CN110671437A - 具有非对称相对轨道的高效率等速接头 - Google Patents

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Abstract

等速接头组件包括外接头构件，该外接头构件限定第一纵向轴线，并包括封闭端、开口端、至少部分地在封闭端与开口端之间延伸的第一组外轨道、以及至少部分地在封闭端与开口端之间延伸的第二组外轨道。该组件还包括内接头构件，其限定与第一纵向轴线同轴的第二纵向轴线，并包括第一组内轨道和第二组内轨道，该内接头包括用以接纳驱动轴的附接特征部。第一组轨道中的球的中心所遵循的路径由外环轨道路径和内环轨道路径来约束，该外环轨道路径是分段连续函数。

Description

具有非对称相对轨道的高效率等速接头
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2018年6月15日提交的美国临时专利申请序列号62/685,405的优先权权益，其全部内容通过援引并入本文。
技术领域
本公开涉及用在传动系中的等速接头。
背景技术
等速接头(CVJ，constant velocity joint，等速万向节)可以被用在车辆的传动系中，该传递系将旋转扭矩从一个传动系部件传递到另一个传动系部件。等速接头有助于被等速接头互连的多个部件的角位移或角运动，同时还有助于扭矩的传递。
发明内容
公开一种等速接头组件。该组件包括外接头构件，该外接头构件限定第一纵向轴线，并且包括封闭端、开口端、至少部分地在封闭端与开口端之间延伸的第一组外轨道、以及至少部分地在封闭端与开口端之间延伸的第二组外轨道。该组件还包括内接头构件，该内接头构件限定与第一纵向轴线同轴的第二纵向轴线，并且包括第一组内轨道和第二组内轨道，该内接头包括用于接纳驱动轴的附接特征部(attachment feature)。第一组轨道中的球的中心所遵循的路径由外环轨道路径和内环轨道路径来约束，外环轨道路径是由具有正斜率的第一直区段、接着由第二凹拱区段、再接着由具有负斜率的第三直区段来限定的分段连续函数，内环轨道路径是由具有正斜率的第一直区段、接着由第二凸拱区段、再接着由具有负斜率的第三直区段来限定的分段连续函数，其中球与外环轨道和内环轨道之间的切线形成朝向外环的开口端延伸的第一漏斗(funnel，漏斗形)。第二组轨道中的球的中心所遵循的路径由外环轨道路径和内环轨道路径来约束，外环轨道路径是由第一凹拱区段、接着由曲率小于第一区段并且与第一区段相切的第二凹拱区段、再接着由具有负斜率的第三直区段来限定的分段连续函数，内环轨道路径是由具有正斜率的第一直区段、接着由第二凸拱区段、再接着由曲率大于第二拱区段并且与第二区段相切的第三凸拱区段来限定的分段连续函数，其中球与外环轨道和内环轨道之间的切线形成第二漏斗。
这些和其它优点和特征将从结合附图的以下描述而变得更为明显。
附图说明
被视为本公开的主题在作为说明书总结的权利要求书中被特别地指出并被清楚地请求保护。本发明的前述和其它特征以及优点从下面结合附图的详细描述而变得显而易见，其中：
图1A是等速接头组件的一部分的一示例的立体图；
图1B是图1A的等速接头组件的该部分的分解立体图；
图1C是图1A的等速接头组件的示出第二组轨道的部分的截面侧视图；
图2是示出等速接头的一示例的头部的附加细节的俯视图，其显示了与第一组轨道相关联的截面以及与第二组轨道相关联的截面；
图3是显示为第一配置的等速接头组件的一示例的一部分的截面前视图；
图4是显示为第二配置的图3的等速接头组件的该部分的截面前视图；
图5是显示为第三配置的等速接头组件的一示例的一部分的截面前视图；
图6是显示为第四配置的图5的等速接头组件的该部分的截面前视图；
图7A是等速接头组件的内接头构件的一示例的截面图；
图7B是图7A的内接头构件的第一组轨道所遵循的路径的一部分的细节图；
图8A是等速接头组件的在图7A中所示的相同内接头构件的不同截面图；
图8B是图8A的内接头构件的第二组轨道所遵循的路径的一部分的细节图；
