DE851575C - Rolling bearing installation in a material with a significantly higher coefficient of thermal expansion than that of the rolling bearing material - Google Patents
Rolling bearing installation in a material with a significantly higher coefficient of thermal expansion than that of the rolling bearing materialInfo
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Description
Wälzlagereinbau in einen Werkstoff mit einer wesentlich höheren Wärmeausdehnungszahl als der des Wälzlagerwerkstoffes Die Unterbringung der aus normalem Lagerwerkstoff hergestellten Wälzlager (Querlager, Schräglager) in Gehäusen aus weichem Material bereitet vor allem deswegen Schwierigkeiten, weil die Festigkeitseigenschaften des für die Lagerherstellung verwendeten Werkstoffes und des zur Gehäuseherstellung benutzten Materials voneinander verschieden sind und weil vor allem die Wärmeausdeliriuiigszalilen voneinander abweichen. In bestimmten Fällen kann die Wärmeausdehnungszahl des für -das Gehäuse verwendeten Materials doppelt so groß wie diejenige des Lagerstahles sein. Wenn daher die Lager mit den von den Konstrukteuren vorgeschriebenen Toleranzen eingebaut werden, dann (lehnt sich bei holen Betriebstemperaturen das Gehäuse iii stärkerem --Maße aus als der Außenring des Lagers, wodurch sich das Lager in seinem Sitz im Gehäuse lockert und zwischen Lager und Gehäuse ein Spiel entsteht, das zu einem Gleiten des Lagerringes auf seinem Sitz führt. Dies wiederum führt zu weiteren Erwärmungen des Lagers und des Gehäuses, zu einer verstärkten Abnutzung und zu dauernden Lagerbeschädigungen.Rolling bearing installation in a material with a significantly higher coefficient of thermal expansion than that of the rolling bearing material The accommodation of the normal bearing material manufactured rolling bearings (transverse bearings, angular contact bearings) in housings made of soft material causes difficulties mainly because of the strength properties of the The material used for the manufacture of the bearings and the material used for the manufacture of the housing The materials used are different from one another and, above all, because of the heat removal rates differ from each other. In certain cases the coefficient of thermal expansion of the for -The material used in the housing is twice as large as that of the bearing steel be. Therefore, if the bearings comply with the tolerances prescribed by the designers are installed, then (the housing leans in case of fetching operating temperatures iii larger than the outer ring of the bearing, which means that the bearing is in its The seat in the housing loosens and there is play between the bearing and the housing, which closes leads to sliding of the bearing ring on its seat. This in turn leads to more Heating of the bearing and the housing, leading to increased wear and tear Bearing damage.
Um diese Nachteile der verschiedenen Wärmeausdehnun-gszahlen des Lagermaterials und des Gehäusewerkstoftes zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, die gewöhnlich für den Lagereinbau verwendeten Toleranzen zu ändern und das Lager so eitizutreil>en, daß es fester sitzt als im normalen Fall, wodurch auch bei erhöhten Betriebstemperaturen :las Lager sich nicht lockern kann und der Lagerring stets festsitzt. Die hohen Werte, die das L,'bermaß in diesem Fall zwischen Lager und Sitz annehmen muß,, bedingen das Auftreten von örtlichen Beanspruchungen in den das Lager tragenden Gehäuseteilen, welche die in den anderen Maschinenteilen auftretenden Beanspruchungen übersteigen, falls dem Gehäuse nicht etwa entsprechend größere Abmessungen gegeben werden. Letzteres ist aber aus konstruktiven und aus gießereiteohnischenGründen zu vermeiden, zumal es stets anstrebenswert ist, die Gesamtanordnung möglichst leicht zu halten.About these disadvantages of the different coefficients of thermal expansion of the bearing material and the housing material has already been proposed to be the usual to change the tolerances used for the bearing installation and to allow the bearing to be that it sits more firmly than in the normal case, which means that even at elevated operating temperatures : read the bearing cannot loosen and the bearing ring is always stuck. The high Values that L, 'excess in this case between the bearing and the seat must assume, cause the occurrence of local stresses in the camp bearing housing parts, which occur in the other machine parts Exceeding stresses, if the housing is not correspondingly larger dimensions are given. The latter is, however, for constructive reasons and for reasons unrelated to the foundry to avoid, especially since it is always desirable to make the overall arrangement as light as possible to keep.
