CN217926825U - 一种固定式等速万向节 - Google Patents

Abstract

本实用新型的名称一种固定式等速万向节。属于等速万向节技术领域。它主要是解决现有万向节在高转速、大工作角度和长时间运转时存在发热量及容易导致内部烧结损毁的问题。它的主要特征是：所述钟形壳与星形套之间构成偶数条滚道；钟形壳间隔分布的第一内滚道的第一旋转中心和其余的第二内滚道的第二旋转中心相对于重合点沿轴向两侧对称偏心；星形套上第一外滚道的第三旋转中心与第二旋转中心重合，第二外滚道的第四旋转中心与第一旋转中心重合。本实用新型具有能够有效减少球笼内部摩擦损失、提高传动效率、降低摩擦发热、小型化、轻量化和相对提高扭矩承载能力的特点，主要用于机动车辆传动系统中动力输入侧和动力输出侧之间的固定式等速万向节。

Description

一种固定式等速万向节

技术领域

本实用新型属于等速万向节技术领域。具体涉及一种用于机动车辆传动系统中动力输入侧和动力输出侧之间仅允许角度变化的固定式等速万向节。

背景技术

固定式等速万向节的是允许驱动侧和从动侧存在角度位移的条件下可以等角速度传递动力的一种联轴器。

现有的固定式等速万向节多采用球笼原理，如图1a所示，其结构由位于最外部的钟形壳101、位于最内部的星形套102、位于钟形壳和星形套之间的保持架103和数个滚珠104组成。滚珠104的数量以6个最为常见。钟形壳101的内球面105、星形套102的外球面106、保持架103的内球面107及外球面108，这4个球面的球心重合于共同的一点O。钟形壳101的内球面105上沿轴线方向均布数条用于包容滚珠104运动的内球面滚道110，内球面滚道110的旋转中心为O1。星形套102的外球面106上沿轴线方向也均布数条用于包容滚珠104运动的外球面滚道111，外球面滚道111的旋转中心为O2。O1和O2位于轴线上，且对称分布于点O的两侧，点O1或点O2到点O的距离为偏心距K。滚道的数量与滚珠的数量对应。

如图1a所示，为了保证万向节能够正常工作，钟形壳101的内球面105与保持架103的外球面108之间、保持架103的内球面107与星形套102的外球面106之间必须设置一定的配合间隙112。万向节在工作时，星形套102和钟形壳101之间将传递扭矩，滚珠104被内球面滚道110和外球面滚道111包容并挤压。如图1b所示，内球面滚道110和外球面滚道111分别与滚珠104在E1、E2两点接触并挤压滚珠104，挤压力的合力F推动滚珠104向内球面滚道110、外球面滚道111所共同形成的开口方向移动。由于滚珠104被安置在保持架103的窗口113当中，保持架103也会被滚珠推动，朝向内球面滚道110、外球面滚道111所形成的开口方向移动，如图2所示，滚珠104和保持架103会在配合间隙112的可容纳范围内向钟形壳101的开口侧移动，导致保持架103的外球面108与钟形壳101的内球面105在P点位置接触，保持架103的内球面107与星形套102的外球面106在Q点位置接触。在万向节运转时，所述接触位置将发生滑动摩擦，滑动摩擦的剧烈程度随着万向节的工作角度的增加而同步增加，降低传动效率并造成发热。

在某些应用场合，如特种车辆的轮边传动轴，有高转速（如：>2000转/分）和大的工作角度（如：>15°）长时间并存的工况，现有的固定式等速万向节在这种工况下的发热量很大，容易温度过高而产生内部烧结损毁。

目前，已经有通过增加滚珠个数（如8个滚珠）并减小滚珠直径、减小偏心距的方法来实现提高传动效率并减少发热的等速万向节。但是，如图2所示，在钟形壳101与星形套102上成对的内球面滚道110、外球面滚道111之间形成的各楔角均朝向钟形壳101的开口侧，因此由内球面滚道110、外球面滚道111作用于滚珠104的沿轴向的力均朝向钟形壳101的开口侧，作用于钟形壳101和保持架103的球面接触部P、星形套102和保持架103的球面接触部Q的负载朝恒定方向产生。因此，进一步的高效率化、低发热化受到限制。因此，即使采用上述改进方案，改善也很有限。

为了保证固定型等速万向节能够正常工作，在设计中限定了保持架梁的最小横截面积、滚珠的最大直径和滚珠中心圆的最小直径，分别为保持架梁设计横截面积、滚珠的直径和滚珠的中心圆直径。即使采用了保持架梁设计横截面积、滚珠的直径和滚珠的中心圆直径，所设计的固定型等速万向节的外形尺寸和重量都还是相对过大。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本实用新型提供一种能够有效减少球笼内部摩擦损失的固定型等速万向节，以达到提高传动效率、降低摩擦发热的目的。并且，相比现有的固定式等速万向节，本实用新型还有外形尺寸小、重量轻的特点。

