CN103075415B - 球形万向节以及用于加工万向节壳体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及球形万向节以及用于加工万向节壳体的方法。该球形万向节具有一个基本环形的万向节壳体，在其基本圆柱形的内室里面可以设置一个球壳。在球壳里面可以滑动地容纳球轴颈的球体并且万向节壳体具有设置在其内表面处的凸起和/或凹下用于与球壳的表面啮合。所述万向节壳体的内表面在万向节壳体轴线的方向上分成两个独立的功能段，其中万向节壳体内表面在外壳盖侧的功能段处光滑圆柱形地构成，而凸起和/或凹下设置在万向节壳体内表面的球轴颈侧的功能段处。按照本发明的球形万向节提供塑料轴承壳在万向节壳体中的可靠锚接，同时改进在万向节壳体与球壳之间间隙的密封性。此外可以更好地减少万向节球体与球壳之间的万向节预应力和摩擦转矩。

Description

球形万向节以及用于加工万向节壳体的方法

本申请是申请日为2007年1月15日、题为“球形万向节以及用于加工万向节壳体的方法”的中国专利申请CN200780002514.9的分案申请

技术领域

本发明涉及一种球形万向节，例如用于轴系统、用于车轮悬挂或者用于汽车上的摆动支承。本发明还涉及用于加工球形万向节的万向节壳体的方法。

背景技术

对于这种球形万向节提出的要求包括不仅在静态而且在动态负荷情况下特别高的单位承载性和微小的轴承间隙以及微小的起动或运行转矩，此外尽可能在汽车或球形万向节的使用寿命上的微少维护需求或维护自由性、尽可能轻的质量和微少的空间需求。此外按照可能性成本有利地实现加工。

例如由DE10163147A1已知这种球形万向节。这个球形万向节具有一个空心圆柱形的万向节壳体，在其内室中安装一个塑料轴承壳，用于滑动地容纳设置在球轴颈上的万向球。在上述文献中公开的球形万向节的轴承壳在万向节壳体的轴向上通过两个环绕的环卷边支承在万向节壳体的端面上。

在这个已知的球形万向节中两个环绕的环卷边的第一环卷边已经事先在塑料轴承壳上成形，而在已知的球形万向节中由于几何形状的原因只有在轴承壳导入到球形万向节的万向节壳体里面以后才产生与轴承壳第一环卷边对置的第二环卷边。

换言之，在组装已知的球形万向节时使轴承壳与已经设置在其中的球轴颈一起这样导入到外壳里面，使第一环卷边支承在大多球轴颈一侧的外壳第一端面上。然后使以第一环卷边为基准设置在对置外壳侧面上的第二环卷边通过变形工艺从事先还突出的球壳环突缘中产生。对于使环突缘变形成环卷边引用的文献建议采用热变形或者超声波变形。

但是已经证实，这样构成的塑料轴承壳在万向节外壳中的锚接不能满足对于这种球形万向节的承载性、失效安全性和抗环境性方面增加的要求。尤其是在超过球形万向节的使用寿命时导致球壳在万向节壳体中松动。然后通过这种方式可能在万向节壳体与球壳之间产生不期望的相对运动，它由于与此相关的摩擦以及由于污物进入球壳与万向节壳体之间导致尤其是球壳在其外圆周处的磨损，由此最终可能使球形万向节提前失效。

在上述文献DE10163147A1中为了解决这个问题建议，在万向节壳体的内表面处在外壳的整个高度上设置凸起和/或凹下如内角、切痕或沟槽。然后在装配球形万向节时使与万向节壳体相比具有一定过盈的、具有不变的基本圆柱形外壳面的球壳与包含在其中的万向节球一起导入或压入到万向节壳体的内室里面。在这个顶压过程中球壳的外表面对应于万向节壳体内表面的造型或形状在一定的范围中塑性变形，由此在万向节壳体与球壳之间得到更好的、形状结合的连接。

但是已经证实，在这样构成的万向节壳体中通过设置在内表面上的凸起或凹下与球壳的形状结合的啮合仍然在球壳的外表面与万向节壳体的内表面之间产生腐蚀。如同申请者已经确认的那样，这一点的原因尤其是，正是由于在万向节壳体整个高度上连续的凸起或凹下仍然可能使水或污物进入到球壳与万向节壳体之间。

端面设置在万向节壳体两个端部上的球壳的环卷边也不能完全防止这一点。这一方面涉及到，不能总是保证在突出的球壳环突缘变形成环卷边以后在万向节壳体中使球壳足够地轴向预紧。另一方面如同申请者已经发现的那样，尤其也与球壳与万向节壳体之间的不密封性有关，由于在万向节壳体中在其整个高度上设置的凸起或凹下经常不再提供足够大和光滑的定位面供球壳的相应环卷边使用。

