CN112368484A - 等速万向节 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种等速万向节，包括：带有外部的球轨道(22)的万向节外部件(12)；带有内部的球轨道(23)的万向节内部件(13)；其中，外部的球轨道(22)和内部的球轨道(23)相应地彼此形成轨道对(22,23)，传递转矩的球(14)相应地在每个轨道对(22,23)中被引导；球保持架(15)，传递转矩的球(14)接纳在该球保持架中；其中，定义第一弯曲角范围和第二弯曲角范围，第一弯曲角范围包括小于二十度的弯曲角(β)，第二弯曲角范围包括大于二十度的弯曲角(β)；其中，张嘴角(δ)在第一弯曲角范围内随着弯曲角(β)增加而增加，并且其中，第一弯曲角范围的平均的第一张嘴角增加率(S1)大于第二弯曲角范围的平均的第二张嘴角增加率(S2)。

Description

等速万向节
技术领域
本发明涉及一种用于传递转矩的等速万向节，其具有：带有外部的球轨道的万向节外部件；带有内部的球轨道的万向节内部件；传递转矩的球，所述球在成对的外部的球轨道和内部的球轨道中被引导；和球保持架(或球笼，即Kugelkaefig)，该球保持架在分布在周缘处的窗孔中接纳球并且将其保持在共同的平面中。等速万向节实现在角运动的情况下在万向节外部件与万向节内部件之间的转矩传递。
背景技术
原则上，等速万向节以固定万向节和移动万向节的形式进行区分。在等速固定万向节中，基本上在万向节外部件与万向节内部件之间仅设置可角运动性，也就是说除了通常的公差以外不设置有轴向运动。与此相对地，等速移动万向节除了角运动以外也实现在万向节外部件与万向节内部件之间的轴向移动运动。
由DE 10 2012 102 678 A1已知一种呈固定万向节形式的等速万向节。在等速万向节的每个角度位置中，张嘴角包夹在相切于球处的外切线与内切线之间。轨道对设计成使得在小的弯曲角范围内在至少一个万向节弯曲角中张嘴角为零，而在较大的弯曲角范围内，朝着万向节外部件的开口侧运动的球的开口侧的张嘴角和在同一万向节弯曲角下朝着万向节外部件的接头侧运动的球的接头侧的张嘴角不等于零并且沿同一轴向方向打开。
由EP 0 802 341 A1已知一种呈带有八个传递转矩的球的固定万向节形式的等速万向节。相应包括外部的球轨道和内部的球轨道的轨道对朝着万向节的开口侧打开。在一种实施形式中，球轨道在长度上具有统一的半径。在另一种实施形式中，球轨道由半径和与该半径联接的直线组成；这种等速万向节也被称为无底切的万向节(UF万向节)。
由US 8 267 802 B2已知一种等速固定万向节，在该等速固定万向节中，外部的球轨道和内部的球轨道的中心相对于球状面中心错开。轴向错位(F)相对于滚动圆半径(PCR)的比率处于0.045与0.065之间。此外，已知一种带有弯曲的轨道区段和直线的轨道区段的等速固定万向节，所述弯曲的轨道区段和直线的轨道区段在万向节中间平面中过渡到彼此中。此外，已知一种等速固定万向节，该等速固定万向节带有在整个轨道长度上统一弯曲的轨道区段。
在等速万向节的设计中，要满足各种部分相矛盾的要求。由此，一个重要的目标是，在运行时共同作用的万向节构件的反作用力尽可能低，以便使功率损失最小化或者说使万向节的效率最大化。同时，等速万向节应在所有在运行时出现的角度位置中可靠地且尽可能无磨损地工作。
视轨道曲率的设计而定，得到等速万向节的较大或较小的张嘴角。万向节内部件中的带有小的曲率或小的曲率半径的轨道走向导致：球在较大的弯曲角的情况下远地从球轨道出来。万向节内部件中带有大的曲率或大的曲率半径的轨道走向导致在万向节弯曲时张嘴角的增加率相对小，这对于球保持架的控制而言可能是不利的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种等速万向节，该等速万向节即使在小的弯曲角下也实现可靠的保持架控制并且该等速万向节在较大的弯曲角下在万向节内部件处具有足够的转矩传递能力。
为了解决，提出一种等速万向节，其包括：万向节外部件，所述万向节外部件带有纵向轴线和外部的球轨道，其中，万向节外部件具有接头侧和开口侧；万向节内部件，所述万向节内部件带有纵向轴线和内部的球轨道，其中，外部的球轨道和内部的球轨道相应地彼此形成轨道对；相应地在每个轨道对中的传递转矩的球；球保持架，该球保持架布置在万向节外部件与万向节内部件之间并且具有分布在周缘处的保持架窗孔，保持架窗孔相应接纳传递转矩的球中的至少一个传递转矩的球；其中，所述球由球保持架在万向节内部件和万向节外部件的纵向轴线同轴地取向的情况下定义万向节中间平面(EM)，其中，两个纵向轴线(L12,L13)在弯曲角(β)不等于零度的情况下展开万向节弯曲平面(EB)；其中，在万向节弯曲平面(EB)中观察，在等速万向节的每个角度位置中，在外切线(T)与内切线(T')之间形成张嘴角(δ)，所述外切线在外部的球轨道与球之间的外部的接触点中施加到外部的球轨道处，所述内切线在内部的球轨道与球之间的内部的接触点中施加到内部的球轨道处；其中，球的中心在沿着外部的球轨道和内部的球轨道运动时相应定义中心线(A,A')；其中，此外定义第一弯曲角范围，该第一弯曲角范围包括小于二十度的弯曲角(β)(-20° < β <20°)，并且其中，定义第二弯曲角范围，该第二弯曲角范围包括大于二十度的弯曲角(β)(β> ± 20°)；其中，轨道对中的至少一些轨道对设计成使得在万向节弯曲平面(EB)中朝着万向节外部件的接头侧运动的球的接头侧的张嘴角(δ)在第一弯曲角范围内随着弯曲角(β)增加而增加，其中，接头侧的张嘴角(δ)在第一弯曲角范围内的弯曲角(β)上的接头侧的平均的第一张嘴角增加率(S1)大于张嘴角(δ)在第二弯曲角范围内的弯曲角(β)上的接头侧的平均的第二张嘴角增加率(S2)。
