CN101326380A - 具有有限轴向位移的相对滚道接头 - Google Patents

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Abstract

一种呈相对滚道接头形式的等速球形万向接头(11)，其包括一带有第一和第二外球滚道(16、18)的外接头部件(12)；一带有第一和第二内球滚道(17、19)的内接头部件(14)，其中所述第一外球滚道(16)和第一内球滚道(17)构成朝一第一轴线方向Ri1张开(α)的第一滚道对(16、17)以及所述第二外球滚道(18)和第二内球滚道(19)构成朝一第二轴线方向Ri2张开(β)的第二滚道对(18、19)；在所述滚道对之内制导的球(20)，其球心Z定位于一围绕一接头中心M的节圆半径PCR上；一带有沿周向分布的保持架窗(22)的球保持架(21)，所述球(20)在所述球保持架内保持于一共同中心平面E以及在所述接头展开时于角对分平面上制导，其中一方面在所述外接头部件(12)和所述球保持架(21)之间以及另一方面在所述球保持架(21)和所述内接头部件(14)之间皆设有一轴向间隙以容许一在所述外接头部件(12)和所述内接头部件(14)之间的相对轴向位移S；其中，在所述接头于展开状态时，所述轴向间隙S和所述球(20)的所述节圆半径PCR之间的比介于0.01及0.09的范围之间(0.01＜S/PCR＜0.09)。

Description

具有有限轴向位移的相对滚道接头
技术领域
本发明涉及一种呈相对滚道接头形式的等速球形万向接头，包括
一带有第一和第二外球滚道的外接头部件；
一带有第一和第二内球滚道的内接头部件，其中所述第一外球滚道和第一内球滚道构成朝一第一轴线方向Ri1张开的第一滚道对以及所述第二外球滚道和第二内球滚道构成朝一第二轴线方向Ri2张开的第二滚道对；
在所述滚道对内制导的球，其球心Z定位于一围绕一接头中心M的节圆半径PCR上；
一带有沿周向分布的保持架窗的球保持架，所述球在所述球保持架内保持于一公共平面E内以及在所述接头弯曲时在角对分平面上制导，其中一方面在所述外接头部件和所述球保持架之间以及另一方面在所述球保持架和所述内接头部件之间皆设有一轴向间隙以容许一在所述外接头部件和所述内接头部件之间的相对轴向位移S。
背景技术
DE 100 60 120 A1叙述了上述类型的接头，其中假定轴向位移路径必须根据调整的控制角度加以限定。所述类型接头在其轴向中央位置时没有轴向力，所以适于解耦传动系统中较小的振动。不过，如果在转矩加载下发生一轴向位移，就会产生轴向力，以致于会再次传递轴向振动。如果轴向位移路径太长，就会失去无轴向力或低轴向力的效果。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种上述类型的接头，其在容许位移范围中只产生低轴向力，以致于所述接头可有效地在传动系统中达到振动解耦的目的。
上述目的通过一种上述类型的接头来达成到，其特征在于，在所述接头处于展开状态时，所述轴向间隙S和所述球的所述节圆半径PCR之比介于0.01及0.09的范围之间(0.01＜S/PCR＜0.09)。当遵守与接头大小相关的轴向位移路径时，就有可能防止所述接头在工作范围中产生的轴向力变得太高。
根据一较佳实施例，其提出，在所述接头处于伸展状态时，所述轴向间隙S和所述球的所述节圆半径PCR之比小于0.05(S/PCR＜0.05)。如果滚道对开度角之间的差较小时，则轴向力会特别地低。所以本发明主张，当所述接头处于展开状态时，在所述外接头部件和所述内接头部件之间的所述相对轴向位移的终点位置时，所述第一滚道对或所述第二滚道对的开度角α或β之中相对较小的角是小于8°(α＜8°vβ＜8°)。所述滚道对的开度角可进一步减小，其中当所述接头处于展开状态时，在所述外接头部件和所述内接头部件之间的所述相对轴向位移的一中心位置时，所述第一滚道对和所述第二滚道对的开度角α和β的大小相同，两开度角α和β皆小于8°(α＜8°∧β＜8°)。
