CN104455055B - 一种球笼型等速万向节 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种球笼型等速万向节，其外球道偏转长轴与中心线在滚动体球心处相交构成外球道偏转角δ1，δ1相对于中心线的偏转方向与经常作用在外球道上的扭矩方向相反；与δ1位于外球道偏转长轴同侧的外球道长弧线的长度大于另一侧的外球道短弧线的长度。内球道偏转长轴与中心线在滚动体球心处相交构成内球道偏转角δ2，δ2相对于中心线的偏转方向与经常作用在内球道上的扭矩方向相反；与δ2位于内球道偏转长轴同侧的内球道长弧线的长度大于另一侧内球道短弧线的长度。较长的外球道长弧线或内球道长弧线对扭转压力起到了分散作用，使球道上经常作用扭转压力的一侧受到的扭转压应力降低，从而可均衡球道的磨损程度，提高球笼型等速万向节的耐久寿命。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，特别是涉及一种球笼型等速万向节。
背景技术
乘用车的高性能等速万向传动轴总成通常由固定式万向节、滑移式万向节以及连接于万向节之间的中间轴构成。高性能的等速万向传动轴总成除了要求稳定地传递动力之外，还有强度可靠、经久耐用的要求。
目前，乘用车的高性能等速万向传动轴总成大多都采用球笼型等速万向节，包括球笼型等速固定式万向节和球笼型等速滑移式万向节。现有技术的球笼型等速万向节由外星轮、内星轮、球笼、以及多个滚动体构成。外星轮设于球笼的外侧，内星轮设于球笼的内侧，多个滚动体分别穿过球笼的各个窗口并沿球笼的圆周均布，多个滚动体分别与外星轮的相应球道以及内星轮相应的球道接触配合。外星轮各球道和内星轮各球道的横截面的轮廓一般为与相应滚动体相贴合的椭圆弧线，而且外星轮各球道和内星轮各球道的横截面轮廓的椭圆弧线具有相对于其椭圆弧线的长轴对称分布的特点，即各球道的横截面轮廓的椭圆弧线位于其椭圆弧线的长轴两侧的部分相对于该长轴呈现完全镜像关系。由于实际使用中内球道和外球道多数时间承受的是单向驱动扭矩，球笼型等速万向节的外星轮各球道和内星轮各球道位于其横截面椭圆弧线的长轴两侧的部分往往表现出磨损程度不一致的情况。经常作用扭转压力一侧的球道部分磨损严重、耐久寿命较短，而不经常作用扭转压力一侧的球道部分磨损轻微、耐久寿命较长，这使得球笼型等速万向节整体上的耐久寿命较短。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种能够平衡经常受扭转压力和不经常受扭转压力侧的球道的磨损程度，具有更长的耐久寿命的球笼型等速万向节。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种球笼型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，所述内星轮的外表面上开设有多个与所述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，每个所述球笼窗口中均设有一滚动体，所述滚动体为圆球型且与所述内球道和外球道接触配合。
在通过所述滚动体的球心和所述球笼型等速万向节的转动中心的横截面内，与所述滚动体相应的所述外球道和内球道的轮廓线均为椭圆弧线，所述外球道的椭圆弧线的长轴为外球道偏转长轴，所述内球道的椭圆弧线的长轴为内球道偏转长轴，穿过所述滚动体的球心和所述球笼型等速万向节的转动中心的直线为中心线；所述外球道偏转长轴与所述中心线在所述滚动体的球心处相交构成外球道偏转角，所述外球道偏转角为δ1，所述外球道偏转角相对于所述中心线的偏转方向与经常作用在所述外球道上的扭矩方向相反；与所述外球道偏转角位于所述外球道偏转长轴同侧的所述外球道的椭圆弧线为外球道长弧线，位于所述外球道偏转长轴另一侧的外球道的椭圆弧线为外球道短弧线，所述外球道长弧线的长度大于所述外球道短弧线的长度；所述内球道偏转长轴与所述中心线在所述滚动体的球心处相交构成内球道偏转角，所述内球道偏转角为δ2，所述内球道偏转角相对于所述中心线的偏转方向与经常作用在所述内球道上的扭矩方向相反；与所述内球道偏转角位于所述内球道偏转长轴同侧的所述内球道的椭圆弧线为内球道长弧线，位于所述内球道偏转长轴另一侧的内球道的椭圆弧线为内球道短弧线，所述内球道长弧线的长度大于所述内球道短弧线的长度。