Zu -dem eben auseinandergesetzten Nachteil tritt noch die Tatsache, daß die Verwendung von Lagern in Leichtmetallgehäusen im allgemeinen die Besonderheit einer in bezug auf das Gehäuse sich drehenden Belastung aufweist, wie dies z. B. in den Hauptlagern von Flugzeugsternmotoren der Fall ist, bei denen :die Belastung keine bestimmte Richtung besitzt, sondern sich entsprechend der Zündfolge des Brennstoffgemisches im Zylinder in der Winkelrichtung dauernd verändert. Unter diesen Bedingungen wird der Lageraußenring, auch wenn er sich infolge erhöhter Betriebstemperaturen nicht auf seinem Sitz lockern sollte, auf den er aufgetrieben wurde, dennoch infolge der schlagartigen Belastung in den verschiedenen Steillungen gelockert und unter der drehenden Belastung ebenfalls in eine langsame Drehbewegung versetzt.In addition to the disadvantage just discussed, there is the fact that that the use of bearings in light metal housings is generally special has a rotating load with respect to the housing, as shown e.g. B. is the case in the main bearings of radial aircraft engines where: the load does not have a specific direction, but rather changes according to the ignition sequence of the fuel mixture constantly changed in the angular direction in the cylinder. Under these conditions will the bearing outer ring, even if it does not move as a result of increased operating temperatures should loosen on his seat on which he was swept up, nevertheless as a result of the sudden load loosened in the various gradients and under the rotating load is also set in a slow rotating movement.
Auch die Verwendung von im Inneren des Geihäuses untergebrachten Spannhülsen aus Stahl, Bronze oder anderem Werkstoff hat sich als unwirksam erwiesen und vermag die angeführten Nachteile nicht zu vermeiden, weil unter der Einwirkung der starken plötzlichen Temperaturschwankungen und der andauerndem Erschütterungen, denen das Gehäuse ausgesetzt ist, sowie infolge der an den verschiedenen Umfangsstellen sich regelmäßig wieder'hole'nden schlagartigen Belastung der ursprüngliche feste Sitz zwischen Gehäuse und Lagerspannhülse sowie zwischen Spannhülse und Lager im Laufe der Zeit nachläßt. Der Lagerring wird also ebenfalls gelockert und in Drehung versetzt, was zu dem bereits angegebenen Nachteil des Gleitens und der verstärkten Abnutzung führt. Die Folge davon ist eine Erweiterung des Lagersitzes, welche zur Beschädigung der Spannhülse und zum Zubruchgehen ,des Lagers führt.Also the use of clamping sleeves housed inside the housing made of steel, bronze or other material has proven to be ineffective and capable the disadvantages mentioned cannot be avoided because under the influence of the strong sudden changes in temperature and the constant tremors that the Housing is exposed, as well as as a result of the various circumferential points regularly repeating sudden load the original tight fit between housing and bearing adapter sleeve as well as between adapter sleeve and bearing in the course as time wears off. The bearing ring is also loosened and set in rotation, leading to the already mentioned disadvantage of sliding and increased wear leads. The consequence of this is an expansion of the bearing seat, which leads to damage the adapter sleeve and the collapse of the bearing leads.
Ein anderer von den Konstrukteuren beschrittener Weg besteht darin, .die Drehung des Lagerringes durch Keile, am Umfang vorgesehene Stifte u. dgl. zu verlhindern. In der Praxis geben aber auch diese Anordnungen zu Nachteilen und Betriebsschwierigkeiten Anlaß, indem sie zu Rißbildungen in den Lagern an der Stelle der Keilnuten oder zu einem ungenügenden Kraftsdhluß zwischen Nut und Hilf sbefestigungsorgan führen, da die Nuten nur geringe Abmessungen besitzen dürfen, um das Lager möglichst klein zu halten.Another path taken by the designers is to .The rotation of the bearing ring by means of wedges, pins provided on the circumference and the like prevent. In practice, however, these arrangements also lead to disadvantages and operational difficulties Reason by causing cracks in the bearings at the location of the keyways or lead to an insufficient force connection between the groove and the auxiliary fastening element, since the grooves may only have small dimensions in order to make the bearing as small as possible to keep.
