DE2152309A1 - ball-bearing - Google Patents
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Description
Dipl. Ing. H. Heuck Dipl. Phy*. W. SchmitzDipl. Ing. H. Heuck Dipl. Phy *. W. Schmitz
ΓβΙ. 5380586ΓβΙ. 5380586
Societe Nationale d1EtudeSociete Nationale d 1 Etude
et de Construction de Moteurset de Construction de Moteurs
d'Aviationd'Aviation
150, Blvd. Haussmann150 Blvd. Haussmann
75 - Paris, France 18· Oktober 1971 75 - Paris, France 18 October 1971
Anwaltsakte M-1736Attorney File M-1736
Kugellagerball-bearing
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung eines rotierenden Bauteils, insbesondere des Rotors einer Turbomaschine (beispielsweise eines Flugstrahltriebwerke), der durch einen Arialschub unterschiedlicher Größe und Richtung belastbar ist·The invention relates to a device for storing a rotating component, in particular the rotor of a turbomachine (for example an aircraft jet engine), the can be loaded by an arial thrust of different sizes and directions
Die Wälzlager und insbesondere die Kugellager für größere Drehzahlen weisen aus Gründen der Fertigung, Montage, Punktionsweise und Schmierung notwendigerweise ein inneres radiales Spiel auf. In der Ruhelage und bei kleinen Drehzahlen verschiebt sich daher die Achse des Rotors aufgrund der Schwerkraft bezüglich der theoretischen Achse des Lagers etwas nach unten; wenn bei zunehmender Drehzahl die Zentrifugalkraft, der der Rotor aufgrund seiner zwar geringen jedoch unvermeidbaren Unwucht ausgesetzt ist, gleich großThe roller bearings and especially the ball bearings for higher speeds have for reasons of production, assembly, Puncture mode and lubrication necessarily have an internal radial play. In the rest position and at low speeds Therefore, the axis of the rotor shifts due to gravity with respect to the theoretical axis of the bearing something down; if with increasing speed the centrifugal force, which the rotor due to its low but exposed to unavoidable imbalance, the same size
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und dann größer als das Gewicht des Rotors wird, wandert die Achse des Rotors um die Achse des Lagers· Dies hat zur Folge, daß Maschinen wie etwa Turbomaschinen, deren auf Kugellagern laufender Rotor verhältnismäßig leicht ist und mit großer Drehzahl umläuft, in gefährliche Schwingungen versetzt werden können.and then becomes greater than the weight of the rotor, the axis of the rotor moves around the axis of the bearing This has the consequence that machines such as turbo machines, whose rotor running on ball bearings is relatively light and large Speed rotates, can be set in dangerous vibrations.
Dies gilt für Wälzlager, die nur radialen Kräften ausgesetzt sind. Die Kugellager dagegen, die einen Axialschub aufnehmen müssen und beispielsweise als Drucklager wirken, zentrieren sich im Betrieb wieder. Tatsächlich wird das radiale Spiel der Lager aufgrund der axialen Relativbewegung zwischen den inneren und äußeren Lauf ringen durch die Eliminierung ihres axialen Spiels aufgehoben, wobei die Berührung zwischen den Kugeln und den Rollbahnen der Laufringe unter einem bestimmten Winkel erfolgt. Bei großem Axialschub sind die Schwingungen somit ausgeschaltet. Bei Turbomaschinen deren Axialschub sich mit der Drehzahl ändert, bleibt jedoch die Schwingungsgefahr bei Nullast oder kleiner Last erhalten· Dies trifft insbesondere auf Luftfahrt-Turbomaschinen wie etwa Gasturbinen-Strahltriebwerke zu, die beträchtlichen Änderungen des Axialschubs (sogar einer Richtungsumkehr des Axialschubs) in Abhängigkeit vom Plugzustand des das Triebwerk tragenden Flugzeuges ausgesetzt sind.This applies to rolling bearings that are only exposed to radial forces are. The ball bearings, on the other hand, which have to absorb an axial thrust and act, for example, as thrust bearings, center in operation again. In fact, the radial play of the bearings due to the relative axial movement between the inner and outer races wrestle by eliminating their axial play, whereby the contact between the Balls and the raceways of the races takes place at a certain angle. With a large axial thrust, the vibrations are thus switched off. In the case of turbo machines, their axial thrust changes with the speed, however, the risk of oscillation remains with no load or low load This is particularly true of aerospace turbomachines, such as gas turbine jet engines, which have significant Changes in the axial thrust (even a change in direction of the axial thrust) depending on the plug state of the das Engine-carrying aircraft are exposed.
