CN1277061C

CN1277061C - 三脚型恒速万用连接

Info

Publication number: CN1277061C
Application number: CNB021472998A
Authority: CN
Inventors: 杉山达朗; 矶部史浩; 长谷阳夫
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp; NIN Corp
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-10-22
Also published as: CN1414258A; US20030083133A1; FR2831625A1; FR2831625B1; US6843728B2

Abstract

一种三脚型恒速万用连接，其中三脚元件被防止从外环中脱离。导块由安装于外环内的三脚元件的耳轴的支撑。滚动元件安装在导块两侧的轨道槽与外环轨迹槽内的轨道槽之间，从而它们能够在导块的全部移动范围内做单纯滚动。在用于保持滚动元件的保持架的平板部分上设置杆。销插入形成在杆上的一对导向槽中。其中一根销紧固于外环，而另一根销紧固于导块。止动环安装于外环的开口端，从而防止滚动元件从轨道槽中脱离，由此防止三脚元件从外环中脱落。

Description

三脚型恒速万用连接

技术领域

本发明涉及一种三脚型恒速万用连接，其中扭矩在外环和安装在其中的三脚元件之间传递以便可以轴向移动，所述外环具有形成在其内周上的三个轨迹槽。

背景技术

三脚型恒速万用连接是公知的，其包括内表面上形成有三个轴向延伸的轨迹槽的外环，安装于外环内部并带有三个耳轴的三脚元件，形成在每个轨迹槽的侧面上以便沿外环圆周方向彼此相对的圆柱滚子导向面，沿外环轴向延伸的轨道槽，球形滚子，其支撑在每个耳轴上以便相对耳轴枢轴转动，并且容纳在每个轨迹槽内以便在外环与三脚元件之间传递扭矩。

利用上述三脚型恒速万用连接，当使三脚元件相对于外环成一个工作角而传递扭矩时，球形滚子的旋转中心相对于轨迹槽的长度方向倾斜。因此，球形滚子不能做单纯的滚动，从而在球形滚子与轨迹槽内的滚子导向面之间产生滑动。

当外环与三脚元件轴向相对运动时，既增加了球形滚子与滚子导向面在接触点的摩擦阻力又增加了滑动阻力。因此，振动和噪音产生了，并且使噪声，振动和平稳(NVH)特性恶化。

在日本专利公开64-5164中提出了一种三脚型恒速万用连接以提高NVH特性。在这种万用连接中，三个轨迹槽形成在外环的内周上，沿外环轴向延伸的轨道槽形成在每个轨迹槽的两侧，所述轨迹槽在外环的圆周方向上相对。安装于外环内的三脚元件上形成有三个耳轴。支撑在每个耳轴上以便相对于耳轴转动的导块容纳在轨迹槽内。在每个导块的两侧与形成在外环内的轨道槽之间设有滚珠，以便通过滚珠在外环与三脚元件之间传递扭矩。

在这种三脚型恒速万用连接中，由于滚珠安放于外环轨道槽与导块轨道槽之间，当利用外环与三脚元件之间形成工作角传递扭矩时，导块保持姿势不变沿外环的轴向运动。由于在三脚元件与外环相对运动时滚珠与轨道槽保持接触并持续滚动，振动和噪音大大降低，因此改良了NVH特性。

在上述公开中的三脚型恒速万用连接中，在导块的每条轨道槽的两端都需设置防止滚珠脱落的部分。因此，当外环与三脚元件之间的工作角大时，滚珠由于接触到脱落防止部分而滚动不平滑并且产生滑动，因此在滑动区域，NVH特性变差。

为了解决这一问题，在日本专利公开4-74565中披露的三脚型恒速万用连接中，安装在导块轨道槽和外环轨迹槽两侧的轨道槽之间的空间中多个滚珠由保持架的限制，保持架的移动距离被限制到导块移动距离的一半，通过这种对移动距离的限制可以使滚珠持续做单纯滚动。

利用常规的三脚型恒速万用连接，当要求的导块移动距离、滚动元件的数量、滚动元件之间的间距(pitch)、导块的长度以及外环轨迹槽的长度之间存在着确定的关系时，使多个滚动元件在整个导块的运动范围内做单纯滚动有时是不可能的。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种具有良好噪声，振动和平稳(NVH)特性的三脚型恒速万用连接。

