DE1169727B

DE1169727B - Constant velocity swivel

Info

Publication number: DE1169727B
Application number: DEL35855A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Willimek; Erich Aucktor
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1960-04-07
Filing date: 1960-04-07
Publication date: 1964-05-06

Description

Gleichlauf-Drehgelenk Die Erfindung bezieht sich auf Gleichlauf-Drehgelenke mit Drehmomentübertragung durch Kugeln, die in Rillen angeordnet sind, welche jeweils in einer Meridianebene in einander gegenüberliegenden Kugelflächen eines inneren und eines äußeren Gelenkkörpers vorgesehen sind und eine zu der Meridianebene senkrechte Erzeugungsachse besitzen, welche die gemeinsame Achse der miteinander fluchtenden Wellen in symmetrisch zu dem Drehgelenkmittelpunkt liegenden Punkten schneidet. Normalerweise haben Gleichlauf-Drehgelenke dieser Bauart Rillen von kreisförmigem Querschnitt. Dadurch, daß die Kugeln in den Rillen einen gewissen Laufspielraum in der Größenordnung von bis zu etwa einem Hundertstel des Kugeldurchmessers haben müssen, damit sie sich in diesen abwälzen können, und daß die Fertigungstoleranzen von Kugelrillenhalbmessern etwa ein Tausendstel des Halbmessers und der Radius der Erzeugenden der Rillen ebenfalls etwa ein Tausendstel des Radius ist, ergibt sich bei diesen bekannten Gelenken je nach dem zufälligen Zusammentreffen der Toleranzen bei einer Drehmomentübertragung ein Berührungsbereich, der irgendwo zwischen der Rillenkante und dem Rillengrund liegen kann. Bei einem bekannten Kugelgelenk haben die Rillen im inneren und im äußeren Gelenkkörper im Querschnitt einen größeren Krümmungsradius als die von den beiden Rillen aufgenommene Kugel;. die Tiefe der Rillen ist jedoch so gewählt, daß die Kugel in beiden Rillen den Grund berührt. In diesem Fall ist das Radialspiel der Kugeln in den beiden Rillen gegenüber dem Spiel in tangentialer Richtung praktisch Null, so daß die Richtung der Lastübertragung vom inneren zum äußeren Gelenkkörper bei der Übertragung eines Drehmoments nahezu radial ist. Es tritt eine Keilwirkung auf, die auf den hohlen äußeren Gelenkkörper eine Sprengwirkung ausübt. Ist dagegen das Radialspiel der Kugeln in den Rillen in der Größenordnung des Tangentialspiels oder sogar größer, dann liegt der Berührungsbereich zwischen Kugeln und Laufrillen bei einer Drehmomentübertragung im Kantenbereich der Rillen. Dadurch tritt eine erhebliche Kantenpressung auf, wodurch die Gefahr der Zerstörung des Gelenks infolge Ausbrechen der Laufrillenkanten besteht. Bei diesen bekannten Gleichlauf-Drehgelenken ist deshalb die Größe des übertragenden Drehmoments begrenzt.Constant velocity swivel joint The invention relates to constant velocity swivel joints with torque transmission through balls, which are arranged in grooves, which respectively in a meridian plane in opposing spherical surfaces of an inner one and an outer joint body are provided and one perpendicular to the meridian plane Have generation axis, which is the common axis of the aligned Waves in symmetrical to the pivot center point intersects. Typically constant velocity swivel joints of this type have grooves of circular shape Cross-section. Because the balls in the grooves have a certain amount of running clearance on the order of up to about one hundredth the diameter of the sphere must so that they can roll in these, and that the manufacturing tolerances of ball groove radius about one thousandth of the radius and the radius of Generating the grooves is also about a thousandth of the radius, it results in these known joints depending on the coincidence of the tolerances in the case of torque transmission, an area of contact that is somewhere between the Groove edge and the groove bottom can lie. Have in a known ball joint the grooves in the inner and outer joint body have a larger cross section Radius of curvature as the sphere received by the two grooves ;. the depth of the Grooves is chosen so that the ball touches the bottom in both grooves. In this case the radial play of the balls in the two grooves is opposite to that Backlash in the tangential direction is practically zero, so that the direction of load transfer from the inner to the outer joint body when transmitting a torque almost is radial. A wedge effect occurs on the hollow outer joint body has an explosive effect. On the other hand, it is the radial play of the balls in the grooves in the order of magnitude of the tangential play or even greater, then the contact area is between balls and running grooves with a torque transmission in the edge area the grooves. This results in considerable edge pressure, which creates a risk the destruction of the joint as a result of the running groove edges breaking out. at these known constant velocity swivel joints is therefore the size of the transmitting Limited torque.

