DE2801114B1 - Constant velocity swivel - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk mit einem äußeren hohlen Gelenkkörper, in dessen Innenwand Rillen angebracht sind, einem in dem äußeren Gelenkkörper angeordneten inneren Gelenkkörper, der in seiner Außenwand eine der Anzahl der Rillen im äußeren Gelenkkörper entsprechende Anzahl von Rillen aufweist, wobei jeweils eine Rille des äußeren so und des inneren Gelenkkörpers sich kreuzen und gemeinsam eine der Drehmomentübertragung dienende Kugel aufnehmen, wobei die Kugeln in radial offenen Fenstern eines zwischen innerem und äußerem Gelenkkörper angeordneten Käfigs in einer Ebene, die den Winkel zwischen den Achsen von innerem und äußerem Gelenkkörper halbiert, rechtwinkelig zur Achse des Käfigs gehalten sind und sich die Fenster jeweils über einen Teil des Umfangs des Käfigs erstrecken.The invention relates to a constant velocity universal joint with an outer hollow joint body in which Inner wall grooves are attached, an inner joint body arranged in the outer joint body, the number corresponding to the number of grooves in the outer joint body in its outer wall of grooves, a groove of the outer so and the inner joint body crossing each other and jointly take up a ball used for torque transmission, the balls in radially open Windows of a cage arranged between the inner and outer joint body in a plane that defines the Angle between the axes of the inner and outer joint body halved, perpendicular to the axis of the Cage are held and the windows each extend over part of the circumference of the cage.
Bei derartigen Gelenken, bei denen der innere «> Gelenkkörper eine Relativbewegung zum äußeren Gelenkkörper ausführen kann, ist es notwendig, daß die axiale Verschiebung durch Anschläge begrenzt wird. Diese axiale Begrenzung ist deshalb notwendig, damit bei extremen Belastungen wie z. B. das Aufbocken des Fahrzeuges eine selbständige Demontage des Gleichlaufdrehgelenkes verhindert wird. Darüber hinaus sollen die entstehenden Axialkräfte an den Endpunkten der Verschiebestrecke vom Käfig auf den inneren bzw. auf den äußeren Gelenkkörper übertragen werden.In those joints in which the inner joint body moves relative to the outer joint Can perform joint body, it is necessary that the axial displacement is limited by stops. This axial limitation is therefore necessary so that under extreme loads such. B. jacking up the Independent dismantling of the constant velocity universal joint is prevented. In addition, should the resulting axial forces at the end points of the displacement path from the cage to the inner or to the transferred to the outer joint body.
Es sind Gelenke bekannt (DE-PS 12 11 871, DE-PS 12 32 411), bei denen eine Abstützung des inneren Gelenkkörpers gegenüber dem Käfig dadurch erfolgt, daß dieser in einem Abstand zum Käfig angeordnet ist und die Außenfläche des inneren Gelenkkörpers eine mit demselben Radius wie die Innenfläche des Käfigs aufweisenden Kugelfläche besitzt Hierdurch wird an den Endpunkten der Verschiebestrecke eine flächenhafte Abstützung des Käfigs am inneren Gelenkkörper erreicht Wird die Käfiginnenfläche weitgehend zylindrisch ausgeführt, so ergibt si* ein Anschlag, der bei diesen Gelenken, die mit sich kreuzenden Bahnen versehen sind, durch die Fensterlänge in Umtangsrichtung des Käfigs erzeugt wird, und zwar so, daß bei Verschiebung des inneren Gelenkkörpers zum äußeren Gelenkkörper sich die Kugeln am Minelsteg des Käfigs der zwischen zwei benachbarten Käfigfenstern angeordnet ist sich abstützen. Anschläge der ersten Ausführungsform, bei denen sich der innere Gelenkkörper in axialer Richtung am Käfig abstützt besitzt den Nachteil, daß die Verschiebewege nicht maximal ausgenutzt werden können. Die Anschläge, die der zweiten Ausführungsform entsprechen, bei denen die Kugeln sich an den Mittelstegen des Käfigs abstützen, sind nicht geeignet, hohe Kräfte aufzunehmen, so daß schon bei mittleren Belastungen Käfigbrüche zu verzeichnen sind.There are joints known (DE-PS 12 11 871, DE-PS 12 32 411), in which a support of the inner Joint body relative to the cage takes place in that it is arranged at a distance from the cage and the outer surface of the inner joint body is one with the same radius as the inner surface of the cage has a spherical surface that is flat at the end points of the displacement path The cage is supported on the inner joint body. The inner surface of the cage is largely cylindrical carried out, it results in a stop, which in these joints, the intersecting paths are provided by the window length in the circumferential direction of the cage is generated, in such a way that when the inner joint body is displaced to the outer Joint body, the balls are arranged on the mini bar of the cage between two adjacent cage windows is prop up. Stops of the first embodiment, in which the inner joint body supported in the axial direction on the cage has the disadvantage that the displacement is not maximum can be exploited. The attacks that correspond to the second embodiment, in which the Balls are supported on the central webs of the cage, are not suitable for absorbing high forces, so that Cage breakage can be observed even with moderate loads.
