CN1366150A - 等速万向接头 - Google Patents

Abstract

一种等速万向接头包括内辊(40)和十字头(28a)。内辊(40)具有由倾斜面形成的倾斜部分(54),倾斜面的倾斜角不小于组装角θ,倾斜面从起始点(S)延伸,起始点由内辊(40)的球形凹口(38)和形成在内辊(40)上的椭圆形切口(52)的短半径r的交点确定。

Description

等速万向接头

发明背景

发明领域

本发明关于一种等速万向接头，该万向接头用作如在汽车的驱动力传输部分中的、连接作为一个传动轴的第一轴和作另一传动轴的第二轴等速万向接头。

相关技术的描述

等速万向接头通常用于汽车中，它安置在汽车的驱动力传输部分中，用来连接作为一个传动轴的第一轴和另一传动轴的第二轴，从而将驱动力传到相应的轴上。

本申请人推荐一种在美国专利申请No.09/456488和09/984898中的等速万向接头及其组装方法。采用这种等速万向接头，在一根传动轴倾斜和十字头沿导向架移动时，通过减小所产生的滑动阻力来改进推力性能和寿命。本发明是参照该建议而作出的。

发明概述

本发明的一个总的目的在于提供一种等速按照上述推荐的组装方法的万向接头。按照本发明，在不降低组装性能的情况下，十字头颈部的直径增大，从而增大了十字头的强度。

本发明的主要目的在于提供一种按照上述推荐的组装方法实施的等速万向接头，按照本发明，在不减少组装性能的情况下，十字头颈部的直径增大，从而改进了锻造十字头的成品率。

从下面参照附图所进行的描述可以更加清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，在附图中以示例形式表示了本发明的优选实施例。

附图概述

图1是在基本垂直于本发明的一个实施例的万向接头的轴的方向上的、表示一个等速万向接头的部分省略的垂直剖视图，

图2是按图1中II-II线的等速万向接头的垂直剖视图，

图3是表示图1所示的等速万向接头内部构件的部分省略的分解垂直剖视图；

图4是表示内部构件的一个内辊的透视图；

图5是表示一个比较例子的等速万向接头的部分省略的竖向局部图；

图6是比例性例子的等速万向接头的内辊的透视图；

图7表示将内辊安装到比较性例子的等速万向接头的十字头上的尺寸状态；

图8表示将内辊安装到本实施例和比较性例子的等速万向接头的十字头上的尺寸状态；

图9是表示图7的一部分M的放大视图；

图10表示将内辊安装在本实施例的等速万向接头中的尺寸状态；

图11是表示图10中的一部分M的放大视图，和

图12是本发明另一实施例的在基本垂直于等速万向接头的一根轴的方向上的、部分省略的垂直剖视图。

优选实施例的描述

参见图1和2，参照数字10表示本发明一个实施例的等速万向接头。

该等速万向接头10包括一个圆筒形的外盖(外部构件)14，外盖14具有一个开口并整体地连到作一根传动轴的第一轴的一端上，一个内部构件18固定到作为另一转动轴的第二轴16的一端上并接纳在外盖14的开孔中。

正如图1所示，在外盖14的内壁面上形成了三个导槽20a～20c(导槽20b、20c未示出)，这些导槽在轴向延伸并相应地绕轴心相隔120°。每个导槽20a～20c包括一个顶部22和形成顶部22的相对侧上的侧面部分24a、24b。顶部22具有沿外盖14外周面弯曲的凹口，每个侧面24a、24b具有剖面为弧形的弯曲面。

一个环形的星形凸起部分26装到第二轴16外侧，三个十字头28a～28c(十字头28b、28c未示出)整体形成在星形凸起部分26的外周面上，它们分别伸向导槽20a～20c，并绕轴心相隔约120°。正如图1～3所示，每个十字头28a～28c包括一个从环形星形凸起部分26向外径向伸展的颈部30，和与颈部30整体形成的头部32。

