МНОГОРЯДНЫЙ СИММЕТРИЧНЫЙ ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ И ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ СТУПИЦЫ КОЛЕСА С УПОМЯНУТЫМ ПОДШИПНИКОМ КАЧЕНИЯ
MULTI-ROW SYMMETRICAL ROLLING BEARING AND BEARING UNIT OF WHEEL HUB WITH SAID ROLLING BEARING

Изобретение относится к симметричному подшипнику качения и, в частности, к многорядному симметричному подшипнику качения.
Изобретение описывается со ссылкой на подшипниковый узел ступицы колеса для ведомых или неведомых колес автомобилей, как, например, грузовых автомобилей на шасси легкового автомобиля, легких грузовых автомобилей или полноприводных внедорожников SUV (Sports Utulity Vehicle). Следует отметить, что представленное изобретение может применяться и в других подшипниках качения.
Из уровня техники известны подшипники качения, имеющие наружное кольцо, внутреннее кольцо и тела качения, расположенные между этими кольцами. Также из уровня техники известно, что эти тела качения могут располагаться в несколько рядов. Из публикации DE 10060638 А1 известен, например, двухрядный подшипник качения. Таким образом, действующие на подшипник нагрузки могут быть распределены на несколько рядов тел качения и таким образом - на несколько тел качения.
Применение шариков в подобных двухрядных подшипниках невыгодно, поскольку это не пригодно для больших нагрузок на ось. Применение конических роликов в двухрядных подшипниках ступицы колеса имеет тот недостаток, что при этом создается большой момент сил трения.
Подшипники качения, выполненные с более чем двумя рядами, имеют значительные затраты при производстве и, наряду с этим, при производстве должны быть определены подходящие геометрические размеры.
Поэтому в основе предлагаемого изобретения лежит задача создания такого подшипника качения, который, с одной стороны, пригоден для большой нагрузки на ось, а, с другой стороны, может быть изготовлен и смонтирован с допустимыми затратами. Наряду с этим, в распоряжение должен быть предоставлен подшипник качения, которым может быть заменен обычный подшипник качения с коническими роликами.
Согласно изобретению это достигается посредством подшипника качения с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения. Преимущественные формы исполнения и усовершенствования являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения.
Соответствующий изобретению подшипник качения имеет первое кольцо подшипника и второе кольцо подшипника. Между этими кольцами подшипника расположено множество тел качения. Согласно изобретению тела качения расположены, по меньшей мере, в четыре ряда, причем, по меньшей мере, два ряда имеют первый диаметр делительной окружности, а два других ряда - второй диаметр делительной окружности, отличающийся от первого диаметра делительной окружности. При этом те ряды, которые имеют соответственно одинаковый диаметр делительной окружности, расположены симметрично относительно плоскости, вертикальной к продольному направлению подшипника.
Под диаметром делительной окружности понимается расстояние от оси симметрии одного тела качения до оси симметрии тела качения, точно противолежащего первому телу качения в том же ряду.
Посредством наличия, по меньшей мере, четырех рядов действующая на подшипник нагрузка может быть распределена на несколько рядов, а потому на несколько тел качения. Таким образом, подшипник в целом приспособлен для восприятия больших нагрузок.
Благодаря наличию разных диаметров делительной окружности подшипник особенно подходящим образом может быть отрегулирован для восприятия усилий, действующих в различных направлениях. Ряды с большим диаметром делительной окружности пригодны для восприятия больших усилий. Наряду с этим, посредством применения различных диаметров делительной окружности может быть достигнуто преимущество конических тел качения, а именно более высокая несущая способность, при отсутствии при этом недостатков конических тел качения, а именно - более высокого трения, более высокого веса и взаимного смещения колец подшипника.
Ряды расположены симметрично относительно вертикальной к продольному направлению подшипника плоскости, под которой понимается, преимущественно, срединная плоскость. Таким образом, под соответствующим изобретению подшипником качения понимается симметричный подшипник качения.
Предпочтительно подшипник качения имеет габаритную ширину более 35 мм. При проведении дорогостоящих исследований было выявлено, что подшипники качения с габаритной шириной более 35 мм особенно приспособлены для того, чтобы воспринимать возникающие усилия, действующие на подшипник.
Предпочтительно диаметры делительной окружности рядов, лежащих снаружи, больше чем диаметры делительной окружности рядов, лежащих внутри. Благодаря этой форме выполнения может быть достигнута функция конических тел вращения, диаметры которых уменьшаются снаружи вовнутрь.
Согласно предпочтительной форме осуществления отличаются диаметры тела качения, по меньшей мере, двух рядов, а особенно предпочтительно диаметры тела качения для рядов, лежащих снаружи, больше, чем диаметр тела качения для рядов, лежащих внутри. Посредством диаметров, уменьшающихся снаружи внутрь подшипника, могут быть достигнуты также преимущества конических тел качения, при отсутствии недостатков.