Darüber hinaus sind Anschläge bekannt (FR-PS 14 36 511, DE-Gtfii 19 51360), bei denen der innere Gelenkkörper am äußeren Gelenkkörper sich abstützt und somit einen Anschlag bildet, jedoch handelt es sich hierbei lediglich um eine Winkelbegrenzung, da diese Art von Gelenken keine axialen Verschiebungen zwischen dem inneren Gelenkkörper zum äußeren Gelenkkörper ausführen kann.In addition, attacks are known (FR-PS 14 36 511, DE-Gtfii 19 51360), in which the inner Joint body is supported on the outer joint body and thus forms a stop, but it is here only about an angle limitation, since this type of joint does not have any axial displacements can run between the inner joint body to the outer joint body.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung bei einem Verschiebegelenk, einen Anschlag zu schaffen, so daß bei voller Ausnutzung des gesainten Verschiebeweges eine sichere axiale Abstützung bei jedem Beugewinkel erreicht werden kann.Proceeding from this, it is the object of the invention in a sliding joint to create a stop, see above that with full utilization of the entire displacement path, a secure axial support at every flexion angle can be reached.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der äußere Gelenkkörper konzentrisch zur Drehachse Anschlagflächen aufweist die mit entsprechenden Gegenflächen des inneiren Gelenkkörpers oder dessen Welle zusammenarbeiten, wobei die Anschlagflächen Krümmungsradien aufweisen, die auf einem in einer senkrecht zn Drehachse; und den Kugelmittelpunkt einer sich in Endposition befindlichen Kugel enthaltenden Ebene liegenden Kreis beginnen.According to the invention, this object is achieved by that the outer joint body has stop surfaces concentric to the axis of rotation with the corresponding Opposite surfaces of the inner joint body or its shaft work together, the stop surfaces Have radii of curvature which on one in a perpendicular zn axis of rotation; and the center of the sphere begin a circle containing a plane containing the ball in the end position.
Vorteilhaft bei dieser Ausbildung ist, daß bei Ausnutzung der gesamten Verschiebung zwischen den beiden Gelenkkörpern die auftretenden Axialkräfte voll abgefangen werden können, ohne daß diese zur beschädigung des Gelenkes führen. Die somit erreichte Käfigentlastung führt zu einer höheren Bruchsicherheit.The advantage of this design is that when the entire displacement between the both joint bodies, the axial forces occurring can be fully absorbed without this to damage the joint. The cage relief achieved in this way leads to greater resistance to breakage.
Bei Verschiebegelenken, die hauptsächlich im zusammengeschobenen Zustand in der entsprechenden Endlage arbeiten und dann auf Druckbelastung beansprucht werden, ist nach einem weiteren wesentlichen Merkmal vorgesehen, dall die Anschlagfläche als ringförmige Ausnehmung ausgebildet ist und an der Stirnfläche im Hohlraum des äußeren Gelenkkörpers angeordnet ist.With sliding joints, which are mainly in the collapsed state in the corresponding Working end position and then being subjected to pressure load, is after another essential Feature provided that the stop surface is designed as an annular recess and on the End face is arranged in the cavity of the outer joint body.