图9A是等速接头组件的外接头的一示例的截面图；
图9B是图9A的外接头构件的第一组轨道所遵循的路径的一部分的细节图；
图10A是等速接头组件的在图9A中所示的相同外接头构件的不同的截面图；
图10B是图10A的外接头构件的第二组轨道所遵循的路径的一部分的细节图；
图11A是显示等速接头组件的第一组轨道的截面侧视图；
图11B是图11A的外接头构件的第一组轨道所遵循的路径的一部分的细节图；
图11C是图11A的内接头构件的第一组轨道所遵循的路径的一部分的细节图；
图12A是等速接头组件的显示出第二组轨道的截面侧视图；
图12B是图12A的外接头构件的第二组轨道所遵循的路径的一部分的细节图；以及
图12C是图12A的轨道的第二配置的外轨道的一示例的细节图。
具体实施方式
现在参考附图，其中将参考特定实施例描述本公开，但不限制本公开，应理解的是，所公开的实施例仅是对本公开的说明，其可以以各种替代形式实施。附图不一定是按比例的；某些特征可能被放大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本公开的代表性基础。
图1A、图1B、图1C和图2示出了等速接头组件的一部分的示例，等速接头组件在本文中被大体称为等速接头组件100。等速接头组件100可以操作为提供各种角度的旋转动力。等速接头组件100包括结构102。结构102可以包括头部104和轴部106。轴部106可以被操作性地连接到头部104，使得头部104和轴部106相对于由头部104或轴部106限定的中心轴线107彼此移动。轴部106可以包括诸如孔105等附接特征部来接纳另一组件的部件的一部分，以对其传递旋转动力以及从其接收旋转动力。
头部104的尺寸可以被设计为接纳一组轨道球108，以协助传递旋转动力。头部104可以限定一空腔来接纳部件的一部分，以协助传递旋转动力。头部104可以包括第一端109、第二端110、以及限定一个或多个轨道的内表面。第一端109还可以被称为封闭端或底部，而第二端110还可以被称为开口端。每个轨道的尺寸可以被设计为接纳该组轨道球108的一个或多个轨道球。一个或多个轨道可以被成形和彼此布置为限定连续形状并且提供NVH和强度优势，而不必使用彼此呈镜像的轨道，不必使用具有球面偏移的笼架，并且不必使用先前公开的线比或弧长。
例如，头部104的内表面可以限定第一组轨道112和第二组轨道114。第一组轨道112和第二组轨道114在本文中还可以被称为外轨道。第一组轨道112的每一个可以被定向在第二组轨道114的两个轨道之间(如在图1B中所示)，使得第一组轨道112的每一个轨道与第一组轨道112的另一个轨道关于中心轴线107是相对的，并且使得第二组轨道114的每一个轨道与第二组轨道114的另一个轨道关于中心轴线107是相对的。在一个实施例中，多个轨道可以被布置成限定第一配置，在该第一配置中每一个轨道的位置以限定为1-2-1-2-1-2-1-2等的模式(pattern，图样)交替，其中“1”表示第一组轨道112的一个轨道，而“2”表示第二组轨道114的一个轨道。在另一个示例中，多个轨道可以被布置为限定第二配置，在该第二配置中每一个轨道的位置以限定为1-1-2-2-1-1-2-2等的模式被布置，其中“1”表示第一组轨道112的一个轨道，而“2”表示第二组轨道114的一个轨道。
等速接头组件100还可以包括笼架120和结构122。笼架120可以包括多个孔124，并且结构122可以包括多个弯曲部126。多个孔124的每一个的尺寸可以被设计为接纳该组轨道球108的一个球的一部分。每个弯曲部126可以被成形为与第一组轨道112其中之一或第二组轨道114其中之一对齐，以限定球通道来协助传递旋转动力，该球通道的尺寸被设计为接纳该组轨道球108的一个球。每个弯曲部126可以被成形为协助限定如上所述的轨道的第一配置或轨道的第二配置。多个孔124的每一个可以限定诸如卵形(oval shape，椭圆形)的形状，以接纳该组轨道球108的一个球的一部分。
