备、机器或设备中，动用较弱的、也就是说成本更为低廉的驱动器；能耗下降，由此也保护了环境。在使用在风力或水利发电站中时，由此减少了能量的自消耗以及因而也提高了效率。基于上述规定，滚道横向拱曲部也可以是凹形的，其中，横向拱曲半径&大于滚珠半径Rk，以及至少分部段凸形，其中，横向拱曲半径&小于零。但其间的值域
例外，或者说不适用于横向拱曲半径业已证实有利的是，滚道轮廓具有有限的密切S= (Rk/Rl) * 100% ^ 0，必要时滚道轮廓的拐点例外。在此，密切限定为滚珠半径Rk与滚道的局部横向拱曲半径&之比，再乘以100%，并且因此在按本发明的滚珠轴承中依赖于极向角0变化。一种优选的结构准则设置为，滚道轮廓在支承角的区域中，也就是说在0 Pv-5° ( 0 ( 0Pv+5°时，密切S= ( / )* 100%分别在98%到90%之间，优选密切S为97%至92%，尤其是密切S为96%至94%。这样高的密切(即其中，滚道的横向拱曲半径&仅比滚珠半径Rk大几个百分点)在传统的四点轴承中由于轴承负荷而迅速导致支承角发生强烈移位，并且因此可以仅结合按本发明的教导达到。可以对本发明做如下改进，即滚道轮廓在轴承缝隙附近具有的密切S= (Rk/Rl) *100%在90%至50%之间，优选密切S为90%至60%，尤其是密切S为90%至70%。由此可知，在轴承缝隙的区域中滚道的横向拱曲半径&要比滚珠半径大得多，例如大10%至50%。有赖于按本发明的结构，滚道的这些所述区域几乎不与滚珠接触。在本发明的范畴内在支承角区域0 P1、0 P2 ; 0 P3和0 P4的周围的一个或多个滚道的横向拱曲部不具有圆形的轮廓，尤其也不是分部段地具有圆形的轮廓。正是通过取消圆形的轮廓而按照本发明解决了所述问题。本发明还设置为在支承角区域0 P1、0 P2 ; 0 PdP 0 p4的周围的滚道轮廓的横向拱曲部遵循连续的而且可微分的函数，优选遵循势函数或多项函数，例如P ( 9 )=a0+ai * 0+a2* 02+..+an* en，或遵循指数函数，例如E ( e )=ef (0)，或遵循椭圆曲线，或遵循求和函数S(e)=2fv ( e )，或者两个或更多这类函数的组合。重要的是在支承角区域epl、eP2;eP3和0 P4内及其周围的连续性和可微分性。当滚道轮廓的横向拱曲部是对称的时，获得一种特别简单的布置方案。于是，对称平面在环形平面内分布，更确切地说居中地在滚珠与滚道的两个碰触点之间分布。另一方面，滚道轮廓的横向拱曲部也可以是非对称的，例如倘若轴承的轴向负荷是非对称的，也就是说主要在轴向上出现。可以对本发明做如下改进，即滚道轮廓的横向拱曲部具有至少一个拐点。这种拐点意味着滚道横向拱曲部的变化越过Rf⑴和Rf-⑴继续达到曲率半径变小的负横向拱曲，也就是说，滚道横向拱曲部自拐点起或越过该拐点便不再如在支承角的紧邻周围中那样是凹形的，而是从该拐点起变成凸形的。在这种发明构思的继续扩展方案中还可以设置为滚道轮廓的横向拱曲部的至少一个拐点位于轴承缝隙的附近，亦即明显远离相关的支承角0 v。于是，密切S在那里可以甚至是负的，由此，避免了构造出尖锐的边沿，这同样是提高可达到的使用寿命的一种措施。滚珠轴承优选涉及一种径向轴承。另一方方面本发明也可以使用在轴向轴承中，尤其是带有两个盘片(滚动体在所述盘片之间滚动)，例如带有轴盘片和壳体盘片。