三腳型恆速率萬向接頭的製作方法
2023-08-03 03:40:31 1
專利名稱：三腳型恆速率萬向接頭的製作方法
發明概述本發明涉及一種三腳型恆速率萬向接頭，它包括一個具有旋轉軸線的主接頭部件，該主接頭部件具有三個繞旋轉軸線周向間隔分布並沿縱向延伸的滾道；一個具有旋轉軸線的副接頭部件，該副接頭部件具有三個託架，每個託架具有各自的軸線並伸入主接頭部件的滾道中；由各個託架所支承的滾子，每個滾子都有各自的軸線和外圓周面，其中外圓周面是關於軸線的迴轉面並且與主接頭部件中相應滾道的對邊相嚙合，滾子被限制在其相應託架中以便繞託架軸線旋轉和沿縱向移動，並且能在其對應的滾道中傾斜。
這類三腳型接頭在後面被稱之為特種三腳接頭。
迄今為止，在特種三腳接頭中每個滾子的外圓周面大體上呈部分球形，而主接頭部件中與相應的滾子外圓周面嚙合的每個滾道的對邊呈部分圓柱形。部分球形滾子的表面曲率半徑基本上與部分圓柱形滾道的表面曲率半徑相同，儘管實際上由於滾道側邊的曲率半徑與滾子外圓周面的曲率半徑稍有不同而使滾子與滾道側邊之間的接觸區域減小。
在上面所述普通三腳接頭中出現的一個問題是，當接頭在鉸接條件下(即兩個接頭部件的旋轉軸線相互傾斜)旋轉時，在接頭部件之間會出現軸向力。這種軸向力是三階力，也就是說，它們的頻率是接頭旋轉速度的三倍，當接頭鉸接角度增大時它們也隨之增加。
當這種接頭用在前輪驅動汽車的驅動軸上時，這種力的影響特別明顯。由於這兩種接頭元件具有相互插入的能力，即可以相對地沿軸向移動，所以它們通常被用作內接頭以適應汽車懸架運動時驅動軸總長度的變化。這樣使用接頭導致的一個問題是「顫動」，其中由接頭產生的軸向力被傳遞給汽車裝置，並在一定條件下表現為顫動而被汽車乘客感覺到。當汽車加速時顫動尤其是一個問題，這是因為帶有大量驅動設備的汽車前部的升高增大了驅動軸內側萬向接頭的鉸接角度，同時由接頭傳遞的大扭矩也加劇了這個問題。在現代客車中這個問題更加嚴重，裝配時更容易遇到需要增大內側萬向接頭的鉸接角度的問題。
有幾種萬向接頭的顫動小於先前已知的特種三腳萬向接頭，其中的一些接頭是通常的三腳型但滾子裝配更複雜。這種複雜性使得接頭的製造成本昂貴。
本發明的主要目的是提供一種特種三腳型恆速率萬向接頭，其中可以克服或減少上面所述的顫動問題，並且與帶有附加零件的更加複雜的接頭相比，它可以相對減少費用。
按照本發明，我們提供這樣一種特種三腳恆速率萬向接頭，其中副接頭部件託架的軸線與垂直於副接頭部件旋轉軸線的平面傾斜和/或偏離副接頭部件的旋轉軸線，每個滾子的外圓周面是大體凸弧形母線繞滾子軸線形成的迴轉面，該弧線的半徑大於滾子的赤道半徑。
為方便起見，弧形母線的半徑在這裡被稱為滾子的子午線半徑，滾子的赤道半徑是環繞滾子軸線的最大半徑。
可以發現依靠上述方法，再通過減少在接頭部件間出現的三階軸向力，就可以減少顫動問題。根據本發明的接頭，其成本也小於採用附加零件的接頭的成本。
滾子的子午線半徑大約是滾子赤道半徑的1.5倍。
按照本發明，接頭中滾子外圓周面的外形是一個半徑大於滾子赤道半徑的大體弧形母線繞滾子軸線形成的迴轉面，這意味著，這類滾子的表面實際上是一個筒形。與這樣的滾子表面相配合，主接頭部件中滾道的每個對邊不可能是縱軸線延伸經過滾道中心的單一圓柱體的對置部分圓柱體，而必須是不同圓柱體的部分，這些圓柱體的半徑稍大於環繞滾子軸線迴轉形成滾子圓周表面的大體弧形母線的曲率半徑。
在主接頭部件旋轉軸線截面的縱向上，每個滾子側面的曲率半徑優選地大於或者等於滾子子午線半徑的1.05倍。
下面參照附圖並利用實施例對本發明進行描述，其中
圖1是按照本發明的萬向接頭的第一實施例的局部剖視圖；圖2是圖1所示接頭的副接頭部件的軸視圖；圖3示意表示了圖1所示接頭的滾子和滾道的構形；圖4和圖5分別是按照本發明的接頭的另一實施方案的軸視圖及其副接頭部件的縱向局部剖視圖。
