CN204878405U - 三球销型等速万向联轴器 - Google Patents

三球销型等速万向联轴器 Download PDF

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Abstract

在三球销型等速万向联轴器(1)中，其特征在于，在连结滚子引导面(7)的径向上的外侧端部而成的圆的直径即大内径设为D1，连结滚子引导面(7)的径向上的内侧端部而成的圆的直径即小内径设为D2时，将D2与D1之比D2/D1设为0.73～0.80，并且，在将形成于三球销构件(3)的耳轴胴部(8)的花键大径设为d，将滚子引导面(7)的节圆直径设为PCD时，d与PCD之比d/PCD为0.60以上。

Description

三球销型等速万向联轴器
技术领域
本实用新型涉及在机动车、工业机械等的动力传递中使用的滑动式的三球销型等速万向联轴器。
背景技术
如图5a、图5b所示，三球销型等速万向联轴器51具备：外侧联轴器构件52，其在圆周方向上的三等分位置具有沿轴向延伸的三个滚道槽53，且在各滚道槽53的对置的侧壁上形成有滚子引导面54；三球销构件60，其具有从耳轴胴部61的圆周方向上的三等分位置向径向突出的耳轴轴颈62；球状滚子70，其以旋转自如的方式隔着多个滚针72安装在各个耳轴轴颈62的周围，该球状滚子70收容于外侧联轴器构件52的滚道槽53，球状滚子70的外球面被形成在滚道槽53的两侧壁的滚子引导面54引导(参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3947342号公报
专利文献1所记载的三球销型等速万向联轴器51是考虑了强度以及耐久性，缩小外侧联轴器构件的外径而实现了轻型、紧凑化的联轴器。为了实现该轻型、紧凑化，在该三球销型等速万向联轴器51中，着眼于强度、耐久性的平衡在耐久性方面存在富余，其目的在于获得强度、耐久性的平衡，从而修改尺寸比率。然而，近年来，对于机动车的燃料利用率提高的要求逐渐增强，从而强烈希望作为机动车部件之一的等速万向联轴器的进一步轻型化。对于该要求，在此之前提出的三球销型等速万向联轴器无法实现。
实用新型内容
鉴于上述问题，本实用新型的目的在于，提供一种维持强度以及寿命，并且具有与现有技术存在质的不同的尺寸设定的轻型、紧凑型的三球销型等速万向联轴器。
用于解决课题的手段
对于三球销型等速万向联轴器，作为基本的尺寸比率，具有如下七个项目。
(1)轴直径d/滚子引导面节圆直径PCD(d/PCD)
(2)耳轴主体直径dr/耳轴外径SDj(dr/SDj)
(3)外侧联轴器构件的小内径D2/大内径D1(D2/D1)
(4)滚子宽度Ls/滚子外径Ds(Ls/Ds)
(5)耳轴轴颈直径Dj/滚子外径Ds(Dj/Ds)
(6)耳轴轴颈直径Dj/轴直径d(Dj/d)
(7)滚针长度Ln/耳轴轴颈直径Dj(Ln/Dj)
一般而言，三球销型等速万向联轴器以强度(扭转强度)为主体进行设计。强度通常主要由轴的最小外径确定，然后，考虑三球销构件的强度或球状滚子的强度。因此，三球销构件或球状滚子设定为具有轴以上的强度。
转矩负载方向上的耳轴轴颈的根部的强度与三球销构件的强度有关。这里，转矩负载方向上的耳轴轴颈的根部是指，位于包含三个耳轴轴颈的轴线的平面内的耳轴轴颈的根部。通过增大耳轴轴颈的直径而转矩负载方向上的耳轴轴颈的根部的耳轴胴部的最小壁厚(图2的t)增加，因此耳轴轴颈的根部的强度增大。
另外，在缩小外侧联轴器构件的外径时，需要考虑三球销型等速万向联轴器的工作区域的制约。