利用这种三脚型恒速万用连接，三脚元件沿外环轴线方向可移动，在运输期间或者装在汽车上时，三脚元件有可能脱离外环。一旦发生脱离，滚动元件将从保持架中脱落。此外，由于外环的开口端由罩子封闭，因此将如三脚元件这样的件重新组装是不可能的。

本发明的第二个目的在于在上述这种三脚型恒速万用连接中防止三脚元件脱落。

根据本发明，为了实现上述目的，提供一种三脚型恒速万用连接，包括：在其内表面形成有三个轴向延伸的轨迹槽的外环；三脚元件，其安装在所述外环内部并且具有形成在其上与所述轨迹槽相对的三个耳轴；轨道槽，它们形成在所述每个轨迹槽的侧面并且在所述外环圆周方向上彼此相对，所述轨道槽沿所述外环的轴向延伸；导块，其支撑在所述每个耳轴上以便相对于所述耳轴枢轴转动并且容纳在所述轨迹槽内，所述导块在侧面设置有轨道槽；多个滚动元件，它们安装在形成于所述每个导块侧面的所述轨道槽与所述外环的每个轨道槽之间；用于保持所述滚动元件的保持架；及移动距离限制装置，其用于将所述每个保持架的移动距离限制为所述导块移动距离的一半；其特征在于，所述滚动元件能够沿所述外环的轴向上在全部移动范围内完全滚动，且所述每个保持架都具有位于所述每个轨迹槽的内表面与所述每个导块外表面之间的平板部分，及所述移动距离限制装置包括可枢轴转动的杆，该杆的纵向中心由所述保持架的所述平板部分支撑，所述可枢轴转动的杆形成有一对轴向延伸的导向槽，及插入所述导向槽内的一对销，所述一对销中的一个紧固到所述外环上，而另一个紧固到所述导块上。

通过使多个滚动元件在导块的整个移动范围内滚动，提供的三脚型恒速万用连接将具有良好的NVH特性。

通过将外环轨道槽的长度与导块的长度设置的满足下面的公式：

K＝(n-1)*A+L/2

当n＝2时，B＞A，当n≥3时，B＞2A

其中

a：滚动元件的直径

A：滚动元件之间的间距

B：导块长度

L：导块要求的移动距离

K：外环轨迹槽的长度

n：安装在每个轨道槽中的滚动元件的数量

所提供的三脚型恒速万用连接具有优秀NVH特性，并且通过多个滚动元件将在导块的整个移动范围内滚动。

利用本发明的三脚型恒速万用连接，根据最大工作角与从外环中心到滚动元件中心的半径，导块的移动距离通常为40mm或者更大。如果该万用连接被设计成具有两个滚动元件，导块与外环的长度会过长且总重量也将增加。如果滚动元件的数目超出所需，将会增加滚动元件的长度与连接的重量。因此滚动元件的数量以三个为宜。

根据本发明，为了实现第二个目标，在外环开口端设置一个止动环以防止滚动元件脱离外环。

通过在外环的开口端设置止动环，不但可以防止滚动元件，而且可以防止保持架脱落，被用作移动距离限制装置的杆在一个方向上不能转动，导块上的销与杆上的导向槽保持配合。这样可以防止导块与三脚元件从外环开口端脱落。

止动环具有邻接外环开口端的环形平板部分，及设置在环形平板部分外围并且配合在外环开口端外围的圆筒部分。环形平板部分在与轨迹槽开口端相对的位置上设置由切口，及设置在每个切口的两侧并插入外环的轨道槽以防止滚动元件从轨迹槽的开口端脱落的凸起。

