CN116123215A - 不具有滚珠保持器的滚珠花键轴 - Google Patents

Abstract

本申请涉及不具有滚珠保持器的滚珠花键轴。提供了用于在传动系统中传递扭矩的轴组件。轴组件包括沿轴线延伸的外轴构件，并包括限定孔的内表面和至少部分地界定孔的多个外凹槽。内轴构件沿着轴线延伸并包括外表面，该外表面限定与外凹槽对准的多个内凹槽或多个内中的至少一者。至少一个滚动元件定位于外凹槽和内袋之间或外凹槽和内凹槽之间。内轴构件的外表面或外轴构件的内表面中的至少一个被配置为轴向地保持至少一个滚动元件，并且轴组件不包括滚珠保持架。

Description

不具有滚珠保持器的滚珠花键轴

技术领域

本发明总体上涉及一种用于传递扭矩的轴组件。更具体地，本发明涉及用于在传动系统中传递扭矩的伸缩轴组件。

背景技术

交通工具(诸如汽车、卡车、运动型多用途车、跨界车、小型货车、船舶、飞机、全地形车辆、休闲车或其他合适的车辆)通常包括用于将动力从发动机或其他推进系统传递到车轮的传动系统。传动系统通常包括能够传递扭矩的伸缩轴组件。伸缩轴组件通常包括管状外轴构件和内轴构件。内轴构件至少部分地设置在外轴构件内，并可沿纵向轴线相对于外轴构件移动。伸缩轴组件通常在外轴构件和内轴构件之间使用滚动元件或轴承，以在重复的伸缩压缩和膨胀期间减少摩擦。

伸缩轴组件的滚动元件通常被构造为钢滚柱或钢滚珠。滚动元件被配置为在伸缩轴组件的线性伸缩移动期间在外轴构件和内轴构件之间滚动，同时旋转扭矩可以在外轴构件和内轴构件之间被继续传递。

已知一种配置成连接两个恒速(constant-velocity，匀速)接头的伸缩轴。该配置通常包括定位于外轴和内轴之间的轴承保持架，该轴承保持架保持滚动元件。轴承保持架通常经由保持元件定位于外轴和内轴之间。虽然具有轴承保持架的伸缩轴很受欢迎，但它们并非没有缺点。例如，通常需要额外的包装空间来将滚珠保持架定位在外轴和内轴之间。滚珠保持架的存在通常也会产生液压效应(hydraulic-effect)，对自由的相对伸缩移动产生不利影响。

因此，人们希望继续改进传动系统中的伸缩轴的操作构架和效率，以提供延长的操作寿命、减少的液压效应、减少的零件和减少的包装要求。

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，其不应被解释为是与本公开相关的所有目标、方面、特征和优点的完整和全面的列举。

本公开总体上涉及一种不具有滚珠保持架的轴组件，其改进了传动系统中的伸缩轴的操作构架，以提供延长的操作寿命、减少的液压效应、减少的零件和减少的包装要求。

本公开的一个方面是提供一种用于传递扭矩的轴组件。轴组件包括外轴构件，该外轴构件沿一轴线延伸并包括限定孔的内表面和至少部分地界定该孔的多个外凹槽。内轴构件沿着所述轴线延伸并包括外表面，该外表面限定与所述外凹槽对准的多个内凹槽或多个内袋中的至少一者。至少一个滚动元件定位于外凹槽与内袋之间或外凹槽与内凹槽之间。内轴构件的外表面或外轴构件的内表面中的至少一者被配置为轴向地保持至少一个滚动元件，并且轴组件不包括保持架。

本公开的另一个方面是提供一种组装用于传递扭矩的轴组件的方法。该方法包括提供限定孔的外轴构件、内轴构件和套筒。该方法还包括将套筒的第一端与孔对准，并将套筒的第二端与内轴构件对准。套筒包括锥形部段和直部段。该方法还包括将内轴构件的第一部分定位在锥形部段中，并将第一周向阵列的滚动元件放置在由内轴构件的第一部分的外表面限定的内袋或内凹槽中的一者内。该方法还包括将第一部分和第一周向阵列的滚动元件放置为经过套筒的锥形部段并进入直部段。

