CN116044914A - 一种轻量化万向节、花键配合副及传动轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化万向节、花键配合副及传动轴，涉及汽车传动轴领域。所述轻量化万向节包括球窝、球头、一字轴，所述球窝为薄壁结构，所述球窝不再用于传递传动扭矩；所述球头铰接安装于所述球窝中，所述球头上设置有传动孔，一字轴贯穿所述传动孔，球窝两端均连接有固定翼，固定翼上设置有承载孔和传动键。所述轻量化花键配合副包括花键轴和花键套，花键轴和花键套均为薄壁结构。所述轻量化传动轴，包括所述轻量化万向节，和/或，所述轻量化花键配合副。本发明通过将球窝和花键配合副均采用薄壁结构一体成型，实现了无切削加工，大幅提高了生产效率和质量稳定性、大幅降低了零件重量及加工成本，适应了汽车零部件的轻量化发展要求。

Description

一种轻量化万向节、花键配合副及传动轴

技术领域

本发明涉及汽车传动轴领域，具体而言，涉及一种轻量化万向节、花键配合副及传动轴。

背景技术

本申请是在中国专利技术CN202021793026.3申请日：2020-08-20，公开号：CN213176523U基础上所作的进一步优化提升，是为了适应汽车工业对传动轴轻量化的要求而作的改进。现有技术的传动轴为了实现轻量化，普遍通过采用铝合金、碳纤维等轻质材料实现零部件减重的目的，但该类轻质材料一般价格昂贵，从而提高了传动轴的成本，同时还增加了制作难度，工艺复杂，技术上尚存在不足之处，在碳纤维与钢材之间的连接上也存在质量风险，不同材质之间易于出现脱层现象，从而降低了产品强度，引发质量事故。中国专利技术CN202021793026.3与传统的十字轴式传动轴相比，尽管在重量上有所降低，但球窝的加工工艺复杂，加工效率偏低，加工成本偏高，难以实现标准化，且由于球窝是关键受力部件，承担了传递扭矩的功能，因此整体受力比较大，需要较高的结构强度，零件壁厚和重量很难再做进一步降低，重量偏重，无法适应汽车传动轴大批量生产及轻量化的要求，且球窝承受的巨大扭矩易于导致球窝主体结构的变形，会进一步影响零部件的配合精度，存在进一步结构优化的必要，以达到降低重量、简化工艺、提高生产效率和加工质量的稳定性、提升产品性能、降低产品成本的目的。同时，现有技术传动轴的花键套和花键轴这对花键配合副的制作工艺也较复杂，重量偏重，存在改进的必要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种轻量化万向节、花键配合副及传动轴，以适应汽车工业对传动轴轻量化及标准化的要求，同时解决专利技术CN202021793026.3所存在的成本偏高、加工工艺复杂、加工效率偏低、无法适应汽车传动轴大批量生产的要求等问题；同时优化万向节及球窝的受力状态和功能，使球窝主体不再传递扭矩，主要承担起密封润滑油的功能，从而减小球窝的受力变形，改善球窝的结构工艺，降低制造难度，提高球窝的加工效率，降低球窝重量和加工成本；优化花键套及花键轴的结构工艺，通过大直径小壁厚，优化材料分布，最大限度地发挥材料性能，提升了花键承载能力，减小了花键的应力和滑动摩擦力，减少了花键磨损，提升了花键寿命，降低花键配合副的重量，简化花键配合副的制作工艺，提高生产效率，降低产品成本，提高产品质量。

为了解决现有技术传动轴所存在的前述问题，本发明提供了一种轻量化万向节，包括球窝、球头、一字轴，所述球窝为薄壁结构，所述球窝不再用于传递传动扭矩；所述球头转动安装于所述球窝中，所述球头上设置有传动孔，所述一字轴贯穿所述传动孔并通过球头的球心，所述球窝两端均连接有固定翼，所述固定翼上设置有承载孔和传动键。

本发明中球窝主体不再传递传动扭矩，其作用主要是为球窝内其它传动零部件提供密闭润滑空间，彻底改善了万向节的受力状态，解决了现有技术中存在的传统万向节的球窝主体结构需要用于传递扭矩，球窝整体受力比较大，而大扭矩易导致球窝结构变形的技术问题。并且，通过固定翼与外部零件连接，当外部零件连接尺寸变化时，可通过改变固定翼来适应，从而使外部连接尺寸的变化不再影响球窝的结构，使核心零部件球窝可实现标准化的大批量生产，从而适应汽车的大批量要求。

进一步地，所述球窝为整体式薄壁一体成型结构或分体式薄壁结构。

进一步地，还包括滚动体，所述滚动体设置在一字轴的两端，所述传动孔的两端设置滚道面，滚动体的外表面与所述传动孔的滚道面配合从而传递扭矩，滚动体能够绕一字轴轴线旋转并能够在传动孔的滚道面上滚动。

