CN112424496A - 三球销滚子的组装方法、三球销滚子和带三球销滚子的等速万向节 - Google Patents

三球销滚子的组装方法、三球销滚子和带三球销滚子的等速万向节 Download PDF

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Abstract

三球销滚子广泛用于变速装置和其他驱动装置。此类三球销滚子应该稳定且易于制造。提出一种用于组装三球销滚子9的方法，其中三球销滚子9的结构包括：内圈12和外圈13，其中内圈12和外圈13被设计为座圈；多个滚动体14，所述滚动体14排列在座圈之间的滚动体空间15中；第一凸缘和第二凸缘16、17，凸缘16、17轴向限定滚动体空间15和/或轴向止挡滚动体14，此时凸缘16、17分别决定了凸缘直径BD1、BD2，凸缘直径BD1、BD2大小相同，凸缘16、17在其中一个座圈上，如此一个座圈形成凸缘圈，另一座圈形成挡圈，挡圈滚动体14的滚道决定了滚道直径LD，凸缘16、17在凸缘圈上整体成型，且滚道直径LD与两个凸缘直径BD1、BD2至少以过盈配合的形式重合和/或凸缘16、17之间的挡圈13轴向卡紧防脱出，在本方法中，座圈12、13彼此组装在一起，外圈13在组装过程中至少需加热到100摄氏度。

Description

三球销滚子的组装方法、三球销滚子和带三球销滚子的等速 万向节
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1特征的三球销滚子的组装方法。本发明还涉及三球销滚子和带三球销滚子的等速万向节。
背景技术
等速万向节是用于从一个轴向以一定角度安装的另一个轴均匀传递角速度和扭矩的万向节。等速万向节的一种形式是三球销式万向节，其作为万向节副通常具有带销的三球销星形件，其销在径向方向上与万向节副对齐，并且分别都有一个三球销滚子。带有三球销滚子的三球销星形件嵌接万向节钟形壳，万向节钟形壳具有三个沿轴向延伸至第二万向节副的细长凹槽，其中三个三球销滚子可相对第二万向节副轴向移动。三球销滚子有一个用于引导滚子的外圈。
在DE 44 39 965 A1专利申请文件中展示了一个这种等速万向节的范例，其代表最新的技术水平。该文献公开了一种具有三个三球销滚子的三球销单元，每个三球销滚子具有一个内圈和一个外圈。在环之间布置有大量滚动体，尤其是滚针，使得内圈和外圈可以彼此相对滚动。
发明内容
本发明的目的是提出一种三球销滚子的组装方法、一种三球销滚子和带三球销滚子的等速万向节，从而能够以低成本制造特别稳定的三球销滚子。由具有权利要求8特征的三球销滚子和具有权利要求10特征的等速万向节通过具有权利要求1特征的方法来实现该目的。本发明的优选或合适的实施方式源于从属权利要求、以下描述和附图。
因此本发明的对象是一种用于组装三球销滚子的方法，该方法尤其适合用于/设计用于等速万向节，特别是三球销万向节。等速万向节特别设计为伸缩型等速万向节。等速万向节主要被设计成同步万向节，用于从一个轴向以一定角度安装的第二个轴均匀传递角速度和扭矩。尤其首选将等速万向节设计为传动万向节，将驱动扭矩从发动机传递到车辆的转向轮。等速万向节主要布置在轴减速器和驱动轴之间。等速万向节作为第一万向节副具有三球销星形件，该三球销星形件具有沿三球销星形件的轴径向延伸的三个轴颈。每个轴颈上都有一个此类三球销滚子。三球销星形体嵌接作为第二万向节副的万向节钟形壳，万向节钟形壳具有三个沿轴向延伸至第二万向节副的细长凹槽，在其中三个三球销滚子可相对第二万向节副轴向移动。
三球销滚子具有一个内圈和一外圈。特别彼此同心布置内圈和外圈。此外，尤其内圈和外圈可以在组装状态下彼此相对旋转。
