CN104806651A - 固定式等速万向节 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固定式等速万向节，包括外星轮、置于外星轮内的内星轮以及设于外星轮与内星轮之间的球笼，外星轮的内表面为内球面，内星轮的外表面为外球面，内球面的球心与外球面的球心重合，外星轮的内球面上和内星轮的外球面上分别设有绕各自轴线等分布置的N个球道，N为6、8、9、10或12，N个球道中有n个球道的中心相重合且与自身所在球面的球心存在偏置，n≥3，且n个球道将球面上的相同圆周n等分，剩余的N-n个球道的中心与自身所在球面的球心重合，球笼的周面上开设有N个与球道连通的窗口，每个窗口中均设有一个钢球，钢球与球道接触配合。本发明的固定式等速万向节运动效率高。

Description

固定式等速万向节

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，特别是涉及一种固定式等速万向节。

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等速万向节、滑移式等速万向节以及连接于这两个等速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平稳地传递动力之外，还有高效率、高强度的要求。

现有技术的固定式等速万向节由外星轮、内星轮、球笼、以及多个钢球构成。外星轮设于球笼的外侧，内星轮设于球笼的内侧，多个钢球分别穿过球笼的各个窗口并沿球笼的圆周均布，多个钢球分别与外星轮的相应球道以及内星轮的相应球道接触配合。外星轮各球道和内星轮各球道的中心分列于固定式等速万向节中心的左右两侧，即存在中心偏置，其目的是当固定式等速万向节有摆角时，由球笼窗口将各个钢球保持在固定式等速万向节摆角的等分平面内，以便使固定式等速万向节具有瞬时等速传递旋转运动的特性。但是与此同时，外星轮的各球道和内星轮的各球道会对相应设置的各个钢球作用推力，钢球的推力又会作用在球笼的窗口上，而球笼窗口上的推力由球笼表面与外星轮的内球面以及内星轮的外球面之间的压力来平衡，这个压力会在球笼表面与外星轮的内球面以及内星轮的外球面之间形成固定式等速万向节在有摆角情况下旋转运动的摩擦阻力。中心偏置越大或者产生推力的钢球的个数越多，球笼窗口的受力就越大，球笼表面与外星轮的内球面以及内星轮的外球面之间的摩擦阻力也越大，这样就影响了固定式等速万向节的球笼强度以及固定式等速万向节的运动效率。

因此，需要一种运动效率高、球笼自身强度高的固定式等速万向节。

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固定式等速万向节，用于解决现有技术中固定式等速万向节运动效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种固定式等速万向节，包括外星轮、置于外星轮内的内星轮以及设于外星轮与内星轮之间的球笼，所述外星轮的内表面为内球面，所述内星轮的外表面为外球面，所述内球面的球心与所述外球面的球心重合，所述外星轮的内球面上和所述内星轮的外球面上分别设有绕各自轴线等分布置的N个球道，N为6、8、9、10或12，N个球道中有n个球道的中心相重合且与自身所在球面的球心存在偏置，n≥3，且n个球道将球面上的相同圆周n等分，剩余的N-n个球道的中心与自身所在球面的球心重合，所述球笼的周面上开设有N个与球道连通的窗口，每个所述窗口中均设有一个钢球，所述钢球与所述球道接触配合。

优选的，在所述外星轮中，所述n个球道的中心位于外星轮的轴线上，所述n个球道的中心与外星轮的球心所存在的偏置位于外星轮的球心的右侧。

优选的，在所述内星轮中，所述n个球道的中心位于内星轮的轴线上，所述n个球道的中心与内星轮的球心所存在的偏置位于内星轮的球心的左侧。

优选的，所述n个球道中心与自身所在球面的球心所存在的偏置在所述外星轮和所述内星轮中的数值相等。

优选的，所述外星轮中n个球道的球道半径与所述内星轮中n个球道的球道半径相等，所述外星轮中N-n个球道的球道半径与所述内星轮中N-n个球道的球道半径相等。

优选的，所述外星轮中，n个球道的球道半径为r，N-n个球道的球道半径为R，n个球道中心与外星轮的球心所存在的偏置为L，三者满足：

优选的，所述内星轮中，n个球道的球道半径为r’，N-n个球道的球道半径为R’，n个球道中心与内星轮的球心所存在的偏置为L’，三者满足：

优选的，所述球笼的周面上开设的N个窗口围绕所述球笼的轴线等分布置。

如上所述，本发明的固定式等速万向节，具有以下有益效果：其能够减小由于中心偏置引起的钢球对球笼窗口的推力，同时也能减小球笼表面与外星轮的内球面以及内星轮的外球面之间的摩擦阻力，以便在保持固定式等速万向节具有瞬时等速传递旋转运动的特性的同时，提高固定式等速万向节的球笼强度以及固定式等速万向节的运动效率。