进一步地，所述滚动体的外表面为圆锥面，滚动体的圆锥面与所述传动孔的滚道面配合，二者的接触母线为直线，接触母线的延长线通过球头的球心。

进一步地，还包括限位机构，所述限位机构用于对所述滚动体进行轴向限位。

进一步地，还包括轴向支撑机构，用于对一字轴进行轴向支承定位。

进一步地，所示轴向支撑机构为钢球或耐摩垫。

进一步地，所述球窝为整体式薄壁一体成型结构，球窝上对称设置有个插接孔，所述固定翼上设置有插接口，所述插接口插接在所述插接孔内，所述一字轴转动支撑于所述固定翼的承载孔。

进一步地，所述球窝为注塑一体成型结构。

进一步地，所述球窝为分体式结构，包括球窝Ⅰ和球窝Ⅱ，所述球窝Ⅰ和球窝Ⅱ均为一体成型的薄壁结构，所述球窝Ⅰ和球窝Ⅱ相互连接且对称布置。

进一步地，所述球窝Ⅰ和球窝Ⅱ均设置有内球面、轴承孔和固定筒，所述固定翼通过所述承载孔与所述固定筒连接，所述一字轴转动支撑于所述轴承孔。

进一步地，所述球窝Ⅰ和球窝Ⅱ上分别设置有密封固定面，所述密封固定面上还设置有密封槽并放置密封圈，用于实现球窝Ⅰ和球窝Ⅱ的密封连接。

进一步地，所述球窝的壁厚为0.2-5mm。

进一步地，所述球窝的唇口的直径小于球头的球径。

进一步地，所述一字轴的中间部位设置有定位球面，所述球头的传动孔的中间部位设置有约束面，所述定位球面被约束配合在传动孔的约束面内。

本发明还提供了一种轻量化花键配合副，包括花键轴和花键套，花键轴和花键套均为薄壁结构，所述花键轴和花键套通过花键配合形成可滑动的花键配合副。

现有技术的花键配合副通常采用小直径大壁厚，我们通过适当增大花键分度圆的直径同时合理减小壁厚的方式，合理优化花键轴和花键套的直径和壁厚，优化材料分布，减少材料利用，最大限度地发挥材料性能。通过大直径小壁厚，提升了花键承载能力，减小了花键的应力和滑动摩擦力，减少了花键磨损，提升了花键寿命，改善了花键性能，且更加适合先进的冷成型、无切削加工工艺，降低加工成本，提升产品质量。

进一步地，花键轴的一端设置有内花键，花键轴通过该内花键与传动轴一端球头柄部对应设置的外花键固定连接；花键轴的外部还设置外花键，花键轴上的外花键与花键套一端设置的内花键滑动配合，花键套另一端通过其内花键与传动轴另一端球头柄部对应设置的外花键固定连接。

进一步地，还包括花键储油筒，所述花键储油筒嵌套在花键轴的内腔中形成储油腔，所述花键轴上设置有若干布油孔，所述布油孔与所述储油腔相通。

进一步地，所述花键轴和花键套的内花键和外花键为渐开线花键或矩形花键或梅花形花键。

本发明还提供了一种轻量化传动轴，包括万向节和/或花键配合副，所述万向节为前述的轻量化万向节，和/或，所述花键配合副为前述的轻量化花键配合副。

进一步地，所述轻量化万向节的球窝上设置有密封口，所述密封口处连接有防尘罩，所述防尘罩一端与密封口连接，另一端与球头的柄部或传动轴的花键套连接。

进一步地，所述球窝与所述防尘罩为一体成型的整体结构。

进一步地，所述防尘罩与花键套或球头的柄部连接的一端还设置有过滤器，球头上设置有排气孔，防尘罩的内腔通过排气孔与花键配合副的中心腔室连通，外部空气能够通过过滤器过滤后进入防尘罩的内腔。

本发明具有如下有益效果：

1、球窝和花键配合副均采用薄壁结构一体成型，实现了无切削或少切削加工，不但大幅提高了生产效率和质量稳定性，减重达40-70％左右，节约了大量钢材，适应了汽车零部件的轻量化发展要求，还大幅提高了产品性能，降低了传动轴的振动及噪音。

2、球窝通过固定翼与外部零件连接，当外部零件连接尺寸变化时，可通过改变固定翼来适应，从而使外部连接尺寸的变化不再影响球窝的结构，可实现球窝的标准化大批量生产，适应了汽车的大批量要求。

3、通过结构性的优化设计彻底改善了万向节的受力状态，使扭矩传递主要通过固定翼、轴承、一字轴、滚动体及球头来完成，使球窝主体结构不再承担传递扭矩的任务，球窝主要承担储油密封的功能，从根本上大幅降低了球窝的载荷，从而使球窝可以实现注塑或冲压等更轻巧的结构设计，节约材料利用，提高产品性能质量，降低成本。

4、球窝采用注塑而花键配合副采用冷成型工艺后，省去了原来复杂的切削加工工序，不但提高了零件的加工质量，还节约了大量加工成本，提升了产品寿命。

5、花键储油筒式的润滑结构设计将润滑油均布在了花键轴花键部位的内表面，可使润滑油在转动离心力的作用下更加均匀可靠地分布在花键配合副的滑动表面，同时可防止润滑油聚堆或偏向一边引起偏心影响传动轴的动平衡，提高润滑油的利用效率。