Преимущественно наружный диаметр подшипника со стороны кронштейна оси колеса более чем на 6 мм больше суммы диаметра делительной окружности со стороны кронштейна оси колеса и диаметра тел качения у тел качения со стороны кронштейна оси колеса. Ряд со стороны кронштейна оси колеса в дальнейшем называется также как ряд, расположенный, если смотреть со стороны автомобиля - внутри. Для того чтобы дополнительно добиться удовлетворительной устойчивости подшипника и одновременно получить меньший вес подшипника, вышеупомянутый выбор наружного диаметра со стороны кронштейна оси колеса выявился в процессе обстоятельных исследований в качестве особенно хорошо подходящего компромисса.
Согласно другой предпочтительной форме исполнения наружный диаметр подшипника со стороны фланца крепления к ступице колеса более чем на 6 мм больше суммы диаметра делительной окружности со стороны фланца крепления к ступице колеса и диаметра тела качения у тел качения со стороны фланца крепления к ступице колеса. Ряд со стороны фланца крепления к ступице колеса в дальнейшем называется также как ряд, расположенный, если смотреть со стороны автомобиля - снаружи. Названные геометрические характеристики считаются особенно предпочтительными для наружных диаметров подшипника как со стороны кронштейна оси колеса, так и со стороны фланца крепления к ступице колеса.
Согласно другой предпочтительной форме исполнения диаметр делительной окружности ряда, лежащего внутри, более чем на 3,5 мм больше внутреннего посадочного диаметра подшипника качения. Внутренний посадочный диаметр соответствует предпочтительно внутреннему диаметру кольца подшипника.
Согласно другой предпочтительной форме исполнения осевое расстояние между первым рядом и вторым рядом, отстоящим от первого ряда, меньше, чем осевое расстояние между вторым рядом и третьим рядом, отстоящим от второго ряда. Первый и второй ряды, а также третий и четвертый ряды особенно предпочтительно расположены в виде тандемов, а между вторым рядом и третьим рядом находится срединный буртик наружного и/или внутреннего кольца.
Предпочтительно, по меньшей мере, одно кольцо подшипника и особенно предпочтительно внутреннее кольцо выполнено из двух половин внутреннего кольца. Посредством такой конструкции упрощается монтаж подшипника. При этом преимущественно обе половины внутреннего кольца в осевом направлении подшипника качения скрепляются между собой посредством отбортованного буртика. Предпочтительно каждая половина внутреннего кольца имеет две дорожки качения для тел качения. Также возможно, что с помощью отбортованного буртика может быть закреплено неразъемное внутреннее кольцо подшипника. Наружное кольцо выполнено предпочтительно неразъемным.
На основании фланца преимущественно предусмотрена, по меньшей мере, одна и особенно предпочтительно одна, расположенная радиально внутри дорожка качения для тел качения. При этом основание фланца скреплено предпочтительно с внутренним кольцом или с половиной внутреннего кольца, таким образом, что отсутствует возможность проворота относительно него. Согласно этой форме исполнения дорожки качения двух рядов, например дорожки качения рядов со стороны кронштейна оси колеса, находятся на одной половине внутреннего кольца. Вторая половина внутреннего кольца согласно этой форме исполнения не предусмотрена, а вместо нее предусмотрены дорожки качения для рядов со стороны крепления фланца к ступице колеса непосредственно на или в основании фланца, на котором также размещена ступица колеса. Таким образом, может быть уменьшена трудоемкость монтажа подшипника, соответствующего изобретению.
Предпочтительно выбраны тела качения из одной группы тел качения, которая содержит шарики, цилиндрические ролики, конические ролики и подобные им. Во всех рядах предпочтительно находятся тела качения одинакового вида, но также возможно, что в разных рядах могут быть предусмотрены тела качения разных видов.
Согласно другой предпочтительной форме исполнения отличающимися друг от друга являются углы контакта, по меньшей мере, двух рядов. Под углом контакта понимают такой угол, под которым усилия давления от наружного кольца передаются через тела качения на внутреннее кольцо или на половины внутреннего кольца. Точнее сказать, тела качения зажаты вдоль контактных линий, проходящих наклонно к продольному направлению подшипника качения. Углы контакта определяются между этими контактными линиями и срединной плоскостью. Углы контакта внешних рядов предпочтительно являются большими, чем углы контакта внутренних рядов. Соответственно углы контакта внутренних рядов, с одной стороны, и углы контакта внешних рядов, с другой стороны, особенно предпочтительно являются по величине равновеликими. Посредством различных углов контакта восприятие нагрузок подшипником может быть оптимально адаптировано.
