CN1918394A

CN1918394A - 等速万向接头

Info

Publication number: CN1918394A
Application number: CN 200480041627
Authority: CN
Inventors: 石岛实; 山崎健太
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2007-02-21
Also published as: JP2005226781A

Abstract

本发明的目的是保证等速万向接头的小型化、强度、耐久性、承载能力以及操作角。六个球(3)设置在等速万向接头内。球(3)的节圆直径PCD_BALL (PCD_BALL＝2×PCR)与球(3)的直径D_BALL的比值r1(＝PCD_BALL/D_BALL)设定在1.5≤r1≤4.0的范围内。外部元件1的外径D_OUTER与内部接头元件(2)的锯齿(或花键)2d的节圆直径PCD_SERR之间的比值r2(＝(D_OUTER/PCD_SERR)设定在3.0≤r2≤5.0的范围内。

Description

等速万向接头

技术领域

本发明涉及一种等速万向接头(等速万向节)，所述等速万向接头能够例如用作用于汽车转向的联轴器。

背景技术

在用于汽车的转向轴中，例如，通常使用多个万向接头(横轴联轴器)。所述万向接头是非等速万向接头，其中，操作角越大，输入轴与输出轴之间的旋转波动变得越大。通过组合多个万向接头保证等速引起车辆设计中灵活性削弱的问题。

使用作为用于转向的联轴器的固定式的等速万向接头具有下面的优点：因为等速在任何操作角度得到保证，汽车设计中的灵活性增加。

图9显示了固定式等速万向接头(球笼式等速万向接头：球固定接头)，所述固定式等速万向接头传统地用作汽车中驱动轴等的活节联轴器。所述等速万向接头包括：外部元件11，其中六个弯曲的轨道凹槽11b在轴向方向上形成在其球形内径表面11a内；内部接头元件12，其中六个弯曲的轨道凹槽12b在轴向方向上形成在其球形外径表面12a内，且具有齿(锯齿或花键)的接合部分12c形成在其内径表面内；设置在相应的六个球轨道内的六个扭矩传递球13，所述六个球轨道通过外部元件11的轨道凹槽11b与内部接头元件12的对应于轨道凹槽11b的轨道凹槽12b之间的协同作用作用形成；以及保持器14，所述保持器14具有用于保持扭矩传递球13的穴14c。

外部元件11的轨道凹槽11b的、相对于内径表面11a的球面中心的中心A和内部接头元件12的轨道凹槽12b的、相对于外径表面12a的球面中心的中心B彼此相反地在轴向方向上偏移同样的距离(在图中所示的示例中，中心A在接头的开口侧偏移，而中心B在接头的更深侧的一侧偏移)。从而，通过轨道凹槽11b与对应于轨道凹槽11b的轨道凹槽12b之间的协同作用形成的球轨道为向轴向方向中的一个(图中所示的示例中的万向接头的开口侧)开口的楔形。外部元件11的内径表面11a的球面中心和内部接头元件12的外径表面12a的球面中心都在包括扭矩传递球13的中心的接头中心平面O内。

即使外部元件11从内部接头元件12移动角度θ，由保持器14引导的扭矩传递球13在任何操作角θ始终保持在角度θ的二分面(θ/2)内，因此万向接头的等速得到保证。

附带地，在此种固定式等速万向接头中，由于功能和加工，外部元件的轨道凹槽与球之间存在间隙。当内部元件和外部元件中的一个固定在万向接头的中性状态中、且另一个在轴向方向上移动或在圆周方向旋转时，轨道间隙出现。

轨道间隙对内部元件和外部元件在圆周方向上的摇摆(旋转反冲)具有很大的影响。因为在固定式等速万向接头中由于公差和装配的原因轨道间隙是必不可少的，旋转反冲变得很大。因此，会担心照原样将万向节作为用于汽车的转向万向节的使用在汽车的标准驱动的附近可以引起转向可操作性的恶化以及异常噪音的出现。

作为解决此问题的装置，提出固定式等速万向接头，其中设置在万向节内的预负荷施加装置填充由轨道间隙引起的轴向间隙以便限制旋转反冲(参照，例如，专利文件1)。

在万向接头内具有预负荷施加装置的等速万向接头中，所述预负荷施加装置始终使球接触球轨道以限制旋转反冲，本发明的第一目的是进一步使万向接头小型化并保证足够的强度、承载能力和耐久性以便提供特别适合于汽车转向轴的等速万向接头。

