DE19726825A1

DE19726825A1 - Bearing cage and manufacturing process

Info

Publication number: DE19726825A1
Application number: DE19726825A
Authority: DE
Inventors: Stephen M Mondak; Anthony Storey
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1998-01-08
Also published as: GB9713261D0; GB2314892A

Abstract

Rolling elements are introduced into open pockets 18 of a cage member 12. An end cap 14 is positioned against the cage member such that the open ends of the pockets are blocked, capturing the rolling elements. The end cap is secured to the cage member by thread-forming screws 16 that form a thread in the cage member by displacing material without cutting. The cage member and end cap may be machined out of heavy wall bronze or brass tubing, or formed by casting or stamping.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Wälzlager und insbesondere auf eine mehrstückige Käfiganordnung für Wälzlager.The invention relates generally to rolling bearings and in particular to a multi-piece Cage arrangement for rolling bearings.

Bei herkömmlichen großen Wälzlagern werden die Wälzkörper typischerweise durch einen zweiteiligen Lagerkäfig gehalten der aus einem Rohr mit großem Durchmesser und dicker Wand aus Nichteisenmaterial herausgearbeitet wird. Nachdem die Wälzkörper in Taschen eines Käfigglieds eingesetzt worden sind, wird eine Endkappe heiß über die Taschen genietet, um die Wälzkörper in einer Baueinheit festzuhalten. Andere Herstellungsverfahren, wie Gießen oder Stanzen können verwendet werden, um ähnliche Käfigglieder oder Endkappen für genietete Lagerkäfige herzustellen.In conventional large rolling bearings, the rolling elements are typically replaced by one two-part bearing cage kept from a tube with a large diameter and thicker Wall made of non-ferrous material. After the rolling elements in pockets a cage link, an end cap is riveted hot over the pockets, to hold the rolling elements in one unit. Other manufacturing processes, such as Casting or stamping can be used to create similar cage links or end caps for riveted bearing cages.

Bei Anwendungen, die hohen Belastungen durch Vibrationen oder Beschleunigungen ausge setzt sind, kann eine Relativbewegung zwischen dem Käfigglied und der Endkappe auftreten, die den Niet veranlaßt, sich zu lösen und schließlich zu brechen. Ein anderes Problem ist die Schwierigkeit, tiefe Löcher durch das Käfigglied hindurch zu bohren, ohne daß der Bohrer in die Wälzkörpertaschen hineinwandert. Die Größe von Lagerkäfigen, die hergestellt werden können, ist durch diese Schwierigkeit des Bohrens über die axiale Länge eines Lagerkäfigs begrenzt.In applications that are exposed to high loads from vibrations or accelerations there is a relative movement between the cage member and the end cap, which causes the rivet to loosen and eventually break. Another problem is that Difficulty drilling deep holes through the cage link without the drill in the rolling element pockets migrates into it. The size of bearing cages that are manufactured is due to this difficulty of drilling over the axial length of a bearing cage limited.

Aus dem vorstehenden ergeben sich Beschränkungen und Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren. Daher sollen durch die Erfindung solche Nachteile beseitigt werden. Limitations and disadvantages of known devices result from the above and procedures. Therefore, such disadvantages are to be eliminated by the invention.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird dies durch die Anordnung eines Lagerkäfigs erreicht, der ein Käfigglied, Wälzkörper und eine Endkappe aufweist, die durch gewinde bildende Schrauben befestigt ist. Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus Anspruch 1.According to one aspect of the invention, this is achieved by arranging a bearing cage achieved, which has a cage member, rolling elements and an end cap, which by thread forming screws is attached. Details of the invention emerge from claim 1.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Herstellungs verfähren für eine Käfiganordnung für ein Wälzlager entsprechend Anspruch 4. Die Wälzkör per werden in Taschen eines Käfigglieds eingesetzt, wobei die Taschen zu einem axialen Ende des Käfigglieds hin offen sind. Eine Endkappe wird gegen das Käfigglied derart angelegt, daß die offenen Enden der Taschen durch die Endkappe abgedeckt oder blockiert werden und dadurch die Wälzkörper einschließen bzw. festhalten. Die Endkappe wird an dem Käfigglied durch gewindebildende Schrauben befestigt, die in dem Käfigglied ein Gewinde durch Verlagerung von Material bilden, ohne das Material zu schneiden.According to another aspect of the invention, the object is achieved by a production move for a cage arrangement for a rolling bearing according to claim 4. The rolling elements per are inserted into pockets of a cage link, the pockets forming an axial End of the cage link are open. An end cap is so against the cage member created that the open ends of the pockets covered or blocked by the end cap and thereby enclose or hold the rolling elements. The end cap is on the Cage member fastened by self-tapping screws that thread into the cage member by moving material without cutting the material.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description an embodiment with reference to the drawing.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht einer Lagerkäfiganordnung gemäß der Erfindung. Fig. 1 is an exploded cross-sectional view of a bearing cage arrangement according to the invention.