等速万向节的优点在于，基于在与万向节中间平面相差至多二十度的中央的弯曲角范围内增加的张嘴角而确保球保持架的可靠的保持架控制，尤其还通过从中间平面朝着接头侧游移的球来确保。在此，在中央的弯曲角范围中相对大的轨道半径导致张嘴角在所述弯曲角上的小的增加率。但通过使张嘴角的增加率在超过二十度的较大的弯曲角的情况下再次减小，并且尤其小于在中央的弯曲角范围中的增加率，球即使在所述大的弯曲角的情况下也在万向节内部件中被可靠地引导并且仅稍微轴向地从万向节内部件的球轨道中出来。
张嘴角在与在外部的球轨道和内部的球轨道中被引导的球的接触区域中相应地定义在相切于外部的球轨道处的外切线与相切于内部的球轨道处的内切线之间。在此，张嘴角涉及万向节弯曲平面，该万向节弯曲平面由万向节外部件的纵向轴线和万向节内部件的纵向轴线展开，或者涉及处于万向节弯曲平面中的轨道对连同接纳在所述轨道对中的球。球与球轨道之间的接触区域在此可：直接处于万向节弯曲平面中，例如在圆形的轨道横截面的情况下，该圆形的轨道横截面的横截面半径相应于球的半径；或者处于相对于万向节弯曲平面平行地错开的平面中，该平面通过球与球轨道之间的球接触线展开，例如在球轨道的横截面不同于圆形形状的情况下。在后一种情况下，观察包夹张嘴角的施加到相应的球轨道处的切线在万向节弯曲平面中的投影。
等速万向节中，由外部的球轨道和内部的球轨道相应组成的轨道对中的至少一些轨道对具有根据本发明的带有在较大的弯曲角下较小的张嘴角增加率的形状。等速万向节的球或轨道对的数量可相应于技术上对万向节的技术要求而任意选择并且例如为六个、七个或八个。如果在本公开的范围内说到一个轨道对或轨道对中的至少一些轨道对，则相应描述的特征可相应地涉及万向节的两个轨道对、超过两个轨道对、大多数轨道对或所有轨道对。
张嘴角的增加率S(也被称为张嘴角提升或提升率)指的是张嘴角在万向节的角度偏转上的改变(S = Δδ/Δβ)。在此设置成，从万向节中间平面朝着接头侧方向运转的球的中央的第一轨道区段的平均的张嘴角率S1大于联接该第一轨道区段的第二轨道区段的平均的张嘴角率S2。根据一种实施形式，所述至少一个轨道对可在万向节外部件的接头侧的区段中，或在万向节内部件的相关的开口侧的区段中设计成使得接头侧的平均的第一张嘴角增加率(S1)大于0.5。备选地或补充地，轨道形状可设计成使得接头侧的平均的第二张嘴角增加率(S2)小于0.5。张嘴角(δ)在第一弯曲角范围内的弯曲角(β)上的第一张嘴角增加率(S1)可以是恒定的或可变的。备选地或补充地，所述至少一些轨道对可设计成使得在第二弯曲角范围内张嘴角(δ)关于弯曲角(β)的第二张嘴角增加率(S2)是可变的。但也可行的是，第二弯曲角范围的张嘴角增加率(S2)是恒定的。尤其设置成，在第二弯曲角范围内的至少一个张嘴角(δ)大于中央的弯曲角范围的最大张嘴角。
所述至少一个轨道对优选设计成使得张嘴角(δ)在万向节伸直的情况下(β = 0°)大于或等于零度(δ ≥ 0°)和/或小于八度(δ < 8°)，尤其小于4度(δ < 4°)，优选小于2度(δ < 2°)。由于在万向节伸直的情况下相对小的张嘴角，在球轨道与球之间沿着球轨道起作用的轴向力是小的。由此，总体上，在处于接触的万向节部件之间仅出现小的反作用力，从而摩擦损耗相应地低。
从万向节的伸直位置或万向节中间平面出发，张嘴角基本上随着在第一弯曲角范围(β = 0° ± 20°)内万向节角度偏转变大而增加。在此，所述至少一个轨道对可设计成使得张嘴角(δ)在第一弯曲角范围内增加至少五度、尤其是至少十度。第二弯曲角范围联接中央的第一弯曲角范围。第二弯曲角范围包括如下弯曲角(β)，所述弯曲角在数值上大于20°，也就是说，所述弯曲角小于负20°或大于正20°(β > ± 20°)。第二弯曲角范围可包括例如至多40°、尤其至多50°的弯曲角，尤其直至最大的弯曲角，而不局限于此。
在万向节伸直的情况下，传递转矩的球的中心处于万向节中间平面中或定义所述万向节中间平面。在此，球的中心在万向节伸直的情况下所处于的直径被称为滚动圆直径(PCD)。相应地，滚动圆半径(PCR)定义围绕万向节中心的如下半径，球的中心在万向节伸直的情况下处于所述半径上。
在等速万向节在角度偏转的情况下旋转时，传递转矩的球沿着球轨道游移。在此，在万向节弯曲平面中观察，朝着万向节外部件的开口侧运动的球被引导到万向节外部件的开口侧的轨道区段中以及到万向节内部件的接头侧的轨道区段中。在万向节弯曲平面中观察，朝着万向节外部件的接头侧运动的球被引导到万向节外部件的接头侧的轨道区段中以及万向节内部件的开口侧的轨道区段中。