其次，将描述本发明的第二目的。图10显示上述等速万向接头的保持器14。保持器14具有用于在圆周等距位置保持扭矩传递球13的六个窗口形状的穴14c。穴14c的两圆周侧是支柱部分14d。通常，保持器14的穴14c通过冲压被切削，然后，在轴向方向上相对的一对轴向壁14c1{参见图10(b)}通过刨(拉削)被完成修整加工。在此情况下，穴14c与扭矩传递球13之间的轴向初始间隙通过加工轴向壁14c1设定为-50μm到-10μm。然而，如果轴向壁14c 1的加工边缘有变化，在圆周方向上布置的穴14c中，穴14c的中心位置不重合，从而所谓的穴交错状态出现、且保持器14的强度和耐久性变得更差。因此，穴14c的圆角部分14c3内的曲率半径R制造的较小，且留下直的部分14c4。轴向壁14c1和直的部分14c4之间的轴向尺寸δ控制为防止所谓穴交错状态出现。因此，使圆角部分14c3内的曲率半径R较小导致穴面积延伸到最初功能上不必要的部分。

因此，因为穴面积对于其功能而言太大，保持器的支柱部分处于很高的应力之下。内径表面和外径表面的表面面积变小，从而会担心不能保证保持器的足够强度和耐久性。

在具有用于使球始终接触到球轨道的预负荷施加装置的等速万向接头中，本发明的第二目的是在不削弱保持器的功能的情况下最优化保持器的结构以便增加保持器的强度和耐久性，并且延伸增加万向接头的强度和耐久性。

专利文献1：公开号为2003-130082的日本公开专利

发明内容

本发明要解决的问题

为实现上述第一目的，根据本申请的第一发明的等速万向接头包括：外部元件，所述外部元件设置有球形内表面，所述球形内表面中形成多个轨道凹槽；内部元件，所述内部元件设置有球形外表面，所述球形外表面中形成多个轨道凹槽；球，所述球设置在楔形球轨道内，所述楔形球轨道通过外部元件的球形内表面与内部元件的球形外表面之间的协同作用作用形成；保持器，所述保持器设置在外部元件的球形内表面与内部元件的球形外表面之间以保持球；挤压部分，所述挤压部分设置在内元件内并在轴向方向上施加弹性压力；以及接纳器部分，所述接纳器部分设置在保持器内并接纳来自挤压部分的压力。等速万向接头的特征在于：球的节圆直径(PCD_BALL)与球的直径(D_BALL)的比值r1(＝PCD_BALL/D_BALL)在1.5≤r1≤4.0的范围内。

球的节圆直径(PCD_BALL)是连接外部接头元件的轨道凹槽的中心或内部元件的轨道凹槽的中心与球的中心的线段的长度的两倍长{连接外部接头元件的轨道凹槽的中心与球的中心的线段的长度等于连接内部元件的轨道凹槽的中心与球的中心的线段的长度。从而，万向接头的等速得到保证。此长度后文将称为(PCR)}。

1.5≤r1≤4.0的原因在于：等速万向接头难以在有限空间的界限内广泛地改变球的PCD，且r1的数值主要依赖球的直径。因为用于转向的等速万向接头相较于传统的等速万向接头使用在低负荷扭矩的界限内，内部元件和外部元件可以薄些。然而，在r1＜1.5的情况下，外部元件、内部元件等的厚度变得太薄，从而会担心缺乏强度。在4.0＜r1的情况下，球的承载能力和每一个轨道表面变小，从而会担心耐久性。

换言之，等速万向接头难以在有限空间的界限内广泛地改变球的节圆直径(PCD_BALL)。从而，r1的数值主要依赖球的直径(D_BALL)。在r1＜1.5的情况下(通常，当球的直径(D_BALL)大的时候)，另一元件(外部元件、内部元件等)变得太薄，从而会担心缺乏强度。相反地，在r1＞4.0的情况下(通常，当球的直径(D_BALL)小的时候)，承载能力变小，从而会担心耐久性。1.5≤r1≤4.0使充分地保证外部元件等的强度以及万向接头的承载能力和耐久性成为可能。这通过试验被证实。

