CN101705971A - 定向式球笼万向节 - Google Patents

Abstract

定向式球笼万向节的运行原理是将圆周运动改变为过平面间歇运动。以两轴水平相交平面为作用面，离开作用面时逐渐失效。相似于在圆周轨迹之中装上开关，每一颗钢球运行到90与270度(顶点为0度)俩个点时打开出力，离开此两点后逐渐关闭不发生作用。以此排除干涉。 定向式球笼万向节完全破除传统球笼万向节工作方式，利用空间交错轨道使所连两轴在角度变化时的传动近似于不变，角速度不变，运动半径也不变，所以定向式球笼万向节能够运行在既完全等速，又排除了轨道干涉，其主结构的改变增加了承载能力，定向式球笼万向节在结点上具有完整的三个自由度，这是以前的万向节所没有的。综上所述定向式球笼能够有效工作在所有需要万向节的环境下。

Description

定向式球笼万向节

技术领域

本发明涉及一种通用机械零部件，动力传动用万向联轴器，主要应用是与传动轴一起组成传动装置，在各种不在一条轴线上的动力与负载之间使用。产品广泛应用于所有机械领域中。

技术背景

等速球笼万向节发明于美国，主要应用在乘用车上，已经是全球统一的标准化零部件。万向节加上连接轴后成为传动轴组件，使用在轴线方向不等的两轴之间作为连接，在不同的万向节中，乘用车全部使用等速球笼万向节，因为乘用车要求传递动力稳定减小震动，保证轴的两端能等速旋转避免转向车祸，减小万向节夹角变化而产生的附加载荷。等速球笼万向节构造复杂，相比之下性能虽高于其它万向节，但还是存在运动轨迹干涉与接触点受力方向不一致的问题。原因在等速球笼万向节的基本运行原理与几何切圆定理是有矛盾的，万向节的主要作用是转换角度方向与承载驱动功率。

发明的内容

本发明所述定向式球笼万向节的运行原理，是将球笼万向节的圆周运动改变为过平面间歇运动。以垂直于转向夹角平面的水平面为主工作面，从四个方向接近夹角平面，将要到达夹角平面时因事先对沟道的修形而空置成为间歇性工作，在周期性间歇中不工作的部分，就是球笼中要发生干涉的部位。

定向式球笼的构成分为两大部份，1，以保持架和球壳组成的定向装置。2，以星形轮的修形构成的换向装置。

采用固定式保持架使工作位置定向在唯一的圆周轨道上。这样将使以前的三单元运动改变成二单元运动(原保持架随星形轮转动驱动钢球)，只剩球壳与星形轮在钢球的连接中运动。保持架不再受力转动，只是起到限制钢球不离开圆周上的定向轨道，因此保持架外形改变为直圆柱形，相对应球壳的内圆也成为直圆柱配合孔。其次在三维座标系中两轴共用圆心，球壳连接一条轴时，星形轮必接另一轴，发生角度偏转时，旋转中移位的只是Y轴(座标)，发生干涉的点在球壳与保持架固定情况下，只在星形轮与钢球接触表面产生一个三角形干涉区域，且该区域只有在三维座标系中Y轴的正，负两端产生。所以把星形轮沟道加工成X形就可以排除干涉。

2；星形轮的沟道加工成两边开口的X形状，星形轮在发生转动的过程中，只有在X形状的交叉线上，参与球笼的传力运动，离开交叉线后因沟道逐渐展宽钢球被逐渐空置而失去作用。因此出力方向被定位在A，B两轴所夹角α平面的垂直面上。就是A，B两轴的水平相交面，在球笼运动一周的全部过程中，只有这个面是相对静止的，夹角α无论怎样变化，该点所在的位置，方向与半径在运动中都是不可改变的。定向式球笼能够完全等速，而且在夹角α平面动态中保持静态运动，让干涉带来的自耗趋近于零。

具体工作方式：在两轴平面相交形成的公共线中，因该线是穿过平面的，所以有水平对称的两点参与运动.公共线既通过圆心又垂直于半径，所以这个面能够在两轴任意变化时保持不变，其本身具有完整的两个自由度，第三个自由空间是对星形轮的修形完成的，在旋转运动中星形轮的斜边正好补足完整的三维运动，工作点能够在任意旋转角度中同时跟定变化中的两条轴，使运动轨迹能够在任意角度下同时垂直于两轴，圆周的工作半径不变，角速度也不变，在有夹角的情况下相似于无夹角的自由运动.