前面已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解下面对本发明的详细描述。下面将描述构成本发明权利要求主题的本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作基础来修改或设计其他实施例以实现本发明的相同目的。本领域技术人员还应当认识到，此类等效实施例不脱离所附权利要求书中所述的本发明的构思和范围。本公开的这些和其他方面在以下实施例、所附权利要求书和附图的详细描述中公开。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据惯例，图纸的各种特征没有按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意地扩大或缩小。

图1是根据本公开的原理的包括内轴构件和外轴构件的轴组件的立体图，其中外轴构件被示为透明的，以显示内轴构件的特征。

图2是根据本公开的原理的内轴构件的立体图。

图3是根据本公开的原理的外轴构件的立体图。

图4是根据本公开的原理的轴组件的另一实施例的立体图。

图5是示出根据本公开的原理的组装轴组件的方法中的顺序步骤的平面图。

图6是总体示出根据本公开的原理组装轴组件的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。一般而言，本公开涉及用于在传动系统中传递扭矩的伸缩轴组件。然而，提供示例实施例只是为了使本公开较为详尽，并且将向本领域技术人员充分传达该范围。提出了诸多具体细节，例如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的彻底理解。对于本领域技术人员来说明显的是，不需要使用具体细节，示例实施例可以以许多不同的形式体现，并且这两者都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述公知工艺、公知装置结构和公知技术。

参考附图，其中相同的数字在所有附图中表示相应部件，提供了一种不具有滚珠保持器的滚珠花键轴“轴组件”和一种组装方法。该轴组件和组装方法改进了传动系统中的伸缩轴的操作构架，以提供延长的操作寿命、降低的液压效应、减少的零件和降低的包装要求。

现在参考图1，轴组件总体上以10示出。轴组件10是滚动元件伸缩轴组件10，其能够连接到传动系统(未示出)或与传动系统一体形成并传递扭矩。尽管轴组件10可以结合到任何合适的装置中，但轴组件10特别适合用作交通工具(例如汽车)的传动系统中的伸缩轴组件。轴组件10包括外轴构件12和与外轴构件12可伸缩地接合的内轴构件14。外轴构件12沿纵向轴线A延伸并限定内表面16，内表面16限定以轴线A为中心的内部孔18。应当理解，外轴构件12的限定孔18的部分可以是大致管状的。内轴构件14定位于孔18内，并可相对于外轴构件12伸缩地移动。内表面16可包括环凹槽17(图2)，用于容纳卡环19，以用于将内轴构件14保持在孔18内。

如图2最佳所示，外轴构件12的内表面16限定了布置在内表面16中的至少一个(例如，多个)外凹槽20。每个外凹槽20沿着轴线A延伸并且可以大致平行于轴线A布置。在一些实施例中，每个外凹槽20相对于轴线A可以周向等距。在一些实施例中，每个外凹槽20相对于轴线A可以不周向等距。如下面将更详细描述的，每个外凹槽20可用于经由位于其中的一个或多个支承元件22(图1)将扭矩传递到内轴构件14。更具体地，多个支承元件22可以定位于每个外凹槽20中。在一些实施例中，每个外凹槽至少部分地容纳相同数量的支承元件22。内表面16可进一步限定至少一个外流体凹槽24，用于在操作期间减少经由液压效应导致的压力积聚。在一些实施例中，至少一个外流体凹槽24包括邻近一个外凹槽20的外流体凹槽24。在一些实施例中，所述至少一个外流体凹槽24沿着内表面16平行于轴线A延伸等于或大于外凹槽20的长度。在一些实施例中，所述至少一个外流体凹槽24具有小于外凹槽20的周向宽度和径向深度，例如，为外凹槽尺寸的一半或小于外凹槽尺寸的一半。外流体凹槽24可以相对于轴线A对称地定位。

