CN100392271C - 万向接头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种万向接头，在该万向接头上设置有对于星形臂的摇摆运动的阻力负荷在摆动角β＝0°时为最大且随着从此离开逐渐变小的阻力施加机构。由此，抑制输入输出轴之间的传递转矩的变动。而且，如果将这种万向接头使用于汽车转向装置上，能改善操纵感。上述阻力施加机构由在星形臂(311)的端面上形成的凸轮面(76)和在从轴承套的套底轴心偏心的位置上形成、与上述凸轮面接触的配合凸起(75)构成。另外，也可以将上述阻力施加机构用全都为大致椭圆形状的万向节叉孔(71)内面和星形臂(311)前端部构成。

Description

万向接头
技术领域
本发明涉及一种万向接头，特别涉及一种适用于汽车转向装置的万向接头。
背景技术
万向接头是被称为万向节、叉形接头或十字接头的很久以来即众所周知的接头装置。这种万向接头用于在相互倾斜或者有错位的2个轴间传递动力。例如，在轿车中，在把来自引擎的输出通过变速器传递给差动齿轮机构之间，或者，从转向柱到车身侧转向装置、或者从转向柱到动力转向装置、或者从动力转向装置到车身侧的转向装置任意一个之间用于传递转动。万向接头有时也单独使用，2个成对使用的情况较多。
图1是用于说明原来的万向接头10的概要的模式图。2个轴(输入轴1及以交叉角α与其交叉的输出轴2)各自配备有万向节叉11、21，各万向节叉各自配备有2个万向节叉臂111、111及211、211。2个万向节叉通过具有十字状垂直相交的4个星形臂311、311、321、321的十字构件3接合。互为相对的星形臂311、311成为1组，各自通过轴承411、411在输入轴1侧的万向节叉臂111、111上，各自旋转自由地被支承；另外，另一组的星形臂321、321通过轴承421、421在输出轴2侧的万向节叉臂211、211上，各自旋转自由地被支承。
在万向接头中，如果输入轴1旋转1周输出轴2也旋转1周。因此，整体就能把相同量的旋转传递给输入输出轴之间，在各1周旋转中，在输入轴1的每一旋转角输出轴2的瞬间角速度不同。因为瞬间的角速度不同，所以传递的转距比在1周旋转中变动，该传递转距的动成为万向接头的一个缺点。
因此，通常，2个万向接头成对使用。这种场合把各自的交叉角做成实际相同，且相对于一个万向接头，通过把另一个万向接头只错开规定角度的相位，实现抵消传递转距的变动。这是众所周知的技术。
可是，虽然原理上是这样，但实际上，由于万向接头本身具有的旋转阻力就使传递转距比产生变动。这是由于如下的原因。十字构件3相对于万向节叉臂111、211摇摆运动时，在它们间产生摩擦阻力。这些摩擦阻力即使使万向接头成对，也不能抵消。不能抵消的这些摩擦阻力使成对的万向接头全体产生传递转距变动。在汽车的转向装置中，该传递转距比的变动因为在使方向盘转动时使驾驶员所受的反作用力变化，所以操纵感变坏。
发明内容
本发明是以在万向接头中抑制输入输出轴之间的传递转距的变动为目的，而且，是以在使用了该万向接头的汽车转向装置中通过抑制万向接头的传递转矩的变动以改善操纵感作为目的。
本发明第1方案的万向接头，包括输入轴、设置在上述输入轴上的一对万向节叉臂、输出轴、设置在上述输出轴上的一对万向节叉臂、具有十字状垂直相交的4个星形臂的十字构件、在上述星形臂中的互为相反侧的2个的前端部与上述输入轴的2个万向节叉臂之间分别设置的2个轴承以及在上述星形臂中的互为相反侧的剩余2个的前端部与上述输出轴的2个万向节叉臂之间分别设置的2个轴承，其特征在于，具有在包含上述输入轴的轴心线与上述输出轴的轴心线的平面上包含上述2个星形臂的轴心线时、相对于该星形臂的摇摆运动产生最大阻力负荷的阻力施加机构，上述阻力施加机构通过将上述轴承中的至少一个做成对应摆动角度阻力负荷变动的轴承而构成。