在头部32的上表面上提供一个第一曲面34a，它具有从外盖14(见图1)的轴向看的预定曲率的弧形，并在基本垂直于外盖14(见图2)的方向看呈直线形。该第一曲面34a的形状在基本垂直于外盖14的轴的方向看不局限于直线形还可是具有预定曲率的弧形。

第二曲面34b类似于上述第一曲面34a，它形成在头部32的下表面上。第二曲面34b连到颈部30上。头部32还具有在第一曲面34a和第二曲面34b之间的外周面上的球面36，在第一曲面34a和球面36之间、和第二曲面34b和球面36之间的边界部分上设有具有弧形过渡的图中未示的倒角部分。

正如图1所示，内辊(环形构件)40和外辊44安置在十字头28a～28c和侧面部分24a、24b之间。内辊40是具有一个球形凹口38的环形件，凹口38在整个内周面上与十字头28a～28c的球面36相对应。外辊44用安置在其间的多个针状轴承42装到内辊40上。

外辊44的外周面具有与导槽20a～20c的侧面部分24a、24b对应的弧形剖面。外辊44的外周面与导槽22a～22c的侧面部分24a、24b相互面对面地接触。

外辊44的外周面和导槽20a～20c的侧面部分24a、24b的剖面形状不只局限于为弧形，外辊44的外周面和导槽20a～20c的侧面部分24a、24b的剖面形状可以为具有线形的剖面形状。

多个针状轴承42可滚动地安装在外辊44的内环凹口46内，它们可用楔形变形效果来安装从而使它们不会从凹口46中脱出。

正如图4所示，内辊40在上表面部分50和孔48的内壁之间的交界处具有基本为椭圆形的切口52，这样十字头28a(28b、28c)可很容易地装入内辊40的孔48中。另外，在内辊40的孔48的内表面和上表面部分50之间的边界处还形成了一个倾斜部分54，该倾斜部分54沿切口52周向延伸。

倾斜部分54的倾角不小于下面将要描述的组装角θ。倾斜部分54由相对于在内辊40上形成的椭圆切口52的短半径(r)的延伸线58呈预定角度(α°)倾斜的倾斜面形成(图11)。

正如图1所示，十字头28a～28c的球面36和内辊40的凹口38呈相互面对面接触，因此，十字头28a～28c可在箭头A的方向绕内辊40的点O转动。另外，十字头28a～28c可在沿球面的周向(箭头B的方向)绕十字头28a～28c的轴转动。十字头28a～28c和内辊40可在垂直方向(箭头C的方向)与由外辊44支撑的针状轴承42一起移动。

本发明实施例的等速万向接头10基本由上述结构构成，下面将描述它的操作、功能和效果。

当作为传动轴的第一轴12转动时，转动力通过外盖14传到内部构件18上。第二轴16借助于十字头28a～28c在预定方向转动。

亦即，外盖14的转动力通过针状轴承42和与导槽20a～20c接触的外辊44传到内辊40，再通过与内辊40的凹口38面对面地接触的球面传到十字头28a～28c。由此转动与十字头28a～28c啮合的第二轴16。

在这种布置中，第二轴16相对于具有第一轴12的外盖倾斜一个预定的角度，十字头28a～28c绕图1所示的点O的箭头A的方向滑动，或者十字头28a～28c绕十字头28a～28c的轴沿球凹口38在周向(箭头B的方向)滑动，此时十字头28a～28c的球面36保持与内辊40的球形凹口38的面对面接触。

该十字头28a～28c可在十字头28a～28c的轴向(箭头C的方向)与内辊40一起移动，内辊相对于由外辊44支撑的针状轴承42滑动。

该十字头28a～28c可在基本垂直于十字头28a～28c的轴的方向、即导槽20a～20c的纵向(箭头D的方向)(见图2)借助于产生沿导槽20a～20c滑动的外辊44来移动。