更具体地说，本发明主张，所述外接头部件的内面、所述内接头部件的外面以及所述球保持架的外面及内面皆构成球形部份的表面，其中在所述外接头部件和所述球保持架之间的径向间隙COR以及在所述球保持架和所述内接头部件之间的径向间隙CIR介于0.015mm及0.20mm的范围之间。在此实施例中，接头的生产可以有利方式加工，因为所述接头的没有制导功能但只用作为轴向止动件的各个面可容易地通过一成型操作或一简单的车削操作来制作。
更具体地说，本发明主张，在提供必需的机加工余量的成型操作后，在所述外接头部件的用于球保持架的内球形制导面仅被砂轮初加工及继而硬化，而所述球滚道在成型操作后则只被硬化及研磨。制导面和球滚道可在一单一操作中进行感应硬化。
根据另一较佳的设计尺寸，在所述滚道对中的所述球的径向间隙BO介于-0.03mm(压配合)及0.08mm(间隙配合)的范围之间。所述数值范围，正如在先前所述的那样，同样适用于汽车应用中的所有标准大小的接头。
权利要求8至13叙述了本文涉及的相对滚道型接头的一较佳的滚道设计，在此引用其作为参考。本发明确保使大的弯曲角度变得可能，以及就算具有所述大的弯曲角度，不管轴向位移位置，所述球都可极佳地由滚道力控制，从而达到所述接头的一可靠的控制。迄今为止，所述滚道设计仅用于没有轴向位移可能性的固定接头(DE 103 37 612 A1)。
所述接头最好设有六个或八个球。
附图说明
以下将叙述附图所示的本发明的较佳实施例。
图1所示为本发明的相对滚道接头的具有六个球的第一实施例的
a)一通过对置球滚道的平面纵剖面图；
b)球保持架的一展开图；
c)一通过一保持架窗和一保持架连接板的局部纵剖面图；
d)一根据c)所示的放大的详图。
图2所示为根据图1的在一轴向位移位置的接头的实施例的
a)一通过对置球滚道的平面纵剖面图；
b)球保持架的一展开图；
c)一通过一保持架窗和一保持架连接板的局部纵剖面图。
图3所示为根据图1和图2的在一通过一保持架窗和一保持架连接板的局部纵剖面中的接头的实施例的
a)在一最大轴向位移的第一位置的视图；
b)在一轴向中间位置的视图；
c)在一最大轴向位移的第二位置的视图；
d)一根据b)所示的放大的详图。
图4所示为根据图1至图3的在一具有额外尺寸的通过一保持架窗和一保持架连接板的局部纵剖面中的接头的实施例的
a)在一最大轴向位移的第一位置的视图；
b)在一轴向中间位置的视图；
c)在一最大轴向位移的第二位置的视图。
图5所示为根据图1至图4的接头的
a)一根据图3b及4b的视图；
b)一根据a)所示的放大的详图。
图6所示为根据图1至图5的接头的
a)一根据图5a的视图；
b)一根据a)所示的放大的详图。
图7所示为本发明的相对滚道接头的一具有六个球及一特定滚道形状的第二实施例的
a)一纵剖面图；
b)一横截面图。
图8所示为本发明的相对滚道接头的一具有一特定滚道形状及八个球的第三实施例的
a)A-A的一纵剖面图；
b)通过第二滚道对的B-B的一纵剖面图；
c)一轴向视图。
图9所示为根据图7的具有球中心线的尺寸的接头的
a)一纵剖面图；
b)呈一详图形式的外接头部件的纵剖面图；
c)呈一详图形式的内接头部件的纵剖面图。
具体实施方式
下文将会综合地描述图1。本发明的相对滚道接头11包括一具有一成型底座13的外接头部件12；一具有一接入轴15的一内接头部件14；由第一外球滚道16及第一内球滚道17构成的在一接头中心平面E内相对于该底座13朝一第一方向Ri1张开的第一滚道对；由第二外球滚道18及第二内球滚道19构成的在接头中心平面E内相对于该轴15朝一第二轴向方向Ri2张开的第二滚道对。多对第一和第二滚道对绕该接头的圆周分布。第一滚道对16、17在中心平面E的开度角称为α以及第二滚道对18、19在中心平面E的开度角称为β。在滚道对中放置着第一球201和第二球202，所述球在一带有沿周向分布的保持架窗22的球保持架21内保持于共同的中心平面E内。图中还示出展开的接头的中心轴A，其与中心平面E相交于接头中心点M。当传递转矩时，所述第一球201承受作用于底座13方向的力F1以及所述第二球202承受作用于轴15方向的力F2。在所示的接头中心位置，力F1和F2的值相同，这是因为开度角α和β的大小相同，所以作用于球保持架21的所有轴向力的和FC等于零。正如从图c)和d)可见，球保持架21不仅相对于外接头部件12而且相对于内接头部件14具有径向间隙，由此也有轴向间隙，而在外接头部件12和内接头部件14之间的整体轴向间隙称为“S”。在所示的实施例中，外接头部件12包括一球形内面23以及内接头部件14包括一球形外面24。此外，球保持架21包括一球形外面25和一球形内面26。