表1

r1	1.1	1.5	1.9	2.3	2.7	3.1	3.5	3.9
r1	1.1	1.5	1.9	2.3	2.7	3.1	3.5	3.9	耐久性	○	○	○	○	○	○	○	○
外环强度	×	△	△	○	○	○	○	○	耐久性	○	○	○	○	○	○	○	○
外环强度	×	△	△	○	○	○	○	○	内环强度	×	△	△	○	○	○	○	○
保持器强度	×	△	△	○	○	○	○	○	内环强度	×	△	△	○	○	○	○	○

○：好 △：比较好 ×：不好(六个球)

如表1中所示(表1显示基于比较试验的评价)，在r1＝1.1的情况下，外部元件、内部元件以及保持器的强度没有被充分地保证，而获得了非期望的结果。在在r1＝1.5和1.9的情况下，相对于强度获得了容许的结果。特别在r1≥2.3的情况下，外部元件、内部元件以及保持器的强度以及万向接头的耐久性得到充分地保证，且获得了期望的结果。试验没有在r1＞3.9的范围内实施，但是假定如同上面一样获得了期望的结果。然而，在r1＞4.0的情况下，耐久性看来是个问题，从而r1≤4.0是可取的。

如上所述，r1应该设定在1.5≤r1≤4.0的范围内，更优选地，在2.3≤r1≤4.0的范围内。

r1设定在1.5到4.0倍的范围内的原因在于当r1小于1.5倍时内环2的强度降低。当r1大于4.0倍时，另一方面，出现了保持器4的强度降低同时外部接头元件的外径变大的麻烦。

根据本申请的第二发明，除了前述结构，外部接头元件的外径(D_OUTER)与联接锯齿的齿的节圆直径(PCD_SERR)的比值r2(＝(D_OUTER/PCD_SERR)在3.0≤r2≤5.0的范围内，所述联接锯齿形成在内部元件的内径表面内。

3.0≤r2≤5.0的原因如下。与其他轴等的强度有关，内部元件的齿的节圆直径(PCD_SERR)不能广泛地变化。从而r2的数值主要依赖外部接头元件的外径(D_OUTER)。在r2＜3.0的情况下(通常，当外径D_OUTER小的时候)，每个元件(外部元件、内部元件等)变得太薄，从而会担心缺乏强度。在r2＞5.0的情况下(通常，当外径D_OUTER大的时候)，另一方面，由于其尺寸等实际问题会出现，且小型化的目的不会实现。3.0≤r2≤5.0能够充分地保证外部元件等的强度以及万向接头的耐久性，同时满足实际要求。

如上所述，期望的是r2设置在3.0≤r2≤5.0的范围内。

根据本申请的第三发明，相对于内径表面的球面中心的、外部接头元件的轨道凹槽的中心和相对于外径表面的球面中心的、内部元件的轨道凹槽的中心彼此相反地在轴向反向上偏移同样的距离(F)。前述偏移量(F)与前述PCR之间的比值R1(＝F/PCR)在0.109≤R1≤0.162的范围内。

0.109≤R1≤0.162的原因如下。假定PCR固定，轨道负荷(施加到轨道凹槽与球之间的接触部分上的负荷)通常随着在给定操作角下偏移量(F)的增加而降低。因此，大的偏移量(F)具有与轨道负荷有关的优点。

然而，如果偏移量(F)太大：(1)在大的操作角范围内轨道变浅，因此允许的负荷扭矩降低；(2)在保持器的穴内，球的移动量在直径方向上增加，从而变得有必要增加保持器的厚度(直径方向上的尺寸)以便防止球掉落。从而，轨道变浅，且允许的负荷扭矩降低；(3)圆周方向上球的移动量增加，从而变得有必要扩大保持器的穴的尺寸以便保证球的适当的移动，从而，保持器的支柱部分变浅，且存在强度的问题。

另一方面，如果偏移量(F)太小：(4)加载侧的轨道负荷(P1)和未加载侧的轨道负荷(P2：在单个旋转期间，用于将负荷施加到未加载侧的轨道上的相位出现)的峰值增加(P1和P2表示预定相角的峰值)，因此耐久性降低；(5)最大操作角降低。