万向节外部件的球轨道关于万向节中间平面在其长度上分别具有开口侧的轨道区段和接头侧的轨道区段。万向节内部件的从万向节中间平面出发联接开口侧的轨道区段基本上相应于万向节外部件的接头侧的轨道区段。也就是说，万向节内部件的开口侧的轨道区段设计成使得所述轨道区段的相关的中心轨道相对于万向节外部件的接头侧的轨道区段的中心轨道关于平分角度的平面是镜像对称的。这适用于所述轨道对中的每个轨道对。
根据一种实施形式，中央的弯曲角范围中的至少多个轨道对可设计成使得对于在第一弯曲角范围内的每个弯曲角(β)适用的是，在万向节弯曲平面(EB)中朝着万向节外部件的开口侧运动的球的开口侧的张嘴角(δo)和在同一弯曲角(β)下在万向节弯曲平面(EB)中朝着万向节外部件的接头侧运动的球的接头侧的张嘴角(δa)沿同一轴向方向打开。沿同一轴向方向指向的张嘴角表示：在万向节弯曲平面中由外部的球轨道和内部的球轨道作用到朝着接头侧方向游移的球上的所产生的力具有轴向力分量，该轴向力分量和作用到朝着开口侧方向游移的球上的所产生的轴向力分量沿同一轴向方向指向。通过该设计方案实现：球保持架至少被近似地控制到平分角度的平面上。如果存在的话，其余轨道对也具有如下张嘴部，所述张嘴部优选和根据本发明的轨道对的张嘴部沿同一轴向方向指向。优选地，所有轨道对设计成使得所有球的张嘴角δ在万向节角度偏转的情况下相应地在万向节弯曲平面中观察沿同一轴向方向打开。这也可适用于联接中央的弯曲角范围的第二弯曲角范围。此外，为了有利的制造而优选设置成，所有外部的球轨道彼此相同地设计，并且所有内部的球轨道彼此相同地设计。
在万向节弯曲平面中观察，球的中心在沿着外部的球轨道和内部的球轨道运动时定义中心线(A,A')。在此，根据一种优选的设计方案设置成，中心线(A,A')在其长度上具有带有不同的曲率的至少两个轨道区段。带有不同的曲率的所述至少两个轨道区段可处在外部的球轨道和内部的球轨道的开口侧的区段内和/或处在外部的球轨道和内部的球轨道的接头侧的区段内和/或部分地处在外部的球轨道和内部的球轨道的开口侧的区段和接头侧的区段内。
根据一种优选的设计方案，万向节外部件的球轨道的接头侧的轨道区段–和相应于此，还有万向节内部件的开口侧的轨道区段–分别具有带有不同的曲率的至少两个子区段，所述子区段也可被称为部段。
万向节外部件的接头侧的轨道区段的第一部段可具有第一曲率半径(Ra1)，该第一曲率半径尤其设计成使得滚动圆半径(PCR)与接头侧的轨道区段的第一曲率半径(Ra1)的比率大于1.4。第一部段的第一曲率半径可例如通过围绕第一部段中心(Ma1)的第一圆弧区段形成，其中，第一部段中心(Ma1)与纵向轴线朝着球轨道方向具有径向间距(偏移)。第一圆弧区段优选在14°至22°的第一轨道部段角(γ1)(14° < γ1 < 22°)上围绕第一部段中心(Ma1)延伸。第一部段中心(Ma1)可处于万向节中间平面(EM)中，或与所述万向节中间平面轴向地错开。
万向节外部件的接头侧的轨道区段的第二子部段可具有第二曲率半径(Ra2)，该第二曲率半径尤其设计成使得滚动圆半径(PCR)与接头侧的轨道区段(22a)的第二曲率半径(Ra2)的比率小于1.4。第二部段的第二曲率半径(Ra2)可通过围绕第二部段中心(M2a)的第二圆弧区段形成，其中，第二部段中心(M2a)尤其与万向节中间平面朝着开口侧方向具有轴向间距(偏移)。第二圆弧区段优选在12°至20°的第二轨道部段角(12° < γ2 < 20°)上围绕第二部段中心(Ma2)延伸。如上面已经提到的，万向节内部件的球轨道相应地相反地设计。
根据一种优选的设计方案，球保持架具有球状的外面和球状的内面，所述球状的外面用于相对于万向节外部件的内部的面引导球保持架，所述球状的内面用于相对于万向节内部件的外部的面引导球保持架。在球状的外面的中心与球状的内面的中心之间可设置有轴向错位(偏移)。通过该措施实现在等速万向节角运动时良好的保持架控制。但也可行的是，球状的内面的中心和球状的外面的中心处于一个平面中。在球保持架的外部的球状的外面与万向节外部件的球状的内部的面之间和/或在球保持架的球状的内面与万向节内部件的球状的外部的面之间优选设置有径向间隙。
根据一种优选的设计方案，设置有用于润滑等速万向节的润滑剂，润滑剂具有在0.02与0.09之间的摩擦值(μ)(0.02 < µ < 0.09)，尤其在0.05与0.06之间的摩擦值(0.05< µ < 0.06)。
此外，根据一种可行的设计方案，对于所述至少一些轨道对，下列中的至少一个可以是适用的：滚动圆半径(PCR)与球直径(DB)之间的比率在1.4与2.1之间；滚动圆半径(PCR)与球保持架的轴向错位(偏移)的比率在5.0与12.5之间；滚动圆半径(PCR)与第二轨道部段中心(Ma2)的轴向错位(偏移)之间的比率在4.0与8.0之间；滚动圆半径(PCR)与万向节内部件的接头型材的直径之间的比率在1.0与1.25之间；和/或滚动圆半径(PCR)与万向节外部件的外直径之间的比率在0.315与0.345之间。在万向节根据这些范围中的一个或多个范围设计时，实现特别紧凑的结构形式。
等速万向节的相对彼此可运动的部件之间通常设置有间隙。在此，万向节可例如具有下列尺寸中的一个或多个，但不局限于此：在保持架与球毂(ORC)之间的径向间隙可例如在0.01mm与0.08mm之间；在保持架与万向节外部件(IRC)之间的径向间隙可例如在0.01mm与0.08mm之间；在球与相应的球轨道(SKR)之间的径向间隙可例如在0mm与0.05mm之间；和/或在球与球保持架的保持架窗孔(SKF)之间的间隙可例如在–0.03mm与0.03mm之间。