如图1和图3最佳所示，内轴构件14至少部分地设置在外轴构件12的孔18内或进入外轴构件12的孔18。内轴构件14限定外表面26，当组装轴组件10时，该外表面26沿纵向轴线A延伸并可大致沿纵向轴线A伸缩地移动。内轴构件14的外表面26限定布置在外表面26中的至少一个(例如，多个)内袋28。每个内袋28可以被构造为部分球形凹陷(例如，半球或更小)。每个内袋28可以设置在沿轴线A延伸的至少一行袋29中，并且可以大致平行于轴线A设置。至少一行袋29可以包括多行袋29，并且每行袋29可与一个外凹槽20周向对准。在一些实施例中，每一行袋29可以是周向等距的。在一些实施例中，每一行袋29可以不是周向等距的。由每个外凹槽20的开口端限定的假想平面可以定位在由相应的一行袋29中的内袋28的开口端限定的假象平面处，使得相应的外凹槽20和内袋28在圆周定位上大体上彼此镜像。相应的外凹槽20和内袋28一起形成各个支承开口。

在一些实施例中，一行袋29中的每个内袋28轴向等距间隔开。在一些实施例中，外表面26限定至少一个内流体凹槽30。在一些实施例中，所述至少一个内流体凹槽30包括位于每行袋29之间的内流体凹槽30。在一些实施例中，所述至少一个内流体凹槽30沿着外表面26平行于轴线A延伸等于或大于所述一行袋29的长度。在一些实施例中，所述至少一个内流体凹槽30的周向宽度和径向深度小于内袋28的周向宽度和径向深度，例如，为其尺寸的一半或小于尺寸的一半。内流体凹槽30可以相对于轴线A对称地定位，并且相对于轴线A与外流体凹槽24大致周向对准。内袋28的周向宽度和径向深度通常等于外凹槽20的周向宽度和径向深度。在一些实施例中，外凹槽20沿轴线A延伸第一距离，并且所述多行内袋29沿轴线A延伸第二距离，其中第一距离大于第二距离。

轴组件10包括多个滚动元件22(例如滚珠或滚柱)，每个滚动元件滚动地布置在外凹槽20和内袋28之间的相应开口内。在外轴构件12和内轴构件14之间以最小滑动摩擦相对轴向运动或伸缩移动期间，滚动元件22滚动地接合外轴构件12和内轴构件14。滚动元件22可以由不锈钢形成。在一些实施例中，滚动元件22具有一直径，并且超过一半的该直径定位于外凹槽20和内袋28内。例如，由于不需要保持架，因此滚动元件22的直径的95％或更少、85％或更少、或75％或更少可以定位于外凹槽20和内袋28内。此外，由于滚珠保持架通常会沿轴线A隔开滚动元件22，因此滚珠保持架的不存在还可以允许轴组件10具有更小的外径和减小的长度。

多行袋29可以对应于多个外凹槽20，其中一行袋29中的每个内袋28与对应的外凹槽20相对布置以形成一对。所形成的对的数量可以是至少两个、至少四个、至少六个、至少八个、至少十个或至少十二个。在这种情况下，至少一个滚动元件22滚动地布置在每个内袋28与外凹槽20之间。每行袋29中的内袋28的数量可以相等。例如，每行袋29中的内袋28的数量可以是至少两个、至少四个、至少六个、至少八个、至少十个或至少十二个。在所示实施例中，每行袋29中的内袋28的数量可以是九个。

现在参考图4，根据另一实施例，示出了处于组装状态的轴组件110。除非另有说明，否则轴组件110可以共享图1-图3中所示的所有相同的特征、元件、布置、组成和组装方法。然而，内袋28现在由内凹槽128代替。更具体地，轴组件110包括外轴构件112和与外轴构件112可伸缩地接合的内轴构件114。外轴构件112包括限定孔118的内表面116。内轴构件114定位于孔118内，并可相对于外轴构件112伸缩地移动。外轴构件112的内表面116限定可以与参考图1-图3描述的那些相同配置的一组外流体凹槽(未示出)和一组外凹槽120。内表面116还可包括环凹槽117，用于容纳卡环119以将内轴构件114保持在孔118内。