如上所述，偏移量(F)期望是既不太大也不太小，通过实现前述问题(1)至(3)与前述问题(4)和(5)之间的平衡，最优范围存在。因为偏移量(F)的最优范围随万向接头的大小变化，有必要得到与代表万向接头大小的基础尺寸相关的最优范围。因此，这是使用偏移量(F)与PCR的尺寸之间的比值R1(＝F/PCR)的原因。前述(1)至(3)与R1＞0.162有重大关系，而前述(4)和(5)与R1＜0.109有重大关系。从保证允许的负荷扭矩、保证保持器的强度、轨道负荷减小、保证耐久性以及保证最大操作角的观点看，偏移量(F)的最优范围是0.109≤R1≤0.162。

本申请的第四发明特征在于扭矩传递球的数量等于或小于六，且轨道与球之间的接触角(θ)在30°≤θ≤40°的范围内。

与用于驱动轴的万向接头形成对比，用于转向的等速万向接头始终在大的操作角使用。在用于驱动轴的、在约45°接触角使用的传统万向接头的详细说明中，轨道凹槽和球之间的接触椭圆在重负荷下运动到轨道边缘，且大的角度区域处内外环轨道的容许负荷扭矩变短，从而会担心耐久性。作为用于解决此问题的措施，为防止接触椭圆即使在重负荷下在大的角度范围内运动到轨道边缘，设定30°≤θ≤40°范围的接触角能够实现允许负荷扭矩图表的改进。

本申请的第五至第七发明是前述第一发明和下面描述的本申请的第八至第十发明的结合。

为解决前述第二目的，根据本申请的第八发明的等速万向接头包括：外部元件，所述外部元件设置有球形内表面，所述球形内表面中形成多个轨道凹槽；内部元件，所述内部元件设置有球形外表面，所述球形外表面中形成多个轨道凹槽；球，所述球设置在楔形球轨道内，所述楔形球轨道通过外部元件的球形内表面与内部元件的球形外表面之间的协同作用作用形成；以及保持器，所述保持器设置在外部元件的球形内表面与内部接头元件的球形外表面之间以保持球。所述球通过预负荷施加装置始终与球轨道接触。在此等速万向接头中，所述球轨道以楔形形状朝向轴向方向中的一个开口。保持器的穴具有圆角部分，且圆角部分的曲率R与扭矩传递球的直径d之间的比值(R/d)是R/d≥0.22。

比值(R/d)在前述范围的原因如下。图7显示了表示比值(R/d)与施加到支柱部分(在圆周方向上邻接的穴之间的间隔部分)上的最大主应力负荷之间的关系的FEM(有限元法)分析的结果。从图中所示的结果中，{(R/d)-(最大主应力负荷)}的图表在R/d＝0.537处取得最小值得到确认。支柱部分的最大主应力理论上在R/d＝0.537处最小化得到确定。

如表2中所示，基于分析结果，满足R/d＝0.537的R尺寸在扭矩传递球的每一尺寸处获得。

而且，因为R尺寸的一般公差(一般公差：当标准尺寸的分级超过6mm时，容许公差是±1mm)是±1mm，获得R尺寸的最大值和最小值，然后获得对应于获得的每一个数值的R/d的最大值和最小值(R/d的典型值是最大值和最小值的平均值)。结果，获得作为R/d的期望范围的0.45≤R/d≤0.62。另一方面，图10中所示的传统的保持器满足R/d＝0.21，而最大主应力负荷的减小效果能够被预期在R/d≥0.22。

因此，比值(R/d)设定在R/d≥0.22的范围内，更优选地，在0.45≤R/d≤0.62的范围内。在前述范围中设定比值(R/d)可能使在不削弱保持器的功能(扭矩传递球的可操作性)的条件下使穴的空间最小化，因此可能增加保持器的内径表面和外径表面的表面面积。因此，与支柱部分内的最大主应力负荷的减小效果合作，增加保持器的强度和耐久性成为可能。

表2

○：好 △：比较好 ×：不好(六个球)