如上所述，尽管第二轴16相对于外盖14有一个倾角，仍可使第一轴12的转动顺利地传给第二轴16。

按照本实施例，每个十字头28a～28c具有球面36。十字头28a～28c沿与球面36相对应的内辊40的球面38滑动。另外，十字头28a～28c可沿十字头28a～28c的轴向与内辊40一起移动。因此，就能减小滑动阻力和增大推力。另外十字头28a～28c和内辊40产生相互面对面的接触，因此可减小由接触压力加到接触部分上的载荷。因此可延长等速万向接头的寿命。

增大的推力是十字头28a～28c沿导槽28a～28c移动时产生的摩擦力载荷。

下面将描述十字头28a～28c的颈部30的强度的增强情况。

图5表示一个比较性例子的等速万向接头70。该等速万向接头70与本实施例的等速万向接头10不同，在限定内辊72(见图6)的孔48的内周面上没有倾斜部分54，不过该等速万向接头70在结构上基本类似于等速万向接头10。与等速万向接头10相同的等速万向接头70的结构件用相同的参照数字表示，并省略对它们的详细描述。

正如图7所示，按照比较性例子的等速万向接头70，十字头28a(28b、28c)相对于具有基本为椭圆形切口52的内辊72倾斜θ角，十字头28a(28b、28c)沿基本为椭圆形的切口52插入孔48，因此，内辊72装到十字头28a(28b、28c)上。

在图7中，θ代表组装角，R代表十字头28a(28b、28c)的球面36的半径，H代表十字头28a(28b、28c)的半球面宽度，即2H代表十字头28a(28b、28c)的整个的球面宽度，r代表形成在内辊72上的椭圆形切口52的短半径，h代表内辊72的一半宽度，d代表十字头28a(28b、28c)的颈部30的半径，X代表当组装角为倾角θ(见图8)时十字头28a(28b、28c)的球面36的凸头的长的宽度，Y代表当组装角为倾角θ(见图8)时十字头28a(28b、28c)的球面36的凸头的短的宽度。δ代表内辊72的孔48的外边缘和十字头28a(28b、28c)的颈部30之间的间隙(距离)。

在这种布置中，在十字头28a(28b、28c)的球面36的凸起的短宽度Y小于2R(球面36的直径)，即球面36牢靠地落在内辊的一半宽度内的条件下，该条件由下式(I)表示：

                    R-r＞0    (I)

在满足Y＜X的条件下，该条件由下式(II)表示： $\mathrm{\θ}-{\mathrm{Sin}}^{-1}\frac{H}{R}>0---\left(\mathrm{II}\right)$

在十字头28a(28b、28c)和内辊72互不干扰的条件下，该条件由下式(III)表示： $\sqrt{r^2+h^2}\·\sin ({\tan }^{-1}\frac{h}{r}-\mathrm{\θ})-d>0---\left(\mathrm{III}\right)$

在比较性例子的等速万向接头70中，从上述不等式(III)可以看出，十字头28a(28b、28c)颈部30的直径2d可通过减小内辊72的一半宽度h或增大形成在内辊72上的椭圆形切口52的短半径r来增大。

然而，如果减小内辊72的一半宽度h，就减小了内辊72滚针面(外周向表面)的表面面积；如果增大形成在内辊72上的椭圆切口52的短半径r，则减小了与内辊72接触的球面36的接触面积。

本发明实施例的等速万向接头10解决了上述问题，并增大了十字头28a(28b、28c)颈部的直径。

在本实施例的等速万向接头10中，如比较性例子一样，十字头28a(28b、28c)相对于具有基本为椭圆形切口52的内辊40倾斜θ角，十字头28a(28b、28c)沿基本为椭圆形的切口52插入内辊，因此内辊40装到十字头28a(28b、28c)上。

