DE1920664A1 - Homokinetisches Universalgelenk - Google Patents

Description

München 13, Elisabeth^. 34

Toyo Bearing Manufacturing Company Limited Osaka City (Japan)

Homokinetisches Universalgelenk

Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Universalgelenk für eine kraftschlüssige Verbindung zweier Wellen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes homokinetisches Universalgelenk zur Erzielung einer gleichmäßigen Drehbewegung zweier durch das Gelenk verbundenen Wellen, wobei das Gelenk einfach in seinem Aufbau und zuverlässig im Betrieb ist.

Das erfindungsgemäße Universalgelenk ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Wellen Querteile mit daran ausgebildeten koaxialen Zapfen angeordnet sind, deren Achse die betreffende Wellenachse schneidet, wobei an den. Zapfen Rollenkörper drehbar gelagert sind, und die Querteile kugelige Flächen aufweisen, die in entsprechenden kugeligen Hohlflächen mindestens eines Zwischenteiles gelagert sind, welche die Quer-

— 2 —

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teile umschliessen, an welchen sich die Rollenkörper entlang kreisbogenförmiger Bahnen abrollen und dass eines der im Gelenk befindlichen Enden der Wellen die Form eines konvexen Rotationskörpers hat, und das andere Wellenende eine dem Rotationskörper entsprechende Ausnehmung aufweist, die den Rotationskörper to©i allen im Betrieb auftretenden Winkeleteljunr· gen mit geringem Spiel umschliesst,derart,dass bei allen Winkel-

Stellungen der beiden Wellen die Zwischenteile jeweils immer in einer gleichen Stellung gegenüber der Symmetrieachse des Winkels gehalten werden, so dass auch die Winkelgeschwindigkeiten beider Wellen jeweils im wesentlichengleich sind.

Die Erfindung wird anhand einiger Inder Zeichnung schematisch dargestellter Auaführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:

Fig.l einen Längsschnitt eines erfindungsgemäss ausgebildeten Univerealgelenkes, wobei in der unteren Hälfte i der Figur die Y/ellen und dieanJhnaa befestigten Teile _: ^ entfernt sind, ..■" _:

Fig. 2 in der oberen Hälfte einen Schnitt nach der Linie II-II in., der Fig.l'und in der unteren Hälfte eine Endansicht des Gelenkes aus der Fig.l,

Fig„3 einen Schnitt des Gelenkes aus der Fig.l bei einer

Winkelstellung der beiden Wellen,

Fig,4 einen Längsschnitt einer anderen Ausführung des Gelenkes, wobei in der unteren Hälfte der Figur die Wellen und die an ihnen befestigten Teile entfernt sind,

Figo 5 in der oberen Hälfte den Schnitt Ύ-V aus der Fig.4 und in der unteren Hälfte eine Endansicht mit ent---

• 1

fernten Hüllen,

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BAD OFUGi_NAL

Fig.6 einen Längsschnitt des Gelenke» aus der Fig.4 bei

einer Winkelstellung der V/ellen, Fig.7 einen Teilschnitt zweier V/ellen des Gelenkes allein,

wenn sich beide in einer geraden Stellung befinden, Fig.8 einen Teilschnitt der V/ellen eus der Fig.7, wobei sich die Wellen in einer Winkelstellung befinden,

Fig.9 ein Diagramm zur Berechnung der Veränderungen der !

i Winkelgeschwindigkeit dee Gelenkes aus der Fig.l,

Fig.10 ein Diagramm der Veränderungen der Winkelgeschwindi ;-keiten des Gelenkes! aus der Fig.l bei verschiedenen

1
I

Winkelstellungen,. '·*

Fig.11 ,einen der Fig.7 entsprechenden Schnitt einer anderen Ausführung der Wellenenden und

- I

Fig. 12 die Wellenenden aus der Figur 11 in einer Winkelstellung.

In den Figuren 1 bis 3 ist ein homokinetisches Unversalgelenk dargestellt, welches V/ellen 1 und 2 aufweist, wobei am yorde- „ ren Ende der Welle 1 ein kugeliger Körper 3 ausgebildet ist. Der kugelige Körper 3 befindet sich in einer Bohrung 4» die. im vorderen Ende der Welle 2 ausgebildet ist. Der Körper 3 ist in der Bohrung 4 mit geringem Spiel eingeführt. An ihren vorderen Enden sind die Wellen 1 und 2 mit Keilnuten 5, 5» versehen, an welchen Querteile 6,6' befestigt sind, die

durch Federringe 7 in ihrer Stellring gehalten werden* An den 'durch die Querteile 6,6* gebildeten Zapfen sind Rollenkörper 8,8' mit der Hilfe von Nadellagern drehbar gelagert. Die Querteile 6,6' sind mit Naben 9»9'versehen, mit deren Hilfe

m j

die Querteile an den Wellen] befestigt sind. Die Naben 9»9^f haben eine äussere kugelige- Fläche (Fig.2). Pas Gelenk ent-

