DE3143062A1

DE3143062A1 - Ball-and-socket joint

Info

Publication number: DE3143062A1
Application number: DE19813143062
Authority: DE
Inventors: Valentin Nikolaevich Dnepropetrovsk Danchenko; Petr Mikhailovich Finagin; Leonid Fedorovich Dnepropetrovsk Kandyba; Alexandr Nikolaevich Dnepropetrovsk Komarov; Ivan Nikolaevich Moscow Potanov; Evgeny Andreevich Nogino Moskovskoi Volchov
Original assignee: Dn Metall Inst
Current assignee: Dn Metall Inst
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE3143062C2

Abstract

The invention relates to ball-and-socket joints for transmitting the torque from the driving shaft to the driven shaft with the shafts at an angle to one another. The ball-and-socket joint comprises a cylindrical outer shell (1) and an inner ball shell (3) accommodated in the latter. Arranged between the inner ball shell (3) and the cylindrical outer shell (1) are balls (6), spherical intermediate shells (7) and wedges (10). The cylindrical outer shell (1) is provided with a head wall (13) in which there are situated resilient elements (12) for cushioning the wedges (10). The balls (6) are accommodated in meridional grooves (5, 8) formed on the inner ball shell (3) and the spherical intermediate shells (7). The spherical intermediate shells (7) have spherical protuberances (9) on which the wedges (10) situated in the longitudinal grooves (11) of the cylindrical outer shell (1) and cushioned by resilient elements (12) are supported. The invention can be used to transmit a torque of up to 6 . 10<5> Nm. <IMAGE>

Description

KUGELGELENK BALL JOINT

Gebiet der Technik Die -Erfindung bezieht sich auf den Maschinenbau und betrifft insbesondere ein Kugelgelenke Mit dem grössten Nutzeffekt knn die Erfindung im Walzwerkwessen sowie in der Auto und Traktorenindustrie für die Übertragung eines grossen Drehmomentes von der treibenden zur getriebenen Welle, welche unter einem Winkel zueinander liegen, verwendet werden. Technical Field The invention relates to mechanical engineering and in particular relates to a ball and socket joint With the greatest efficiency, the invention can in rolling mills as well as in the auto and tractor industries for the transmission of a large torque from the driving to the driven shaft, which under a Angles to each other, can be used.

Stand der Technik Bekannt ist ein Kugelgelenk (s. Koshevnikov S.N., Berfiljev P.D. Kardannyje pered&tschi, Kiew, Verlag Technika, 1978, s. 68-73), welches eine innere sowie eine äussere Kugelschale enthält, welche durch Kugeln miteinander kinematisch verbunden sind, die sich in meridionalen Kugelrillen befinden, welche gleichmässig auf der kugelförmigen Innenfläche der Aussenschalle und der Aussenfläche der Innenschall ausgeführt sind. In den meridionalen Kugeirillen sind je eine Kugel ohne Spielausgleich untergebracht. Dadurch ist es möglich9 ein Drehmoment von der Grösse bis zu 104 Nm zu übertragen. State of the art A ball joint is known (see Koshevnikov S.N., Berfiljev P.D. Kardannyje pered & tschi, Kiev, Technika publishing house, 1978, pp. 68-73), which contains an inner and an outer spherical shell, which is formed by balls are kinematically connected to each other, which are located in meridional ball grooves, which evenly on the spherical inner surface of the outer shell and the Outer surface of the inner sound are carried out. In the meridional ball grooves are one ball each accommodated without backlash compensation. This enables a torque from size up to 104 Nm transferred to.

Die Übertragung eines Drehmomentes bis zu 1,5 104 Nm zu erhöhen ermöglicht das bekannte Kugelgelenk gemäß FR-Patentschrift 743827 , welches eine innere sowie eine äussere Kugelschale enthält, von denen aede mit der treibenden bzw. der getriebenen Welle gekoppelt ist. Die-Innenschale ist in der Aussenschaje untergebracht, wahrend zwischen den ervä'rmten Schalen ein kugelförmiger Zwischenring sowie Pendelkugellager, welche zwischen der Innenschale und dem kugelförmigen Zwischenring sowie zwischen der Aussenschale und dem kugelförmigen Zwischenring angeordnet sind, vorhanden sind. The transmission of a torque up to 1.5 104 Nm can be increased the known ball joint according to FR patent specification 743827, which has an inner as well an outer spherical shell, of which aede with the driving or the driven Shaft is coupled. The inner shell is housed in the outer shell while a spherical intermediate ring and self-aligning ball bearings between the heated shells, which between the inner shell and the spherical intermediate ring and between the outer shell and the spherical intermediate ring are arranged, are present.

Die zwischen der Innenschale und dem kugelfdrmigen Zwischenring angeordneten Pendelkugellager sind bezüglich der zwischen der Aussenschale und dem kugelförmigen Zwischenring befindlichen Pendelkugellager entlang einer Kreislinie verlagert. The arranged between the inner shell and the spherical intermediate ring Self-aligning ball bearings are between the outer shell and the spherical Self-aligning ball bearings located in the intermediate ring are shifted along a circular line.

Das jeweiligen Pendelkugellager hat nur eine Reihe von Kugeln. Die Übertragung des Drehmomentes von der Antriebswelle zur getriebenen Welle erfolgt mit Hilfe von zwischen der inneren und der ausseren Kugelschalen befindlichen Pendelkugellagern. Each self-aligning ball bearing only has one row of balls. the The torque is transmitted from the drive shaft to the driven shaft with the help of self-aligning ball bearings located between the inner and outer spherical shells.