并且，还需要同时考虑滚动部，特别是滚针与耳轴轴颈之间的滚动疲劳寿命(耐久性)。
本实用新型的发明人在上述状况中以三球销型等速万向联轴器的强度在轴强度以上为基础，其次根据确保强度所需的构件为三球销构件和球状滚子，着眼于以确保三球销构件与球状滚子的强度为前提的尺寸设定。
作为基本方针，将针对每个联轴器尺寸而确定的轴直径d设为恒定，确保转矩负载方向上的耳轴轴颈的根部的耳轴胴部的最小壁厚，并且通过与现有技术具有质的不同的尺寸设定而缩小滚子引导面的节圆直径PCD。这里，滚子引导面的节圆直径PCD是指连结滚子引导面的中心(图2的O1)的节圆直径。另外，轴直径d设为形成于三球销构件3的耳轴胴部8的花键的大径。
为了实现上述基本方针，即使如上述那样缩小滚子引导面的节圆直径PCD，也需要确保转矩负载方向上的耳轴轴颈的根部的耳轴胴部的最小壁厚(图2的t)，因此，想到将耳轴轴颈直径Dj放大的最大限度的尺寸设定。并且，与耳轴轴颈直径Dj相匹配地增大球状滚子的外径Ds。
并且，当增大球状滚子的外径Ds时，外侧联轴器构件的外径也增大，因此想到通过缩小球状滚子的宽度Ls来缩小外侧联轴器构件的外径。
当缩小球状滚子的宽度Ls时，外侧联轴器构件的外径缩小，小内径D2/大内径D1(D2/D1)的值变大，小内径D2与大内径D1的凹凸缩小。由于小内径D2与大内径D1的凹凸缩小，因此轻型化和锻造加工性优异。
从寿命(耐久性)的观点出发，由于耳轴轴颈直径Dj增大，从而装填的滚针的根数增加而面压降低，能够确保与以往同等的寿命，并且缩短了滚子长度。
通过上述这种思想，对于上述的(1)、(3)、(4)、(6)以及(7)项，成为与现有技术具有质的不同的尺寸设定。
用于实现上述目的技术手段，本实用新型为一种三球销型等速万向联轴器，其具备：外侧联轴器构件，其在圆周方向上的三等分位置形成有沿轴向延伸的滚道槽；三球销构件，其包括耳轴胴部和耳轴轴颈，所述耳轴胴部以能够传递转矩的方式与轴花键嵌合，所述耳轴轴颈从该耳轴胴部的圆周方向上的三等分位置向径向突出；以及球状滚子，其以能够旋转的方式隔着多个滚针安装于各个所述耳轴轴颈的周围，该球状滚子收容于所述滚道槽中，所述球状滚子的外球面被形成在所述滚道槽的两侧壁的滚子引导面引导，所述三球销型等速万向联轴器的特征在于，在连结所述滚子引导面的径向上的外侧端部而成的圆的直径即大内径设为D1，连结所述滚子引导面的径向上的内侧端部而成的圆的直径即小内径设为D2时，D2与D1之比D2/D1为0.73～0.80，并且，在形成于所述三球销构件的耳轴胴部的花键大径设为d，所述滚子引导面的节圆直径设为PCD时，d与PCD之比d/PCD为0.60以上。
根据上述结构，能够实现维持强度以及寿命并且具有与现有技术存在质的不同的尺寸比率的轻型、紧凑型的三球销型等速万向联轴器。具体而言，相对于进行了外径紧凑化的相同轴直径的以往的三球销型等速万向联轴器，能够进一步实现一个尺寸减小(约4％)程度的紧凑化。
作为有利结构，优选为，上述的d与PCD之比d/PCD为0.62～0.70。由此，能够实现进一步的轻型、紧凑化。
另外，在上述的球状滚子的宽度设为Ls，球状滚子的外径设为Ds时，通过将Ls与Ds之比Ls/Ds设为0.20～0.27，能够将外侧联轴器构件的外径抑制为较小。
并且，在上述的滚针的长度设为Ln，所述耳轴轴颈的外径设为Dj时，通过将Ln与Dj之比Ln/Dj设为0.40～0.47，从而能够确保耳轴的强度并且确保足够的耐久性。
实用新型效果
根据本实用新型的三球销型等速万向联轴器，能够维持强度以及寿命，并且形成与现有技术具有质的不同的尺寸设定，能够实现最大程度的轻型、紧凑化。