头部104、笼架120和内环122可以彼此布置为部分地限定具有非对称轨道的等速接头，以协助在大于90度的关节角控制内接头与外接头之间的过球间隙，从而促进在内接头与外接头之间传递扭矩的球的负载更均匀。
图2示出了连续速度接头的头部(诸如上述头部104)内的球通道的一示例的俯视图，在这个示例中，第一组轨道112的每一个轨道均显示布置有多个弯曲部126的其中之一，以限定第一球通道230。第二组轨道114的每一个轨道均显示布置有多个弯曲部126的其中之一，以限定第二球通道232。
出于说明的目的，第一球通道230的每一个均可以由“1”来表示，并且第二球通道232的每一个均可以由“2”来表示。在一个实施例中，多个轨道可以关于中心轴线107以诸如1–2–1–2–1–2–1–2等的序列彼此布置，使得第一球通道230的每一个关于中心轴线107与第一球通道230的另一个相对地定向。在另一个示例中，该序列关于中心轴线107可以是1–1–2–2–1–1–2–2等。
在通过第一实施例限定的排序中，第一组轨道被布置在12：00、3：00、6：00和9：00的位置，而第二组轨道被布置在1：30、4：30、7：30和10：30的位置。在另一个实施例中，第一组轨道被布置在12：00、1：30、6：00和7：30的位置，而第二组轨道被布置在3：00、4：30、9：00和10：30的位置。
参照图3-图6，其示出了等速接头的一部分的示例。该等速接头包括内环或内接头构件、外环或外接头构件、一组球、以及笼架，该笼架的运动可以通过在内接头构件与外接头构件之间沿轨道行进的至少一个球引导。内接头构件可以例如被连接到驱动轴，以协助传递旋转动力。
内接头可以被连接到沿一轴线延伸的驱动轴。内接头构件包括沿着该轴线在第一端与第二端之间延伸的内接头构件外表面。内接头构件外表面限定多个轨道，其包括在第一内接头端与第二内接头端之间延伸的两组内接头构件轨道。
参照图7A-图8B，内球槽路径或内球轨道具有偏移，使得它们与外球轨道协同地限定内漏斗。内球槽路径或内球轨道的内漏斗被布置为朝向外接头的底部的端壁预加载、偏置或推压笼架。内球槽路径或内球轨道具有第一弧长。
内接头的内球槽路径或内球轨道可以被布置为围绕内接头外表面的多个相邻对。相邻对的第一球轨道或第一球槽路径可以具有第一布置结构，该第一布置结构具有第一球圈直径(ball circle diameter)。具有第一球圈直径的第一布置结构可以不同于具有第二球圈直径的第二布置结构。
外接头可以被连接到从动轴，该从动轴沿着一轴线延伸，该轴线可以被设置为与在第一位置时的轴线同轴，如在图3和图5中所示。外接头包括在第一外接头端与第二外接头端之间延伸的外接头内表面。外接头内表面终止于外接头端壁或外接头底部，使得第二外接头端可以是封闭端，而第一外接头端可以是开口端。
外接头构件内表面限定多个外接头构件轨道，其包括相对于内接头构件轨道布置的两组外接头构件轨道，这两组外接头构件轨道在第一外接头端与第二外接头端之间延伸。
参照图9A-图10B，外球槽路径或外球轨道具有偏移，使得它们限定外漏斗。外球槽路径或外球轨道的外漏斗被布置为朝向外接头的开口端预加载、偏置或推压笼架。
通过内球槽路径或内球轨道的内漏斗和/或通过外球槽路径或外球轨道的外漏斗对笼架进行预加载可以抑制笼架的浮动。
“漏斗”被定义为在对应于球与内环轨道之间的接触点以及球与外环轨道之间的接触点的切线之间所形成的角。为此，在图11A中，漏斗朝向接头的“开口端”延伸，而在图12A中，漏斗220朝向接头的“底部”或“封闭端”延伸。在一些实施例中，多个漏斗中的一个漏斗所限定的角度大于另一个漏斗所限定的角度。
外球槽路径或外球轨道具有第二弧长，该第二弧长不同于内球槽路径或内球轨道的第一弧长。内接头的内球槽路径或内球轨道可以相对于外接头的外球槽路径或外球轨道被非对称地布置，使得内接头和外接头的相应的球槽路径或球轨道可以彼此非镜像。