附图说明

图1显示为本发明的固定式等速万向节示意图。

图2显示为沿图1中AA线的剖视图。

图3显示为沿图2中BB线的剖视图。

图4显示为本发明的外星轮示意图。

图5显示为沿图4中CC线的剖视图。

图6显示为本发明的内星轮示意图。

图7显示为沿图6中DD线的剖视图。

元件标号说明

1                外星轮

2                钢球

3                球笼

4                内星轮

s1～s9           外星轮上的球道

s1’～s9’       内星轮上的球道

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。

请参阅图1至图7。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所能涵盖的范围内。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。

如图1及图2所示，本发明提供一种固定式等速万向节，包括外星轮1、置于外星轮1内的内星轮4以及设于外星轮1与内星轮4之间的球笼3，外星轮1的内表面为内球面，内星轮4的外表面为外球面，内球面的球心与外球面的球心重合，球心即图中O，外星轮1的内球面上和内星轮4的外球面上分别设有绕各自轴线等分布置的N个球道，N为6、8、9、10或12，N个球道中有n个球道的中心相重合且与自身所在球面的球心存在偏置，n≥3，且n个球道将球面上的相同圆周n等分，剩余的N-n个球道的中心与自身所在球面的球心重合，球笼3的周面上开设有N个与球道连通的窗口，每个窗口中均设有一个钢球2，钢球2与球道接触配合。本发明采用在外星轮和内星轮的所有球道中，设计部分球道的中心与自身所在球面的球心存在偏置，剩余部分球道的中心与各自所在球面的球心重合，而与自身所在球面的球心存在偏置的球道个数需满足：n≥3，而且n个球道将球面上的相同圆周n等分，即n能整除360，使与自身所在球面的球心存在偏置的球道位于圆周的n等分点上，这样，能够减小由于中心偏置引起的钢球对球笼窗口的推力，同时也能减小球笼表面与外星轮的内球面以及内星轮的外球面之间的摩擦阻力的固定式等速万向节，以便在保持固定式等速万向节具有瞬时等速传递旋转运动的特性的同时，提高固定式等速万向节的球笼强度以及固定式等速万向节的运动效率。

上述外星轮和内星轮上的球道个数N为6时，其中，与球面的球心存在偏置的球道个数n为3，与球面的球心重合的球道个数也为3，其为3+3样式；上述外星轮和内星轮上的球道个数N为8时，其中，与球面的球心存在偏置的球道个数n为4，与球面的球心重合的球道个数也为4，其为4+4样式；上述外星轮和内星轮上的球道个数N为9时，其中，与球面的球心存在偏置的球道个数n为3，与球面的球心重合的球道个数也为6，其为3+6样式；上述外星轮和内星轮上的球道个数N为10时，其中，与球面的球心存在偏置的球道个数n为5，与球面的球心重合的球道个数也为5，其为5+5样式；上述外星轮和内星轮上的球道个数N为12时，其可为3+9样式，4+8样式、6+6样式。上述为列举出部分符合要求的球道设计方案，其中，n只需满足上述限定条件即可。

在外星轮1中，n个球道的中心位于外星轮1的轴线上，n个球道的中心与外星轮的球心所存在的偏置位于外星轮的球心的右侧。n个球道的球道半径为r，N-n个球道的球道半径为R，n个球道中心与外星轮的球心所存在的偏置为L，三者满足：以便保证当固定式等速万向节的摆角在0°的情况下，万向节的所有钢球正好位于各自的球笼窗口的厚度的中间位置。