Согласно другой предпочтительной формы исполнения подшипник качения имеет приспособление для регистрации частоты вращения колеса. При этом речь может идти, например, о магнитном диске, выдающем при вращении переменный сигнал на датчик.
Представленное изобретение относится далее к подшипниковому узлу ступицы колеса с подшипником качения вышеописанного вида.
Другие преимущества и формы исполнения выявляются из приложенных чертежей.
На фиг.1 дано схематичное изображение подшипника качения, соответствующего изобретению; и
на фиг.2 - изображение с фиг.1 с нанесенными геометрическими характеристиками.
Подшипник качения, показанный на фиг.1, имеет четыре ряда 11, 12, 13 и 14, в которых расположены соответственно тела 5 качения. При этом тела 5 качения расположены соответственно кольцами и движутся в плоскости, перпендикулярной плоскости фигуры. Отдельные тела 5 качения могут двигаться в сепараторах подшипника (детально не показаны). Для упрощения на фиг.1 и 2 показана соответственно только одна половина подшипника.
Как показано на фиг.1, отдельные ряды 11, 12, 13 и 14 имеют различные диаметры Tk1, Tk2, Tk3, Tk4 делительной окружности, которые, как упоминалось вначале, образуются из расстояния от центра тела качения одного тела качения до противолежащего тела качения и там снова до центра тела качения.
Согласно форме исполнения, показанной на фиг.1, оба ряда 11 и 14 имеют больший диаметр Tk1, Tk4 делительной окружности, чем ряды 12 и 13. Диаметры делительной окружности рядов 11 и 14 равны, также равны диаметры Tk2 и Tk3 делительной окружности рядов 12 и 13. Таким образом, подшипник качения, показанный на фиг.1, является симметричным относительно срединной плоскости МБ как по количеству рядов, так и по соответствующим диаметрам делительной окружности.
Далее тела качения рядов 11 и 14 имеют больший диаметр тела качения, чем ряды 12 и 13. Таким образом, посредством тандемного расположения рядов 11 и 12, с одной стороны, и тандемного расположения рядов 13, 14, с другой стороны, может быть достигнуто то, что в подшипнике можно отказаться от известных из уровня техники конических роликов, а с другой стороны, могут быть использованы преимущества конических роликов.
На наружном кольце 2 подшипника предусмотрен фланец 24, служащий, со своей стороны, для присоединения к кронштейну оси колеса (не показан). Наружное кольцо 2 имеет между обоими рядами 12 и 13, по существу, радиально направленный вниз срединный буртик 23. Согласно форме исполнения, показанной на фиг.1, фланец 24 расположен в продольном направлении не точно в середине подшипника качения, а сдвинут в направлении фланца 17 для крепления к ступице колеса.
Согласно этой форме исполнения фланец 17 выполнен цельным с основанием 18 фланца, на котором размещены половины 3а, 3b внутреннего кольца подшипникового внутреннего кольца 3. Точнее половины 3а, 3b внутреннего кольца закреплены в осевом направлении подшипника качения с помощью отбортованного буртика 21 и кромки 22, расположенных на основании 18 фланца.
Согласно формы исполнения, показанной на фиг.1, на обоих половинах 3а и 3b внутреннего кольца расположены соответственно две дорожки 9 качения для тел качения. Также было бы возможным даже отказаться от половины 3а внутреннего кольца, а вместо нее расположить соответствующие дорожки 9 качения на основании 18 фланца. И наоборот, можно было бы отказаться от половины 3b внутреннего кольца.
Позиция 19 относится к радиально направленному наружу, внешнему буртику внутреннего кольца 3 или половины 3b внутреннего кольца. Этот внешний буртик примыкает к дорожке 9 качения ряда 14.
Позиция 15 относится к уплотнению подшипника качения. Это уплотнение выполнено здесь как кассетное уплотнение и имеет на армировании 20, расположенном на наружном кольце 2, три рабочие кромки 15а, 15b, 15 с уплотнения. Рабочая кромка 15а уплотнения радиально прижата по периметру к внутреннему кольцу 3 или его половине 3b внутреннего кольца. Другая рабочая кромка 15b прилегает в осевом направлении к отражательному листу. Третья рабочая кромка радиально прилегает к отражательному листу.
В зависимости от формы исполнения подшипника также было бы возможным отказаться от одного или обоих фланцев 17, 24. Так, согласно другой (не показанной) форме исполнения на наружном кольце 2 расположен только один фланец 24 и этот фланец - на кронштейне оси колеса со стороны автомобиля.
Согласно другой форме исполнения предусмотрен только фланец 17, который может быть соединен с колесом (не показано) и выполнен заодно с основанием 18 фланца.