本申请的第九发明提出了一种结构，所述结构中保持器的穴具有圆角部分，且圆角部分的曲率R与扭矩传递球的直径d之间的比值(R/d)是R/d≥0.22，更优选是0.45≤R/d≤0.62。本发明可以适用到具有直的部分的等速万向接头上，所述直的部分在外部元件和内部接头元件的每一个轨道凹槽内具有直的圆角。其他的物体与上述发明的等速万向接头中的物体相同。

根据本发明的等速万向接头中，扭矩传递球如下所述成为一体。在这样的状态下相对改变外部元件和内部元件之间的角度，即保持器的穴从一侧的外部元件的开口部分面向外面，扭矩传递球被并入到保持器的穴和球轨道内。当外部元件和内部元件之间的角度相对变化时，保持在保持器的穴内的扭矩传递球在圆周方向上相对移动。从而，有必要以这样的方式设定保持器的穴的圆周长度，即在并入扭矩传递球(此时，外部元件和内部元件之间的位移角成为“球并入角”)期间，在圆周方向上相对移动的已经并入的扭矩传递球不干扰保持器的穴的圆周壁。

因为保持器的六个穴能够是一种穴，其圆周长度相同。如上所述，设定比值(R/d)为前述范围内的数值能够提高保持器的长度和耐久性，从而也可能与本申请的第十发明中一样使所有六个穴的圆周长度(与前述第二穴相同的长度)相等。

保持器的穴的壁中，优选地，在保持器的轴向方向上相对的至少一对轴向壁在保持器的热处理后通过切削被形成。在此，“切削”包括磨削、通过淬火钢的切削等。因此，因为轴向壁的加工边缘的变化减少，可能消除直的部分，所述直的部分设置在传统的穴结构中以控制轴向壁的加工边缘。从而，可能增加圆角部分的曲率半径，因此可能将比值(R/d)设定为前述范围内的数值。

发明的优点

根据第一发明，可能进一步小型化等速万向接头的大小并充分地保证等速万向接头的强度、承载能力、耐久性以及操作角，所述等速万向接头具有用于使球始终接触球轨道以限制旋转反冲的、在万向接头内的预负荷施加装置。

根据第八发明，穴的结构在不削弱保持器的功能的情况下能够被最优化，从而可能增加保持器的强度和耐久性，并且延伸地增加万向接头的强度和耐久性。

附图说明

图1是本发明适用在其上的、用于转向的等速万向接头的纵截面视图；

图2是图1的万向接头的横截面视图；

图3是柱塞单元部分的截面视图；

图4是柱塞单元部分放大的截面视图；

图5(a)是保持器的横截面视图；

图5(b)是保持器的纵截面视图；

图6是显示保持器的穴的周边的放大的俯视图；

图7是显示比值(R/d)与支柱部分的最大主应力负荷之间关系的图表；

图8(a)是转向装置的俯视图；

图8(b)是转向装置的侧视图；

图8(c)是转向装置的透视图；

图9(a)是显示传统的等速万向接头的纵截面视图；

图9(b)是显示传统的等速万向接头的横截面视图；

图10(a)是传统的保持器的纵截面视图；以及

图10(b)是显示传统的万向接头中的穴的周边的放大俯视图。

具体实施方式

下文将参照附图解释本发明的实施例。

下面将详细描述根据本发明的等速万向接头的实施例。下述实施例采用了本发明适用于作为一种固定式等速万向接头的球笼式(BJ)上的情况。然而，本发明不限于此，且同样可以适用到底切万向接头(UJ)。根据本发明的等速万向接头不仅可以用于转向，也可以用于驱动轴和螺旋桨轴。

首先将简要解释固定式等速万向接头安装在其中的转向装置。如图8(a)至(c)所示，所述转向装置通过转向杆将转向轮66的回转运动传送到转向齿轮68，所述转向杆由一个或多个转向轴62构成，所述转向轴62用于将回转运动转变成拉杆69的往复运动的目的。在由于安装空间等原因转向轴62不能设置成直线的情况下，一个或多个联轴器61被设置在转向轴62之间以便即使在转向轴62弯曲的状态下也能够将正确的回转运动传送到转向齿轮68。在本发明的实施例中，固定式等速万向接头用作联轴器61。图8(b)中的符号α代表接头的弯曲角，且能够设置超过30°的大弯曲角。转向装置可以是其中电动机提供辅助动力的电动力转向装置(EPS)，或可以是氢动力转向装置。