在等速万向节的装入状态下，可设置有用于密封万向节空间的折叠波纹管。折叠波纹管可在带有预紧力的情况下装配，从而通过折叠波纹管产生轴向力，该轴向力加载万向节内部件和万向节外部件而使其远离彼此。折叠波纹管在预紧的状态下引起轴向力分量，该轴向力分量将在所提及的构件之间存在的间隙压出。突然的负载改变(例如从无转矩的状态改变到高的转矩)不导致保持架相对于内部件或外部件发生撞击，从而避免不期望的噪音。预紧力可例如处于30N至150N的数量级中。
在本公开的范围内，作为轨道角β/2理解成围绕万向节中心M到传递转矩的球之一的球中心处的半径与万向节中间平面EM包夹的角。在此，轨道角β/2在万向节的任何角度位置中通常为万向节弯曲角β的一半，也就是说例如至多10°的轨道角β/2相应于20°的万向节弯曲角。
等速万向节基于球保持架相对于万向节外部件的球状的内面或万向节内部件的球状的外面的引导而设计成固定万向节的形式，该固定万向节仅在万向节外部件与万向节内部件之间的轴向间隙的范围内允许移动运动。但也可考虑，相对于万向节外部件的内面以及相对于万向节内部件的外面轴向地释放保持架，从而万向节那么设计为移动万向节。
附图说明
下面借助附图阐释优选的实施例。其中：
图1A)以纵截面示出处于伸直的位置中的根据本发明的等速万向节；
图1B)以放大图示出图1A)中的万向节的细节；
图1C)示出图1A)中的万向节的球保持架作为细节；
图1D)以纵截面示出图1A)中的万向节的万向节外部件；
图1E)以纵截面示出图1A)中的万向节的万向节内部件；
图1F)以纵截面示出图1A)中的万向节的万向节外部件，其中绘出其他细节；
图1G)以纵截面示出图1A)中的万向节的万向节内部件，其中绘出其他细节；
图2A)示出在伸直的位置中，也就是说在弯曲角为0°时的图1A)中的万向节；
图2B)示出在弯曲角发生20°的角度偏转时的图1A)中的万向节；
图2C)示出在弯曲角发生40°的角度偏转时的图1A)中的万向节；
图3)示出带有张嘴角δ(以角度计)在弯曲角β(以角度计)上的图示的图表。
具体实施方式
下面共同地描述图1A)至1G)、图2A)至2C)和图3。示出根据本发明的等速转动万向节11。等速万向节11包括万向节外部件12、万向节内部件13、传递转矩的球14、以及球保持架15。球保持架15具有球状的外面16和球状的保持架内面17，该外面在万向节外部件12中被引导，该保持架内面在万向节内部件13上被引导。球14在球保持架15中的分布在周缘处的保持架窗孔18中保持在万向节中间平面EM中。在万向节外部件12处标明纵向轴线L12，在万向节内部件13处标明纵向轴线L13。纵向轴线L12,L13与万向节中间平面EM的交点形成万向节中心M。
万向节外部件12具有底部19以及开口20，接头栓部24与该底部连接。万向节内部件13具有开口21，用于传递转矩的传动轴25的栓部抗转扭地插入到所述开口中。底部19的位置在本公开中表示“朝着接头侧”的轴向方向，开口20的位置表示“朝着开口侧”的轴向方向。这些术语也关于万向节内部件13进行使用，其中，保持不考虑轴25到万向节内部件13处的实际联接。不言而喻的是，替代底部，万向节外部件也可朝着接头侧敞开地设计，如其例如在盘式万向节中就是这种情况。
在万向节外部件12中形成等速万向节11的外部的球轨道22，并且在万向节内部件13中形成等速万向节11的内部的球轨道23。各一个外部的球轨道22和内部的球轨道23彼此相对而置并且彼此共同地形成一轨道对，传递转矩的球14相应在轨道对中被引导。彼此相对而置的外部的球轨道和内部的球轨道22,23可处于围绕相应的纵向轴线L12,L13的径向平面中。各径向平面相应具有彼此相同的角度间隔。但也可考虑的是，沿周向方向相邻的两个轨道对相应地在彼此平行的平面中伸延，所述平面平行于纵向轴线L12,L13。该设计方案也被称为“孪生球”万向节。在万向节角度偏转时，也就是说在万向节内部件13相对于万向节外部件12进行角运动时，球14从万向节中间平面EM中至少大致被引导到位于万向节外部件12的纵向轴线L12与万向节内部件13的纵向轴线L13之间的平分角度的平面中。“至少大致”表示：通过球14的球中心展开的平面处于与平分角度的平面相差±10%的角度范围内，并且尤其可相应于该平分角度的平面。
外部的球轨道22的形状(其至少在很大程度上相应于内部的球轨道的形状)尤其是可在图1D和1G中看到。球14与万向节外部件12中的外部的球轨道22接触并且与万向节内部件13中的内部的球轨道23接触。在此，球14在与外部的球轨道22的接触区域中在纵截面中形成外部的接触线K并且在与内部的球轨道23的接触区域中形成内部的接触线K'。球14示出为在球轨道22,23的轨道基部中进行接触，该接触不一定必需存在。如此，外部的接触线和内部的接触线K,K'如所示那样可处于轨道基部中，也就是说处于包含纵向轴线L12,L13的径向平面中，或处于平行于纵向轴线的平面中。在沿着外部的球轨道和内部的球轨道22,23运动时，球14的中心相应定义中心线A,A'。中心线A,A'平行于相应的接触线K,K'伸延。为了描述球轨道22,23可参考轨道基部中的接触线K,K'或者参考中线A,A'，所述中线通过在万向节进行角运动时球中心的总和定义。在此，球中线A表示球14a的球中心沿着万向节外部件12中的外部的球轨道22的线，而A'表示万向节内部件13中相关的内部的球轨道23的球中线。