6、一字轴定位球面与球头传动孔中间部位约束面的配合可将球头所受的轴向拔脱力通过约束面作用到一字轴的定位球面上，有效的降低了球窝的定心负载，可以使万向节承担更大的球头拔脱力，加强了定心能力，有效保护了球窝，提高了球窝寿命。

7、滚动体的限位机构的设置，可将滚动体所受的轴向力转移到一字轴上，且由于滚动体为对称布置，从而使该轴向力变为作用在一字轴上的一对大小相等方向相反的平衡力，从而避免了该力对其它零部件的损害，使万向节整体结构受力更加均衡合理。

8、一字轴两端设置的轴向支承机构，可对一字轴实施轴向的支承作用，并进一步通过滚动体对球头起到轴向支承定心，同时分担球窝对球头的支承力，提高万向节抵抗振动磨损的能力。

9、本发明可解决现有技术的铝合金/碳纤维等高端传动轴所存在的成本高、工艺复杂、存在质量隐患的问题。

10、本发明突破了现有技术在结构及制造工艺上的限制，颠覆了现有技术传动轴的设计思路及工艺路线，开辟了一条新的传动轴设计理念及发展思路。

附图说明

图1为本发明轻量化万向节的第一种实施方案的主视图；

图2为图1的E-E剖视图；

图3为图2中的盖帽等效替换为卡簧和钢球的结构示意图；

图4为图2中的限位机构由挡圈等效替换为螺栓的结构示意图；

图5为图1的F-F剖视图；

图6为图1的A处放大图；

图7为球头的立体示意图，球头的柄部带花键；

图8为图1的轻量化万向节的立体结构装配示意图；

图9为图1球窝的立体结构示意图，其中(a)为球窝的前视立体图、(b)为球窝的后视立体图；

图10为图1中固定翼的立体结构示意图，其中(a)为固定翼的俯视立体图、(b)为固定翼的仰视立体图；

图11为轻量化万向节的第二种实施方案的结构示意图；

图12为图11的B-B剖视图；

图13为耐摩垫作为轴向支承机构的结构示意图；

图14为螺栓作为限位机构的结构示意图；

图15为图11的C-C剖视图；

图16为图11的D-D剖视图；

图17为图11球窝的立体结构示意图，其中(a)为球窝的仰视立体图、(b)为球窝的俯视立体图；

图18为图11中固定翼的立体结构示意图，其中(a)为固定翼的俯视立体图、(b)为固定翼的仰视立体图；

图19为图11的轻量化万向节的立体结构示意图，图中略去了固定翼；

图20为轻量化万向节的第三种实施方案的结构示意图；

图21为图20的H-H剖视图；

图22为花键轴和花键套的立体示意图一，其中(a)为花键轴的立体示意图、(b)为花键套的立体示意图；

图23为花键轴和花键套的立体示意图二，其中(a)为花键轴的立体示意图、(b)为花键套的立体示意图；

图24为传动轴的第一种实施方案的结构示意图；

图25为传动轴的第二种实施方案的结构示意图；

图26为图24的Q-Q剖视图，其中，花键轴和花键套为图22所示的花键轴和花键套；

图27为图24的J-J剖视图；

图28为图25的K-K剖视图，其中，花键轴和花键套为图23所示的花键轴和花键套；

图29为图28的L-L剖视图；

图30为传动轴的第三种实施方案的结构示意图；

图31为花键轴和花键套的立体示意图三，其中(a)为花键轴的立体示意图、(b)为花键套的立体示意图；

图32为传动轴的第四种实施方案的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1、图11和图20所示，本发明的一种轻量化万向节，包括球窝3、球头1、一字轴2，所述球窝3为薄壁结构，所述球头1转动安装于所述球窝3中，所述球头1上设置有传动孔，所述一字轴2贯穿所述传动孔，所述球窝3两端均连接有固定翼8。如图10所示，所述固定翼8上设置有承载孔8-1和传动键8-2。

具体地，球头1转动安装在球窝3中，并通过传动孔转动安装于所述一字轴2上，所述球窝上设置有内球面Q，球头1的外表面与球窝3的内球面Q同心转动配合，球窝3的两端各安装一固定翼8，固定翼8上的传动键8-2与传动系统的输入或输出端口连接。固定翼8承接从一字轴的端部传递过来的扭矩，并通过传动键8-2向与之连接的传动系统传出，或固定翼8通过传动键8-2承接从与之连接的传动系统传递过来的扭矩，然后传递给一字轴的端部，通过一字轴将扭矩传递至球头1，以此实现万向节动力传递。此种动力传递方式，球窝3主体不再传递传动扭矩，其作用主要是为球窝3内其它传动零部件提供密闭润滑空间。因此，本发明通过在球窝3的两端部安装用于传递扭矩的固定翼，解决了现有技术中存在的传统万向节的球窝主体结构需要用于传递扭矩，球窝3整体受力比较大，而大扭矩易导致球窝结构变形的技术问题，彻底改善了万向节的受力状态。并且，通过固定翼与外部零件连接，当外部零件连接尺寸变化时，可通过改变固定翼来适应，从而使外部连接尺寸的变化不再影响球窝的结构，使核心零部件球窝可实现标准化的大批量生产，从而适应汽车的大批量要求。