优选地，在通过所述滚动体的球心和所述球笼型等速万向节的转动中心的横截面内，各所述滚动体与相应的所述外球道长弧线的接触点为外球道长弧接触点，与相应的所述外球道短弧线的接触点为外球道短弧接触点；所述外球道长弧接触点与所述球心之间的连线为外球道长弧压力方向线，所述外球道短弧接触点与所述球心之间的连线为外球道短弧压力方向线；所述外球道长弧压力方向线与所述外球道偏转长轴在所述球心处相交构成外球道长弧压力角β1，所述外球道短弧压力方向线与所述外球道偏转长轴在所述球心处相交构成外球道短弧压力角γ1，β1>γ1。
优选地，当所述外球道的轮廓线位于所述中心线两侧的部分相对于所述中心线对称时，所述滚动体与所述外球道接触的两个外球道接触点也相对于所述中心线对称，每根过所述外球道接触点与所述球心的直线为外球道压力方向线，所述中心线与所述外球道压力方向线在所述球心处相交构成外球道压力角α1，β1＝α1+δ1，γ1＝α1-δ1。
优选地，36°≤α1≤48°，0°<δ1≤20°。
优选地，在通过所述滚动体的球心和所述球笼型等速万向节的转动中心的横截面内，各所述滚动体与相应的所述内球道长弧线的接触点为内球道长弧接触点，与相应的所述内球道短弧线的接触点为内球道短弧接触点；所述内球道长弧接触点与所述球心之间的连线为内球道长弧压力方向线，所述内球道短弧接触点与所述球心之间的连线为内球道短弧压力方向线；所述内球道长弧压力方向线与所述内球道偏转长轴在所述球心处相交构成内球道长弧压力角β2，所述内球道短弧压力方向线与所述内球道偏转长轴在所述球心处相交构成内球道短弧压力角γ2，β2>γ2。
优选地，当所述内球道的轮廓线位于所述中心线两侧的部分相对于所述中心线对称时，所述滚动体与所述内球道接触的两个内球道接触点也相对于所述中心线对称，每根过所述内球道接触点与所述球心的直线为内球道压力方向线，所述中心线与所述内球道压力方向线在所述球心处相交构成内球道压力角α2，β2＝α2+δ2，γ2＝α2-δ2。
优选地，36°≤α2≤48°，0°<δ2≤20°。
优选地，所述外球道偏转长轴与所述内球道偏转长轴共线。
如上所述，本发明的球笼型等速万向节，具有以下有益效果：与现有技术相比，在传递的扭矩相同的情况下，较长的外球道长弧线或者内球道长弧线对扭转压力起到了分散作用，使外球道或者内球道上经常作用扭转压力的一侧受到的扭转压应力有所降低，减缓了这部分外球道或者内球道的磨损速度；而外球道或者内球道上不经常作用扭转压力的一侧受到的扭转压应力相对有所提高，加快了这部分外球道或者内球道的磨损速度，从而可以使整个外球道或者内球道的磨损情况更为均衡，提高了外星轮或者内星轮的耐久寿命以及整个万向节的扭转强度。
附图说明
图1显示为本发明的球笼型等速万向节的轴向截面示意图。
图2显示为图1的A-A向截面示意图。
图3显示为图2中仅保留外星轮和一个滚动体的示意图。
图4显示为图2中仅保留内星轮和一个滚动体的示意图。
图5显示为图3的局部示意图。
图6显示为图4的局部示意图。
图7显示为外球道的轮廓线相对于中心线对称时外星轮和一个滚动体的局部示意图。
图8显示为内球道的轮廓线相对于中心线对称时内星轮和一个滚动体的局部示意图。
元件标号说明
1 外星轮
11 外球道偏转长轴
12 外球道长弧线
121 外球道长弧接触点
122 外球道接触点
13 外球道短弧线
131 外球道短弧接触点
14 外球道长弧压力方向线
15 外球道短弧压力方向线
16 外球道压力方向线
2 内星轮
21 内球道偏转长轴
22 内球道长弧线
221 内球道长弧接触点
222 内球道接触点
23 内球道短弧线
231 内球道短弧接触点
24 内球道长弧压力方向线
25 内球道短弧压力方向线
26 内球道压力方向线
3 球笼
4 滚动体
5 中心线