外接头的外球槽路径或外球轨道可以被布置为围绕外接头内表面的多个相邻对。相邻对的第一球轨道或第一球槽路径可以具有第一布置结构，该第一布置结构具有第一球圈直径。相邻对的第一球轨道或第一球槽路径可以是外球槽路径或外球轨道的第一球槽组的一部分，如在图9A和图9B中所示。内球槽路径或内球轨道的第一球槽组可以与外球槽路径或外球轨道的第一球槽组对齐。内接头的第一球槽组与外接头的第一球槽组的径向对齐可以提供内接头的第一球槽组与沿着朝向外接头的开口端延伸的方向开口的第一球槽组的组合。
相邻对的第二球轨道或第二球槽路径可以具有第二布置结构，该第二布置结构具有第二球圈直径。具有第一球圈直径的第一布置结构可以不同于具有第二球圈直径的第二布置结构。
相邻对的第二球轨道或第二球槽路径可以是外球槽路径或外球轨道的第二球槽组的一部分，如在图10A和图10B中所示。内球槽路径或内球轨道的第二球槽组可以与外球槽路径或外球轨道的第二球槽组对齐。内接头的第二球槽组与外接头的第二球槽组的径向对齐可以提供内接头的第二球槽组与在朝向外接头的端壁或封闭端延伸的方向上开口的第二球槽组的组合。
参照图3-图6，笼架可以被设置在外接头内表面与内接头外表面之间。笼架可以被布置成接纳多个球，这些球被接纳在所布置的外球槽路径和内球槽路径内，以便在内接头与外接头之间传递扭矩。
外球槽路径与内球槽路径之间的非对称可以允许在高关节角控制内接头与外接头之间的过球间隙，如在图4和图6中所示。外球槽路径与内球槽路径之间的非对称可以在低关节角(例如小于12°)引起笼架偏置，并且可以在高关节角(例如大于40°)允许过球静态间隙。
如在图3和图4中所示，外球槽路径与内球槽路径之间的非对称可以朝向外接头的开口端推压笼架。朝向外接头的开口端推压或偏置笼架可以避免或抑制噪声、振动和声振粗糙度(NVH)的问题。如在图5和图6中所示，外球槽路径与内球槽路径之间的非对称可以朝向外接头的底部或端壁推压笼架。
外球槽路径以及然后球槽路径可以采用弧形区段和/或直线区段的组合，并且可以不使用从凹形到凸形、或从凸形到凹形的曲率或拐点的变化。
图11A-图11C示出了接头组件(在本文中被大体称为接头组件150)的一示例的多个部分。图11A是接头组件150的覆盖于其上的多个附加部件的局部截面侧视图。图11B涉及接头组件150的第一组轨道，以及图11C涉及接头组件150的第二组轨道。
接头组件150包括头部154、被固定到内环的轴部156、笼架160、以及一组轨道球162。第一组轨道和第二组轨道可以被彼此布置成使得该组轨道球162的每一个球都可以在朝向头部154的开口端166的方向上对笼架160施加力。轴部156可以限定纵向轴线169。轴部156可以被固定到另一组件的多个部件上，使得头部154和轴部156协助在其之间传递旋转动力。该组轨道球162可以类似于如上所述的那组轨道球108。
在一个实施例中，头部154可以包括内表面，该内表面限定第一组轨道。第一组轨道的每一个轨道均可以限定一外环轨道路径172。图11B示出了外环轨道路径172的进一步细节。例如，外环轨道路径172可以包括第一区段178，该第一区段178基本上是直的，并且相对于纵向轴线169具有正斜率。外环轨道路径172还可以包括：第二区段180，其相对于纵向轴线169限定具有凹形的弧；以及第三区段182，其基本上是直的，并且相对于纵向轴线169具有负斜率。
第二组轨道的每一个轨道可以限定一内环轨道路径183。图11C示出了内环轨道路径183的进一步细节。例如，内环轨道路径183可以包括：第一区段186，其基本上是直的，并且相对于纵向轴线169具有正斜率；第二区段188，其限定相对于纵向轴线169具有凸形的弧；以及第三区段190，其基本上是直的，并且相对于纵向轴线169具有负斜率。外环轨道路径172和内环轨道路径183可以被彼此布置在围绕纵向轴线169的交替位置、或者在围绕纵向轴线169的成对交替位置，如在本文中所进一步描述的。
图12A-图12C示出了接头组件150的多个部分的附加示例。图12B涉及接头组件150的第三组轨道的一示例，以及图12C涉及接头组件150的第四组轨道的一示例。第三组轨道和第四组轨道可以被彼此布置为使得该组轨道球162的每一个球均可以在朝向头部154的封闭端193的方向上对笼架160施加力。