如图1中所示，根据本发明的实施例的用于转向的固定式等速万向接头具有连接轴5，所述连接轴5具有连接到转向轴的轭70。固定式等速万向接头A构造成包括：作为外部接头元件的外部元件1，其中六个弯曲轨道凹槽1a在轴向方向上形成在球形内径表面内；内部接头元件2，其中六个弯曲轨道凹槽2a在轴向方向上形成在球形外径表面内，且具有用于联接连接轴5的齿(锯齿或花键)的接合部分2d形成在内径表面内；六个扭矩传递球3，所述六个扭矩传递球3设置在六个球轨道内，所述六个球轨道通过外部元件1的轨道凹槽1a与内部接头元件2的、对应于轨道凹槽1a的轨道凹槽2a之间的协同作用形成；以及保持器4，所述保持器4用于保持扭矩传递球3。

连接轴5的轴向端部分与具有齿的内部接头元件2的接合部分2d接合(锯齿接合或花键接合)。内部接头元件2和连接轴5组成内部元件6。

橡胶或树脂保护罩20连接在外部元件1和连接轴5之间以防止灰尘等进入万向接头。

在此实施例中，相对于内径表面1b的球面中心的、外部元件1的轨道凹槽1a的中心O₁和相对于外径表面2b的球面中心的、内部接头元件2的轨道凹槽2a的中心O₂彼此相反底在轴向方向上偏移同样的距离(在图中所示的示例中，中心O₁在接头的开口侧，而中心O₂在接头的更深侧)。从而，由轨道凹槽11b与对应于轨道凹槽1a的轨道凹槽2a之间的协同作用形成的球轨道是向轴向方向中的一个(图中所示的示例中的万向接头的开口侧)开口的楔形。保持器4的外径表面4a的球面中心和作为保持器4的外径表面4a的引导表面的、外部元件1的内径表面1b的球面中心都在包括球3的中心的接头中心平面O内。同样，保持器4的内径表面4c的球面中心和作为保持器4的内径表面4c的引导表面的内部接头元件2的外径表面2b的球面中心都在接头中心平面O内。因此，前述外部元件1的偏移量(F)是轨道凹槽1a的中心O₁与接头中心平面O之间的轴向距离。前述内部接头元件2的偏移量(F)是轨道凹槽2a的中心O₂与接头中心平面O之间的轴向距离，因此，两个偏移量相等。外部元件1的轨道凹槽1a的中心O₁和内部接头元件2的轨道凹槽2a的中心O₂，相对于接头中心平面O，在轴向方向上相反地(轨道凹槽1a的中心O₁在万向接头的开口侧，而轨道凹槽2a的中心O₂在万向接头的更深侧)偏移相同的距离(F)。连接外部元件1的轨道凹槽1a的中心O₁与球3的中心O₃的线段的长度和连接内部元件2的轨道凹槽2a的中心O₂与球3的中心O₃的线段的长度中的每一个是PCR。所述两个长度相等。

当外部元件1从内部接头元件2移位θ角时，在任何操作角θ，由保持器4引导的球3始终保持在角度θ的二分面(θ/2)内，因此固定式等速万向接头A的等速得到保证。

如图1、3和4中所示，在固定式等速万向接头A中，柱塞单元50连接到通过轭70连接到转向轴62上的连接轴5的轴向端以便限制旋转反冲。柱塞单元50是组件，所述组件包括：球53，球53是在其端部具有挤压部分52的挤压元件；作为弹性元件的压缩螺旋弹簧54；以及作为用于容纳球53和压缩螺旋弹簧54的容器元件的壳体55。压缩螺旋弹簧54是将球53压到外部元件1的更深侧(在球突出方向上)的弹力的来源。

将前述柱塞单元50连接到连接轴5的结构如下。在此实施例中，挤压部分52形成在连接轴5内，且接纳部分58形成在保持器4内。然而，只要内部元件6和保持器4被相对挤压，接纳部分58可以设置在连接轴5内，相反地，挤压部分52可以设置在保持器4内。

