CN209762039U - 一种抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，包括四柱槽壳、四球销轴承、传动轴，所述四球销轴承包括轴承架、四个对称分布的四个球形销轴、四个球环总成，所述球环总成包括所述的四柱槽壳内壁设置有四个呈度对称分布的滑槽，所述四个球环总成的外表面分别与四个呈度对称分布的滑槽相配合；所述滑槽由两段等长、等半径的对称圆弧拼接而成，其半径大于球环总成的外表面的弧形半径且工作时与外球环的外表面为两点接触。本实用新型在实现同等工作负载前提下，尺寸小利于实现轻量化，不仅能平稳灵活、可靠精确地传递运动和转矩，而且结构紧凑、合理，摩擦系数低，传递效率高，提高承载能力，便于加工、装配和检验，提高加工效率。

Description

一种抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节

技术领域

本实用新型涉及一种万向节，具体涉及一种当主、从动轴同时有角位移和轴向相对位移时，能够传递运动和转矩，且具有良好的NVH性能和轻量化特性的抗抖动四球销式等速万向节。

背景技术

作为汽车上传动系统中重要部件，等速万向节驱动轴用于在变速箱和车轮之间传递扭矩和转速。驱动轴通常由以下三个部件组成：移动端的移动式等速万向节、固定端的固定式等速万向节以及芯轴。其中移动式等速万向节用于变速箱端，其允许轴向滑移的特性可吸收发动机产生的轴向激振。应用最广泛的移动端万向节配置方案是三球销式等速万向节的形式。

三球销式等速万向节由四柱槽壳、球环（圆球或椭圆等等）、滚针、滚针挡圈和三销架组成。当三销架轴线相对于四柱槽壳中心线存在轴倾角时，三销架中心与四柱槽壳中心会产生偏移，导致了三销节的准等速性。这种结构成本低、结构简单、重量轻，但由于外球环在在四柱槽壳滑槽内滚动时会产生偏角，偏角将引起附加的摩擦阻力，从而运动过程中容易引起振动和卡滞现象；且由于结构的限制，万向节摆角小，滚针与挡环的接触容易磨损挡环而可能发生滚针脱落。

在专利CN 104863976 A（公布于2015年8月26日）中描述了一种偏心式的偏心四球销式等速万向节，将外球面是对称的球环设计成偏心的，直径较大的一端装在四柱槽壳外径方向，四个偏心球环的外球面与四柱槽壳四个沿圆周均匀分布的滑槽配合，该结构由于采用了偏心式的球环设计，可能会导致工作状态下出现不平衡的现象，即球环两端承受的负载长期处于不相等的状态。而且整体结构的抗扰动性也较差，配合出现偏差后不具有自我恢复特性。

采用对称结构的球环的四球销式等速万向节，在一个运动周期中，球环的负载分配始终处于较为平衡的状态，使得万向节整体结构具有良好的抗扰动能力，提高了工作可靠性。同时由于结构的高度对称，接触处的磨损状态也较为均衡，利于提高万向节的工作寿命。通过内外球环的配置，使得由轴倾角产生的球环侧偏从球环与滑槽间转移到球环与销轴间，从而减小了不平衡的动摩擦引起的轴向抖动，提升了NVH性能。

实用新型内容

本实用新型要解决的是传统结构存在的承载能力低，结构上不平衡，易失效等问题，设计了一种抗抖动的四球销式等速万向节。创新地采用对称的四球销和内外球环的设计，保证滑移量，工作摆角和传动效率的同时内部摩擦小，运行振动小，具有良好的抗抖动性能。同时在设计上减小了球环的整体尺寸，进而减小了四柱槽壳的尺寸，具有优秀的轻量化特性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，包括四柱槽壳、同轴地设置在所述四柱槽壳内的四球销轴承、连接所述四球销轴承内孔的传动轴，所述的四球销轴承包括轴承架、四个呈90度对称分布在轴承架上的四个球形销轴、分别安装在四个球形销轴上的四个球环总成，所述的球环总成包括所述的四柱槽壳内壁设置有四个呈90度对称分布的滑槽，所述四个球环总成的外表面分别与四个呈90度对称分布的滑槽相配合；所述滑槽由两段等长、等半径的对称圆弧拼接而成，其半径大于球环总成的外表面的弧形半径且工作时与外球环的外表面为两点接触，限制两者间的角度偏转。