Es ist eine Weiterentwicklung eines solchen Gleichlauf-Drehgelenks bekannt, bei welcher die Rillen einen solchen elliptischen Querschnitt besitzen, daß der Berührungsbereich zwischen Kugeln und Laufrillen bei einer Drehmomentübertragung zwangsweise unter einem Winkel von etwa 45 und 60° gegenüber einem durch Gelenkmittelpunkt und Kugelmittelpunkt gehenden Radius liegt. Rillen mit genauem elliptischem Querschnitt sind jedoch insbesondere in der Hohlkugelfläche des äußeren Gelenkkörpers sehr schwer herzustellen.It is a further development of such a constant velocity swivel joint known, in which the grooves have such an elliptical cross-section, that the contact area between balls and running grooves in a torque transmission compulsorily at an angle of about 45 and 60 ° with respect to a joint center point and the radius of the center of the sphere. Grooves with an exact elliptical cross-section however, they are very heavy, especially in the hollow spherical surface of the outer joint body to manufacture.

Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, den günstigen Berührungsbereich zwischen den Kugeln und den Rillenflanken in den Winkel zwischen 60 und 45° gegenüber einem durch Gelenkmittelpunkt und Kugelmittelpunkt gehenden Radius und somit mit Sicherheit weit genug entfernt von der äußeren Kante der Laufrille und dem Rillengrund zu legen.The invention is also based on the object of the favorable Contact area between the balls and the groove flanks in the angle between 60 and 45 ° with respect to a center point of the joint and the center of the sphere Radius and therefore far enough away from the outer edge of the running groove and to lay the bottom of the groove.

Diese Aufgabe soll jedoch mit einfacheren Mitteln gelöst werden, die gegenüber den normalen Gleichlauf-Drehgelenken der eingangs genannten Gattung keine größere Herstellungsgenauigkeit verlangen.However, this task should be solved with simpler means, the compared to the normal constant velocity swivel joints of the type mentioned above, none require greater manufacturing accuracy.

Die vorstehende Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß als Erzeugende der Rille ein Kreisbogen gewählt wird, dessen Radius größer als der Kugelradius ist und dessen Mittelpunkt auf einem solchen Erzeugungsradius liegt, daß die Kugel in der Rille ein rechnerisches Radialspiel in der Größenordnung zwischen etwa einhalb und einem Drittel des Tangentialspiels aufweist.The above object is achieved according to the invention in that a circular arc is selected as the generating line of the groove, the radius of which is greater than that Is the radius of the sphere and its center point lies on such a generating radius, that the ball in the groove has a calculated radial play of the order of magnitude between has about one-half and one-third of the tangential clearance.

Ein gemäß der Erfindung gestaltetes Gleichlauf-Drehgelenk ist nicht schwerer zu fertigen als das normale Gleichlauf-Drehgelenk der eingangs beschriebenen Gattung. Trotzdem ist die Lastübertragung in dem günstigen Druckwinkelbereich sichergestellt. Damit kann für das Gleichlauf-Drehgelenk ein wesentlich höheres zu übertragendes Drehmoment zugelassen werden.A constant velocity swivel joint designed according to the invention is not more difficult to manufacture than the normal constant velocity swivel joint described above Genus. Nevertheless, the load transfer is ensured in the favorable pressure angle range. This means that a significantly higher transmission rate can be achieved for the constant velocity swivel joint Torque are allowed.