在当前实施形式中，在球保持架15的球状的外面16的中心M16与球保持架的球状的内面17的中心M17之间设置有轴向错位(偏移)。由此，在等速万向节进行角运动时实现良好的保持架控制。在球保持架15的球状的内面17与万向节内部件13的球状的外面之间以及在球保持架15的球状的外面16与万向节外部件12的球状的内面之间可选地分别设置有间隙。在保持架15与万向节内部件13之间的和/或在保持架15与万向节外部件12之间的径向间隙可例如在0.01mm与0.08mm之间。在球14与相应的球轨道22之间的径向间隙S14r可例如在0mm与0.05mm之间。球14与球保持架15的保持架窗孔18之间的轴向配合S14a可例如在-0.03mm与0.03mm之间。
为了相对于外部的影响对万向节进行密封，通常设置有密封元件，例如折叠波纹管或隔膜波纹管。由密封元件包围的万向节空间优选至少部分地用润滑剂填充。润滑剂可例如具有在0.02与0.09之间的摩擦值μ(0.02 < µ < 0.09)、尤其在0.05与0.06之间的摩擦值(0.05 < µ < 0.06)。
此外，等速万向节11可设计成使得对于所述至少一些轨道对22,23而言，满足以下特征中的一个或多个特征：滚动圆半径PCR与球直径D14之间的比率在1.4与2.1之间；滚动圆半径PCR与球保持架的轴向错位(偏移)之间的比率在5.0与12.5之间；滚动圆半径PCR与第二轨道部段中心Ma2的轴向之间错位(偏移)的比率在4.0与8.0之间；滚动圆半径PCR与万向节内部件的联接型材的直径之间的比率在1.0与1.25之间；和/或滚动圆半径PCR与万向节外部件的外直径之间的比率在0.315与0.345之间。
下面详细探讨根据本发明的等速万向节的特点、尤其是球轨道22,23的设计方案。当前就根据本发明的等速万向节或球轨道的设计方案而言下列定义是适用的：
万向节弯曲角β定义如下角，该角包夹在万向节外部件12的纵向轴线L12与万向节内部件13的纵向轴线L13之间。万向节弯曲角β在万向节伸直的情况下为零。
轨道角β/2定义如下角，围绕万向节中心M到球中心处的半径与万向节中间平面EM包夹该角。在此，轨道角β/2在万向节的任何角度位置中始终为万向节弯曲角β的一半。
张嘴角δ定义如下角，该角由在与第一球轨道22和第二球轨道23进行接触的接触点中相切于球14的各切线T,T'包夹。在此，在本公开内容中，系统学是这样的，使得张嘴角(该张嘴角在技术上可行的弯曲角范围上可具有不同的大小)一般用δ来表示；所选择的具体的弯曲角可利用相应的弯曲角以及关于球位置的说明来补充(例如δ0表示在弯曲角为零时的张嘴角，或δ20o表示在开口侧的球处在弯曲角为20°时的张嘴角)。
张嘴角δ在万向节11的角度偏转β上的改变被定义为张嘴角δ的增加率S(S = Δδ/Δβ)。
中心平面EM通过在万向节伸直的情况下传递转矩的球14的球中心来定义。
球14的中心在万向节伸直的情况下所处于的直径被称为滚动圆直径PCD。相应地，球15的中心在万向节伸直的情况下所处于的半径被称为滚动圆半径PCR。
在图1D)中示出万向节外部件12连同其中心线A和接触线K，所述中心线和接触线彼此等距地伸延。
等速万向节11当前包括一定数量的六个球14或六个轨道对22,23，其中，不言而喻的是，可考虑其他数量。万向节外部件12的中心线A从开口侧出发朝着接头侧方向具有开口侧的区段Ao(该开口侧的区段延伸直至万向节中间平面EM)和连续地联接开口侧的区段Ao的接头侧的区段Aa。相应地，万向节内部件13的中心线A'从开口侧出发朝着接头侧方向具有开口侧的区段Ao'和连续地联接该开口侧的区段的接头侧的区段Aa'。
等速万向节11的所述至少一些轨道对22,23设计成使得张嘴角δ在第一弯曲角范围β1内的弯曲角β上的平均的第一张嘴角增加率S1大于在第二弯曲角范围β2内的平均的第二张嘴角增加率S2。再下面结合图3更详细地描述张嘴角。
在图1D)至1G)中示出万向节外部件12的外部的球轨道22，或万向节内部件13的内部的球轨道23的轨道形状的其他细节。
可看到的是，万向节外部件12的接头侧的轨道区段22a分别具有两个部段22a1,22a2。万向节外部件12的接头侧的轨道区段22a的第一部段22a1从万向节中间平面EM起在10°的轨道角β/2上延伸，这相应于20°的万向节弯曲角。第一接头侧的轨道部段22a1在第一部段中心Ma1上具有第一曲率半径Ra1。曲率半径Ra1小于滚动圆半径PCR，其中，滚动圆半径PCR与第一曲率半径Ra1的比率尤其可大于1.4。第一部段中心Ma1处于万向节中间平面EM中并且与纵向轴线L12朝着相关的球轨道22的方向具有径向间距Or1。第一轨道部段22a1在第一轨道部段角γ1上围绕第一部段中心Ma1延伸，其中，轨道部段角γ1尤其可处于14°与22°之间。
