CN102102713B - 分体节叉式十字轴万向节 - Google Patents

Abstract

分体节叉式十字轴万向节的特征在于，其万向节叉是一个包括两个半节叉的组合构件，由该两个半节叉的轴向尾段径向对接所形成的完整的转动轴以过盈连接的方式插装在位于节叉轴套一端的轴向孔中，并被过盈连接在两者相应径向孔中的定位销钉轴向相对固定住，所述两个半节叉借助其与节叉轴套之间的端面嵌合周向定位并增大承载能力，再借助设置在后者外周面上的调节螺母对其端面齿的外锥面的对称径向压缩来调节其与十字轴之间的间隙和压紧程度，从而以积木式的简单拼接操作和快速的调节获得装配的高质量，最大程度地去除装配过程中的非客观因素对万向节工作品质的影响，最终快速又可靠地得到可作高精度万向传动的万向节。

Description

分体节叉式十字轴万向节

技术领域

本发明涉及机械传动领域中的一种用于相交轴的联轴器/万向接头，特别涉及但不仅仅涉及一种用于精密传动的十字轴式万向节。 

背景技术

由于现有技术中的普通十字轴万向节或多或少地都存在着转动间隙/空行程，所以，它们一般都难以达到诸如超精密加工等高精密作业领域的高精度传动要求。文献CN100385132C和CN100462578C分别公开了两种具有高精度传动能力的改进的十字轴万向节。但该两种改进的万向节仍存在着与普通十字轴万向节相同的缺点。即，其十字轴的装配就位工作中用于座孔部位的操作和调节耗时过多，较多地依赖于人的主观因素、工装夹具或之后的检测因素，即便有高精度的零件，也不易保证十字轴两轴线的交点重合于设计要求的两传动轴轴线的交点，从而致使与万向节相连接的至少一个传动轴的轴线不易重合于其实际回转轴线。因此，存在降低万向节的工作品质和加重其机械磨损的可能，并因此而难以适应较高速的传动。而消除该可能又较多地依赖于装配的高质量和高耗时，既增加成本又不容易保证较高的装配一致性。也就是说，高精度的零件制作不能确保得到高品质的万向节，其必需依赖于高质量的装配。另外，使用中的例如磨损后的为消除间隙的调节的质量更不易得到保证。 

本发明致力于消除或至少减轻现有技术中存在的上述缺点。 

本发明要解决的技术问题是提供一种装配容易，调节简单和快速，且易于得到相对更高装配精度的可做两自由度高精度万向传动的分体节叉式十字轴万向节。 

为解决上述技术问题，本发明之分体节叉式十字轴万向节包括，设置有具备回转工作面的轴头部的十字轴，设置有具备回转工作面的十字轴座孔的两个万向节叉，以及轴向一端设置有轴孔的两个节叉轴套；其中，上述万向节叉是包括两个设置有轴向尾段的半节叉的组合式节叉，且该两个轴向尾段以径向相互对接的方式不可转动地连接于对应的节叉轴套的轴孔中。 

作为一种改进，上述方案的连接采用过盈联接。 

进一步地，上述轴孔与节叉轴套同轴线地设置，还设置有定位销，并在半节叉的轴向尾段上设置径向型定位销孔，两个相对的半节叉被同时贯穿于各自对应的定位销孔中的定位销连接成轴向一体。 

再进一步地，为提高转矩传动能力，还包括端面齿和端面槽分别设置在对应的半节叉与节叉轴套二者相对的端面上的端面型传力嵌合机构。 

更进一步地，上述节叉轴套上设置有收容定位销的径向孔，两个相对的半节叉的轴向尾段的对应于上述轴孔底部的部位，均设置用以径向相互对接的对接表面，并将其余的径向相对表面设置成对接后不能贴合的间隙表面；另外，将端面齿设置在半节叉上，将端面槽设置在节叉轴套上，将二者的两个周向侧面全部设置成可滑动地同时抵触相连且平行于对应的万向节叉平面；再将端面齿的径向背面与对应的节叉轴套的轴线的夹角设置成大于零，并且部分地径向高于节叉轴套的外周面；另外，还设置有可轴向抵触在端面齿的径向背面上的调节螺母，其以螺旋方式连接在节叉轴套的具有轴孔的一端的外周面上。其中，万向节叉平面是对应的节叉轴套的轴线与对应的两个相对的十字轴座孔的回转工作面的回转轴线三方所共处的平面。 