在本发明的范畴内一个或优选为两个座圈具有各一个平坦的接合面，用于连接到基座、底盘或其他的机器部件或设备部件上。因此，一方面由按本发明的滚珠轴承施加的(转动)引导被传递到相关的设备部件上。另一方面在该路径上，坚固的而且进而稳定的连接元件可以将其结构刚度传递给滚珠轴承，以便保护滚珠轴承免于变形以及免于过度负荷。一个或多个平坦的接合面优选具有固定机构，用以与基座、底盘或其他的机器部件或设备部件连接。由此才实现了在按本发明的滚珠轴承与连接元件之间的力交换。本发明推荐的是将固定机构设计成呈圈环状分布的钻孔。很大数目的这样的优选均匀分布在轴承圈上的固定钻孔实现了在相关的部件之间的内部连接，由此，也可以传递轴向力和倾斜力，并且通过轴向力和倾斜力由挤压在一起的部件引起的摩擦配合还可以传递扭矩和径向力。用于固定的钻孔可以构造成通孔或盲孔。通孔优选用于借助插穿或拧入的机器螺栓、螺纹栓等固定。为此目的，按本发明的结构规定设置为钻孔、尤其是盲孔配设有内螺纹。取而代之地，对于通孔为了固定，可以应用被拧合到插穿的端部上的锁紧螺母。业已得到证实的是，两个座圈的用于连接到各一个基座、底盘或其他机器部件或设备部件上的平坦的接合面在两个座圈上朝相反的(轴向)方向指向。通过这种措施使按本发明的滚珠轴承的平面一定程度上形成了在可相对转动的机器部件或设备部件之间的划分平面，其中，一个设备部件位于滚珠轴承平面上方，另一设备部件则位于滚珠轴承平面下方。由此，获得其他优点，S卩，一个座圈的用于连接到各一个基座、底盘或其他机器部件或设备部件上的平坦的接合面朝滚珠轴承的(轴向)方向相对于另一座圈的相关的环形面隆起。由此，预防了座圈的不用作连接面的端面在相关的接触部分上沿着刮擦。 最后，根据本发明的教导，两个座圈的用于连接到各一个基座、底盘或其他机器部件或设备部件上的平坦的接合面在两个座圈上朝相反的(轴向)方向彼此错开，亦即例如上部连接面向上，相对地，下部连接面则向下。由此可行的是，两个轴承圈具有大致相同的高度，并且进而大致具有相同的横截面以及最后同样具有几乎一致的稳定性。
基于本发明基础的其他的特征、细节、优点和效果由对本发明的优选实施方式的下列说明以及结合附图而得出。在此情况下图I是按本发明的滚珠轴承的横截面，部分被打断；图2是图I中细部II的放大图；以及图3大致以与图2对应的图示示出本发明的另一实施方式。
具体实施例方式依照图I的剖面在横向通过按本发明的滚珠轴承1，并且在此局限于滚珠轴承I的半环以及限制在两个滚珠轴承圈3、4之间的缝隙2周围的细部，其中，可以看到具有滚珠半径Rk的滚珠5来代表滚珠列并且可以看到滚珠5的周围。所示滚珠轴承I涉及一种径向轴承，其中，轴承转动轴线竖向走向，但受制于按本发明的滚珠轴承I的大直径而很远地超出在图纸的竖向边沿。在此，例如在左侧呈打断的形式示出的圈3相应于外圈，以及在右侧同样经打断地示出的圈4相应于内圈；于是，滚珠轴承转动轴线在右侧处在可见附图区域的外部。但对本发明而言，哪个是内圈和哪个是外圈的问题无关紧要。明显可以看到，两个轴承圈3、4的各自朝向缝隙2的面6、7具有各一个绕行的滚道凹陷部8、9。滚珠5处在这两个滚道凹陷部8、9中，从而在两个轴承圈3、4之间的缝隙2的宽度B要小于滚珠直径Dk=2 * Rk,优选甚至小于滚珠半径Rk。