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Es ist möglich, das Lager einer Axiaikraft auszusetzen, die unabhängig vom Betriebszustand des Rotors immer in die gleiche Richtung zeigt, indem auf das Lager eine zusätzliche Vorspannkraft ausgeübt wird, die größer als der maximal mögliche entgegengesetzt gerichtete Axialschub des Rotors ist. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die· Belastung des Lagers erhöht wird, was größere Abmessungen des Lagers erfordert.It is possible to expose the bearing to an axial force which always points in the same direction regardless of the operating state of the rotor by placing an additional on the bearing Biasing force is exerted which is greater than the maximum possible oppositely directed axial thrust of the rotor is. However, this solution has the disadvantage that the load on the bearing is increased, resulting in larger dimensions of the bearing requires.
Es ist bereits bekannt, zwei oder mehr Kugellager nebeneinander anzuordnen, um den Rotor an der gleichen Stelle, beispielsweise am Ende der Welle, abzustützen; aber auch in diesem Fall erfordert die Verwendung einer zusätzlichen Vorspannkraft eine Überdimensionierung der Lager.It is already known to arrange two or more ball bearings side by side in order to keep the rotor in the same place, for example at the end of the shaft, to be supported; but also in this case requires the use of an additional Preload force an oversizing of the bearings.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der im gesamten Betriebsbereich das radiale Spiel der beiden den Rotor tragenden Kugellager eliminiert und somit jegliche Schwingungen vermieden werden, ohne daß die Kugellager überlastet werden. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht. The object of the invention is to create a device of the type specified in the introduction, in which the radial play of the two supporting the rotor in the entire operating range Ball bearings eliminated and thus any vibrations avoided without overloading the ball bearings. This is achieved by the features specified in claim 1.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung brauchen die entgegengerichteten Vorspannkräfte nicht sehr groß zu sein. Es genügt,In the device according to the invention need the opposing Preload forces not to be very large. It is sufficient,
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daß sie das axiale Spiel der Kugellager in der Ruhelage eliminieren. Sie können durch jedes geeignete Mittel aufgebracht werden, etwa durch vorgespannte elastische Bauteile (beispielsweise V-förmige Federn oder Tellerfedern) oder hydraulische Einrichtungen (beispielsweise Stellmotoren» die mit dem Druck des Schmieröls der Kugellager betrieben werden).that they eliminate the axial play of the ball bearings in the rest position. They can be applied by any suitable means be, for example by preloaded elastic components (for example V-shaped springs or disc springs) or hydraulic devices (for example servomotors »which are operated with the pressure of the lubricating oil of the ball bearings will).
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der ErfindungIn a preferred embodiment of the invention
werden die mit axialem Spiel gelagerten beiden inneren oder äußeren Laufringe der Kugellager durch einen vorgespannten elastischen Bauteil derart vorgespannt, daß sie voneinander weggedrückt werden. Dies genügt, um auf die beiden Laufringe entgegengerichtete Vorspannkräfte auszuüben.the two inner or outer races of the ball bearings, which are mounted with axial play, are preloaded by a elastic member biased so that they are pushed away from each other. This is enough to get on the two races exert opposing pretensioning forces.