优选地，上述轴孔具有圆形、正方形、长方形、三角形、多边形之一的横截面轮廓形状。 

更好地，上述十字轴座孔与轴头部双方的回转工作面，是互为互补构造且回转半径总体上沿回转轴线一端大一端小的回转表面，相互间摩擦相连。 

更佳地，上述回转工作面是圆锥面型表面和圆球面型表面之一。 

最佳地，上述十字轴座孔的回转工作面是圆球面型回转表面，其与轴头部的回转工作面之间设置有一组滚珠。 

相对现有技术，依据本发明的分体节叉式十字轴万向节不仅更容易得到更高的装配质量和更高的工作品质，而且装配更简单调节更容易。借助下述实施例的说明和附图，本发明的目的和优点将显得更为清楚和明了。 

附图说明

图1是本发明的实施例一的示意图，(a)是主视图的轴向剖面图，(b)是左视图的轴向剖面图。 

图2是图1中的半节叉的示意图。 

图3是以十字轴轴线所在平面的剖视图形式表现的本发明的实施例二的简化示意图。 

具体实施方式

必要说明：本说明书的正文及所有附图中，相同或相似的构件及特征部位均采用相同的附图标记，并只在它们第一次出现时给予必要说明。同样，也不重复说明相同或类似机构的工作机理或过程。为区别设置在对称或对应位置上的相同的构件或特征部位，本说明书在其附图标记后面附加了字母，而在 泛指说明或无需区别时，则不附加任何字母。 

实施例一：具有截锥接合面的分体节叉式十字轴万向节G1 

参见图1～2，万向节G1与现有技术一样包括十字轴和万向节叉。其中，万向节叉是一个包括两个径向对接型的半节叉30的组合式节叉。十字轴20包括四个设置有外截锥面式回转工作面24的轴头部22。四个回转工作面24分别对应地收容在设置于四个半节叉30a、30b、30c和30d上的具有互补构造的内圆锥面型回转工作面34的十字轴座孔32中。显然，除圆锥面型表面外，回转工作面24和34还可以是其它任意形状的回转曲面，只要其回转半径总体上具有沿轴向一端大一端小的特征即可，并以成为圆球面的一部分为最佳。如此，即使该回转工作面34的回转轴线不再垂直于节叉轴套70的轴线X，其也仍可最佳地自动调整回转工作面24和34之间的回转接触角度/位置，以使该两个具有互补构造的回转工作面所形成的回转摩擦副始终保持全周向无间隙的面接触，从而最终保证万向节G1高精度传动的可靠性。另外，回转工作面24和34之间，还可以如实施例二所示地间隔以各种具有或不具有部分或全部的内外环的轴承，以降低转动中的摩擦阻力和摩擦损失(详见后续说明)。 

为简化制作、装配、调节和减少人为因素的影响，万向节G1中的万向节叉均具有完全相同的构造，并将两个相对的回转工作面34的共线的两个回转轴线，与其对应的节叉轴套70的轴线X三者最佳地设置在同一个万向节叉平面内。即，半节叉30a、30b、30c和30d以及节叉轴套70a和70b，实际上就是两个构件在不同部位的分别应用。其中，半节叉30包括，最佳地具有长方形横截面的轴向叉头段31，径向连接段48，以及，最佳地具有半圆形横截面的轴向尾段36三部分。叉头段31的前端内侧设置有十字轴座孔32。径向连接段48与轴向尾段36两者的根部之间，最佳地设置有一个传力端面齿52。端面齿52设置有，相对节叉轴套70的轴线X的半锥角大于零但最佳地小于摩擦自锁角的外截锥面型径向背面56，以及，用于传递转矩和周向定位的两个平面型周向侧面54。该两个周向侧面54均最佳地平行于对应的万向节叉平面。轴向尾段36包括定位段42和间隙段38两部分。定位段42具有，最佳地与轴线X共面且垂至于万向节叉平面的平面型对接表面44，台阶状的用于过盈联接的部分圆柱面46，以及，用于轴向定位的最佳地位于万向节叉平面内的径向型定位销孔58。间隙段38具有径向上最佳地低于且平行于对接表面44的平面型间隙表面40。如此设置的结果是，当两个半节叉30的对接表面44对应地相互贴紧，相应的两个部分圆柱面46和两个间隙段38的外周面分别组合成两个完整的阶梯圆柱面时，两个相对的间隙表面40的间距将仍大于零。 