滚珠5在两个滚道8、9之间滚动,而滚珠5的中心点M在圆形轨迹10上运动，圆形轨迹10在图I中铅垂直地贯穿图平面。在此，滚珠体在假想的环面内运动，该环面包围了具有恒定环向半径Rk的圆形轨迹10。在这个假想的环面的表面上的点可以借助坐标系来标识，坐标系由环向角坐标f和极向角坐标0组成。环向角f沿着圆形轨迹10测得，极向角e则沿着圆形轨迹Ii测得，极向角e的平面分别铅垂直地被圆形轨迹10贯穿；在图I中，这个圆形轨迹11处在图平面中。如果将环向半径Rk套用(verallgemeinern)为半径坐标r，则覆盖假想环面表面的坐标系f 0可以至少在假想的环面的周围或在滚珠轴承I的内部被外推至整个三维空间。因此，可以为滚珠轴承I的每个点进而还为两个滚道8、9的每个点配属有各一个环向角f和一个极向角9。
图I所示的滚珠轴承I具有对称的滚道8、9，但这不一定是强制性的。这意味着在所示示例中，两个滚道轮廓8、9的横截面彼此对称，更确切地说，关于第一对称轴线12彼此对称，该第一对称轴线居中地沿着缝隙2走向，也就是说，保持距两个轴承圈3、4的两个彼此相向的面6、7间距相同。第二对称轴线13铅垂直于该对称轴线12地走向，更确切地说，在滚珠中心点M或圆形轨迹10的高度上走向；由此，该对称轴线13平行于滚珠轴承I的基本平面地走向。由图I可知，这些对称轴线12、13形成了局部笛卡尔坐标系的一种坐标平面(Koordinatenkreuz),该坐标系的第三坐标轴是圆形轨迹10的切线。极向角0优选从图I中水平走向的坐标轴13起计，也就是说从在径向上朝着滚珠轴承圈3、4的中心点或滚珠轴承I的转动轴线走向的坐标轴起计。两个滚道8、9通过对称轴线13分别划分成两个区段，即分成上部区段和下部区段，上部区段和下部区段优选关于对称轴线13彼此对称。在按图I的横截面中，通过彼此相交的对称轴线12、13总共产生了四个象限。在这里，两个滚道8、9被这样构造，在这四个象限的每一个中都有滚道8、9与滚珠5的各一个 碰触点，即碰触点Pp P2> P3和P4，碰触点Pp P2> P3和P4分别可以在极向角或所谓的支承角下找到。在图I中可以看到滚珠轴承I的不受外力的状态，其中，支承角0:、02、93和94处在为此所设置的值上，在所示示例中，分别为与居中的轴承平面13朝上或朝下错开约±45°的支承角，相应于四点轴承的布置方案。在这些支承角的周围，即例如在区域
、[ 0 2_ A，0 2+ A ]、
和
的内部(例如 A=I0 或 A =2。或 A =5。等)，滚道 8、9具有各一个横向拱曲半径Ru ^ Rk，但略大于滚珠半径Ru>Rk。在那里的密切S在98%至90%。从这个区域起，横向拱曲半径&增加，更确切地说，按连续的而且可微分的函数增加。因此，滚道8、9的轮廓从支承角区域[S1-A, 0 !+A], [ 02-A, 02+A]、
和
出发朝两个方向(关于滚珠中心点M)向外相对于半径为Ru的圆周回退，这是因为在这些区域中超出或者说远离支承角区域适用的是RJRU。由图2可知，由此在滚道边沿14的区域中，即在滚道8、9过渡为缝隙2的边界面6、7的地方，相对于图2中虚线所绘半径为Ru的圆周得到了偏差a>0。基于这种回退，滚道8、9的局部横向拱曲部的假定的中心点也在支承角区域
、[ 02-A, 02+A]、
和
