DE1931446A1

DE1931446A1 - Homokinetisches Universalgelenk

Info

Publication number: DE1931446A1
Application number: DE19691931446
Authority: DE
Inventors: Hideo Okoshi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1969-06-20
Publication date: 1970-01-02
Also published as: US3592023A; FR2011735A1; GB1232898A; JPS5220625B1

Description

NIPPON SEIKO KABUSHIKI KAISHA ■ 18.6.1969

TOKYO« JAPAN

Vertreter: 1 9 31 A 4 6 Homokinetisches Universe!gelenk

Die Erfindung bezieht sich auf ein homokinetisches oder Konstantgeschwindigkeit-Universalgelenk derart» bei der Kugeln als Kraftübertragungsglieder Verwendung finden.

Ein herkömmliches Universalgelenk der beschriebenen Art hat eine solche Konstruktion, daß die Nuten für die Aufnähme der Kugeln in beiden Seitenflächen des Antriebsbzw. Abtriebjochs ausgebildet sind, wobei die Kugeln in diesen Nuten gehalten werden. Ein anderes bekanntes Gelenk der beschriebenen Art hat eine solche Konstruktion, daß ein äußeres Gelenkteil koaxial zu einem inneren Gelenkteil angeordnet ist und die innere kugelartige Fläche des äußeren Gelenkteils ist koaxial zur äußeren kugelartigen Fläche des inneren Gelenkteils ausgebildet. Zwischen dem Spalt, der durch diese zwei kugelartigen Flächen begrenzt wird, sind Malter angeordnet, und die Nuten in den kugelartigen Flächen des äußeren und inneren Gelenkteils sind längs ihrer Mitten exzentrisch ihrer Achsen ausgebildet für die Aufnahme der Kugeln in den Nuten.

Die Fehler des zuerst genannten Gelenks bestehen jedoch darin, daß beim übertragen von höheren Momenten zwischen

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dem Antriebs- und dem Abtrieb joch und bei Benutzung des Gelenks in einem hohen Umdrehungsbereich, die Joche die Neigung haben sich zu deformieren und radial zu divergieren} und die Joche können nicht den Axialdruck in der Richtung aufnehmen, in der die Joche voneinander sich im Abstand befinden, so daß ein Hilf smechanismus zum Einstellen der Richtungen der Achsen der Antriebs- und Abtriebswellen erforderlich ist.

Die Fehler des an zweiter Stelle genannten Gelenks sind die, daß der Halter mit einer hohen Genauigkeit bearbeitet werden muß, damit die Kugeln in der homokinetischen Ebene durch den Halter liegen. Die Festigkeit des Halters stellt ebenfalls ein ernstes Problem dar, weil das universalgelenk dieser Art einen Längsdruck aufnehmen kann, der zwischen dem Halter und den Gelenkteilen auftritt, aber weitere Axialdrucke werden auf die Kugeln ausgeübt im Fall einer Drehmomentübertragung· Die äußere und innere Fläche des Halters sind leicht empfänglich für Abnutzung und Verschleiß«, so daß schon eine geringe Abnutzung in radialer Richtung einen großen Spalt in axialer Richtung verursacht, wodurch in schädlicher Weise ein weicher Betrieb des Gelenks beeinträchtigt wird. Des weiteren ist die Schmierung der Flächen des Halters ausgesprochen schwierig. Weiterhin nehmen bei einem Arbeite- oder Übertragungswinkel,der einen Grenzwinkel überschreitet, nur zwei der sechs Ku-

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geln an der Drehmomentübertragung teil gemäß dem Prinzip des Universalgelenks dieser Art, so daß die Drehmomentübertragung plötzlich verringert wird. Darüberhinaus nuß eine Spezialmaschine für die Bearbeitung der Nuten für die Aufnahme der Kugeln des äußeren Gelenkteils verfügbar sein· In diesem Fall muß eine Schleifmaschine, die einen Schaft aufweist, der an seinem Ende in der Form einer Halbkugel mit sehr geringem Durchmesser gestaltet ist, so verwendet wden, daß die Welle der Schleifmaschine in einem hohen Umdrehungsbereich umläuft und die Lebensdauer der Schleifmaschine ist sehr kurz, wodurch unerwünschte Probleme bei der Bearbeitung auftreten.

Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht in der vollständigen Vermeidung aller dieser Nachteile, die bei dem Gebrauch und der Herstellung herkömmlicher Gelenke der beschriebenen Art auftreten. In einem Konstantgesohwindigkeits-UhiversiBlgelenk der vorliegenden Erfindung, sind ein äußeres und Inneres Gelenkteil wie im Fall des letztgenannten Gelenke angeordnet, um eine Deformation des Gelenks bei hohen Drehmomenten und hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten zu verhindern, aber es wird kein Halter benutzt, der zu Schmierungeproblemen führt, wie oben beschrieben wurde.

