CN201779165U - 球销式万向节 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种球销式万向节。所述球销式万向节，包括销架、槽壳以及球环，所述销架具有周向分布的销柱，所述球环套设在所述销柱上，所述槽壳具有容纳并适配所述球环的凹槽。所述凹槽在所述销柱的突出方向上具有通过与所述球环的外表面接触传递扭矩的至少两个凹陷曲面，各凹陷曲面均为球面的一部分，且各凹陷曲面的球面半径均大于所述球环的外表面的球面半径，各曲面相接处形成有接触沟道。与传统的球销式万向节相比，本实用新型的球销式万向节在传递转矩的过程中，球环分别与各凹陷曲面形成接触，至少形成两个区域的接触，有利于增大球环与凹槽的接触面积，减小接触应力，相较于以往球环外表面与凹槽内表面的一个区域接触，能够更加平稳、可靠地传递运动和转矩。

Description

球销式万向节

技术领域

本实用新型属于车辆万向传动装置技术领域。具体而言，本实用新型涉及在主动轴、从动轴同时发生轴向位移和角位移时能够传递动力的球销式万向节。

背景技术

众所周知，万向传动装置的功用是在轴线且相对位置经常发生变化的两轴间传递动力，一般主要包括万向节和传动轴。万向传动装置在车辆上的应用主要包括：连接变速器与驱动桥；连接离合器与驱动桥或变速器与分动器；连接断开式驱动桥或转向驱动桥；连接转向操纵机构。

其中，万向节的功用是能够在相互位置及两转轴之间夹角不断变化的两转轴之间传递动力。按扭转方向上是否有明显的弹性，万向节可分为刚性万向节和挠性万向节。前者是靠零件的刚性铰链式连接传递动力；后者则是靠弹性元件传递动力，且具有缓冲减振作用。刚性万向节又分为不等速万向节、准万向节和等速万向节。

现有的三球销式万向节包括销架、槽壳、球环、滚针、销柱、开口卡簧以及冲压挡圈。销柱一体地设于所述销架上。销架的内花键与传动轴上的外花键配合，槽壳与另一传动轴一体制造。三个销柱分别放置在槽壳上周向均匀分布的三个凹槽中。球环可活动地套设在销柱上。球环的外表面与槽壳上周向均匀分布的凹槽的内表面之间具有间隙。而且，球环的外表面与所述凹槽的内表面形状相互对应。凹槽的内表面也为球面。具体而言，球环的外表面的球心与凹槽的内表面的球心重合而位于同一点上。在传递动力和转矩的过程中，球环的外表面与所述凹槽的内表面形成一个区域的接触。而且，球环的外表面与所述凹槽的内表面之间的间隙在0.2mm至0.3mm之间。经长期使用，发现这种现有的三球销式万向节的承载能力低，使用寿命短。

实用新型内容

本实用新型为解决现有三球销式万向节承载能力低、使用寿命短的技术问题，提供一种球销式万向节，其能够在传递动力时增大球环与凹槽的接触面积，减小接触应力，提高球销式万向节的承载转矩。

本实用新型的发明人为解决上述技术问题专心研究，并进行了大量测试和分析，发现在传递转矩的过程中现有的三球销式万向节的球环的外表面与所述凹槽的内表面之间为所谓一个区域接触传力，受力不够合理，致使三球销式万向节的承载能力低，使用寿命短。

本实用新型所采用的技术方案是，构造一种球销式万向节，包括销架、槽壳以及球环，所述销架具有周向分布的销柱，所述球环套设在所述销柱上，所述槽壳具有容纳并适配所述球环的凹槽，其中，所述凹槽在所述销柱的突出方向上具有通过与所述球环的外表面接触传递扭矩的至少两个凹陷曲面，各凹陷曲面均为球面的一部分，且各凹陷曲面的球面半径均大于所述球环的外表面的球面半径，各曲面相接处形成有接触沟道。