外圈特别地提供了外滚道。外滚道最好设计成气缸水套表面。气缸水套表面可以形成一个平直或平坦或弧面的气缸水套表面。内圈具有一个内滚道，其中内滚道和外滚道互相同心和/或同轴。内滚道特别设计成气缸水套表面。内滚道最好是平坦表面，或者内滚道可以是弧面。在特定情况下，内滚道和外滚道可以完全重合和/或叠合。
内滚道和外滚道尤其确定了三球销滚子的轴。外圈最好在沿着三球销滚子轴的纵向截面中具有凸圆形和/或截球形外表面。内圈和外圈各设计为一个座圈。座圈最好由金属材料制成，特别是钢制。内圈和外圈可以由相同或不同的材料制成，例如具有不同电感或电气特性的材料。
在座圈之间，特别是在内圈和外圈之间，在特定情况下是在内滚道和外滚道之间形成一个滚动体空间。具体而言，滚动体空间形成环形间隙。
三球销滚子有多个滚动体，滚动体排列在滚动体空间中。滚动体尤其被设计成滚子或滚筒，特别是滚针。滚动体允许了内滚道和外滚道和/或内圈和外圈彼此相对移动。座圈尤其通过滚动体彼此支持。尤其借助座圈将滚动体保持在滚动体空间中防止脱出。
三球销滚子具有第一凸缘和一个第二凸缘。凸缘在三球销滚子轴的轴向上限定滚动体空间。作为备选或附加方案，凸缘形成滚动体的轴向止挡。每个凸缘确定一个凸缘直径。根据具体设计方案，可以将凸缘直径设计为外径或内径。
凸缘直径应相等。凸缘尤其构成了高于滚道的径向突起，这些突起具有突起高度。两个凸缘的突起高度相同。两个凸缘在其中一个座圈上，其中一个座圈形成凸缘圈，另一个座圈形成挡圈。挡圈的滚动体滚道确定了滚道直径。
按照规定，凸缘在凸缘圈上整体成型，使得凸缘圈在纵向截面上形成U型轮廓。还规定挡圈的滚道直径与两个凸缘直径至少以过盈配合的形式重合。因此凸缘之间的挡圈相对于三球销滚子轴的轴向方向形锁合，并/或防止脱出。作为备选或附加方案，凸缘在两个轴向方向上形成挡圈的轴向止挡。
本方法建议在装配过程中，在外圈被加热到至少100摄氏度的情况下，将座圈彼此组装在一起。在组装过程中，外圈最好加热到至少150摄氏度，在特别情况下加热到250摄氏度。特别外圈应加热到最低温度，该最低温度应保证座圈在组装期间彼此安装，而不会碰撞或至少不会损坏。最好在组装之前进行实际和/或主动加热，作为备选或附加方案，可以在组装期间进行加热。最好通过彼此轴向推入座圈来进行组装。在组装之前，将滚动体放入座圈中。
本发明基于这一考虑：带有凸缘圈的整体式凸缘设计对于生产功能优良的三球销滚子而言，是特别经济的解决方案。然而另一方面所组装的三球销滚子不允许拆卸座圈，因为它们彼此之间至少为过盈配合。为了实现这种本质上无法实现的设计方案，建议在装配过程中将外圈加热到100摄氏度以上，暂时增大外圈内径，以便座圈能够相互配合装配。
最好使用加热过程无接触的热源加热外圈。在这种情况下，无接触是指加热过程中热源和外圈之间没有机械接触。例如可以使用电磁波或气态介质进行热传递。或者也可以在介质浴中加热外圈，例如在水浴中，其中内圈和外圈在介质浴之外进行组装。
尤其推荐通过感应加热外圈。感应加热尤其不需要介质。对于感应加热，外圈尤其应导电，此时基于产生的涡流损耗加热外圈。使用感应加热时，每平方厘米最好传导102瓦特以上的功率，在特定情况下每平方厘米传导5000瓦特以上的功率。特别通过交变场进行感应加热，其中交变场具有交变频率。交变频率最好是低频，例如在50到300赫兹之间，或者是中频，例如在300赫兹到100千赫兹之间，或者是高频，例如大于100千赫兹。交变场尤其具有穿透深度，其中穿透深度最好大于1毫米，在特定情况下大于5毫米。
可选择通过热辐射加热外圈。特别是借助红外辐射加热外圈。在特定情况下，可以用点发射器加热外圈，例如用红外点发射器。作为备选或附加方案，使用激光进行加热，例如二氧化碳激光或电子束。