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Das Hauptziel der Erfindung wird erreicht durch eine besondere Kugelhaltenutenkonstruktion, die die Erzeugung von Kräften verhindert, die in axialer Richtung auf die Kugel wirken, die die Kugel gleichmäßig hält, auch wenn die Achsen der Gelenkteile mit einem großen Winkel zueinander abgewinkelt sind, und in der homo-.kinetischen Ebene (die Halbierungsebene, die einen Winkel zwischen den Achsen der beiden Teile halbiert).

Weiterhin ist kein Hllfsmechanismus zum Einhalten der Richtungen der Achsen der Teile erforderlich« Die Drehkraftübertragung wird niemals plötzlich verringert, auch wenn der Arbeite- oder Übertragungswinkel zwischen den Achsen der Teile vergrößert wird. Das homokinetische Universalgelenk gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt sogar verschiedene Merkmale und Vorteile, die nicht durch herkömmliche Gelenke der beschriebenen Art erreicht werden können. Das erfindungsgemäße Gelenk kann in einfacher Konstruktion kompakter Bauart und mit geringem Gewloht bei Vermeidung von hohen Kosten hergestellt werden·

Zusammenfassend, die Erfindung macht ein homokinetisches Universalgelenk verfügbar, bei dem ein äußeres Gelenkten koaxial zu einem inneren Gelenkteil angeordnet ist und die innere konkave kugelartige Fläche des äußeren Gelenkteils koaxial zur äußeren konveken kugelartigen Fläche des inneren Gelenkteils ausgebildet ist, wobei

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kein Halter Verwendung findet, wodurch Schmierungsprobleme vermieden werden. Gemäß der Erfindung werden die Kugeln für die Kraftübertragung in Nuten gehalten, die sich miteinander schneiden und in den beiden Teilen vorgesehen sind, und die Kugeln liegen in einer Ebene« die den Winkel zwischen den Achsen der Antriebs- und Abtriebswelle halbiert. Eine Hälfte des Arbeitswinkels P ist so ausgewählt, daß sie kleiner als der Winkel ς// der Schrägstellung ist, so daß die Drehmomentübertragung nicht plötzlich verringert wird. Der Querschnitt der Nut hat einen einfachen gewölbten Verlauf, so daß die Bearbeitung der Nuten sehr vereinfacht wird.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben werden. In diesen zeigen;

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen

Ausführungsform des Gelenks mit sechs Kugeln, die zur Kraftübertragung Verwendung finden wobei die Achsen der Antriebs- und Abtriebswelle miteinander ausgefluchtet sind;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie XI-II in Fig. 1 wobei das äußere Gelenkteil im Schnitt dargestellt ist;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der nach Fig. 2 längs der Linie III-III in Fig. 1|

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der nach Fig* 2 wobei zum Zwecke der Vereinfachung nur ein Paar

Nuten gezeigt sindj

Fig. 5 eine Erläuterung einer Ebene, die den geometlschen Ort der Mitte des Radius der Nut auf der Seite des inneren Gelenkteils enthält;

Fig. 6 eine erläuternde Ansicht, die die Anordnung der Nuten auf dem inneren Gelenkteil zeigt ;

Fig. 7 eine Schnittansicht, die die Querschnittgestalt der Nut darstellt;

Fig. 8 eine Ansicht, die die Stellungen der Kugeln erläutert, wenn die Achsen der Wellen zueinander abgewinkelt sind;

Fig. 9 und 10 Erläuterungsansichten, die die Kraftübertragung darstellen;

Fig.11 eine Ansicht zur Erläuterung des Schleifens der Nuten des Inneren Gelenkteils·

Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform besitzt drei Nutenpaare, d.h. sechs Nuten und sechs Kugeln, die bei der Kraftübertragung Verwendung finden. Ein fiißeres Gelenkteil 1 besitzt eine innere kugelartige Oberfläche 4 und ist mit einer Welle 8 verbunden. Wie in den Zeichnungen dargestellt 1st, kann das äußere Gelenkteil 1 aus einem Stück mit der Welle 8 bestehen oder durch Schrauben oder in ähnlicher Weis« an dieser befestigt sein. Ein inneres Gelenkteil 2 besitzt eine äußere konvexe Kugelartige Fläche 5, die dazu bestimmt ist, in dem Raum zu sitzen, der durch das äußere Gelenkteil 1 gebildet wird, und zwar in enger Abstandebeziehung mit der