Fig. 2 ist eine Endansicht eines Teils des Käfigglieds von Fig. 1 mit einem strichpunktiert angedeuteten Wälzkörper. FIG. 2 is an end view of a part of the cage member from FIG. 1 with a roller body indicated by dash-dotted lines.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht einer ein Gewinde bildenden Schraube für die Käfig anordnung von Fig. 1. FIG. 3 is an enlarged view of a threaded screw for the cage assembly of FIG. 1.

Fig. 1 veranschaulicht die Elemente einer Anordnung 10 eines Lagerkäfigs vor dem Zu sammenbauen, insbesondere ein Käfigglied 12 und eine Endkappe 14 sowie gewindebildende Schrauben 16. Das Käfigglied 12 und die Endkappe 14 können aus einem dickwandigen Rohr aus Nichteisenmaterial, wie beispielsweise Bronze oder Messing, herausgearbeitet werden. Alternativ können andere Formgebungsverfahren, einschließlich Gießen oder Stanzen, und andere Materialien verwendet werden, je nach Anwendungsfall. Fig. 1 illustrates the elements of an assembly 10 of a bearing cage before assembling, in particular a cage member 12 and an end cap 14 and thread-forming screws 16th The cage member 12 and end cap 14 can be machined from a thick-walled tube of non-ferrous material such as bronze or brass. Alternatively, other molding processes, including casting or stamping, and other materials can be used depending on the application.

Das Käfigglied 12 ist ein Ring mit Taschen 18, die parallel zu der Achse 20 des Käfigglieds 12 längs eines konzentrischen Kreises 22 gebohrt sind. In dem dargestellten Ausführungsbei spiel sind die Taschen 18 regelmäßig um den Umfang des Käfigglieds 12 herum beabstandet und haben eine zylindrische Gestalt mit konischen Vertiefungen 24. Die Taschen 18 sind an einem axialen Ende offen, um zu gestatten, daß Wälzkörper oder Rollen 26 beim Zusammen bauen eingesetzt werden können. Die Wälzkörper oder Rollen 26 ragen gegenüber dem Käfigglied 12 radial nach außen und radial nach innen, um an nicht gezeigten Lagerlaufbah nen anzugreifen. Das Material zwischen benachbarten Taschen 18 bildet Querstege 28 mit gekrümmten Oberflächen 30, die eine radial nach außen und radial nach innen gerichtete Bewegung der Rollen 26 begrenzen oder verhindern.The cage member 12 is a ring with pockets 18 which are drilled parallel to the axis 20 of the cage member 12 along a concentric circle 22 . In the illustrated embodiment, the pockets 18 are regularly spaced around the circumference of the cage member 12 and have a cylindrical shape with conical recesses 24 . The pockets 18 are open at one axial end to allow rolling elements or rollers 26 to be used in building together. The rolling elements or rollers 26 protrude radially outwards and radially inwards with respect to the cage member 12 in order to attack on bearing races (not shown). The material between adjacent pockets 18 forms transverse webs 28 with curved surfaces 30 that limit or prevent radially outward and radially inward movement of the rollers 26 .