尤其首选设计不含卡环的三球销滚子和/或在组装期间不安装或使用卡环。尤其凸缘代替卡环和/或承担了之前卡环的作用。例如之前使用卡环连接内圈和外圈，将滚动体保持在内圈和外圈之间防止脱出。
特别是可能会规定在组装过程中内圈处于室温。室温尤其指环境温度，在特定情况下温度在10到30摄氏度之间。尤其内圈和外圈呈现温度差，因为内圈处于室温，外圈被加热到超过100摄氏度。
本发明的一种可能的实施方式是在装配步骤中冷却内圈。尤其是内圈冷却到5摄氏度以下，最好冷却到0摄氏度以下，在特定情况下冷却到100摄氏度以下。可以在组装步骤之前和/或期间进行实际冷却。可以通过接触冷却进行冷却，在液态介质或气态介质中冷却，在特定情况下使用液氮冷却。通过冷却增加内圈和外圈的温度差，其中温度差特别应大于100摄氏度，最好超过150摄氏度。通过此温度差确保至少一个座圈的轮廓变化足以进行组装。
本发明的另一个对象由三球销滚子构成，三球销滚子包括内圈和外圈以及多个滚动体，具体如上所述。此外，如上所述三球销滚子有凸缘。同样如上所述设计滚道直径和两个凸缘直径的比例。
在本发明的优选实施例中，对于滚道直径和凸缘直径之间的差值，其选择应确保当外圈被加热到至少100摄氏度的温度时，座圈彼此组装在一起。在结构方面，三球销滚子的设计使得当外圈被加热到装配温度时，座圈可以彼此组装在一起，其中装配温度至少为100度。
两个凸缘有相同的凸缘直径。在本发明的优选实施例中，凸缘被设计为外圈和/或挡圈被设计为内圈。因此凸缘相对于三球销滚子轴径向向内打开。挡圈作为内圈布置在凸缘之间，并轴向抵靠凸缘。凸缘的自由内径分别形成凸缘直径。设计为内圈的挡圈的内滚道形成滚道直径。凸缘自由内直径的设计比挡圈的滚道直径小。
挡圈至少在轴向一侧上具有滚道直径作为最大直径，挡圈通过这一侧插入凸缘圈。挡圈，特别是内圈，最好设计成没有凸缘。在特定情况下，挡圈的最大直径，尤其是内圈，由滚道直径确定。规定了挡圈，尤其是内圈，在工作中轴向侧面抵靠两个凸缘或可以抵靠两个凸缘。三球销滚子特别设计为无卡环和/或没有卡环。
本发明的另一个对象涉及一种等速万向节，其具有至少一个如上所述或根据前述权利要求之一的三球销滚子。等速万向节作为一个万向节副具有三球销星形件，该三球销星形件具有三个在径向上与万向节副对齐的轴颈，在每个轴颈上如上所述或根据前述权利要求之一有三球销滚子。另一方面，另一个万向节副被设计成钟形，其有三个细长的凹槽，三球销滚子插入其中。尤其如上所述设计等速万向节。
附图说明
本发明的其他特征、优点和效果根据本发明优选实施例的以下描述和附图说明。其中：
图1作为本发明实施例的等速万向节的示意图；
图2a-d图1中等速万向节的三球销滚子组装方法实施例的示意图；
图3a-d图1中等速万向节的三球销滚子组装方法实施例的示意图；
具体实施方式
在高度示意性的图示中，图1示出了用于车辆2的等速万向节1作为本发明的一个实例，其中车辆仅显示为一个方块。
等速万向节1布置在传动系中的变速器输出端3(特别是差速器)和中间轴4(特别是车轮驱动轴或万向轴)之间。变速器输出3确定输出轴5，中间轴4确定轴心线6。等速万向节1的设计确保从输出端3向中间轴4传递转动和驱动扭矩，同时实现了起始轴5和轴心线6之间的转向或角度改变，如连接在中间轴4上的从动轮发生偏斜的情况。中间轴4具有轴头部分7，在轴头部分7上有多个轴颈8，在该实施例中有三个轴颈8，其径向延伸至轴心线6。轴颈8在围绕轴心线6的圆周方向上规则地布置，形成三球销星形体11。在图1中只示出一个轴颈8。在轴颈8上分别有一个三球销滚子9，其旋转轴为与轴心线6径向布置的三球销滚子轴T。