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员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与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1至图4，本发明提供的球笼型等速万向节包括设有内腔的外星轮1、位于内腔中的内星轮2，以及设置于外星轮1和内星轮2之间的球笼3。外星轮1的内表面上开设有多个外球道，内星轮2的外表面上开设有多个与外球道相对设置的内球道，球笼3的圆周面上开设有多个与外球道和内球道相连通的球笼窗口，每个球笼窗口中均设有一滚动体4，滚动体4为圆球型且与内球道和外球道接触配合。于实施例中，各球笼窗口沿球笼3的圆周均匀分布，球笼3中的滚动体4为钢球。
在通过滚动体4的球心O1的横截面(如图2所示的通过球心O1和转动中心O的径向截面)内，与滚动体4相应的外球道和内球道的轮廓线均为椭圆弧线。穿过滚动体4的球心O1和球笼型等速万向节的转动中心O的直线为中心线5。现有技术中，外球道和内球道的轮廓线的椭圆弧线的长轴与中心线5相重合，各内球道、外球道的轮廓线位于该长轴两侧的部分均相对于该长轴对称。为了改变现有技术中内球道或者外球道上经常作用扭转压力与不经常作用扭转压力的部分磨损程度不均衡的状况，本发明的内球道、外球道的椭圆弧线的长轴相对于中心线5偏转一定角度构成偏转角，偏转中心为滚动体4的球心O1。
如图5和图6中本发明提供的球笼型等速万向节的横截面示意图所示，外球道轮廓线上椭圆弧线的长轴为外球道偏转长轴11，内球道轮廓线上似椭圆弧线的长轴为内球道偏转长轴21。图5和图6中仅显示了一个滚动体4与外星轮1、内星轮2的接触配合情况，以下内容均以图中该滚动体4与外星轮1、内星轮2的接触配合情况为例，其他各滚动体与外星轮1、内星轮2接触配合的方式均与该滚动体4与外星轮1、内星轮2接触配合方式相同。
如图5所示，外球道偏转长轴11与中心线5在滚动体4的球心O1处相交构成了外球道偏转角，外球道偏转角用δ1表示。该外球道偏转角δ1相对于中心线5的偏转方向与经常作用在外球道上的扭矩方向(如图2中箭头指示方向)相反。与外球道偏转角δ1位于外球道偏转长轴11同侧的外球道的椭圆弧线为外球道长弧线12，位于外球道偏转长轴11另一侧的外球道的椭圆弧线为外球道短弧线13。显然，以外球道偏转长轴11为界，外球道长弧线12的长度大于外球道短弧线13的长度。
相应地，如图6所示，内球道偏转长轴21与中心线5在滚动体4的球心O1处相交构成了内球道偏转角，用δ2表示。该内球道偏转角δ2相对于中心线5的偏转方向与经常作用在内球道上的扭矩方向(如图2中箭头指示方向)相反。与内球道偏转角δ2位于内球道偏转长轴21同侧的内球道的椭圆弧线为内球道长弧线22，位于内球道偏转长轴21另一侧的内球道的椭圆弧线为内球道短弧线23。以内球道偏转长轴21为界，内球道长弧线22的长度大于内球道短弧线23的长度。
如图7和图8所示，如果内球道或者外球道的椭圆弧线的长轴相对于中心线5没有偏转，δ1＝0°，δ2＝0°，外球道或内球道的轮廓线位于椭圆弧线的长轴(中心线5)两侧的部分相对于中心线5对称。这种情况下，每个滚动体4与外球道有两个接触点(外球道接触点122)，与内球道也有两个接触点(内球道接触点222)，这两个外球道接触点122或两个内球道接触点222分别相对于过该滚动体4的球心O1的中心线5对称，到转动中心O的距离也分别相等。过外球道接触点122与球心O1的直线为外球道压力方向线16，中心线5与外球道压力方向线16在球心O1处相交构成外球道压力角α1。过内球道接触点222与球心O1的直线为内球道压力方向线26，中心线5与内球道压力方向线26在球心O1处相交构成内球道压力角α2。两条外球道压力方向线16和两个外球道压力角α1分别相对于中心线5对称，两条内球道压力方向线26和两个内球道压力角α2也分别相对于中心线5对称。
由于外球道或者内球道的椭圆弧线长轴(中心线5)两侧的椭圆弧线长度相等，在外球道椭圆弧线的长轴两侧，经常作用扭转压力的一侧和不经常作用扭转压力的一侧在有扭转压力作用时受到的扭转压应力大小是一样的；在内球道椭圆弧线的长轴两侧，经常作用扭转压力的一侧和不经常作用扭转压力的一侧在有扭转压力作用时受到的扭转压应力大小也是一样的。外球道或者内球道经常受到扭转压应力的一侧和不经常受到扭转压应力的一侧磨损程度不同。