在图2中，与在图1中相同的部分都给予相同的参照编号。因此，可参照上文的叙述。下文将会综合地描述图2中的个别视图。所示的接头在某一位置，其中，该内接头部件14相对于与外接头部件12相关的中心平面E沿第一方向以一轴向位移路径S2位移。由于该位移，第一滚道对16、17的开度角α变得较小，而第二滚道对18、19的开度角β则变得较大。所以，在传递转矩时，作用于所述第一球201的轴向力F1变得较小以及作用于所述第二球202的轴向力F2变得较大。轴向力的和FC因此不等于零且朝向轴15方向。在该位置中，球保持架和接头，一起不再以一无轴向力的方式位移。
在图3中，与在图1和图2中相同的部分都会给予相同的参照编号。因此，可参照上文的叙述。在图b)中，所示为根据图1c的在一轴向中央位置的接头的一轴向剖面。从放大的详图可见，该内接头部件14包括相对于球保持架21的轴向间隙S1i和S2i。此外，可见该球保持架21包括相对于外接头部件12的轴向间隙S1o和S2o。所以，图a)所示的朝一个方向的最大位移路径S1相当于S1i和S1o的和以及图c)所示的朝相反方向的最大位移路径S2相当于S2i和S2o的和。在终点位置时，球保持架21紧靠着内接头部件14和/或外接头部件12。总的位移路径S作为S1和S2的和来获得，而“S”意谓内接头部件14相对于外接头部件12从一接合点到另一接合点的位移。
在图4中，与在图1至图3中相同的部分都会给予相同的参照编号。所以，可参照上文的叙述。图a)、b)及c)基本上相当于图3的a)、b)及c)。图b)还示出接头在展开状态时的所述球的从中心轴A至球心Z的节圆半径PCR。图中本发明范围内，最大位移路径S＝S1+S2和节圆半径PCR之比为0.01＜S/PCR＜0.09。
在图5中，与在图1至图4中相同的部分都会给予相同的参照编号。所以，可参照上文的叙述。图a)所示相当于图4b所示。根据图b)的放大详图列出在内接头部件14的外球面24和球保持架21的内球面26之间的径向间隙CIR以及在球保持架21的外球面25和外接头部件12的内球面23之间的径向间隙COR。图中还给出所述间隙的数值范围为0.015＜CIR＜0.20和0.015＜COR＜0.20，而数值指的是毫米。
在图6中，与图1至图5中相同的部分都会给予相同的参照编号。所以，可参照上文的叙述。图a)所示相当于图4b所示，而图b)则示出一放大的详图。图b)列出在一滚道对16、17中的球的径向间隙BO，还有在保持架窗22的球201的轴向间隙BC；给出的BC的数值为-0.03＜BC＜0.1以及BO的数值为-0.03＜BO＜0.08，而数值指的是毫米。
图7所示为本发明的一具有六对滚道对16、17；18、19从而六个球20的相对滚道接头的一纵剖面图和一平面图。第一和第二滚道对交替地绕着圆周。与上述图1至图6相同的部份会给予相同的参照编号，在此可参照图1至图6的叙述。
图8所示为本发明的一具有八个球20的相对滚道接头的贯穿第一滚道对16、17的A-A的一纵剖面图以及贯穿第二滚道对18、19的B-B的一纵剖面图。第一和第二滚道对交替地绕着圆周。与图1至图6相同的部分会给予相同的参照编号，在此可参照图1至图6的叙述。
图9所示为根据图7的接头，其中，下文中需参照的与关于滚道的滚道中心线的详情也要延伸到根据图8的接头。所示的外接头部件12中的第一外球滚道16的中心线M16包括：一弧，其具有一第一半径R2及一定位于纵向轴A上的中心O2，所述中心O2在朝该底座的方向相对于该中心平面E有一轴向偏移；一具有较小半径R3的连续连接的弧，其中心O3如R2的中心O2般在朝该底座的方向具有相同的轴向偏移；以及一具有相对半径R1的弧，其中心O 1在朝与具有所述半径R2、R3的弧的中心O2、O3相反的方向也即朝开口端的方向相对于该中心平面E有一轴向偏移，而其中心O1定位于一具有半径R2的环绕中心O2的圆之外。从图中可见，在该内接头部件的所示的第一内球滚道17的中心线M17相对于外球滚道16的中心线关于该中心平面E呈镜像对称，也就是其包括相同但对称的具有半径R2′、R3′及R1′的绕中心O2′、O3′、O1′的弧。第二外球滚道18的中心线M18包括一具有一第一半径R5及一定位于纵向轴A上的中心O5的弧，所述中心O5在朝与该具有所述半径R2的弧的中心O2的偏移的相反方向上有一轴向偏移，即其定位是朝着开口端。