与之对应地，节叉轴套70的一端部设置有用于收容两个半节叉30的轴向尾段36的具有轴线X的轴孔74。该轴孔74相应地设置有，与间隙段38的部分外圆周面最佳地间隙配合的内圆柱面76，与部分圆柱面46最佳地过盈联接的台阶状缩径内圆柱面78，以及，最佳地设置有具有轴向限位但不必需具有定位作用的与定位销孔58对应的径向销孔80。节叉轴套70的具有轴孔74一端的环状端面上，相应地设置有可分别与两个传力端面齿52的两个周向侧面54同时可滑动地抵触相连的两个端面槽72，以构成端面型传力嵌合机构，从而确保得到更高更可靠的传动精度和较高的转矩传递能力。另外，该端外周面的相应部位还设置有与调节螺母90的内螺纹具有互补式构造的外螺纹82。调节螺母90的内螺纹的前端，最佳地具有一小段截锥面或回转曲面，用于和上述端面齿52的部分地径向高于节叉轴套70外周面的径向背面56配合，以最佳地形成两个径向上完全对称的面接触或线接触的摩擦副，从而确保调节螺母90具有可对两个相对的半节叉，例如30a和30b，同步实施径向对等压缩的能力。 

装配时，如图1所示，先以座孔32收容十字轴20沿同一轴线的两个相应轴头部22的形式，将最佳地处于较低温度收缩状态的相对的两个半节叉，例如30a和30b，以其轴向尾段36的各自对接表面44相互径向贴合的形式合并/组合成一个圆柱轴，然后轴向插入最佳地处于较高温度膨胀状态的对应的就位好调节螺母例如90a的节叉轴套70a的轴孔74中，直至定位销孔58对准径向销孔80。接着，再将最佳地处于更低温度的收缩状态的定位销60，贯穿性地同时插入径向销孔80和两个定位销孔58中。待温度趋于一致，两个半节叉30a和30b的轴向和周向相对位置，便可借助它们与内圆柱面78以及定位销60之间的过盈联接而被完全固定住，成为一个不可转动地连接于轴孔74中的组合式万向节叉，并被定位销60重复限定得不可能相对节叉轴套70a发生意外位移。除了上述温差法之外，显而易见地，上述过盈联接的实现还可采用公知的压入法。之后，通过旋转调节螺母90a，便可借助其对两个端面齿52的径向背面56的完全对称的径向压迫，以设定好的压紧程度快速消除半节叉30a、30b以及十字轴20三者之间的间隙量，并将十字轴20的轴线交点，正好定位在节叉轴套70a所限定的组合式万向节叉的轴线X上。可见，虽然操作简单，但结果却准确可靠。 

另外两个相对的半节叉例如30c和30d的装配过程完全同上，同时，万向节G1完全按照公知的方式转动工作，所以，本发明均不再重复说明。 

如果需要，装配调节完毕后的调节螺母90还可被径向销钉固定，或者被一个串联的螺母以相互挤压的公知方式固定。甚至，调节螺母90可被一个将一对半节叉，例如30a和30b，径向相连的最佳地位于万向节叉平面内的调节螺钉取代。 

必需指出的是，相对的两个半节叉，例如30a和30b，其对接表面44以及回转工作面34的相互位置关系，应最佳地达到这样的设置效果。即，装配完毕之后的未调节状态中，被该两个半节叉30所夹持的十字轴20，最佳地具有大于零的例如0～0.10毫米的可供调节螺母90调节的间隙量，且该间隙量应小于两个对应的间隙表面40之间的间距，同时还应小于调节螺母90与两个对应的径向背面56的可抵触的轴向长度所对应的径向高度之和。 