Bei einer wechselnden Drehmomentbelastung kann bei dieser neuen Gestaltung des Gleichlauf-Drehgelenks ein Betriebsgeräusch auftreten. Insbesondere ist dies der Fall bei einem Wechsel der Drehrichtung, und zwar ist bei einem Wechsel der Drehrichtung das Betriebsgeräusch wesentlich größer als bei dem Wechsel der Drehrichtung bei einem üblichen Gleichlauf-Drehgelenk mit normalem Laufspiel der Kugeln. Um ein solches Betriebsgeräusch auszuschalten und damit gleichzeitig auch die Lebensdauer eines mit wechselnder Last und/oder wechselnder Drehzahl betriebenen Drehgelenks zu erhöhen, werden bei einem gemäß der Erfindung gestalteten Drehgelenk die miteinander zusammenwirkenden Rillen von mindestens zwei symmetrisch zueinander liegenden Kugeln, vorzugsweise jeder zweiten Kugel, derart gegenüber der Normalteilung der Rillen versetzt, daß die Kugeln unter Vorspannung in den Rillen liegen.With a changing torque load, this new design the constant velocity swivel can make an operating noise. In particular this is the case when the direction of rotation changes, and that is with one When changing the direction of rotation, the operating noise is significantly greater than when changing the direction of rotation for a standard constant velocity swivel joint with normal running play of the balls. To switch off such an operating noise and at the same time also the service life of one operated with changing load and / or changing speed To increase the swivel joint in a swivel joint designed according to the invention the cooperating grooves of at least two symmetrical to each other lying balls, preferably every second ball, in such a way opposite the normal division the grooves offset that the balls are preloaded in the grooves.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. F i g. 1 und 2 zeigen einen Längs- und einen Querschnitt durch ein Gleichlauf-Drehgelenk; F i g. 3 zeigt einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt durch den inneren Gelenkkörperkäfig und äußeren Gelenkkörper im Bereich zweier miteinander zusammenwirkenden Rillen im vergrößerten Maßstab von einem Gleichlauf-Drehgelenk normaler Ausführung, bei der das Tangentialspiel gleich dem Radialspiel ist; F i g. 4 ist ein der F i g. 3 entsprechender Schnitt, bei welchem das Radialspiel praktisch gleich Null ist; F i g. 5 ist ein Schnitt entsprechend F i g: 3 von einem gemäß der Erfindung gestalteten Gleichlauf-Drehgelenk. Kugeln und Laufrillen sind in symmetrischer Lage zueinander gezeigt; F i g. 6 zeigt denselben Querschnitt wie F i g. 5 bei Übertragung eines Drehmoments; F i g. 7 ist ein der F i g. 2 entsprechender Schnitt durch eine erste Abwandlung des Gleichlauf-Drehgelenks nach der Erfindung, und F i g. 8 zeigt eine zweite Abwandlung.The invention is illustrated by means of schematic drawings of an exemplary embodiment explained in more detail. F i g. 1 and 2 show a longitudinal and a cross section through a constant velocity swivel; F i g. 3 shows one of the FIGS. 2 corresponding section through the inner joint body cage and outer joint body in the area of two with each other cooperating grooves on an enlarged scale from a constant velocity swivel normal design in which the tangential play is equal to the radial play; F i G. 4 is one of the F i g. 3 corresponding section in which the radial play is practical equals zero; F i g. FIG. 5 is a section corresponding to FIG. 3 of one according to FIG of the invention designed constant velocity swivel. Balls and grooves are in symmetrical Position to each other shown; F i g. 6 shows the same cross section as FIG. 5 upon transfer a torque; F i g. 7 is one of the F i g. 2 corresponding section through a first modification of the constant velocity swivel joint according to the invention, and FIG. 8 shows a second variation.

Nach F i g. 1 ist mit der Welle 1 über eine Keilverzahnung 2 ein innerer Gelenkkörper 3 drehfest verbunden, der am Umfang eine Kugelfläche 4 aufweist. Der innere Gelenkkörper 3 ist umgeben von einem äußeren Gelenkkörper 5 mit einer Hohlkugelfläche 6, die konzentrisch zur Kugelfläche 4 liegt. In den Kugelflächen 4 und 6 sind Laufrillen von kreisförmigem Querschnitt 7 und 8 vorgesehen, in welchen Kugeln 9 liegen. Zwischen den Kugelflächen 4 und 6 ist ein mit entsprechenden Kugelflächen versehener Käfig 10 vorgesehen, der die Kugeln 9 in einer zum Gelenkmittelpunkt liegenden Meridianebene hält.According to FIG. 1, an inner joint body 3 is non-rotatably connected to the shaft 1 via a spline 2 and has a spherical surface 4 on the circumference. The inner joint body 3 is surrounded by an outer joint body 5 with a hollow spherical surface 6 which is concentric to the spherical surface 4. In the spherical surfaces 4 and 6, running grooves of circular cross-section 7 and 8 are provided, in which balls 9 are located. Between the spherical surfaces 4 and 6, a cage 10 provided with corresponding spherical surfaces is provided which holds the balls 9 in a meridian plane lying to the center of the joint.