Es wird hierdurch erreicht daß die auftretenden Druckkräfte auf den Käfig nunmehr durch den vorgeschlagenen Anschlag im Innenraum des Gleich-It is thereby achieved that the compressive forces occurring on the cage now through the proposed stop in the interior of the same
laufdrehgelenkes aufgenommen werden und somit eine Käfigentlastung erreicht wird.running swivel joint and thus a Cage relief is achieved.
Bei Verschiebegelenken, die hauptsächlich in dem Bereich arbeiten, der in der entsprechenden Endlage der Kugeln einer Verlängerung der Antriebswelle entspricht und bei denen dann Axialkräfte als Zugkräfte wirken, ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß die Anschlagfläche als ringförmiges Element ausgebildet und im Öffnungsbereich des äußeren Gelenkkörpers angeordnet ist Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung, daß die auftretenden Kräfte in Zugrichtung einwandfrei beherrscht werden und jegliche Belastung des Käfigs vermieden wird. Dies führt zu einer Steigerung der Lebensdauer, wobei die Verminderung der auf den Käfig wirkenden Kräfte ausschlaggebend istWith sliding joints that mainly work in the area that is in the corresponding end position of the Balls corresponds to an extension of the drive shaft and in which axial forces then act as tensile forces act, it is provided according to a further embodiment that the stop surface as an annular element is formed and arranged in the opening area of the outer joint body is advantageous in this Execution that the forces occurring in the direction of pull are perfectly controlled and any load of the cage is avoided. This leads to an increase in the service life, while the reduction the forces acting on the cage are decisive
Bevorzugte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt Es zeigtPreferred embodiments according to the invention are shown schematically in the drawings shows
F i g. 1 ein Gleichlaufdrehgelenk mit einer ringförmigen Ausnehmung im Innenraum zur Aufnahme von Druckkräften,F i g. 1 a constant velocity universal joint with an annular recess in the interior for receiving Compressive forces,
F i g. 2 ein Verschiebegelenk im Prinzip wie in F i g. 1 dargestellt jedoch mit einer weiteren Variante eines Anschlages zur Aufnahme von Druckkräften,F i g. 2 a sliding joint in principle as in FIG. 1 shown, however, with a further variant of a stop for absorbing compressive forces,
Fig.3 ein Gleichlaufverschiebegelenk, dessen Anschlag zur Aufnahme von Zugkräften ausgebildet ist3 shows a constant velocity displacement joint, the stop of which is designed to absorb tensile forces
Fig.4 ein Winkel-Weg-Diagramm, in dem schematisch die Beziehung zwischen Beugewinkel und Verschiebeweg aufgezeigt ist4 shows an angle-path diagram in which, schematically the relationship between flexion angle and displacement is shown
Bei dem in F i g. 1 dargestellten Gleichlaufdrehgelenk handelt es sich um ein Gelenk, welches bei frontangetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Es dient dazu, um von einem Antriebsaggregat ein Drehmoment von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle zu übertragen oder von einer Abtriebswelle auf ein Fahrzeugrad. Weitere Anwendungsgebiete sind im allgemeinen Maschinenbau zum Antrieb von Nebenaggregaten oder im Schiffsbau zu sehen.In the case of the FIG. 1 is a constant velocity joint shown in front-wheel drive Motor vehicles can be used. It is used to get from a drive unit To transmit torque from a drive shaft to an output shaft or from an output shaft on a vehicle wheel. Further areas of application are in general mechanical engineering for driving Ancillary units or to be seen in shipbuilding.