在一个布置中，其中销成形件形成在止动环环形平板部分的每个切口的内周上，以便插入每个轨迹槽，而且紧固导外环上的销通过按压每个销成形件而制成。

通过压制金属板来制造止动环，工艺简单，从而降低制造三脚型恒速万用连接的成本。

附图说明

本发明的这些目的和其他目的及特征在下面结合附图的详细描述中将变得更加清楚，其中：

图1为本发明实施例三脚型恒速万用连接的垂直剖面主视图；

图2为本发明实施例三脚型恒速万用连接的部分剖面侧视图；

图3为图2沿线III-III的剖视图；

图4A-4C为外环、保持架和导块之间位置关系的视图；

图5为本发明另一实施例三脚型恒速万用连接的部分剖面侧视图；

图6为本发明另一实施例三脚型恒速万用连接的类似视图；

图7为图6沿线VII-VII的剖视图；

图8A-8C为用于确定外环轨迹槽长度的视图；

图9为本发明另一实施例三脚型恒速万用连接的部分剖面主视图；

图10为图9沿线II-II的剖视图；

图11为图9中实施例的止动环的透视图；

图12为剖视图，示出了三脚元件是如何被防止脱落的；

图13为本发明另一实施例三脚型恒速万用连接的部分剖面主视图；及

图14为图13中实施例的止动环的透视图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的优选实施例进行详细的描述，其中相同的标号用于表示相同的元件。

如图1、2所示，外环1的内围以120度的间隔形成由三个轴向延伸的轨迹槽2。在每个轨迹槽2的侧面上形成有轴向延伸的轨道槽3，它们在外环的圆周方向上相对。

三脚元件4安装于外环1中并且在与轨迹槽2对应的位置上形成有三个耳轴5。导块6支撑在每个耳轴5上。为支撑导块6，耳轴5上形成有球面5a，并且插入形成在导块6内的圆柱孔7中。导块6可以相对于耳轴5在任意方向上枢轴转动。

在每个导块6的侧面上，形成有一对轨道槽8，它们与形成在外环1的每个轨迹槽2两侧的轨道槽3相对。在相对的轨道槽3、8之间，安装有由包括多个滚珠的滚动元件9。

在每个导块6两侧沿外环1轴向布置的滚动元件9由保持架10保持。每个保持架10都设置有用于保持平板部分10a两侧的滚动元件9的保持平板部分10b，所述平板部分10a布置在每个轨迹槽2的内表面11与每个导块6的外表面12之间。

如上描述，通过将多个滚动元件9安装在形成在每个轨迹槽2侧面内的轨道槽3与形成在每个导块6侧面内的轨道槽8之间，能够使得导块6的位置保持不变。因此，当外环1与三脚元件4间形成工作角时，在导块6的圆柱孔7中的外部球面5a的接触部分处产生滑动，从而耳轴5相对于各个导块6上的圆柱孔7的轴线倾斜。

因此，当外环1与三脚元件4之间形成工作角传递扭矩时，导块6沿轨迹槽2在外环的轴向上运动同时保持位置恒定。

导块6运动时，滚动元件9与轨道槽3、8滚动接触，所以导块6的运动阻力很小。因此，导块6移动平滑，滑动中几乎不产生振动。

如果忽略与轨道槽3、8之间的滑移，滚动元件9在导块6滑动时的运动距离为导块6运动距离的一半。如果滚动元件9与保持架10的运动距离不同，滚动元件9将产生滑动，并产生振动。

如果用来保持滚动元件9的保持架10只是简单地安装在轨迹槽2和导块6的侧面之间，由于与滚动元件9与轨道槽3、8的接触部分滑动接触，或者安装了恒速万用连接的汽车的振动原因，都可能导致保持架10在轴向上滑移并脱落。

为了使所有滚动元件9做单纯滚动并不从轨道槽3、8之间脱落，使用一种移动距离限制装置20使保持架10的运动距离被限制为导块6运动距离的一半。

如图2、图3所示，移动距离限制装置20设置有保持架10平板部分10a外表面上的平板形杆21。通过将锤击(caulking)延伸穿过杆21的中心部和平板部分10a的诸如铆钉的有头销22的端部将杆21连接导保持架10上而枢轴支撑杆21。包括紧固到外环1上的销的凸起23与紧固到导块6的凸起24插入形成在杆21上的导向槽25中，从而凸起23、24各自到杆的枢轴中心的距离11、12相等。紧固到导块6上的凸起24插入其中的切口26形成在保持架10的平板部分10a内，这样导块6与保持架10能够相对移动。