等速万向节1有一个钟形部分10，其抗扭地连接输出端3，并且为三球销滚子9提供滚道。
这里钟形部分10抗扭地连接输出端3，轴头部分7抗扭地连接中间轴4。可选其他实施例，轴头部分7抗扭地连接输出端3并且钟形部分10连接中间轴4。此外钟形部分10也可能四周封闭或有自由区域。
在图2a、2b、2c和2d中展示图1中等速万向节1所使用的三球销滚子9的组装方法实施例。各图分别显示了三球销滚子9的纵向截面。
在图2a到2d中分别显示三球销滚子9组装方法的不同阶段，以及三球销滚子9的制造步骤。图2a显示了拆卸状态下的三球销滚子9，图2b显示组装过程中的三球销滚子9，图2c显示了组装过程之后温度均衡的三球销滚子9，图2d显示了组装状态下的三球销滚子9。
三球销滚子9有一个内圈12和一个外圈13，它们彼此同心且同轴，且拥有三球销滚子轴T作为旋转轴。内圈12和外圈13可以统称为座圈。
外圈13在其径向外侧设计为节圆、扇形和/或球形。外圈13有第一凸缘16和第二凸缘17，凸缘16、17径向向内延伸。凸缘16、17在纵向截面上为矩形。第一凸缘16通过其自由开口横截面确定第一凸缘直径Bd1，第二凸缘17通过其自由开口横截面确定第二凸缘直径BD2。两个凸缘直径BD1和BD2设计为相同尺寸。凸缘16、17在外圈13中一体成型和/或由同样的基底材料整体制造。在所示的纵向截面中，凸缘16、17径向向内指向三球销滚子轴T。因此，外圈13被设计成一个凸缘圈。
在内圈12和外圈13之间有多个滚动体14，其中滚动体14被设计为滚子，特别是圆柱滚子或滚针。内圈12和外圈13之间的滚动体14在滚动体空间15中，其中滚动体空间15在径向上一侧由内滚道18限定，另一侧由外滚道19限定。在轴向上，由凸缘16、17限定滚动体空间15，其对滚动体14进行止挡。
内圈12具有内滚道18最大外径。在所示的纵向截面中，内圈12被特别设计为矩形。内滚道18确定内圈12的滚道直径LD。
在图2a和2d中展示三球销滚子9处于温度T1的均匀温度状态。例如温度T1可以是20℃的室温。特别强调，内圈12和外圈13有相同的温度T1。在此温度状态下，凸缘直径BD1、BD2小于滚道直径LB。此结构关系也可以称为过盈配合或至少是过盈配合。从图2d可以看出，内圈12通过凸缘16、17在轴向方向上形锁合，并防止脱出。因此内圈12被设计成挡圈。从图2a可以看出，由于过盈配合，不能将内圈12推入外圈13。从图2d可以看出，三球销滚子9不可拆卸。
通过将外圈13加热到最少为100摄氏度的加热温度T2，以实现安装。内圈12保持在温度T1。因此，在组装过程中内圈和外圈13、12之间出现温度差。外圈13由于加热而膨胀。由于外圈13膨胀，则可以安装内圈13。
图2b和2c中可见相应的方法。通过加热外圈13到温度T2使外圈膨胀，从而使滚道直径LD小于凸缘直径BD1和BD2。在此状态下，内圈12可以推入外圈13。如图2c所示，在已装配的状态下，外圈13重新冷却，从温度T2回到温度T1。由于冷却外圈13重新收缩，从而最终回到初始尺寸，凸缘16、17以形锁合的方式夹紧内圈。
在图3a-d中显示了图1三球销滚子9组装方法的另一个实施例。除了图2所述步骤外，内圈12还会被冷却。内圈12被冷却到小于或等于0摄氏度的温度T3。尤其可以使用液氮或干冰冷却内圈。通过冷却内圈使其收缩和缩小。因此特别是滚道直径LD缩小，从而使内圈12可以安装在外圈中。在组装步骤后将内圈12重新加热到温度T1，从而使内圈膨胀，并被凸缘16、17以形锁合的方式夹紧。
附图标记说明