Weiber wurde bereits bekannt, auf den Lageraußenring einen Ring aufzusetzen, der dabei aber lediglich zur Verstärkung des Außenringes dient. Bei einem weiteren bekanntgewordenen Lager ist der Außenring und gegebenenfalls auch der Innenring so dünn gehalten, d!aß er federnd wirkt und dadurch .das Einbringen der Kugeln gestattet. Da der Außenring in diesem Fall zu dünn ist, um als Lagerring zu dienen, wird auf ihn noch ein Verstärkungsring aufgesetzt, wodurch Außenring und Verstärkungsring zusammen die in einem normalen Lager vom Außenring ausgeübte Funktion erfüllen. Bei -diesen Ausführungen ist demnach keine Vorsorge getroffen, um die Lockerung des Lagers bei hohen Betriebstemperaturen zu verhindern.Weiber was already known to put a ring on the bearing outer ring, which only serves to reinforce the outer ring. With another The bearing that has become known is the outer ring and possibly also the inner ring kept so thin that it has a resilient effect and thereby allows the balls to be introduced. Since the outer ring is too thin in this case to serve as a bearing ring, it will open Put a reinforcement ring on him, making the outer ring and reinforcement ring together perform the function performed by the outer ring in a normal bearing. In these versions, no precaution is therefore taken to loosen it of the bearing at high operating temperatures.
Die Erfindung vermeidet alle diese Nachteile dadurch, daß beim Wälzlage:reinbatl auf dem Außenring des Wälzlagers ein Verstärkungsring od. dgl. aufgebracht wird, dessen Werkstoffwärmeausdehnungszahl sich derjenigen des Einbauwerkstoffes, z. B. des Kurbelgehäuses eines Motors, nähert, wobei diese Wärmeausdehnungszahl in jedem Falle größer ist als die des Wälzlagerwerkstoffes.The invention avoids all these disadvantages in that the rolling position: reinbatl a reinforcing ring or the like is applied to the outer ring of the roller bearing, whose material thermal expansion factor is that of the installation material, e.g. B. of the crankcase of an engine, approximating this coefficient of thermal expansion in each Trap is larger than that of the rolling bearing material.
Vorzugsweise wird der Verstärkungsring auf den erst halbfertig bearbeiteten Außenring des Wälzlagers aufgetrieben, und bei der Fertigbearbeitung werden dann beide Ringe zusammen als Einheit bearbeitet.The reinforcement ring is preferably machined onto the only half-finished Outer ring of the rolling bearing is blown, and then during the finishing process both rings worked together as a unit.
Durch die Erfindung gelingt .es, bei der Herstellung von Sternmotoren und anderen Maschinen die Lager ohne besondere Hilfsmittel oder von der gewöhnlichen Einbauart abweichende Maßnahmen -einzubauen.The invention succeeds in producing radial engines and other machines the bearings without special aids or of the ordinary Installation type different measures to be installed.
Der Außenlaufring wird mit einem solchen Übermaß in das Verstärkungsorgan eingebaut, daß in ihm eine elastische Spannung entsteht, welche die Wirkung des Unterschiedes der verschiedenen Wärmeausdehnungszahlen beider Werkstoffe ausgleicht, so daß auch bei den ungünstigsten Betriebstemperaturen das solchenfalls verbleibende Übermaß zwischen Verstärkungsring bzw. Organ und Lagerring ausreicht, um den Außenring daran zu hindern, sich auf seinem Sitz zu lockern und von der drehenden Belastung in Drehbewegung versetzt zu werden.The outer race is with such an oversize in the reinforcement member built in that an elastic tension arises in it, which the effect of the Compensates for the difference in the different coefficients of thermal expansion of the two materials, so that even at the most unfavorable operating temperatures the remaining one Sufficient excess between the reinforcement ring or organ and the bearing ring around the outer ring from loosening on its seat and from the rotating load to be set in rotary motion.