利用具有这种结构的移动距离限制装置20，由于从外环1上的凸起23到杆21的枢轴中心的距离与从外环1上的凸起23到导块6上的凸起24之间距离的比例为1∶2，当导块6从图4A所示的状态移动到图4C所示的状态时，保持架10的移动距离为导块6移动距离的一半。因此，可以使保持架10的移动距离与滚动元件9在轨道槽3、8中的移动距离相等。

因此，多个滚动元件9可以在导块6的整个移动范围内保持滚动状态，可以获得更好的NVH特性。

此外，由于有必要确保轨迹槽2的内表面11和导块6的外表面之间的距离足够容纳保持架10的平板部分10a和杆21，在不增加外环尺寸的情况下，可以生产出更紧凑的恒速万用连接。

另外，通过将杆21设计成平板形，其可以通过简单的压制加工。

同样，由于保持架10与杆21通过锤击销22连接在一起，使组装三脚型恒速万用连接的流程简便易行。

在图2、图3中，平板形杆21设置在保持架10平板部分10a的外侧。但如图5所示，其也可以设置在平板部分10a的内侧。在这种情况下，外环1上的凸起23插入其中的切口26形成在平板部分10a上，从而导块6与保持架10可以相对运动。

图6、图7示出了移动距离限制装置20的另一个实施例，其中轨迹槽2的内表面11形成有一对倾斜的凹槽30a、30b，两个凹槽沿轴向延伸并且在相反的方向上倾斜。导块6的放射状外表面形成有另一对倾斜凹槽31a、31b，其倾斜方向与凹槽30a、30b倾斜方向相反，以便与凹槽30a、30b相对。在外环1上的倾斜凹槽30a、30b与导块上的倾斜凹槽31a、31b的交点，滚珠32容纳和支撑在形成在保持架10的平板部分10a上的一对导向槽33内。导向槽33沿与保持架10移动方向相垂直的方向延伸。滚珠32可以沿导向槽33移动。

如上所述，通过提供倾斜凹槽30a、30b、31a、31b，并通过将滚珠32支撑在倾斜凹槽30a、30b、31a、31b与形成在平板部分10a上导向槽33的交叉点上以便沿与保持架10移动方向相垂直的方向移动，当导块6沿轨迹槽2移动时，可以使保持架10的移动距离为导块6移动距离的一半。因此，可以使保持架10的移动距离与滚动元件9在轨道槽3、8中的移动距离相等。

从而，承担负载的滚动元件9将持续保持滚动状态，也就可以在导块的整个移动范围内表现出良好的NVH特性。

为了使图2和图6中所示三脚型恒速万用连接中的所有滚动元件9都做单纯滚动运动，必须满足下面的公式。决定导块6与外环1之间位置关系的耳轴5的位置必须实质上设定在滑动范围中心的一个基准位置。(其中在这个位置上杆21不会倾斜，但是垂直于导块6的移动方向)

K＝(n-1)*A+L/2 公式(1)

当n＝2B＞A，当n≥3 B＞2A 公式(2)

图8中符号释义如下：

a：滚动元件9的直径

A：每个保持架10中滚动元件9之间的间距

B：导块6的长度

L：导块6要求的移动距离

K：外环轨迹槽的长度

n：安装在一个轨道槽中的滚动元件的数量

nJ：滚动元件数量 (J＝1-n)

下面的先决条件是需要的：

①三脚元件在每个导块中的负载中心在纵向中心

②每个导块6的中心在两端没有超出滚动元件

③总是存在大于或等于2个的负载滚动元件(n≥2)

④滚动元件间距彼此相等但大于滚动元件的直径

当通过形成最大工作角的三脚型恒速连接传递扭矩时，每个导块6来回移动相等的距离而从图8A中的基准位置到达图8B或图8C所示位置。假设导块6必须的移动距离为L，

①导块6移动到一侧的距离为L/2，及

②保持架10移动到一侧的距离为L/4

③当导块6在图8A所示的基准位置上时，用数学公式表示每个滚动元件9的位置

-(n-1)*A/2+(J-1)*A 公式①

④为使所有滚动元件9在导块6的全部移动范围内滚动，当保持架10已经移动L/4时(图8B状态)，导块6不能脱离滚动元件9。为此，必须满足以下三个条件i)-iii)。