SJÖ9845/1153 ; ,

hält eueeerdem zwei Pleiten 10,10', welche die Rollenkörper 8,8' und die Naben 9,9' umschliessen. Die inneren Flächen der Platten 10, 10^f eind mit bogenförmigen laufbahnen 12 und konkaven kugeligen Flächen 11 versehen. Die Laufbahnen 12 dienen der Führung der Rollenkörper 8,8V. Die konkaven kugeligen Flächen 11 sind für die Aufnahme der kugeligen Flächen der Naben 9,9* bestimmt. Die Platten 10,10' sind Je mit • einem Ausschnitt 13 versehen, welcher verhindert, dees bei einer grosoen Auelenkung der beiden Wellen dae e.ngetriebenej Wellenende die Platten berührt. Da3 Gelenk ist von einer Buchse

14 uxcchlossen, welche art ihrer inneren Fläche mit Einschnitten

15 versehen ist, die sich in axialer Richtung der Büchse erstrecken und der Befestigung der Platten 10,10* dienen.

In der Fig.l sind mit O, und 0« die Schnittpunkte der V/ellen. . 1, 2 mit den Achsen der Zapfen der Querteile 6,6* bezeichnet· Die Entfernung der Punkte O, und O* ist konstant. .Der Schnittpunkt der Symmetrie ebene yj der Büchse 14 alt den Achsen der Wellen 1 und 2 in ihrer geraden Stellung let mit 0 bezeichnet. Der Punkt O befindet eich in der Mitte zwischen den Punkten O^ und Og. 0. ist der Mittelpunkt des kugeligen Körpers 5, der sich, t?le später erläutert wird, in einer Entfernung d vom Punkt O btfindet.

• - J-

Bei der Honttge des Gelenkes werden die Nadeln des Nedellegers und die Rollenkörper an den einzelnen Querteilen S,6* .befestigt. Dareuf werden die Querteils in die Nuten der Enden der Wellen 1 und 2 geschoben und in ihren Stellungen durch die Federringe 7 befestigt, pie Quer teile v/erden darauf mit den Platten 10,10* versehen, wodurch die beiden Wellen 1 und 2

ϊ ι

909845/1153 f

miteinander verbunden werden. Schliesslich werden die Platten mit den dazwischen befindlichen Teilen von einem Ende in die Büchse 14 eingeschoben, wobei die Einschnitte 15 an den Enden leicht vernietet werden, wie dies in der Fig.2 mit 14a bezeichnet ist. Dadurch werden die Platten in der Büchse 14 befestigt. Zuletzt wird die Büchse nit Fett gefüllt, und ee werden durch Bänder 17 und 18 Schutzbälge 16 befestigt.

De· btsohritbene Gelenk arbeitet wie folgt. Wenn die Welle

die treibende Welle ist, so' verläuft der Kraftfluss aus der V/elle 1 durch den Querteil 6>die Zwischenteile 10,14 und d Querteil 6¹ zur angetriebenen Welle 2. Wenn· die beiden Wellen zueinender in einer Winkelstellung mit einem schrägen Winkel stehen und dabei eine Drehbewegung ausführen, so gleiten die Naben 9»9* der Querteile 6,6' in den konkaven Xugelflachen 11,11· der Platten 10,10'. Dabei führen während einer voll-¹ ständigen Umdrehung des Gelenkes die Hollenkörper eine hin ' und her gehende Rollbewegung entlang der Laufbahnen 12 an einer der inneren Flächen der Platten 10,10* aus. Da dabei nui Abwälzbewegungen ausgeführt werden, ist der Reibungswiderstand des Gelenkes gering.

In einer durch die Aohse eines des Querteiles 6,6* führenden Ebene, die senkrecht zur Platte 10 bzw. 10' verläuft, betrachtet, ist der Radius der Krümmung der bogenförmigen Laufbahn 12 etwas grosser als der äussere Radius der RollenJcörper 8,8'. Die Rollenkörper 8,8'| wälzen sich daher in der betreffenden Laufbahn 12 immer in eijier stabilen Stellung ab, wobei

das Nadellager in seiner Achsenrichtung , d.h. in der Längs-

t09845/1153 BADORIGINAL ,

richtung der Nadeln gleichraässig belastet ist.