本发明的球窝为薄壁结构，该薄壁结构的球窝采用注塑或模压成型或拉伸成型等无切削加工工艺制成，简化了制造。而传统万向节的球窝主体结构由于需要传递扭矩，球窝必须具有较厚的壁厚来确保其结构强度，且传统的球窝加工成本高。本发明对球窝的壁厚做减薄处理，大幅降低了零部件重量。本发明的轻量化万向节，通过结构性的优化设计彻底改善了万向节的受力状态，使扭矩传递主要通过固定翼、轴承、一字轴、滚动体及球头来完成，球窝主要承担储油密封的功能，从根本上大幅降低了球窝的载荷，从而使球窝实现轻薄的结构设计，节约材料，提高产品性能质量，降低成本。

进一步地，如图1、图11和图20所示，本发明的万向节还包括滚动体7，滚动体7上设置有圆锥面7-2和固定面7-1，球头1的传动孔贯通球头并沿球头中心平面C-C、F-F及N-N对称布置，传动孔的轴线穿过球头1的球心，传动孔的两端为滚道面1-1，滚动体7对称同轴装配在一字轴2上，滚动体7的圆锥面7-2与球头1传动孔的滚道面1-1配合，二者的接触母线M为直线，接触母线M的延长线通过球头1的球心R，滚动体7可绕球头1的球心沿传动孔滚道面1-1的表面滚动；对称布置的两个滚动体7同时作为轴承的内圈，分别通过其固定面7-1与一字轴两端的轴承9配合，并进一步通过轴承9固定在球窝3的轴承孔G或固定翼的承载孔内，球窝3通过其内球面Q配合包裹在球头1的外球面上。

进一步地，如图1、图11和图20所示，球窝3还设置有密封口T，防尘罩11的一端与球窝3的密封口T连接，另一端则固定包裹在球头1的柄部(包括与球头1固定连接的延伸部分，如轴管等)或花键套上，从而在防尘罩与球窝之间形成密封空间，球头1的球头部分、滚动体、一字轴、轴承被包裹密闭在一起，同时加注润滑脂。

进一步地，如图2-4、12-14所示，在一字轴的两端还设置有限位机构，所述限位机构用于对所述滚动体7进行轴向限位。

图2-3、12-13示出了限位机构的一种实施方式，所述限位机构包括挡圈槽和挡圈5，所述挡圈槽设置于所述一字轴2的两端，所述挡圈5卡设于所述挡圈槽内。

进一步地，所述挡圈为开口弹性挡圈，装配后通过挡圈自身的弹性抱紧卡固在一字轴的挡圈槽内。

进一步地，如图8所示，为方便装配，挡圈5为对开的半环形结构，配对使用的挡圈5可形成一个完整的环形挡圈，卡在一字轴2两端的挡圈槽内，配对使用的两个半环形挡圈5可通过紧箍装置紧箍在一起，防止挡圈5从一字轴2的挡圈槽内脱出。图1和图8展示的紧箍装置为一盖帽24，盖帽24套装在一字轴端部并将配对使用的两个半环形挡圈5约束在盖帽24的圆筒状内腔中，图11-13、图19展示的紧箍装置为一卡簧6，挡圈5外圆面上设置有环槽，卡簧6可套装在挡圈5的环槽内，从而将配对使用的两个半环形挡圈5箍紧在一起。等效地，卡簧6亦可用铁丝代替，通过铁丝将两个配对使用的挡圈5缠绕拧紧在一起。盖帽24也可为两端开口的圆管状结构，在此不再详述。限位结构将对称布置的滚动体7加持在一字轴2两端的挡圈5之间，限制滚动体7沿一字轴轴线向外的运动，并承担滚动体传动时所产生的沿一字轴轴线方向的轴向力。当然，挡圈5也可以等效替换为挡柱、挡板等其它结构。

图4和图14示出了限位机构的另一种实施方式，所述限位机构包括螺栓X和开设于一字轴2两端的内螺纹，所述螺栓X通过所述内螺纹固定于所述一字轴2的两端，或，所述限位机构包括螺母和开设于一字轴2两端的外螺纹，所述螺母通过所述外螺纹固定于所述一字轴2的两端。具体地，在一字轴2的两端设置内螺纹或外螺纹，将螺栓或螺母旋合固定在一字轴两端的螺纹上，从而将对称布置的滚动体7加持在一字轴两端的螺栓或螺母之间，限制滚动体7沿一字轴轴线向外的运动，并承担滚动体传动时所产生的沿一字轴轴线方向的轴向力。

限位机构的设置可将滚动体传动中所产生的轴向力转移到一字轴上，且由于滚动体为对称布置，从而使该轴向力变为作用在一字轴上的一对大小相等方向相反的平衡力，从而避免了该力对其它零部件的损害，使万向节整体结构受力更加均衡合理。一字轴在承受上述轴向拉伸力后，可提高其承受弯扭的能力，改善其受力状态。

