CN101956769A - 等速万向联轴器 - Google Patents

Abstract

一种等速联轴器，由主动轴(21)、从动轴(22)、球面运动机构(25)和平分机构(28)组成，能实现主动轴(21)与从动轴(22)在允许角度范围内的任一夹角下的等速传动，所述的球面运动机构(25)绕主动轴(21)与从动轴(22)之间夹角的补角的平分线(83)周向分布二组或二组以上，球面运动机构(25)与主动轴(21)通过销(23)连接形成主动轴回转副，该回转副的中心轴线为轴线(A23)，球面运动机构(25)与从动轴(22)通过销(24)连接形成从动轴回转副，该回转副的中心轴线为轴线(A24)，球面运动机构(25)与平分机构(28)连接形成中间回转副，该回转副的中心轴线为轴线(A28)，其它球面运动机构也采用相同的方式分别与主动轴(21)、从动轴(22)和平分机构(28)相连接，形成的所有回转副的中心轴线都交于点(30)，且所有中间回转副的中心轴线都在主动轴(21)和从动轴(22)之间的对称平面(82)内。

Description

等速万向联轴器

1技术领域

本发明涉及轴之间的联轴器，尤其是能使在允许角度范围内的任意夹角的主从动轴之间的瞬时转速相同的联轴器，在特定形式下涉及等速万向联轴器。

2背景技术

自工业时代以来，人们一直在寻求能使任意夹角的主从动轴之间的转速在任一时刻保持一致的联轴器。

最常见的是在四百年前设计出的十字万向联轴器，它只能实现任意夹角的主从动轴之间能传递运动，但并不能实现等速传动。

为了实现等速传动，后来人们又发明了双联十字万向联轴器，由主动轴、中间轴和从动轴组成，通过使主动轴与中间轴的夹角和从动轴与中间轴的夹角相等来实现等速传动，虽然实现了主从动轴等速传动，但中间轴的转速是按正弦波动的，加上中间轴的惯性较大，这样在高速运转时会带来很大的振动和噪声。缘于此，后来又出现了新的双联十字万向联轴器，其特点是缩短了中间轴，以减小中间轴的惯性，同时设计了一个分度装置使主从动轴与中间轴间的夹角自动保持一致。虽然这减少了振动和噪声，但是当从动轴承受轴向或径向载荷时，由于主动轴与中间轴之间的交点和从动轴与中间轴的交点之间存在着一定的距离，分度装置会因此承受很大的附加载荷，导致分度装置磨损加剧并失效。

以球笼式万向联轴器和球叉式万向联轴器为代表的等速万向联轴器用得最为广泛，其结构简单，能传动的夹角大，但是这种联轴器所用的钢球与对应的沟槽之间为线接触，且存在剧烈的滑动摩擦，尤其是在高速运转时还会出现啸叫的现象。

为了解决这些问题，澳大利亚的一位名叫汤普森的工程师于2001年设计出了名叫汤普森联轴器的等速万向联轴器，采用的是双十字环等速传动结构，其实就是一个使双联十字万向联轴器的两个十字轴同心的结构，然后再加上一个定心装置，如果该联轴器的回转副都采用滚针轴承的话就可以实现整个联轴器无滑动摩擦存在，真正实现纯滚动传动。和双联十字万向联轴器相比，该联轴器无中间轴，主从动轴交点重合，所以可以承受轴向和径向载荷。但汤普森联轴器存在能传动的夹角较小、结构复杂、径向尺寸大和主从动轴中有一轴的直径太小，限制了其所能传动的负载。

以上所述的联轴器不能同时具有：无滑动摩擦的纯滚动传动、等速传动、大角度传动、重载传动、可承受轴向和径向载荷及结构简单的优点。

本发明的目的是基本上同时实现上述优点。

3发明内容

3.1要解决的技术问题

现有等速万向联轴器的不能同时具有：无滑动摩擦的纯滚动传动、等速传动、大角度传动、重载传动、可承受轴向和径向载荷及结构简单的优点，本发明提供了一种全新结构的等速万向联轴器，能同时具有上述优点。