本实用新型的技术解决方案是：一种固定式等速万向节，包括钟形壳、星形套、保持架和滚珠,所述钟形壳的钟形壳内球面、星形套的星形套外球面、保持架的保持架内球面及保持架外球面的球心重合于重合点一点，其特征在于：所述钟形壳与星形套之间构成偶数条容纳滚珠的滚道；所述钟形壳间隔分布的一半第一内滚道的第一旋转中心和其余的另一半第二内滚道的第二旋转中心相对于重合点沿轴向两侧对称偏心；所述星形套上与第一内滚道对应的一半第一外滚道的第三旋转中心与第二旋转中心重合，与第二内滚道对应的另一半第二外滚道的第四旋转中心与第一旋转中心重合。

在上述技术解决方案的基础上，与现有的滚道数量相同的固定式等速万向节相比，本实用新型还同时减少了保持架梁的横截面积，增大了滚珠的直径，减小了滚珠分布中心圆直径，以及减小了外形尺寸。

本实用新型的技术解决方案中所述的偶数条容纳滚珠的滚道为6条、8条、10条或12条容纳滚珠的滚道。

本实用新型的技术解决方案中所述的偶数条容纳滚珠的滚道为8条容纳滚珠的滚道。

本实用新型的技术解决方案中所述的第一内滚道的口部设置第一沟道口部倒角，第二内滚道的口部设置第二沟道口部倒角。

本实用新型的技术解决方案中所述的第二外滚道上与第二内滚道口部相背的端部设置反曲段。

本实用新型的技术解决方案中所述的第一内滚道的口部设置第一沟道口部倒角，第二内滚道的口部设置第二沟道口部倒角；所述第二外滚道上与第二内滚道口部相背的端部设置反曲段。

本实用新型的技术解决方案中所述的保持架）的保持架梁横截面积小于保持架梁设计横截面积，滚珠的直径大于滚珠设计直径，滚珠的中心圆直径小于滚珠设计中心圆直径。

本实用新型的技术解决方案中所述的保持架的保持架梁横截面积为保持架梁设计横截面积的56%~84%，滚珠的直径为滚珠设计直径的105%~115%，滚珠的中心圆直径为滚珠设计中心圆直径的89%~96%。

本实用新型的技术解决方案中所述的保持架的保持架梁横截面积为保持架梁设计横截面积的61.3%，滚珠的直径为滚珠设计直径的109.9%，滚珠的中心圆直径为滚珠设计中心圆直径的91.7%。

固定式等速万向节所采用的偏置沟道结构，在传递扭矩时会产生一个沿轴向挤出滚珠的力，力的方向与沟道的开口方向相同。传统的固定式等速万向节，所有的沟道采用相同的偏置形式，因此对于每个滚珠而言，沿轴向挤出滚珠的力方向相同，相互叠加后形成合力F，通过保持架窗口传递到保持架上，并作用在钟形壳内球面与保持架外球面的接触部以及星形套外球面与保持架内球面的接触部，形成两个球面摩擦副。

本实用新型由于采用由钟形壳、星形套、保持架和滚珠构成偶数条容纳滚珠滚道的固定式等速万向节，其中，钟形壳间隔分布的一半第一内滚道的第一旋转中心和其余的另一半第二内滚道的第二旋转中心相对于重合点沿轴向两侧对称偏心，星形套上与第一内滚道对应的一半第一外滚道的第三旋转中心与第二旋转中心重合，与第二内滚道对应的另一半第二外滚道的第四旋转中心与第一旋转中心重合，因而可使相邻的沟道偏置方向相反且偏心距相等，对于相邻的两个滚珠而言，沿轴向挤出滚珠的力大小相同、方向相反，可以互相抵消，使得保持架整体达到受力平衡，两个球面摩擦副理论上不复存在，从而减少摩擦发热并提高传动效率。并且，由于沿轴向挤出滚珠的力被两组相反偏置的沟道均分为两个大小相同、方向相反的力，力的大小为F/2，并通过保持架的梁相互抵消，因而保持架梁所需要承担的负载相比传统结构减小了一半，可以设计的更细（即横截面积更小），将让出来的空间重新分配给滚珠，如此就能容纳相比传统结构的球笼式万向节更大的滚珠。周知的，球笼式万向节的扭矩承载能力与滚珠直径大小、滚珠数量和滚珠中心圆半径三者同时相关，其中改变滚珠直径大小所带来的扭矩承载能力变化最为显著。在滚珠数量不变的条件下，增加滚珠的直径并减小滚珠中心圆的直径，可以获得扭矩承载能力相同、但回转半径更小的球笼式万向节。在相同工况下，回转半径变小，则球笼式万向节内部各部件之间的相对运动速度变低，因此摩擦发热减小，传动效率得到提高。并且由于滚珠中心圆直径的减小量相比于滚珠直径的增大量要大，本实用新型的整体外形尺寸相比于现有的球笼式万向节有所减小，重量有所降低。