由于一直通到万向节壳体的两个端面的在万向节壳体内表面上的凹下或凸起也可能对经常通过超声波实现的球壳环突缘卷边成环卷边的质量产生不利影响，这同样可能对球壳在万向节壳体中的锚接以及万向节壳体与球壳之间间隙的密封性产生不利影响。

在由上述现有技术已知的球形万向节中产生的对设置在万向节壳体内表面上的贯通的凸起或凹下的另一不利效应是，这些凸起或凹下在现有技术中只能事后通过例如挤压或拉削安置在已经加工完成的万向节壳体上。

在这种事后产生的凸起或凹下中或者由于事后工作过程的不精确性和误差、或者也由于在加工万向节壳体毛坯时产生的不同的材料堆积经常出现沿着万向节壳体的圆周在万向节壳体的内表面上不同高度的凸起或不同深度的凹下。万向节壳体的这种不同的凸起或凹下或者不圆度可能导致球壳与万向节球体之间的不均匀的或增加的径向预应力。

除了与此相关的球形万向节的难以通用以外这一点也导致增加的万向节磨损并由此减少球形万向节的使用寿命或者带来球形万向节提前失效的危险，它尤其在安全性重要的使用中例如在汽车上是不能容忍的。

换言之这意味着，这种通过贯通的凸起或凹下固定在万向节壳体中的塑料轴承壳经常不再能够满足目前对球形万向节在保持规定的摩擦转矩方面的要求和使用寿命的要求。如果在使用这种球形万向节期间更多的负荷影响如强烈的振动、侵蚀介质和/或磨蚀材料如污物颗粒或砂粒作用于球形万向节时，愈加是这种情况。

发明内容

因此本发明的目的是，实现一个球形万向节，它克服上述的缺陷。该球形万向节尤其能够使塑料轴承壳良好地锚接在万向节壳体里面，同时更好地保持万向节球体与球壳之间的规定万向节预应力或规定的摩擦转矩，以及在万向节壳体与球壳之间间隙的更好密封性。

这个目的通过按本发明的球形万向节以及按本发明的用于球形万向节的万向节壳体的加工方法得以实现。按本发明的球形万向节例如用于汽车的摆动支承或轴系统，具有一个基本环形的万向节壳体，在其基本圆柱形的内室里面可以设置一个球壳，其中在球壳里面可以滑动地容纳球轴颈的球，万向节壳体具有设置在其内表面处的凸起和/或凹下用于与球壳的表面啮合，其特征在于，所述万向节壳体的内表面在万向节壳体轴线的方向上分成两个独立的功能段，其中万向节壳体内表面在外壳盖侧的功能段处光滑圆柱形地构成，而凸起和/或凹下设置在万向节壳体内表面的球轴颈侧的功能段处。按本发明的用于通过冲挤加工球形万向节的基本环形万向节壳体的方法的特征在于，使万向节壳体内表面在外壳盖侧的功能段处光滑圆柱形地构成，而万向节壳体具有设置在万向节壳体内表面的球轴颈侧的功能段处的凸起和/或凹下，用于与设置在万向节壳体中的球壳的万向节壳体表面啮合，其中在冲挤过程的范围中产生两个功能段。

按照本发明的球形万向节以首先公知的方法具有一个基本环形的万向节壳体，在其基本圆柱形的内室里面可以设置一个球壳。在球壳里面可以滑动地容纳球轴颈的球体。此外万向节壳体具有设置在其内表面处的凸起和/或凹下，它们用于在万向节壳体与球壳之间形状结合的啮合。

但是所述球形万向节按照本发明的特征在于，所述万向节壳体的内表面在万向节壳体轴线的方向上分成至少两个独立的功能段。其中万向节壳体内表面在外壳盖侧的功能段处光滑圆柱形地构成。同时仅仅在万向节壳体内表面的球轴颈侧的功能段处设置凸起和/或凹下。

换言之这意味着，万向节壳体在其内表面的轴向出口处在背离球轴颈或者面对万向节壳体盖的一侧是圆柱形光滑的并且在这个部位根本没有凸起或凹下。由此在装配球形万向节时不仅实现球壳在万向节壳体中的更好且更准确的导向和定位，而且尤其也更好且全平面地定位大多通过超声波卷边产生的外壳盖侧的球壳环卷边。同时通过设置在球轴颈侧其它功能部位的万向节壳体内表面的凸起或凹下还保证在球壳的外表面与万向节壳体内表面之间良好的形状结合的啮合。