内轴构件114限定外表面126，当组装轴组件110时，所述外表面大致沿纵向轴线A伸缩地移动并延伸。内轴构件114的外表面126限定内凹槽128和内流体凹槽(未示出)。内凹槽128可定位于参考图1-图3描述的相对于所述一行袋29如先前所述的一般位置。此外，每个内凹槽128可被配置为用于保持与一行袋29相同数量的滚动元件122，如前所述。在所示的实施例中，每个内凹槽128保持八个滚动元件122。与前面的实施例类似，轴组件110不使用保持架来保持滚动元件122。如图所示，每个内凹槽128可以在第一端134和第二端136之间延伸，并且滚动元件122可以基本上在第一端134和第二端136之间延伸并彼此接触。第一端134和第二端136可以是部分球形的，以邻接滚动元件122的球形表面并将滚动元件轴向保持在其中。在一些实施例中，滚动元件122具有一直径，并且超过一半的该直径定位于外凹槽120和内凹槽128内。例如，由于不需要保持架，因此滚动元件122的直径的95％或更少、85％或更少、75％或更少可定位于外凹槽120和内凹槽128内。在一些实施例中，第一端134和第二端136的直径略大于滚动元件122的直径。

图5是示出根据本公开的原理组装轴组件的方法200中的顺序步骤的平面图。首先参考图5中最左边的图，套筒238定位于限定孔18、118的外轴构件12、112的端部上。套筒238包括内表面240，并限定了邻近外轴构件12、112定位的直部段242和通过直部段242与外轴构件12、112隔开的锥形部段244。锥形部段244的内表面240在远离直部段242的方向上逐渐径向向外延伸。与内轴构件14、114的第一端246邻近的第一部分被放置在锥形部段244内，且滚动元件22、122以第一周向阵列248被放置在内袋28或内凹槽128中。然后使内轴构件14、114更深地移动到套筒238中，使得第一周向阵列248保持抵靠套筒238的内表面240且第一部分位于直部段242中。在一些实施例中，直部段242的内表面240可限定朝向外轴构件12、112延伸的滚动元件保持凹槽250。接下来，将附加的滚动元件22、122以第二周向阵列252放置在位于内轴构件14、114的第二部分上的内袋28或内凹槽128中。该过程继续进行，直到每个内袋28保持滚动元件22、122，或者如上所述内凹槽128由滚动元件22、122填满。然后将卡环19、119放置在环凹槽17、117内。

图6是总体示出根据本公开的原理组装轴组件的方法200的流程图。在202处，方法200包括提供限定孔的外轴构件、内轴构件和套筒。在204处，该方法通过将套筒的第一端与孔对准且将套筒的第二端与内轴构件对准而继续。在一些实施例中，套筒的第二端限定锥形部段，且套筒的第一端限定直部段。在206处，该方法通过将第一周向阵列的滚动元件放置到由内轴构件的第一部分的外表面限定的内袋或内凹槽的一者中而继续。在208处，该方法包括将内轴构件的第一部分进一步移动到套筒中(例如，移动到直部段中)。在一些实施例中，内轴构件从锥形部段朝着直部段移动，直到滚动元件保持在内袋或内凹槽之一与套筒的内表面之间。在210处，该方法通过将附加周向阵列(例如，第二周向阵列)的滚动元件放置到由内轴构件的另一部分(例如，第二部分)限定的内袋或内凹槽之一中并将内轴构件进一步移动到套筒中来继续。重复步骤210，直到所有的内袋均容纳滚动元件或者每个内凹槽都填充有滚动元件。换言之，在210处，该方法重复步骤206和208，直到所有内袋均容纳滚动元件或者每个内凹槽都填充有滚动元件。在212处，该方法通过在内轴构件的外表面和外轴构件的内表面之间放置卡环来继续，以将内轴构件保持在外轴构件中的孔中。

虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改为包含任何数量的变化、改变、替换或迄今为止未描述的等效布置，但这些变化、改变或替换与本发明的构思和范围相称。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。此外，任何一个实施例的任何特征、元件或部件可以与任何其他实施例结合使用。因此，本发明不应被视为受到前述说明的限制。相反，本公开旨在涵盖包括在所附权利要求范围内的各种修改和等效布置，该范围将被给予最广泛的解释，以涵盖法律允许的所有此类修改和等效结构。