由上述说明可见，装配万向节G1过程中的所有调节操作，仅限于为消除间隙和获得必要的预紧力的旋转调节螺母90这一个简单又快速的动作，而其它装配操作，则均为简单容易的积木式拼接动作。因此，该装配相较现有技术显然地更简单更快捷，并更易于得到相对更高的装配精度和质量，以及更高的万向节工作品质，只要其装配的是事先具有足够高精度的各构件。即，万向节G1的装配质量和工作品质，基本上取决于对接表面44、回转工作面34、部分圆柱面46、内圆柱面78、定位销孔58、定位销60、径向背面56、外螺纹82以及调节螺母90等的事先制作精度和位置精度，而与之后的装配过程关系不大。或者说，相对于现有技术，本发明的装配质量和工作品质主要取决于制造精度，也就是说，制作各基础构件时便基本上决定了其工作的品质，其高精度/品质是“制作出来的”，具有很高的客观性，与其后的装配过程的相关程度很小。而反观现有技术，即便获得了高精度的各构件，也不一定能够得到相应高品质的万向节。如前所述，这在很大程度上取决于随机性很大的装配的高质量。即，现有技术依赖于人的主观因素或之后的检测因素过多，不具备高的客观性，相对本发明，其高精度/品质更多地是“装配出来的”。 

容易理解，相较现有技术，万向节G1的十字轴20的十字轴线的交点，更容易重合于两个组合式万向节叉的轴线Xa和Xb的交点，从而致使该两个轴线Xa和Xb分别重合于两个节叉轴套70a和70b的实际回转轴线，而且，万向节G1更易于高精度地消除和/或随时消除例如磨损带来的传动间隙。因此，在相对现有技术具有装配优越性的同时，万向节G1更容易和更持久地具有了无间隙高精度万向传动的能力。另外，在具有相同的十字轴20的外径基础上，万向节G1相对现有技术具有更小的回转半径。 

不难想到，为增大承载能力、半节叉30的刚度或者方便制作，传力端面齿52的周向宽度，可以等于半节叉30的径向连接段48的周向宽度，甚至可以以该径向连接段48的侧平面来充当传力端面齿52的周向侧面54。此时，端面齿52的轴向凸出部分将仅具有径向背面56一个工作面。 

应该说明的是，调节螺母90、定位销60、传力端面齿52、外截锥面型径向背面56，以及间隙表面40与对接表面44的不共面，均非实现本发明所必需的设置。它们的功能完全可以通过最佳的过盈联接的方式，以及利用叉头段31和径向连接段48的大于等于零的径向微量弹性扩张式变形来达到十字轴20与相对的两个半节叉30之间无间隙连接的方式获得。 

同样地，轴向尾段36和轴孔74也不必需具有完全或部分的圆形对称横截面轮廓形状，部分圆柱面46和内圆柱面78以及两者之间的过盈联接也不是实现本发明的必需设置。只要保证两个轴向尾段36径向相连所组合成的柱形体/组合轴与节叉轴套70的轴孔74双方，具有至少大致相同的横截面轮廓形状，并在至少部分轴向段上处于相互间不可转动的连接状态，即可达成本发明的目的。除了优选的圆形外，该轮廓形状还可以是诸如椭圆形、正方形、长方形、三角形、六边形以及其它对称或不对称的任意形状。比如，在轴向尾段36的外周面上设置轴向延伸的径向凸起，并在轴孔74的内周面上设置相应的轴向凹槽。 

实施例二：具有滚珠轴承的分体节叉式十字轴万向节G2 

如图3所示，万向节G2是对万向节G1的改进，其差别仅在于为了降低工作中的摩擦阻力和径向分离力，将十字轴座孔回转工作面34由内圆锥面型表面变形为内弧形表面，将十字轴20上的回转工作面24，由外截锥面式表面变形为外弧形表面，并在该两个回转表面之间间隔有最佳地填满整个周向环形空间的一组滚珠50。 

显然，万向节G2中的一组滚珠50相当于无内外环的滚珠轴承。这样的设置，有利于简化其结构和制作、装配工艺，并相应地具有更高的传动精度。当然，一组滚珠50也可代之以诸如同时或分别具有内外环的角接触球轴承、圆锥滚子轴承等各种轴承。 

另外，很容易想到，如果将回转工作面34最佳地设置成一个内圆球面的一部分，如图3中的细点划线圆所示，那么，万向节G2将如前所述地具有自动调整滚珠50与两回转工作面24、34之间的回转接触角度/位置的能力。也就是说，即使两个半节叉例如30a和30b在万向节叉平面内相对十字轴20偏转了一定角度，其仍具有保证滚珠50与两回转工作面24、34之间始终全周向地处于无间隙地滚动接触的能力，并进而始终具有高精度万向传动的能力。 