在此在万向节壳体的球轴颈侧端面里面仍然存在的球轴颈侧功能部位的凸起或凹下在万向节壳体与球壳之间间隙的密封性方面是没有问题的。这一点尤其与此相关，在万向节壳体与球壳之间的球轴颈侧的间隙由于大多设置在那里的球形万向节密封波纹套的万向节侧的隆起附加地密封和防止水份或污物进入。

本发明首次真正地实现与凸起或凹下在球轴颈侧的功能段中如何成形和设置无关，只要凸起或凹下的几何形状允许球壳在万向节壳体中可靠且尤其抗扭转地锚接。

但是按照本发明的一个特别优选的实施例使所述万向节壳体内表面在球轴颈侧的功能段处基本上棱形地成形。其中万向节壳体轴与通过万向节壳体内表面在球轴颈侧功能段处构成的假想棱形的高度重合或者相互平行。

换言之这意味着，凸起或凹下轴向平行地在球轴颈侧功能段的整个长度上延伸同时具有一个不变化的横截面。通过这种方式避免在凸起或凹下部位中的倒切，并且使万向节壳体可以在最好通过冷冲挤完成的加工后易于脱模。

按照本发明的另一同样优选的实施例使所述万向节壳体内表面在球轴颈侧的功能段处的基本形状是基本圆柱形的，其中在万向节壳体内表面上在球轴颈侧的功能段处设置许多切刀式凸起或者加入许多相应的凹下。

因此切刀式的凸起是有利的，以这种方式由于球壳外表面通过切刀式凸起的可靠塑性变形实现特别好的防旋转。而切刀式凹下导致球壳在压进万向节壳体开孔里面时特别微小的塑性变形。此外以这种方式特别精确地保持球形万向节的规定预应力，并且在大径向力时存在特别可靠的、平面的球壳支承。

本发明还涉及一种用于通过冲挤加工球形万向节的基本环形万向节壳体的方法。在此万向节壳体具有设置在其内表面处的凸起和/或凹下，它们用于与设置在万向节壳体中的球壳表面啮合。

按照本发明本方法的特征是，使万向节壳体内表面在外壳盖侧的功能段处光滑圆柱形地构成，而凸起和/或凹下仅仅设置在万向节壳体内表面的球轴颈侧的功能段处。此外在冲挤过程的范围中产生两个功能段。

换言之这意味着，按照本发明的方法尤其不仅通过冲挤过程产生万向节壳体的基本形状，而且在同一冲挤过程中也同时在万向节壳体的内表面上产生凸起或凹下。通过这种方式能够比在现有技术中通过事后的挤压或拉削过程将凸起或凹下加入到事先加工的万向节壳体里面的情况在几何形状上精确得多地加工凸起或凹下。因为在按照本发明的方法中在万向节壳体内表面上的凸起或凹下的尺寸精度基本只通过冲挤模具确定，而且它可以通过非常微小的误差加工。

此外在同一冲挤过程中不仅加工万向节壳体的以及具有凸起或凹下的万向节外壳的球轴颈侧功能段的基本形状，而且同时也加工光滑圆柱形的外壳盖侧的功能段，它用于使球壳更好地定心在万向节壳体里面以及尤其用于更好地密封球壳与万向节壳体之间的间隙。

因此在装配球形万向节时万向节壳体的光滑圆柱形的外壳盖侧的功能段不仅导致更好且更精确的球壳在万向节壳体中的导向和定位，而且也允许一般通过超声波卷边产生的外壳盖侧的球壳环卷边的更好且全平面的定位。