附图说明
图1a是表示本实用新型的一实施方式的三球销型等速万向联轴器的横剖视图。
图1b是表示本实用新型的一实施方式的三球销型等速万向联轴器的纵剖视图。
图2是表示图1a的三球销型等速万向联轴器的各部分的尺寸的横剖视图。
图3是图1a的球状滚子与滚子引导面的接触部的放大剖视图。
图4是将图1a的三球销型等速万向联轴器与现有技术左右对比而示出的横剖视图。
图5a是表示以往的三球销型等速万向联轴器的横剖视图。
图5b是表示以往的三球销型等速万向联轴器的纵剖视图。
附图标记说明
1三球销型等速万向联轴器
2外侧联轴器构件
3三球销构件
4球状滚子
5滚针
6滚道槽
7滚子引导面
8耳轴胴部
9耳轴轴颈
9a根部
10圆筒形外周面
D1大内径
D2小内径
Dj耳轴轴颈直径
Ds球状滚子的外径
Ln滚针的滚子长度
Ls球状滚子的宽度
d轴直径(花键大径)
PCD滚子引导面的节圆直径
具体实施方式
根据图1～图4对本实用新型的一实施方式进行说明。
图1a是本实用新型的一实施方式的三球销型等速万向联轴器的横剖视图，图1b是纵剖视图。如图所示，本实施方式的三球销型等速万向联轴器1主要包括：外侧联轴器构件2、作为内侧联轴器构件的三球销构件3、球状滚子4以及作为滚动体的滚针5。外侧联轴器构件2呈在其内周的圆周方向上的三等分位置具有沿轴向延伸的三个滚道槽6的中空杯状。在各滚道槽6的对置的侧壁形成有滚子引导面7。滚子引导面7由圆筒面的一部分、即部分圆筒面形成。
三球销构件3由耳轴胴部8和耳轴轴颈9构成，耳轴轴颈9以从耳轴胴部8的圆周方向上的三等分位置向径向突出的方式形成有三个。各个耳轴轴颈9具备圆筒形外周面10、形成在轴端附近的环状的挡圈槽11。球状滚子4以旋转自如的方式隔着多个滚针5安装在耳轴轴颈9的圆筒形外周面10的周围。耳轴轴颈9的圆筒形外周面10形成滚针5的内侧轨道面。球状滚子4的内周面4a呈圆筒形状，形成滚针5的外侧轨道面。
在形成于耳轴轴颈9的轴端附近的挡圈槽11中经由外垫圈12安装有挡圈13。通过耳轴轴颈9的根阶梯部和外垫圈12，来限制滚针5在耳轴轴颈9的轴向上的移动。外垫圈12由在耳轴轴颈9的径向上延伸的圆盘部12a和在耳轴轴颈9的轴线方向上延伸的圆筒部12b构成。外垫圈12的圆筒部12b具有比球状滚子4的内周面4a小的外径，与球状滚子4的内周面4a相比，从三球销构件3的径向观察时的圆筒部12b的外侧的端部12c形成为大径。因此，球状滚子4能够在耳轴轴颈9的轴线方向上移动，并且通过端部12c来防止脱落。
旋转自如地安装于耳轴构件3的耳轴轴颈9的球状滚子4被外侧联轴器构件2的滚道槽6的滚子引导面7引导为旋转自如。通过这样的结构，外侧联轴器构件2与三球销构件3之间的相对的轴向位移、角度位移被吸收，旋转以等速传递。
对于球状滚子4与滚子引导面7的接触方式，一般具有角接触与圆接触这两种。角接触具有接触角，以两点接触。圆接触如图3所示以一点接触。在本实施方式中，在滚子引导面7的曲率半径设为R，球状滚子4的曲率半径设为r时，接触率R/r为1.02～1.15左右。在本实施方式中，如后文所述，相对于以往的三球销型等速万向联轴器大幅缩小球状滚子4的宽度Ls，因此优选圆接触。
如图2所示，外侧联轴器构件2的内径由在圆周方向上交替出现的内径D1的大内径部与内径D2的小内径部构成。并且，安装于外侧联轴器构件2的内部的三球销构件3在其耳轴胴部8上形成有花键大径d的花键孔，耳轴轴颈9的圆筒形外周面10具有外径Dj。球状滚子4的外径为Ds，球状滚子4的宽度为Ls。滚针5具有长度Ln。滚子引导面7的节圆直径为PCD。