inneren konkaven Fläche 4. Das innere Gelenkteil 2 1st mit einer anderen Welle 9 verbunden, durch eine Verzahnung» eine Keilnut oder ähnliches, die auf der Innenfläche ausgebildet sind. Die Anschlagringe 19 und 20 sorgen für eine Befestigung des inneren Gelenkteils 2 an der Welle 9· Die inneren und äußeren lugelartigen Flächen 4 und 5 sind mit Nuten versehen. Ite das Verstand· nie der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, ist nur ein Paar Nuten 6 und 7 in Fig. 1 gezeigt, aber in der Praxis sind drei Paare von Nuten 6 und 7 so angeordnet, daß sieVieioh einander schneiden. Eine Kugel ist in einem Nutenpaar angeordnet. Zwei Sätze von wahlweise ausgewählten drei Kugeln Übertragen die Kraft im Uhrzeigersinn bzw. gegen Uhrzeigersinn·

Die Querschnittegestaltungen der Nuten 6 und 7 längs der Ebene etwa rechtwinklig zur Richtung der Nuten sind in Fig. 7 gezeigt. Die Querschnittsgestalt ist ein Halbkreis mit einem Radius r etwas größer als der der Kugel 3. Die Querschnittegestaltungen sind jedoch unterschiedlich abhängig von der Lage in der der Querschnitt vorgenommen worden ist, wie in (a), (b) und (o) der Fig. 7 gezeigt 1st und verändert sich von einer runden Gestalt bis zu einer Ausbildung, die etwa einer U~förmigen Gestalt ähnlich ist. Der Grund dafür besteht darin, daß die Mitte des Kreisförmigen geometrischen Ortes nicht mit der Mitte der kugelartigen Fläche

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zusammenfällt, wie im einzelnen nachfolgend noch erläu·* tert werden soll. ,

In Fig. 4 sind die geometrischen Orte der Mitten der Radii der Nuten 6 und 7, die durch die gebrochenen Linien bzw. ausgezogenen Linien gezeigt sind, die Kreislinien 10 und 11, die Jede einen Radius R haben, der etwa gleich dem Radius der kugelartigen Zwlsohenfläche zwischen der inneren und äußeren kugelartigen Oberfläche 4 und 5 ist. (die Mitte des Radius der Nut ist in Fig. 7 ^M0"). Die Kreislinie 10 der Mitten des Radius der Nut 6 wird eingezeichnet in der Ebene 14, die In der Mitte 12, die den beiden Gelenkteilen gemeinsam 1st, die Achse 13 des äußeren Gelenktelle 1 unter einem Winkel #6 schneidet. Die Mitte 15 der Kreislinie 10 befindet sich am Schnitt einer Eben· (die Fläche des Papiers von Fig. 4), die die Achse 13 enthält und schneidet sich rechtwinklig mit der Ebene 14 und befindet sich in einem Abstand S von der Mitte der kugelförmigen Fläche. Auf der anderen Seite verläuft die Kreislinie 11 der Mitte des Radius der Nut 7 auf einer Ebene 17, die an der Mitte 12 der kugelartigen Fläche mit der Achse 16 des inneren Gelenkteile 2 In einer Richtung entgegengesetzt zu der der Ebene 14 mit einem Winkel o6 gleich deren Winkel el' sieh schneidet. Die Mitte 18 der Kreislinie 11 befindet sich am Schnitt einer Ebene (die Fläche des Papiers von Fig. 4), die sich recht-

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winklig mit der Ebene 17 schneidet und die Achse 16 enthält, die die Ebene 17 schneidet und tief Inet sich von der Mitte 12 der kugeligen Fläche in einem Abstand S in Richtung entgegengesetzt zur Mitte 15 der Kreislinie 10.

In Fig. 5 ist die Ebene 17» die in Fig. 4 als gerade Linie dargestellt ist, als Ebene zu sehen. Die Ebene 17 sehneidet an der Mitte 12 der kugelartigen Fläche die Achse 16 unter einem Winkeidt . Die Ebene 21 verläuft rechtwinklig zur Ebene 17 und enthält die Achse 16. Die Mitte 18 der Kreislinie 11 befindet sich von der Mitte 12 an der Schnittlinie zwischen den Ebenen 17 und 21 in einem Abstand S. Die Kreislinie 11 hat einen Radius R und liegt in der Ebene 17.

Die Nut 7 des inneren Gelenkteiles 2 kann ausgebildet werden durch Einstellung der Mitte ο des Radius der Nut 7 längs der Kreislinie 11 und durch Fräsen der Nut 7 mit einem Radius r. Die Nuten 7 werden somit ausgeformt, wie es durch ein Paar gerader Linien in Fig. 4 dargestellt ist.