通过设置在球轴颈侧功能段中的万向节壳体内表面上的凸起或凹下同时保证在球壳的外表面与万向节壳体内表面之间的形状结合的啮合。

在此优选使万向节壳体的内表面通过凸起和凹下在球轴颈侧的功能段处基本上棱形地成形，其中万向节壳体轴与棱形高度是平行或者重合的。

由此避免在凸起或凹下部位中在脱模方向上的倒切，并且万向节壳体可以在通过冷冲挤完成加工后易于从冲挤模具中脱模。

附图说明

下面借助于附图示出的实施例详细描述本发明。附图中：

图1以示意纵向截面图示出按照现有技术在超声波卷边前的球形万向节，

图2以对应于图1的视图示出按照图1的在超声波卷边后的球形万向节，

图3以示意纵向截面图示出按照现有技术球形万向节的万向节壳体，

图4以对应于图3的视图示出按照图3的万向节壳体的局部放大图，

图5以示意俯视图示出按照图3和4的万向节壳体，

图6以对应于图5的视图示出按照图5的万向节壳体的局部放大图，

图7以对应于图3的视图示出按照本发明的实施例的万向节壳体，

图8以对应于图4的视图示出按照图7的万向节壳体的局部放大图，

图9以对应于图5的视图示出按照图7和8的万向节壳体的俯视图，

图10以对应于图6的视图示出按照图9的万向节壳体的局部放大图，

图11以立体图示出按照本发明的另一实施例的万向节壳体的局部图。

具体实施方式

图1和2分别以示意截面图示出按照现有技术的球形万向节的外壳部位。其中在图1的视图中由塑料组成的球壳1与设置在其中的球轴颈的万向节球体2还位于初始的、未卷边的具有突出于万向节壳体3的环突缘4的状态，而在图2的视图中环突缘通过超声波电极卷边成环卷边5。

可以看到，球形万向节的只局部示出的、通过环弹簧7加固的密封波纹套6使万向节壳体3与球壳1之间的球轴颈侧的环形间隙最佳地防止水份或污物进入地密封和保护。而万向节壳体3与球壳1之间的外壳盖侧的环间隙8在很大程度上未受保护地置于环境影响，因此在按照现有技术的这种球形万向节在这个部位可能导致异物或污物进入，伴随着上述的在球形万向节使用寿命方面的不利影响。

由图3至6放大且更加清楚地给出按照图1和2的由现有技术已知的万向节壳体3的结构。尤其可以看出，万向节壳体3的内表面9配有小切刀式凸起10，由此首次得到在万向节壳体3与要被压入的球壳1之间有效的旋转保险。

所示的、由现有技术已知的球形万向节在万向节壳体3的外壳盖侧的端面11处附加地具有许多规则地沿着圆周分布的角锥形压痕12，它们同样用于进一步改进万向节壳体3与球壳4之间的旋转保险。但是这两个措施、即万向节壳体3的切刀式凸起10和角锥形压痕12导致上述的问题，由此尤其对于在万向节壳体3的外壳盖侧的端面11处相对于在那里以8、参见图2顶靠的球壳1的环卷边5的密封性产生不利影响。

这使得异物、水或污物易于进入到万向节壳体3与球壳1之间的外壳盖侧的间隙8部位，如上所述这可能导致球形万向节的提前失效。

与此不同，按照本发明构成的球形万向节通过按照图7至10的万向节壳体3或者按照图11的万向节壳体3尤其在万向节壳体3与球壳1之间的外壳盖侧间隙8的密封性方面具有改进的特性。

可以看出，按照图7至10的万向节壳体3、也包括按照图11的万向节壳体3分别具有两个在万向节壳体轴向方向上不同的功能段13或14。其中图中靠下面的、一般球轴颈侧的功能段13、即按照图3至6的万向节壳体3的整个内表面9借助于切刀式凸起10（图7至10）或者借助于切刀式压痕（图11）同样用于万向节壳体3与要被压入其中的最好塑料的球壳1之间的优选旋转保险。

但是按照图7至11的万向节壳体3分别附加地具有另一功能段14。这个在图中靠上面的、一般外壳盖侧设置的万向节壳体3的功能段14基本光滑圆柱形地构成并因此一方面用于特别精确地使未示出球壳1容纳和定心在万向节壳体3里面。另一方面通过光滑圆柱形的功能段14克服或消除在现有技术中存在的对万向节壳体3与球壳1之间的外壳盖侧间隙8的密封性的不利影响的问题。

因为由于光滑圆柱形的功能段14首次可以使球壳1全平面地顶靠在其整个圆周上并由此紧密地顶靠在万向节壳体3的内表面的这个功能段14上。此外对于未卷边的、外壳盖侧的环突缘或环卷边5参见图2也得到一个光滑的、无干扰的且宽的端面定位面16，由此能够进一步改善球壳1与万向节壳体3之间的外壳盖侧间隙8的密封性。

因为按照本发明两个功能段13和14、即不仅球轴颈侧的功能段13与切刀式凸起10或压痕15、而且外壳盖侧的功能段14与那里的光滑圆柱形的万向节壳体3内表面都在同一冲挤模具中并且在同一冲挤过程中产生，因此总是保证，切刀式凸起10或压痕15相当精确地给出并且还与万向节壳体内表面13，14精确同心地设置。