3.2采用的技术方案

本发明提供了一种等速万向联轴器，由以下几部份组成：

(a)主动轴；

(b)从动轴；

(c)球面运动机构；

(d)平分机构。

球面运动机构和平分机构统称为耦合机构。在本发明一个范围较宽的形式中，球面运动机构为球面连杆机构，根据需要可以在周向布置若干组这样的球面连杆机构，平分机构主要是使各组球面连杆机构的中间回转副的中心轴线处于主从动轴的对称平面上，从而保证主动轴与从动轴之间的等速传动。

3.3有益效果

本发明所提供的等速万向联轴器同时具有：无滑动摩擦的纯滚动传动、等速传动、大角度传动、重载传动、可承受轴向和径向载荷及结构简单的优点。

4附图说明

下面结合附图说明本发明的实施例，其中：

图1.1是第一个实施例的分解透视图；

图1.2是第一个实施例装配好之后的透视图；

图1.3是第一个实施例隐藏了主动轴之后的透视图；

图1.4是第一个实施例的四杆球面连杆机构；

图1.5是第一个实施例的平分机构；

图1.6是第一个实施例的平分机构的分解透视图；

图1.7是第一个实施例的主从动轴呈20°时的正视图；

图2.1是第二个实施例的分解透视图；

图2.2是第二个实施例装配好之后的透视图；

图2.3是第二个实施例隐藏了主动轴之后的透视图；

图2.4是第二个实施例的二杆球面连杆机构；

图2.5是第二个实施例的平分机构；

图2.6是第二个实施例的平分机构的分解透视图；

图2.7是第二个实施例的主从动轴呈45°时的正视图；

图3.1是第三个实施例的分解透视图；

图3.2是第三个实施例装配好之后的透视图；

图3.3是第三个实施例隐藏了主动轴之后的透视图；

图3.4是第三个实施例的二杆球面连杆机构；

图3.5是第三个实施例的平分机构；

图3.6是第三个实施例的平分机构的分解透视图；

图3.7是第三个实施例的主从动轴呈30°时的正视图；

图4.1是第四个实施例的分解透视图；

图4.2是第四个实施例装配好之后的透视图；

图4.3是第四个实施例隐藏了主动轴之后的透视图；

图4.4是第四个实施例的二杆球面连杆机构；

图4.5是第四个实施例的平分机构；

图4.6是第四个实施例的平分机构的分解透视图；

图4.7是第四个实施例的主从动轴呈70°时的正视图。

图5为该等速万向联轴器相关术语的简图。

5具体实施方式

下面将对本发明的四个实施例进行描述。本说明书所指等速传动是指联轴器主从动轴的瞬时转动速度在任意时刻相等。图5为本发明相关术语的简图，其中主动轴(80)和从动轴(81)之间的补角平分线(83)定义为：主动轴(80)和从动轴(81)之间的夹角(84)的补角(85)的角平分线。主动轴(80)和从动轴(81)之间的对称平面(82)定义为：能使主动轴(80)和从动轴(81)相对称的那个平面。本说明书中的附图中所有实施例的回转副均为滑动摩擦，为了实现纯滚动传动，可以在这些回转副的部位使用滚动轴承，如球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承和推力轴承等。