朝着开口端的方向，一具有一相对半径R4的弧连接具有半径R5的弧，其中心O4定位于一具有半径R5的环绕中心O5的圆之外，并朝着该中心平面E有一轴向偏移，该偏移于相同的方向延伸。从图中可见，在该内接头部件14中的第二内球滚道19的中心线M19相对于第二外球滚道18的中心线M18呈镜像对称，即其包括具有半径R5′及R4′的绕中心O5′、O4′的弧但相对于该中心平面E呈镜像对称。该第一外球滚道16和第一内球滚道17于该中心平面E内形成所述的开度角α，其朝第一方向Ri1张开，而第二外球滚道18和第二内球滚道19在该中心平面内则形成朝相反方向的第二方向Ri2张开的开度角β。在本发明的接头通过本发明的保持架间隙作轴向位移时，所述开度角反向地改变，而接头则自无轴向力的位置转变至具有返回力的位置。
上文所用的术语“轴向偏移”与术语“轴向距离或轴向偏差”的意思相同。
参照编号列表
11  相对滚道接头
12  外接头部件
13  底座
14  内接头部件
15  轴
16  第一外球滚道
17  第一内球滚道
18  第二外球滚道
19  第二内球滚道
20  球
21  球保持架
22  保持架窗
23  内球面(12)
24  外球面(14)
25  外球面(21)
26  内球面(21)

Claims (16)

1.一种呈相对滚道接头形式的等速球形万向接头(11)，其包括
一带有第一和第二外球滚道(16、18)的外接头部件(12)；
一带有第一和第二内球滚道(17、19)的内接头部件(14)，其中所述第一外球滚道(16)和第一内球滚道(17)构成朝一第一轴线方向Ri1张开(α)的第一滚道对(16、17)以及所述第二外球滚道(18)和第二内球滚道(19)构成朝一第二轴线方向Ri2张开(β)的第二滚道对(18、19)；
在所述滚道对之内制导的球(20)，所述球的球心Z定位于一围绕一接头中心M的节圆半径PCR上；
一带有沿周向分布的保持架窗(22)的球保持架(21)，所述球(20)在所述球保持架内保持于一公共中心平面E内以及在所述弯曲连接时于角对分平面上制导，其中一方面在所述外接头部件(12)和所述球保持架(21)之间以及另一方面在所述球保持架(21)和所述内接头部件(14)之间皆设有一轴向间隙，以容许一在所述外接头部件(12)和所述内接头部件(14)之间的相对轴向位移S；
其特征在于：
在所述接头于展开状态时，所述轴向间隙S和所述球(20)的所述节圆半径PCR之间的比介于0.01及0.09的范围之间(0.01＜S/PCR＜0.09)。
2.根据权利要求1所述的接头，其特征在于：在所述接头于展开状态时，所述轴向间隙S和所述球(20)的所述节圆半径PCR之间的比小于0.05(S/PCR＜0.05)。
3.根据权利要求1或2任一项所述的接头，其特征在于：当所述接头于展开状态时，在所述外接头部件(12)和所述内接头部件(14)之间的所述相对轴向位移的终点位置时，所述第一滚道对(16、17)或所述第二滚道对(18、19)的开度角α或β之中相对较小的角是小于8°(α＜8°vβ＜8°)。
4.根据权利要求3所述的接头，其特征在于：当所述接头于展开状态时，在所述外接头部件(12)和所述内接头部件(14)之间的所述相对轴向位移的一中心位置时，所述第一滚道对(16、17)和所述第二滚道对(18、19)的开度角α和β的大小相同，两开度角α和β皆小于8°(α＜8°∧β＜8°)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的接头，其特征在于：所述外接头部件(12)的内面(23)、所述内接头部件(14)的外面(24)以及所述球保持架(21)的外面(25)及内面(26)皆构成球形部份的表面，其中在所述外接头部件(12)和所述球保持架(21)之间的径向间隙COR以及在所述球保持架(21)和所述内接头部件(14)之间的径向间隙CIR介于0.015mm和0.20mm的范围之间。