Da die Mitte 18 der Kreislinie eich im Abstand S von der Mitte 12 der lugelartigen Fläche befindet, wird

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die Mitte 18 der Kugellinie des inneren Gelenkteile 2 in Fig· 4 nach links von der Bütte 12 der kugelartigen Fläche abgelenkt, so daß die Nut. 7 nach Innen von der Kreislinie 11 ausgebildet wird. Daher ist die Tiefe der Nut 7 auf der rechten Seite der Achse des inneren Gelenkteils 2 tiefer als auf der linken Seite· Das heißt, Fig. 7 (a), (b) und (o) zeigen, daß die Tiefe der Nut sich vergrößert, wenn die Nut von der linken Seit· der Achse zu der !echten Seite hin ausgebildet wird.

Fig. 6 dient zur Erläuterung der Anordnung der Nuten 7 des inneren Gelenkteils 2. Der Kreis 2¹ ist ein scheinbarer Kreis, der das rechte Ende der Flache des inneren Gelenkteile 2 zeigt· Dieser Kreis wird nicht der tatsächliche Kreis in der Praxis, well die Nuten 7 ausgebildet sind, wie es Fig. 1 zeigt. Eine Ebene 17a der Ebenen 17 schneidet sich mit diesen Kreis 2* an den Schnittstellen a und a^f. Das heißt, ein Paar der Nuten 7 wird ausgebildet auf den Seiten der Punkte a und a¹ durch den kreisförmigen geometrischen Ort 11a auf der Ebene 17a· In der gleichen Weise werden zwei Paare der Nuten ausgebildet durch die Ebenen 17b bzw. 17c, wodurch die Gesamtheit der drei Nutenpaare, d.h. 6 Nuten vorgesehen werden. Wenn die Punkte a, b und ο «it der Achse 16 in solcher weise verbunden werden, dad die Winkel a-16-b, b-16-o, und 4-16~a 120° werden, sind die seohfl Nuten 7 voneinander la gleichen Abstand in der Eben·

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angeordnet, die die Mitte 12 der kugelartigen Fläche enthält und sich rechtwinklig alt der Achse 16 schneidet. Die Nuten auf der Seite der Punkte a, b und c sind symmetrisch angeordnet (um 180°) in bezug auf die Nuten der Seite der Punkte a^f* b* und c* wobei diese Nuten in bezug aufeinander in entgegengesetzten Richtung verdrillt sind. Das ist in den Fig. 1,2 und 3 zu sehen· Wenn es erwünscht ist 9 Nutenpaare vorzusehen, kann der Winkel von 120° auf 72° verringert werden und 5 Ebenen müssen konstruiert werden.

Die Nuten 6 des äußeren Gelenkteils 1 können in der gleichen Weise ausgebildet werden, wie es unter Bezugnahme auf die Nuten 7 des inneren Gelenkteils 2 beschrieben worden ist. Wie Fig. 4 zeigt, wird die Kreislinie 10 nach rechts abgelenkt aufgrund der Abwinkelung gleich dem Winkel»! aber in einer Richtung entgegengesetzt zu der des krelslinlenfurmlgen geometrischen Orts im Fall des inneren Gelenkteils 2 und die Nut 6 ist außen ausgebildet in Richtung entgegengesetzt zu der der Nut 7» so daß die Tiefe der Nut 6 auf der rechten Seite der Achse des äußeren Gelenkteils 1 tiefer ist als im Fall der Nut 7 des inneren Gelenkteils 2.

Die Nuten 6 und 7 schneiden sich miteinander, wie in Fig. 4 gezeigt 1st und an diesem Schnitt ist eine Kugel 3

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angeordnet. Um die Montierung der Anordnung des inneren und äußeren Gelenkteils zu erleichtern und um eine Beeinträchtigung aufgrund der Kugel zu verhindern, kann das äußere Gelenkteil 1, wie· es in Fig. 2 gezeigt ist, eine Abschrägung 22 erfahren oder die Randteile zwischen den Nuten und den kugelartigen Flächen können weich abgekantet werden, um bei der Bearbeitung entstandene Grate zu entfernen und scharfe Kanten zu verhindern.

Als nächstes soll die Arbeltsweise der homokinetischen Unlversalgelenkkupplung der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.