Das in F i g. 1 gezeigte Gleichlaufdrehgelenk besteht im wesentlichen aus dem äußeren Gelenkkörper 1, in dessen zylindrischer Bohrung 2 Rillen 3 angeordnet sind. In der zylindrischen Bohrung 2 befindet sich der innere Gelenkkörper 4, der mit der Antriebswelle fest verbunden ist und auf dessen Außenfläche ebenfalls Rillen 5 angeordnet sind, jeweils eine Rille 3 und 5 des äußeren Gelenkkörpers 1 und des inneren Gelenkkörpers 4 kreuzen sich (in der Skizze sind die Rillen in die Zeichenebene geklappt durgestellt) und nehmen eine der Drehmomentübertragung dienende Kugel 6 auf. Zwischen innerem Gelenkkörper 4 und der Bohrung 2 des äußeren Gelenkkörpers 1 befindet sich der Käfig 7, welcher über seinen Umfang verteilte Fenster 8 aufweist, in denen die Kugeln 6 gehalten werden und der darüber hinaus die Kugeln 6 in die Winkelhalbierende Ebene steuert Zur Abdichtung des Gelenkinnenraumes dient der Faltenbalg 9, der auf der Antriebswelle und am äußeren Gelenkkörper 1 befestigt ist.The in Fig. 1 consists essentially of the outer joint body 1, in whose cylindrical bore 2 grooves 3 are arranged. In the cylindrical bore 2 is the inner one Joint body 4, which is firmly connected to the drive shaft and also on its outer surface Grooves 5 are arranged, each a groove 3 and 5 of the outer joint body 1 and the inner joint body 4 cross each other (in the sketch the grooves are folded into the plane of the drawing) and take one the torque transmission serving ball 6. Between the inner joint body 4 and the bore 2 of the outer joint body 1 is the cage 7, which windows 8 distributed over its circumference has, in which the balls 6 are held and in addition, the balls 6 in the bisector Plane controls To seal the interior of the joint, the bellows 9, which is on the drive shaft and on the outer joint body 1 is attached.
Der äußere Gelenkkörper 1 besitzt konzentrisch zu seiner Drehachse 10 eine Anschlagfläche 11, die mit einer entsprechenden Gegenfläche 12 zusammenarbeitet Sowohl die Anschlagfläche U wie auch die Gegenfläche 12 sind rotationssymmetrisch ausgebildet wobei die Anschlagfläche 11 als ringförmige Ausnehmung im Innenraum des äußeren Gelenkkörpers 1 angeordnet ist und Hie entsprechende Gegenfläche 12 durch eine ringförmige Fläche an der Stirnseite des inneren Gelenkkörpers i verläuft. Der kurvenförmige Verlauf der Anschlagfläche 11 wird durch einen Radius gebildet, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Kugeln 6 identisch ist, wobei sich diese in Etidpositicn auf der der Stirnfläche des äußeren Gelenkkörpers 1 zugewandten Seite befindet Die Gegenfläche 12 besitzt einen derartigen kurvenförmigen Verlauf, der dem der Ansatzfläche 11 entspricht Da der Erzeugungsradius (R) eine rotationssymmetrische Anschlagfläche 11 erzeugt ist dieser auf einem Kreis 14, der rechtwinkelig zur Drehachse 10 verläuft, angeordnetThe outer joint body 1 has a stop surface 11 concentric to its axis of rotation 10, which works together with a corresponding counter surface 12. Both the stop surface U and the counter surface 12 are designed to be rotationally symmetrical, the stop surface 11 being arranged as an annular recess in the interior of the outer joint body 1 and here corresponding counter surface 12 runs through an annular surface on the end face of the inner joint body i . The curved course of the stop surface 11 is formed by a radius whose center is identical to the center of the balls 6, which is located in Etidpositicn on the side facing the end face of the outer joint body 1 corresponds to the attachment surface 11 Since the generation radius (R) generates a rotationally symmetrical stop surface 11, it is arranged on a circle 14 which runs at right angles to the axis of rotation 10
Das in Fig.2 gezeigte Gleichlaufdrehgelenk ist ebenfalb als Verschiebegelenk ausgebildet entsprechend dem in F i g. 1 gezeigten, jedoch mit dem Unterschied, daß die Anschlagfläche 11 in einer Bohrung 15 angeordnet ist Die Anschlagfläche U verläuft ebenfalls bogenförmig, wobei wiederum der Erzeugungsradius (R) einen Mittelpunkt aufweist der mit dem Mittelpunkt einer Kugel 6 id entisch ist die sich in der Endposition befindet Die mit der Anschlagfläche 11 zusammenarbeitende Gegenfläche 12 weist entsprechend der in F i g. 1 gezeigten, ebenfalls einen kurvenförmigen Verlauf auf, der den Radius der Anschlagfläche 11 entspricht Durch diese Maßnahme ist gewährleistet daß die volle Verschiebung des Gelenkes ausgenutzt werden kann, ohne daß die Druckkräfte, die während des Betriebes entstehen, auf den Käfig übertragen werden, denn bei einer entsprechenden Abwinkelung greift die Gegenfläche 12 in die Anschlagfläche 1 und verhindert somit eine Kraftübertragung auf den Käfig.The constant velocity swivel joint shown in FIG. 2 is also designed as a sliding joint corresponding to that in FIG. 1, but with the difference that the stop surface 11 is arranged in a bore 15. The stop surface U also runs in an arc shape, the generating radius (R) again having a center point which is identical to the center point of a ball 6 which is in the end position The opposing surface 12 cooperating with the stop surface 11 has, corresponding to the one shown in FIG. 1, also has a curved profile that corresponds to the radius of the stop surface 11. This measure ensures that the full displacement of the joint can be used without the pressure forces that arise during operation being transferred to the cage, With a corresponding bend, the opposing surface 12 engages in the stop surface 1 and thus prevents force transmission to the cage.