如图3中所示，当其壳体55压入配合或结合到形成在连接轴5的轴向端内的凹入部分5a时，柱塞单元50被固定。当壳体55被完全固定时，壳体55的凸缘55b与连接轴5的轴向端面接合，从而柱塞单元50的位置参考轴向端面被固定。换言之，因为凹入部分5a的深度大于柱塞单元50的壳体55的轴向长度且凸缘55b与连接轴5的轴向端面接合，如果由于其加工公差的原因连接轴5的凹入部分5a的深度有变化，也可能固定柱塞单元50的位置。

柱塞单元50的壳体55是有底的圆筒形，且在内径侧突出的接合部分55a设置在其开口端的边缘。因为接合部分55a的内径Φd小于球53的外径ΦD，可能防止球53下落。因此，球53、压缩螺旋弹簧54和壳体55组装成一个单元。至于用于提供接合部分以防止球53下落的装置，除了通过沿整个圆周下弯壳体55的开口端的边缘形成接合单元55a以外，还可以使用多种结构。

如图3和4中所示，接纳器元件56在外部元件1的更深侧连接到保持器4的端部。接纳器元件56是覆盖保持器4的端部处的开口的盖子的形状，且由球形部分56a和连接部分56b组成，所述球形部分56a是局部球形，所述连接部分56b形成在球形部分56a的外周边内且为环形。球形部分56a的内表面(与连接轴5相对的表面)是凹入的球形表面，所述凹入的球形表面用于接纳来自挤压部分52的压力的接纳部分58。连接部分56b通过诸如挤压或焊接等适当的方法固定在保持器4的端部。

当等速万向接头的连接轴5采取如图4中所示的操作角时，为在接纳器元件56的接纳部分58上平稳地滑动柱塞单元50的挤压部分52，凹入球面形状的接纳器单元58的内部半径Ro设置成大于具有挤压部分52的球53的外径(ΦD/2)(参照图3)(Ro＞(ΦD/2))。为防止接纳器元件56和采取操作角θ的内部接头元件2之间的干扰，接纳部分58的内径的半径Ro设置成大于保持器4的球形内表面的半径Ri(Ro＞Ri)。

前述结构中，当连接轴5的锯齿轴部分和内部接头元件2通过锯齿联接并且连接扣环59完全联接两者(参见图3和4)时，柱塞单元50的挤压部分52和接纳器元件56的接纳部分58彼此接触，然后球53缩回且压缩螺旋弹簧54被压缩。如上所述，因为柱塞单元50的位置相对于连接轴5的轴向端面被固定，通过稳定挤压部分52的连接状态，挤压部分52和接纳器部分58之间可能始终保持接触状态，因此，来自挤压部分52的压力能够可靠地作用在接纳部分58上。

在此实施例中，除了上述结构，万向接头的主要直径如下设定。如上所述，(I)为了保证外部元件等的强度、保证承载能力以及保证耐久性的目的，优选地，球3的节圆直径(PCD_BALL＝2×PCR)与球的直径D_BALL的比值r1(＝PCD_BALL/D_BALL)设定在1.5≤r1≤4.0的范围内，更优选地，r1在2.3≤r1≤4.0的范围内。(II)外部元件1的外径D_OUTER与内部接头元件2的锯齿(或花键)2d的节圆直径PCD_SERR之间的比值r2(＝(D_OUTER/PCD_SERR)设定在3.0≤r2≤5.0的范围内。上述(I)的结构可以单独采用。

轨道凹槽1a和2a的偏移量(F)可以如下设定。如上所述，(III)优选地，为了保证容许负荷扭矩、保证保持器的强度、轨道负荷减小、保证耐久性以及保证最大操作角的目的，轨道凹槽1a和2a的偏移量(F)设定成轨道偏移量(F)与PCR之间的比值R1(＝F/PCR)在0.109≤R1≤0.162的范围内。

图5显示了保持器4。保持器4设置有用于容纳并保持扭矩传递球3和支柱部分4d的六个窗口形状的穴4a，所述支柱部分4d在穴4a之间并在圆周方向上邻接。在此实施例中，每一个穴4a的圆周长度都相等。在万向接头运行开始时，穴4a的轴向尺寸L与扭矩传递球3的直径d之间的差值(＝L-d)，即两者之间的轴向初始间隙控制在0到+50μm的范围内，更优选地，在0到+30μm的范围内。保持器4由例如渗碳钢制成，所述渗碳钢由于渗碳和淬火在其表面具有渗碳层。铬钢、铬钼合金钢、镍铬钼合金钢等可以用作渗碳钢。