优选的是，在本实用新型的球销式万向节中，所述凹槽在所述销柱的突出方向上具有第一凹陷曲面和第二凹陷曲面，所述第一凹陷曲面与所述第二凹陷曲面形成有交线。

优选的是，在本实用新型的球销式万向节中，所述球环的外表面与所述第一凹陷曲面或所述第二凹陷曲面的最短距离在0.03mm以上且在0.10mm以下。

优选的是，在本实用新型的球销式万向节中，所述球环的外表面与所述第一凹陷曲面或所述第二凹陷曲面的最短距离在0.03mm以上且在0.05mm以下。

优选的是，在本实用新型的球销式万向节中，所述第一凹陷曲面的球心和所述第二凹陷曲面的球心均偏离所述球环的外表面的球心。

优选的是，在本实用新型的球销式万向节中，所述第一凹陷曲面的球心、所述第二凹陷曲面的球心、以及所述球环的外表面的球心构成的锐角为12度，其中，所述锐角以所述球环的外表面的球心为顶点。

优选的是，在本实用新型的球销式万向节中，所述销柱的数量为3个或3个以上。

优选的是，在本实用新型的球销式万向节中，所述第一凹陷曲面与所述第二凹陷曲面的球面半径相等。

优选的是，在本实用新型的球销式万向节中，所述第一凹陷曲面与所述第二凹陷曲面对称布置。

优选的是，在本实用新型的球销式万向节中，所述球销式万向节为三球销式等速万向节。

与传统的球销式万向节相比，本实用新型的球销式万向节在传递转矩的过程中，球环在所述销柱的突出方向上分别与各凹陷曲面形成接触，至少形成两处接触，有利于增大球环与凹槽的接触面积，减小接触应力，相较于以往球环外表面与凹槽内表面的一个区域的接触，能够更加平稳、可靠地传递运动和转矩。另外，经过接触应力分析并经扭转力矩试验：角接触凹槽的球销式等速万向节的承载转矩较以往的球销式等速万向节增加10％。更具体地说，因以往凹槽的内表面的球心与球环的外表面是同心的，几乎为线接触，但由于在凹槽和球环传递扭矩时，均产生弹性变形，所以变成一个区域的面触接。在本实用新型的球销式万向节中，凹槽的内表面包括至少两个凹陷曲面，其球心与球环的外表面的球心是非同心的，在凹槽和球环传递扭矩时，亦均产生弹性变形，此时变成多个区域的面接触。而至少两个凹陷曲面大于球环的外表面的曲率，接触面积增大。划分的多个区域的面积总和要大于所谓的一个面接触形成的接触区域面积(经分析与计算：增大10％-20％)，因应力等于力除以面积，显然，在球环与至少两个凹陷曲面的凹槽接触时，应力减少10％-20％，承载能力亦增大10％-20％。

通过结合附图，阅读以下对本实用新型的具体实施例的详细描述，可以进一步理解本实用新型的其它优点、特征以及方面。

附图说明

图1为作为本实用新型的优选实施例的球销式万向节的剖面示意图；

图2为作为本实用新型的优选实施例的球销式万向节的另一剖面示意图；

图3为作为本实用新型的优选实施例的球销式万向节的正面示意图，其中移除了槽壳；

图4为作为本实用新型的优选实施例的球销式等速万向节的球环的剖面示意图；

图5显示了球环的外表面与所述凹槽的内表面之间的装配关系图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面参照附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。本文中，相同附图标记表示相同组成部分。

如图1至5所示，在本实用新型的一个优选实施例中，三球销式万向节包括销架11、槽壳12、球环13、滚针14、销柱15、开口卡簧16以及冲压挡圈17。销柱15一体地设于所述销架11上。销架11的内花键与传动轴上的外花键配合，槽壳12与另一传动轴一体制造，从而形成主动轴、从动轴之间的动力和转矩传递。三个销柱15分别置放在槽壳12上周向均匀分布的三个凹槽中。球环13可活动地套设在销柱15上，且球环13与销柱15之间满装滚针14。球环13的外表面与槽壳12上周向均匀分布的凹槽的内表面之间具有间隙，且形状相应。为防止滚针14在工作中脱落，专门设计了三个开口卡簧16和冲压挡圈17。开口卡簧16分别置于三个销柱15顶部的三个卡簧槽中。