在图10中，θ代表组装角，R代表十字头28a(28b、28c)的球面36的半径，H代表十字头28a(28b、28c)的一半的球表面宽度，即2H代表十字头28a(28b、28c)的整个的球面宽度，r代表形成在内辊40上的椭圆形切口52的短半径，h代表内辊40的一半宽度，d代表十字头28a(28b、28c)的颈部30的半径，X代表当组装角为倾角θ(见图8)时十字头28a(28b、28c)的球面36的凸起的长宽度，Y代表当组装角为倾角θ时(见图8)十字头28a(28b、28c)的球面36的凸起的短宽度，δ代表在内辊40的孔48的边缘和十字头28a(28b、28c)颈部30之间的间隙(距离)。间隙δ表示防止内辊40倾斜部分54的倾斜面60和十字头28a(28b、28c)颈部30之间产生干扰的界限。

在十字头28a(28b、28c)的球面36的凸起的短宽度Y小于2R(球面36的直径)、即球面牢靠地落在内辊40的一半宽度h内的条件下，该条件由下式(1)表示：

                        R-r＞0    (1)

在满足Y＜X的条件下，该条件由下式(2)表示： $\mathrm{\θ}-{\mathrm{Sin}}^{-1}\frac{H}{R}>0---\left(2\right)$

在十字头28a(28b、28c)和内辊40不产生干扰的条件下，该条件由下式(3)表示： $R\·\mathrm{Sin}({\mathrm{Sin}}^{-1}\frac{H}{R}-\mathrm{\θ})-d>0---\left(3\right)$

在无摩擦地将十字头28a(28b、28c)插入内辊40进行组装操作的条件下，该条件由下式(4)表示；在有摩擦地将十字头28a(28b、28c)插入内辊40进行组装操作的条件下，该条件由下式(5)表示： $r-H\sin \mathrm{\θ}+\sqrt{R^2-H^2}\·\cos \mathrm{\θ}>0---\left(4\right)$ $r-H\sin \mathrm{\θ}+\sqrt{R^2-H^2}\·\cos \mathrm{\θ}\≤0---\left(5\right)$

十字头28a(28b、28c)和内辊40的切口52的形状设计成能满足(1)～(5)式。因此，就能增大十字头28a(28b、28c)颈部的强度。按照有摩擦地或无摩擦地将十字头28a(28b、28c)插入内辊40来选择不等式(4)和(5)中的一个。

与此较性例子的等速万向接头70相比较，本实施例的等速万向接头10设计成表示防止内辊40的倾斜部分54的倾斜面和十字头28a(28b、28c)颈部30之间干扰的间隙δ是大的(见图9和11)。由于δ是大的，与比较性的例子的等速万向接头相比，就能增大本实施例的等速万向接头10的十字头28a(28b、28c)的颈部30的直径，因此就能增大十字头28a(28b、28c)的颈部30的强度。

如上所述，在本实施例的等速万向接头中，如图11所示，倾斜部分54(倾斜表面)从起始点S开始延伸，起始点S由凹口38和形成在内辊40上的椭圆形切口52的短半径r的延伸线的交点确定。该倾斜面的倾斜角不小于组装角θ，因此，表示防止内辊40的倾斜部分54的倾斜面与十字头28a(28b、28c)的颈部30之间的干扰的界限的δ是大的，因此，就能对应于间隙δ增大十字头28a(28b、28c)的直径。

在本实施例的等速万向接头中，多个十字头28a～28c和星形架26锻造成一整体，由于十字头28a～28c的颈部30的直径加大，颈部直径相对于球面36的直径的比例增大，因此改进了锻造性能，结果就能提高锻造十字头28a～28c的产品合格率。

在比较性例子的等速万向接头70中，如图6所示，由第一轴12和第二轴16确定的操作角在表示椭圆形切口部分52方向的切口方向E(主轴方向)和基本垂直于切口方向E的方向F(次轴方向)之间是不同的(在切口方向E的操作角大于方向F上的操作角)。然而，在本实施例的等速万向接头10中，如图4所示，由于倾斜部分54沿内辊40的周向形成，操作角不受椭圆形切口52的切口方向的限制。因此在任何直径方向均可使操作角保持基本为常数。

又及，在本实施例的等速万向接头10中，内辊40的倾斜部分54贴靠十字头28a(28b、28c)的颈部30。因此，由第一传动轴和第二传动轴形成的操作角的范围在任一直径方向上相同。