如放大的图6中所示，保持器4的穴4a包括：在保持器4的轴向方向上相对的一对轴向壁4a1，在圆周方向上相对的一对圆周壁4a2，以及连接轴向壁4a1和圆周壁4a2的圆角部分4a3。在此实施例中，圆角部分4a3的曲率半径R与扭矩传递球3的直径d的比值(R/d)设定在0.45≤R/d≤0.62的范围内。同样，圆周壁4a2和圆角部分4a3用具有曲率半径R的单个弧形画出。而且，至于轴向壁4a1，在保持器4的热处理(渗碳和淬火)之后，通过磨削，由淬火钢的切削等被完成以便减少加工边缘内的变化(圆周壁4a2和圆角部分4a3在通过冲压切削加工后保持原样)。

Claims

1、一种等速万向接头，包括：外部元件，所述外部元件设置有球形内表面，多个轨道凹槽形成在所述球形内表面内；内部元件，所述内部元件设置有球形外表面，多个轨道凹槽形成在所述球形外表面内；球，所述球设置在楔形球轨道内，所述楔形球轨道通过外部元件的轨道凹槽和内部元件的轨道凹槽的协同作用作用形成；以及保持器，所述保持器设置在外部元件的球形内表面与内部元件的球形外表面之间以保持球，其中，弹性压力在轴向方向被施加以便分离内部元件和保持器，且球的节圆直径(PCD_BALL)与球的直径(D_BALL)的比值r1(＝PCD_BALL/D_BALL)在1.5≤r1≤4.0的范围内。

2、根据权利要求1所述的等速万向接头，其中外部接头元件的外径(D_OUTER)与内部元件的齿的节圆直径PCD_SERR的比值r2(＝(D_OUTER/PCD_SERR)在3.0≤r2≤5.0的范围内。

3、根据权利要求1或2所述的等速万向接头，其中，当比值R1由F/PCR限定时，比值R1(＝F/PCR)在0.109≤R1≤0.162的范围内，其中F是内部/外部元件的偏移量(相对于内/外球形表面中心的轨道中心之间的偏移量)，PCR是连接轨道的中心和球的中心的线段的长度。

4、根据权利要求1-3中任一项所述的等速万向接头，其中所述扭矩传递球的数量等于或小于六，且轨道和球之间的接触角(θ)在30°≤θ≤40°的范围内。

5、根据权利要求1所述的等速万向接头，其中：所述球轨道以楔形形状朝向轴向方向中的一个开口；所述保持器的穴具有圆角部分；以及圆角部分的曲率半径R与扭矩传递球的直径d的比值(R/d)为R/d≥0.22。

6、根据权利要求5所述的等速万向接头，其中圆角部分的曲率半径R与扭矩传递球的直径d之间的比值(R/d)为0.45≤R/d≤0.62。

7、根据权利要求5或6所述的用于转向的等速万向接头，其中与多个轨道凹槽对应的多个穴的、在窗口圆周方向上的长度都相等。

8、一种等速万向接头，包括：外部元件，所述外部元件设置有球形内表面，多个轨道凹槽形成在所述球形内表面内；内部元件，所述内部元件设置有球形外表面，多个轨道凹槽形成在所述球形外表面内；球，所述球设置在楔形球轨道内，所述楔形球轨道通过外部元件的轨道凹槽和内部元件的轨道凹槽的协同作用作用形成；以及保持器，所述保持器设置在外部元件的球形内表面与内部元件的球形外表面之间以保持球，球通过预负荷施加装置始终与球轨道接触，其中球轨道以楔形形状朝向轴向方向中的一个开口，保持器的穴具有圆角部分，以及圆角部分的曲率半径R与扭矩传递球的直径d之间的比值(R/d)为R/d≥0.22。

9、根据权利要求8所述的等速万向接头，其中圆角部分的曲率半径R与扭矩传递球的直径d之间的比值(R/d)为0.45≤R/d≤0.62。

10、根据权利要求8或9所述的用于转向的等速万向接头，其中与多个轨道凹槽对应的多个穴的、在窗口圆周方向上的长度都相等。