作为优选，所述的球环总成包括外球环、滚针环、内球环、开口卡簧，所述外球环、滚针环、内球环由外向内依次相套，所述外球环的内表面与内球环的外表面通过滚针环相配合，所述内球环内表面与销轴过盈配合，所述开口卡簧设在所述内球环两端限制外球环、滚针环和内球环的轴向相对位置。本方案所述外球环外表面与四柱槽壳内的滑槽相匹配，外球环可在滑槽内进行滚动和滑动的组合运动；内球环内表面与球销外表面相匹配，可做绕球销中心转动和销轴轴线方向滑动，内球环外表面通过滚针环向外球环传递运动和力矩，开口卡簧固定滚针环与内球环在销轴轴线方向上的相对位置，限制外球环与滚针环在销轴轴线方向上的运动范围。

作为优选，所述的轴承架通过花键与传动轴相连接。

作为优选，所述的销轴整体形状为球形的一部分，其顶面被切成平面且通过圆锥面过渡至球面，各销轴与轴承架为一体式结构且连接处通过截面为椭圆的内凹弧进行圆滑过渡，便于安装。

作为优选，所述内球环的外壁两端设有用于安装开口卡簧凹槽。

作为优选，开口卡簧的内径小于内球环的外径，外径大于外球环内径，这样内球环通过滚针环沿着销轴方向滑动时，避免外球环相对于内球环脱落。

作为优选，所述内球环的厚度大于滚针环的厚度，所述滚针环的厚度大于外球环的厚度，保证外球环沿销轴方向进行滑动，相较于三球销而言，由于单个球环负载较小，可采用较小的尺寸，当外球环尺寸减小，与之匹配的滑槽尺寸亦可减小。在不降低负载能力和强度寿命要求的前提下，整个四柱槽壳材料的体积相对三球销式万向节的三柱槽壳大幅减小，利于实现轻量化的要求。

作为优选，所述四柱槽壳内壁在滑槽两侧设置有横截面为圆弧形的限位凸起A 和限位凸起B ，用以防止球环总成发生较大的偏转而影响其沿四柱槽壳滑槽方向的滚动和滑动。

作为优选，所述四柱槽壳的外壁上设有四段呈90度对称分布的等长等半径表面凹弧，以减轻四柱槽壳的整体质量，同时其整体尺寸小于同等工况要求下三球销式等速万向节的槽壳，利于实现轻量化。

作为优选，所述的各销轴的纵截面对角线长度小于所述销轴几何中心处横截面直径的长度。由于销轴表面任意两点间距离的极值为销轴纵截面对角线的长度和销轴横截面直径的长度中的较大值，这样可以确保销轴与球环内球环的任意两接触点的连线长度一定小于销轴横截面的直径，当销轴与球环总成在限定的范围内存在工作摆角时，销轴能一直与内球环较好地匹配。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

在工作过程中，本实用新型四个球环成对分配主要载荷，具有良好的平衡性和对称性，可提高结构的稳定性和可靠性。采用了内外球环的设计，降低了球环和滑槽间的相对偏角，从而减小了不平衡的动摩擦引起的轴向抖动，提升了NVH性能。在球环的尺寸设计上，内球环尺寸厚度略大于外球环，相应地可以减小与外环匹配的滑槽的尺寸。相较于传统三球销式等速万向节，在实现同等工作负载前提下，球环和槽壳尺寸更小，大大减低了材料消耗，利于实现轻量化。

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体爆炸图。

图2是本实用新型实施例的纵向正剖视构造图。

图3是图1的横向剖面侧视图。

图4是本实用新型实施例的球环构成的实物图图。

图5是传统抗抖动型球环构成的实物图。

图6是本实用新型实施例的球环构成的剖面图。

图7是传统抗抖动型球环构成的剖面图。

图8是本实用新型实施例的球环组成的爆炸图。

图9是本实用新型实施例的四销轴的三维视图。

图10是本实用新型实施例的四销轴的侧视图。

图11是本实用新型实施例的四柱槽壳的横向剖面图。

图12是本实用新型实施例的四柱槽壳和传统式三柱槽壳横向剖面对比图。

图中：1-四柱槽壳；2-滑槽；3-外球环；4-滚针环；5-内球环；6-销轴；7-开口卡簧；8-轴承架；9-表面凹槽；10、11-滑槽圆弧；12-球环总成，13-四球销架，14-传动轴,15-限位凸起A，16限位凸起B。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步详细说明。