进一步，本发明第2方案的万向接头在第1方案的万向接头的基础上，具有以下特征：构成上述阻力施加机构的轴承用在上述万向节叉臂上形成的大致椭圆形状的万向节叉孔与上述星形臂的大致椭圆形状的前端部形成。
进一步，本发明第3方案的万向接头在第2方案的万向接头的基础上，具有以下特征：在上述万向节叉臂上形成的大致圆形状的万向节叉孔中压入有轴承套，多个滚针介于该轴承套的内面和上述星形臂的大致圆形状的前端部之间。
本发明第4方案的万向接头，包括输入轴、设置在上述输入轴上的一对万向节叉臂、输出轴、设置在上述输出轴上的一对万向节叉臂、具有十字状垂直相交的4个星形臂的十字构件、在上述星形臂中的互为相反侧的2个的前端部与上述输入轴的2个万向节叉臂之间分别设置的2个轴承以及在上述星形臂中的互为相反侧的剩余2个的前端部与上述输出轴的2个万向节叉臂之间分别设置的2个轴承，其特征在于，具有在包含上述输入轴的轴心线与上述输出轴的轴心线的平面上包含上述2个星形臂的轴心线时、相对于该星形臂的摇摆运动产生最大阻力负荷的阻力施加机构，上述阻力施加机构包括在上述万向接头的端面上形成的凸轮面和与该凸轮面接触的设置在上述万向节叉臂上的配合凸起。
进一步，本发明第5方案的万向接头在第4方案的万向接头的基础上，具有以下特征：在上述万向节叉臂上形成的圆形的万向节叉孔中压入有轴承套，多个滚针介于该轴承套的内面与上述星形臂的圆形状的前端部之间，在上述轴承套的套底上形成有上述配合凸起。
进一步，本发明第6方案的万向接头在第1～第5中任意一方案的万向接头的基础上，具有以下特征：上述阻力施加机构设置在输入轴侧与输出轴侧中的任意一侧上。
进一步，本发明第7方案的万向接头在第1～第5中任意一方案的万向接头的基础上，具有以下特征：上述阻力施加机构设置在输入轴侧和输出轴侧两方。
进一步，本发明第8方案是汽车用转向装置，其特征在于，使第1～第7中任意一方案的万向接头介于转向柱到车身侧操纵机构之间。
进一步，本发明第9方案是汽车用万向接头组合体，其特征在于，具有有2个第1～第7中任意一方案的具有实际上相等的交叉角的万向接头，同时具有中间轴，一个万向接头将其输出轴作为上述中间轴，另一个万向接头将该中间轴作为输入轴。
根据本发明的万向接头，能抑制输入输出轴之间传递转矩的变动，而且，就使用了该万向接头的汽车转向装置而言，因为能防止万向接头的传递转矩的变动，所以可以改善驾驶时的操纵感。
附图说明
图1是用于说明万向接头的概要的模式图。
图2是表示本发明可以适用的汽车操纵机构全体的说明图。
图3是表示万向接头输入输出轴旋转时的状态的放大图。
图4是表示万向接头输入输出轴旋转时的状态的放大图。
图5是表示角速度比rω关于输入轴1的旋转角θ的变化的图。
图6是表示使用2组万向接头的场合的输入轴转矩关于输入轴1的旋转角θ的变化的图。
图7是表示用固定在旋转的输入轴1上的相机观察十字构件3时，十字构件3姿势变化的状态(摆动)的图。
图8是表示原来的弯矩和摆动角β的关系的图。
图9是表示轴承411及星形臂311从圆形稍微改变形成大致椭圆形的说明图。
图10是放大表示轴承411的主要部位的说明图。
图11是放大表示轴承411的主要部位的说明图。
图12是表示轴承411产生的弯矩和摆动角β的关系的图。
图13是表示通过施加选择的负荷万向接头10实质具有大体一定的旋转转距的图。
图14是实施例2的主要部位放大图。
图15是只表示实施例2的阻力施加机构部分的主要部位的放大剖视图。