Dieses elastische Bauteil übt in der Ruhelage oder im unteren Drehzahlbereich zumindest auf eines der Kugellager eine gewisse Axialkraft aus, so daß der Rotor in diesem Kugellager ψ zentriert wird, wodurch das innere Radialspiel dieses Kugellagers durch die Eliminierung seines inneren Axialspiels (oder anders ausgedrückt durch die axiale Relativbewegung zwischen den inneren und äußeren Laufringen unter der Wirkung dieser Axialkraft) ausgeschaltet wird. Diese Axialkraft, die anfangs vom elastischen Bauteil ausgeübt wird, wird in der Folge in gewisser Weise von der des Rotors abgelöst, und zwar in dem Maß; wie sie sich mit der Drehzahl vergrößert. Von dem Augenblick an, in dem der Axialschub desIn the rest position or in the lower speed range, this elastic component exerts a certain axial force on at least one of the ball bearings, so that the rotor is centered in this ball bearing ψ , whereby the internal radial play of this ball bearing by eliminating its internal axial play (or in other words by the relative axial movement between the inner and outer races under the effect of this axial force) is eliminated. This axial force, which is initially exerted by the elastic component, is subsequently in a certain way replaced by that of the rotor, to the extent that; how it increases with speed. From the moment the axial thrust of the
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Rotors die von dem elastischen Bauteil ausgeübte maximale Kraft überschreitet, sind die Kugellager der Wirkung dieser Axialkraft nicht langer ausgesetzt, und sie wirken zusammen, um gemeinsam den Axialschub des Rotors aufzunehmen.Rotor exceeds the maximum force exerted by the elastic member, the ball bearings are the effect of this Axial force is no longer exposed and they work together to take up the axial thrust of the rotor.
Dieser Axialschub des Rotors kann dann zwischen den Kugellagern gleichmäßig verteilt werden, und zwar aufgrund einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die darin besteht, die Verschiebung der mit axialem Spiel angeordneten Laufringe entgegen der Wirkung der an ihr angreifenden Vorspannkraft durch einen Anschlag zu begrenzen.This axial thrust of the rotor can then be evenly distributed between the ball bearings due to a particularly advantageous embodiment of the invention, which consists in the displacement of the arranged with axial play To limit races against the effect of the biasing force acting on it by a stop.
Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:A preferred exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with the aid of the drawings. Show it:
Fig. 1 einen Halbaxialschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Kugellagern, deren äußere Laufring© mit einem axialen Spiel in einem Stator eingebaut und durch eine Feder voneinander weggedrückt sind, und deren innere Laufringe auf der Rotorwelle axial blokkiert sind. Das Lager ist in der Ruhelage.Fig. 1 is a half-axial section through an inventive Device with two ball bearings, the outer race © of which is built into a stator with axial play and are urged away from each other by a spring, and their inner races are axially locked on the rotor shaft are. The camp is at rest.
Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie H-II in Fig. 1,Fig. 2 is a partial section along the line H-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht, die die Lage der Kugellager zeigt, wenn die Welle einem von links, nach rechts gerichteten gewissen Axialschub ausgesetzt ist,3 is a view corresponding to FIG. 1, showing the position of the ball bearings when the shaft is one from the left, is exposed to a certain axial thrust directed to the right,
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Figur 4 eine der Fig.3 entsprechende Ansicht, die die Lage der Kugellager zeigt, wenn der Axialschub des Rotors die an den Laufringen angreifende maximale Vorspannkraft erreicht oder überschritten hat,FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 3 showing the The position of the ball bearings shows when the axial thrust of the rotor is applied to the races has reached or exceeded the maximum pre-tensioning force,
Figuren 5 die Lageänderungen der Kugellager während einer 5a und 5bFigure 5 shows the changes in position of the ball bearings during a 5a and 5b
Beschleunigung.Acceleration.
