CN103867590B - 可伸缩式球笼等速万向节 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可伸缩式球笼等速万向节，包括设有外球道的外星轮、设有内球道的内星轮、设有球笼窗口的球笼、以及多个滚动体，所述外球道包括外斜球道和外直球道，所述外斜球道的中心线和外星轮的轴线成锐角α，所述内球道包括内斜球道和内直球道，所述内斜球道和外斜球道镜像对称设置，所述内直球道和外直球道镜像对称设置；三个外斜球道的中心线和三个内斜球道中心线相交得到三个交点，由这三个交点确定一角平分面，且该角平分面平分由外星轮的轴线和内星轮的轴线所形成的夹角γ，多个滚动体的中心均位于该角平分面内。该可伸缩式球笼等速万向节具有严格的等速性、且伸缩时的移动阻力小，同时其承载能力高，进而保证传动系统的正常工作。

Description

可伸缩式球笼等速万向节

技术领域

本发明涉及一种汽车传动用万向节，特别是涉及一种可伸缩式球笼等速万向节。

背景技术

在汽车传动系统及其他系统中，为了实现一些轴线不重合的两根转轴之间的动力传递，必须采用万向节传动装置。万向节传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还包括中间支承，所述万向节是汽车传动系统中万向节传动装置的“关节”部位，可允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化，并允许被连接的零件之间有一定范围的相对伸缩运动。

目前，万向节的种类繁多，按万向节在扭转方向上是否具有明显的弹性可将万向节分为刚性万向节和挠性万向节两个大类，而刚性万向节又可分为不等速万向节、准等速万向节和等速万向节三种。其中，等速万向节是把两根轴线不重合的轴连接起来、并使两根轴以相同的角速度传递运动的机构，其具有传动平稳、可靠等优点，故被广泛地应用在前轮驱动的汽车上。

如申请号为201280022002.X的中国发明专利申请说明书公开了一种双偏移等速万向节，包括外部元件、内部元件、环形元件和多个扭矩传递元件。外部元件限定了外部元件轴线，其中形成有多个外部轨道，并且具有内表面，多个外部轨道平行于外部元件轴线。内部元件限定了内部元件轴线，具有球形外表面，并且具有多个内部轨道，多个内部轨道平行于内部元件轴线，并且球形外表面具有与万向节枢转点不同的中心。环形元件具有第一球形外表面、第二球形外表面、球形内表面和穿过环形元件形成的多个穿孔，第一球形外表面和球形内表面具有与内部元件的球形外表面共同的中心；第二球形外表面具有与万向节枢转点和第一球形外表面不同的中心；第二球形外表面的直径与外部元件的内表面的直径互补。环形元件设置在内部元件和外部元件之间，多个扭矩传递元件设置在穿过环形元件形成的穿孔中，每个扭矩传递元件接触一个外部轨道和一个内部轨道，多个扭矩传递元件与多个外部轨道和多个内部轨道配合，以将环形元件定位在将由外部元件轴线和内部元件轴线形成的角度平分的平面中，以此来保证万向节传动的严格等速性。但是，该双偏移等速万向节在使用过程中具有如下缺陷：1、由于该万向节是通过环形元件来约束扭矩传递元件（即滚动体）的位置，环形元件和内部元件之间为球面配合，其不允许相对移动，从而使得万向节在伸缩时滚动体的移动距离和内部元件的移动距离相同，故滚动体在外部元件的外部轨道内的移动是滑动，从而使得该万向节在伸缩移动时阻力很大；2、因滚动体和外部元件的外部轨道之间为滑动移动，故存在一个较大的滑动摩擦力，从而降低该万向节的承载能力，缩短该万向节的使用寿命，无法保证汽车传动系统的正常工作。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种等速性好、伸缩移动时阻力小且承载能力大可伸缩式球笼等速万向节。

为实现上述目的，本发明提供一种可伸缩式球笼等速万向节，包括设有内腔的外星轮、以及位于内腔中的内星轮，所述外星轮和内星轮之间设有一球笼，所述外星轮的内表面上开设有多个外球道，内星轮的外表面上开设有多个和外球道相对设置的内球道，所述球笼的周面上开设有多个与外球道、内球道连通的球笼窗口，每个球笼窗口中均设有一滚动体，该滚动体的内外两端分别位于内球道和外球道中，所述外球道包括三个沿外星轮周向均匀分布的外斜球道，相邻的两个外斜球道之间设有外直球道，所述外斜球道的中心线和外星轮的轴线成锐角α，所述外直球道的中心线和外星轮的轴线平行，所述内球道包括内斜球道和内直球道，所述内斜球道和外斜球道镜像对称设置，所述内直球道和外直球道镜像对称设置；三个外斜球道的中心线和三个内斜球道中心线相交得到三个交点，由这三个交点确定一角平分面，且该角平分面平分由外星轮的轴线和内星轮的轴线所形成的夹角γ，多个滚动体的中心均位于该角平分面内。