进一步地，如图5和图15所示，球窝3上设置唇口K，该唇口K的直径小于球头的球径。

优选地，所述球窝的壁厚为0.2-5mm。

进一步地，如图1、6、11所示，所述一字轴2的中间部位设置有定位球面2-1，球头传动孔的中间部位设置有约束面1-2，一字轴2贯穿球头的传动孔后，其定位球面2-1与传动孔的约束面1-2配合，约束面1-2限制定位球面2-1的位置。如图6所示，所述定位球面2-1为突出于一字轴2外表面的球面。

一字轴的定位球面2-1与球头传动孔中间部位的约束面1-2的配合，可以使一字轴直接承担球头拔脱力，加强了定心能力，有效保护了球窝，提高了球窝寿命。

进一步地，如图20-21所示，还可设置铰接销Y，一字轴2的中间部位设置有铰接孔2-2，铰接孔2-2的轴线与一字轴2的轴线垂直相交；球头1上设置有固定孔1-3，固定孔1-3的轴线通过球头1的球心R并垂直于球头中心平面C-C，铰接销Y穿过球头的固定孔1-3并与一字轴的铰接孔2-2铰接，一字轴可在球头的传动孔内绕铰接销Y的轴线摆动。铰接销的结构设置进一步提升了定心作用。

进一步地，在一字轴2的两端还设置轴向支承机构。如图2-4、11-14所示，所示轴向支撑机构为盖帽24、钢球或耐摩垫P。注意：当轴向支撑机构为盖帽24时，盖帽24同时用作半环形挡圈5的紧箍装置和轴向支撑机构。具体地，如图11-14所述，钢球或耐摩垫P设置在所述一字轴2的端部与所述轴承孔G的底部之间，或是，如图2-4所示，钢球或耐摩垫P设置在所述一字轴2的端部与所述固定翼8的内腔顶部之间，用于对一字轴进行轴向支撑。

一字轴两端设置的轴向支承机构，即钢球4或耐磨垫P，可对一字轴实施轴向的支撑作用，并进一步通过滚动体对球头起到轴向支撑定心，同时分担球窝对球头的支撑力，提高万向节抵抗振动磨损的能力。

一字轴的定位球面2-1及一字轴2两端设置的轴向支承机构和限位机构以及滚动体7，可共同对球头进行约束定位，使球头保持在正确的配合位置上。

实施例2：

如图11-17，图19所示，所述球窝3为分体式薄壁结构，分为球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32两部分，球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32对称布置、密封连接，组合成容置球头1的球头部分和一字轴2、滚动体7及轴承的空间，球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32上均设置有内球面Q、轴承孔G和固定筒S，固定翼8通过承载孔8-1包裹夹持对应球窝的固定筒S，通过固定筒S来过渡传动扭矩，从而使球窝主体不再承担传递扭矩的功能。

优选地，所述球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32均为一体成型的薄壁件并沿球头中心平面C-C对称布置。如图17所示，球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32上还分别设置有密封固定面12，通过该密封固定面12将球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32固定连接形成为一个整体式的球窝。在一种实施方式中，所述密封固定面12上还设置有密封槽14，密封槽14为自密封固定面的表面下凹的环形凹槽，球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32的密封固定面12贴合固定在一起后，球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32的密封槽14便可合围成一密封腔，密封腔内放置密封圈15，密封圈15受球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32的密封槽14的挤压，从而在球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32的密封固定面间形成密封，并与防尘罩11一起形成万向节的完整密封结构。当然，球窝Ⅰ31的密封固定面12和球窝Ⅱ32的密封固定面12之间也可以采用凹凸密封配合(如在一密封固定面上设置凸起，另一密封固定面上设置凹槽，凸起和凹槽密封配合)、平面密封配合(如在两密封固定面之间设置密封垫片、涂密封胶)等。

优选地，所述球窝Ⅰ31和球窝Ⅱ32的密封固定面的固定连接方式根据需要可采用铆钉13铆接、螺栓固定连接、焊接等。

实施例3：

如图1-5，图8-9所示，所述球窝3为整体式薄壁一体成型结构，即球窝主体部分为整体式薄壁一体成型结构，所述球窝3的两端对称设置有插接孔3-1，所述固定翼8上还设置有插接口8-3，固定翼8的插接口8-3密封插接于球窝的插接孔3-1内，优选地，插接孔3-1口部设置油封槽，密封圈27压缩放置在油封槽和插接口之间形成可靠密封(如图1所示)，而固定翼8的承载孔8-1用于支承固定轴承9。

球窝3的主体可用薄钢板一体成型，亦可选用如树脂、尼龙、塑料等非金属材料。

当所述球窝3的材质为弹性材质时，所述球窝3的插接孔3-1部位可预埋钢质骨架，从而在球窝3的主体部分用弹性材质一体成型时与钢质骨架复合成一体，使插接孔3-1具有刚性，然后与固定翼8的插接口8-3过盈插接，提高连接的密封性和可靠度。进一步地，球窝3的插接孔3-1需与固定翼8的插接口8-3插接牢固并用卡箍等方法固定。