Das in Fig.3 gezeigte Gelenk besitzt zu der Anschlagfläche 12 sowie dessen Gegenfläche 11 noch einen weiteren Anschlag, der zur Begrenzung der Zugkräfte dient Dieser Anschlag ist als ringförmiges Element 16 ausgebildet Dieses ringförmige Element 16 besitzt zu seiner Mitte hin gerichtet eine weitere Anschlagfläche 17, die der Aufnahme von Zugkräften dient deren Erzeugungsradius (R) einen Mittelpunkt aufweist der ebenfalls mit dem Mittelpunkt einer Kugel 6 identisch ist jedoch ist diese in der entgegengesetzten Endposition angeordnet Da es sich auch bei dieser Flä'.'he um eine rotationssymmetrische Fläche handelt ist der Mittelpunkt des Erzeugungsradius (R) ebenfalls auf einem Kreis 14 angeordnet der rechtwinkelig zur Drehachse 10 verläuft Die entsprechende Gegenfläche IS äst auf der dem öffnungsbereich IS zugewandten Seite des äußeren Gelenkkörpers 1 angeordnet Auch diese Gegenfläche 18 hat einen derartigen kurvenförmigen Verlauf, der mit dem Erzeugungsradius (R) übereinstimmt Wird das Gelenk auf Zugkraft beansprucht das heißt im Sinne einer Verlängerung der Antriebswelle, so wird diese Zugkraft durch das ringförmige Element 16 aufgenommen und somit die Käfighplastung vermindertThe joint shown in FIG. 3 has a further stop in addition to the stop surface 12 and its counter surface 11, which serves to limit the tensile forces. This stop is designed as an annular element 16. which is used to absorb tensile forces whose generating radius (R) has a center point that is also identical to the center point of a ball 6, but this is arranged in the opposite end position The center of the generation radius (R) is also arranged on a circle 14 which runs at right angles to the axis of rotation 10 The corresponding counter surface IS branches out on the side of the outer joint body 1 facing the opening area IS This counter surface 18 also has a curved shape of this type, which corresponds to the generation radius ( R) will match that The joint is subject to tensile force, that is to say, in the sense of an extension of the drive shaft, this tensile force is absorbed by the annular element 16 and thus the load on the cage is reduced
Die F i g. 4 zeigt ein Diagramm, in der die Beziehung zwischen dem Beugewinke! und dem Verschiebtweg eines Gleichlaufverschiebegelenkes schematisch aufgezeichnet ist Es ist auf der X-Achse der Verschiebewege aufgetragen, wobei sich von Null ausgehend, in positiver Richtung, eine Vei längerung und in negativer Richtung eine Verkürzung der Antriebswelle handelt Auf der V-Achse dagegen ist der Beugewinkel des Gelenkes aufgetragen. Bei der Begrenzungslinie i, die auf beiden Seiten der positiven sowie auf der negativen Verschiebung auf der X-Achse zu finden ist handelt es sich um die Begrenzungslintu, die gebildet wird durch den Anschlag zwischen innerem Gelenkkörper 4 und der Käfiginnenfläche, ohne daß das Gelenk abgewinkelt istThe F i g. Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the flexion angle! and the shift path of a constant velocity displacement joint is recorded schematically It is on the X-axis of the displacement paths plotted, starting from zero, in positive Direction, an extension and in a negative direction a shortening of the drive shaft is important. On the V-axis, on the other hand, is the flexion angle of the joint applied. At the boundary line i, the one on both The sides of the positive as well as the negative displacement can be found on the X-axis the delimitation line, which is formed by the stop between the inner joint body 4 and the Inner surface of the cage without the joint being angled