进一步地，所述外斜球道的中心线、外直球道的中心线、内斜球道的中心线、内直球道的中心线均为直线。

优选地，所述外直球道为六个，且相邻两个外斜球道之间的外直球道为两个。

进一步地，所述外斜球道、外直球道、内斜球道以及内直球道均为圆弧形凹槽或椭圆形凹槽，所述滚动体和圆弧形凹槽或椭圆形凹槽为间隙配合。

优选地，多个滚动体的直径相等。

进一步地，所述球笼的多个球笼窗口的中心位于同一平面内。

优选地，所述滚动体为钢球。

如上所述，本发明涉及的可伸缩式球笼等速万向节，具有以下有益效果：

该可伸缩式球笼等速万向节中，不管外星轮的轴线和内星轮的轴线是重合还是相交，其都能够通过三组相互配合的外斜球道、内斜球道的中心线交点来控制滚动体的位置，从而使该万向节保持严格的等速性；另外，当万向节伸缩时，即外星轮和内星轮做伸缩式移动时，滚动体的位置始终是由外斜球道中心线与内斜球道的中心线的交点来控制的，故滚动体的相对移动距离严格为内星轮和外星轮之间相对移动距离的一半，且滚动体与外球道、滚动窗口、内球道均为间隙配合，从而严格保证万向节在做伸缩式移动时，滚动体在外球道、滚动窗口、内球道中的移动为纯滚动移动，进而减小万向节伸缩时的移动阻力；同时，使用最少数量的斜球道组来控制滚动体的位置，进而相对增加直球道组的数量，使更多的直球道用于传递扭矩，在降低万向节伸缩阻力的同时还提高了万向节的承载能力，保证传动系统的正常工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中球笼的结构示意图。

图3为图1中外星轮的结构示意图。

图4为外星轮的内表面展开图。

图5为图1中内星轮的结构示意图。

图6为内星轮的外表面展开图。

图7为本发明中内星轮轴线和外星轮轴线相交时的工作状态。

图8为本发明中内星轮轴线和外星轮轴线重合时的工作状态。

元件标号说明

1外星轮

11内腔

12外球道

121外斜球道

122外直球道

2内星轮

21内球道

211内斜球道

212内直球道

22轴孔

3球笼

31球笼窗口

4滚动体

5角平分面

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种可伸缩式球笼等速万向节，用于汽车传动系统中，使轴线相交的两根轴以等角速度传动。如图1至图6所示，该可伸缩式球笼等速万向节包括设有内腔11的外星轮1、以及位于内腔11中的内星轮2，所述外星轮1和内星轮2之间设有一球笼3，所述外星轮1的内表面上开设有多个外球道12，内星轮2的外表面上开设有多个和外球道12相对设置的内球道21，所述球笼3的周面上开设有多个与外球道12、内球道21连通的球笼窗口31，每个球笼窗口31中均设有一滚动体4，该滚动体4的内外两端分别位于内球道21和外球道12中，所述球笼3即为一保持架，球笼窗口31用于保持所述滚动体4。所述外球道12包括三个沿外星轮1周向均匀分布的外斜球道121，相邻的两个外斜球道121之间设有外直球道122，所述外斜球道121的中心线和外星轮1的轴线成锐角α，所述外直球道122的中心线和外星轮1的轴线平行，所述内球道21包括内斜球道211和内直球道212，所述内斜球道211和外斜球道121镜像对称设置，所述内直球道212和外直球道122镜像对称设置；三个外斜球道121的中心线和三个内斜球道211中心线相交得到三个交点，由这三个交点确定一角平分面5，且该角平分面5平分由外星轮1的轴线和内星轮2的轴线所形成的夹角γ，多个滚动体4的中心均位于该角平分面5内。

本发明中，所述滚动体4的内端是指在外星轮1或内星轮2的径向上，滚动体4靠近内星轮2的那一端；所述滚动体4的外端是指在外星轮1或内星轮2的径向相，滚动体4靠近外星轮1的那一端，所述外星轮1、球笼3、以及内星轮2的横截面均呈圆形。另外，所述外直球道122为六个，且相邻两个外斜球道121之间的外直球道122为两个，故外星轮1的内表面上一共有九个球道，分别以“外斜球道121、外直球道122、外直球道122、外斜球道121、外直球道122、外直球道122、外斜球道121、外直球道122、外直球道122”的方式周向均匀分布，且三个外斜球道121中心线的倾斜方向相同；而内星轮2外表面上的内球道21与外星轮1内表面上的外球道12是相对设置的，故内星轮2外表面上也有九个球道，分别以“内斜球道211、内直球道212、内直球道212、内斜球道211、内直球道212、内直球道212、内斜球道211、内直球道212、内直球道212”的方式周向均匀分布，且三个内斜球道211中心线的倾斜方向相同。