Die dargestellte Vorrichtung dient zur Lagerung der Welle eines Rotors 3 in einem Stator 1. Sie weist zwei identische Kugellager 4,5 auf, deren innere Laufringe 4a,5a ohne jegliches Spiel auf der Welle 2 angebracht sind und deren äußere Laufringe 4b,5b unter geringer Reibung (d.h. mit einem geringen diametralen Spiel in der Größenordnung von beispielsweise einigen Hundertstel Millimeter) und axial gleitend verschiebbar im Rotor 1 angeordnet sind. Sie werden durch Öffnungen 6,7 des Stators zur Vermeidung der Kontaktkorrosion geschmiert. Die Kugellager selbst werden durch nicht dargestellte Mittel geschmiert·The device shown serves to support the shaft of a rotor 3 in a stator 1. It has two identical ones Ball bearings 4.5, the inner races 4a, 5a without any Clearance are attached to the shaft 2 and their outer races 4b, 5b with low friction (i.e. with a low diametrical play of the order of, for example, a few hundredths of a millimeter) and axially sliding are arranged displaceably in the rotor 1. You are through openings 6,7 of the stator to avoid contact corrosion lubricated. The ball bearings themselves are lubricated by means not shown
Ein Ring 8, der eine Abstandshülse bildet, stellt einen konstanten axialen Abstand zwischen den inneren Laufringen 4a und 5a sicher. Das gesamte Gebilde der Laufringe 4a,5a und der Abstandshülse 8 wird zwischen einer Schulter 2a derA ring 8, which forms a spacer sleeve, provides a constant axial distance between the inner races 4a and 5a safe. The entire structure of the races 4a, 5a and the spacer sleeve 8 is between a shoulder 2a of the
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Welle und einer mit einem Gewinde 2b der Welle verschraubten Mutter 9 gehalten· Der äußere Laufring 4"b ist mit Vorsprüngen 10 versehen, die in Nuten 1a des Stators greifen, und der äußere Laufring 5b ist mit einem vernuteten Flansch 11 (Pig·2) versehen, in dessen Nuten Vorsprünge 12 greifen. Die Vorsprünge 12 sind jeweils mit einem Fixierstift 12a versehen, der in eine Sackbohrung 13 des Stators eingepreßt ist. Die VorSprünge 12 werden durch einen Gewindering 14 gehalten, der mit einem Innengewinde 1b des Stators versehraubt ist. Der Flansch 11 ist weniger dick als die Vorsprünge 12, so daß der Laufring 5b links von der Mutter im Stator gleiten kann. Die äußeren Laufringe 4b und 5b werden durch eine ringförmige vorgespannte Feder 15 mit U-förmigem Querschnitt, deren beide Schenkel einander zugewandte Anschlagflächen 15a,15b bilden, voneinander weggedrückt. Shaft and one screwed with a thread 2b of the shaft Nut 9 held · The outer race 4 "b is provided with projections 10 that engage in grooves 1a of the stator, and the outer race 5b has a grooved flange 11 (Pig x 2), in the grooves of which projections 12 engage. The projections 12 are each provided with a fixing pin 12a which is pressed into a blind hole 13 of the stator is. The projections 12 are formed by a threaded ring 14 held, the versehraubt with an internal thread 1b of the stator is. The flange 11 is less thick than the projections 12, so that the race 5b to the left of the nut can slide in the stator. The outer races 4b and 5b are by an annular preloaded spring 15 with U-shaped cross-section, the two legs of which facing each other Form stop surfaces 15a, 15b, pushed away from each other.
Die Fig,1 zeigt die Lagervorrichtung in der Ruhelage. Die äußeren Laufringe 4b,5b, die von der Feder 15 vorgespannt sind, haben einen größeren Abstand als die zwischen den Anschlägen 2a,9 eingespannten inneren Laufringe 4a,5a, deren Abstand durch die Abstandshülse 8 festgelegt ist. Die Feder 15 drückt die äußeren Laufringe 4b,5b über die Kugeln 4c,5c gegen die inneren Laufringe 4a,5a. In dieser Lage liegen die Laufringe 4b und 5b an der Schulter 1c desFig, 1 shows the storage device in the rest position. the outer races 4b, 5b, which are biased by the spring 15, have a greater distance than that between the Stops 2a, 9 clamped inner races 4a, 5a, the distance between which is determined by the spacer sleeve 8. The spring 15 pushes the outer races 4b, 5b over the Balls 4c, 5c against the inner races 4a, 5a. In this Position the races 4b and 5b on the shoulder 1c of the
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Stators und dem Gewindering 14 an; die Schulter 1e und der Gewindering 14 dürfen jedoch den Abstand der äußeren Laufringe nicht begrenzen, die sich, wie weiter oben erläutertjStator and the threaded ring 14; the shoulder 1e and the Threaded ring 14 must not limit the distance between the outer races, which, as explained above, are not allowed to limit
über die Kugeln an den inneren Laufringen abstützen" können müssen.support via the balls on the inner race rings " must be able to.