F i g. 3 zeigt ein Kugelgelenk normaler Ausführung, bei welchem das Radialspiel r1 plus r2 gleich dem Tangentialspiel t ist. Bei der Übertragung eines Drehmoments in Richtung des Pfeiles e erhalten die Laufrillenkanten an den Punkten 11 und 12 eine Kantenpressung. Der Druckwinkel zwischen der Richtung der Lastübertragung und einem durch Gelenkmittelpunkt und Kugelmittelpunkt gehenden Radius beträgt hierbei etwa 90°.F i g. 3 shows a ball joint of normal design in which the Radial play r1 plus r2 is equal to the tangential play t. When transferring a Torque in the direction of arrow e is given to the groove edges at the points 11 and 12 an edge pressure. The pressure angle between the direction of load transfer and a radius passing through the center of the joint and the center of the sphere is here about 90 °.

In F i g. 4 ist ein normales Gleichlauf-Drehgelenk gezeigt, bei welchem das Radialspiel praktisch gleich Null ist. In diesem Fall liegen die Berührungspunkte 11' und 12' nahezu am Rillengrund. Der Druckwinkel f beträgt etwa 0°. Bei Übertragung eines Drehmoments in Richtung des Pfeiles e wird infolge der Keilwirkung eine sehr große radiale Druckkraft erhalten, die zu einer Zerstörung des Rillengrundes oder sogar zu einer Sprengung des äußeren Gelenkkörpers führt. In F i g. 5 ist die erfindungsgemäße Gestaltung des Gelenks dargestellt. Das Radialspiel r1 plus r2 besitzt einen Wert in der Größenordnung zwischen etwa einhalb und einem Drittel des Tangentialspiels t1 plus t2.In Fig. 4 shows a normal constant velocity universal joint in which the radial play is practically zero. In this case, the points of contact are 11 'and 12' almost at the bottom of the groove. The pressure angle f is about 0 °. On transfer a torque in the direction of arrow e becomes a very due to the wedge effect received large radial compressive force, which can destroy the bottom of the groove or even leads to an explosion of the outer joint body. In Fig. 5 is the one according to the invention Design of the joint shown. The radial play r1 plus r2 has a value on the order of between about one-half and one-third of the tangential clearance t1 plus t2.

F i g. 6 zeigt ein so gestaltetes Gelenk bei einer Drehmomentübertragung in Richtung des Pfeiles e. Der Druckwinkel fliegt bei der Wahl des Verhältnisses von Radialspiel zum Tangentialspiel in diesem Bereich der Größenordnung mit Sicherheit so weit von der Rillenkante entfernt, daß keine Kantenpressung auftritt, andererseits aber auch weit genug vom Rillengrund entfernt, um zu verhindern, daß eine zu große radiale Druckkomponente entsteht, die zu einer Zerstörung der Laufrille oder gar Sprengung des äußeren Gelenkkörpers führt.F i g. 6 shows a joint designed in this way during a torque transmission in the direction of arrow e. The pressure angle flies when choosing the ratio from radial play to tangential play in this area of the order of magnitude with certainty so far away from the groove edge that no edge pressure occurs, on the other hand but also far enough from the bottom of the groove to prevent one that is too large radial pressure component arises, which leads to a destruction of the running groove or even Explosion of the outer joint body leads.