在传统的等速万向接头(未示出)中，在万向接头装到车上之前，由第一和第二轴形成的操作角未受到限制。因此，当操作角过大时，内辊可能从外辊上脱开。

然而，在本实施例的等速万向接头10中，内辊40的倾斜部分54使操作角限制成在任何方向均相等，因此，在将等速万向接头10安装到车上之前，就可限制内辊40从外辊44上脱落角度，因此就能防止内辊40从外辊44上脱落。因此就能容易地进行等速万向接头10的组装工作。

在本发明的等速万向接头10中，提供的内辊可相对于十字头28a(28b、28c)转动。由于倾斜部分54的周向具有锥形面，无论内辊40的状态如何均使内辊40从外辊44上的脱开角度受到限制因此就可尽量减小内辊40的尺寸。

通常，通过加大内辊40的高度(轴向尺寸)能防止内辊40脱落，然而，在本实施例中，设置了倾斜部分54的内辊40并没有加大内辊40的高度。

下面将参照图12来描述本发明另一实施例的等速万向接头100。

本实施例的等速万向接头100与上述实施例的等速万向接头10的不同之处在于：在内辊40和支撑在外辊44的凹口46中的针状轴承42之间提供了吸收十字头28a～28c轴向位移的中间构件81。

该中间构件81具有圆柱部分82和法兰84。圆柱部分82和法兰84形成一个整体。法兰84从圆柱部分82向下弯曲并径向向外伸出预定的长度。内辊40与圆柱部分82的内周向面接触。多个针形轴承42的每一个具有与圆柱部分82的外周向面接触的滚动表面。针形轴承42的每端由法兰支撑。

每个针形轴承42由环形垫片86支撑，中间构件81由夹紧件88支撑，夹紧件88与垫片86贴合并固定在环形槽中。

这种等速万向接头100包括内辊40和外辊44。内辊40与十字头28a～28c的球面36一起在垂直方向(箭头C所示方向)移动。针形轴承42沿外辊44的内周向面安置。针形轴承42具有下列功能：(1)传输转动力，(2)顺利地转动内辊40和外辊44，和(3)吸收垂直方向(箭头C所示方向)的位移。

在图12所示的实施例中，在内辊40和针形轴承42之间另设有中间构件81，该中间构件81具有吸收垂直方向的位移的功能(3)(即箭头C所示方向)。因此，针状轴承42仅限于功能(1)和(2)的载荷。因此就能确保内辊40可靠而顺利地转动。

在已参照附图对本发明进行了专门的描述的同时，应该看到，本专业技术人员可在不超出由所附权利要求限定的本发明的范围和实质的情况下作出多种变化和修改。

Claims (9)

1.一种等速万向接头，包括：

一个在其内周向面上具有导槽(20a～20c)的外部构件；

多个十字头(28a～28c)，在圆周方向上每个十字头设有球面36，上述十字头(28a～28c)朝上述导槽(20a～20c)延伸；和

内辊(40)；每个内辊具有适于接纳上述球面(36)的球形凹口(38)，这样内辊(40)装到上述十字头(28a～28c)的外面，上述内辊(40)还包括由一个倾斜面形成的倾斜部分(54)，倾斜面的倾斜角不小于组装角θ，上述倾斜面从起始点(S)开始延伸，起始点(S)由内辊(40)的球形凹口(38)和形成在内辊(40)上的椭圆形切口(52)的短半径的交点确定，

其中上述内辊(40)和上述十字头(28a～28c)的形状确定成能满足下式(1)～(4)：

                   R-r＞0    (1) $\mathrm{\θ}-{\mathrm{Sin}}^{-1}\frac{H}{R}>0---\left(2\right)$ $R\·\mathrm{Sin}({\mathrm{Sin}}^{-1}\frac{H}{R}-\mathrm{\θ})-d>0---\left(3\right)$ $r-H\sin \mathrm{\θ}+\sqrt{R^2-H^2}\·\cos \mathrm{\θ}>0---\left(4\right)$