參照圖1和圖2，一個三腳型恆速率萬向接頭包括一個外部主接頭部件10，其基本成杯形之部分11的圓周側壁12形成一個內腔13，內腔的一端由支座14封閉，而短軸15從支座上伸出。短軸15上有一個花鍵軸段16，以便與另一旋轉部件嚙合從而傳遞扭矩。當利用這種接頭，通常是在汽車的驅動軸裝置中用來驅動汽車輪時，這種其它部件通常是差動輪系的輸出部件。
接頭部件10的旋轉軸線標記為17。
在接頭部件10的杯形部分11的圓周側壁12內有三個周向間隔開分布的滾道，其中的一個在圖1中總體標記為18。滾道關於接頭部件等周向間隔地分布並且平行於軸線17延伸。每個滾道都包含一個將要在後面詳述的對邊部分，在圖1中這樣的一個對邊被標記為19。
接頭還包括了一個總體標記為20的內部副接頭部件，其在圖2中單獨表示。接頭部件20包括一個帶有花鍵孔22的環形殼體21，花鍵孔與驅動軸元件24上的花鍵端頭部分23相嚙合以傳遞扭矩。依靠保持環25，接頭部件20保持在驅動軸部件的端頭部分23上。接頭部件還包括了三個向外延伸的託架26、27、28，它們分別支承滾子29、30、31。在圖1中，託架26上的滾子29配合在滾道18中，其它的滾子30、31也以同樣的方式被放置在相應的滾道中。
每個滾子(在三腳型萬向接頭中通常插入諸如滾針軸承等軸承裝置)都被支承在各自的託架上以便在託架的縱向上移動，同時也便於圍繞滾子和託架26的軸線旋轉，軸線被標記為32。通過標記為33的保持環，滾子和插入的軸承被固定在它們的託架內。從圖1清楚可見，與託架26的軸線32一樣的軸線傾斜於標記為34的平面，而該平面垂直於內接頭部件20和驅動軸部件24的旋轉軸線35；在圖1中，當接頭處在對中(沒有鉸接)條件下時，該軸線35和軸線17重合。託架的軸線與接頭部件的軸線35相交叉。
附圖3詳細表示了接頭中一個滾子的外形以及它與有關滾道的配合情況。在圖3中，滾子29在其滾道18中被放大比例地示意出來，滾道兩個對邊的表面標記為19、19a，假定接頭鉸接並被旋轉到一個標記為39的角度，該角度是滾子和託架的軸線32與標記為40的直線間的偏斜角，直線40平行於一個包含接頭部件10之旋轉軸線17的平面。
滾子具有外圓周面41，它是一個凸弧線繞滾子軸線32形成的迴轉面，並且標記為R子午線的凸弧線曲率半徑大於標記為R赤道的滾子赤道半徑。這樣滾子的表面41在一定程度上呈筒形而不是呈迄今為止普遍採用的部分球形。
實驗表明，當R子午線近似為R赤道的1.5倍時可以獲得滿意的結果。
滾道的對邊19、19a是各自圓柱體的一部分，圓柱體的半徑R滾道大於R子午線，因此理論上滾子和滾道側邊之間的接觸是在一點，而實際上集中在一個以43為中心的很小區域內。R子午線和R滾道之間的關係也被稱為它們之間的相似性，可以是R滾道÷R子午線大於或等於1.05，可能是約1.1。
需要指出的是，在圖3中表示了滾子外圓周面和滾道18側面19a之間的間隙。這類間隙出現在哪個側面當然取決於接頭傳遞扭矩的方向。製造公差也需要一定間隙存在，以便在工作中可能遇到的各種接頭鉸接情況下，滾子都不會阻塞在滾道中。
現在參考附圖4和圖5，這些都表示了本發明接頭的另一實施方案。內部副接頭部件如圖1和圖2所示的接頭部件20一樣，包括了一個帶有花鍵孔52和三個外伸託架53、54、55的環形殼體51。託架支承各自的滾子56、57、58。採用與上面所述接頭第一實施方案中相同的方法，滾子可移動地支承在各自的託架上。
託架53、54、55有各自的軸線59、60、61，它們與標記為62的接頭部件旋轉軸線互不相交，而且有一定間隔。並且如圖5所示，軸線59、60、61與標記為63的平面相偏斜，所述平面垂直於接頭部件的旋轉軸線62。
