DE102006006591B4

DE102006006591B4 - Zahnrad-Tragestruktur für einen Fahrtantrieb für eine Baumaschine

Info

Publication number: DE102006006591B4
Application number: DE102006006591.3A
Authority: DE
Inventors: Michio Hori; Hideshi Nishiwaki
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: JP2006226362A; US20060193548A1; DE102006006591A1

Abstract

Zahnrad-Tragestruktur eines Fahrtantriebs für eine Baumaschine umfassend: eine Antriebswelle (2); ein Zahnrad (9); eine Drehzahl reduzierende Einrichtung, um eine Drehzahl von der Antriebswelle (2) zu reduzieren und sie auf das Zahnrad (9) zu übertragen; und ein Kegelrollenlager (11), welches das Zahnrad (9) trägt, wobei das Kegelrollenlager (11) einen inneren Ring (12), einen äußeren Ring (13), Kegelrollen (14), die zwischen dem inneren Ring (12) und dem äußeren Ring (13) angeordnet sind, und einen Rollenhalter (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Taschenoberfläche (15c) eines Stegteils (15b) des Rollenhalters (15), die zwischen nebeneinander liegenden Taschen positioniert ist, in denen die Kegelrolle (14) aufgenommen ist, eine kurvenförmige Konfiguration hat, die unter gleichmäßigem Abstand von der Rolloberfläche der Kegelrolle (14) verläuft und sich von dem Außenumfang eines Ringteils (15a) des Rollenhalters (15) über die Mitte der Kegelrolle (14) hinaus bis zum Innenumfang des Ringteils (15a) erstreckt, und dass der Rollenhalter (15) aus einem Kunstharz hergestellt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zahnrad-Tragestruktur eines Fahrtantriebs, der für eine Baumaschine und dergleichen verwendet wird.
Ein Fahrtantrieb, der für eine Baumaschine verwendet wird, ist in der japanischen, ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 10-176718 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, beschreibt das obige Dokument einen Fahrtantrieb 1, der eine Antriebswelle 2, die mit einem Hydraulikmotor (nicht gezeigt) verbunden ist, Planetengetriebeeinrichtungen 3, 4 und 5, die eine Drehzahl der Antriebswelle 2 reduzieren, eine Rotationstrommel 8, die drehbar von einem Gehäuse 7 mit Hilfe eines Lagers 6 getragen wird, und ein Zahnrad 9 aufweist, das an der Rotationstrommel 8 befestigt ist.
In vielen Fällen wird je nach dem Maschinengewicht ein Schrägkugellager oder ein Kegelrollenlager mit Rücken-an-Rücken-Anordnung für das Lager 6 verwendet, das den in dem obigen Dokument beschriebenen Fahrtantrieb 1 trägt. Das vorstehende Lager umfasst einen Rollenhalter, der im allgemeinen aus Metall hergestellt ist.
Da die Baumaschine, die den Fahrtantrieb 1 enthält, auf einem Platz umherfährt, der in vielen Fällen nicht in einem guten Zustand ist, ist das die Rotationstrommel 8 tragende Lager 6 unmittelbar einer großen Stoßbelastung ausgesetzt. Daher könnte die Lebensdauer des Lagers aufgrund einer Beschädigung des Rollenhalters herabgesetzt werden.
Zusätzlich könnte, da der Metallhalter Abriebstaub aufgrund der Reibung des sich drehenden Lagers erzeugt, der Abriebstaub dem Schmieröl beigemischt werden, um die Lebensdauer der Schmierung zu verkürzen, oder der Abriebstaub könnte eine Rolloberfläche des Rollelements beschädigen.
US 5,653,658 A betrifft ein Schmiersystem für Lager für eine Antriebsanordnung, wobei das System eine erste Ölzufuhrkammer und ein Getriebe in der ersten Kammer umfasst. Ein erstes Gehäuse, welches die Kammer definiert, enthält einen Kanal, der die erste Ölzufuhrkammer mit einer Aushöhlung neben der ersten Lageranordnung umfasst. Die Aushöhlung steht in Strömungsmittelverbindung mit einer zweiten Ölzufuhrkammer und einer zweiten Lageranordnung über eine Längsbohrung. Ein Stahlring verhindert, dass Schmierströmungsmittel an der ersten Lageranordnung vorbeifließt, und stellt sicher, dass genügend Strömungsmittel in die zweite Lageranordnung geliefert wird.