Die erfindungsgemäß ausgeführten Lager können in Gehäusen aus Duraluminium oder aus einem anderen Leichtmetall mit geringer Eintriebsspannung eingebaut werden, wodurch der Nachteil gefährlicher Beanspruchungen, Verformungen od-er Rißbildungen im Gehäuse vermieden wird. Das geringste bei der normalen Wandstärke des Gehäuses zulässige Übermaß reicht aus, um denn Außenring gegen jeglieh-e Drehung, sei -es infolge etwa nach längeren Betriebsperioden durch Temperaturschwankungen verursachter Verformungen, sei es unter der Wirkung der drehend-en Belastung, zu sichern. Diese Tatsache ist damit zu erklären, daß die Dehnungen des Verstärkungsorgans den Ausdehnungen des Gehäusewerkstoffes folgen. Nachdem einmal die Gleitl)ewegungen des Lagers auf seinem Sitz unterbunden sind, ist auch der Lagersitz keiner Abnutzung mehr ausgesetzt, und die Lebensdauer. des Lagers hängt nicht mehr von den Einbaubedingungen a1), sondern nur von der natürlichen Ermüdung des Lagermaterials.The inventively designed bearings can be in housings made of duralumin or made of another light metal with low input tension, whereby the disadvantage of dangerous stresses, deformations or cracks is avoided in the housing. The least with the normal wall thickness of the housing permissible oversize is sufficient to prevent the outer ring from rotating, be it as a result of temperature fluctuations after longer periods of operation To secure deformations, be it under the effect of the rotating load. These The fact can be explained by the fact that the expansions of the reinforcing organ correspond to the expansions of the housing material. After once the Gleitl) ewegungen the bearing on are prevented from its seat, the bearing seat is no longer exposed to wear, and the lifespan. of the bearing no longer depends on the installation conditions a1), but only from the natural fatigue of the bearing material.
Bei einem Lager gemäß der Erfindung wird der Außenring mit dem für den `'erstärkungsring oder das Verstärkungsorgan festgesetzten Übermaß vor der Fertigstellung kalt eingetrieben, so daß das Verstärkungsorgan und der :1ul3eiiriiig als Einheit deil anschließenden 13:arl>-ittlngssttifen (Nachschleifen des Außenmantels und des. Wälzsitzes sowie Zusammenbau finit den Wälzkörpern und mit den Innenringen) unterworfen werden.In a bearing according to the invention, the outer ring is with the for the `` '' reinforcement ring or the reinforcement member specified oversize the Completion cold driven, so that the reinforcement organ and the: 1ul3eiiriiig as a unit of the adjoining 13: arl> -ittlngssttifen (regrinding of the outer jacket and the rolling seat as well as assembly finite with the rolling elements and with the inner rings) be subjected.
Durch das Eintreiben in eine Presse oder mit einem anderen Verfahren in den Ring aus Duraluminium oder anderem Leichtmetall wird im Stalill-ing eine Druckspannung erzeugt, die auch im fertiggestellten Lager zusammen mit dem vorgesehenen geringsten Spiel bestehen bleibt. Dies bewirkt, daß der Ring eine latente mechanische Dehnung besitzt.By driving it into a press or some other method In the ring made of duralumin or other light metal, a Compressive stress generated, which is also in the completed bearing along with the intended least play remains. This causes the ring to have a latent mechanical Owns elongation.
Die Dicke des Verstärkungsringes wird auf (rund der Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes so 1>:inessen, daß im kalten Zustand eine Zusammenziehung des Lageraußenringes eintritt und so eine latente I)eiiitiutig von der Größenordnung erhalten wird, welche dem jeweiligen Verwendungszweck des Lagers angepaßt ist.The thickness of the reinforcement ring is based on (around the strength properties of the material so 1>: inessen that in the cold state a contraction of the bearing outer ring occurs and thus a latent I) is obtained of the order of magnitude which is adapted to the respective purpose of the warehouse.
Die Erfindung kann für alle Quer- und Schräglager, für Kugel- oder Rollenlager, für ein- und zweirei,liige Lager, für feste und für Pendellager benutzt werden.The invention can be used for all transverse and angular contact bearings, for ball bearings or Roller bearings, used for single and double row, liige bearings, for fixed and self-aligning bearings will.