Фиг.2 показывает изображение с фиг.1 для наглядного пояснения геометрических характеристик. На фиг.2 обозначает позиция В - габаритную ширину подшипника, а позиция D - высоту подшипника, то есть расстояние между поверхностью внутреннего кольца 3 подшипника, радиально повернутой вовнутрь, и поверхностью наружного кольца 2 подшипника, радиально повернутой наружу, без учета фланца 24. Позиция F обозначает наружный диаметр наружного кольца со стороны фланца крепления к ступице колеса, а позиция Е - наружный диаметр подшипника качения со стороны автомобиля внутри или со стороны кронштейна оси колеса.
Позиция А обозначает внутренний посадочный диаметр подшипника качения. Позиции Dw обозначают отдельные диаметры соответствующих тел качения, так, например, позиция Dw1 - диаметр тела 5 качения в ряду 11. Позиции Tk1-Tk4 обозначают отдельные диаметры делительной окружности соответствующих рядов. Позиции Db1-Db4 обозначают соответствующий диаметр буртика отдельных рядов. Из соображений наглядности нанесены только позиции Tk1 и Db4.
Позициями D11-D14, причем также показан только диаметр D11, обозначаются соответствующие внутренние диаметры дорожек качения, а измеряется он от того сегмента дорожки 31 качения, который лежит радиально внутри. Позиция n обозначает ширину срединного буртика между рядами 12 и 13.
Позиция m обозначает ширину полки внутреннего кольца или половины 3b внутреннего кольца на стороне, повернутой к внутренней стороне автомобиля. Позиции α1-α4 обозначают соответственно углы контакта.
Габаритная ширина В подшипника больше, чем сумма всех диаметров тел качения, сложенная с величинами ширины полок m внутреннего кольца и с шириной n срединного буртика. Наряду с этим габаритная ширина подшипника больше 35 мм.
Соответственно лежащие снаружи ряды имеют большие диаметры делительной окружности. Это означает, что диаметр Tk1 делительной окружности ряда 11 больше, чем диаметр Tk2 делительной окружности ряда 12, а диаметр Tk4 делительной окружности ряда 14 больше, чем диаметр Tk3 делительной окружности ряда 13.
Согласно форме исполнения, показанной на фиг.2, наружный диаметр Е наружного кольца со стороны кронштейна оси колеса больше, чем сумма диаметра Tk4 делительной окружности и диаметра Dw4 тела качения в ряду 14. Предпочтительно наружный диаметр Е со стороны кронштейна оси колеса больше, по меньшей мере, на 6 мм, чем названная сумма.
Предпочтительно диаметр Tk3 делительной окружности больше, по меньшей мере, на 3,5 мм, чем внутренний посадочный диаметр А. Наружный диаметр F со стороны крепления фланца к ступице колеса предпочтительно более чем на 6 мм больше, чем диаметр Tk1 делительной окружности ряда 11 с добавлением диаметра Dw1 тела качения.
Далее согласно форме исполнения, показанной на фиг.2, соответствующие углы α1 и α4 контакта рядов 11 и 14 больше, чем углы α2, α3 контакта рядов 12 и 13. Причем углы рассматриваются от срединной плоскости ME. Это означает, что углы контакта наружных рядов, то есть углы, под которыми усилия от наружного кольца передаются на внутреннее кольцо, у наружных рядов больше, чем углы контакта внутренних рядов. Также было бы возможным даже, чтобы углы контакта всех рядов были выбраны равными.
Все раскрытые в материалах заявки признаки заявляются как существенные, поскольку они по отдельности или в комбинации являются новыми по отношению к уровню техники.
Перечень позиций
1 - Подшипник ступицы колеса
2 - Наружное кольцо подшипника
3 - Внутреннее кольцо подшипника
3а, 3b - Половины внутреннего кольца
5 - Тело качения
9 - Дорожка качения
11, 12, 13, 14 - Ряды
15 - Уплотнительное устройство
15а, 15b, 15с - Рабочие кромки уплотнения
17 - Фланец крепления к ступице колеса
18 - Основание фланца
20 - Армирование
21 - Отбортованный буртик
22 - Кромка
23 - Срединный буртик наружного кольца
24 - Фланец крепления к кронштейну оси колеса
31 - Сегмент дорожки качения, лежащий радиально внутри
ME - Срединная плоскость
А - Внутренний посадочный диаметр
В - Габаритная ширина подшипника
D - Высота подшипника
Е - Наружный диаметр со стороны автомобиля внутри или со стороны кронштейна оси колеса
F - Наружный диаметр со стороны фланца крепления к ступице колеса
М - Середина подшипника
N - Ширина срединного буртика
M - Ширина полки внутреннего кольца
Db1-Db4 - Диаметр буртика отдельных рядов
DI1-DI4 - Внутренний диаметр дорожки качения
Dw1-Dw4 - Диаметр соответствующего тела качения
Tk1-Tk4 - Диаметр делительной окружности
α1, α2, α3, α4 - Угол контакта