第二轨道部段22a2连续地联接第一轨道部段22a1。万向节外部件12的接头侧的轨道区段22a2具有围绕第二部段中心Ma2的第二曲率半径Ra2。第二曲率半径Ra2大于第一曲率半径Ra1，其中，滚动圆半径PCR与接头侧的轨道区段22a的第二曲率半径Ra2的比率可小于1.4。接头侧的第二轨道部段22a2的部段中心Ma2当前处于纵向轴线L12上并且相对于万向节中心M轴向地朝着开口侧方向错开轴向间距O2a，其中，也可考虑带有圆中心Ma的径向错位的其他设计方案。第二轨道部段22a2在围绕第二部段中心Ma2的第二轨道部段角γ2上延伸，该第二轨道部段角尤其可处于12°与20°之间。如图1E)和1G)中可看出的，万向节内部件13的球轨道23相应地相反地设计。
当前的等速万向节的球轨道22,23因此总共具有两个曲率改变，而不局限于此。曲率改变就此而言应理解为在数学意义下所述中心线A,A'的斜率的任何改变。
第一曲率改变点P1形成在开口侧的轨道区段22o与接头侧的轨道区段22a之间。曲率改变点P1处于万向节中间平面EM中。伸延通过曲率改变点P1的切线平行于纵向轴线L12伸延。开口侧的轨道区段22o当前通过平行于纵向轴线L12的直线形成，但不局限于此；同样可考虑开口侧的轨道区段通过圆弧或更高阶曲线形成的设计方案。第二曲率改变点P2形成在第一与第二接头侧的轨道部段22a1,22a2之间。
根据本发明的等速万向节11的万向节内部件13具有球中心线A'，该球中心线与万向节外部件12的球中心线A互补地设计。也就是说，万向节内部件13的球中心线A'与万向节外部件12的球中心线A关于万向节中间平面EM或关于在万向节外部件12的纵向轴线L12与万向节内部件13的纵向轴线L13之间的平分角度的平面镜像对称。为了避免重复，就此而言，在万向节内部件13的球中心线A'的轨道走向方面参考结合万向节外部件12的球轨道22的描述所做的实施方案。
图2A)至2C)示出在不同的角度位置中的等速万向节11，图2a)在万向节外部件12和万向节内部件13同轴取向的情况下，也就是说弯曲角β = 0°，图2B)在弯曲角为20°的情况下，而图2C)在弯曲角为40°的情况下。在此，在万向节的不同的弯曲角中形成不同的张嘴角。张嘴角δ分别由施加到与相应的球14接触的外部的接触线K处的外部的接触线切线T和施加到所述球14的内部的接触线K'处的内部的接触线切线T'包夹。
在图2A)中可看到，在弯曲角β为零度时施加到外部的接触线K处的外部的中央接触线切线T和施加到内部的接触线K'处的内部的中央接触线切线T'彼此平行地伸延，也就是说在万向节伸直的情况下张嘴角δ0为零度。但也可行的是，张嘴角δ在万向节伸直的情况下也大于零度，例如在零度与八度之间。由于在万向节伸直的情况下小的张嘴角δ0，仅小的轴向力从球轨道22,23作用到球14上，这对于万向节起减小摩擦的作用。
此外，在图2B)和2C)中可看到，外部的球轨道和内部的球轨道22,23设计成使得在万向节弯曲平面中不仅在从万向节中间平面EM出发朝着开口侧方向游移的球14o处(下半图)，而且在从万向节中间平面EM出发朝着接头侧方向游移的球14a处(上半图)产生如下张嘴角δ，所述张嘴角沿同一轴向方向打开。也就是说，通过张嘴角δ从球轨道22,23朝着球14起作用的所产生的轴向力因而作用在同一轴向方向上。
第一弯曲角范围当前如此定义，即，该中央的弯曲角范围包括与万向节中间平面EM相差至多正负二十度的弯曲角(β = 0° ± 20°)，也就是说包括-20°至+20°的弯曲角范围β1(-20° < β1<20°)。联接该中央的弯曲角范围的第二弯曲角范围 β2 包括如下弯曲角β，该弯曲角在数值上大于二十度，也就是说包括大于20°的弯曲角β，以及小于-20°的这种弯曲角(β < -20°或β > 15°)。
对于20°的弯曲角β(图2B)，在于万向节弯曲平面中朝着开口侧方向游移的球14o处在外切线T20o与内切线T20o'之间形成第一张嘴角δ20o，该张嘴角在当前实施形式中尤其是约为20°，而在于万向节弯曲平面中朝着接头侧方向游移的球14a在外切线T20a与内切线T20a'之间存在第二张嘴角δ20a，该第二张嘴角尤其是约为10°。
在更大的40°的弯曲角β的情况下(图2C)，开口侧的和接头侧的球14o,14a处的张嘴角δ40o,δ40a在当前实施形式中相应大于在弯曲角为20°情况下的张嘴角。在此，在开口侧的球14o处的张嘴角δ40o尤其是约40°，而在接头侧的球14a处的张嘴角δ40a尤其是约20°。
不言而喻的是，所提及的张嘴角δ对于所提及的弯曲角β是示例性的并且取决于所选择的轨道形状。
下面借助根据图3的线图阐释轨道对22,23的可行的设计方案，示出张嘴角δ(以角度计)在弯曲角β(以角度计)上的变化曲线。在此，针对在万向节角度偏转的情况下朝着万向节外部件12的接头侧运动的球14的张嘴角δ在负的弯曲角β上绘制。相应于此，针对在万向节角度偏转时朝着万向节外部件12的开口侧运动的球14的张嘴角δ在正的弯曲角β上绘制。针对零度与50度之间的弯曲角β的角度范围中的下部的点划线基本上反映根据图1至2的轨道对的根据本发明的设计方案。针对零度与50度之间的弯曲角β的上部的点划线是对于张嘴角δ的根据本发明的变化曲线的示例性的上限界线。对于在万向节角度偏转的情况下朝着万向节外部件12的接头侧运动的球14，在下部点划线与上部点划线之间以实线示出另一种示例性的设计方案。