In den Figuren 4 bis 8 ist eine andere Ausführung des erfindung3genässen Universalgelenkes dargestellt, des im wesentlichen gleich ist, wie das Gelenk nach den Figuren 1 bis 3. Es enthält jedoch als Zwischenteil eine Büchse 20, welche gleichzeitig der Büchse 14 und den Platten 10,10' aus den Figuren 1 bis 3 entspricht. Die einander zugewandten inneren Flächen· 21 der Büchse 20 sind eben. Der äussere Umfang der Rollenkörper 22,22* ist in diesen Falle im weoentlichen zy lindrisoh, wobei die Rollenkörper an den Zapfen 23,23* der Querteile drehbar gelagert und in axialer Richtung geführt sind. Sie Rollenkörper sind sur Ausfuhrung einer hin und her gehenden ^wälzbewegung auf ebenen Flächen 21 der Büchse 20 bestimmt.

Im folgenden wird das Gelenk nach den Figuren 4 bis 6 im einzelnen beschrieben·

Das Gelenk nach den Figuren 4 bis 6 enthält eine Antriebswelle 24» eine angetriebene Welle 25, einen kugeligen Körper 26, der em vorderen Ende der Antriebswelle ausgebildet ist sowie eine Bohrung 27, die sich im vorderen Ende der angetriebenen Y/elle befindet. Der kugelige Körper 26 ist in der Bohrung '27 alt geringem Spiel geführt. Die Enden der Wellen 24 uaä 25 sind mit Keilnuten 28 und 28' versehen, welche der Befestigung von Querteilen 23 und 23' dienen. Die Rollenkörper 22,22% dJLe an deiÄÄpften der Querteile '23 und 23' angeordnet sind, »ind auf Nadeln 31 gelagert. Jeder der Zapfen der Querteile 23,23* ist mit einer ringförmigen'Scheibe 52 versehen, die durch

&984-5/1153

einen Federring 33 befestigt ist. Die jßpheibe 32 mit dem * * - .- * ·

■ Federring 33 i dienen der Führung de« betreff enden Rollen- '

'; körpers- am Querteil. Die Querteile 23,23* eind mit Naben 34» 34¹ versehen» mit «eichen die Querteile an der betreffenden Welle befestigt sind. Die Haben 34» 34' eind mit kugeligen

'. Seitenflächen versehen, sowie mit ebenen Endflächen (die Fi guren 5 und 6). Die Büchse 20 ist mit einander zugewandten ■ _;

. ebenen flächen 21 versehen,¹ in welchen an zwei einander enfe-

■ ·* gegengeeeteten Seiten konkave kugelige Flächen 35 ausgebil

det sind» (die Figuren 4 unk 5)· Aus ε er dem ist die Bliche β 20 mit. zwei entgegengeeetzt¹ ausgebildeten Ausnehmungen 36 versehen, «eiche verhindern, dass bei einer schrägen Winkelstellung des Gelenkes die Wellen gegen die Büchsen 20 stοssen. Dae Gelenk ist alt SehutstÄlgen 37,37* versehen, welche dem

Festhalten von Schmierfett Im Gelenk und der Verhinderung. } j

des Eindringens von Fremdkörpern in das Gelenk dienen* Die ' ι *

Bälge.37»37V eind durch Bänder 38,39 an der Büchse und an . /

den Wellen befestigt. ··

Dae- Gelenk nach dem Figuren 4 bis 6 wird in der folgenden Weise ■.·'..* * ■-.· .-""- - ^:-*~' · ■ ■

zusemmengebaut. ;. ^:;- - '. :'t

Nachdem die Nadeln 31 tanddle Rollenkurper 22, 22* an den be-

treffenden Zapfen] der Querteile 25» 23* befestigt wurden,

werden die ringföraigen. Platten 32 und die Federringe 33 befestigt. Die auf diese Weise zusammengebauten Querteile wer- -.

den darauf in die Büchse 14 derart eingeführt, dass die ebene

I Endfläche der Nabe des Querteiles in der axialen Richtung der

Büchse 20 liegt. Fach des: Erreichen der Mittender.

konkaven kugeligen Flächen'35 an der inneren Fläche der Büchse

· ji :

ORfGfNAV

192066Λ

20 t werden die Querteile 23,23* derart verdreht, daos sie die in der Fig.4 dargettellte Stellung einnehmen. Darauf werden die Querteile an ^Qn Wellen 24 und 25 befestigt und in ihrer Stellung durch die Feöerringe festgehalten. Die '.'teile 24wJLrd derart eingeführt , dass der Federring 30 mit kreisförmigem Querschnitt in eine Nut 40 der Antriebswelle eingeschoben wird. Sobald die Welle in ihre endgültige Stellung im Gelenk gelangt, εο dehnt sich der Ring elastisch j und hält die Welle im Querteil fest.

: ■ ι i

Der äussere Umfang der Rollenkb'yper 22,22· ist leicht gewöl'

ausgeführt, so dass die Last, die auf die Nadeln 31 einwirkt, in der Längsrichtung der Rollenkörper gleichmäesig verteilt ist.

Üebertragung von Kraft und die Bewegungen der einzelnen Teile sind bei dieser Ausführung dee Gelenkes im wesentlichen gleich wie bei der Ausführung nach den Figuren 1 bis 3.