优选地，球窝的密封口T与防尘罩11固定连接，球窝与防尘罩可分为两个零件分体制造，然后通过球窝的密封口T与防尘罩11的连接端口用卡箍等方式固定连接在一起，亦可将防尘罩和球窝一体成型为一个整体式零件。

如图20所示，当球窝与防尘罩11为一体成型的整体结构，且所使用的材质为软性的弹性材质时，所述球窝的插接孔3-1部位可通过预埋钢质骨架的方式增加球窝轴承孔刚性，以方便装配。

实施例4：

如图22、图24、26-27所示，一种轻量化花键配合副，包括花键轴16和花键套17，花键轴16和花键套17均为薄壁结构，所述花键轴16和花键套17通过配合表面的凹凸形状贴合形成可滑动的花键配合副，通过适当增大花键分度圆的直径同时减小壁厚的方式，优化花键轴和花键套的直径和壁厚，优化材料分布，提升花键承载能力，减小花键的应力和滑动摩擦力。

进一步地，还包括花键储油筒22，所述花键储油筒22嵌套在花键轴16的内腔中，花键轴的一端与球头固连，另一端与花键储油筒的一端连接，花键储油筒的另一端则连接在球头上，从而在所述花键储油筒22、花键轴16及所述球头三者之间形成储油腔23，所述花键轴16上设置有若干布油孔16-2，所述布油孔16-2与所述储油腔23相通，润滑油储存在储油腔中，当传动轴高速旋转时，储油腔中的润滑油可在旋转离心力作用下通过花键轴上设置的布油孔抵达花键轴和花键套的滑动配合表面，对花键配合副进行润滑。

具体地，所述花键轴16和花键套17均为薄壁结构，利用薄壁圆管冷拔或模压成型从而在圆管表面形成凹凸起伏的花键结构，形成滑动花键配合副，花键配合副的一端通过花键轴与万向节球头的柄部花键配合并焊接加固，花键配合副的另一端则通过花键套与另一万向节球头的柄部花键配合并焊接加固，从而将两个万向节通过花键配合副连接在一起，当两个万向节之间的距离发生变化时，花键配合副的花键轴可在花键套中滑动伸缩，以适应传动轴长度上的变化。球头柄部花键如图7所示，与对应的花键轴和花键套配合部位的花键配合，图中以常规的渐开线花键为例示意。

本发明的花键配合副采用薄壁结构一体成型，一方面省去了原来复杂的切削加工工序，不但提高了零件的加工质量，还节约了大量加工成本，另一方面，因大幅降低了重量，使花键配合副可以用较低的成本来实现表面氮化处理的工艺，大幅提高了零件的耐磨性能，提升了产品寿命。

本发明花键储油筒式的润滑结构设计将润滑油均布在了花键轴花键部位的内表面，可使润滑油在转动离心力的作用下通过花键轴上设置的布油孔更加均匀可靠地分布到花键配合副的滑动表面，提高润滑油的利用效率和润滑效果，同时还可防止润滑油聚堆或偏向一边引起偏心影响传动轴的动平衡。

如图24所示，还设置有防尘罩11，防尘罩11的一端固定连接在球窝主体的密封口T上，另一端连接在花键套17上。

防尘罩11与花键套17连接的一端还设置有透气孔25和过滤器18，球头上设置有排气孔16-1，所述排气孔16-1一端与防尘罩11的内腔26连通，另一端与花键配合副的中心腔室21连通。花键配合副中心腔室21内的空气可通过球头上设置的排气孔16-1与防尘罩11的内腔26连通，并进一步通过透气孔25连通到过滤器18，通过过滤器18与外部空气实现呼吸交换，以平衡花键配合副中心腔室21内的压力变化，以上即为花键配合副的呼吸功能。

图22为圆弧形花键轴和花键套的立体示意图，花键表面的凹凸形状为正反交错首尾相切的圆弧面构成的曲面，花键截面形状为梅花形，如图26-27所示；图23为矩形花键轴和花键套的立体示意图，花键截面形状为矩形花键；当然花键的形式还可有多种，如梯形花键、渐开线花键、三角花键等，在此不再穷举。

进一步，所述花键配合副的滑动表面可以涂覆尼龙。花键轴或/和花键套涂覆尼龙后，可以取代上述的花键储油筒式的润滑方法，依靠尼龙实现自润滑，从而省去花键储油筒、布油孔等结构设置。

实施例5：

该实施例5是实施例4的一种变形，如图25所示，其与实施例4不同的是：还包括储油堵头28，所述储油堵头28封堵在所述花键储油筒22的一端，所述花键储油筒22、所述储油堵头28和所述花键轴16三者之间形成储油腔23。所述花键轴16上设置有若干布油孔16-2，所述布油孔16-2与所述储油腔23相通。

本发明在花键储油筒22、储油堵头28和花键轴花键部位的内表面之间形成封闭的储油腔23，同时，在花键轴花键部位的外表面上设置若干布油孔16-2，花键轴花键部位的外表面通过布油孔16-2与储油腔23相通，润滑油储存在储油腔23内，花键轴16和花键套17通过花键配合套装在一起形成花键配合副，当花键轴16在花键套17内滑动时，储油腔23内的润滑油可通过布油孔16-2到达花键配合副的滑动配合面部位，从而对花键配合副实施润滑。