图16(A)是实施例3的十字构件3的俯视图，(B)是星形臂311的端面的左侧视图。
具体实施方式
以下，关于本发明的万向接头参照附图详细说明。
第1实施例
图2是表示本发明可以适用的汽车操纵机构全体的说明图。该图表示从转向柱到车身侧操纵机构。在车身主体91上，转向柱52通过调整杆522其倾斜可以调整地被固定。贯通转向柱52的内部的轮轴521自由旋转地被支承，方向盘51固定在轮轴521的上端。另一端，即转向柱52的下端侧，设置有2组万向接头10。
上侧的万向接头10的输入轴1接合在轮轴521的下端，其输出轴2成为中间轴61。中间轴61的下方成为另一个万向接头10的输入轴1，该万向接头10的输出轴2接合在小齿轮轴62上。在小齿轮轴62上固定有小齿轮，驱动车身侧操纵机构的齿条轴。另外，因为作为电动转向装置，所以也可以在转向柱52上设置电动辅助电动机。
轮轴521的中心线与中间轴61的中心线及中间轴61的中心线与小齿轮轴62的中心线各自成交叉角α1、α2(但通常，)交叉。以下，在理解本发明上，关于一个万向接头进行说明就足够了，因此若没有特别的与其不同意图的记载，关于另一个就援引该说明，说明只就一个进行。
图3及图4是表示万向接头10输入输出轴旋转时状态的放大图。还有，构件为通用的使用图1、图2采用的符号。现在，如果在图3的状态下输入轴1旋转90°，十字构件3也旋转，十字构件3因为被输出轴2约束，所以倾斜也变化，变为图4的状态。而且，如果继续旋转，就每隔90°经图3状态变为图4状态。即，输入轴1每旋转半周就反复相同的状态。此时，即使输入轴1等速旋转，输出轴2的旋转速度(角速度)也不为等速。
众所周知，如果把输入轴1与输出轴2交叉的角(交叉角)作为α，输入轴1以角速度ωi旋转时，在与输出轴2的角速度ωo之间，就有如下的角速度比rω的关系。
rω＝ωo/ωi＝cosα/(1-sin2θ·sin2α)
图5是以图表示角速度比rω关于输入轴1的旋转角θ的变化的图。还有，图5上部表示万向接头的姿势。转矩传递比随角速度比rω的变化而变化，交叉角α越大该变动也变大。
在汽车转向装置中，通常使用2组万向接头，通过错开它们的相位及把各自的交叉角做成实质相同实现除去变动。可是，因为使十字构件3摆动，所以由于其摩擦阻力实际上转矩变动。
图7是表示假想在旋转的输入轴1上固定相机，用该相机观察十字构件3时，十字构件3姿势变化的状态(摆动)的图。如图所示，因为十字构件3的一个星形臂311通过轴承411被轴支承在输入轴1侧的万向节叉臂111上，所以轴支承在输出轴2侧的万向节叉臂211上的另一星形臂321在输入轴1的每1周旋转以公差角α的振幅左右摆动，输入输出轴每旋转1周就2次通过中立位置(图7垂直方向)便清楚了。
并且，十字构件3通过轴承411轴支承在万向节叉臂111上时，一般轴承开放端侧与密封垫77(参照图15)之间及在轴承411的套(カツプ)底与星形臂311的前端之间上施加适度的预压力。因为该预压力，弯矩即妨碍十字构件3摆动的摩擦转矩就产生。图8表示原来的弯矩和摆动角β的关系，由此可知其与摆动角β无关为大体一定。还有，描绘环线是因为摆动方向变化时摩擦方向不同之故。
因为该摩擦转矩，产生图6所示的转矩变动(图线B)，使转动方向盘时的驾驶员操纵感变差。还有，图线A表示2组万向接头的弯矩为0(即假想摩擦阻力为0)，只错开规定角度的相位，各自的交叉角为相同的理想情况。
施加妨碍该摆动运动的选择的负荷、即对应十字构件3的摆动角的负荷阻力时，该负荷与图6的转矩变动图线B重叠表示。
在该第1实施例中，通过以下说明的构成施加上述选择的负荷。如图9所示，轴承411及星形臂311形成由圆形稍微改变了的大致椭圆形。