In folgenden sei die homokinetische Eigenschaft des erfindungegemissen Gelenkes untersucht, durch welche erreicht wird, daes die Winkelgeschwindigkeiten der Wellen in allen Stellungen im wesentlichen gleich sind.

Bei einem Gelenk zur Uebertragung von Kräften zwischen zwei Wellen, deren Achsen sich schneiden, besteht bei einem homokinetischen Gelenk die Eigenschaft, daQa die Winkelgeschwindigkeiten der treibenden und der angetriebenen Welle immer Gleich sind, wobei der Zwischenteil, welcher die beiden Wellen zur Uebertregung der Kräfte verbindet, jeweils gegenüber einer Syrametrieebene der beiden Wellenecheen eine konstante Stellung einnimmt. 9'69845/1153

Beim erfindungsgemässen Gelenk, z.B. nach 4#n Figuren 1 bis 3 besteht eomit die Bedingung zur Erzielung einer hoaoki- · netischen Kraftübertragung, dass die Büchse 14 und die Platten ■ 10 , 10'» v/elohe den Zwischenteil bilden, jeweils in einer gleichen Stellung gegenüber den beiden Wellen stehen müssen un- ■ abhängig von der Grosse des Winkels, welcher zwisohen den bei- [ den Wellen besteht. Eine erforderliche und ausreichende Be-. dingung besteht darin, dass sich die Sjpnmetrieebene y-y

"I

•us der Fig.l immer in der Syinmetrieebene des Winkels der

beiden Wellen befindet. Die Weise, puf welche diese Bedingung WfUlXt wirdf ergibt eich aus den folgenden.

Es sei 8ngenommen_f das« In $er Fig.? die'belden Wellen einen

Winkel 2«. bilden und deee die Büchse 14 und die beiden Wellen gegenseitig Je einen Winkel oC bilden. Dabei sei die Welle 1 die treibende Welle und die Welle 2 die angetriebene Welle· -

Die Winkelgeschwindigkeiten _; der treibenden Welle 1. und der Büchse 14 seien ^₁. und w_QV ihre Drehmomente T₁ und T₀. Die Winkel der Stellung der .Antriebswelle 1 und der Büchse 14 in der Stellung nach der Fig.5 seien ^₁ und O_Q. In einem solchen Falle ist wie bei einen Kardangelenk das Verhältnis dieser beiden Teile durch die folgenden Formeln bestirnt . _tg ■

tg e_n ■

COS Od

1 - sin

COß f*

iJO 90 Λ B/ 1 153

ORIGINAL

Weiter, wenn Q^ = 9_Q = 90° eo ist

⁶⁵I ^β ®0 ^cos

φ ₌ 1_ ·

O COS dj

Für Winkelstellungen, welche von ganzen Vielfachen von 90 · abweiohon, int ü-j f~ 0₍₎. Bio Winkelgeschwindigkeit und das Drehmoment nehmen dabei Werte an, welche sich zwischen den ge- ,

nannten Werten befinden und sich periodisch jeweils zweimal bei einer vollständigen Umdrehung des Gelenkes wiederholen. Bei der Uebertragung der Kraft von der Büchse 14 auf die angetriebene Welle stehen jedoch die Winkelgeschwindigkeit und \ das Drehmoment immer in einem umgekehrten Verhältnis zur Veränderung im Falle der Uebertragung von der treibenden Welle 1 auf die Büchse 14· Die Winkelgeschwindigkeiten und die Drehmomente der treibenden YTeIle 1 und der angetriebenen Welle 2" sind daher immer gleich, wodurch die Bedingung des homokinetischen Gelenkes erfüllt ist." Die Verhältnisse sind vollständig gleich wie im Falle eines homokinetischen Gelenkes nach der Art eines doppelten Kardangelenkes. Das Prinzip der Uebertragung der Kräfte·ist somit das gleiche wie beim doppelten Kardangelenk,:wobei jedoch beim Kardangelenk kreuzförmige Querteile verwendet werden, und . die Nadellager an den Zapfen der Querteile in einea Joch gelagert sind, so dass sie nur eine Schwenkbewegung ausführen.Beim erfindungsgemässen Gelenk ' führen hingegen die verwendeten Rollenkörper.8,8' Abwälzbewegungen entlang der bogenförmigen Laufbahnen aus, * wodurch, verschiedene Vorteile entstehen, die später beschrieben werden. Wenn das Gelenk eine erste halbe Umdrehung aus

ι
in der Fig.3 dargestellten Stellung ausführt, so bewegen

BAD ORSQIWAL '" 309845/115 3

si'oh die Rollenkörper in den Laufbahnen 12 der Flatten 10, 10' um einen Winkel 2Λ gegenüber einer Achse, welche zu den Platten 10, IO · senkrecht steht und durch den Punkt 0, bzw. 0« führt. Wenn das Gelenk die zweite halbe Umdrehung ausführt, so kehren die Rollenkörper in ihre Ausgangsstellung zurück:. Das bedeutet, dass die Rollenkörper ebenfalls eine vollständige hin und her gehende Abw^lzbewegung bei jeder Umdrehung des Gelenkes ausführen.