DE 42 06 861 A1 offenbart einen Rollenkäfig für Kegelrollenlager bestehend aus einem inneren Ringkranz, einem äußeren Ringkranz und einem Rippen-Strahlenkranz zur Distanzierung der Rollen und zur Verbindung der beiden Kränze, gekennzeichnet dadurch, dass besagte Ringkränze über Zylinderkanten verfügen, die gänzlich auf den entsprechenden Flächen des Innenrings des Lagers aufliegen. Auf diesen Rippen liegt jeweils ein Paar Flügel, die nach oben gespreizt angeordnet und eingefedert sind. Der Rollenkäfig kann aus Kunststoffmaterial hergestellt sein. DE 42 07 329 A1 zeigt einen Kegelrollenkäfig, der in seiner Bauart aus einem inneren Ringkranz und einem äußeren Ringkranz, der grundsätzlich parallel zum ersten liegt und mit ihm durch eine Reihe von Querrippen verbunden ist, besteht. Er verfügt über Aushöhlungen bzw. Seitentaschen, die im Unterteil der Rippen durch ihre beiden Gegenseiten entstehen, sowie über eine Reihe von Queröffnungen, die sich in der unteren Umfangfläch des inneren Ringkranzes des Käfigs, in seinen Bereichen zwischen zwei nebeneinanderliegenden Rippen gebildet haben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnrad-Tragestruktur eines Fahrtantriebs für eine Baumaschine mit hoher Lebensdauer und hohem Wirkungsgrad bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Zahnrad-Tragestruktur eines Fahrtantriebs für eine Baumaschine die Merkmale von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Wie oben beschrieben wurde, wird, wenn der Rollenhalter oder ein Führungsteil, der dem Rollenhalter entspricht, aus einem Kunstharz mit ausgezeichneter Schlagwiderstandsfähigkeit hergestellt ist, die Lebensdauer des Lagers verbessert. Zusätzlich kann, da das Lager einen Rollenhalter aus Kunstharz verwendet, der ein leichtes Gewicht und eine geringe Reibung hat, ein Verlust an Drehmoment zum Zeitpunkt der Drehung reduziert werden, so dass die Zahnrad-Tragestruktur des Fahrtantriebs für die Baumaschine einen hohen Wirkungsgrad hat. Zusätzlich kann, da die Taschenoberfläche eine kurvenförmige Konfiguration hat, die Dicke des Stegteils erhöht werden, so dass die Festigkeit des Rollenhalters verbessert wird.
Es ist bevorzugt, dass der Rollenhalter aus einem faserverstärkten Kunstharz, der ein Polyamid 66 und Glasfaser enthält, hergestellt ist, oder es ist bevorzugt, dass der Rollenhalter aus einem faserverstärkten Kunstharz hergestellt ist, der Polyamid 46 und Glasfaser enthält. Da der vorstehende, faserverstärkte Kunstharz ein geringes Gewicht hat und sehr stark ist, ist er als Haltermaterial geeignet, das in dem Lager verwendet wird, das ein Zahnrad des Fahrtantriebs für die Baumaschine trägt, welche die Stoßbelastung aufnimmt.
Ferner ist es bevorzugt, dass eine Taschenoberfläche eines Stegteils des Rollenhalters, der zwischen nebeneinander liegenden Taschen liegt, in denen die Kegelrolle aufgenommen ist, eine kurvenförmige Konfiguration hat, die in Kontakt mit einer Rolloberfläche der Kegelrolle kommen soll. Somit kann, da das Schmieröl nicht weggekratzt wird, das Schmierverhalten des Lagers verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da das Lager, das den Rollenhalter aus Kunstharz verwendet, der ein geringes Gewicht und eine geringe Reibung hat, vorgesehen ist, die Zahnrad-Tragestruktur des Fahrtantriebs der Baumaschine eine hohe Lebensdauer und einen hohen Wirkungsgrad haben.