外部而不与圆周10或滚珠中心点重合,而是显而易见地与圆周10或滚珠中心点偏离。多个这样的偏离的曲率中心点15、16在图I中示出。在滚道边沿14的区域中，密切S仅在90%至50%。在图3中表现出本发明的另一种变换后的实施方式，其中，在滚道8、9的横截面轮廓中得到了拐点W，并且滚道8、9在越过该拐点至少分部段地具有凸形弯曲的横向拱曲走向。这个凸形的区域17可以要么延伸至滚道边沿14，要么在另一拐点之后随后又通过凹形的曲线继续伸展。在滚珠5的赤道的区域中，也就是说在与轴承基本平面平行的对称轴线13处，滚道8、9具有各一个平缓的、沟形的凹陷部18，该凹陷部18可以作为润滑脂的储备腔。附图标记列表
I滚珠轴承2缝隙3轴承圈4轴承圈5滚珠6面7面8滚道9滚道10圆形轨迹11圆形轨迹12对称轴线13对称轴线14滚道边沿15移位的中心点16移位的中心点17区域18沟状的凹陷部权利要求
1.滚珠轴承(1)，其具有第一座圈和第二座圈(3、4)以及至少一列布置在两个所述座圈(3、4 )之间的缝隙(2 )内的半径为RK的滚珠(5 )，滚珠(5 )沿着两个所述座圈(3、4 )的彼此相向的滚道(8、9)滚动，其中，一列所述滚珠(5)的中心点(M)在圆形轨迹(10)上运动，所述圆形轨迹(10)被这一列的所有所述滚珠(5)围成的环面所包围，所述环面具有环向半径Rk、环向角坐标φ和极向角坐标Θ，以及其中，每个滚道(8、9)与每个滚珠(5)在各自的支承角(ΘΡ1、ΘΡ2;ΘΡ3和θρ4)下，具有各两个几乎呈点状的碰触区或碰触点(PpP2 ;p3、P4)，以及其中，在所述支承角(ΘΡ1、ΘΡ2;ΘΡ3和ΘΡ4)的区域中，滚道横截面具有具备有限拱曲半径(Ru... Rl4)的横向拱曲部，所述拱曲半径(Ru. .. Rl4)分别大于所述滚珠半径(Rk):L>Rk，其特征在于，在所述支承角(θ Ρ1、θ Ρ2 ; θ P3和θ p4)的周围的ー个或多个滚道(8、9)的横向拱曲半径( )分别是极向角坐标Θ的各一个连续的而且能微分的函数 = (Θ)，所述函数从各支承角区域(θ ρ1、θ ρ2 ; θ p3和θ p4)出发朝两个极向方向分别增长 ( θ )彡も(θΡν)，必要时甚至直至为凸形的横向拱曲半径も〈0。
2.按权利要求I所述的滚珠轴承(1)，其特征在干，滚道轮廓具有有限的密切S=(Rk/Rl) * 100%ホ0，必要时，所述滚道轮廓的拐点(W)是例外。
3.按权利要求I或2所述的滚珠轴承(I)，其特征在于，所述滚道轮廓在所述支承角的区域中，也就是说在θΡν-5°≤Θ≤θΡν+5°的情况下，分别具有的密切S= (Rk/Rl)* 100%在98%到90%之间，优选密切S在97%至92%，尤其是密切S在96%至94%。
4.按前述权利要求之一所述的滚珠轴承(I)，其特征在干，所述滚道轮廓在轴承缝隙(2)附近具有的密切S= (Rk/Rl) * 100%在90%至50%之间，优选密切S为90%至60%，尤其是密切S为90%至70%。
5.按权利要求I所述的滚珠轴承(1)，其特征在于，在所述支承角区域(ΘΡ1、ΘΡ2;ΘΡ3和θ Ρ4)的周围的ー个或多个滚道的横向拱曲部不具有圆形的轮廓，尤其也不是分部段地具有圆形的轮廓。