Wie bereits erwähnt, ist es zur Erfüllung der Bedingung eines homokinetisehen Gelenkes wesentlich, dass unabhängig von der Grosse des-.Winkels zwischen den beiden Wellen-die Symmetrieebene y-y des Zwischenteiles in der Syaimetrieebene des Winkels liegt. Die Antriebswelle 1 und die Büchse 14 werden um den Punkt 0, geschwenkt. Die angetriebene Welle 2 und die I Büchse 14 werden, um den Punkt 0« geschwenkt. Da .0, und O₂ j in der Büohse 14 eine feste Stellung haben, so .kann die erwähnte Bedingung erfüllt werden, wenn sich die Punkte O^ und O₂ von der Ebene y-y und den beiden Wellen in einem gleichen Abstand befinden, und zwar bei jeder Winkelstellung» in der gleichen Ebene liegen und wenn die Winkel der Achsen der beiden Wellen zur die Punkte O^ und 0„ verbindenden Geraden immer gleich- sind.

Diese Bedingung kann im wesentlichen erfüllt werden, wenn die Wellenenden, entsprechend der Darstellung in den Figuren 1 und 5 ausgebildet werden. Die Ficuren 7 und 8 zeigen Teiisohnitte der Wellen ellein. Die Figur 7 zeigt einen Längs-

~ s

fiöhnitt'der beiden Wellen, wenn ihre Achsen in einer Geraden liegen. Die Fig.8 zeigt e^en^gygssohnitt beider Wellen,

wenn diese einen stumpfen Winkel bilden. Das Wellenende der Antriebswelle 1 1st als kugeliger Körper 3 mit einem Mittel- , punkt O, ausgebildet. Das Wellenend,e der angetriebenen Welle 2 ist mit einer zylindrischen Bohrung versehen, welche einen derartigen Durchmesser hat, dass sie den kugeligen Körper 3 Γ mit einem geringen Spiel umschliesst. Die Verbindung des kugeligen Körpers 3 mit der Antriebswelle 1 ist so ausgebildet/ 'dass auch bei der maximalen Winkelstellung keine Berlihrung_i der beiden Wellen ausser an den dazu bestimmten Flächen entsteht. · ' ■■".-".

Entsprechend der Darstellung in der Fig.7 befindet sieh der Punkt 0 in der Mitte zwischen den Punkten O^ und Og, wobei dieser in der Symmetrieebene y-y der Biichse 14 liegt* Der Mittelpunkt 0* des kugeligen Körpers 3 ist gegenüber dem . 'Punkt O um ein geringes Mass zum Punkt 0„ versetzt. Bei einer Neigung der Antriebswelle 1 ist der Abstand des Mlttelpunktea O- des kugeligen Körpers 3 vom Punkt 0, immer gleich Der Abstand des Punktes 0- vom Punkt Og entlang der Achse der angetriebenen Welle vergrössert sich jedoch mit.zunehmender Auslenkung. Wenn die beiden Wellen miteinander entsprechend der Darstellung in der Fig* 8 einen Winkel 2<jl bilden, und der Mittelpunkt O^ des kugeligen Körpers in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Verbindungslinie der Punkte 0, und 0« steht und durch den Punkt O- führt, welcher in diesem Falle mit Oj* bezeichnet ist, so Bind die Winkel 0-', 0. und 0« und Oj*, O₂, O₁ gleich, so dass die Bedingung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit erfüllt ist. Auch wenn die beiden Wellen in einer geraden Linie verlaufen, wie dies in der

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Pig.7 dargestellt ist, wird eine konstante Winkelgeschwindigkeit erreicht. Wenn die beiden Wellen jedoch unter einem anderen Winkel zueinander stehen, so ist die Bedingung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit nicht streng erfüllt,. Es wird

ι daher im folgenden die Grosse der Abweichung der Winkel- | geschwindigkeit' vom konstanten Wert bei verschiedenen Winkeln untersucht. . . "

Entsprechend der Darstellung in der Fig.9 sei die Entfernung 0-, 0. gleich O₁ 0, gleich a (konstant). Es sei O₂ 0. = Γ, 0, O₂ = b. Die Winkel zwischen der Antriebswelle 1, der an·· getriebenen: Welle 2 und der Geraden 0, O₂ seien Λ-, und & . Dann gelten die folgenden Gleichungen. a coscta + 1 coscCp ^{= a} +

a sin<^, = 1 sin d-₂ (4)