所有图示的共同之处在于，张嘴角δ在万向节伸直的情况下(β = 0°)为零度(δ =0°)。对于根据下部点划线的轨道对适用的是，接头侧的第一轨道部段22a1,23a1的平均的第一张嘴角增加率S1等于0.5，也就是说在弯曲角β = -10°时，张嘴角δ等于5°，而在弯曲角β = -20°时，张嘴角δ等于10°。优选地，张嘴角δ在第一接头侧的轨道部段22a1,23a1内增大至少十度(δ20–δ0 ≥ 10°)。在第二接头侧的轨道部段22a1,23a1中，也就是说从大于20°的弯曲角起，张嘴角δ在下部点划出的实施方案中恒定地保持为10°，也就是说张嘴角S2的斜率是零。
可考虑轨道对22,23的接头侧的区段22a,23a的任意其他如下设计方案，所述设计方案引起张嘴角δ在两个点划线之间的弯曲角β上的变化曲线。例如，在第一接头侧的轨道部段22a1,23a1内的直至数值上15°的弯曲角的平均的第一张嘴角增加率S1可等于2.0，也就是说在弯曲角β = -10°时张嘴角δ等于20°，而在弯曲角β = -15°时，张嘴角δ等于30°(上部虚线)。在第二接头侧的轨道部段22a1,23a1中，张嘴角δ可进一步增加，但以例如小于0.5的较小的斜率S2增加。
轨道对22,23的开口侧的区段22o,23o在本实施方案中设计成使得张嘴角δ在万向节的弯曲角β逐渐增加的情况下恒定地增加。也就是说在弯曲角β = 10°时，张嘴角δ等于10°，在弯曲角β = 20°时，张嘴角δ等于20°等等(虚线)。通过该设计方案产生：对于在第一弯曲角范围内的任何弯曲角β，在万向节弯曲平面EB中朝着万向节外部件12的开口侧运动的球14的开口侧的张嘴角δo和在同一弯曲角β下在万向节弯曲平面EB中朝着万向节外部件12的接头侧运动的球14的接头侧的张嘴角δa沿同一轴向方向打开。
总之，在所述等速万向节的情况下实现，张嘴角δ在中央的弯曲角范围内在与万向节中间平面EM相差至多二十度的情况下相对强地增加，从而在此确保球保持架15的可靠的保持架控制。但通过使张嘴角δ的增加率在超过二十度的较大的弯曲角β的情况下再次减小并且尤其是小于在中央的弯曲角范围的情况下，球14即使在所述大的弯曲角β的情况下也在万向节内部件13中被可靠地引导并且仅稍微轴向地从万向节内部件13的球轨道23中出来。
附图标记列表：
11 等速万向节
12 万向节外部件
13 万向节内部件
14 球
15 球保持架
16 外部的球面
17 内部的球面
18 窗孔
19 接头侧
20 开口侧
21 开口
22 外部的球轨道
22a,22o 轨道区段
23 内部的球轨道
23a,23o 轨道区段
24 栓部
25 驱动轴
A,A' 中心线
Aa,Ao 中心线
R 半径
M 万向节中心
EM 万向节中间平面
T,T' 切线
β 万向节弯曲角
δ 张嘴角

Claims (14)

1.一种等速万向节，包括：
万向节外部件(12)，所述万向节外部件带有纵向轴线(L12)和外部的球轨道(22)，其中，所述万向节外部件(12)具有接头侧和开口侧；
万向节内部件(13)，所述万向节内部件带有纵向轴线(L13)和内部的球轨道(23)，
其中，外部的球轨道(22)和内部的球轨道(23)相应彼此形成轨道对(22,23)；
相应地在每个轨道对(22,23)中传递转矩的球(14)；
球保持架(15)，所述球保持架布置在所述万向节外部件(12)与所述万向节内部件(13)之间并且具有分布在周缘处的保持架窗孔(18)，所述保持架窗孔相应接纳所述传递转矩的球(14)中的至少一个传递转矩的球；
其中，所述球(14)由所述球保持架(15)在所述万向节内部件(13)和所述万向节外部件(12)的纵向轴线(L12,L13)同轴地取向的情况下定义万向节中间平面(EM)，其中，两个纵向轴线(L12,L13)在弯曲角(β)不等于零度(0°)的情况下展开万向节弯曲平面(EB)；
其中，在所述万向节弯曲平面(EB)中观察，在所述等速万向节(11)的每个角度位置中，在外切线(T)与内切线(T')之间形成张嘴角(δ)，所述外切线在外部的球轨道(22)与球(14)之间的外部的接触点中施加到所述外部的球轨道(22)处，所述内切线在内部的球轨道(23)与球(14)之间的内部的接触点中施加到所述内部的球轨道(23)处，
其中，所述球(14)的中心在沿着所述外部的球轨道和内部的球轨道(22,23)运动时相应定义中心线(A,A')；
其中，此外定义第一弯曲角范围，所述第一弯曲角范围包括小于二十度的弯曲角(β)(-20° < β < 20°)，并且其中，定义第二弯曲角范围，所述第二弯曲角范围包括大于二十度的弯曲角(β)(β < -20°以及β > 20°)；
其中，所述轨道对(22,23)中的至少一些轨道对设计成使得：
-在所述万向节弯曲平面(EB)中朝着所述万向节外部件(12)的接头侧运动的球(14)的接头侧的张嘴角(δa)在所述第一弯曲角范围内随着弯曲角(β)增加而增加，其中，所述接头侧的张嘴角(δa)的接头侧的平均的第一张嘴角增加率(S1)定义在所述第一弯曲角范围内的弯曲角(β)上，
-其中，所述第一弯曲角范围的接头侧的平均的第一张嘴角增加率(S1)大于所述第二弯曲角范围的接头侧的平均的第二张嘴角增加率(S2)。
2.根据权利要求1所述的等速万向节，其特征在于，所述接头侧的平均的第一张嘴角增加率(S1)大于0.5；和/或
所述接头侧的平均的第二张嘴角增加率(S2)小于0.5。