6.按前述权利要求之一所述的滚珠轴承(1)，其特征在于，在所述支承角区域(ΘΡ1、θ ρ2 ; θ ρ3和θ ρ4)的周围的滚道轮廓的横向拱曲部遵循连续的而且能微分的函数，优选遵循势函数或级数或指数函数或椭圆形的轮廓，或者两个或更多这类函数的组合。
7.按前述权利要求之一所述的滚珠轴承(I)，其特征在干，所述滚道轮廓的所述横向拱曲部是对称的。
8.按前述权利要求之一所述的滚珠轴承(1)，其特征在于，所述滚道轮廓的所述横向拱曲部是非対称的。
9.按前述权利要求之一所述的滚珠轴承(1)，其特征在于，所述滚道轮廓的所述横向拱曲部具有至少ー个拐点(W)。
10.按权利要求9所述的滚珠轴承(1)，其特征在于，所述滚道轮廓的所述横向拱曲部的至少ー个拐点(W)位于所述轴承缝隙(2)的附近。
11.按前述权利要求之一所述的滚珠轴承(I)，其特征在于，所述滚珠轴承(I)是径向轴承或轴向轴承。
12.按前述权利要求之一所述的滚珠轴承(I)，其特征在于，一个或优选为两个座圈具有各ー个平坦的接合面，用以连接到基座、底盘或其他的机器部件或设备部件上。
13.按权利要求12所述的滚珠轴承(I)，其特征在干，一个或多个所述平坦的接合面具有固定机构，用以与基座、底盘或其他的机器部件或设备部件连接。
14.按权利要求13所述的滚珠轴承(I)，其特征在于，所述固定机构被构造成呈圈环状分布的钻孔。
15.按权利要求14所述的滚珠轴承(I)，其特征在于，所述钻孔被构造成通孔或盲孔。
16.按权利要求15所述的滚珠轴承(1)，其特征在于，所述钻孔、尤其是盲孔被配设有内螺纹。
17.按权利要求12至16之一所述的滚珠轴承(I)，其特征在干，两个座圈的用以连接到各ー个基座、底盘或其他机器部件或设备部件上的所述平坦的接合面在两个座圈上朝相反的(轴向)方向指向。
18.按权利要求12至17之一所述的滚珠轴承(I)，其特征在干，两个座圈的用以连接到各ー个基座、底盘或其他机器部件或设备部件上的所述平坦的接合面在两个座圈上朝相反的(轴向)方向彼此错开。
19.按前述权利要求之一所述的滚珠轴承(1)，其特征在于，一个座圈的用于连接到各ー个基座、底盘或其他机器部件或设备部件上的所述平坦的接合面朝向所述滚珠轴承的(轴向)方向相对于另一所述座圈的相关的环形面隆起。
全文摘要
本发明涉及一种滚珠轴承，其具有第一座圈和第二座圈以及至少一列布置在两个座圈之间的缝隙内的半径为RK的滚珠，滚珠沿着两个座圈的彼此相向的滚道滚动，其中，一列滚珠的中心点在圆形轨迹上运动，圆形轨迹被这一列的所有滚珠围成的环面所包围，环面具有环向半径RK、环向角坐标和极向角坐标θ，以及其中，每个滚道与每个滚珠在各自的支承角θP1、θP2；θP3和θP4下，具有各两个几乎呈点状的碰触区或碰触点P1、P2；P3、P4，以及其中，在碰触点P1...P4的区域中滚道横截面分别具有有限的拱曲半径RL1.....RL4，其中，RLv>RK，以及其中，最后，在碰触点P1...P4的周围的横向拱曲半径RL分别是极向角坐标θ的各一个连续的而且可微分的函数RL=RL(θ)，这个函数从各个碰触点P1…P4出发朝两个极向方向分别增长RL(θ)≥RL(θPv)。
文档编号F16C33/58GK102686894SQ201080054915
公开日2012年9月19日 申请日期2010年12月3日 优先权日2009年12月4日
发明者弗兰克·胡贝图斯 申请人:Imo控股有限责任公司