本实用新型具有能够有效减少球笼内部摩擦损失、提高传动效率、降低摩擦发热、小型化、轻量化和相对提高扭矩承载能力的特点。本实用新型主要用于机动车辆传动系统中动力输入侧和动力输出侧之间的固定式等速万向节。

附图说明

图1a是传统的球笼式等速万向节结构图。

图1b是图1a在滚珠部位的局部放大视图。

图2是传统的球笼式等速万向节在传递扭矩时的内部结构变化示意图。

图3是本实用新型实施例的结构图。

图4是图3沿A-A剖切的剖视图。

图5是与图3的实施例相对应的传统球笼式等速万向节的结构图。

图6是本实用新型实施例与传统球笼式万向节的温升对比实验数据图图。

图7a是本实用新型实施例中的钟形壳立体图。

图7b是本实用新型实施例中的星形套立体图。

图中：101-钟形壳；102-星形套；103-保持架；104-滚珠；105-内球面；106-外球面；107-内球面；108-外球面；110-内球面滚道；111-外球面滚道；112-配合间隙；113-窗口；301-钟形壳；302-星形套；303-保持架；304-滚珠；305-钟形壳内球面；306a-第一内滚道；306b-第二内滚道；306c-第一沟道口部倒角；306d-第二沟道口部倒角；307-星形套外球面；308a-第一外滚道；308b-第二外滚道；308c-反曲段；309-窗口；310-保持架梁；311-保持架内球面；312-保持架外球面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图3、图4、图7a、图7b所示。本实用新型的一个实施例一种固定型球笼式等速万向节，包括钟形壳301、星形套302、保持架303和滚珠304。保持架303上设有贯通的窗口309，窗口309的大小与滚珠304直径相匹配，相邻的两个窗口309之间的部位称为保持架梁310。

钟形壳301的钟形壳内球面305上有沿轴线方向均布的8条内滚道，其中，包括间隔分布的4条第一内滚道306a和其余的4条第二内滚道306b。星形套302的星形套外球面307上有与第一内滚道306a和其第二内滚道306b对应设置的间隔分布的4条第一外滚道308a和其余的4条第二外滚道308b。钟形壳301与星形套302之间构成8条容纳滚珠304的滚道，在8条滚道的结构中，对于钟形壳301或星形套302而言，任意一组180°相对的滚道类型相同，万向节工作时的内部作用力分布更均匀，并且球笼万向节中的沟道通常是采用相对的两条沟道成对检测的，8条滚道的设计还便于零件的检测。钟形壳301的钟形壳内球面305、星形套302的星形套外球面307、保持架303的保持架内球面311及保持架外球面312的球心重合于重合点C一点。4条第一内滚道306a的第一旋转中心C1相对于重合点C沿轴向右侧偏心，4条第二内滚道306b的第二旋转中心C2相对于重合点C沿轴向左侧偏心，且偏心距E相等。4条第一外滚道308a的旋转中心C2相对于重合点C沿轴向左侧偏心，4条第二外滚道308b的旋转中心C1相对于重合点C沿轴向右侧偏心，且偏心距相等，并与偏心距E相等。即第一外滚道308a的第三旋转中心与第二旋转中心C2重合，第二外滚道308b的第四旋转中心与第一旋转中心C1重合。如此，任意相邻的两条滚道偏置量相同而偏置方向相反，对滚珠304所产生的沿轴向挤出的力通过保持架303互相抵消，从而理论上消除了球面摩擦副，达到减少摩擦发热、提高传动效率的目的。

在第二外滚道308b的左侧设置了反曲段308c，在第一内滚道306a和第二内滚道306b的口部分别设置了第一沟道口部倒角306c和第二沟道口部倒角306d，以便能够保证滚珠304顺利装入。

与图3所示实施例对应的传统8沟道等速万向节沿滚珠中心平面的剖视图如图5所示。本实用新型实施例与之相比较，扭矩承载能力相同，但保持架梁的横截面积减小了38.6%，滚珠中心圆半径减小了8.2%，滚珠直径增大了9.9%。与传统的8沟道等速万向节相比，本实用新型实施例减小了滚珠中心圆的半径，从而减小了万向节内部各部件之间的回转半径，万向节内部各部件之间的相对运动速度变低，因此摩擦发热减小，传动效率得到提高。