Die Endkappe 14 ist ein flacher Ring, der gegen das Käfigglied 12 derart angelegt wird, daß die offenen Enden der Taschen 18 abgedeckt oder blockiert werden, wodurch die Wälzkörper eingeschlossen und gehalten werden. Die Endkappe 14 hat mit Gegenbohrungen versehene Löcher 32, die mit Pilotlöchern 34 zur Aufnahme der gewindebildenden Schrauben 16 fluchten. Eine ringförmige Nut 36 am Umfang der Endkappe 14 wirkt mit einer dazu passen den ringförmigen Rippe 38 zusammen, die durch eine Ausnehmung in dem offenen Ende des Käfigglieds 12 gebildet ist, um die Konzentrizität der Endkappe 14 und des Käfigglieds 12 aufrechtzuerhalten.The end cap 14 is a flat ring which is placed against the cage member 12 such that the open ends of the pockets 18 are covered or blocked, thereby enclosing and holding the rolling elements. The end cap 14 has holes 32 which are provided with counter-bores and are aligned with pilot holes 34 for receiving the thread-forming screws 16 . An annular groove 36 on the periphery of end cap 14 cooperates with a mating annular rib 38 formed by a recess in the open end of cage member 12 to maintain the concentricity of end cap 14 and cage member 12 .

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die gewindebildenden Schrauben 16 einen verjüngten Endabschnitt 42 mit abgerundeten Buckeln 44, die sich über das Gewindeprofil hinaus erstrecken, um Material des Käfigglieds 12 zu verlagern, um Innengewinde ohne Schneiden zu bilden. Dieses Verfahren des Einrollens des Innengewindes entfernt kein Material und hat eine verbesserte Gewindeform und Oberflächengestaltung zur Folge sowie einen verbesserten Kornfluß und eine verbesserte Stärke an den tiefsten und/oder höchsten Stellen des Gewindes gegenüber den mit konventionellen Maschinenschrauben erzielten Eigenschaften in mit Gewinde vorgeformten Löchern oder mit gewindebildenden Schrauben mit Schneidoberflächen. Ein weiterer Vortrieb der gewindebildenden Schrauben 16 vergrößert das Innengewinde auf die volle Größe ohne Späne zu erzeugen.In the illustrated embodiment, the threaded screws 16 have a tapered end portion 42 with rounded bosses 44 that extend beyond the threaded profile to displace material of the cage member 12 to form internal threads without cutting. This method of rolling the internal thread does not remove any material and results in an improved thread shape and surface design as well as an improved grain flow and an improved strength at the deepest and / or highest points of the thread compared to the properties achieved with conventional machine screws in pre-formed holes or with threads thread-forming screws with cutting surfaces. A further advance of the thread-forming screws 16 increases the internal thread to the full size without producing chips.

Die Lagerkäfiganordnung 10 bietet einen besseren Widerstand gegenüber einem Lösen von Befestigungsgliedern aufgrund von Vibrationen gegenüber herkömmlichen genieteten Käfigen, und zwar aufgrund des durch die gewindebildenden Schrauben 16 gebildeten, selbst-verrie gelnden, angepaßten Gewindes ohne Freiraum. Wie ersichtlich, verursacht der Festsitz der gewindebildenden Schrauben 16, daß benachbartes Material des Käfigglieds 12 komprimiert und gegen die Schrauben vorgespannt wird, so daß zwischen den zusammenpassenden Teilen des Gewindes keine Spalte bestehen. Im Ergebnis bieten die gewindebildenden Schrauben 16 einen höheren Widerstand gegen ein Rückdreh-Drehmoment, und sie gestatten höhere Zugbe lastungen als konventionelle selbstschneidende Schrauben.The bearing cage assembly 10 offers better resistance to loosening of fasteners due to vibrations compared to conventional riveted cages, because of the self-locking screwed, formed by the thread-forming screws 16 , adapted thread without clearance. As can be seen, the tight fit of the threaded screws 16 causes adjacent material of the cage member 12 to be compressed and biased against the screws so that there are no gaps between the mating parts of the thread. As a result, the thread-forming screws 16 offer greater resistance to reverse torque and allow higher tensile loads than conventional self-tapping screws.