Im Fall eines homokir.otlachen Gelenks muß die Kraftübertragung in der halbierenden Ebene erfolgen, dl· schräg mit den gleichen Winkeln relativ zu den Achsen der Antriebs- und Abtriebswellen verläuft. Wie unter Bezugnahne auf die Flg. 2, 3 und 4 beschrieben worden ist, liegt die Kugel 3, wenn die Achsen der beiden Wellen miteinander ausgefluchtet sind, in der senkrechten Eben·» die die Mitte 12 der kugelartigen Fläche enthält und senkrecht zu den Achsen. Wenn die Kugel 3a, die oberste Kugel in Fig. 3,nach rechts bewegt wird, übt die Kugel 3a eine Kraft auf die Fläche der rechten Seitenwand der Nut 7a aus, gesehen von der Welle 8, wobei bewirkt wird, daß das innere Gelenkteil 2 sich im Gegenuhrzeigersinn nach Flg. 1 relativ zu dem äußeren Gelenkteil 1 bewegt, weil die Nut 7a geneigt ist, relativ zu der Achse in

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der gleichen Richtung mit der der Nut 7, gezeigt in Fig. 1 und entgegengesetzt zur Richtung der Nut 6. In diesem Fall wird die Nut 7b unter der Nut 7a in Richtung entgegengesetzt zu der der Nut 7a verdreht» wobei die Kugel 3b sich nach links bewegen würde. Da aber in der Praxi* die Mitten 15 und 18 der Kreislinien von der Mitte 12 der kugebrtigen Fläche abgelenkt werden, steigen die Tiefen der Nuten 6 und 7 an, wenn sie nach links von der Achse vorrücken, so daß . die Kugel 3b sich nicht nach links bewegen kann· Daher liegen beide, die obere und die untere Kugel 3a bzw. 3b in der halbierenden Ebene, die mit den gleichen Y/inkeln relativ zu der Achse 13 des äußeren Gelenkteils und der Achse 16 des inneren Gelenkteils 2 schräg verläuft. In der gleichen Weise wArden alle Kugeln 3 ständig in der Halbierungsebene gehalten. Es ist zu ersehen, daß kein Halter in dem homokinetischen Universalgelenk der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, um die Kugeln in der Halbierungszone zu halten·

¥enn die Achse 13 des äußeren Gelenkteils 1, wie Fig.8 zeigt, mit der Achse 16 des inneren Gelenkteiie 2 bei einem Arbeitswinkel Q sich schneidet, werden die Kugeln in den Nuten 6 und 7 zu Stellungen bewegt, die die Schnittstellen der Kreislinien 10 und 11 der Mitten der Radii der Nuten 6 und 7 sind, d.h. die Stellungen befinden sich in einem gleichen Abstand von den Mitten 15 und 18 der Kreislinien. Da die Mitten 15 und 18

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im gleichen Abstand von der Mitte 12 der kugelartigen Fläche durch den Abstand S angeordnet sind, werden die Kugeln in der Halbierungsebene gehalten, die den Winkel zwischen den Achsen 13 und .16 der Wellen halbiert. Da die Nuten 6 und 7 verdrillt oder schräg verlaufend sind, wird die obere Kugel 3a in der Ebene des Zeichnungspapiers nach unten bewegt, während die Kugel 3b in der gleichen Ebene nach oben bewegt wird, aber beide Kugeln 3a und 3b bleiben in einem gleichmäßigen Abstand von den Mitten 15 und 18· Somit 1st zu ersehen, daß die notwendigen Bedingungen für die Erzielung einer Konstantgeschwindigkeits-Kraftübertragung in dem universalgelenk der vorliegenden Erfindung genügt wird·

Als nächstes soll die Art und V/eise der Drehkraftübertragung beschrieben werden. Die Gleit- und Rollreibung zwischen den Kugeln 3 und den Nuten 6 und 7 wird nicht berücksichtigt werden, well sie zu gering ist· Denn die Kraftübertragung wird bewirkt in der Richtung, die durch die Mitte der Kugel und innerhalb der Ebene,die die Mitte der Kugel enthält, sowie rechtwinklig zur Seitenfläche der Nut verläuft· In dem Universalgelenk der vorliegenden Erfindung 1st der geometrische Ort in Form einer Kreislinie der Mitte des Radius der Nut 7 des inneren Gelenkteils 2, wie Fig, 9 zeigt, ein Kreis, der mit einem Winkel cL relativ zur Achse 16 geneigt ist, die eine Mitte 18 aufweist Ib Abstand S von der