头部154的内表面可以限定第三组轨道和第四组轨道。第三组轨道的每一个轨道均可以限定外环轨道路径194。图12B示出了外环轨道路径194的进一步细节。例如，外环轨道路径194可以包括：第一区段196，其限定相对于纵向轴线169具有凹形的弧；第二区段198，其限定相对于纵向轴线169具有凹形的弧；以及第三区段200，其基本上是直的，并且相对于纵向轴线169具有负斜率。
第四组轨道中的每一个轨道均可以限定内环轨道路径210。图12C示出了内环轨道路径210的进一步细节。例如，内环轨道路径210可以包括：第一区段212，其基本上是直的，并且相对于纵向轴线169具有正斜率；第二区段214，其限定相对于纵向轴线169具有凸形的弧；以及第三区段216，其限定相对于纵向轴线169具有凸形的弧。外环轨道路径194和内环轨道路径210可以被彼此布置在围绕纵向轴线169的交替位置、或者在围绕纵向轴线169的成对交替位置，如在本文中所进一步描述的。
虽然仅结合有限数量的实施例已经详细描述了本公开，但应容易理解的是，本公开并非限制为这些公开的实施例。而是，本公开可以被修改为结合此前并未描述但与本公开的精神和范围相当的任意数量的变型、改变、替换或等同设置。另外，虽然已经描述了本公开的不同实施例，但应该理解的是，本公开的多个方面可以仅包括所描述的多个实施例中的一些。因此，本公开不应被视为被前述描述所限制。

Claims (9)

1.一种等速接头组件，包括：
外接头构件，限定第一纵向轴线，并且包括封闭端、开口端、至少部分地在所述封闭端与所述开口端之间延伸的第一组外轨道、以及至少部分地在所述封闭端与所述开口端之间延伸的第二组外轨道；以及
内接头构件，限定与所述第一纵向轴线同轴的第二纵向轴线，并且包括第一组内轨道和第二组内轨道，所述内接头包括用以接纳驱动轴的附接特征部，
其中，所述第一组轨道中的球的中心所遵循的路径由外环轨道路径和内环轨道路径来约束，所述外环轨道路径是由具有正斜率的第一直区段、接着的第二凹拱区段、再接着的具有负斜率的第三直区段来限定的分段连续函数，所述内环轨道路径是由具有正斜率的第一直区段、接着的第二凸拱区段、再接着的具有负斜率的第三直区段来限定的分段连续函数，其中所述球与外环轨道和内环轨道之间的切线形成朝向外环的开口端延伸的第一漏斗，
其中，所述第二组轨道中的球的中心所遵循的路径由外环轨道路径和内环轨道路径来约束，所述外环轨道路径是由第一凹拱区段、接着的曲率小于所述第一区段并且与所述第一区段相切的第二凹拱区段、再接着的具有负斜率的第三直区段来限定的分段连续函数，所述内环轨道路径是由具有正斜率的第一直区段、接着的第二凸拱区段、再接着的曲率大于所述第二拱区段并且与所述第二区段相切的第三凸拱区段来限定的分段连续函数，其中所述球与外环轨道和内环轨道之间的切线形成第二漏斗。
2.根据权利要求1所述的等速接头组件，其中所述第一漏斗形成第一角度，并且所述第二漏斗形成第二角度。
3.根据权利要求2所述的等速接头组件，其中所述第一角度和所述第二角度是不同的。
4.根据权利要求2所述的等速接头组件，其中所述第一角度大于所述第二角度。
5.根据权利要求1所述的等速接头组件，其中所述第一组轨道被布置在12：00、3：00、6：00和9：00的位置，以及所述第二组轨道被布置在1：30、4：30、7：30和10：30的位置。
6.根据权利要求1所述的等速接头组件，其中所述第一组轨道被布置在12：00、1：30、6：00和7：30的位置，以及所述第二组轨道被布置在3：00、4：30、9：00和10：30的位置。
7.根据权利要求1所述的等速接头组件，还包括笼架，所述笼架被设置在所述内接头构件的外表面与所述外接头的内表面之间。
8.根据权利要求7所述的等速接头组件，其中所述笼架包括多个笼架窗，其中与所述第一组轨道配合的笼架窗在长度上不同于与所述第二组轨道配合的笼架窗。
9.根据权利要求1所述的等速接头组件，其中所述外轨道和所述内轨道的至少其中之一以成对的序列被布置。
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