Daraus „ ,„ _ _ροηΛ1 >2

cos²**« = wobei K=

_^d 1 + XT - 2K COSd^

. ^K " ^C03 ^l (5)

cos <^2 =

+ K* - 2K cosd/L •Die Winkel der Drehbewegung der beiden Wellen 1 und 2 sowie der Büchse 14 gemessen aus ihrer Ausgangsstellung sind Θ,, und 0Q. Als Ausgangsstellung kann dabei die Stellung nach der Fig.3 und der Pig.8 dienen, wobei O-, = &_o - 0. Man erhält dabei Gleichungen , die den Gleichungen eines Kardangelenkes ähnlich sind:

COSO tg €>-₀
tg Θ₂ = cosclg . tg &_Q ■ .■ ■

tg Q₁ = COSpO₁ . tg

008^2

Die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Wellen 1 und 2 sowie der Büchse 14 seien mit tOi, \ΌΖ und k^vA bezeichnet. Durch' *'Γ eine zeitliche Ableitung erhält man : ■ ,

x2

wobei K' =

ck,

Wenn K' = 1 ist, so folgt aus der Gleichung (7) dass ίΟ =

ist. Wenn nämlich K^f = 1, so ist

j ..

Aus der Formel (7) erhält man für

iO-,

K^f(K^f2 - l)sin

= 0.

= O für Θ_χ = ψι (η = 0,1,2,3...),

Wenn K¹ f O so ist «-

so dass der Wert τ~ " extreme Grossen erreicht.

Für diese Fälle erhält man aus der Formel (7)

für η = 0,2,4

(8)

Da der Winkel der beiden V/ellen ^₁ + fa₂ ^⁸^' ^{so is}"^fc einem V/inkel (K*. = Φ- - cv die Grosse der Längen a = 1.

Man erhält dabei durch ein Einsetzen

2 cos*' 2 cos* ·

die Stellung von O₅. Dadurch kann die Entfernung d von 0 be stimmt werden. Obwohl bei anderen Winkeln cU f oCw so kann aus der Formel (5) ⁰^₂ ^{fUr einen} beliebigen Wert von <&λ,

(»2

bestimmt werden. Ausserdem können extreme Werte von -^ aus

der Formel (8) berechnet werden.

Wenn die Y/inkelgeschwindigkeit C^ der Antriebswelle 1 konstant ist, so kann die Grosse der Veränderung der Winkelgeschwindigkeit

Wo - id ι der angetriebenen Welle durch den Ausdruck —*—. ausgedrückt

werden. Der maximale Viert kann dabei aus der Formel (8) bestimmt werden. Y/enn somit pU> cU» ^εο ist K*. - 1 der maximale Wert der Grosse der Veränderung der Winkelgeschwindigkeit

Bei ck, <«&« ist 1 - K* der maximale Y/ert. ^{1 z} ~

Die Figur 10 ist ein Diagramm des Verlaufes des maximalen Y/ertes der Veränderung der Y/inkelgeschwindigkeit —fr

₁ wenn der Mittelpunkt 0_ des kugeligen Körpers 3 derart angeordnet ist, dass der Arbeitswinkel der beiden V/ellen, bei welchem <k = <μ ,die Werte 0°, 20°, 30° und 40° hat. Y/enn z.B. die Stellung des Punktes 0, derart bestimmt ist, dass eine konstante Y/inkelgeschwindigkeit erreicht wird, wenn der Winkel beider Wellen 20° beträgt, so ist die maximale Grosse der Abweichung der Y/inkelgeschwindigkeit 0,05$ oder weniger im Bereich von O bis 22°, was praktisch als eine konstante Winkelgeschwindigkeit bezeichnet werden kann. Das ist sehr wenig, verglichen mit der Tatsache, dass.der maximale Wert der Veränderung der Y/inkelgeschwindigkeit bei einem Kardangelenk bei einem Winkel-von 20° ungefähr 6,5$ beträgt. Beim vorliegenden Gelenk kann die Stellung des Punktes 0», nämlich die lange d, je nach dem im Betrieb verwendeten Bereich gewählt v/erden*

Die erwähnten Bedingungen gelten auch fur das Gelenk nach den Figuren 4- bis β. .