由于球笼式等速万向节处于不同的工作角度时其内部各个滚珠所承载的扭矩事实上并不相同，而是随着滚珠所处的相位角不同而波动的，因此本实用新型的结构并不能使得沿轴向挤出滚珠的力得到完全抵消。但即便如此，本实用新型仍可以使其部分抵消，显著减少球面摩擦副所承受的正压力，从而减少摩擦发热并提高传动效率。

本实用新型实施例和与之对应的传统球笼式等速万向节在同等工况条件下所做的外部温升对比实验的数据图表如图6所示。横坐标为实验运行时间，纵坐标为万向节外表面温度，图中位于下方的曲线是本实用新型实施例的实测温度，位于上方的曲线是对比试验样件实测温度。通过图6可以看出，本实用新型实施例的实验温升显著低于采用传统结构的对比试验件，这说明本实用新型相比传统的球笼式等速万向节可以显著减小运转发热、提高传动效率。

相比传统的固定式等速万向节，本实用新型保持架梁310的横截面积减少了26%~44%（在最薄弱位置），滚珠304的直径增大了5%~15%，滚珠304中心圆的直径减小4%~11%，不仅可以显著提高传动效率并减少运转发热，而且还可以减小整个固定式等速万向节的外形尺寸和重量。

以本实用新型涉及的一种具有代表性的实施例，与对应现有的在传统结构基础上通过增加滚珠个数、减小滚珠直径的方法改进后球笼式万向节进行参数对比，结果见表1。

表1

本实用新型不被前述的实施方式有任何限定，可以在不脱离本实用新型要旨的范围内进一步以各种方式实施，任何基于本实用新型精神所作的改进都应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固定式等速万向节，包括钟形壳（301）、星形套（302）、保持架（303）和滚珠（304），所述钟形壳（301）的钟形壳内球面（305）、星形套（302）的星形套外球面（307）、保持架(303)的保持架内球面（311）及保持架外球面（312）的球心重合于重合点（C）一点，其特征在于：所述钟形壳（301）与星形套（302）之间构成偶数条容纳滚珠（304）的滚道；所述钟形壳（301）间隔分布的一半第一内滚道（306a）的第一旋转中心（C1）和其余的另一半第二内滚道（306b）的第二旋转中心（C2）相对于重合点（C）沿轴向两侧对称偏心；所述星形套（302）上与第一内滚道（306a）对应的一半第一外滚道（308a）的第三旋转中心与第二旋转中心（C2）重合，与第二内滚道（306b）对应的另一半第二外滚道（308b）的第四旋转中心与第一旋转中心（C1）重合。

2.根据权利要求1所述的一种固定式等速万向节，其特征在于：所述的偶数条容纳滚珠(304)的滚道为6条、8条、10或12条容纳滚珠（304）的滚道。

3.根据权利要求1所述的一种固定式等速万向节，其特征在于：所述的偶数条容纳滚珠(304)的滚道为8条容纳滚珠（304）的滚道。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种固定式等速万向节，其特征在于：所述的第一内滚道（306a）的口部设置第一沟道口部倒角（306c），第二内滚道（306b）的口部设置第二沟道口部倒角（306d）。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种固定式等速万向节，其特征在于：所述的第二外滚道（308b）上与第二内滚道（306b）口部相背的端部设置反曲段（308c）。

6.根据权利要求4所述的一种固定式等速万向节，其特征在于：所述的第二外滚道（308b）上与第二内滚道（306b）口部相背的端部设置反曲段（308c）。

7.根据权利要求3所述的一种固定式等速万向节，其特征在于：所述的第一内滚道（306a）的口部设置第一沟道口部倒角（306c），第二内滚道（306b）的口部设置第二沟道口部倒角（306d）；所述第二外滚道（308b）上与第二内滚道（306b）口部相背的端部设置反曲段（308c）。

8.根据权利要求7所述的一种固定式等速万向节，其特征在于：所述的保持架（303）的保持架梁横截面积小于保持架梁设计横截面积，滚珠（304）的直径大于滚珠设计直径，滚珠（304）的中心圆直径小于滚珠设计中心圆直径。

9.根据权利要求7所述的一种固定式等速万向节，其特征在于：所述的保持架（303）的保持架梁横截面积为保持架梁设计横截面积的56%~84%，滚珠（304）的直径为滚珠设计直径的105%~115%，滚珠（304）的中心圆直径为滚珠设计中心圆直径的89%~96%。

10.根据权利要求7所述的一种固定式等速万向节，其特征在于：所述的保持架（303）的保持架梁横截面积为保持架梁设计横截面积的61.3%，滚珠（304）的直径为滚珠设计直径的109.9%，滚珠（304）的中心圆直径为滚珠设计中心圆直径的91.7%。

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