Die Form des Verstärkungsringes oder des Verstärkungsorgans kann je nach der Lagerausbildung verschieden gewählt werden. Der Verstärkungsring kann dieselbe axiale Verhauung haben wie der Außenring. Dabei können :Maßnahmen getroffen werden, welche sein Gleiten auf dem Lagerring verhindern, indem seine Form beispielsweise derjenigen des Lagerringes angepaßt wird. Im 132sotideren kann er den Eckabflachungen oder Abrundungen oder den eventuellen Nutausnehmungen des Außenringes folgen. Im Fall eines Schulterrollenlagers kann sich der Verstärkungsring beiderseits des Lagerringes erstrecken und dessen Führungsschultern umfassen und zusammendrücken, wodurch der zwischen Verstärkungsorgan und Lagerring bei erhöhten Temperaturen noch bestehende Festsitz wirksamer gestaltet wird.The shape of the reinforcing ring or the reinforcing member can depending be chosen differently according to the camp training. The reinforcement ring can be the same have axial entanglement like the outer ring. Thereby: Measures can be taken, which prevent its sliding on the bearing ring by changing its shape, for example that of the bearing ring is adapted. In the other he can flatten the corner or roundings or the possible groove recesses of the outer ring. in the In the case of a shoulder roller bearing, the reinforcing ring can be on both sides of the bearing ring extend and embrace and compress its guide shoulders, whereby the between the reinforcement element and the bearing ring at elevated temperatures A tight fit is made more effective.
Bei dem mit einem Verstärkungsring oder einem Verstärkungsorgan gemäß der Erfindung versehenen Lager gehen die durch hohe Betriebstemperaturen im Verstärkungsring auftretenden Wärmeausdehnungen neben den Ausdehnungen des Gehäuses einher und übersteigen diese in geringem Maße, während die Wärmeausdehnungen des Stahlringes zusammen mit der mechanischen Ausdehnung, welche in entgegengesetzter Richtung wie die hei der Auftreil>ung hervorgerufene Zusammenziehung wirkt, ausreichen, uni einen solchen Festsitz zwischen Lagerring und Verstärkungsring hervorzurufen, daß keine Relativdrehung zwischen beiden Ringen auftreten kann. Die zwischen Verstärkungsring und Lagersitz ursprünglich bestellende lllockierung wird damit nicht nur unverändert aufrechterhalten, sondern besitzt sogar die Neigung zuzunehmen, weil die Temperatur der Ge'häuseaußenfläche im allgemeinen ja niedriger ist als clie:jenige des Lagersitzes, cla das Gehäuse einer stärkeren Kühlung unterliegt. Die Änderun- des Spieles innerhalb eines erfindungsgeinäl.i ausgeführten Lagers gegenüber der Änd;rung des Sitzes erfolgt mit einer gewissen Selbsttä tigk.,it, weil eine eventuelle Erwärmung infolge. nicht vorhandenen oder ungenügenden Spieles im :1uI?enrin eine Temperaturerhöhung hervorruft, die ilir°rse its eine raschere und weitergehende Ausdehnung bewirkt, wodurch die Wälzkörper wieder frei gemacht Nvcrden.With the one with a reinforcing ring or a reinforcing member according to of the invention provided bearings go through high operating temperatures in the reinforcement ring occurring thermal expansions in addition to the expansions of the housing and exceed this to a small extent, while the thermal expansion of the steel ring along with the mechanical expansion, which in the opposite direction as the hot The contraction caused by the splitting acts, is sufficient, as such A tight fit between the bearing ring and the reinforcement ring to cause no relative rotation can occur between the two rings. The one between the reinforcement ring and the bearing seat Blocking originally ordered is not only maintained unchanged, it even tends to increase because the temperature of the outer surface of the housing is generally lower than clie: that of the bearing seat, cla the housing subject to stronger cooling. The changes to the game within an invention executed camp compared to the change of the seat takes place with a certain Automatically, it, because a possible warming as a result. nonexistent or Inadequate play in the: 1uI? inside causes a temperature increase, which ilir ° rse its causes a faster and more extensive expansion, whereby the rolling elements again made free Nvcrden.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele eines Wälzlagers gemäß der Erfindung dargestellt.In the drawing are some exemplary embodiments of a roller bearing shown according to the invention.