沟道的另外一个作用是能够提高星形轮的承载能力，传统的球笼沟道是在球面上的直圆沟道，当中间受载时沟道与钢球的接触点上受切向压力，触点压力的两边在反作用力的作用下由应变产生反向拉力，拉力与压力交界处有剪切力，这样会使产品的可靠性降低。定向式球笼的沟道是一个拱桥形式，受载时接触点正好在拱顶上，外力会沿两条斜边，把接触点上的外力均匀展开到宽度上。加上沟道本身是小于半径的圆弧槽，相似于沿拱桥的一个侧面全程装上斜拉加强面，被平均分散到宽度上的外力同时经斜拉加强面沿圆周分散。因此星形轮本身承载能力得到合理应用。

具体实施方式

第一部份；定向装置，参照视图说明结构；

图1中1；球笼壳体，2；保持架，3；星形轮，4；钢球，5；轴卡。其中壳体与保持架采用滑动配合，从图中可见保持架是偏心的，偏心的作用是为了让星形轮能够装入保持架而保留一个大一点的孔，相对于星形轮的圆弧保持架(见图2)的内圆弧被分成两段其中一段转移到壳体上。壳体内圆的轴向上根据钢球的数量开有相同数量的直沟道以防止打滑。保持架与星形轮装入球壳时保持架孔径大端向内，用轴卡定位保持架。

第二部份；星形轮的修形，见附图3；

星形轮作X修形的难度在于其沟道是三维立体的，至少应在四轴的数控机床上才能加工，这个产品的关键工艺就在于沟道的铣，和磨加工时X，Y，Z，联动第四轴用来分度。其余工艺工差应比同类产品大幅降底，原因在于定向式球笼的保持架不参与转向运动，保持架与星形轮只有轻微接触并不受力，依靠的是形位而不是精度。以前的同类产品保持架承受星形轮的偏心压力，运动是在两轴间非完全同向中挤压通过的(圆心偏置)所以必需要求很高的精度。星形轮X形状可以根据产品的要求调整，X的开口角可在产品夹角要求小时作相应减小，这样钢球的接触数量可增加到四颗，进一步增加承载能力。

Claims (7)

1.本发明所述定向式球笼万向节运行原理是将圆周运动改变为过平面间歇运动。工作位置在两轴间的水平相交面上，是一条两水平面相交形成的公共线，该线既通过圆心又垂直于半径，所以这个面(或者说这条垂直过圆心的直径线)能够在球笼万向节两端轴任意变化时的动态中保持静态不变，完全等速无附加载荷且能增大承载能力。

2.根据权利要求1.定向式球笼万向节，其特征是；保持架是一装入球壳内圆的直筒状体，沿圆周分布滑配等分孔的作用是保证钢球在工况中垂直于转向圆心，固定圆周出力方向。

3.根据权利要求1.定向式球笼万向节，其特征是；保持架内圆是一条偏心圆弧，偏心量由孔径大端决定，大端孔径大于星形轮直径减去一个沟道深度。

4.根据权利要求1.定向式球笼万向节，其特征是；星形轮的等分沟道每一个都为X形状，其X张角大于钢球在两轴夹角运动空间中的被干涉角。

5.根据权利要求1.定向式球笼万向节，其特征是；星形轮的X形体上的斜边是以中点为起点向两边延伸的大数值的渐开线。

6.根据权利要求1.定向式球笼万向节，其特征是；星形轮的X形上的两条斜边在大于干涉角时增加自由度，小于干涉角时增加钢球接触颗数，斜边可调节产品性能。

7.根据权利要求1.定向式球笼万向节，其特征是；钢球在圆周运动轨迹中，沿星形轮径向分布时，完整地跨越了八个像限，所以星形轮在工作中是浮动的，星形轮的外圆与保持架的内圆没有受力关系。

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