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Die Figuren 11 und 12 zeigen eine ander* Ausführung der

■ ι

Wellenenden. Die Figur 11 zeigt einen Teilschnitt bei einer Stellung, wo die Äöhsen ·der beiden Wellen eine Gerade bilden. Die Figur 12 ist ein Teilschnitt durch die Ebene der beiden Achsen in einer Stellung der Wellen, bei welcher ihre Achsen" ί einen stumpfen/Winkel bilden. Der Eingangsbereich der Bohrung , des Wellenendes der angetriebenen Welle ist eine ringförmige .Fläche, welche durch die Rotation eines Bogens 41 urn die · Achse der Welle entstanden ist. Das Ende der Antriebswelle 1 ist eine Rotationsfläche, die durch eine Rotation einer zykloidalen Kurve 42 entstanden ist,welche den Bogen 41 berührt.In|einer Ebene, welche die Achsen der beiden.Wellen enthält, haben die Enden der beiden Wellen eine Form, welche dem Querschnitt · eines Getriebes entspricht, dessen ein Rad Stifte aufweist, die mit Zähnen._v4ee anderen Rades kämmen. Eine derartige j

zykloidale Kurve wird z.B. angenähert dadurch erreicht/dass |

' ^; O₁ ■ -Ολ.■'■■-.·.- ■'■"'.

ein Basiskreis mii einem, Radius von mit-dem Mittelpunkt in O₁- gezeichnet ».wird, dass gleichzeitig eine Mehrzahl .von kleinen Kreisen mit dem Radius des Bögens 41 an einer Epizykloide gezeichnet wird, welche durch einen 'Abwälzkreis gebildet wird, dessen Radius gleichist.wie der Radius des Basiskreises ,und dass dazu die · Uahttlluiigs*· -^' ^"; ;;■ kurve gezeichnet wird/ _: - ^: Λ-^l ■ - Ϊ '

Auch wenn die beideÄ fellen entsprechend der Darßteiiung in .;■ der J¹IgUT 12 -geneigt sind, ^p ist es; bei dieser-Anordnung¹ > erzielba?, dass sich die beiden" Rotationsflachen^iii äii^'" ^? V Ebene der Achsen der beiden V/ellen an zwei Stellen berühren, " wobei die Winkel-der beiden Achsen zur Geraden -O₁ 0« immery -;

m a bub η ι β 3 ■■ ^: [:': :'C · a;:i :ΐ·^;ΓΛ'" ."■

gleich sind. Auf diese Weise wird in aXJLen Stellungen die

Bedingung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit erfüllt. - '< Wenn die beiden Wellen schräg zueinander stehen, so berühren sich zwar die Rotationsflächen ihrer Enden im Schnitt,

■ ■ -ι

welcher in der Figur 12 dargestellt ist an zwei Punkten. In anderen Bereichen besteht jedoch zwischen den beiden Rotationsflächen ein geringes Spiel. Die gegenseitige Beweglichkeit der beiden Wellenenden in einer Richtung senkrecht zur Schnittebene nach der Figur 12 ist daher grosser als bei der Ausführung»nach der Fig.7. Ausserdem ist die Gleitbewegung an den einander berührenden Stellen ebenfalls bei Anordnung nach den Figuren 11 und 12 grosser.

Obwohl beide Ausführungen der Wellenenden ihre eigenen Vorteile und Nachteile aufweisen, so können sie dadurch für den ι

praktischen Gebrauch verwendbar gemacht werden, dass die ; Berührungsflächen der beiden Wellenenden gehärtet werden, z.B. durch ein Hochfrequenzhärten, so dass bei einer Verwendung eines geeigneten Schmiermittels eine hohe Widerstands-

fähigkeit gegen'Abnützung erhalten wird..

Die beschriebenen Ausführungen des Universalgelenkes haben beide den wesentlichen Vorteil» dass, bei jedem Rollenkörper die Säst.immer im wesentlichen auf einen zentralen !eil der Breite jedes Rolienkorpers einwirki? und gleichmässig auf die verschiedenen Nadeln des Lagers verteilt ist. Das wird dadurch erreicht, daaa eine geringe Abvieiohung der Krümmungsradien-' der laufbahn unfc der äusseren fläche der Rollenkörper vorgesehen wird» Beim sylijiättUoiien RollenKbrper, welche* sieh

■ *»

INSPECTED

auf der ebenen .Fläche nach den Figuren 4 bis 6 abwälzt, kann die äussere zylindrische Fläche leicht gewölbt-ausgebildet -₁ werden. Bei einem Kardangelenk, bei welchem die äusseren Läufbahnen des Nadellagers in einem Joch ausgebildet sind, entstehen oft vorzeitige Beschädigungen der Nadeln des. Nadellagers, da diese einer Belastung an den Enden ausgesetzt sind, welche z.B. durch Abweichungen bei der Herstellung verursacht sein können. Im Gegensatz dazu besteht beim vorliegenden Gelenk keine derartige Gefahr. Das Drehmoment wird beim vorliegenden Gelenk, auf die Nadeln des Nadellagers übertragen und dann von · den Rollenkörpern auf die Lauf- j bahnen des Zwischenteiles. Es handelt sich dabei immer um. eine Abwälzbewegung, so dass die Reibung gering ist.