Die Begvenzungslinie HI wird gebildet durch den Anschlag zwischen der Antriebswelle 13 und dem Öffnungsbereich 19 des äußeren Gelenkkörpers 1, und zwar wenn bei maximaler Abwinkelung die Antriebswelle 13 an die Stirnseite des Öffnungsbereiches 19 des äußeren Gelenkkörpers 1 anschlägt Die Begrenzungslinien H, die jeweils die Linie I und III miteinander verbinden, werden durch die Käfigfenster, die sich jeweils Ober einen Teil des Umfanges erstrecken, gebildet und zwar ist dies dadurch bedingt, daß die Kugelrillen des inneren und äußeren Gelenkkörpers sich zueinander kreuzen, so daß bei einer Verschiebung des inneren Gelenkkörpers 4 zum äußeren Gelenkkörper 1 die Kugeln 6 im Käfigfenster in Umfangsrichtung sich bewegen, und zwar nur solange sie sich bewegen is können, bis sie an die zwischen jeweils iswei Fenstern 8 gebildeten Stege anschlagen. In diesem Diagramm erhält man nun durch diese Begrenzungen I, Il und III ein Viereck, in denen sich sämtliche Bewegungen, sowohl Beugung wie auch axiale Verschiebung, eingrenzen lassen. Durch den erfindungsgemäßen Anschlag wird diese Bewegungsfreizügigkeit über die Linie I hinaus entlang der Linie II erweitert, so daß der maximal zu erreichende Verschiebeweg voll ausgenutzt werden kann, so daß sich die Linie IV durch Zusammenarbeit zwischen der Anschlagfläche 11 sowie der Gegenfläche 12 bzw. der Anschlagfläche 17 und der Gegenfläche 18 gebildet wird. Dies rührt daher, daß der Außendurchmesser des inneren Gelenkkörpers 4 kleiner ist als der Innendurchmesser des Käfigs 7 und dadurch eine unbegrenzte Verschiebung erreicht wurde, jedoch durch die unter einen Schrägungswinkel verlaufende Rillen 3, 4, die Kugeln 6 an den Stegen des Käfigs 7 zur Anlage kommen. Diese Stege werden jedoch durch die Anschlagflächen 11, 12, 17, 18 entlastet.The boundary line HI is formed by the stop between the drive shaft 13 and the Opening area 19 of the outer joint body 1, namely when the drive shaft is at maximum angulation 13 strikes the end face of the opening area 19 of the outer joint body 1 The boundary lines H, which each connect the lines I and III with each other, are through the cage windows, which are each extending over a part of the circumference, formed and this is due to the fact that the Ball grooves of the inner and outer joint bodies cross each other, so that when there is a displacement of the inner joint body 4 to the outer joint body 1, the balls 6 in the cage window in the circumferential direction move, and only as long as it is moving until they are at the between is two windows 8 Attach formed webs. In this diagram, one now obtains I, II and III through these limitations a square in which all movements, both flexion and axial displacement, narrow down. With the stop according to the invention, this freedom of movement is over the Line I expanded along line II so that the maximum possible displacement path is fully utilized can be, so that the line IV through cooperation between the stop surface 11 as well the mating surface 12 or the stop surface 17 and the mating surface 18 is formed. This is because the The outer diameter of the inner joint body 4 is smaller than the inner diameter of the cage 7 and as a result, an unlimited shift was achieved, but by taking a helix angle running grooves 3, 4, the balls 6 come to rest on the webs of the cage 7. These webs are however, relieved by the stop surfaces 11, 12, 17, 18.
Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings
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|---|---|---|---|
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