如图1至图3所示，一种抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，包括四柱槽壳、同轴地设置在所述四柱槽壳内的四球销轴承、通过花键连接所述四球销轴承内孔的传动轴14，所述的四球销轴承包括轴承架8、四个呈90度对称分布在轴承架8上的四个球形销轴6、分别安装在四个球形销轴6上的四个球环总成12，所述的球环总成12包括所述的四柱槽壳内壁设置有四个呈90度对称分布的滑槽2，所述四个球环总成12的外表面分别与四个呈90度对称分布的滑槽2相配合；所述滑槽2由两段等长、等半径的对称圆弧拼接而成，其半径大于球环总成12的外表面的弧形半径且工作时与外球环3的外表面为两点接触，限制两者间的角度偏转。

如图4和图6、图8所示，所述的球环总成12包括外球环3、滚针环4、内球环5、开口卡簧7，所述外球环3、滚针环4、内球环5由外向内依次相套，所述外球环3的内表面与内球环5的外表面通过滚针环4相配合，所述内球环5内表面与销轴6过盈配合，所述开口卡簧7设在所述内球环5两端的凹槽内，限制外球环3、滚针环4和内球环5的轴向相对位置。

开口卡簧的内径小于内球环5的外径，外径大于外球环3内径，这样内球环5通过滚针环沿着销轴6方向滑动时，避免外球环相对于内球环脱落。

所述内球环5的厚度大于滚针环4的厚度，所述滚针环4的厚度大于外球环3的厚度，保证外球环沿销轴方向进行滑动，相较于如图5和图7所示的传统三球销的球环而言，本实用新型由于单个球环负载较小，可采用较小的尺寸，当外球环尺寸减小，与之匹配的滑槽尺寸亦可减小。在不降低负载能力和强度寿命要求的前提下，整个四柱槽壳材料的体积相对三球销式万向节的三柱槽壳大幅减小，利于实现轻量化的要求。

所述外球环外表面与四柱槽壳内的滑槽相匹配，外球环可在滑槽内进行滚动和滑动的组合运动；内球环内表面与球销外表面相匹配，可做绕球销中心转动和销轴轴线方向滑动，内球环外表面通过滚针环向外球环传递运动和力矩，开口卡簧固定滚针环与内球环在销轴轴线方向上的相对位置，限制外球环与滚针环在销轴轴线方向上的运动范围。

如图9和图10，所述的销轴6整体形状为球形的一部分，其顶面被切成平面且通过圆锥面过渡至球面，各销轴6与轴承架8为一体式结构且连接处通过截面为椭圆的内凹弧进行圆滑过渡，便于安装。

如图11和图12所示，所述四柱槽壳内壁在滑槽2两侧设置有横截面为圆弧形的限位凸起A 15和限位凸起B 16，用以防止球环总成发生较大的偏转而影响其沿四柱槽壳滑槽方向的滚动和滑动。

所述四柱槽壳的外壁上设有四段呈90度对称分布的等长等半径表面凹弧9，以减轻四柱槽壳的整体质量，可减少材料，同时其整体尺寸小于同等工况要求下三球销式等速万向节的槽壳，利于实现轻量化。

所述的各销轴6的纵截面对角线长度小于所述销轴6几何中心处横截面直径的长度。由于销轴表面任意两点间距离的极值为销轴纵截面对角线的长度和销轴横截面直径的长度中的较大值，这样可以确保销轴与球环内球环的任意两接触点的连线长度一定小于销轴横截面的直径，当销轴与球环总成在限定的范围内存在工作摆角时，销轴能一直与内球环较好地匹配。

本实用新型的四球销式等速万向节，能够在主、从动轴间存在角位移和轴向位移等复杂工况下传递运动和转矩，并且有效减小万向节内部构件之间的摩擦，降低万向节的轴向派生力和滑移阻力，从而减少万向节引起的机械传动系统的振动和噪声问题，改善整体传动系统的性能。