Die Berührung der Kugeln 4c mit den Rollbahnen der Laufringe 4a und 4b erfolgt auf einem rotationssymmetrischen Konus (L· mit dem Winkel oL , der durch die Mittelpunkte der Kugeln verläuft und dessen Achse mit der Achse X-X1 der Lager zusammenfällt» In der gleichen Weise erfolgt die Berührung der Kugeln 5 auf einem Konus C2» der den gleichen Winkel CL^ aufweist, jedoch entgegengesetzt wie der Konus Cj gerichtet ist· Das innere Axialspiel der Kugellager 4,5 wird somit von den Vorspannkräften, die von der Feder 15 auf die äußeren Laufringe 4b,5b ausgeübt werden, in entgegengesetzter Richtung aufgenommen. Wenn die äußeren Laufringe auseinanderbewegt werden, verschiebt die Feder in symmetrischer Weise die * Berührungslinien der Kugeln der beiden Kugellager, indem sie eine Vorspannkraft auf die Kugellager ausübt, deren inneres Radialspiel auf diese Weise eliminiert wird.The contact of the balls 4c with the raceways of the races 4a and 4b takes place on a rotationally symmetrical cone (L · with the angle oL, which runs through the center points of the balls and whose axis coincides with the axis XX 1 of the bearings »takes place in the same way the contact of the balls 5 on a cone C 2 »which has the same angle CL ^ , but is directed opposite to the cone Cj Races 4b, 5b are exerted in the opposite direction. When the outer races are moved apart, the spring moves in a symmetrical manner the lines of contact of the balls of the two ball bearings by exerting a preload force on the ball bearings, whose internal radial play is eliminated in this way will.
In dieser Ruhelage sind die Anschlagflächen 15a und 15b der Feder 15 durch ein Spiel J1 voneinander getrennt.In this rest position, the stop surfaces 15a and 15b of the spring 15 are separated from one another by a play J 1.
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Es wird nun die Funktionsweise der Lagervorrichtung bei Inbetriebnahme und Beschleunigung des Rotors 3 untersucht, wobei angenommen wird, daß der Rotor einem Axialschub ausgesetzt ist, der Null werden und seine Richtung ändern kann, der jedoch zunächst von links nach rechts gerichtet ist.The mode of operation of the bearing device during commissioning and acceleration of the rotor 3 is now examined, it is assumed that the rotor is subjected to an axial thrust which can become zero and change its direction, which, however, is initially directed from left to right.
Dieser von links nach rechts (d.h. in Richtung des Pfeils P der Pign. 3,4) gerichtete Axialschub wird von dem Laufring 4a über die Kugeln 4c des Kugellagers 4 auf den Laufring 4b übertragen. Der Laufring 4b ist somit einerseits dem von links nach rechts gerichteten Axialschub und andererseits der von rechts nach links gerichteten Vorspannkraft, die von der am Laufring 5b angreifenden Feder 15 auf ihn ausgeübt wird, ausgesetzt. Der Axialschub wird somit von der leder 15 auf den Laufring 5b übertragen. Hieraus folgt, daß vom Jnftreten dieses Axialschubes an der Gewindering 14 als Anschlag wirkt und den Axialschub des Laufrings 5b auf den Stator 1 überträgt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel war der Laufring 5b bereits mit dem Gewindering 14 in Berührung; er bewegt sich somit nicht. Wenn dagegen beim Zusammenbau ein gewisses Spiel zwischen dem Laufring 5b und dem Gewindering 14 vorgesehen würde, würden sich der Rotor und die beiden Kugellager 4,5 aus der in Fig.1 gezeigten Stellung gemeinsam nach rechts verschieben, bis sich der Laufring 5b an den Gewindering 14 anlegt.This from left to right (i.e. in the direction of arrow P the pign. 3, 4) directed axial thrust is transferred from the race 4a via the balls 4c of the ball bearing 4 to the race 4b transfer. The race 4b is thus on the one hand the axial thrust directed from left to right and on the other hand the biasing force directed from right to left, exerted on it by the spring 15 acting on the raceway 5b is suspended. The axial thrust is thus transmitted from the leather 15 to the race 5b. It follows that from This axial thrust occurs on the threaded ring 14 as Stop acts and the axial thrust of the race 5b on the Stator 1 transmits. In the illustrated embodiment, the race 5b was already with the threaded ring 14 in touch; so it does not move. If, however, when assembling a certain play between the race 5b and the threaded ring 14 were provided, the rotor and the two ball bearings 4, 5 would be from the one shown in FIG Move position together to the right until the race 5b rests against the threaded ring 14.