Claims (20)

1.一种用于传递扭矩的轴组件，所述轴组件包括：

外轴构件，沿一轴线延伸并包括限定孔的内表面和至少部分地界定所述孔的多个外凹槽；

内轴构件，沿所述轴线延伸，所述内轴构件包括外表面，所述外表面限定与所述外凹槽对准的多个内凹槽或多个内袋中的至少一者；

至少一个滚动元件，定位于所述外凹槽与所述内袋之间或所述外凹槽与所述内凹槽之间；并且

其中，所述内轴构件的外表面或所述外轴构件的内表面中的至少一个被配置为轴向地保持所述至少一个滚动元件，并且所述轴组件不包括保持架。

2.根据权利要求1所述的轴组件，其中，所述内轴构件的外表面限定所述内袋，并且每个所述内袋的尺寸被设置为轴向地保持单个滚动元件。

3.根据权利要求2所述的轴组件，其中，所述内袋限定多行袋。

4.根据权利要求3所述的轴组件，其中，每行袋和每个外凹槽平行于所述轴线。

5.根据权利要求4所述的轴组件，其中，所述外凹槽沿所述轴线延伸第一距离且所述多行袋沿所述轴线延伸第二距离，其中所述第一距离大于所述第二距离。

6.根据权利要求3所述的轴组件，其中，所述多行袋和所述外凹槽围绕所述轴线周向地设置。

7.根据权利要求1所述的轴组件，其中，所述内轴构件的外表面限定所述内凹槽，并且每个内凹槽在第一端和第二端之间延伸，其中所述至少一个滚动元件包括多个滚动元件，所述多个滚动元件将所述内凹槽填满。

8.根据权利要求7所述的轴组件，其中，所述内凹槽的第一端和第二端限定部分球形形状。

9.根据权利要求8所述的轴组件，其中，每个所述内凹槽和每个所述外凹槽平行于所述轴线。

10.根据权利要求9所述的轴组件，其中，所述外凹槽沿所述轴线延伸第一距离且所述内凹槽沿所述轴线延伸第二距离，其中所述第一距离大于所述第二距离。

11.根据权利要求1所述的轴组件，其中，所述至少一个滚动元件具有一直径，并且超过一半的所述直径定位于所述外凹槽与所述内袋内或所述外凹槽与所述内凹槽内。

12.根据权利要求1所述的轴组件，其中，所述外轴构件的内表面限定多个外流体凹槽。

13.根据权利要求12所述的轴组件，其中，所述内轴构件的外表面限定多个内流体凹槽。

14.根据权利要求13所述的轴组件，其中，每个所述外流体凹槽与一个所述内流体凹槽对准。

15.根据权利要求1所述的轴组件，其中，所述外轴构件的内表面限定一环凹槽，并且一卡环位于所述环凹槽内以将所述内轴构件保持在所述外轴构件的孔中。

16.一种组装用于传递扭矩的轴组件的方法，所述方法包括：

提供限定孔的外轴构件、内轴构件和套筒；

将所述套筒的第一端与所述孔对准，并且将所述套筒的第二端与所述内轴构件对准，所述套筒包括锥形部段和直部段；

将所述内轴构件的第一部分定位在所述锥形部段中，并将第一周向阵列的滚动元件放置在由所述内轴构件的第一部分的外表面限定的内袋或内凹槽中的一者内；以及

将所述第一部分和所述第一周向阵列的滚动元件穿过所述锥形部段放置到所述套筒的直部段中。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述内轴构件的第二部分定位在所述锥形部段中，并将第二周向阵列的滚动元件放置在位于所述第二部分上的内袋或内凹槽中的一者中，并将所述第一部分放置在所述直部段中。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括将一卡环放置在所述内轴构件的外表面和所述外轴构件的内表面之间，以将所述内轴构件保持在所述外轴构件的孔中。

19.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一周向阵列的滚动元件被放置到所述内袋中。

20.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一周向阵列的滚动元件被放置到所述内凹槽中。

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