如图1、2、3所示，本实用新型的一种抗抖动的四球销式等速万向节的工作方法如下：

扭矩和运动输入给所述四柱槽壳1，经所述滑槽2和外球环3的接触传给所述球环总成12，接着通过内球环5与球销6的接触传递给销轴6所在的轴承架8，最后通过花键传递至传动轴14，实现扭矩和运动的传输。传动过程中，所述外球环3在所述四柱槽壳1的滑槽2内通过滑动摩擦和滚动摩擦传递动力，所述内球环5在绕自身轴线转动的同时相对销轴6作一定角度的偏转，滚针环和开口卡簧7将使内外球环轴心线保持重合。当存在轴倾角时，内球环5相对于销轴6的轴线偏转过一定角度，补偿了几何位置的变化，保证外球环3不会在滑槽中偏转，传动过程克服了传统三球销式等速万向节动摩擦力无法平衡而产生轴向派生力，进而影响其NVH性能的问题。另一方面，对于路面激励产生等因素产生扰动时，其激励传递方向和正常工作方向相反，由于四球销式的对称性结构布置，整体结构具有良好的抗扰动性和恢复性，可以长期稳定地传递扭矩和运动。

在工作状态下，本实用新型外球环可沿四柱槽壳滑槽做滚动和滑动的运动，内球环可相对于外球环进行滚动，并可沿销轴方向进行滑动；轴承架的销轴可相对于内球环的内壁进行转动。在万向节角度增加时，外球环相对于内球球环沿销轴方向依靠滚针环的运动为主运动，轴承架销轴沿内球环内壁的沿销轴方向的运动为辅运动，两种运动的组合使万向节在摆动过程中产生的派生轴向力控制在极低的范围内，从而在运动过程中，增加了万向节的抗抖动能力，减少了卡滞现象的发生。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，包括四柱槽壳、同轴地设置在所述四柱槽壳内的四球销轴承、连接所述四球销轴承内孔的传动轴(14)，所述的四球销轴承包括轴承架(8)、四个呈90度对称分布在轴承架(8)上的四个球形销轴(6)、分别安装在四个球形销轴(6)上的四个球环总成(12)，其特征在于：所述的球环总成(12)包括所述的四柱槽壳内壁设置有四个呈90度对称分布的滑槽(2)，所述四个球环总成(12)的外表面分别与四个呈90度对称分布的滑槽(2)相配合；所述滑槽(2)由两段等长、等半径的对称圆弧拼接而成，其半径大于球环总成(12)的外表面的弧形半径且工作时与外球环(3)的外表面为两点接触，限制两者间的角度偏转。

2.根据权利要求1所述的抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，其特征在于：所述的球环总成(12)包括外球环(3)、滚针环(4)、内球环(5)、开口卡簧(7)，所述外球环(3)、滚针环(4)、内球环(5)由外向内依次相套，所述外球环(3)的内表面与内球环(5)的外表面通过滚针环(4)相配合，所述内球环(5)内表面与销轴(6)接触，所述开口卡簧(7)设在所述内球环(5)两端限制外球环(3)、滚针环(4)和内球环(5)的轴向相对位置。

3.根据权利要求1所述的抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，其特征在于：所述的轴承架(8)通过花键与传动轴(14)相连接。

4.根据权利要求1所述的抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，其特征在于：所述的销轴(6)整体形状为球形的一部分，其顶面被切成平面且通过圆锥面过渡至球面，各销轴(6)与轴承架(8)为一体式结构且连接处通过截面为椭圆的内凹弧进行圆滑过渡。

5.根据权利要求2所述的抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，其特征在于：所述内球环(5)的外壁两端设有用于安装开口卡簧凹槽。

6.根据权利要求2所述的抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，其特征在于：所述开口卡簧(7)的内径小于内球环(5)的外径，外径大于外球环的内径。

7.根据权利要求2所述的抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，其特征在于：所述内球环(5)的厚度大于滚针环(4)的厚度，所述滚针环(4)的厚度大于外球环(3)的厚度。

8.根据权利要求1所述的抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，其特征在于：所述四柱槽壳内壁在滑槽(2)两侧设置有横截面为圆弧形的限位凸起A (15)和限位凸起B(16)，用以防止球环总成发生较大的偏转而影响其沿四柱槽壳滑槽方向的滚动和滑动。

9.根据权利要求1所述的抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，其特征在于：所述四柱槽壳的外壁上设有四段呈90度对称分布的等长等半径表面凹弧(9)。

10.根据权利要求1所述的抗抖动的汽车用新型四球销式等速万向节，其特征在于：所述的各销轴(6)的纵截面对角线长度小于所述销轴(6)几何中心处横截面直径的长度。