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Mitte 12 der kugelartigen Fläche. Daher wird die Kraftübertragung zwischen der Kugel und dem inneren Gelenkteil 2 nur in der Ebene bewirkt, die durch die Mitte 23 der Kugel 3 und die Mitte 18 geht und dich mit der Ebene 17 unter einem rechten Winkel schneidet. Die Kraftübertragung zwischen dem äußeren Gelenkteil 1 und der Kugel 3 wird nur in der Ebene bewirkt, die die Mitte 23 der Kugel 3 und die Mitte 15 enthält und sich mit der Ebene 14 rechtwinklig schneidet, weil der geometrische Ort in Form einer Kreislinie 10 der Mitte des Radius der Nut 6 ein Kreis ist, dessen Mitte ein Punkt ist, gezeigt bei 15. Die Richtung der zwischen der Kugel 3 und dem äußeren Gelenkteil 1 wirkenden Kraft muß ausgefluchtet sein mit derjenigen der Kraft, die zwischen dem inneren Gelenkteil 2 und der Kugel 3 wirkt, wobei die Schnittlinie 24-23 zwischen der KraftUbertragungsebene zwischen dem äußeren Gelenkteil 1 und der Kugel 3 und der KraftUbertragungsebene zwischen dem inneren Gelenkteil 2 und der Kugel 3 die Richtung der Kraftübertragung zwischen dem äußeren und dem inneren Gelenkteil 1 und 2 erhält. Die Berührungspunkte zwischen der Kugel 3 und den Nuten 6 und 7 sind die Schnittstellen dieser Linie 23-24 mit den Nuten, d.h. die Berührungspunkte 25 und 26. Da die Neigungswinkel der Achsen des inneren und des äußeren Gelenkteils gleich sind, d.h. oL und die Mitten ihrer geometrischen Orte der Mitten der Radii der Nuten von beiden Teilen um den gleichen Abstand S von der Mitte 12 entfernt sind, liegen die Punkte 23J 24; 25

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und 26 Immer In der Halbierungsebene, die den Winkel zwischen den Achsen 13 und 16 halbiert. Diese Linie 23-24 verläuft schräg um 9 relativ zu der Linie 23-12, die die Mitte 23 der Kugel und die Mitte 12 der Kugelartigen Fläche verbindetο Soweit wie der Winkel eine Hälfte des Arbeitswinkelsß innerhalb des Bereiche geringer als der Winkel -oC der Neigung liegt, ändert der genannte Winkel θ nicht seine Richtung in welcher Richtung der Arbeitswinkel β auch sein kann. Diese vorstehende Erläuterung ist wichtig für das Verständnis der Drehkraftübertragung durch das Universalgelenk der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 10 ist zu sehen, daß die Richtung des Winkels θ der Kugel 3b,die der Kugel 3a gegenüberliegend angeordnet ist,auch entgegen der Richtung β der Kugel 3a verläuft. Es soll angenommen werden, daß dl· Welle 9 eine Antriebswelle ist und ein Drehmoment im Uhrzeigersinn übertragen werden soll. Dann kann die obere Kugel 3a das Drehmoment übertragen, während die untere Kugel 3b es nicht vermag. Das ist auch der Fall für die anderen Kugeln in den anderen Nuten. Das heißt, nur eine Hälfte aller Kugeln, die in den Nuten angeordnet sind, schräg verlaufend in der gleichen Richtung wie die obere Nut in Fig. 3 kann die Kraft übertragen. Andererseits kann bei der Kraftübertragung in entgegen-

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gesetzter Richtung die andere Hälfte der Kugeln, die in den Nuten angeordnet sind, die schräg verlaufen in einer Richtung entgegengesetzt zu der der obigen Nut, d.h. in den Nuten, die eine Neigung © in entgegengesetzter Richtung aufweisen, die Kraft übertragen.

Die auf die Kugel 3a und die anderen zwei Kugeln wirkenden Kräfte sind mit F₁? F₂ bzw. F* bezeichnet, und die Abstände zwischen der Mitte der kugelartigen Fläche und den Linien 23-24, die die Richtung der Kräfte anzeigen, sind entsprechend mit L₁, L₇ und L? bezeichnet. Dann wird das Übertragene Drehmoment

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Die Kräfte F₁J F₂ und F, liegen in der Halbierungsebene, die den Winkel zwischen den Achsen 13 und 1$ schneidet. In dieser Ebene sind diese Kräfte im Gleichgewicht, so daß keine Kraft aufgrund der Drehkraftübertragung zwischen der inneren konkaven kugelartigen Oberfläche 4 des äußeren Gelenkteils und der äußeren konvexen kugelartigen Oberfläche 5 des inneren Gelenkteils wirkt. Daher wird keine Wärme und kein Abrieb zwischen diesen beiden kugelaifcLgen Flächen erzeugt. Weiterhin wird die Richtung des Winkels Q nicht umgekehrt soweit wie die eine Hälfte des Arbeitswinkels ρ innerhalb des Winkels oL der Neigung sich befindet, so daß wenn der Neigungswinkel oC einen Wert annimmt, der genü-

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gend größer ist als der Winkel, dessen Betrag der halbe Arbeitswinkel β ist, so tritt keine plötzliche Abnahme der Drehkraftübertragung ein.