优选地，花键储油筒22的一端设置喇叭口22-1。花键储油筒22同轴嵌套在花键轴16的内腔中时，利用喇叭口22-1封堵花键轴花键部位内腔的一端，而花键储油筒22的另一端则与储油堵头28相接，同时利用储油堵头28封堵花键轴花键部位内腔的另一端，从而在花键储油筒、储油堵头和花键轴花键部位的内表面之间形成封闭的储油腔23。

如图25所示，还设置有花键防尘套19，花键防尘套19的一端固定连接在花键轴16上，另一端连接在花键套17上。

如图29所示，花键防尘套19与花键套17连接的一端还设置有透气孔25和过滤器18，所述花键轴16远离所述花键套17的一端设置有排气孔16-1，所述排气孔16-1一端与花键防尘套19的内腔20连通，另一端与花键配合副的中心腔室21连通。花键配合副中心腔室21内的空气可通过花键轴16上设置的排气孔16-1与花键防尘套19的内腔20连通，并进一步通过透气孔25连通到过滤器18，通过过滤器18与外部空气实现呼吸交换，以平衡花键配合副中心腔室21内的压力变化，以上即为花键配合副的呼吸功能。

实施例6：

该实施例6是实施例4的另一种变形，如图30-31所示，一种轻量化花键配合副，包括花键轴16和花键套17，花键轴16和花键套17均为薄壁结构，所述花键轴16和花键套17通过渐开线花键配合形成可滑动的花键配合副，花键轴16和花键套17为渐开线花键，花键轴16的一端设置内花键，与传动轴一端球头柄部设置的外花键(如图7所示)固定连接，通过焊接加固；花键套17的一端通过内花键与花键轴16的外花键滑动配合，花键套17的另一端则通过内花键与传动轴另一端球头柄部设置的外花键(如图7所示)固定连接，通过焊接加固。而花键轴16、花键套17与传动轴的球头柄部之间通过内花键和外花键固定后焊接，能够提高花键轴16、花键套17与传动轴的球头柄部的连接强度。

优选地，还设置有防尘罩11，防尘罩11的一端固定连接在球窝主体的密封口T上，另一端连接在花键套17上。或，还设置有花键防尘套19，花键防尘套19的一端固定连接在花键轴16上，另一端连接在花键套17上。

实施例7：

如图24-25、图30所示，一种轻量化传动轴，包括一对轻量化万向节和/或一副轻量化花键配合副，轻量化万向节为实施例1-3任一所述的轻量化万向节，和/或，轻量化花键配合副为实施例4-6任一所述的轻量化花键配合副。

本发明中的轻量化传动轴，其球窝和花键配合副均采用薄壁结构、一体成型，实现了无切削或少切削加工，不但大幅提高了生产效率和质量稳定性，还大幅降低了零件重量及加工成本，减重达40-70％左右，不但节约了大量钢材，适应了汽车零部件的轻量化发展要求，还大幅提高了产品性能，零部件的配合精度更高，降低了传动轴的振动及噪音。

实施例8：

实施例7中的轻量化万向节可以等效替换为传统结构的十字轴式万向节或球笼式万向节，在此不再重复。

实施例9：

实施例7中的轻量化花键配合副可以等效替换为传统结构的花键轴和花键套，如图32所示，在此不再重复。在该实施例中，花键轴16与球头1一体成型，排气孔16-1形成于花键轴16上。由于花键轴16与球头1一体成型，球头1的柄部既是球头1的一部分，也是花键轴，这样，球头上设置的排气孔16-1，也可以描述为花键轴16上设置的排气孔16-1。优选地，花键套17远离花键轴16的一端通过轴管与另一球头1相连。

在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术的具体含义。

当然，上述内容仅为本专利技术的较佳实施例，不能被认为用于限定对本专利技术的实施例范围。本专利技术也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本专利技术的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本专利技术的专利涵盖范围内。

Claims (23)

1.一种轻量化万向节，包括球窝(3)、球头(1)、一字轴(2)，其特征在于：所述球窝(3)为薄壁结构，所述球窝不再用于传递传动扭矩；所述球头(1)转动安装于所述球窝(3)中，所述球头(1)上设置有传动孔，所述一字轴(2)贯穿所述传动孔并通过球头的球心(R)，所述球窝(3)两端均连接有固定翼(8)，所述固定翼(8)上设置有承载孔(8-1)和传动键(8-2)。

2.根据权利要求1所述的轻量化万向节，其特征在于：所述球窝(3)为整体式薄壁一体成型结构或分体式薄壁结构。

3.根据权利要求2所述的轻量化万向节，其特征在于：还包括滚动体(7)，所述滚动体(7)设置在一字轴(2)的两端，所述传动孔的两端设置滚道面(1-1)，滚动体(7)的外表面与所述传动孔的滚道面(1-1)配合从而传递扭矩，滚动体(7)能够绕一字轴轴线旋转并能够在传动孔的滚道面(1-1)上滚动。