i)导块6的右端必须位于滚动元件n2的右侧。

根据公式①，当保持架10移动-L/4时，n2滚动元件的位置可表述如下：

-(n-1)*A/2+(J-1)*A-L/4 公式②

另外，用数学公式表述导块6右端的位置如下：

-L/2+B/2＝(B-L)/2 公式③

为满足条件i)，根据公式②、③，必须满足如下条件：

-(n-1)*A/2+(J-1)*A-L/4＜(B-L)/2 公式④

ii)导块6的中心必须位于滚动元件n1的右侧。

根据公式①，当保持架10移动-L/4时，n1滚动元件的位置可表述如下：

-(n-1)*A/2+(J-1)*A-L/4 公式⑤

另外，用数学公式表述导块6的中心位置如下：

-L/2 公式⑥

为满足条件ii)，根据公式⑤、⑥，必须满足如下条件：

-(n-1)*A/2+(J-1)*A-L/4＜-L/2

化简该公式：(1-n)*A/2-L/4＜-L/2

＝(1-n)*A＜-L/2 公式⑦

iii)如果n＝2，必须满足B＞A，如果n≥3，必须满足B＞2A

⑤在条件i)、ii)、iii)全部满足的情况下，当保持架10已经移动-

L/4时，外环1上的轨道槽3的长度K为n1滚动元件的两倍。根据公式①，当保持架10已经移动-L/4时，n1滚动元件位置可以表述为

-(n-1)*A/2+(1-1)*A-L/4＝-(n-1)*A/2-L/4

因此，轨道槽3的长度K为

K＝2*|-(n-1)*A/2-L/4|＝(n-1)*A+L/2

由此可以得到外环1上轨道槽3的长度K。

例如，一个三脚型恒速万用连接中L＝40mm，n＝3，a＝10mm，如下计算：

根据公式⑦A＞10mm，假设A＝15mm，

根据B＞2A得B＞30mm

得，K＝50mm

但是，在确定外环杯长时，外环轨道槽的长度K以及外环进口侧和底侧的干涉长度都要加以考虑。因此，外环杯长应为K+B/2或更长。

根据导块6要求的移动距离，就可以确定滚动元件的数量n，导块长度B和外环轨道槽的长度K。由于导块长度与外环轨道槽长度数值随滚动元件数量变化而变化，最佳的条件就可以确定了。

通常，导块6的要求移动距离为40mm或更大。假设L＝40mm，并且符号＞1.1倍，在n＝2、3、4时滚动元件的间距A，导块长度B，外环轨道槽长度K的计算值见表1：

表1

n	A(mm)	B(mm)	K(mm)	K+B/2(mm)
n	A(mm)	B(mm)	K(mm)	K+B/2(mm)	2	22	44	42	64
3	11	24.2	42	54.1	2	22	44	42	64
3	11	24.2	42	54.1	4	11	24.2	42	54.1

由此，n＝2时，导块长度和外环杯长非常长。n＝4时，滚动元件数量过多。故滚动元件数量优选为3。

图9-图12为本发明三角型恒速万用连接的第二个实施例。本实施例与图1、图5、图6的不同之处在于在外环1的开口端设置了用金属板压制成的止动环40。如图9-图11所示，止动环40具有与外环1端部邻接的环形板部41。沿环形板部41的外围设有圆筒部分42，其被压在外环1的开口端。圆筒部分42末端被向内锤击。通过锤击形成的环形弯曲部分42a与形成在外环1外周的凹槽接合。这种接合能防止止动环40轴向移动。

切口44形成在与外环1的轨迹槽2相对的位置上(图11)。设置在每个切口44两端的凸起45插入形成在轨迹槽2两端面内的轨道槽3中。

通过在外环1的开口端安装具有上述结构的止动环40，当如图12中所示三脚元件4向外环1的开口端移动时，滚动元件9将邻接止动环40上设置的凸起45。这种邻接能防止保持架10脱落。

通过外环1上的凸起23接合在杆21上的导向槽25内，使得设置在每个保持架10平板部分10a上的杆21不能翻转(图10)。导块6通过设置在其上的凸起24与杆21上的另一个导向槽25接合，这样，导块6、支撑导块6的三脚元件4都能有效避免从外环1的开口端脱落。