Die Lagerkäfiganordnung 10 bietet eine größere Vorhersehbarkeit und Steuerung der Klemm kräfte zwischen zusammengehörenden Teilen des Käfigglieds 12 und der Endkappe 14 als konventionelle genietete Käfige, weil die gewindebildenden Schrauben 16 entsprechend vorbestimmter Richtlinien beim Zusammenfügen angezogen und mit Drehmoment belastet werden. Die Klemmkraft schafft eine Reibungskraft zwischen dem Käfigglied 12 und der Endkappe 14, die einer Relativbewegung zwischen diesen Teilen widersteht, die dazu beitra gen würde, die Befestigungsmittel zu lösen und die schließlich zu einem Ausfall des Lagers bei manchen Anwendungsfällen führen könnte. Zusätzlich wird einer Relativbewegung zwischen den Teilen auch dadurch Widerstand entgegengesetzt, daß die Schraube 16 mit einem flachen Kopf und die Endkappe 14 mit einer dazu passenden Gegenbohrung versehen sind.The bearing cage assembly 10 provides greater predictability and control of the clamping forces between associated parts of the cage member 12 and the end cap 14 than conventional riveted cages because the thread-forming screws 16 are tightened according to predetermined guidelines when assembling and loaded with torque. The clamping force creates a frictional force between the cage member 12 and the end cap 14 which resists relative movement between these parts which would contribute to loosening the fasteners and which could eventually lead to bearing failure in some applications. In addition, a relative movement between the parts is also opposed by the fact that the screw 16 is provided with a flat head and the end cap 14 with a matching counterbore.

Vorzugsweise haben die gewindebildenden Schrauben 16 eine quadratische Muffe 46 oder andere Eingriffsmittel, die ein bequemes Verdrehen der Schrauben und Aufbringen von Drehmoment während des Zusammenfügens gestatten. Die Höhe des erwünschten Drehmo ments hängt ab von dem Material des Käfigglieds 12, der Oberflächengüte und dem Material der gewindebildenden Schrauben 16, der Größe, der Anzahl und der Anordnung der Schrau ben wie auch mehreren anderen Faktoren und kann durch praktisches Testen von Mustern von Käfiganordnungen bestimmt werden, die mit verschiedenen Drehmoment-Spezifikationen zusammengefügt werden.Preferably, the threaded screws 16 have a square sleeve 46 or other engagement means that allow the screws to be conveniently rotated and torque applied during assembly. The amount of torque desired depends on the material of the cage member 12 , the surface finish and the material of the thread-forming screws 16 , the size, number and arrangement of the screws, as well as several other factors, and can be practically tested by patterns of cage assemblies can be determined, which are combined with different torque specifications.

Anders als bei herkömmlichen Lagerkäfiganordnungen beschränkt die Erfindung nicht die axiale Länge der Lagerkäfige, die hergestellt werden können. Die Pilotlöcher 34 können relativ flach sein, und es ist nicht erforderlich, daß sie die volle axiale Länge des Käfigglieds 12 durchdringen. Infolgedessen ist das Bohren der Pilotlöcher 34 viel leichter zu steuern, ohne daß der Bohrer in die Lagertaschen 18 hineinwandert, und die Lageranordnung 10 kann in größeren Lagern verwendet werden, wo es unpraktisch oder unmöglich wäre, einen herkömmlichen genieteten Lagerkäfig zu verwenden.Unlike conventional bearing cage arrangements, the invention does not limit the axial length of the bearing cages that can be manufactured. The pilot holes 34 can be relatively flat and do not need to penetrate the full axial length of the cage member 12 . As a result, drilling the pilot holes 34 is much easier to control without the drill migrating into the bearing pockets 18 , and the bearing assembly 10 can be used in larger bearings where it would be impractical or impossible to use a conventional riveted bearing cage.

