CN1143063C - 汽车转向轴的等速万向节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车用的一种转向轴等速万向节装置，在这种装置中，球(5)支承在一个滑动套筒(11)内，而滑动套筒(11)则布置成可进行弹性运动，所以可补偿磨损和制造公差并保证了万向节的灵活性。

Description

汽车转向轴的等速万向节

技术领域

本发明涉及一种汽车用的转向轴的等速万向节。

背景技术

一种已知的等速万向节装置例如是具有布置在两个万向节十字头之间的万向球接头的双十字头万向节。在已知的双十字头万向节装置中，围绕一根万向节十字轴运动的和围绕另一根在连接壳体上的万向轴运动的两个万向节十字头分别各与一个在两个轴端上的叉连接。定中心通过在一个轴端上由一个金属的万向节球和在另一个轴端上由一个圆筒形的同样是金属的支座组成的连接壳体内的两个轴端的万向节连接来进行，该万向节球啮合在该另一轴端内。连接壳体在内部构成一个空腔，该空腔为定中心的万向连接的运动创造了一个自由空间且其尺寸视伸长的轴的两个轴端的最大角偏转而定。两个万向节十字头的轴端或轴颈例如用布置在叉臂孔中或连接壳体中的滚动轴承进行相应的支承，以便具有良好的灵活性。具有八个支承点的十字头万向节支承以及中心的球支承要求高的精度，才能保证双十字头万向节的灵活性。在翻转平面内的两根轴的轻微的偏移就可导致例如一定位置的卡住，从而严重损害灵活性。此外，这还会导致不希望出现的磨损现象。为了限制这类缺点，必须把支承结构做得相当精确，这又会引起高的制造成本。减少这个问题的另一种已知的可能性是，在十字头万向节轴承的轴颈范围内这样设置橡皮弹性材料的嵌入物，使该轴承可相对于制造公差进行由此达到的轻便的弹性运动并同时具有减振作用。如果要求小的结构尺寸时，则一个弹性支承限制两个至全部8个十字头万向节轴颈，且实现起来费事而又昂贵。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种上述的转向轴的等速万向节来克服现有技术的各种缺点。特别是，这个目的在于，实现这样一种等速万向节：除了轻便灵活外，这种等速万向节便于安装、制造成本低和对制造公差不敏感。

根据本发明，这个目的的技术方案在于这种汽车用的转向轴等速万向节，具有在万向节中抗扭连接的轴端，每个轴端具有一个万向节，该万向节支承在一个与其相连的壳体中而可运动，而且所述轴端在两个万向节之间通过一个万向球接头相互连接，所以在一个轴端上的球支承在另一个轴端的一个支座内而可绕其中点旋转并可在另一轴端的轴的方向内进行滑动运动和弹性支承在径向内，其特征为，支座弹性支承在轴端上而可围绕轴进行摆动运动。

根据本发明，活动地连接两个轴端的球的支座做成弹性摆动的。这用很小的努力和可调节的弹力就能实现。这可做成很经济的结构，因为通过弹性支承只需一次就可实现公差消除。

在一个轴端上的球最好这样支承在另一轴端的支座内，该球的支座做成滑动套筒，该套筒围着该球。该套筒本身则弹性支承着，即该套筒或包括一个滑动套筒的支座可通过弹性装置例如弹簧固定在一个轴端或叉上，使该支座在太大的径向力时可通过该球以摆动运动的方式压走，直至实现公差消除为止。

滑动套筒用滑动材料制成，该球在该滑动套筒中进行滑动和旋转。这种套筒也可具有一层滑动涂层。但特别适合的是，在一个支承套筒上用一种烧结金属制成特别是开槽的套筒。

这种套筒本身应做成这样，即它与球一起构成一个无间隙的支承。这个目的是这样实现的，即该滑动套筒以一定的预应力并由此无间隙地弹性地紧贴在球上。该滑动套筒的外壁开缝可使它在径向内进行弹性运动。依此方式，既吸收了例如球直径的径向误差，又通过该套筒的弹性支承抵消了轴的容许偏差。