轴承411如下构成。即，在万向节叉臂111上形成有大致椭圆的万向节叉孔71，在该万向节叉孔71上压入有轴承套73。通过压入，轴承盖73的内面(轴承面)也同样成为大致椭圆。星形臂311的前端部同样精加工成大致椭圆状的外形，在其与轴承套73之间通过介有多个滚针72，形成轴承411。还有，这里所说的椭圆或大致椭圆并不表示数学意义上的严格的“椭圆”。
在图10及图11上，放大表示的轴承411的主要部位。该图的场合，万向节叉孔7的椭圆长轴方向在这些图中是上下方向(图上为与输入轴1的轴线互相垂直的方向)，星形臂311前端部的椭圆在与包含十字构件3的4个星形臂(311等)的中心线的面垂直的方向上形成有长轴。
图10表示星形臂311位于中立位置时的、万向节叉孔71的椭圆与星形臂311前端部的椭圆的关系。在该状态下，星形臂311前端部的椭圆的长轴方向与万向节叉孔71的椭圆的短轴方向一致，因此，强预压力起作用，摩擦转矩也很大。再有，这种状态下，对应图4的状态。
图11表示十字构件3的摆动角β为最大、即与公差角α的大小一致时的状态。星形臂311前端部的椭圆的长轴方向只倾斜β，因此，预压力弱，摩擦转矩也变小。再有，这种状态下，对应图3的状态。
图12表示这种构成的轴承411产生弯矩与摆动角β的关系，由此可知对应摆动角β弯矩大幅度地变化及在摆动角β＝0°表示最大值。通过调整万向节叉孔71、星形臂311前端部、滚针72的尺寸关系及各椭圆形状，能在大范围内调整该特性(大小、曲线)。如果把该实施例适用于使用2组万向接头的转向装置，就如图13所示的例子能得到具有实质上大致一定的旋转转矩的万向接头10。
这样的阻力施加机构是表示如下的装置，即在包含输入轴1的轴心线与输出轴2的轴心线的平面上包含2个星形臂311的轴心线时，相对于该星形臂311(十字构件3)的摇摆运动产生最大的阻力负荷，随着从此离开逐渐减弱的负荷摩擦(摩擦转矩)。
第2实施例
在实施例1中，阻力施加机构通过轴承411实现，但在实施例2中阻力施加机构通过凸轮面76与配合凸起75实现。除阻力施加机构外，与实施例1相同，所以援引其说明，以下只就与其不同的构成进行说明。
图14是实施例2的主要部位放大图。图15表示对应图4的姿势，是只表示阻力施加机构部分的主要部位的放大剖视图。万向节叉孔71及星形臂311前端部的外形与原来的是相同的圆形状。在星形臂311的端面上，形成有凸轮面76。该凸轮面76是随着向该图的左边变高的斜面。在轴承套73的套底74上，形成有从轴心偏心的位置上面向内侧的配合凸起75。
星形臂311摆动时，配合凸起75与凸轮面76接触，摆动角β＝0°时产生最大的摩擦阻力，随着从此离开逐渐变小。还有，凸轮面76如图所示不只是平面也可以做成适度的曲面。另外，密封垫77是为了防止尘埃向轴承411内部侵入而设置的。
通过调整凸轮面76的倾斜或曲面的弯曲状态，能调整对应摆动角β产生摩擦阻力、因而能调整如图12所示的弯矩特性。其结果，如图13所示的例子能得到具有实质上大致一定的转矩传递比的万向接头10。
第3实施例
图16(A)是实施例3的十字构件3的俯视图，(B)是星形臂311的端面左侧视图。只在星形臂311的端面只在由2个斜面构成的屋顶形状的凸轮面76构成的这点上与实施例2不同。棱线朝向与4个星形臂所成的平面垂直相交的方向。星形臂311摆动时，配合凸起75与凸轮面76接触，摆动角β＝0°时产生最大的摩擦阻力，随着从此离开逐渐变小。
通过调整各斜面的倾斜、棱线的高度，能调整对应摆动角β产生摩擦阻力、因而能调整图12所示的弯矩特性。其结果，如图13所示能得到实质具有大致一定的转矩传递比的万向接头10。