对于本发明提供的球笼型等速万向节，外球道的椭圆弧线位于外球道偏转长轴11两侧的部分相对于外球道偏转长轴11并不对称，经常作用扭转压力的一侧的外球道长弧线12长度较长，不经常作用扭转压力一侧的外球道短弧线13长度较短。同样地，内球道的椭圆弧线在内球道偏转长轴21两侧的部分也不对称，经常作用扭转压力的一侧的内球道长弧线22长度较长，位于内球道偏转长轴21不经常作用扭转压力的一侧的内球道短弧线23长度较短。与现有技术相比，在传递的扭矩相同的情况下，较长的外球道长弧线12或者内球道长弧线22对扭转压力起到了一定的分散作用，使外球道或者内球道上经常作用扭转压力的一侧受到的扭转压应力有所降低，减缓了这部分外球道或者内球道的磨损速度；而外球道或者内球道上不经常作用扭转压力的一侧受到的扭转压应力有所提高，加快了这部分外球道或者内球道的磨损速度，使整个外球道或者内球道的磨损情况更为均衡，增加了外星轮1或者内星轮2的耐久寿命以及万向节的扭转强度。
图5中，在通过滚动体4的球心O1的横截面内，滚动体4与相应的外球道的椭圆弧线有两个接触点。其中，滚动体4与外球道长弧线12的接触点为外球道长弧接触点121，与相应的外球道短弧线13的接触点为外球道短弧接触点131。外球道长弧接触点121与球心O1之间的连线为外球道长弧压力方向线14，外球道短弧接触点131与球心O1之间的连线为外球道短弧压力方向线15。外球道长弧压力方向线14与外球道偏转长轴11在球心O1处相交构成外球道长弧压力角β1，外球道短弧压力方向线15与外球道偏转长轴11在球心O1处相交构成了外球道短弧压力角γ1。
如图6所示，内球道与外球道相似，在通过滚动体4的球心O1的横截面内，各滚动体4与相应的内球道长弧线22的接触点为内球道长弧接触点221，与相应的内球道短弧线23的接触点为内球道短弧接触点231。内球道长弧接触点221与球心O1之间的连线为内球道长弧压力方向线24，内球道短弧接触点231与球心O1之间的连线为内球道短弧压力方向线25。内球道长弧压力方向线24与内球道偏转长轴21在球心O1处相交构成内球道长弧压力角β2。内球道短弧压力方向线25与内球道偏转长轴21在球心O1处相交构成内球道短弧压力角γ2。
在本发明的实施例中，β1＝α1+δ1，γ1＝α1-δ1。36°≤α1≤48°，0°<δ1≤20°。β2＝α2+δ2，γ2＝α2-δ2。36°≤α2≤48°，0°<δ2≤20°。外球道长弧接触点121和外球道短弧接触点131到转动中心O之间的距离近似相等，外球道长弧接触点121和外球道短弧接触点131受到的扭矩大小近似相等，作用在外球道长弧线12上的扭转压力与作用在外球道短弧线13上的扭转压力也近似相等。由于外球道长弧线12相对于外球道短弧线13更长，作用在外球道长弧线12上的扭转压应力相对于作用在外球道短弧线13上的扭转压应力更小。相应地，内球道长弧接触点221和内球道短弧接触点231到转动中心O之间的距离也近似相等，作用在内球道长弧线22上的扭转压应力相对于作用在内球道短弧线23上的扭转压应力也更小。
于实施例中，为便于生产制造，外球道偏转长轴11与内球道偏转长轴21共线；外球道短弧压力方向线15与内球道短弧压力方向线25共线；外球道长弧压力方向线14与内球道长弧压力方向线24共线。
综上，本发明提供的球笼型等速万向节，外球道椭圆弧线或内球道椭圆弧线的长轴相对于中心线5有一偏转角度，偏转方向与经常作用在外球道或者内球道上的扭矩方向相反，使外球道的椭圆弧线或者内球道的椭圆弧线位于外球道偏转长轴11或者内球道偏转长轴21经常作用扭转压力一侧的长度较长，而位于不经常作用扭转压力一侧的长度较短。与现有技术相比，在传递的扭矩相同的情况下，较长的外球道长弧线12或者内球道长弧线22对扭转压力起到了分散的作用，使外球道或者内球道上经常作用扭转压力的一侧的扭转压应力有所降低，减缓了外球道或者内球道这部分的磨损速度；而外球道或者内球道上不经常作用扭转压力的一侧的扭转压应力有所提高，加快了这部分外球道或者内球道的磨损速度，使整个外球道或者内球道的磨损情况更为均衡，增加了外星轮1或者内星轮2的耐久寿命以及该球笼型等速万向节的扭转强度。
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 (8)