如图1所示，所述销架11具有周向分布的销柱15。一般而言，销柱15是一体地铸造在销架11上的。另外，销柱15的数量一般为3个，但显然其数量也可以大于3个。

如上所述，所述槽壳12具有容纳并适配所述球环13的凹槽。在传递动力和转矩时所述凹槽的内表面18与所述球环的外表面相互接触甚至碰撞、冲击。在本实用新型的球销式万向节中，所述凹槽在所述销柱的突出方向上包括通过与所述球环13的外表面130接触传递扭矩的至少两个凹陷曲面。换言之，所述凹槽的传力表面(即内表面)包括至少两个凹陷曲面，各凹陷曲面均为球面的一部分，且各曲面的球面半径均大于所述球环的外表面的球面半径，各曲面相接处形成有接触沟道。

一个具体的结构，如图5所示，所述凹槽的内表面18包括第一凹陷曲面181和第二凹陷曲面182。所述第一凹陷曲面181与所述第二凹陷曲面182相交。在本实施例中，所述第一凹陷曲面181与所述第二凹陷曲面182在球环的厚度方向(即所述销柱的突出方向)的均分平面上形成有交线。所述的接触沟道形成于所述交线处。这里，所述第一凹陷曲面181与所述第二凹陷曲面182空间延伸后不重合也不相切。

设置两个不同的第一凹陷曲面181与所述第二凹陷曲面182的原因在于，本实用新型的发明人通过大量测试和分析，发现在传递转矩的过程中，现有三球销式万向节的球环的外表面与所述凹槽的内表面之间为一个区域接触，受力不够合理，致使球销式万向节的承载能力低，使用寿命短。亦即，因此，在本实用新型的球销式万向节中，凹槽与球环是所谓的两个区域接触，在凹槽和球环传递扭矩时，亦均产生弹性变形，此时变成多个区域的面接触。而至少两个凹陷曲面大于球环的外表面的曲率，接触面积增大。划分的多个区域的面积总和要大于所谓的一个区域接触形成的接触区域面积(经分析与计算：增大10％-20％)，因应力等于力除以面积，显然，在球环与至少两个凹陷曲面的凹槽接触时，应力减少10％-20％，承载能力亦增大10％-20％。

因此，在本实用新型的球销式万向节中，所述凹槽的内表面包括第一凹陷曲面181和第二凹陷曲面182，所述第一凹陷曲面与所述第二凹陷曲面相交，在传递转矩的过程中，球环12分别与第一凹陷曲面181和第二凹陷曲面182面接触，形成所谓的两个区域接触。不仅能平稳、可靠、灵活、精确地传递运动和转矩，而且受力合理，承载转矩大，耐冲击等。当然，所述凹槽的内表面可以包括两个以上的不同曲面，以更加合理地分解冲击应力，提高承载能力，延长球销式万向节的寿命。

如图5所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述第一凹陷曲面181和所述第二凹陷曲面182为球面。而且，所述第一凹陷曲面181的球心O1、所述第二凹陷曲面的球心O2、以及所述球环的外表面的球心O构成的夹角为12度，其中，所述夹角以所述球环的外表面的球心为顶点，以达到合理地传递动力和转矩的作用。亦即，在图5所示的实施例中，O为三球销总成中球环13的外球心，球环与沟道的接触角(锐角)为12°。

如图5所示，第一凹陷曲面181和第二凹陷曲面182形成有交线183。优选的是，该交线183刚好位于在所述球环13的厚度方向上的均分平面上。即，第一凹陷曲面181和第二凹陷曲面182关于该均分平面对称布置。此时，第一凹陷曲面181和第二凹陷曲面182的球面半径相等，但球心不重合。

在本实用新型的球销式万向节的优选实施例中，所述球环13的外表面130与所述第一凹陷曲面181的最短距离在0.03mm以上且0.10mm以下。或者，所述球环13的外表面130与或所述第二凹陷曲面182的最短距离在0.03以上且0.10mm以下。更为优选的是，所述球环的外表面与所述第一凹陷曲面或所述第二凹陷曲面的最短距离在0.03mm以上且0.05mm以下。这样，通过减小球环13与槽壳12的凹槽之间的间隙，能够有效地解决球销式万向节在工作存在的异响，以至于在冲击过程中损坏的问题。