通过这种方式在球壳1压入到万向节壳体3里面时引起的球形万向节中的预应力方面得到特别微小的扩散宽度，由此也可以精确地且按照结构设计预定的可重复地调节在万向节球体2与球壳1之间产生的摩擦转矩。

按照图11的万向节壳体3与按照图7至10的万向节壳体3的主要不同仅仅是，代替在按照图7至10的万向节壳体3中存在的球轴颈侧功能段13部位中的切刀式凸起10，在按照图11的万向节壳体3中在同一部位13中取而代之设置切刀式凹下15或压痕15。

通过这种方式能够使球壳1在特别微小的塑性变形的条件下压入到万向节壳体3的开孔里面。此外在这个实施例中特别精确地保持球形万向节的规定预应力并且通过最微小的作用于球壳1上的刻槽作用得到球壳1特别可靠的、平面支承，尤其是在产生大的径向力的时候。

因此效果是明显的，通过本发明实现一个球形万向节以及其加工方法，通过它与现有技术相比由于改善的塑料轴承壳在万向节壳体中的锚接得到显著的优点，同时改善万向节壳体与球壳之间间隙的密封性。通过按照本发明的在万向节预应力方面或者在万向节球体与球壳之间的规定摩擦转矩方面的可准确重复的允差改善球形万向节的失效可靠性和使用寿命。但是同时不提高球形万向节的加工成本，而且由于组合原先独立的工作过程甚至能够显著减少加工成本。

因此本发明在球形万向节、尤其是汽车上的球形万向节例如用于摆动支承的质量和结构改进方面以及在这种球形万向节抵抗环境影响方面具有重要的贡献。通过这种方式由于本发明可以更好地满足对于这种球形万向节在应用方面持续增加的要求，但是不会由此增加球形万向节的加工和装配成本。

附图标记清单

1球壳

2万向节球体

3万向节壳体

4环突缘

5环卷边

6弹性密封套

7环弹簧

8间隙

9内表面

10切刀式凸起

11端面

12角锥形刻槽

13内表面功能段

14内表面功能段

15切刀式压痕

16端面

Claims (7)

1.一个球形万向节，具有一个基本环形的万向节壳体（3），在其基本圆柱形的内室里面能够设置一个球壳（1），其中在球壳（1）里面能够滑动地容纳球轴颈的球（2），万向节壳体（3）具有设置在其内表面（13，14）处的凸起（10）和/或凹下（15）用于与球壳（1）的表面啮合，其特征在于，所述万向节壳体（3）的内表面（13，14）在万向节壳体轴线的方向上分成两个独立的功能段（13，14），其中万向节壳体内表面在外壳盖侧的功能段（14）处光滑圆柱形地构成，而凸起（10）和/或凹下（15）设置在万向节壳体内表面的球轴颈侧的功能段（13）处，其中，所述两个功能段（13，14）在同一个冲挤过程中产生，并且所述球壳（1）紧密地顶靠在所述外壳盖侧的功能段（14）上。

2.如权利要求1所述的球形万向节，其特征在于，所述万向节壳体内表面在球轴颈侧的功能段（13）处基本上棱形地成形，其中万向节壳体轴与棱形高度重合。

3.如权利要求1或2所述的球形万向节，其特征在于，所述万向节壳体内表面在球轴颈侧的功能段（13）处的基本形状是基本圆柱形的，其中在万向节壳体内表面上在球轴颈侧的功能段（13）处设置许多切刀式凸起（10）。

4.如权利要求1所述的球形万向节，其特征在于，所述万向节壳体内表面在球轴颈侧的功能段（13）处的基本形状是基本圆柱形的，其中在万向节壳体内表面上在球轴颈侧的功能段（13）处加入许多切刀式凹下（15）。

5.如权利要求1所述的球形万向节，其特征在于，所述球形万向节用于汽车的摆动支承或轴系统。

6.一种用于通过冲挤加工球形万向节的基本环形万向节壳体（3）的方法，其特征在于，使万向节壳体（3）内表面在外壳盖侧的功能段（14）处光滑圆柱形地构成，而万向节壳体（3）具有设置在万向节壳体内表面的球轴颈侧的功能段（13）处的凸起（10）和/或凹下（15），用于与设置在万向节壳体（3）中的球壳（1）的万向节壳体表面啮合，其中，所述两个功能段（13，14）在同一个冲挤过程中产生，并且所述球壳（1）紧密地顶靠在所述外壳盖侧的功能段（14）上。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使万向节壳体的内表面在球轴颈侧的功能段（13）处基本上棱形地成形，其中万向节壳体轴与棱形高度重合。