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Solange der Axialschub kleiner als die Vorspannung der Feder 15 bleibt, bleiben auch die Laufringe 4a,4b und 5a, 5b in der in Fig»1 gezeigten Stellung. Wenn der Axialschub größer als die Vorspannung der Feder 15 wird, verformt sich die Feder, so daß sich der Rotor 3 nach rechts verschiebt, wobei er die inneren Laufringe 4a,5a mitnimmt, während der Laufring 4a den Laufring 4b über die Kugeln 4c mitnimmt. Der Laufring 5b, der weiterhin am Gewindering 14 anliegt, wird nicht mehr gegen die Kugeln 5c angedrückt· Fig.3 zeigt die Lage der Bauteile, wenn der Axialschub einen Wert erreicht hat, bei dem das Spiel Jp zwischen den Anschlagflachen 15a und 15b der Feder halb so groß wie das Spiel J1 in Fig»1 ist. Die Kugeln 5c werden durch die Zentrifugalwirkung gegen den äußeren Laufring 5b gehalten und berühren wegen des inneren Radialspiels des Kugellagers 5 den inneren Laufring 5a nicht. Das Kugellager 5 ist nicht mehr belastet und könnte daher die Ursache von Schwingungen sein, wenn es allein die Welle 2 abstützen würde; die Welle 2 bleibt jedoch durch das belastete Kugellager 4 zentriert. Der äußere Laufring 4b des Kugellagers 4 folgt der Verschiebung des inneren Laufrings 4a, indem er sich von der Schulter 1c entfernt, und zwar entgegen der größerwerdenden Yorspannkraft, die von der Feder 15 auf ihn ausgeübt wird, wobei sich die Feder an dem am Gewindering 14 anliegenden Laufring 5b abstützt. Der WinkelQLdes Konus C1 bleibt imAs long as the axial thrust remains less than the preload of the spring 15, the races 4a, 4b and 5a, 5b also remain in the position shown in FIG. When the axial thrust becomes greater than the bias of the spring 15, the spring deforms so that the rotor 3 shifts to the right, taking the inner races 4a, 5a with it, while the race 4a takes the race 4b with it via the balls 4c. The race 5b, which still rests on the threaded ring 14, is no longer pressed against the balls 5c. Fig. 3 shows the position of the components when the axial thrust has reached a value at which the play Jp between the stop surfaces 15a and 15b of the spring half the size of the game J 1 in FIG. 1. The balls 5c are held by the centrifugal action against the outer race 5b and do not touch the inner race 5a because of the inner radial play of the ball bearing 5. The ball bearing 5 is no longer loaded and could therefore be the cause of vibrations if it were to support the shaft 2 alone; the shaft 2, however, remains centered by the loaded ball bearing 4. The outer race 4b of the ball bearing 4 follows the displacement of the inner race 4a by moving away from the shoulder 1c, against the increasing tension force exerted on it by the spring 15, the spring being attached to the threaded ring 14 adjacent race 5b is supported. The WinkelQL of the cone C 1 remains in
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wesentlichen gleichöl.. Das Kugellager 5 spielt keine Rolle mehr, und das Kugellager 4 trägt allein und ohne Spiel den gesamten Axialschub der Welle 2.essentially the same oil .. The ball bearing 5 does not matter more, and the ball bearing 4 alone and without play carries the entire axial thrust of the shaft 2.
Wenn der Axialschub des Rotors mit der Drehzahl weiter zunimmt, so schieben sich die Laufringe 4a,5a und 5b weiter nach rechts und drücken die Feder 15 zusammen, bis der Laufring 5a über die Kugeln 5c am Laufring 5b abgestützt wird, der dauernd an dem Gewindering 14 anliegt. In dieser Stellung, die in Pig.4 dargestellt ist, erfolgt die Berührung der Kugeln 5c mit den Rollbahnen der Laufringe 5a und 5b auf einem rotationssymmetrischen Konus O5, der wie der Konus C. gerichtet ist. Der Rotor kann sich nicht mehr weiter nach rechts verschieben (abgesehen von der Elastizität der Kugeln und der Laufringe), so daß die Vorspannkraft der Feder 15» die nicht weiter zusammengedrückt werden kann, ein Maximum erreicht hat. Der Axialschub des Rotors wird teilweise über das Kugellager 4 (durch den Laufring 4bf die Feder 15, den Laufring 5b und den Gewindering 14) und teilweise über den Laufring 4a, die Abstandshülse 8, das Kugellager 5 und den Gewindering 14 auf den Rotor übertragen. Der Axialschub wird somit auf die beiden Kugellager verteilt, und das innere Radialspiel beider Kugellager ist eliminiert.If the axial thrust of the rotor increases with the speed, the races 4a, 5a and 5b slide further to the right and compress the spring 15 until the race 5a is supported by the balls 5c on the race 5b, which is permanently on the threaded ring 14 is present. In this position, which is shown in Pig. 4, the contact of the balls 5c with the raceways of the races 5a and 5b on a rotationally symmetrical cone O 5 , which is oriented like the cone C. The rotor cannot move any further to the right (apart from the elasticity of the balls and the races), so that the pretensioning force of the spring 15, which cannot be compressed any further, has reached a maximum. The axial thrust of the rotor is transmitted to the rotor partly via the ball bearing 4 (through the race 4b f, the spring 15, the race 5b and the threaded ring 14) and partly via the race 4a, the spacer sleeve 8, the ball bearing 5 and the threaded ring 14 . The axial thrust is thus distributed to the two ball bearings and the internal radial play of both ball bearings is eliminated.