另一种有利的结构型式为，在万向节球上装一个塑料导向装置，其中该塑料导向装置可在滑动套筒中或在圆筒形支座中自己进行滑动。在这种情况下，该套筒或该支座就可不用特种轴承材料制造。甚至可取消轴套，这时支承在球上的塑料部分直接在摆动运动的弹性支承的支承套筒中进行导向滑动运动。

此外，特别是对上述那种双十字头万向节装置来说，重要的是，在安装万向节时必须有一个导向装置来把万向球接头按规定的方式连接起来并在万向节的极端位置时即不符合正常运行情况的位置时，出于安全考虑设置了一个限位止挡。通过连接壳体在内部范围内具有适当的环形止挡面结构，即可实现限位。必须注意，特别是支承套筒的摆动支座在极端位置中必须首先贴合在止挡上，然后才是万向球接头贴合在第二个止挡面上。这样，特别是在没有组装好的状态下就保证了该止挡在极端位置内的缓冲。这种止挡限位特别适用于本发明的弹性万向球接头支承，但也可用于没有弹性万向球接头支承的其他双十字头万向节。

对等速万向节装置来说，也可用不是十字轴万向节的结构。例如在要求特别高的灵活性和均匀的运动时，等速万向节最好各用一个通用万向节(也叫均动力学万向节)尤其是用平行一固定式万向节来实现。然后在与一个壳体连接的这两个万向节之间重新布置具有弹性支承的万向球接头，从而使轴端支承在这两个万向节上方而可进行弯折运动。例如德国奥芬巴赫勒尔和布隆康卜公司制造的勒卜诺万向节就是平等-固式万向节。

附图说明

下面结合附图所示的一些实施例来详细说明本发明：

图1   转向轴双十字万向节的本发明实施例的示意断面图；

图2   错开了90°并具有限定偏转的止动装置的转向轴双十字万向节的本发明另一个实施例的示意断面图；

图3   带有滑动套筒的摆动套筒弹性支承结构的一个方案按图2放大的示意断面图；

图4   带有弯边的摆动套筒的弹性支承结构另一方案的示意断面图；

图5   带有消除游隙的弹簧销的弹性支承结构又一个方案的示意断面图；

图5a  图5弹簧销的示意横断面；

图6   在摆动支座和滑动套筒之间附加设置了一个直径可调整的塑料套筒来进行公差补偿和磨损补偿的另一个消除游隙的方案的示意断面图；

图7   具有支承在球上的塑料滑动导向装置并具有作为滑动套筒构成的摆动支座的另一个方案的示意断面图；

图8   具有摆动套筒作为零间隙调整的箝固弹簧时塑料滑动套筒的相当于图7的一种结构型式的示意断面图；

图8a  图8摆动套筒的示意横断面；

图9a  具有塑料弹簧的塑料滑动导向装置在未装配状态下的另一处结构型式的示意断面图；

图9b  与图9a相同的具有塑料弹簧的塑料滑动导向装置的示意纵断面；

图10a 在装配好的状态下图9塑料滑动导向装置的示意横断面；

图10b  同样在装配好的状态下图9塑料滑动导向装置的示意纵断面。

具体实施方式

图1和图2表示本发明转向轴双十字万向节的横断面。该万向节由一个连接壳体8或一个管状双叉8组成，在该连接壳体中布置了两个活动支承的万向节十字头9。轴端2和3通过支承在万向节十字头9上的叉4和6、通过球颈10和球5与支座7连接而可进行铰接运动。波纹管可保护该万向节不受污染。

支座7做成滑动套筒状或支承一个圆筒形的滑动套筒，该滑动套筒或用一种滑动材料例如一种滑动金属涂敷，或用一种滑动材料例如最好用一种烧结金属和支承套筒组成。为了相应地消除适当的公差，支座7弹性地支承在叉6上，所以在一定横向力时，该支座可摆动地相对于轴3偏转。盘形弹簧31的预应力是这样选择的，即在高度灵活性的情况下具有足够大的恢复力并可保证消除公差。

图2表示旋转了90°的该万向节的横断面，在这个横断面中，示出了轴端1和2上的万向节叉4和6。如前所述，它们可运动地支承在例如可做成管状的壳体8的十字头万向节9中。在壳体8的中间内部范围内示出了终端止挡13和14，它们做成环形凸起部并有助于该万向节的安装，同时作为该万向节在极端的终端位置内的安全止挡。止挡面13和14做成这样，即在极端位置内，支座7相对于球5首先运动受到限制接触到止挡13上。