在内星轮4中，n个球道的中心位于内星轮的轴线上，n个球道的中心与内星轮的球心所存在的偏置位于内星轮的球心的左侧。n个球道的球道半径为r’，N-n个球道的球道半径为R’，n个球道中心与内星轮的球心所存在的偏置为L’，三者满足：以便保证当固定式等速万向节的摆角在0°的情况下，万向节的所有钢球正好位于各自的球笼窗口的厚度的中间位置。

n个球道的中心与自身所在球面的球心所存在的偏置在外星轮和内星轮中的数值相等，即外星轮中球道中心与球面球心的偏置等于内星轮中球道中心与球面球心的偏置。外星轮中n个球道的球道半径与内星轮中n个球道的球道半径相等，外星轮中N-n个球道的球道半径与内星轮中N-n个球道的球道半径相等，以便保证当固定式等速万向节的摆角在0°的情况下，万向节的所有钢球正好位于各自的球笼窗口的厚度的中间位置。

为便于设置，上述球笼的周面上开设的N个窗口围绕所述球笼的轴线等分布置。

下面具体以外星轮和内星轮上的球道个数N为9时，其中，与球面的球心存在偏置的球道个数n为3，与球面的球心重合的球道个数为6，其为3+6样式，作为具体实施例来进行详细描述。

如图4及图5所示，为具有9个球道的外星轮示意图，其中n＝3，再根据n个球道将球面上的相同圆周n等分，即每个球道位于圆周的n等分点上，n＝3则可知每个球道位于3等分点上，即相邻两个球道间的中心点夹角为120°，图4中的球道s1、s4、s7为其中心与外星轮的球心存在偏置的球道，剩余的球道s2、s3、s5、s6、s8、s9为其中心与外星轮的球心重合的球道。s1、s4、s7球道的中心O₁位于外星轮的轴线上，s1、s4、s7球道的中心O₁与外星轮的球心O所存在的偏置L位于外星轮的球心O的右侧，见图5所示即中心O₁位于球心O的右侧。s1、s4、s7球道的球道半径为r，s2、s3、s5、s6、s8、s9球道的球道半径为R，s1、s4、s7球道的中心与外星轮的球心所存在的偏置为L，三者满足：

如图6及图7所示，为具有9个球道的内星轮示意图，其中n＝3，再根据n个球道将球面上的相同圆周n等分，即每个球道位于圆周的n等分点上，n＝3则可知每个球道位于3等分点上，即相邻两个球道间的中心点夹角为120°，图6中的球道s1’、s4’、s7’为其中心与内星轮的球心存在偏置的球道，剩余的球道s2’、s3’、s5’、s6’、s8’、s9’为其中心与内星轮的球心重合的球道。s1’、s4’、s7’球道的中心O₂位于内星轮的轴线上，s1’、s4’、s7’球道的中心O₂与内星轮的球心O所存在的偏置L’位于内星轮的球心O的左侧，见图5所示即中心O₂位于球心O的左侧，s1’、s4’、s7’球道的球道半径为r’，s2’、s3’、s5’、s6’、s8’、s9’球道的球道半径为R’，s1’、s4’、s7’球道的中心与内星轮的球心所存在的偏置为L’，三者满足： $r^{,}=\sqrt{R^{,2}+L^{,2}}.$

外星轮中s1、s4、s7球道的球道半径r与内星轮中s1’、s4’、s7’球道的球道半径r’相等，即r＝r’，外星轮中s2、s3、s5、s6、s8、s9球道的球道半径R与内星轮中s2’、s3’、s5’、s6’、s8’、s9’球道的球道半径R’相等，即R＝R’，外星轮中的偏置L与内星轮中的偏置L’相等，即L＝L’。

如上所述，本发明的固定式等速万向节，其外星轮上的s2、s3、s5、s6、s8、s9球道的中心与内星轮上的s2’、s3’、s5’、s6’、s8’、s9’球道的中心重合，而且与固定式等速万向节的中心(即外球面和内球面的球心O)重合，不存在中心偏置。仅仅只有上述外星轮中s1、s4、s7球道的中心与内星轮中s1’、s4’、s7’球道的中心分列于固定式等速万向节中心的左右两侧，存在中心偏置。这样，仅仅只有上述外星轮中s1、s4、s7球道与相对设置的内星轮中的s1’、s4’、s7’球道中的共三个钢球上，存在着因中心偏置引起的对球笼窗口的推力，而外星轮上的s2、s3、s5、s6、s8、s9球道与相对设置的内星轮上的s2’、s3’、s5’、s6’、s8’、s9’球道中的共六个钢球上不存在因中心偏置引起的对球笼窗口的推力。