1.一种球笼型等速万向节，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，所述内星轮的外表面上开设有多个与所述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，每个所述球笼窗口中均设有一滚动体，所述滚动体为圆球型且与所述内球道和外球道接触配合，其特征在于：
在通过所述滚动体的球心和所述球笼型等速万向节的转动中心的横截面内，与所述滚动体相应的所述外球道和内球道的轮廓线均为椭圆弧线，所述外球道的椭圆弧线的长轴为外球道偏转长轴，所述内球道的椭圆弧线的长轴为内球道偏转长轴，穿过所述滚动体的球心和所述球笼型等速万向节的转动中心的直线为中心线；
所述外球道偏转长轴与所述中心线在所述滚动体的球心处相交构成外球道偏转角，所述外球道偏转角为δ1，所述外球道偏转角相对于所述中心线的偏转方向与经常作用在所述外球道上的扭矩方向相反；外球道的椭圆弧线位于外球道偏转长轴两侧的部分相对于外球道偏转长轴不对称；与所述外球道偏转角位于所述外球道偏转长轴同侧的所述外球道的椭圆弧线为外球道长弧线，位于所述外球道偏转长轴另一侧的外球道的椭圆弧线为外球道短弧线，所述外球道长弧线的长度大于所述外球道短弧线的长度；
所述内球道偏转长轴与所述中心线在所述滚动体的球心处相交构成内球道偏转角，所述内球道偏转角为δ2，所述内球道偏转角相对于所述中心线的偏转方向与经常作用在所述内球道上的扭矩方向相反；内球道的椭圆弧线位于内球道偏转长轴两侧的部分相对于内球道偏转长轴不对称；与所述内球道偏转角位于所述内球道偏转长轴同侧的所述内球道的椭圆弧线为内球道长弧线，位于所述内球道偏转长轴另一侧的内球道的椭圆弧线为内球道短弧线，所述内球道长弧线的长度大于所述内球道短弧线的长度。
2.根据权利要求1所述的球笼型等速万向节，其特征在于：在通过所述滚动体的球心和所述球笼型等速万向节的转动中心的横截面内，各所述滚动体与相应的所述外球道长弧线的接触点为外球道长弧接触点，与相应的所述外球道短弧线的接触点为外球道短弧接触点；所述外球道长弧接触点与所述球心之间的连线为外球道长弧压力方向线，所述外球道短弧接触点与所述球心之间的连线为外球道短弧压力方向线；所述外球道长弧压力方向线与所述外球道偏转长轴在所述球心处相交构成外球道长弧压力角β1，所述外球道短弧压力方向线与所述外球道偏转长轴在所述球心处相交构成外球道短弧压力角γ1，β1>γ1。
3.根据权利要求2所述的球笼型等速万向节，其特征在于：当所述外球道的轮廓线位于所述中心线两侧的部分相对于所述中心线对称时，所述滚动体与所述外球道接触的两个外球道接触点也相对于所述中心线对称，每根过所述外球道接触点与所述球心的直线为外球道压力方向线，所述中心线与所述外球道压力方向线在所述球心处相交构成外球道压力角α1，β1＝α1+δ1，γ1＝α1-δ1。
4.根据权利要求3所述的球笼型等速万向节，其特征在于：36°≤α1≤48°，0°<δ1≤20°。
5.根据权利要求1所述的球笼型等速万向节，其特征在于：在通过所述滚动体的球心和所述球笼型等速万向节的转动中心的横截面内，各所述滚动体与相应的所述内球道长弧线的接触点为内球道长弧接触点，与相应的所述内球道短弧线的接触点为内球道短弧接触点；所述内球道长弧接触点与所述球心之间的连线为内球道长弧压力方向线，所述内球道短弧接触点与所述球心之间的连线为内球道短弧压力方向线；所述内球道长弧压力方向线与所述内球道偏转长轴在所述球心处相交构成内球道长弧压力角β2，所述内球道短弧压力方向线与所述内球道偏转长轴在所述球心处相交构成内球道短弧压力角γ2，β2>γ2。
6.根据权利要求5所述的球笼型等速万向节，其特征在于：当所述内球道的轮廓线位于所述中心线两侧的部分相对于所述中心线对称时，所述滚动体与所述内球道接触的两个内球道接触点也相对于所述中心线对称，每根过所述内球道接触点与所述球心的直线为内球道压力方向线，所述中心线与所述内球道压力方向线在所述球心处相交构成内球道压力角α2，β2＝α2+δ2，γ2＝α2-δ2。
7.根据权利要求6所述的球笼型等速万向节，其特征在于：36°≤α2≤48°，0°<δ2≤20°。
8.根据权利要求1所述的球笼型等速万向节，其特征在于：所述外球道偏转长轴与所述内球道偏转长轴共线。
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