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Damit das Kugellager 5 die in Fig.4 gezeigte Stellung einnehmen kann, ist es offensichtlich erforderlich, daß das Spiel Ja zwischen den Aaschlagflachen 15a und 15h der Feder (Fig.1) mindestens gleich dem inneren Axialspiel des Kugellagers 5 ist (d.h. gleich dem inneren Axialspiel jedes der Kugellager, da die Kugellager identisch sind). Wenn das Spiel J^ größer als das innere Axialspiel wäre, könnte der vom Kugellager 4 übertragene Teil des Axialschubs nicht größer sein als die maximale von der Feder 15 ausgeübte Vorspannkraft, wobei der übrige Teil des Axialschubes von dem Lager 5 übertragen werden müßte. Somit läßt sich der maximale Axialschub des Rotors nahezu gleichmäßig auf die beiden Kugellager verteilen, indem die Kraft der Feder genau gewählt wird. Vorzugsweise wird jedoch dem Spiel J.. ein Wert gegeben, der gleich dem inneren Axialspiel jedes der Kugellager ist, so daß die Anschlagfläche 15a bei großen Axialkräften an der Aaschlagflache 15b anliegt (Fig,4). Auf diese Weise läßt sich die Kraft der Feder verringern, wodurch die von der Feder auf die Kugellager übertragene Vorspannkraf-fe- und somit ihre Abnutzung bei niedrigen Drehzahlen verkleinert werden. Sobald der Axialschub des Rotors größer als die maximale Vorspannkraft der Feder wird (Fig.4), liegt der Laufring 4b formschlüssig am Gewindering 14 an (da die Anschlagflächen 15a und 15b aneinander anliegen), während das Kugellager 5 gleichzeitig seinen Teil des AxialschubsSo that the ball bearing 5 can assume the position shown in Figure 4, it is obviously necessary that the play Ja between the Aaschlagflachen 15a and 15h of the spring (Figure 1) is at least equal to the inner axial play of the ball bearing 5 (ie equal to the inner Axial play of each of the ball bearings, as the ball bearings are identical). If the play J ^ were greater than the inner axial play, the part of the axial thrust transmitted by the ball bearing 4 could not be greater than the maximum prestressing force exerted by the spring 15, the remaining part of the axial thrust would have to be transmitted by the bearing 5. Thus, the maximum axial thrust of the rotor can be distributed almost evenly between the two ball bearings by precisely selecting the force of the spring. Preferably, however, the play J .. is given a value which is equal to the inner axial play of each of the ball bearings, so that the stop surface 15a rests against the Aaschlagflache 15b when there are large axial forces (FIG. 4). In this way, the force of the spring can be reduced, as a result of which the preloading force transmitted by the spring to the ball bearings and thus their wear at low speeds are reduced. As soon as the axial thrust of the rotor is greater than the maximum preload force of the spring (FIG. 4), the race 4b rests positively on the threaded ring 14 (since the stop surfaces 15a and 15b lie against one another), while the ball bearing 5 simultaneously does its part of the axial thrust
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übernimmt und sein inneres Axialspiel im gleichen Sinn wie das des Kugellagers 4 eliminiert wird. Die großen Axialkräfte werden somit gleichmäßig auf die beiden Kugellager verteilt.takes over and its internal axial play is eliminated in the same sense as that of the ball bearing 4. The great axial forces are thus evenly distributed over the two ball bearings.