本实施方式的三球销型等速万向联轴器1的特征结构为，为了维持强度以及寿命并且实现最大程度的轻型、紧凑化，采用与现有技术具有质的不同的尺寸设定。
以三球销型等速万向联轴器1的强度在轴强度以上为基础，其次由于确保强度所需的构件为三球销构件3与球状滚子4，因此本实施方式的三球销型等速万向联轴器1采用以确保三球销构件3与球状滚子4的强度为前提的尺寸设定。
作为基本方针，针对每个联轴器尺寸将轴直径d设为恒定，确保转矩负载方向上的耳轴轴颈9的根部9a的耳轴胴部8的最小壁厚t，并且按照与现有技术具有质的不同的尺寸设定来缩小滚子引导面7的节圆直径PCD。
为了实现上述基本方针，即使如上述那样缩小滚子引导面7的节圆直径PCD，也需要确保转矩负载方向上的耳轴轴颈9的根部9a的耳轴胴部8的最小壁厚t。因此，采用将耳轴轴颈9的外径Dj放大的尺寸设定。并且，还与耳轴轴颈9的外径Dj相匹配地增大球状滚子4的外径Ds。
当增大球状滚子4的外径Ds时，外侧联轴器构件2的外径也增大，因此通过缩小球状滚子4的宽度Ls来缩小外侧联轴器构件2的外径。
当缩小球状滚子4的宽度Ls时，外侧联轴器构件2的外径缩小，小内径D2/大内径D1(D2/D1)增大，小内径D2与大内径D1的凹凸缩小。由于小内径D2与大内径D1的凹凸缩小，因此轻型化和锻造加工性优异。
从寿命(耐久性)的观点出发，通过耳轴轴颈9的外径Dj增大，从而所装填的滚针5的根数增加面压降低，因此在确保与以往同等的寿命的同时缩短了滚子长度Ln。
对于上述的(1)、(3)、(4)、(6)以及(7)项，本实施方式的三球销型等速万向联轴器采用与现有技术具有质的不同的尺寸设定。
在表1中示出本实施方式的尺寸比率。
【表1】
在表1所示的实施方式中，以如下方式设定图1a、图1b以及图2的结构中的各部分的尺寸。
只要花键大径(轴直径)d与滚子引导面7的PCD的比率d/PCD在60％以上就能够实现大幅的轻型、紧凑化。更优选为62％～70％的范围。轴直径d由允许负载容量确定，针对每个联轴器尺寸为恒定。因此，该比率d/PCD成为缩小外侧联轴器构件的外径的基础。但是，在以往的三球销型等速万向联轴器的方式中，不存在以确保三球销构件与球状滚子的强度为前提的切入点、如下所述的思想，因此比率d/PCD无法达到60％以上，进而达到62％～70％的范围。
外侧联轴器构件2的小内径D2与大内径D1的比率D2/D1设为73％～80％。以能够在不与轴直径d、耳轴胴部直径dr干涉的情况下确保工作区域并且考虑后述的球状滚子4的滚子宽度Ls以及滚子外径Ds的方式，设定外侧联轴器构件2的小内径D2。另一方面，大内径D1由滚子引导面7的节圆直径PCD、耳轴外径SDj、球状滚子4的滚子宽度Ls以及滚子外径Ds确定。该小内径D2与大内径D1的比率D2/D1为本实施方式最具特征性的参数。通过将外侧联轴器构件2的小内径D2与大内径D1的比率D2/D1设为73％～80％，从而外侧联轴器构件2的外径缩小，小内径D2与大内径D1的凹凸缩小，因此轻型化与锻造加工性优异。
球状滚子4的滚子宽度Ls与滚子外径Ds的比率Ls/Ds为20％～27％。这里，上限设为小于27％。由此，能够将滚子引导面7的PCD上的圆周方向所占据的球状滚子的外径Ds增大至极限，能够将负载规定的转矩的情况下的球状滚子4与滚子引导面7之间的接触椭圆长度和接触面压抑制在允许范围内。另外，能够实现上述的轴直径d与滚子引导面7的PCD的比率d/PCD的大幅的增大化，并且能够缩小外侧联轴器构件的外径。