Als nächstes soll das Verfahren für die Bearbeitung des Universalgelenks nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 11 beschrieben werden, die ein Verfahren zum Schleifen der Nut 7 des inneren Gelenkteils 2 veranschaulicht. Das innere Gelenkteil 2 wird um die Achse 27 gedreht, die in der Mitte der Kreislinie 11 sich mit der Ebene 17 schneidet, die die Kreislinie 11 der Mitte des Radius der Nut 7 enthält, während ein Schleifrad 28, das sich um die Achse 29 dreht, parallel zur Achse 27, in Berührung mit dem inneren Gelenkteil gebracht wird, wobei die Nut ausgeschliffen wird. Burch Ausformen und Abdrehen des Schleifrades 28,um genau mit der Gestalt der Nut übereinzustimmen, die den Radius r aufweist, kann ein Nutenpaar genau ausgebildet werden. In der gleichen Weise können zwei oder vier Nutenpaare alle im gleichwinkligen Abstand zueinander und um die Achse 16 ausgebildet werden· In dieser gleichen Art und Weise können auch die Nuten des äußeren Gelenkteils ausgeformt werden, aber in diesem Fall ist das Innenschleifen entgegengesetzt zum Außenschleifen der Nuten des inneren Gelenkteils durchzuführen. Das Schleifverfahren, wie oben beschrieben, ist im wesentlichen gleich dem beim Ausbilden der Außen- und Innedaufringe gewöhnlicher Kugellager, so daß keine

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besonderen Schwierigkeiten bei der Bearbeitung der Nuten dieses Universalgelenks auftreten. .

Die mit dem homokinetischen Universalgelenk gemäß der vorliegenden Erfindung erreichten Vorteile sind die folgendent

(A) Bas Gelenk umfaßt ein äußeres und inneres Gelenkteil 1 bzw. 2 und Kugeln, die in den sich einander schneidenden Nuten 6 und 7 gehalten werden, so daß die Konstruktion einfach ist, ohne die Verwendung eines Halters und es treten keine Störungen aufgrund des Verschleißes oder der Abnutzung des Halters auf.

(B) Bie Richtungen der Achsen können bestimmt werden nur durch Einsetzen der äußeren konvexen kugelartigen Oberfläche 5 In die innere konkave kugelartige Oberfläche 4, so daß die Achsenrichtung haltende Einrichtungen nicht erfonbrlioh sind.

(C) -Da die Kugeln in der Halbierungsebene liegen, die den Winkel zwischen den Achsen der Antriebs- und Abtriebswelle schneidet, wird eine vollständige Konstantgeschwindigkeits- oder homokinetische Kraftübertragung bewirkt.

(D) Die Kräfte sind immer im Gleichgewicht in der genann-

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ten Halblerungsebene, so daß keine Kräfte auf die kugelartigen Flächen dee äußeren oder inaeren Gelenk te XLs ein- bzw. zweiwirken. Daher erfolgt keine Värmetntwicklung und es tritt keine Abnutzung und kein Versohlt iß an den beiden kugelartigen Flächen auf und es entsteht kein abruptes Abnehmen der DrehkraftUbertragungswirkung, sogar bei einem großen Arbeitswinkel β ·

(E) Da die Kraftübertragung durch eine Hälfte der Kugel bewirkt werden kann, wird die Drehmomentübertragung nicht plötzlich verringert, auch wenn der Arbeitswinkel β größer wird.

(F) Da die Kraftübertragung nicht plötzlich verringert wird,wie oben unter (D) und (E) beschrieben worden ist, soweit wie der die Hälfte des Arbeitewinkels β betragende Winkel geringer als der Neigungswinkel οι ist, kann der Arbeitswinkel /3 leicht über 40° vergrößert werden durch Vergrößerung des Neigungswinkel· 06 $ so daß das komokinetische Universalgelenk der vorliegenden Erfindung vorteilhaft Anwendung finden kann, wenn tin großer Arbeitswinkel β erforderlich ist.

(G) Es ist kein Raum erforderlich für die Zwiflchenanordnung eines Halters zwischen dem äußeren Gelenkteil 1 und dem inneren Gelenkteil 2, so daß das homokinetisohe Universalgelenk der vorliegenden Erfindung eine gedrungene

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Größe hat und ein geringes Gewicht aufweist.