Die Zahnrad-Tragestruktur eines Fahrtantriebs für eine Baumaschine gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben
1 ist eine schematische Schnittdarstellung, die einen Fahrtantrieb für eine Baumaschine zeigt;
2 ist eine schematische Schnittdarstellung, die ein Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Schnittdarstellung, die eine Tasche eines Rollenhalters zeigt, der in einem doppelreihigen Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
4 ist eine Darstellung, die ein Resultat eines Fall-Aufschlag-Tests zeigt, um einen Effekt der vorliegenden Erfindung zu bestätigen; und
5 ist eine Darstellung, welche die Rollenhalter-Abriebmenge zeigt, um einen Effekt der vorliegenden Erfindung zu bestätigen.
Ein Fahrtantrieb 1 für eine Baumaschine, der in 1 gezeigt ist, umfasst eine Antriebswelle 2, die mit einem Hydraulik-Motor (nicht gezeigt) verbunden ist, Planetengetriebeeinrichtungen 3, 4 und 5 als Drehzahlreduzierungseinrichtungen, die eine Drehzahl von der Antriebswelle 2 reduzieren, eine Rotationstrommel 8, die drehbar von einem Gehäuse 7 mit Hilfe eines Lagers 6 gelagert ist, und ein Zahnrad 9, das an der Rotationstrommel 8 befestigt ist.
Die Planetengetriebeeinrichtungen 3, 4 und 5 umfassen Sonnenzahnräder 3a, 4a und 5a, interne Zahnräder 3b, 4b und 5b, die mit der Rotationstrommel 8 verbunden sind, und Planetenzahnräder 3e, 4e und 5e, die drehbar von den Planetenträgern 3d, 4d und 5d mit Hilfe von Kegelrollenlagern 3c, 4c und 5c zwischen den Sonnenzahnrädern 3a, 4a und 5a bzw. den internen Zahnrädern 3b, 4b und 5b getragen werden.
Zusätzlich sind der Planetenträger 3d und das Sonnenzahnrad 4a und der Planetenträger 4d und das Sonnenzahnrad 5a miteinander verbunden und werden synchron miteinander gedreht. Der Planetenträger 5d ist an dem Gehäuse 7 befestigt, um die Drehung des Planetenzahnrades 5e zu steuern.
Gemäß dem Fahrtantrieb 1 wird die Drehzahl von der Antriebswelle 2 durch die Planetenzahnradeinrichtungen 3, 4 und 5 in Stufen reduziert, und das Planetenzahnrad 5e der Planetenzahnradeinrichtung 5 wird so gesteuert, dass das Sonnenzahnrad 5a das interne Zahnrad 5b durch das Planetenzahnrad 5e dreht. Als Resultat können die Rotationstrommel 8 und das Zahnrad 9 gemeinsam gedreht werden.
Wie in 2 gezeigt ist, wird als Lager 6, das den Fahrtantrieb 1 trägt, der die obige Konstruktion hat, ein Kegelrollenlager 11 verwendet, das einen inneren Ring 12, einen äußeren Ring 13 und eine Kegelrolle 14, die zwischen dem inneren Ring 12 und dem äußeren Ring 13 angeordnet ist, und einen Rollenhalter 15 aufweist, der einen Abstand zwischen den Kegelrollen 14 hält. Der Rollenhalter 15 oder ein Führungsteil, der ihm entspricht, ist aus einem Kunstharz hergestellt, das in Bezug auf Schlagwiderstandsfähigkeit überlegen ist, ein leichtes Gewicht und eine geringe Reibung hat.
In dieser Konstruktion hat, da die Schlagwiderstandsfähigkeit des Rollenhalters erheblich verbessert ist, das Kegelrollenlager 11 eine hohe Lebensdauer.
Zusätzlich wird das Kegelrollenlager 11, das die vorstehende Konstruktion hat, mit Öl geschmiert. Auch in diesem Fall wird, da die Reibung zwischen der Rolle und dem Rollenhalter durch die selbstschmierende Eigenschaft des Kunstharzes reduziert wird, eine Verschlechterung des Schmieröls aufgrund von Abriebstaub verhindert.
Ferner wird, wenn ein Kunstharz, das eine geringe Härte hat, verwendet wird, selbst dann, wenn Abriebstaub erzeugt wird, eine Rolloberfläche der Kegelrolle nicht beschädigt. Als Resultat kann das Kegelrollenlager eine hohe Lebensdauer und hohe Schmiereigenschaften bereitstellen.