在以上的实施例中，关于万向接头的一个万向节叉臂与星形臂进行了叙述，但关于另一个万向节叉臂与星形臂也可以采用这里公开的构成。而且，把这些万向接头介于转向柱到车身侧操纵机构之间，组入汽车用转向装置，能抑制万向接头中的传递转距的变动，所以能改善驾驶时的操纵感。
另外，具备2个万向接头的同时具备中间轴、一个万向接头以其输出轴作为上述中间轴、另一个万向接头以其中间轴为输出轴的汽车用万向接头组合体能在市场上流通，在使用该组合体的汽车中，因为能抑制万向接头中的传递转距的变动，所以能改善驾驶时的操纵感。

Claims (9)

1.一种万向接头，包括输入轴、设置在上述输入轴上的一对万向节叉臂、输出轴、设置在上述输出轴上的一对万向节叉臂、具有十字状垂直相交的4个星形臂的十字构件、上述星形臂中的在互为相反侧的2个的前端部与上述输入轴的2个万向节叉臂之间分别设置的2个轴承以及上述星形臂中的在互为相反侧的剩余的2个的前端部与上述输出轴的2个万向节叉臂之间分别设置的2个轴承，其特征在于，
具备在包含上述输入轴的轴心线与上述输出轴的轴心线的平面上包含上述2个星形臂的轴心线时，相对于该星形臂的摇摆运动产生最大阻力负荷的阻力施加机构，上述阻力施加机构通过将上述轴承中的至少一个做成对应摆动角度阻力负荷变动的轴承而构成。
2.根据权利要求1所述的万向接头，其特征在于，
用在上述万向节叉臂上形成的大致椭圆形状的万向节叉孔与上述星形臂的大致椭圆形状的前端部形成构成上述阻力施加机构的轴承。
3.根据权利要求2所述的万向接头，其特征在于，
在上述万向节叉臂上形成的大致椭圆形状的万向节叉孔中压入有轴承套，在该轴承套的内面和上述星形臂的大致椭圆形状的前端部之间有多个滚针。
4.一种万向接头，包括输入轴、设置在上述输入轴上的一对万向节叉臂、输出轴、设置在上述输出轴上的一对万向节叉臂、具有十字状垂直相交的4个星形臂的十字构件、上述星形臂中的在互为相反侧的2个的前端部与上述输入轴的2个万向节叉臂之间分别设置的2个轴承以及上述星形臂中的在互为相反侧的剩余的2个的前端部与上述输出轴的2个万向节叉臂之间分别设置的2个轴承，其特征在于，
具备在包含上述输入轴的轴心线与上述输出轴的轴心线的平面上包含上述2个星形臂的轴心线时，相对于该星形臂的摇摆运动产生最大阻力负荷的阻力施加机构，上述阻力施加机构包括在上述星形臂的端面上形成的凸轮面和与该凸轮面接触的设置在上述万向节叉臂上的配合凸起。
5.根据权利要求4所述的万向接头，其特征在于，
在上述万向节叉臂上形成的圆形的万向节叉孔中压入有轴承套，多个滚针介于该轴承套的内面与上述星形臂的圆形状的前端部之间，在上述轴承套的套底上形成有上述配合凸起。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的万向接头，其特征在于，
上述阻力施加机构设置在输入轴侧与输出轴侧中的任意一侧上。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述的万向接头，其特征在于，
上述阻力施加机构设置在输入轴侧与输出轴侧的两方。
8.一种汽车用转向装置，其特征在于，
使权利要求1～7中任意一项所述的万向接头介于转向柱到车身侧操纵机构之间。
9.一种汽车用万向接头组合体，其特征在于，
具备2个权利要求1～7中任意一项所述的具有相等的交叉角的万向接头，同时具有中间轴，一个万向接头将其输出轴作为上述中间轴，另一个万向接头将该中间轴作为输入轴。
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