(H) Da die Querschnittgestalt der Nuten 6 und 7 eine einfache Bogenkrtlmmung ist, wird die Bearbeitung dieser Nuten sehr erleichtert. Das heißt, die Ausbildung, das Abdehen und Aufarbeiten des Schleifrades ist leicht. Es können nur die Gelenkteile 1 und 2 während des Schleifvorganges gedreht werden und ein Schleifrad mit größerem Durchmesser kann in vorteilhafter Weise mit vergrößertem Wirkungsgrad Verwendung finden.

(I) Die Nutenpaare 7, die in der kugelärtigen Oberfläche des inneren Gelenkteils 2 ausgebildet sind, sind symmetrisch und längs des Umfangs der Kugelartigen Fläche mit dem maximalen Radius vorgesehen, so daß der Zusammenbau des äußeren und inneren Gelenkteils und der Kugeln beträchtlich erleichtert wird.

In der Ausführungsform wurde die Mitte 15 der Kreislinie dargestellt als auf der rechten Seite der Mitte 12 der kugelartigen Fläche angeordnet, wie Fig. 4 zeigt, während die andere Mitte 18 der anderen Kreislinie als auf der linken Seite der Mitte 12 angeordnet gezeigt ist. Diese Mitten 15 und 18 können in ihrer Stellung umgekehrt werden im Fall, daß das äußere Gelenkteil 1 nicht in einem Stück an die Welle 8 angeformt ist.

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Claims

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Patentanspruch

ί1.jHomokinetisches Universalgelenk mit wahlweise als An- bzw. Abtriebsteil wirkendem äußeren Gelenkteil und inneren Gelenkteil, wobei das äußere Gelenkteil mit einer inneren konkaven kugelartigen Oberfläche und das innere Gelenkteil mit einer äußeren konvexen kugelartigen Oberfläche versehen ist und zwischen den beiden Gelenkteilen Kraftübertragungsglieder angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftübertragungsglieder eine Vielzahl von Kugeln (3) in einem Nutenpajtr (6j 7) angeordnet sind, wobei eine Nut (6) in der kugelartigen Oberfläche (4) des äußeren Gelenkteils (1) ausgebildet 1st in vorbestimmter gegensätzlicher Beziehung zu der anderen Nut (7), die in der kugelartigen Oberfläche (5) des inneren Gelenkteils (2) ausgebildet ist, daß der Querschnitt eines jeden Nutenpaares (6j 7) halbrund ist mit einem Radius (r),der etwas größer als der der Kugel (3) ist, daß Jeder geometrische Ort, der durch die Mitten der Radii der Nutenpaare (6, 7) eine Kreislinie (10; 11) ist, mit einem Radius, der etwa gleich dem Radius der Fläche zwischen dem äußeren (1) und inneren Gelenkteil (2) ist, daß eine Kreislinie (10) der Mitte des Radius der einen Nut in einer ersten Ebene liegt, die an der ^ Mitte, die den beiden kugelartigen Flächen gemeinsam ist, sich mit der Achse des äußeren Gelenkteils (1).

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unter einem Winkel schneidet, daß die erste Mitte dieser einen Kreislinie an der Schnittstelle der Ebene mit einer Ebene angeordnet ist, die rechtwinklig die erste Ebene schneidet und die Achse enthält und von der Mitte in einem Abstand verläuft, daß der andere geometrische Ort in Form einer Kreislinie (11) der Mitte des Radius der anderen Nut in einer zweiten Ebene liegt, die sich mit der Achse des inneren Gelenkteile (2) mit dem gleichen Winkel schneidet wie der Winkel der ersten Ebene in entgegengesetzter Richtung zu dieser, daß die zweite Mitte der anderen Kreislinie (11) an der Schnittstelle der zweiten Ebene mit einer Ebene angeordnet ist, die rechtwinklig die zweite Ebene schneidet, und die Achse enthält und von der Mitte entfernt ist, um den genannten Abstand in gegengesetzter Richtung zur ersten Mitte der einen Kreislinie (10), daß ein Nutenpaar längs einer der Kreislinien (10;11) entweder im äußeren (1) oder inneren Gelenkteil (2) ausgebildet ist, daß drei oder fünf solcher Nutenpaare in den kugelartigen Oberflächen (4;9) der äußeren (1) und inneren ({lenktelle (2) in solcher Weise ausgebildet sind, daß drei oder fünf Nutenpaare im gleichen Abstand voneinander in einer Ebene sich befinden, die die Mitte (12) der Gelenktelle enthält und rechtwinklig die Achse schneidet und daß jede der Kugeln (3) In einer Schnittstelle der Nuten (6; 7) angeordnet ist, die sich miteinander kreuzen.

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