4.根据权利要求3所述的轻量化万向节，其特征在于：所述滚动体(7)的外表面为圆锥面(7-2)，滚动体(7)的圆锥面(7-2)与所述传动孔的滚道面(1-1)配合，二者的接触母线(M)为直线，接触母线(M)的延长线通过球头(1)的球心(R)。

5.根据权利要求4所述的轻量化万向节，其特征在于：还包括限位机构，所述限位机构用于对所述滚动体(7)进行轴向限位。

6.根据权利要求5所述的轻量化万向节，其特征在于：还包括轴向支撑机构，用于对一字轴进行轴向支承定位。

7.根据权利要求6所述的轻量化万向节，其特征在于：所示轴向支撑机构为钢球(4)或耐摩垫(P)。

8.根据权利要求5所述的轻量化万向节，其特征在于：所述球窝(3)为整体式薄壁一体成型结构，球窝(3)上对称设置有2个插接孔(3-1)，所述固定翼(8)上设置有插接口(8-3)，所述插接口(8-3)插接在所述插接孔(3-1)内，所述一字轴(2)转动支撑于所述固定翼(8)的承载孔(8-1)。

9.根据权利要求8所述的轻量化万向节，其特征在于：所述球窝(3)为注塑一体成型结构。

10.根据权利要求5所述的轻量化万向节，其特征在于：所述球窝(3)为分体式结构，包括球窝Ⅰ(31)和球窝Ⅱ(32)，所述球窝Ⅰ(31)和球窝Ⅱ(32)均为一体成型的薄壁结构，所述球窝Ⅰ(31)和球窝Ⅱ(32)相互连接且对称布置。

11.根据权利要求10所述的轻量化万向节，其特征在于：所述球窝Ⅰ(31)和球窝Ⅱ(32)均设置有内球面(Q)、轴承孔(G)和固定筒(S)，所述固定翼(8)通过所述承载孔(8-1)与所述固定筒(S)连接，所述一字轴(2)转动支撑于所述轴承孔(G)。

12.根据权利要求11所述的轻量化万向节，其特征在于：所述球窝Ⅰ(31)和球窝Ⅱ(32)上分别设置有密封固定面(12)，所述密封固定面(12)上还设置有密封槽(14)并放置密封圈(15)，用于实现球窝Ⅰ(31)和球窝Ⅱ(32)的密封连接。

13.根据权利要求1-12任一项所述的轻量化万向节，其特征在于，所述球窝的壁厚为0.2-5mm。

14.根据权利要求1-12任一项所述的轻量化万向节，其特征在于：所述球窝的唇口(K)的直径小于球头的球径。

15.根据权利要求1-12任一项所述的一种轻量化万向节，其特征在于：所述一字轴(2)的中间部位设置有定位球面(2-1)，所述球头(1)的传动孔的中间部位设置有约束面(1-2)，所述定位球面(2-1)被约束配合在传动孔的约束面(1-2)内。

16.一种轻量化花键配合副，包括花键轴(16)和花键套(17)，其特征在于：花键轴(16)和花键套(17)均为薄壁结构，所述花键轴(16)和花键套(17)通过花键配合形成可滑动的花键配合副。

17.根据权利要求16所述的轻量化花键配合副，其特征在于：花键轴的一端设置有内花键，花键轴通过该内花键与传动轴一端球头柄部对应设置的外花键固定连接；花键轴的外部还设置外花键，花键轴上的外花键与花键套一端设置的内花键滑动配合，花键套另一端通过其内花键与传动轴另一端球头柄部对应设置的外花键固定连接。

18.根据权利要求16所述的轻量化花键配合副，其特征在于：还包括花键储油筒(22)，所述花键储油筒(22)嵌套在花键轴(16)的内腔中形成储油腔(23)，所述花键轴(16)上设置有若干布油孔(16-2)，所述布油孔(16-2)与所述储油腔(23)相通。

19.根据权利要求16-18任一项所述的轻量化花键配合副，其特征在于：所述花键轴和花键套的内花键和外花键为渐开线花键或矩形花键或梅花形花键。

20.一种轻量化传动轴，包括万向节和/或花键配合副，其特征在于：所述万向节为权利要求1-15任一项所述的轻量化万向节，和/或，所述花键配合副为权利要求16-19任一项所述的轻量化花键配合副。

21.根据权利要求20所述的轻量化传动轴，其特征在于：所述轻量化万向节的球窝上设置有密封口(T)，所述密封口(T)处连接有防尘罩(11)，所述防尘罩(11)一端与密封口(T)连接，另一端与球头(1)的柄部或传动轴的花键套连接。

22.根据权利要求21所述的轻量化传动轴，其特征在于：所述球窝与所述防尘罩(11)为一体成型的整体结构。

23.根据权利要求21-22任一项所述的轻量化传动轴，其特征在于：所述防尘罩(11)与花键套(17)或球头的柄部连接的一端还设置有过滤器(18)，球头上设置有排气孔(16-1)，防尘罩(11)的内腔(26)通过排气孔(16-1)与花键配合副的中心腔室(21)连通，外部空气能够通过过滤器(18)过滤后进入防尘罩(11)的内腔(26)。

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