Die kugelige Fläche des kugeligen Körpers 3 und die innere Fläche der Ausnehmung am Ende der anderen Welle führen zwar miteinander ·eine kombinierte Abwälz- und Gleitbewegung aus. _; Diese Flächen sind jedoch nur kleinen Kräften unterworfen, die sich aus einem sekundären Moment wie bei einem Kardangelenk ergeben» Die dadurch entstandenen Reibungsverluste ' sind daher im Vergleich mit anderen Typen von homolcinetisehen Universslgelenken wesentlich kleiner, wobei gleichzeitig die Lebensdauer grosser ist, Wexm, eine axiale Kraft auf die V/eilen einwirkt, so wird sie von den kugeligen Flächen der Quer- Z-

teile und dei* Platten bzw» der Büchse aufgenommen, so dass ■ das Gelenk eine bedeutende, axiale Kraft übernehmen kann. Der ■ Winkel der Veiden Wellen kann bis 45^Q betragen, und ist somit int Vergleich wit anderen homokinetischen Gelenken gross.

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Ein weiterer Torteil besteht darin, dass die einzelnen Teile eine einfache, für Maesenhersteilung geeignete Form haben, leicht montiert und billig hergestellt werden können.

Schliesslich kann bei einem Kardangelenk nur eine geringe Menge von Schmierfett zur Schmierung verwendet werden, und zwar'die Menge, die vom Nadellager aufgenommen werden kann. Das vorliesende Gelenk ist hingegen zur Aufnahme einer grossen Menge von Fett in seinem Innenraum geeignet, so dass es für eine lange Dauer mit Fett versorgt werden kann. Dieser Umstand bildet ebenfalls einen bedeutenden Vorteil des vorliegenden Gelenkes. ,

Patentanwalt Dipl.-Ing. E. Eder München 13, Elisabathirr. 34

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   ί 1. lHomokinetisch.es Universalgelenk für eine ,kraftschlüssige Verbindung zweier Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wellen (1,2) Querteile mit daran ausgebildeten koaxialen Zapfen angeordnet sind, deren Achse die betreffende WeI-lenachs.e senkrecht schneidet, wobei an den Zapfen Rollenköp^rer (8, 8', 22, 22') drehbar gelagert sind, und die Querteile kugelige Flächen aufweisen, die in entsprechenden kugeligen Hohlflächen (11,.35) mindestens eines Zwischenteiles (10, "10', 2*0) gelagert" sind, welche die Qüerteile umschließen, an weichen sich die Hollenkörper (8, 8', 22, 2') entlang kreisförmiger Bahnen (12) abrollen, und daß eines der im Gelenk befindlichen Enden der Wellen die Form eines konvexen Rotationskörpers (3, 4-2) hat, unddaß das andere Wellenende eine dem Rotationskörper entsprechende Ausnehmung (4, 4-1) aufweist, die den. Rotationskörper bei allen im Betrieb auftretenden Winkelstellungen mit geringem Spiel umschließt, derart, daß bei' allen Winkelstellungen der beiden Wellen (1, 2) der Zwischenteil (10, 10', 20) jeweils immer in einer, gleichen Stellung gegen-, über der Symmetrieebene des Winkels gehalten wird, so daß auch die Winkelgeschwindigkeiten beider Wellen geweils im wesentlichen gleich sind, "-:.■-- ■
2. 2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenkörper (8, 8') eine äußere gewölbte Fläche aufweisen, und daß der Zwischenteil (10, 10') mit. bogenför-

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   migen Laufbahnen (12) mit der Form gewölbter Nuten ver- · ■ sehen ist.
3. 3. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die äußere Fläche der Rollenkörper (22, 22^r) eine leicht gewölbte zylindrische Fläche ist, daß die Bollenkörper an den Zapfen in axialer Richtung geführt sind und daß die Laufbahn des Zwischenteils (20) für die Rollenkörper (22, 22·) eben ist;
4. 4. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Wellenenden mit einem konvexen Rotationskörper versehen ist, dessen Umriß durch, eine zykloidale Kurve (42) gebildet ist, und daß das andere Wellenende"mit einer Ausnehmung versehen ist, die an ihrem Eingang eine ring» förmige Rotationsfläche aufweist, die durch die Drehung eines Bogen« (41) gebildet ist, wobei die beiden Wellenenden «inejader mit geringim Spiel umschließen»

   5, Gelenk öach Anspruch' 1 > dadu*cfc gekennzeichnet, <*»£ Zwischenteil, welch· dieRolleakörperr Cß^e^und Ne^en (9* ^) dlö? Cjufpteil« (6| 6¹) umsahUtßt, aus ^ilch·· . (14) jtöwi:·:*iM*k 3?ιι·ε voä ilutUin (10_f IQ · > welch· Ironlciir« ^iiftIflicntn (11) sowi· |«ufbaii»aett füi? 41«

   Pat«ntanft!t

   ^ingAE, Edtl

   München 13, EHW6ethtTT. 54

   9098A5/1153

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