Die Erfindung ist nicht auf Radiallager oder zylindrische Lager beschränkt, wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 veranschaulicht, sondern sie ist auf mehrteilige Lagerkä fige in anderen Arten von Lagern anwendbar, z. B. fensterartige Käfige für radiale sphärische Rollenlager, verschiedene Axiallager, die zweiteilige bearbeitete Käfige und Endringe auf weisen, bearbeitete Käfige von mehrstückiger Konstruktion für große Kugellager, bearbeitete Käfige von mehrstückiger Konstruktion für radiale Schrägrollenlager. Geeignete gewinde bildende Schrauben sind kommerziell erhältlich, z. B. von Parker-Kalon, eine Black & Decker-Gesellschaft, sowie von anderen Quellen.The invention is not limited to radial bearings or cylindrical bearings, as illustrated in the embodiment of FIGS. 1 to 3, but it is applicable to multi-part cages in other types of bearings, e.g. B. window-type cages for radial spherical roller bearings, various thrust bearings, the two-part machined cages and end rings on, machined cages of multi-piece construction for large ball bearings, machined cages of multi-piece construction for radial angular roller bearings. Suitable thread-forming screws are commercially available, e.g. B. from Parker-Kalon, a Black & Decker company, and from other sources.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung einen verbesserten mehrstückigen Lagerkäfig bzw. eine entsprechende Käfiganordnung schafft, die für Anwen dungen geeignet ist, bei denen hohe Belastungen durch Vibrationen und/oder Beschleunigun gen auftreten. Zusätzlich hat die Konstruktion gemäß der Erfindung die Vielseitigkeit erhöht und gestattet die Herstellung größerer Lagerkäfige gegenüber der bisher praktizierten Verwen dung konventioneller genieteter Konstruktionen.From the foregoing description it can be seen that the invention is an improved one multi-piece bearing cage or a corresponding cage arrangement creates that for users is suitable where high loads due to vibrations and / or acceleration gene occur. In addition, the construction according to the invention has increased versatility and allows the production of larger bearing cages compared to the previously practiced use conventional riveted constructions.

Claims

1. cage arrangement for use with a rolling bearing, characterized by

a cage member ( 12 ) with pockets ( 18 ) for receiving rolling elements ( 26 ), the pockets ( 18 ) being open towards an axial end of the cage member ( 12 ),
- Rolling elements ( 26 ) inside the pockets ( 18 ),
- An end cap ( 14 ) which is arranged opposite the cage member ( 12 ) such that the open ends of the pockets ( 18 ) are covered by the end cap ( 14 ), whereby the rolling elements ( 26 ) are enclosed, and
- Thread-forming screws ( 16 ) which are screwed into the cage member ( 12 ) so that a thread is formed in the cage member ( 12 ) without cutting and that a clamping force fastens the end cap ( 14 ) and the cage member ( 12 ) together.

2. Cage assembly according to claim 1, wherein the thread-forming screws ( 16 ) are Ge roll screws that form a tight fit with respect to the cage member ( 12 ).

3. The cage assembly of claim 1, wherein the thread-forming screws ( 16 ) have an initial taper ( 42 ) with rounded bosses ( 44 ) for displacing material of the cage member ( 12 ) during assembly.

4. A method of manufacturing a cage assembly for a rolling bearing comprising the following steps:

Providing a cage member ( 12 ) with pockets ( 18 ) for receiving rolling elements ( 26 ), the pockets ( 18 ) being open towards an axial end of the cage member ( 12 ),
Inserting rolling elements ( 26 ) into the pockets ( 18 ) through the open axial ends of the pockets ( 18 ),
- Placing an end cap ( 14 ) opposite the cage member ( 12 ) such that the open ends of the pockets ( 18 ) are covered by the end cap ( 14 ), where are enclosed by the rolling elements ( 26 ), and
- Attach the end cap ( 14 ) to the cage member ( 12 ) by means of thread-forming screws ( 16 ) which form a thread in the cage member ( 12 ) by moving material without cutting the material.

5. The method of claim 4, wherein the step of attaching the end cap ( 14 ) to the cage member ( 12 ) comprises applying a predetermined torque to the thread-forming screws ( 16 ) to control the amount of clamping force that the end cap ( 14 ) and the cage member ( 12 ) towards each other.

6. The method according to claim 4, wherein the rolling elements ( 26 ) are rollers and the cage member ( 12 ) by machining the pockets ( 18 ) and by drilling recesses ( 24 ) is formed parallel to the axis of the cage member ( 12 ).

7. The method according to claim 4, wherein the cage member ( 12 ) is formed with pilot holes ( 34 ) for thread-forming screws ( 16 ) and wherein thread-forming screws ( 16 ) the pilot holes ( 34 ) into a matching thread without clearance during the step of Deform attaching the end cap ( 14 ) to the cage member ( 12 ).

The method of claim 4, wherein the tapping screws ( 16 ) have bosses ( 44 ) that protrude from an initial taper ( 42 ) of a male thread to displace material of the cage member ( 12 ) and make the material more dense to do so to form suitable threads in the cage member ( 12 ).

9. The method of claim 4, wherein the cage member ( 12 ) and the end cap ( 14 ) are made of metal.