其中：θ是组装角，R是十字头的球面半径，H是十字头的一半的球面宽度，r是形成在内辊上的椭圆形切口的短半径，h是内辊的一半宽度，和d是十字头颈部的半径。

2.按照权利要求1的等速万向接头，其中上述倾斜部分(54)和上述十字头(28a～28c)的上述颈部相互贴靠，以限制由作为一个传动轴的第一轴(12)和作为另一传动轴的第二轴(16)形成的操作角。

3.按照权利要求1的等速万向接头，其中一个外辊(44)装到上述内辊(40)的外面，其中多个针形轴承(2)夹在外辊(44)和内辊(40)之间，一个中间构件(81)安置在上述内辊(40)和针形轴承(42)之间。

4.按照权利要求3的等速万向接头，其中上述中间构件(81)包括一个圆柱部分(82)和一个法兰(84)，法兰(84)从上述圆柱形部分(82)上径向向外弯曲。

5.一种等速万向接头，包括：

一个在内周向面上具有导槽(20a～20c)的外构件：

多个十字头(28a～28c)，每个十字头具有周向的球面，上述十字头(28a～28c)朝上述导槽(20a～20c)延伸；和

内辊(40)，每个具有适于接纳上述球面(36)的球形凹口(38)，从而使上述内辊(40)装到上述十字头(28a～28c)的外面，上述内辊(40)还包括倾斜面形成的倾斜部分(54)，倾斜面的倾角不小于组装角θ，上述倾斜面从起始点(S)开始延伸，起始点(S)由上述内辊(40)的球形凹口(38)和形成在上述内辊(40)上的椭圆形切口(52)的短半径r的交点确定，

其中，上述内辊(40)和上述十字头(28a～28c)的形状确定成能满足下式(1)～(4)：

                    R-r＞0    (1) $\mathrm{\θ}-{\mathrm{Sin}}^{-1}\frac{H}{R}>0---\left(2\right)$ $R\·\mathrm{Sin}({\mathrm{Sin}}^{-1}\frac{H}{R}-\mathrm{\θ})-d>0---\left(3\right)$ $r-H\sin \mathrm{\θ}+\sqrt{R^2-H^2}\·\cos \mathrm{\θ}\≤0---\left(4\right)$ 其中θ是组装角，R是十字头球面的半径，H是十字头球面的一半宽度，r是形成在内辊上的椭圆形切口的短半径，h是内辊的一半宽度，和d是十字头颈部的半径。

6.按照权利要求5的等速万向接头，其中上述倾斜部分(54)和上述十字头(28a～28c)的颈部(30)相互贴靠，以限制由作为一个传动轴的第一轴(12)和作为另一传动轴的第二轴(16)形成的操作角。

7.按照权利要求5的等速万向接头，其中外辊(44)装到上述内辊(40)的外部，多个针形轴承夹在上述外辊(44)和内辊(40)之间，一个中间构件(81)放置在上述内辊(40)和上述针形轴承(42)之间。

8.按照权利要求7的等速万向接头，其中上述中间构件(81)包括一个圆柱部分(82)和一个法兰(84)，法兰(84)由上述圆柱部分(82)的端部径向向外弯曲而成。

9.一种等速万向接头，包括：

一个在内周面上具有导槽(20a～20c)的外部构件，

多个十字头(28a～28c)，每个十字头具有周向的球面(36)，上述十字头朝上述导槽(20a～20c)延伸；和

内辊(40)，每个内辊具有适于接纳上述球面(36)的球形凹口(38)，从而使上述内辊(40)装到上述十字头(28a～28c)的外部，上述内辊(40)还包括由倾斜面形成的倾斜部分(54)上，倾斜面的倾角不小于组装角θ，上述倾斜面从起始点(S)延伸，起始点(S)由上述内辊(40)的上述球形凹口(38)和形成在上述内辊(40)上的椭圆形切口(52)的短半径r的交点确定。

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