Der Kunstharz-Rollenhalter 15 kann dieselbe Festigkeit wie die eines Metall-Rollenhalters liefern, wenn seine Dicke innerhalb eines Bereiches vergrößert wird, in dem er nicht in Kontakt mit den Umlaufebenen des inneren Rings 12 und des äußeren Rings 13 kommt.
Zusätzlich kann der Rollenhalter 15 aus einem faserverstärkten Kunstharz, das Polyamid 66 und Glasfaser enthält, oder einem glasfaserverstärkten Kunstharz, das Polyamid 46 und Glasfaser enthält, hergestellt sein. Da das glasfaserverstärkte Kunstharz ein leichtes Gewicht hat und stark ist, wird es in geeigneter Weise für das Rollenhaltermaterial verwendet, das in dem Lager benutzt wird, um das Zahnrad des Fahrtantriebs für die Baumaschine zu tragen, die eine Schlagbelastung empfängt.
Zusätzlich kann ein faserverstärktes Kunstharz, das Carbonfasern oder Borfasern statt der Glasfasern enthält, verwendet werden.
3 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' in 2, die den Rollenhalter 15 zeigt. Gemäß 3 weist der Rollenhalter 15 einen Ringteil 15a und einen Stegteil 15b auf, der zwischen nebeneinander liegenden Taschen positioniert ist, in denen die Kegelrolle 14 aufgenommen wird. Eine Taschenoberfläche 15c des Stegteils 15b hat eine kurvenförmige Konfiguration, die mit der Rolloberfläche der Kegelrolle 14 in Kontakt kommen soll.
Da das Schmieröl der Rolloberfläche der Kegelrolle nicht weggekratzt wird, kann somit das Schmierverhalten des Lagers verbessert werden. Zusätzlich kann, da die Taschenoberfläche 15c eine kurvenförmige Konfiguration hat, eine Dicke des Stegteils 15b erhöht werden, so dass die Festigkeit des Rollenhalters verbessert wird. Ferner kann, wenn ein Verbindungsteil zwischen dem Ringteil 15a und dem Stegteil 15b schräg abgerundet ist, das Schmierverhalten des Kegelrollenlagers 11 ebenfalls verbessert werden.
Zusätzlich ist, obwohl ein einreihiges Kegelrollenlager in dem obigen Ausführungsbeispiel gezeigt ist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und ein doppelreihiges Kegelrollenlager kann verwendet werden. Obwohl es ein Lager mit Front-zu-Front-Anordnung sein kann, bei dem die seitlichen Enden mit großem Durchmesser der Kegelrollen einander gegenüberliegen, kann in diesem Fall, wenn es ein Lager mit Rücken-an-Rücken-Anordnung ist, bei dem die seitlichen Enden mit kleinem Durchmesser der Kegelrollen einander gegenüberliegen, der Abstand zwischen der Rotationsmittellinie des Lagers und einem Schnittpunkt einer Kontaktlinie der inneren und äußeren Ringe mit den Kegelrollen der rechten und linken Reihen vergrößert werden (was im folgenden als Abstand zwischen den Arbeitspunkten bezeichnet wird), so dass die radiale Steifigkeit verbessert werden kann.
Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung bei einem Kugellager mit tiefer Nut, einem Kugellager mit vier Kontaktpunkten, einem Schrägkugellager, einem Zylinderrollenlager, einem selbstausrichtenden Rollenlager und dergleichen statt auf das Kegelrollenlager angewendet werden.
Wenn das Kegelrollenlager 11, das die obige Konstruktion hat, für das Lager 6, das in 1 gezeigt ist, verwendet wird, hat, da der Drehmomentverlust zum Zeitpunkt der Drehung reduziert werden kann, die Zahnrad-Tragestruktur des Fahrtantriebs für die Baumaschine einen hohen Wirkungsgrad.
Als nächstes wurde ein Fall-Aufschlag-Test mit dem Kunstharz-Rollenhalter gemäß der vorliegenden Erfindung und an dem herkömmlichen Metall-Rollenhalter unter folgenden Bedingungen durchgeführt, und die Schlagwiderstandsfähigkeit von jedem Rollenhalter wurde überprüft. Sein Resultat ist in 4 gezeigt.