Die Fign. 5, 5a und 5b zeigen in schematischer und übertriebener Weise die Verschiebung der Laufringe zwischen den Stellungen der 3?ign. 1, 3 bzw. 4. Wenn der Abstand zwischen den Laufringen 4a und 5a gleich L ist, hat der Abstand zwischen den Laufringen 4b und 5b in den Fign. 1 und 5 den Wert L + J1, in den Fign. 3 und 5a den Wert L + J1/2 und in den Fign. 4 und 5b den Wert L·The FIGS. 5, 5a and 5b show in a schematic and exaggerated manner the displacement of the races between the positions of FIG. 3? Ign. 1, 3 and 4. When the distance between the races 4a and 5a is L, the distance between the races 4b and 5b in FIGS. 1 and 5 the value L + J 1 , in FIGS. 3 and 5a, the value of L + J1 / 2 and in Figs. 4 and 5b the value L
Da die beiden Kugellager in der Ruhestellung symmetrisch zueinander angeordnet sind, ist die Funktionsweise der Lagervorrichtung bei einem von rechts nach links gerichteten Axialschub gleich der oben beschriebenen, wobei die Verschiebungen von rechts nach links erfolgen und die Rollen der Kugellager 4 und 5 vertauscht sind. Das Kugellager 5 trägt allein die kleinen Axialkräfte und überträgt sie an den an der Schulter 1c anliegenden Laufring 4b; das innere Axialspiel des Kugellagers 4 wird dann bei zunehmender Last in der gleichen Richtung wie das des Kugellagers 5 "aufgezehrt", und die Last verteilt sich auf die beiden Kugellager. Das Axialspiel zwischen dem Flansch 11 und der Schulter 1d desSince the two ball bearings are arranged symmetrically to each other in the rest position, the mode of operation is the Storage device in the case of an axial thrust directed from right to left is the same as that described above, the displacements take place from right to left and the roles of the ball bearings 4 and 5 are reversed. The ball bearing 5 carries only the small axial forces and transmits them to the race 4b resting on the shoulder 1c; the internal axial play the ball bearing 4 is then "consumed" with increasing load in the same direction as that of the ball bearing 5, and the load is distributed over the two ball bearings. The axial play between the flange 11 and the shoulder 1d of the
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Stators (Fig.1) muß hierbei so groß sein, daß sich der Laufring 5b nach links verschieben kann, bis das Kugellager 4 einen Teil der Last aufnimmt.Stator (Fig.1) must be so large that the Race 5b can move to the left until the ball bearing 4 absorbs part of the load.
Es versteht sich, daß zahlreiche Abwandlungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die in entgegengesetzter Richtung erfolgende Eliminierung des inneren Axialspiels der beiden Kugellager durch andere Mittel verwirklicht werden. Beispielsweise können die mit Axialspiel angeordneten äußeren laufringe axial gegeneinander gedrückt werden, anstatt voneinander weggedrückt zu werden. Die mit axialem Spiel angeordneten Laufringe könnten auch die inneren Laufringe sein, während die äußeren Laufringe axial unverschiebbar angeordnet werden. Außerdem könnte der äußere Laufring eines der Kugellager und der innere Laufring des anderen Kugellagers mit axialem Spiel angeordnet werden, wobei diese beiden Laufringe in der gleichen Richtung ™ elastisch vorgespannt werden.It goes without saying that numerous modifications of the exemplary embodiment described are possible without the frame to leave the invention. In particular, the elimination of the internal, which takes place in the opposite direction Axial play of the two ball bearings can be realized by other means. For example, those with axial play arranged outer races are axially pressed against each other instead of being pushed away from each other. With Races arranged with axial play could also be the inner races, while the outer races are axially immovable to be ordered. In addition, the outer race of one of the ball bearings and the inner race of the other ball bearings can be arranged with axial play, these two races in the same direction ™ are elastically pretensioned.
Die Lagervorrichtung könnte mehr als zwei Kugellager aufweisen, beispielsweise noch ein drittes Kugellager, dessen innerer Laufring mit dem Laufring 4a und dessen äußerer Laufring mit dem Laufring 4b fest verbunden ist.The bearing device could have more than two ball bearings, for example a third ball bearing, its inner race with the race 4a and the outer race with the race 4b is firmly connected.
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