优选地，所述外斜球道121的中心线、外直球道122的中心线、内斜球道211的中心线、内直球道212的中心线均为直线，且内斜球道211和外斜球道121镜像对称设置，所述内直球道212和外直球道122镜像对称设置。以下分别以一组内斜球道211和外斜球道121、一组内直球道212和外直球道122来举例说明镜像对称设置。

内斜球道211和外斜球道121的镜像对称设置：如图4和图6所示，所述外斜球道121的中心线L1与外星轮1的轴线L成夹角α，内斜球道211的中心线S1与内星轮2的轴线S成夹角β，则夹角α和夹角β大小相等、方向相反；同时，外斜球道121的中心线距外星轮1的轴线的距离为PCR1，内斜球道211的中心线距内星轮2的轴线的距离为PCR3，则PCR1=PCR3，即该组镜像对称设置的外斜球道121和内斜球道211中，外斜球道121的中心线和内斜球道211的中心线在同一平面中且相交。

内直球道212和外直球道122的镜像对称设置：所述外直球道122的中心线L2与外星轮1的轴线L平行，内直球道212的中心线S2与内星轮2的轴线S也平行；同时，外直球道122的中心线距外星轮2的轴线的距离为PCR2，内直球道212的中心线距内星轮2的轴线的距离为PCR4，则PCR2=PCR4，即该组镜像对称设置的外直球道122和内直球道212中，外直球道122的中心线和内直球道212的中心线在同一平面中且重合或相交。

外星轮1和内星轮2在传递动力时，外星轮1的轴线和内星轮2的轴线可能是相交状态，也可能是重合状态。当外星轮1的轴线和内星轮2的轴线相交时，如图7所示，则外星轮1的九个外球道12和内星轮2的九个内球道21相交，并且有九个交点，这九个交点均位于所述角平分面5中，同时九个滚动体4的中心也均位于该角平分面5中，从而使万向节保持严格的等速性；当外星轮1的轴线和内星轮2的轴线重合时，如图8所示，则外直球道122的中心线和内直球道212的中心线重合，两者之间有无数个交点，故失去对滚动体4的定位作用；但外斜球道121的中心线和内斜球道211的中心线仍是相交的，仍具有唯一的交点，故由三组外斜球道121的中心线和内斜球道211的中心线相交可得到三个唯一的交点，由这三个交点可唯一确定一平面，该平面即为平分由外星轮1的轴线和内星轮2的轴线所形成的夹角γ的角平分面5，因此仍然可以控制滚动体4的位置，从而保证在任何情况下万向节都保持严格的等速性。

具体说，该可伸缩式球笼等速万向节用于汽车传动系统中时，内星轮2的中间开设有一轴孔22，见图5，该轴孔22用于和第一传动轴连接，且第一传动轴和内星轮2为花键联接；而外星轮1可通过焊接的方式与第二传动轴的轴管相连接，第一传动轴和第二传动轴的轴线相交。第一传动轴和第二传动轴中有一根轴为主动轴，以第一传动轴为主动轴时举例：第一传动轴带动内星轮2转动，使滚动体4转动、并使滚动体4在内球道21和外球道12的长度方向上来回移动，进而带动外星轮1转动，最终带动第二传动轴转动。上述传动过程中，各零部件角速度的关系如下：

ω_{第一传动轴}=ω_内星轮；

ω_外星轮=ω_滚动体=ω_内星轮；

ω_{第二传动轴}=ω_外星轮；

所以，ω_{第一传动轴}=ω_{第二传动轴}，即使得第一传动轴和第二传动轴以相同的角速度运动，实现等速传动。

另外，万向节在等速传动过程中可能还会做伸缩式移动，以外星轮1不动，内星轮2相对外星轮1的移动距离为W，则角平分面5的移动距离为W/2，故滚动体4的移动距离也为W/2，即万向节伸缩移动时，滚动体4的相对移动距离严格为外星轮1和内星轮2之间相对移动距离的一半，同时滚动体4与外球道12、球笼窗口31、内球道21均为间隙配合，故实现了万向节伸缩移动时，滚动体4在外球道12、内球道21中的移动为纯滚动，进而减小万向节伸缩时的移动阻力。