Fallhöhe: 80 mm
Vibrationsbeschleunigung: 9800 m/s²
Fallzyklus: 30 zpm
Gemäß 4 war, während der herkömmliche Metall-Rollenhalter vor 100.000-maliger Wiederholung gebrochen war, der Kunstharz-Rollenhalter gemäß der vorliegenden Erfindung selbst nach 360.000 Wiederholungen nicht gebrochen. Somit wurde bestätigt, dass die Aufschlagwiderstandsfähigkeit des Kunstharz-Rollenhalters gemäß der vorliegenden Erfindung erheblich im Vergleich zu dem herkömmlichen Metall-Rollenhalter verbessert ist.
Ferner wurde ein Test durchgeführt, nachdem der Kunstharz-Rollenhalter gemäß der vorliegenden Erfindung und der herkömmliche Metall-Rollenhalter eine vorgegebene Anzahl von Malen gedreht worden sind, um die Abriebstaubmenge zu bestimmen. Die Testbedingung ist wie folgt, und sein Resultat ist in 5 gezeigt.
Drehzahl: 2215 upm (maximale Drehzahl)
Radiale Last: 49 ± 9,8 kN (10 Hz)
Achsiale Last: 0 ± 14,7 kN (1 Hz)
Betriebszeit: 2120 Std.
Windgeschwindigkeit: 10 m/s
Nach dem obigen Test wurden die Abriebstaubmenge des Kunstharz-Rollenhalters und des Metall-Rollenhalters gemessen, um festzustellen, dass sie 0,02 Gew.-% bei dem Kunstharz-Rollenhalter betrug, während sie 1,03 Gew.-% in dem Metall-Rollenhalter war.
Somit wurde bestätigt, dass die Abriebfestigkeit des Kunstharz-Rollenhalters gemäß der vorliegenden Erfindung erheblich im Vergleich zu dem herkömmlichen Metall-Rollenhalter verbessert war.

Claims

Zahnrad-Tragestruktur eines Fahrtantriebs für eine Baumaschine umfassend: eine Antriebswelle (2); ein Zahnrad (9); eine Drehzahl reduzierende Einrichtung, um eine Drehzahl von der Antriebswelle (2) zu reduzieren und sie auf das Zahnrad (9) zu übertragen; und ein Kegelrollenlager (11), welches das Zahnrad (9) trägt, wobei das Kegelrollenlager (11) einen inneren Ring (12), einen äußeren Ring (13), Kegelrollen (14), die zwischen dem inneren Ring (12) und dem äußeren Ring (13) angeordnet sind, und einen Rollenhalter (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Taschenoberfläche (15c) eines Stegteils (15b) des Rollenhalters (15), die zwischen nebeneinander liegenden Taschen positioniert ist, in denen die Kegelrolle (14) aufgenommen ist, eine kurvenförmige Konfiguration hat, die unter gleichmäßigem Abstand von der Rolloberfläche der Kegelrolle (14) verläuft und sich von dem Außenumfang eines Ringteils (15a) des Rollenhalters (15) über die Mitte der Kegelrolle (14) hinaus bis zum Innenumfang des Ringteils (15a) erstreckt, und dass der Rollenhalter (15) aus einem Kunstharz hergestellt ist.
Zahnrad-Tragestruktur des Fahrtantriebs für eine Baumaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenhalter (15) aus einem faserverstärkten Kunstharz hergestellt ist, das Polyamid 66 und Glasfaser enthält.
Zahnrad-Tragestruktur des Fahrtantriebs für eine Baumaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenhalter (15) aus einem faserverstärkten Kunstharz hergestellt ist, das Polyamid 46 und Glasfaser enthält.
Zahnrad-Tragestruktur des Fahrtantriebs für eine Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelrollenlager (11) ein doppelreihiges Kegelrollenlager ist, in dem die Kegelrollen (14) zwischen dem inneren Ring (12) und dem äußeren Ring (13) in doppelten Reihen angeordnet sind
Zahnrad-Tragestruktur des Fahrtantriebs für eine Baumaschine gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelrollenlager (11) ein Lager mit O-Anordnung ist, in dem die seitlichen Enden mit kleinem Durchmesser der Kegelrollen (14) in rechten und linken Reihen innen einander gegenüberliegen.