在图3中用横断面示出的滑动套筒11最好沿其纵轴切开一条缝隙15，这样套筒11可径向运动并可配合球5进行预应力，从而可使套筒11无间隙地在球5上旋转和/或滑动。缝隙15既可沿纵向内朝轴向或呈螺旋形设置，又可按断开筒壁的方式进行设置。

增加套筒11的弹性行程的另一种可能性或设置附加减振的另一种可能性是，除了在叉6上的摆动支承外，在套筒11和支座7之间设置一种橡皮弹性材料。

图3示出了支座7作为摆动套筒7用弹簧31箝固支承在叉上。由于要施加高的预应力和要求小的安装空间，所以最好用盘形弹簧。此外，盘形弹簧是经济的解决办法。另一种适合的弹性支承是采用橡皮弹性垫，这种弹性垫例如作成环形垫圈嵌在金属垫圈之间。根据需要还可做成多层的结构。

从图3还可看出，盘形弹簧31最好放置在叉端6上构成的一个环形空腔34中。在此图的上半部截面中，摆动导轨7，31设有一个挡边33，该挡边作为弹簧止挡并朝另一挡边41施压，该另一挡边做成挡边或挡爪，并在静止位置中，该挡边33朝轴轴向对准。此外，挡爪41使滑动轴承停止在轴向位置内。

在下半部截面中示出了摆动套筒支承的中一个方案。在这里摆动套筒30被弹簧31通过一个在套筒7上构成的挡边33朝叉一侧的止挡35施压。其中弹簧31支撑在构成空腔34的挡爪41上，该弹簧固定在支座7上，以便于安装。套筒11可通过校准无间隙地位于摆动套筒7中。套筒11最好用固定装置32、32，2固定在摆动支座7上。最好通过凸缘32至少固定在离套筒11一侧的叉6上。凸缘32的折弯应至少卡住套筒11到这样的程度，使该套筒在相应磨损并由此产生间隙时不会脱落。在套筒11的另一端可在摆动导轨30上设置一个凸肩32，1，该凸肩将套筒11固定在另一个轴向内。

图4表示这种支承的另一种可能性。在上半部图中，弯边32，2在挡爪42离球的一侧上卡在叉6上。在挡爪42的前侧和滑动轴承套筒11的一个构成环形空腔34的弯边之间嵌入弹簧31。

按图5和图5a所示，滑动套筒11也可附加地弹性地用弹簧销38固定，这些弹簧销装在摆动套筒30上或在该套筒上构成。这样就可达到附加的公差消除。

按图6，在套筒11和摆动导轨之间用一个最好嵌入的塑料套筒36可附加地在补偿磨损的情况下使轴承间隙保持接近于零并简化安装。塑料套筒36和摆动导轨7，30的圆锥形结构可附加地改进无间隙的调节。该塑料套筒可按适当的方式成型，最好做成锥形并同样开有缝隙，在套筒11固定后例如用凸肩卡住套筒11的端部。如果弹簧31，1挡住压到锥体上是有利的。合适的塑料主要是聚甲醛，但也可以为聚酰胺和聚酰胺加玻璃纤维。

按图7所示，简化这种支承的另一个可能性在于，取消金属的滑动套筒11，并在球上设置一个可进行旋转运动的塑料滑动导轨37，该滑动导轨沿轴向支承在摆动导轨30、7上而可进行滑动运动。通过弹性凸台可进行另外的小的间隙消除，这种弹性凸台在弯起的万向节内用压力触摩到球表面并使塑料滑动导轨37进行轴向运动。