5.1第一实施例

请参看图1.1至图1.7，该实施例由主动轴(1)、从动轴(2)、销(3)、销(4)、销(5)、销(6)、四杆球面连杆机构(7)、四杆球面连杆机构(8)和平分机构(9)组成。主动轴(1)上有2个销孔，2个销孔是绕主动轴(1)的轴线(A1)均布的，2个销孔的轴线(A3)和(A4)与主动轴的旋转轴线(A1)相交于同一点，从动轴(2)和主动轴(1)的结构完全相同。四杆球面连杆机构(7)由球面连杆(11)、(12)、(13)和(14)组成，各球面连杆均有2个销孔，2个销孔的轴线交于一点，且每个球面连杆的2个销孔轴线之间的夹角相等，将杆与杆之间的销孔两两对齐，就组成了四杆球面连杆构(7)(图1.4)，对齐后形成轴线(A16)、(A17)、(A18)和(A19)，且这四根轴线交于同点，轴线(A16)和(A18)对应的回转副为四杆球面连杆机构(7)的中间回转副，轴线(A17)和(A19)对应的回转副为四杆球面连杆机构(7)的主动轴回转副和从动轴回转副，四杆球面连杆机构(8)与四杆球面连杆机构(7)是完全相同的结构。平分机构(9)由T形轴(15)、T形轴(16)、T形轴(17)、T形轴(18)和中心销(19)组成，T形轴上有一个销孔和一个销轴，销孔与销轴的轴线是垂直成T形的，所以叫T形轴，各T形轴通过其销孔装在中心销(19)上就组成了平分机构(9)(图1.5)，这时T形轴(15)、T形轴(16)、T形轴(17)和T形轴(18)上的销轴轴线(A9)、(A8)、(A10)和(A7)处于同一平面且与中心销(19)的轴线(A11)相交于同一点。

总装时，先将四杆球面连杆机构(7)装在平分机构(9)上，使四杆球面连杆机构(7)上的轴线(A16)与在平分机构(9)上的轴线(A10)重合，使四杆球面连杆机构(7)上的轴线(A18)与在平分机构(9)上的轴线(A7)重合，同理将四杆球面连杆机构(8)也装在平分机构(9)上，使四杆球面连杆机构(8)上的轴线(A13)与在平分机构(9)上的轴线(A9)重合，使四杆球面连杆机构(8)上的轴线(A15)与在平分机构(9)上的轴线(A8)重合，以上轴线的重合是通过T形轴上的销轴插入四杆球面连杆机构上对应的销孔来实现的。完成以上装配后再装主动轴(1)，将销(4)插入主动轴(1)上的销孔和四杆球面连杆机构(7)上的销孔，使主动轴(1)上的销孔轴线(A4)与四杆球面连杆机构(7)上的销孔的轴线(A17)重合，同理将销(3)插入主动轴(1)上的销孔和四杆球面连杆机构(8)上的销孔，使主动轴(1)上的销孔轴线(A3)与四杆球面连杆机构(8)上的销孔的轴线(A12)重合，销(3)和销(4)与主动轴(1)上对应的销孔为过盈配合，目的是防止其在工作时脱落。从动轴(2)的安装与主动轴(1)的安装完全相同，将销(5)和销(6)分别插入从动轴(2)、四杆球面连杆机构(7)和四杆球面连杆机构(8)上对应的销孔，使从动轴(2)上的销孔轴线(A5)与四杆球面连杆机构(7)上的销孔的轴线(A19)重合，使从动轴(2)上的销孔轴线(A6)与四杆球面连杆机构(8)上的销孔的轴线(A14)重合。

总装完成之后，所有的轴线都于交于点(10)(图1.2)，当主动轴(1)与从动轴(2)呈一夹角时(图1.7)，主动轴(1)与从动轴(2)的对称平面为T形轴(15)、T形轴(16)、T形轴(17)和T形轴(18)上的销轴轴线(A9)、(A8)、(A10)和(A7)所处的那个平面，主动轴(1)与从动轴(2)的补角平分线为中心销(19)的轴线(A11)，两个四杆球面连杆机构(7)和(8)工作时是绕该轴运动的。