Die F i g. 7 und 8 zeigen einen Querschnitt durch die miteinander zusammenwirkenden Rillen mit eingelegter Kugel von zwei gemäß der Erfindung gestalteten Gelenken, die zur Übertragung einer Wechsellast geeignet sind. Bei der in F i g. 7 gezeigten Abwandlung liegt das Kugelpaar I zentrisch in den zugehörigen Rillen. Bei den Kugelpaaren II und 111 sind die Rillen im inneren Gelenkkörper in Umfangsrichtung versetzt gegenüber den Rillen im äußeren Gelenkkörper angeordnet, und zwar ist die Versetzung bei den beiden Kugelpaaren II und III in einander entgegengesetzten Richtungen vorgesehen und so groß gewählt, daß das Maß g gerade etwas kleiner ist als der Kugeldurchmesser d, so daß die Kugeln mit Vorspannung in den Laufrillen liegen. Der innere Gelenkkörper und der äußere Gelenkkörper sind also gegeneinander verspannt. Bei einer Drehmomentübertragung in Richtung des Pfeiles e wird zuerst nur das Kugelpaar IH belastet, worauf mit wachsendem Drehmoment nacheinander auch die Kugelpaare 1 und 11 zur Drehmomentübertragung herangezogen werden.The F i g. 7 and 8 show a cross section through the co-operating grooves with an inserted ball of two joints designed according to the invention, which are suitable for transmitting an alternating load. In the case of the in FIG. In the modification shown in FIG. 7, the pair of balls I lies centrally in the associated grooves. In the ball pairs II and 111 , the grooves in the inner joint body are offset in the circumferential direction with respect to the grooves in the outer joint body, namely the offset in the two ball pairs II and III is provided in opposite directions and selected so large that the dimension g is just is slightly smaller than the ball diameter d, so that the balls are preloaded in the grooves. The inner joint body and the outer joint body are therefore braced against one another. When torque is transmitted in the direction of arrow e, only the pair of balls IH is first loaded, whereupon the pairs of balls 1 and 11 are also used one after the other for torque transmission as the torque increases.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 8 sind nur die dem Kugelpaar II zugeordneten Laufrillen zueinander versetzt angeordnet, und zwar wiederum in solchem Maße, daß, wenn alle Kugeln in die zugehörigen Laufrillen eingeführt sind, sie in diesen mit Vorspannung liegen. In diesem Fall werden also die Kugelpaare I und III durch das Kugelpaar II verspannt. Wird bei diesem Gelenk ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles e übertragen, so wird die Last zunächst nur über die Kugeln I und III übertragen, während das Kugelpaar 1I zunächst entlastet wird, um dann bei noch weiter wachsendem Drehmoment mit zur Drehmomentübertragung herangezogen zu werden.In the embodiment according to FIG. 8 are only those of the pair of balls II associated running grooves arranged offset to one another, in turn in such Measures that when all balls are inserted into the associated raceway grooves, they are in these lie with bias. In this case, the pairs of balls I and III clamped by the pair of balls II. At this joint there is a torque in the direction of of the arrow e transferred, the load is initially only on the balls I and III transferred, while the ball pair 1I is initially relieved, and then with even further increasing torque to be used for torque transmission.

Als Verspannung, d. h. als Untermaß des Abstandes g gegenüber dem Kugeldurchmesser d hat sich ein Wert in der Größenordnung von lo/looo mm bewährt.As tension, d. H. as undersize of the distance g compared to the Ball diameter d has proven to be of the order of magnitude of lo / looo mm.

Claims

Claims: 1. Constant velocity swivel joint with torque transmission by balls, which are arranged in grooves, each in a meridian plane in opposing spherical surfaces of an inner and an outer joint body are provided and have a generation axis perpendicular to the meridian plane, which the common axis of the aligned shafts in symmetrical to the pivot point intersects points at which the Groove cross-sections are designed such that the contact area between the Balls and the grooves $ anchored within the outer edges of the raceway grooves, and the generatrix of the groove is an arc of a circle; whose radius is greater than the radius of the sphere is, characterized in that the center of the arc of the groove is on such a generation radius that the. Ball in the groove a computational Radial play in the order of magnitude between about one-half and a third of the tangential play having.

2. constant velocity swivel according to claim 1, characterized in that one of the two co-operating grooves of at least one ball, preferably every second ball, in such a way opposite the normal pitch of the grooves is offset that the balls are preloaded in the grooves. Into consideration Drawn pamphlets: French Patent No. 186,498; British patent specification No. 637,718; U.S. Patent Nos. 1916 442, 2,897,660.