当本固定式等速万向节在有摆角情况下做旋转运动时，上述外星轮中的s1、s4、s7球道与相对设置的内星轮中s1’、s4’、s7’球道中的共三个钢球，来使球笼的窗口的对称横截面位于固定式等速万向节的摆角的等分平面内，而外星轮上的s2、s3、s5、s6、s8、s9球道与相对设置的内星轮上的s2’、s3’、s5’、s6’、s8’、s9’球道中的共六个钢球，随动地位于固定式等速万向节的摆角的等分平面内。这样，既保持了固定式等速万向节具有瞬时等速传递旋转运动的特性，同时又减小了球笼窗口所受到的来自钢球的推力，进而减小了固定式等速万向节在有摆角情况下旋转运动时的摩擦阻力，其最终结果是不但提高了固定式等速万向节的球笼强度，而且提升了固定式等速万向节的运动效率，这既有利于固定式等速万向节的轻量化，又符合节能减排的发展方向。

综上所述，本发明的固定式等速万向节，其能够减小由于中心偏置引起的钢球对球笼窗口的推力，同时也能减小球笼表面与外星轮的内球面以及内星轮的外球面之间的摩擦阻力，以便在保持固定式等速万向节具有瞬时等速传递旋转运动的特性的同时，提高固定式等速万向节的球笼强度以及固定式等速万向节的运动效率。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)

1.一种固定式等速万向节，包括外星轮(1)、置于外星轮(1)内的内星轮(4)以及设于外星轮(1)与内星轮(4)之间的球笼(3)，所述外星轮(1)的内表面为内球面，所述内星轮(4)的外表面为外球面，所述内球面的球心与所述外球面的球心重合，其特征在于：所述外星轮(1)的内球面上和所述内星轮(4)的外球面上分别设有绕各自轴线等分布置的N个球道，N为6、8、9、10或12，N个球道中有n个球道的中心相重合且与自身所在球面的球心存在偏置，n≥3，且n个球道将球面上的相同圆周n等分，剩余的N-n个球道的中心与自身所在球面的球心重合，所述球笼(3)的周面上开设有N个与球道连通的窗口，每个所述窗口中均设有一个钢球(2)，所述钢球(2)与所述球道接触配合。

2.根据权利要求1所述的固定式等速万向节，其特征在于：在所述外星轮(1)中，所述n个球道的中心位于外星轮(1)的轴线上，所述n个球道的中心与外星轮(1)的球心所存在的偏置位于外星轮(1)的球心的右侧。

3.根据权利要求1所述的固定式等速万向节，其特征在于：在所述内星轮(4)中，所述n个球道的中心位于内星轮(4)的轴线上，所述n个球道的中心与内星轮(4)的球心所存在的偏置位于内星轮(4)的球心的左侧。

4.根据权利要求1所述的固定式等速万向节，其特征在于：所述n个球道中心与自身所在球面的球心所存在的偏置在所述外星轮(1)和所述内星轮(4)中的数值相等。

5.根据权利要求1所述的固定式等速万向节，其特征在于：所述外星轮(1)中n个球道的球道半径与所述内星轮(4)中n个球道的球道半径相等，所述外星轮(1)中N-n个球道的球道半径与所述内星轮(4)中N-n个球道的球道半径相等。

6.根据权利要求1所述的固定式等速万向节，其特征在于：所述外星轮(1)中，n个球道的球道半径为r，N-n个球道的球道半径为R，n个球道中心与外星轮(1)的球心所存在的偏置为L，三者满足：

7.根据权利要求1所述的固定式等速万向节，其特征在于：所述内星轮(4)中，n个球道的球道半径为r’，N-n个球道的球道半径为R’，n个球道中心与内星轮(4)的球心所存在的偏置为L’，三者满足：

8.根据权利要求1所述的固定式等速万向节，其特征在于：所述球笼(3)的周面上开设的N个窗口围绕所述球笼(3)的轴线等分布置。