5.2第二实施例

请参看图2.1至图2.7，该实施例由主动轴(21)、从动轴(22)、3个销(23)、3个销(24)、二杆球面连杆机构(25)、二杆球面连杆机构(26)、二杆球面连杆机构(27)和平分机构(28)组成。主动轴(21)上有3个销孔，3个销孔是绕主动轴(21)的轴线(A21)均布的，3个销孔的轴线与主动轴(21)的轴线(A21)相交于同一点，从动轴(22)和主动轴(21)的结构完全相同。二杆球面连杆机构(25)由球面连杆(31)和(32)组成，各球面连杆均有2个销孔，2个销孔的轴线交于一点，且每杆2个销孔轴线的夹角相等，杆与杆之间的销孔对齐，就组成了二杆球面连杆构(25)(图2.4)，对齐后有三根轴线(A25)、(A26)和(A27)，且这三根轴线交于同点，轴线(A27)对应的回转副为二杆球面连杆机构(25)的中间回转副，轴线(A25)和(A26)对应的回转副为二杆球面连杆机构(25)的主从动轴回转副，二杆球面连杆机构(26)和二杆球面连杆机构(27)与二杆球面连杆机构(25)是完全相同的结构。平分机构(28)由T形轴(33)、T形轴(35)、T形轴(36)和中心销(34)组成，T形轴上有一个销孔和一个销轴，销孔与销轴的轴线是垂直成T形的，所以叫T形轴，各T形轴通过其销孔装在中心销(34)上就组成了平分机构(28)(图2.5)，这时T形轴(33)、T形轴(35)、和T形轴(36)上的销轴轴线处于同一平面且与中心销(34)的轴线相交于同一点。

总装时，先将二杆球面连杆机构(25)装在平分机构(28)上，使二杆球面连杆机构(25)轴线(A27)与在平分机构(28)上的轴线(A28)重合，这两根轴线的重合是通过T形轴上的销轴插入二杆球面连杆机构上对应的销孔来实现的。按照相同的方法将二杆球面连杆机构(26)和二杆球面连杆机构(27)装在平分机构(28)上。完成以上装配后再装主动轴(21)，将销(23)插入主动轴(21)上的销孔和二杆球面连杆机构(25)上的销孔，使主动轴(21)的销孔轴线(A23)与二杆球面连杆机构(25)的销孔的轴线(A25)重合，同理将另外两个销(23)分别插入主动轴(21)上的销孔和二杆球面连杆机构(26)及(27)上的销孔，使主动轴(21)和二杆球面连杆机构(26)及(27)对应的轴线相重合，三个销(23)与主动轴(21)上对应的销孔为过盈配合，目的是防止其在工作时脱落。从动轴(22)的安装与主动轴(21)的安装完全相同。

总装完成之后，所有的轴线都于交于点(30)(图2.2)，当主动轴(21)与从动轴(22)呈一夹角时(图2.7)，主动轴(21)与从动轴(22)的对称平面为T形轴(33)、T形轴(35)和T形轴(36)上的销轴轴线所处的那个平面，主动轴(21)与从动轴(22)的补角平分线为中心销(34)的轴线，三个二杆球面连杆机构(25)、(26)和(27)工作时是绕该轴运动的。

5.3第三实施例

请参看图3.1至图3.7，第三个实施例和第二个实施例的结构原理是一样的，所不同的是多了一组二杆球面连杆机构，总共有4个球面连杆机构绕该联轴器的主从动轴的补角平分线均布，另外T形轴有4个，销有8个。

5.4第四实施例

请参看图4.1至图4.7，第四个实施例和第二个实施例的结构原理是一样的，也是由三组二杆球面连杆机(43)构组成，所不同的是该实施例的二杆球面连杆机构(43)(图4.4)的球面连杆(44)可以绕二杆球面连杆机构(43)的中间回转副的中心轴线(A42)旋转且在360°范围内不与球面连杆(45)干涉。为了实现该实施例能在主动轴(41)和从动轴(42)的夹角为70°时各零件正常工作且不相干涉的目的，主动轴(41)从动轴(42)设计成不一样的结构，区别在于主动轴(41)的3个销孔分布球面大于从动轴(42)的三个销孔的分布球面，当工作在大夹角时，各销孔对应的回转副能够彼此错开而不相干涉。