在這個接頭的實施方案中，每個滾子56、57、58的外圓周面的構形如上所示可參照附圖中的圖3，而主接頭部件中每個滾道的側邊形狀必須與上面所述的相類似。在附圖4中，外部接頭部件標記為65，三個滾道標記為66、67、68。外部接頭部件中滾道的定向相應於內部接頭部件託架的軸線與旋轉軸線的偏移也都清晰可見。
在圖1中，副接頭部件的託架向連接於副接頭部件的軸的對側端傾斜。為了方便起見，這裡稱之為向後偏斜或者稱之為向垂直於接頭部件旋轉軸線的平面傾斜一個負角度。或者，託架也可以相對這個平面向另一個方向傾斜，這裡稱之為向前偏斜或者稱之為傾斜一個正角度。通過實施例證明，偏斜角度的範圍在-10°～+10°之間，並且實驗表明，當託架偏斜8°～9°、特別是偏斜約8.7°時，就減少接頭操作過程中產生的三階軸向力而言，可以獲得特別好的結果。
按照本發明接頭的另一個實施方案，根據圖4和圖5，如上所述，副接頭部件託架的軸線也可以偏離於接頭的旋轉軸線，但是並不與垂直於旋轉軸線的平面相傾斜。
在這裡我們認為滾子外圓周的子午線形狀和滾道側面的橫截面形狀是弧形的，可以理解，在實踐中它們與完全的弧形稍有區別，例如，滾子的邊緣部分可能被削邊。
在上面的敘述、附屬權利要求書或附圖中所披露的由它們的特殊結構表示的特徵、或者由實現所披露功能的裝置以及用來獲得所披露結果的方法或工藝所表達出的諸多特徵，這些特徵可以根據需要單獨或共同採用，以便於以多種方式來實現本發明。
權利要求
1.一種三腳型恆速率萬向接頭，它包括一個具有旋轉軸線的主接頭部件，該主接頭部件具有三個繞旋轉軸線周向間隔分布並沿縱向延伸的滾道；一個具有旋轉軸線的副接頭部件，該副接頭部件具有三個託架，每個託架具有各自的軸線並伸入主接頭部件的滾道中；以及由每個託架所支承的相應滾子，每個滾子都有一根軸線和外圓周面，其中外圓周面是關於滾子軸線的迴轉面並且與主接頭部件中相應滾道的對邊相嚙合，滾子被限制在相應的託架中以便繞託架軸線旋轉和沿縱向移動，並且能在各自的滾道中傾斜，其特徵在於，副接頭部件託架的軸線偏斜於與副接頭部件旋轉軸線垂直的平面和/或偏離於副接頭部件的旋轉軸線；並且每個滾子的外圓周面是大體凸弧形母線繞滾子軸線形成的迴轉面，該弧線的半徑大於滾子的赤道半徑(在此定義)。
2.一種根據權利要求1所述的接頭，其特徵在於，滾子的子午線半徑大約是滾子赤道半徑的1.5倍。
3.一種根據權利要求1或2所述的接頭，其特徵在於，在主接頭部件旋轉軸線截面的縱向上，每個滾道側面是大體弧形的，其曲率半徑大於或等於滾子子午線半徑的1.05倍。
4.一種根據權利要求3所述的接頭，其特徵在於，所述滾道側面的半徑是滾子子午線半徑的1.1倍。
5.一種根據上述權利要求書中任一項所述的接頭，其特徵在於，副接頭部件的託架向所述平面傾斜的角度範圍是8°-9°。
6.一種根據權利要求5所述的接頭，其特徵在於，所述的傾斜角度大約是8.7°。
7.一種參照附圖1至附圖3或者附圖4和附圖5並且基本如上所述的接頭。
8.在此和/或在附圖中描述的任何新穎特徵或其特徵的新穎組合。
全文摘要
一種三腳型恆速率萬向接頭,其內接頭部件(20、51)之託架(26～28、53～55)的軸線(32、59～61)傾斜於與接頭部件之旋轉軸線(35、62)垂直的平面,和/或偏離於這樣的軸線(35、62),而每個滾子(29～31、56～58)的外表面(41)都是一根大體凸弧形母線繞滾子軸線(35、59～61)形成的迴轉面,該弧線的曲率半徑大於滾子(29～31、56～58)的赤道半徑。
文檔編號F16D3/20GK1196112SQ9619642
公開日1998年10月14日 申請日期1996年6月25日 優先權日1995年7月4日
發明者S·C·巴爾特勒特 申請人:德國Gkn汽車有限公司