按图8、8a和8b所示，这种装置可进一步进行改进：圆筒形的摆动导轨7，30在其筒壁的范围内做成弹性的并弹性地、无间隙地包住塑料滑动导轨37，在磨损的情况下甚至可进行调节。这是容易实现的，即通过适当的材料选择并在壁的部分范围开槽和由此构成弹性的弹簧销38即可。这种结构特别经济而且便于万向节的安装。其他的优点有：球的接触面大，因而磨损较小，对冲击有良好的减振作用和大量可供选择的合适材料，如聚甲醛、聚酰胺、聚酰胺+玻璃纤维，以及具有特别有利的润滑特性的塑料-碳素纤维复合材料。聚甲醛特别适用于这种场合，而且价格低廉。此外，可在滑动导轨37的中间范围开槽来构成弹性凸起37，1，从而使球5以更小的间隙被弹性地围着。

图9b和9a表示在没有应力状态下的减振间隙消除的又一个可能的优选方案的纵断面和横断面。在摆动导轨30中滑动的塑料滑动导轨37在其外壁范围设置了一个塑料弹簧39，该弹簧在预应力V作用下可进行无间隙的滑动。弹簧39最好与塑料导轨37用一整件制成，其中弹簧39最好这样开槽40，使该弹簧可进行径向弹性运动并在消除磨损和消除公差的情况下紧贴在摆动导轨30的内表面上。在图10中示出了在装配好状态下的图9所示的相同的塑料滑动导轨30。示意地示出了摆动导轨30对面的弹簧39覆盖的公差间隙A，B。

Claims (16)

1.汽车用的转向轴等速万向节，具有在万向节中抗扭连接的轴端(1，2)，每个轴端具有一个万向节(9)，该万向节(9)支承在一个与其相连的壳体(8)中而可运动，而且所述轴端(1，2)在两个万向节之间通过一个万向球接头(5，7)相互连接，所以在一个轴端(2)上的球(5)支承在另一个轴端(1)的一个支座(7)内而可绕其中点旋转并可在另一轴端(2)的轴(3)的方向内进行滑动运动和弹性支承在径向内，其特征为，支座(7)弹性支承在轴端(2)上而可围绕轴(3)进行摆动运动。

2.按权利要求1的万向节，其特征为，支座(7)支承一个滑动套筒(11)。

3.按权利要求2的万向节，其特征为，套筒(11)由一个摆动导轨(30)支承。

4.按前述权利要求任一项的万向节，其特征为，用金属弹簧(31)进行支承。

5.按权利要求1的万向节，其特征为，用弹性体弹簧垫进行支承。

6.按权利要求4的万向节，其特征为，摆动导轨(30)对面的金属弹簧(31)进行了预加应力，所以轴(3)在无荷载位置内与摆动导轨(30)的轴对准。

7.按权利要求2或3的万向节，其特征为，套筒(11)包含一种烧结金属。

8.按权利要求2或3的万向节，其特征为，套筒(11)这样进行开槽，使该套筒在径向内可进行弹性运动。

9.按权利要求8的万向节，其特征为，套筒(11)在每个工作位置内都消除磨损地和消除公差地、无间隙地包围球(5)。

10.按权利要求4的万向节，其特征为，在轴端(2)和支座(7)之间构成一个环形空腔(34)来支承预应力的弹簧装置(31)，其中该弹簧装置布置在设在轴端(2)的第一止挡(35，41)和摆动导轨(30)上的第二止挡(33)之间，所以在径向力作用时，摆动导轨(30)可围绕轴(3)弹性摆动。

11.按权利要求2或3的万向节，其特征为，套筒(11)至少一端支承在摆动导轨(30)的轴向内。

12.按权利要求3的万向节，其特征为，在滑动套筒(11)和摆动导轨(30)之间设置了一个塑料套筒(36)。

13.按权利要求1的万向节，其特征为，在套筒状的支座(7)和球(5)之间这样设置了一个塑料滑动导轨(37)，即该塑料滑动导轨支承着球(5)而可进行旋转运动并由支座(7)在轴向内进行导向滑动运动。

14.按权利要求13的万向节，其特征为，支座(7)在其圆周上具有弹性销状的装置，塑料滑动导轨(37)弹性嵌入在球(5)和支座(7)之间。

15.按权利要求13或14的万向节，其特征为，塑料滑动导轨(37)在外壁范围内被一个预应力的塑料弹簧(39)围住，该弹簧可在支座(7，30)中滑动。

16.按权利要求1的万向节，其特征为，在壳体(8)的内壁上设置有球(5)和支座(7)的止挡装置(13，14)。

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