在装配本实用新型的优选实施例的三球销式等速万向节时，首先，将若干个滚针装满于球环并由冲压挡圈和开口卡簧装配到三等分销轴，组成三球销总成该总成通过花键与传动轴外花键联结，通过弹性挡圈锁紧在传动轴上，然后，传动轴和三球销总成分别装入三柱槽壳的三个角接触沟道内。

综上所述，本实用新型的球销式万向节在传递转矩的过程中，球环分别与各凹陷曲面形成面接触，至少形成两处接触，有利于增大球环与凹槽的接触面积，减小接触应力，相较于以往球环外表面与凹槽内表面的一个区域接触，能够更加平稳、可靠地传递运动和转矩。另外，经过接触应力分析并经扭转力矩试验：角接触凹槽的球销式等速万向节的承载转矩较以往的球销式等速万向节增加10％。更具体地说，因以往凹槽的内表面的球心与球环的外表面是同心的，是接近线接触的区域接触，但由于在凹槽和球环传递扭矩时，均产生弹性变形，所以变成一个区域的面触接。在本实用新型的球销式万向节中，包括至少两个凹陷曲面的凹槽的内表面的球心与球环的外表面的球心是非同心的，是所谓的两个区域接触，在凹槽和球环传递扭矩时，亦均产生弹性变形，此时变成多个区域的面接触。而至少两个凹陷曲面大于球环的外表面的曲率，接触面积增大。划分的多个区域的面积总和要大于所谓的一个区域接触形成的接触区域面积(经分析与计算：增大10％-20％)，因应力等于力除以面积，显然，在球环与至少两个凹陷曲面的凹槽接触时，应力减少10％-20％，承载能力亦增大10％-20％。

本领域技术人员容易知道，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围由权利要求书确定。

Claims (10)

1.球销式万向节，包括销架、槽壳以及球环，所述销架具有周向分布的销柱，所述球环套设在所述销柱上，所述槽壳具有容纳并适配所述球环的凹槽，其特征在于，所述凹槽在所述销柱的突出方向上具有通过与所述球环的外表面接触传递扭矩的至少两个凹陷曲面，各凹陷曲面均为球面的一部分，且各曲面的球面半径均大于所述球环的外表面的球面半径，各凹陷曲面相接处形成有接触沟道。

2.根据权利要求1所述的球销式万向节，其特征在于，所述凹槽在所述销柱的突出方向上具有第一凹陷曲面和第二凹陷曲面，所述第一凹陷曲面与所述第二凹陷曲面形成有交线。

3.根据权利要求2所述的球销式万向节，其特征在于，所述球环的外表面与所述第一凹陷曲面或所述第二凹陷曲面的最短距离在0.03mm以上且在0.10mm以下。

4.根据权利要求3所述的球销式万向节，其特征在于，所述球环的外表面与所述第一凹陷曲面或所述第二凹陷曲面的最短距离在0.03mm以上且在0.05mm以下。

5.根据权利要求2所述的球销式万向节，其特征在于，所述第一凹陷曲面的球心和所述第二凹陷曲面的球心均偏离所述球环的外表面的球心。

6.根据权利要求5所述的球销式万向节，其特征在于，所述第一凹陷曲面的球心、所述第二凹陷曲面的球心、以及所述球环的外表面的球心构成的锐角为12度，

其中，所述锐角以所述球环的外表面的球心为顶点。

7.根据权利要求1所述的球销式万向节，其特征在于，所述销柱的数量为3个或3个以上。

8.根据权利要求1所述的球销式万向节，其特征在于，所述第一凹陷曲面与所述第二凹陷曲面的球面半径相等。

9.根据权利要求8所述的球销式万向节，其特征在于，所述第一凹陷曲面与所述第二凹陷曲面对称布置。

10.根据权利要求1所述的球销式万向节，其特征在于，所述球销式万向节为三球销式等速万向节。

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