综上所述，万向节在等速传动的过程中，三组外斜球道121、滚动体4、内斜球道211相配合，主要用于保证万向节的严格等速性，降低万向节伸缩时的移动阻力，确保第一传动轴和第二传动轴之间能够以等角速度传动，从而保证汽车传动系统运转的稳定性；六组外直球道122、滚动体4、内直球道212相配合，主要用于传递扭矩，承受载荷。也就是说，本申请在保证万向节等速性的前提下，使用了最少个数的斜球道组，从而能够相对增加直球道组的个数，使更多的球道、以及球道中的滚动体4能够参与扭矩的传递，以提高万向节的承载能力，延长其使用寿命。另外，在传动过程中，球笼3受力，若直球道组的个数较多，则球笼3外周面上的球笼窗口31也会比较密集，此时会降低球笼3的结构强度；故本申请通过多次受力分析，将直球道组的数量设定为六组，则球笼3外周面上的球笼窗口31为九个，且九个球笼窗口31的中心位于同一平面内，进而在提高万向节承载能力的基础上又保证球笼3的结构强度。

另外，在不同的传动系统中，外星轮1、球笼3以及内星轮2的大小会有所不同，此时可通过增加或减小滚动体4的直径来使该万向节满足与不同传动系统的需求。

进一步地，所述外斜球道121、外直球道122、内斜球道211以及内直球道212均为圆弧形凹槽或椭圆形凹槽，所述滚动体4和圆弧形凹槽或椭圆形凹槽为间隙配合，若为圆弧形凹槽，则圆弧形凹槽的半径略大于滚动体4的半径；若为椭圆形凹槽，则椭圆形凹槽的长轴平行于外星轮1或内星轮2的径向。另外，所述滚动体4优选采用钢球。

优选地，为了简化万向节的结构，降低万向节的制造成本，本申请中，多个滚动体4的直径相等，即九个钢球的直径相同，故外星轮1中，三个外斜球道121的半径和六个外直球道122的半径相等；球笼3中，九个球笼窗口31的大小相等；内星轮2中，三个内斜球道211的半径和六个内直球道212的半径相等，从而大大简化外星轮1、球笼3和内星轮2的制造工序，降低万向节的制造成本。

综上所述，本申请涉及的可伸缩式球笼等速万向节的承载能力相对于现有的万向节提升30%左右，作为移动节用于等速传动轴，还可作为高速节用于虎克传动轴。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种可伸缩式球笼等速万向节，包括设有内腔（11）的外星轮（1）、以及位于内腔（11）中的内星轮（2），所述外星轮（1）和内星轮（2）之间设有一球笼（3），所述外星轮（1）的内表面上开设有多个外球道（12），内星轮（2）的外表面上开设有多个和外球道（12）相对设置的内球道（21），所述球笼（3）的周面上开设有多个与外球道（12）、内球道（21）连通的球笼窗口（31），每个球笼窗口（31）中均设有一滚动体（4），该滚动体（4）的内外两端分别位于内球道（21）和外球道（12）中，其特征在于：所述外球道（12）包括三个沿外星轮（1）周向均匀分布的外斜球道（121），相邻的两个外斜球道（121）之间设有外直球道（122），所述外斜球道（121）的中心线和外星轮（1）的轴线成锐角α，所述外直球道（122）的中心线和外星轮（1）的轴线平行，所述内球道（21）包括内斜球道（211）和内直球道（212），所述内斜球道（211）和外斜球道（121）镜像对称设置，所述内直球道（212）和外直球道（122）镜像对称设置；三个外斜球道（121）的中心线和三个内斜球道（211）中心线相交得到三个交点，由这三个交点确定一角平分面（5），且该角平分面（5）平分由外星轮（1）的轴线和内星轮（2）的轴线所形成的夹角γ，多个滚动体（4）的中心均位于该角平分面（5）内。

2.根据权利要求1所述的可伸缩式球笼等速万向节，其特征在于：所述外斜球道（121）的中心线、外直球道（122）的中心线、内斜球道（211）的中心线、内直球道（212）的中心线均为直线。

3.根据权利要求1所述的可伸缩式球笼等速万向节，其特征在于：所述外直球道（122）为六个，且相邻两个外斜球道（121）之间的外直球道（122）为两个。

4.根据权利要求1所述的可伸缩式球笼等速万向节，其特征在于：所述外斜球道（121）、外直球道（122）、内斜球道（211）以及内直球道（212）均为圆弧形凹槽或椭圆形凹槽，所述滚动体（4）和圆弧形凹槽或椭圆形凹槽为间隙配合。

5.根据权利要求1所述的可伸缩式球笼等速万向节，其特征在于：多个滚动体（4）的直径相等。

6.根据权利要求1所述的可伸缩式球笼等速万向节，其特征在于：所述球笼（3）的多个球笼窗口（31）的中心位于同一平面内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的可伸缩式球笼等速万向节，其特征在于：所述滚动体（4）为钢球。