Fig. i zeigt im Axialschnitt einen Teil eines einreihigen Querkugellagers; Fig.2 ist ein Axialschnitt durch ein zweireihiges Querkugellager; Fig. 3 ist ein Axialschnitt durch ein Pendell<uellager; Fig..I stellt einen Axialschnitt durch einen Teil eines Ouerrollenlagers dar; Fig. 5 zeigt einen Axialschnitt durch einen Teil eines Kegelrollenlagers; die Fig.6 und 7 zeigen andere Ausführungsforin:n des Verstärkungsorgans.Fig. I shows in axial section part of a single-row transverse ball bearing; Fig. 2 is an axial section through a double row transverse ball bearing; Fig. 3 is a Axial section through a self-aligning bearing; Fig..I represents an axial section is part of a roller bearing; Fig. 5 shows an axial section through a Part of a tapered roller bearing; FIGS. 6 and 7 show other embodiments Reinforcing organ.
In Fig. i ist der Außenring eines normalen, einreihigen Querkugellagers mit i bezeichnet. Die Kugeln sind dabei mit 2 angegeben. Der Verstärkungsring 3 besteht aus einem `Werkstoff, der im wesentlichen dieselben Wärmeaus(1.elititingseigenschaften des Materials, 1)eispiels@veis.e des Duraluminiums besitzt, aus welchem das Gehäuse hergestellt ist, das das Lager aufnimmt. Der Verstärkungsring wird, wie oben angegeben, mit Übermaß auf den Außenring 2 aufgezogen. Der Verstärkungsring 3 hat die Breite des Außenringes i ; seine Form ist derjenigen des Außenringes angeglichen, indem er den Abrundungen .I des Außenringes i folgt. -In den Fig. 2 bis 5, die eine ähnliche Anordnung des Verstärkungsringes bei anderen Wälzlagerarten darstellen, tragen gleiche Teile dieselbe 13ez2ichnung wie in Fig. i, wobei die Teile der Fig. 2 noch den Index a, diejenigen der Fig. 3 den Index b tragen usw.In Fig. I, the outer ring of a normal, single-row transverse ball bearing is denoted by i. The balls are indicated by 2. The reinforcement ring 3 consists of a material which has essentially the same heat from (1.elititing properties of the material, 1) ebeispiels@veis.e of the duralumin from which the housing is made that accommodates the bearing. As indicated above, the reinforcement ring is drawn onto the outer ring 2 with an oversize. The reinforcement ring 3 has the width of the outer ring i; its shape is matched to that of the outer ring by following the roundings .I of the outer ring i. In FIGS. 2 to 5, which show a similar arrangement of the reinforcing ring in other types of roller bearings, the same parts have the same drawing as in FIG. I, the parts of FIG. 2 still having the index a, those in FIG b wear etc.
In der abgeänderten Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird der Verstärkungsring 5 auf den mit Führungsschultern versehenen Außenring 6 eines Rollenlagers aufgetrieben. Der Verstärkungsring 5 weist auf der einen Seite einen Innenflansch 8 auf, welcher sich auf der einen Seite des Lagerringes 6 erstreckt. Auf der entgegengesetzten Seite ist in den Verstärkungsring 5 ein Schulterring g eingeschraubt, der fest gegen den Ring 6 angedrückt wird.In the modified embodiment according to FIG. 6, the reinforcing ring 5 driven onto the outer ring 6 of a roller bearing provided with guide shoulders. The reinforcing ring 5 has on one side an inner flange 8, which extends on one side of the bearing ring 6. On the opposite Side is screwed into the reinforcement ring 5, a shoulder ring g, which is firmly against the ring 6 is pressed on.
Die Fig. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung bei einem Nadellager. Die der Fig.6 entsprec'h°ndeii Teile sind durch dieselben Bezugsnummern mit Zusatz des Index a bezeichnet.Fig. 7 shows a similar arrangement in a needle bearing. the 6 corresponds to parts with the same reference numbers with the addition of the Index a denotes.
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