Claims (16)

1.一种等速万向联轴器，用于主从动轴的等速传动，所述联轴器包括：

(a)主动轴；

(b)从动轴；

(c)耦合机构。

所述的耦合机构具备绕主从动轴夹角的补角平分线周向分布二组或二组以上的球面运动机构，主从动轴之间的等速传动由所述的耦合机构得以保持。

2.根据权利要求1所述的等速万向联轴器，其特征在于联轴器上所有回转副的中心轴线交于一点，该点为联轴器的几何中心，工作时整个联轴器上任何一点均绕该几何中心在固定半径的球面上运动。

3.根据权利要求2所述的等速万向联轴器，其特征在于所述球面运动机构，一端用回转副与主动轴联接，该回转副称为主动轴回转副，另一端也用回转副与从动轴联接，该回转副称为从动轴回转副。

4.根据权利要求3所述的等速万向联轴器，其特征在于采用平分机构将所有球面运动机构的中间回转副的中心轴线限制在同一个平面内，同时该平面也是主从动轴轴线的对称平面。

5.根据权利要求4所述的等速万向联轴器，其特征在于球面运动机构的中间回转副为用于与平分机构连接的回转副。

6.根据权利要求1至5所述的等速万向联轴器，其特征在于耦合机构具备绕主从动轴夹角的补角平分线周向分布二组四杆球面运动机构，每根球面杆的两个销孔的轴线之间的夹角都相等。

7.根据权利要求6所述的等速万向联轴器，其特征在于该四杆球面运动机构有两个中间回转副。

8.根据权利要求7所述的等速万向联轴器，其特征在于主从动轴上各有2个用于连接四杆球面运动机构的销孔，这些销孔是绕主从动轴轴线均布的，且销孔的轴线指向联轴器的几何中心。

9.根据权利要求8所述的等速万向联轴器，其特征在于其平分机构由一根中心销和4根径向分布的T形轴组成，T形轴上有销孔和销轴，销孔的轴线与销轴的轴线垂直成T字形，所以叫T形轴，中心销插入4根T形轴的销孔后，4根T形轴就可绕中心销的轴线旋转，4根T形轴的销轴轴线始终处于同一平面且与中心销的轴线垂直，同时它们也相交于同一点。

10.根据权利要求9所述的等速万向联轴器，其特征在于其耦合机构具备绕主从动轴夹角的补角平分线可以周向分布二个以上的四杆球面运动机构。

11.根据权利要求1至5所述的等速万向联轴器，其特征在于耦合机构具备绕主从动轴夹角的补角平分线周向分布三个二杆球面运动机构，每根球面杆的两个销孔的轴线之间的夹角都相等，每个球面杆的分布方向可以一致也可以不一致。

12.根据权利要求11所述的等速万向联轴器，其特征在于该二杆球面运动机构有一个中间回转副。

13.根据权利要求12所述的等速万向联轴器，其特征在于主从动轴上各有3个用于连接二杆球面运动机构的销孔，这些销孔是绕主从动轴轴线均布的，且销孔的轴线指向联轴器的几何中心。

14.根据权利要求13所述的等速万向联轴器，其特征在于其平分机构由一根中心销和3根径向分布的T形轴组成，T形轴上有销孔和销轴，销孔的轴线与销轴的轴线垂直成T字形，所以叫T形轴，中心销插入3根T形轴的销孔后，3根T形轴就可绕中心销的轴线旋转，3根T形轴的销轴轴线始终处于同一平面且与中心销的轴线垂直，同时它们也相交于同一点。

15.根据权利要求14所述的等速万向联轴器，其特征在于其耦合机构具备绕主从动轴夹角的补角平分线可以周向分布三个以上的二杆球面运动机构。

16.根据权利要求1至15所述的等速万向联轴器，其特征在于其球面运动机构上的主从动轴回转副在联轴器的工作角度比较大时可以彼此错开而不干涉。

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