1等速万向节 2车辆 3变速器输出端 4中间轴 5输出轴 6轴心线 7轴头部分 8轴颈 9三球销滚子 10万向节钟形壳 11三球销星形体 12内圈 13外圈 14滚动体 15滚动体空间 16第一凸缘 17第二凸缘 18内滚道 19外滚道 T1第一温度 T2第二温度 T1第三温度LD滚道直径 BD1、BD2凸缘直径。

Claims (10)

1.用于装配三球销滚子(9)的方法，其中三球销滚子(9)的结构包括：
一个内圈(12)和一个外圈(13)，其中内圈(12)和外圈(13)被设计为座圈，
多个滚动体(14)，所述滚动体(14)排列在座圈之间的滚动体空间(15)中，
第一凸缘和第二凸缘(16、17)，凸缘(16、17)轴向限定滚动体空间(15)和/或轴向止挡滚动体(14)，凸缘(16、17)分别决定了凸缘直径(BD1、BD2)，其中凸缘直径(BD1、BD2)大小相同，
而且凸缘(16、17)在其中一个座圈上，如此一个座圈形成凸缘圈，另一座圈形成挡圈，挡圈滚动体(14)的滚道决定了滚道直径(LD)，
对此凸缘(16、17)在凸缘圈上整体成型，且滚道直径(LD)与两个凸缘直径(BD1、BD2)至少以过盈配合的形式重合和/或凸缘(16、17)之间的挡圈(13)轴向卡紧防脱出，
在本方法中，座圈(12、13)彼此组装在一起，外圈(13)在组装过程中至少需加热到100摄氏度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不与热源接触加热外圈(13)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过感应加热外圈(13)。
4.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的方法，其特征在于，通过热辐射加热外圈(13)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，无卡环安装三球销滚子(9)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，内圈(12)在装配过程中处于室温。
7.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，内圈(12)在装配过程中需冷却到5摄氏度以下。
8.三球销滚子(9)，其根据上述权利要求的方法安装，
带有内圈(12)和外圈(13)，其中内圈(12)和外圈(13)被设计为座圈
且带有多个滚动体(14)，所述滚动体(14)排列在座圈之间的滚动体空间(15)中，
带有第一凸缘和第二凸缘(16、17)，凸缘(16、17)轴向限定滚动体空间(15)和/或轴向止挡滚动体(14)，凸缘(16、17)分别决定了凸缘直径(BD1、BD2)，其中凸缘直径(BD1、BD2)大小设计相同，
而且凸缘(16、17)在其中一个座圈上，如此一个座圈形成凸缘圈，另一座圈形成挡圈，挡圈的滚道决定了滚道直径(LD)，
其特征在于，凸缘(16、17)在凸缘圈上整体成型，且滚道直径(LD)与两个凸缘直径(BD1、BD2)至少以过盈配合的形式重合和/或凸缘(16、17)之间的挡圈轴向卡紧防脱出，对于滚道直径(LD)和凸缘直径(BD1、Bd2)之间的差值，其选择应确保外圈(13)加热到100摄氏度时，可以装配座圈。
9.根据权利要求4到6中任一项所述的三球销滚子(9)，其特征在于，凸缘圈被设计为外圈(13)和/或挡圈被设计为内圈(12)。
10.等速万向节(1)，特征在于，至少有一个根据前述权利要求中的任一项所述的三球销滚子(9)。
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