滚针5的滚子长度Ln与耳轴轴颈10的外径Dj的比率Ln/Dj为40％～47％。这里，上限设为小于47％。通过将耳轴轴颈10的外径Dj与轴直径d之比增大至87％～93％的范围，从而即使比率Ln/Dj处于40％～47％的范围，也能够确保滚针与耳轴轴颈之间的滚动疲劳寿命(耐久性)。其原因在于，如上所述，由于所装填的滚针5的根数增加，面压降低，因此能够确保与以往等同的寿命并且能够缩短滚子长度Ln。另外，在本实施方式中，将所装填的滚针5的根数增加了约20％。
对于耳轴主体8的直径dr与耳轴外径SDj的比率dr/SDj、耳轴轴颈10的外径Dj与球状滚子4的外径Ds的比率Dj/Ds，考虑到强度、耐久性而采用与现有技术相同的尺寸设定。
图4是将本实用新型的实施方式的三球销型等速万向联轴器与现有技术左右对比的横剖视图。通过与现有技术相比，从而理解该图的右侧示出的本实施方式的三球销型等速万向联轴器何种程度地轻型、小型。
在以上的实施方式中，将三球销构件3的耳轴轴颈9的根部9a直接设为滚针5的引导凸缘，但并不限定于此，也可以在根部设置肩部，在该肩部与滚针的端部之间夹设有独立的内垫圈。
本实用新型不受上述实施方式的任何限定，无需言及，在不脱离本实用新型的主旨的范围内还能够以各种方式实施，本实用新型的范围由权利要求书示出，并且包括与权利要求书所记载的内容等同的含义以及范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种三球销型等速万向联轴器，其具备：
外侧联轴器构件，其在圆周方向上的三等分位置形成有沿轴向延伸的滚道槽；
三球销构件，其包括耳轴胴部和耳轴轴颈，所述耳轴胴部以能够传递转矩的方式与轴花键嵌合，所述耳轴轴颈从该耳轴胴部的圆周方向上的三等分位置向径向突出；以及
球状滚子，其以能够旋转的方式隔着多个滚针安装于各个所述耳轴轴颈的周围，
该球状滚子收容于所述滚道槽中，所述球状滚子的外球面被形成在所述滚道槽的两侧壁的滚子引导面引导，
所述三球销型等速万向联轴器的特征在于，
在连结所述滚子引导面的径向上的外侧端部而成的圆的直径即大内径设为D1，连结所述滚子引导面的径向上的内侧端部而成的圆的直径即小内径设为D2时，D2与D1之比D2/D1为0.73～0.80，并且，在形成于所述三球销构件的耳轴胴部的花键大径设为d，所述滚子引导面的节圆直径设为PCD时，d与PCD之比d/PCD为0.60以上。
2.根据权利要求1所述的三球销型等速万向联轴器，其特征在于，
所述d与所述PCD之比d/PCD为0.62～0.70。
3.根据权利要求1所述的三球销型等速万向联轴器，其特征在于，
在所述球状滚子的宽度设为Ls，所述球状滚子的外径设为Ds时，Ls与Ds之比Ls/Ds为0.20～0.27。
4.根据权利要求2所述的三球销型等速万向联轴器，其特征在于，
在所述球状滚子的宽度设为Ls，所述球状滚子的外径设为Ds时，Ls与Ds之比Ls/Ds为0.20～0.27。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的三球销型等速万向联轴器，其特征在于，
在所述滚针的长度设为Ln，所述耳轴轴颈的外径设为Dj时，Ln与Dj之比Ln/Dj为0.40～0.47。
CN201520476974.7U 2014-07-08 2015-07-03 三球销型等速万向联轴器 Withdrawn - After Issue CN204878405U (zh)

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