6.根据权利要求1至5任一项所述的接头，其特征在于：在所述滚道对(16、17、18、19)中的所述球(20)的径向间隙BO介于-0.03mm(压配合)及0.08mm(间隙配合)的范围之间。
7.根据权利要求1至6任一项所述的接头，其特征在于：在所述保持架窗(22)中的所述球(20)的轴向间隙BC介于-0.03mm(压配合)及0.10mm(间隙配合)的范围之间。
8.根据权利要求1至7任一项所述的接头，其特征在于：所述第一外球滚道(16)的滚道中心线M16在中央具有半径R2的弧，其中心O2沿第一方向自所述接头的中心平面E偏移一轴向偏移量，以及滚道中心线M16接着在弧上沿第一方向渐增地径向向内偏离所述半径R2；以及所述第一内球滚道(17)的滚道中心线M17在中央具有半径R2’的弧，其中心O2’沿第二方向自所述接头的中心平面E偏移一轴向偏移量，以及滚道中心线M17接着在弧上沿第二方向渐增地径向向内偏离所述半径R2’。
9.根据权利要求8所述的接头，其特征在于：所述第一外球滚道(16)的滚道中心线M16沿所述第一方向连接具有所述半径R2的所述弧，具有较小半径R3且具有相同弯曲方向的弧，其中后述的弧连续连接前述的弧；以及所述第一内球滚道(17)的滚道中心线M17沿所述第二方向连接具有所述半径R2’的所述弧，具有较小半径R3’且具有相同弯曲方向的弧，其中后述的弧连续连接前述的弧。
10.根据权利要求8至9任一项所述的接头，其特征在于：所述第一外球滚道(16)的滚道中心线M16沿所述第二方向连接具有所述半径R2的所述弧，渐增地径向向外偏离所述半径R2；以及所述第一内球滚道(17)的滚道中心线M17沿所述第一方向连接具有所述半径R2’的所述弧，渐增地径向向外偏离所述半径R2’。
11.根据权利要求10所述的接头，其特征在于：所述第一外球滚道(16)的滚道中心线M16沿所述第二方向连接具有所述半径R2的所述弧，具有半径R1且弯曲方向反向延伸的弧，其中后述的弧连续连接前述的弧以及后述的弧的中心O1定位于一具有所述半径R2的环绕中心O2的圆之外；以及所述第一内球滚道(17)的滚道中心线M17沿所述第一方向连接具有所述半径R2’的所述弧，具有一具有半径R1’且弯曲方向反向延伸的弧，其中后述的弧连续连接前述的弧以及后述的弧的中心O1’定位于一具有所述半径R2’的环绕中心O2’的圆之外。
12.根据权利要求8至11任一项所述的接头，其特征在于：所述第二外球滚道(18)的滚道中心线M18在中央具有半径R5的弧，其中心O5沿第二方向自所述接头的中心平面E偏移一轴向偏移量，以及滚道中心线M18沿所述第二方向接着在所述弧上渐增地径向向外偏离所述半径R5；所述第二内球滚道(19)的滚道中心线M19在中央具有半径R5’的弧，其中心O5’沿第一方向自所述接头的中心平面E偏移一轴向偏移量，以及滚道中心线M19沿所述第一方向接着在所述弧上渐增地径向向外偏离所述半径R5’。
13.根据权利要求12所述的接头，其特征在于：所述第二外球滚道(18)的滚道中心线M18沿所述第二方向连接具有所述半径R5的所述弧，具有半径R4且弯曲方向反向延伸的弧，其中后述的弧连续连接前述的弧以及后述的弧的中心O4定位于一具有所述半径R5的环绕中心O5的圆之外；以及所述第二内球滚道(19)的滚道中心线M19沿所述第一方向连接具有所述半径R5’的所述弧，具有半径R4’且弯曲方向反向延伸的弧，其中后述的弧连续连接前述的弧以及后述的弧的中心O4’定位于一具有所述半径R5’的环绕中心O5’的圆之外。
14.根据权利要求1至13任一项所述的接头，其特征在于，具有绕圆周交替地设置的三对第一滚道对(16、17)和三对第二滚道对(18、19)。
15.根据权利要求1至13任一项所述的接头，其特征在于具有绕圆周交替地设置的四对第一滚道对(16、17)和四对第二滚道对(18、19)。
16.根据权利要求1至15任一项所述的接头，其特征在于：所述外接头部件(12)的内球面(23)仅被软车削及硬化，而所述球滚道(16、18)则被硬化及研磨。
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