图13、图14示出了防止三脚元件4脱落的止动环40的另一个实施例。本实施例与图12中所示止动环40的不同之处在于止动环40设置有三个位于形成在止动环40上的各个切口44内的销成形件46，销成形件46插入外环1的轨迹槽2中，按压销成形件46将形成插入杆21的一个导向槽25中的销47。与图12中所示止动环40相同的部分用相同的标号表示，具体描述省略。

如上所述，通过在每个销成形件46设置销47，则图9中的凸起23可以取消，因此零件数量减少。这将减少生产成本。此外，由于不必在外环1上固定销钉23，这种三脚型恒速万用连接的组装过程更加容易了。

本发明提供了一种三脚型恒速万用连接，该连接中所有滚动元件将沿外环的轴向在整个导块的移动范围内滚动。因此，该连接将表现出更好的NVH特性。

同样，根据本发明，外环轨迹槽的长度K根据公式K＝(n-1)*A+L/2确定，其中n为安装在一个轨道槽中的滚动元件的数量；A为滚动元件之间的距离；L为导块必需的移动距离；如果滚动元件的数目为2，导块的长度B要大于滚动元件之间的间距A；如果滚动元件的数目为3或更大，B要大于A的二倍。据此能够更容易地提供具有优秀NVH特性的三脚型恒速万用连接。

本发明中，通过将一个轨道槽中的滚动元件数量设定为三个，将更容易生产出体积小、重量轻、并且具有较小轴向长度的三脚型恒速万用连接。

根据本发明，由于止动环设置在外环的开口端，这将能更有效地防止三脚元件从外环的开口端脱落。

同样，由于止动环结构简单，其中多个切口形成在环形平板部分内，而所述环形平板部分在其外周具有圆筒形部分，因此，其能够通过压制金属板容易地制成。

Claims

1、一种三脚型恒速万用连接，包括：在其内表面形成有三个轴向延伸的轨迹槽的外环；三脚元件，其安装在所述外环内部并且具有形成在其上与所述轨迹槽相对的三个耳轴；轨道槽，它们形成在所述每个轨迹槽的侧面并且在所述外环圆周方向上彼此相对，所述轨道槽沿所述外环的轴向延伸；导块，其支撑在所述每个耳轴上以便相对于所述耳轴枢轴转动并且容纳在所述轨迹槽内，所述导块在侧面设置有轨道槽；多个滚动元件，它们安装在形成于所述每个导块侧面的所述轨道槽与所述外环的每个轨道槽之间；用于保持所述滚动元件的保持架；及移动距离限制装置，其用于将所述每个保持架的移动距离限制为所述导块移动距离的一半；其特征在于，所述滚动元件能够沿所述外环的轴向上在全部移动范围内完全滚动，且所述每个保持架都具有位于所述每个轨迹槽的内表面与所述每个导块外表面之间的平板部分，及所述移动距离限制装置包括可枢轴转动的杆，该杆的纵向中心由所述保持架的所述平板部分支撑，所述可枢轴转动的杆形成有一对轴向延伸的导向槽，及插入所述导向槽内的一对销，所述一对销中的一个紧固到所述外环上，而另一个紧固到所述导块上。

2、如权利要求1所述的三脚型恒速万用连接，其中在所述外环的开口端安装有止动环，用以防止所述滚动元件脱离所述外环。

3、如权利要求2所述的三脚型恒速万用连接，其中所述止动环具有邻接所述外环开口端的环形平板部分，设置在所述环形平板部分的外周并且配合到所述外环开口端上的圆筒形部分，所述环形平板部分在与所述轨迹槽开口端相对的位置上形成有切口，及设置在所述切口的两侧并且插入所述外环的所述轨道槽内用以防止滚动元件从轨迹槽的开口端脱离的凸起。

4、如权利要求3所述的三脚型恒速万用连接，其中在所述止动环的所述环形平板部分的所述切口的内周设置有插入所述轨迹槽中的销成形件，紧固到所述外环上的所述销是通过按压所述销成形件形成的。

5、如权利要求2-4中任一项所述的三脚型恒速万用连接，其中所述止动环是通过压制金属板制成的。