除了弱于传递大转矩之外，本发明显然具有即便不高于也至少不低于现有技术的高精度的万向传动能力。在附加入公知的润滑和密封技术措施之后，本发明将足以胜任微机械装配、生物微操作、显微医疗、光学微调整、超精密加工等精密作业中的各种万向传动。 

以上仅仅是本发明针对其有限实施例给予的描述和图示，具有一定程度的特殊性，但应该理解的是，所提及的实施例和附图都仅仅用于说明的目的，而不用于限制本发明及其保护范围，其各种变化、等同、互换以及更动结构或各构件的布置，都将被认为未脱离开本发明构思的精神和范围。 

Claims (11)

1.一种分体节叉式十字轴万向节，包括：设置有具有回转工作面的轴头部的十字轴，以及设置有具有回转工作面的十字轴座孔的两个万向节叉；

其特征在于：

还包括轴向一端设置有轴孔的两个节叉轴套；以及

所述万向节叉是包括两个设置有轴向尾段的半节叉的组合式节叉，该两个所述轴向尾段以径向相互对接的方式不可转动地连接于对应的所述节叉轴套的所述轴孔中。

2.按权利要求1所述的万向节，其特征在于：所述连接是过盈联接。

3.按权利要求2所述的万向节，其特征在于：所述轴孔具有圆形或多边形的横截面轮廓形状。

4.按权利要求3所述的万向节，其特征在于：所述多边形是正方形、长方形或三角形。

5.按权利要求3所述的万向节，其特征在于：

还包括定位销；

所述轴孔与所述节叉轴套同轴线地设置；以及

所述半节叉的所述轴向尾段上设置有径向型定位销孔，两个相对的所述半节叉被同时贯穿于各自对应的所述定位销孔中的所述定位销连接成轴向一体。

6.按权利要求5所述的万向节，其特征在于：还包括端面型传力嵌合机构，其端面齿和端面槽分别设置在对应的所述半节叉与所述节叉轴套二者相对的端面上。

7.按权利要求6所述的万向节，其特征在于：

所述节叉轴套上设置有收容所述定位销的径向孔；

两个相对的所述半节叉的所述轴向尾段的对应于所述轴孔底部的部位，均设置有用以径向相互对接的对接表面，其余的径向相对表面则被设置成对接后可以形成径向间隙的间隙表面；

所述端面齿设置在所述半节叉上，所述端面槽设置在所述节叉轴套上，二者的两个周向侧面可滑动地同时抵触相连且均平行于对应的万向节叉平面，该万向节叉平面是所述节叉轴套的轴线与对应的两个相对的所述十字轴座孔的所述回转工作面的回转轴线三方所共处的平面；

所述端面齿的径向背面与对应的所述节叉轴套的轴线的夹角大于零，并且部分地径向高于所述节叉轴套的外周面；以及

还包括调节螺母，其以螺旋连接的方式设置在所述节叉轴套的具有所述轴孔的一端的外周面上，同时可轴向抵触在所述端面齿的所述径向背面上。

8.按权利要求7所述的万向节，其特征在于：在所述调节螺母未抵触到所述端面齿的所述径向背面的状态中，两个相对的所述半节叉的所述十字轴座孔与所述十字轴的相应的所述轴头部之间的轴向间隙，小于两个对应的所述间隙表面的间距，同时还小于所述调节螺母与两个对应的所述径向背面的可抵触的轴向长度所对应的径向高度之和。

9.按权利要求1～8任一项所述的万向节，其特征在于：所述十字轴座孔与所述轴头部双方的所述回转工作面，是互为互补构造且回转半径总体上沿其回转轴线一端大一端小的回转表面，相互间摩擦相连。

10.按权利要求9所述的万向节，其特征在于：所述回转工作面是圆锥面型表面或圆球面型表面。

11.按权利要求1～8任一项所述的万向节，其特征在于：所述十字轴座孔的所述回转工作面是圆球面型回转表面，其与所述轴头部的所述回转工作面之间设置有一组滚珠。