3.根据权利要求1或2所述的等速万向节，其特征在于，所述至少一些轨道对(22,23)设计成使得：
-在弯曲角为零度(β = 0°)时，所述张嘴角(δ)至少为零度(δ ≥ 0°)和/或小于八度(δ< 8°)、尤其小于四度(δ < 4°)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的等速万向节，其特征在于，所述至少一些轨道对(22,23)设计成使得所述接头侧的张嘴角(δa)在所述第二弯曲角范围内的弯曲角(β)上是可变的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的等速万向节，其特征在于，所述至少一些轨道对(22,23)设计成使得对于在所述第二弯曲角范围内的每个弯曲角(β)适用的是，在所述万向节弯曲平面(EB)中朝着所述万向节外部件(12)的开口侧运动的球(14)的开口侧的张嘴角(δo)和在同一弯曲角(β)下在所述万向节弯曲平面(EB)中朝着所述万向节外部件(12)的接头侧运动的球(14)的接头侧的张嘴角(δa)沿同一轴向方向打开。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的等速万向节，其特征在于，所述万向节外部件(12)的球轨道(22)在其长度上分别具有开口侧的轨道区段(22o)和接头侧的轨道区段(22a)，其中，所述万向节外部件(12)的球轨道(22)的接头侧的轨道区段(22a)分别具有带有不同曲率的至少两个部段(22a1,22a2)。
7.根据权利要求6所述的等速万向节，其特征在于，所述万向节外部件(12)的接头侧的轨道区段(22a)的第一部段(22a1)具有第一曲率半径(Ra1)，
其中，滚动圆半径(PCR)与所述接头侧的轨道区段(22a)的第一曲率半径(Ra1)的比率大于1.4。
8.根据权利要求7所述的等速万向节，其特征在于，所述第一部段(22a1)的第一曲率半径(Ra1)通过围绕第一部段中心(Ma1)的第一圆弧区段形成，其中，所述第一部段中心(Ma1)处于所述万向节中间平面(EM)中并且与所述纵向轴线(L12)朝着所述球轨道(22)方向具有径向间距(偏移)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的等速万向节，其特征在于，所述万向节外部件(12)的接头侧的轨道区段(22a)的第二部段(22a2)具有第二曲率半径(Ra2)，
其中，所述滚动圆半径(PCR)与所述接头侧的轨道区段(22a)的第二曲率半径(Ra2)的比率小于1.4。
10.根据权利要求9所述的等速万向节，其特征在于，所述第二部段(22a2)的第二曲率半径(Ra2)通过围绕第二部段中心(Ma2)的第二圆弧区段形成，其中，所述第二部段中心(Ma2)与所述万向节中间平面(EM)朝着开口侧方向具有轴向间距(偏移)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的等速万向节，其特征在于，所述球保持架(15)具有球状的外面(16)和球状的内面(17)，所述球状的外面用于相对于所述万向节外部件(12)的内部的面引导所述球保持架(15)，所述球状的内面用于相对于所述万向节内部件(13)的外部的面引导所述球保持架(15)，
其中，在所述球状的外面(16)的中心与所述球状的内面(17)的中心之间设置有轴向错位(偏移)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的等速万向节，其特征在于，设置有用于润滑所述等速万向节(11)的润滑剂，其中，所述润滑剂具有在0.02与0.09之间的摩擦值(μ)(0.02< µ < 0.09)，尤其在0.05与0.06之间的摩擦值(0.05 < µ < 0.06)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的等速万向节，其特征在于，所述至少一些轨道对(22,23)设计成使得
所述第一圆弧区段在14°至22°的第一轨道部段角(γ1)(14° < γ1 <22°)上围绕所述第一部段中心(Ma1)延伸，和/或
所述第二圆弧区段在12°至20°的第二轨道部段角(γ2)(12° < γ2< 20°)上围绕所述第二部段中心(Ma2)延伸。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的等速万向节，其特征在于，对于所述至少一些轨道对(22,23)，下列中的至少一个是适用的：
滚动圆半径(PCR)与球直径(D14)之间的比率在1.4与2.1之间；
滚动圆半径(PCR)与所述球保持架(15)的轴向错位(偏移)之间的比率在5.0与12.5之间；
滚动圆半径(PCR)与所述第二轨道部段中心(Ma2)的轴向错位(偏移)之间的比率在4.0与8.0之间；
滚动圆半径(PCR)与所述万向节内部件(13)的接头型材的直径(D13i)之间的比率在1.0与1.25之间；
滚动圆半径(PCR)与所述万向节外部件(12)的外直径(D12o)之间的比率在0.315与0.345之间。
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