In einem derartigen Gelenk sind die Pendelkugellager auf die Kugeischal en und den kugelförmigen Zwischenring in Zylinderpassung aufgesetzt, was eine ugleichmässige Druckverteilung und die Erhöhung von Schlagbeanspruchungen beim Spielausgleich sowie eine hohe Spannungskonzentration an den Sitzstellen der Pendelkugellager zur Folge hat Bei der Ubertragung grösserer Drehmomente führt dies zur Verminderung der Lebensdauer des Gelenkes sowie zur Komplisiebung seiner Reparatur und Wartung. Zweck der Erfindung ist es, die Montage und Demontage eines Kugelgelenkes zu vereinfachen. In such a joint, the self-aligning ball bearings are on the ball shell en and the spherical intermediate ring placed in a cylinder fit, which is an uneven Pressure distribution and the increase in impact loads when compensating for play as well a high concentration of stress at the seats of the self-aligning ball bearings When larger torques are transmitted, this leads to a reduction the lifespan of the joint as well as completing its repair and maintenance. The purpose of the invention is to simplify the assembly and disassembly of a ball joint.

Offenbarung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk zu entwickeln, in welchem die innere und die äussere Schalen mit den Kugeln derart in Beruhrung treten, dass die bauliche Gestaltung des Kugelgelenkes vereinfacht, dessen Betriebssicherheit und Lebensdauer erhöht und die Ubertragung eines grossen Drehmomentes von der treibenden zu der getriebenen Welle, die unter einem Winkel zueinander liegen, möglich werden. Disclosure of the Invention The invention is based on the object to develop a ball joint in which the inner and outer shells with the balls come into contact in such a way that the structural design of the ball joint simplified, its operational reliability and service life increased and the transmission a large torque from the driving to the driven shaft, which is below lie at an angle to each other, become possible.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelost, dass in einem Kugelgelenk, welches eine mit der treibenden Welle gekoppelte Aussenschale, eine mit der getriebenen Welle gekoppelte und in der Aussenschale untergebrachte innere Kugelschale sowie zwischen der Aussenschale und der inneren Kugelschale zur Übertragung des Drehmomentes von der treibenden Welle zu der getriebenen untergebrachte Kugeln aufweist, an der inneren Kugelschale erfindungsgemäss meridionale Kugelrillen gleichmässig auf den Umfang verteilt ausgeführt und sphärische Zwischenschalen angeordnet sind, deren jede auf der Seite der inneren Kugelschals eine meridionale Rille aufweist, welche über der meridionalen Rille der inneren Kugelschale, in der die erwähnten Kugeln untergebrscht sind, liegt, und auf der Seite der Aussenschale einen Kugelhöcker aufweist, wobei auf dem jeweiligen Kugelhöcker ein Keil angeordnet ist, welcher einen Sitz zur Aufnahme des Kugelhöckere der sphärischen Zwischenschale enthält und in der Aussenschale angeordnet ist, wobei die Aussenschale Nuten zur Aufnahme der ICeile aufweist, zylindrisch ausgeführt und mit einer Kopf-Wand versehen ist, an welchem elastische Elemente zur Abfederung der Keile angebracht sind. The given task is solved by the fact that in a ball joint, which has an outer shell coupled with the driving shaft, one with the driven one Inner spherical shell coupled to the shaft and accommodated in the outer shell as well as between the outer shell and the inner spherical shell to transmit the torque from the driving shaft to the driven one having housed balls on the inner spherical shell according to the invention meridional ball grooves evenly on the Perimeter distributed and arranged spherical intermediate shells, their each has a meridional groove on the side of the inner ball scarf, which above the meridional groove of the inner spherical shell in which the mentioned balls are underneath, and on the side of the outer shell one Has spherical humps, a wedge being arranged on the respective spherical hump, which has a seat for receiving the spherical hump of the spherical intermediate shell contains and is arranged in the outer shell, the outer shell grooves for Has recording the ICeile, designed cylindrical and provided with a head wall is to which elastic elements are attached to cushion the wedges.

Durch die Anordnung der Kugeln unmittelbar an der inneren Kugelschale in den meridionalen Rillen sowie durch die Herstellung des Kontaktes zwischen den Bauteilen mittels durch elastische Elemente abgefederter Keile bei der Übertragung des Drehtmomentes, kann die bauliche Gestaltung des Kugelgelenkes wesentlich. vereinfacht sowie der Neigungswinkel ol der treibenden '.elle bezüglich der getriebenen bei der Übertragung eines grösseren Drehmomentes vergrössert werden. Dabei wird die notwendige Belastungsfähigkeit des Kugelgelenkes durch eine gleichmässige Verteilung der Belastung unter den Kugeln nach dem Ausgleich des Radialspiels zwischen diesen, den sphärischen Zwischenschalen und der inneren Kugelschale sichergestellt. Es werden der Zusammenbau sowie die Auseinandernahme des Kugelgelenkes vereinfacht, und dessen Teile können langlebiger ausgeführt werden. Due to the arrangement of the balls directly on the inner ball socket in the meridional grooves and by making contact between the Components by means of wedges cushioned by elastic elements during transmission of the torque, the structural design of the ball joint can be significant. simplified as well as the angle of inclination ol the driving shaft with respect to the driven one the transmission of a larger torque can be increased. The necessary load capacity of the ball joint due to an even distribution the load under the balls after balancing the radial play between them, the spherical intermediate shells and the inner spherical shell ensured. It will the assembly and disassembly of the ball joint simplified, and its Parts can be made to last longer.

Die Grösse des durch ein derartiges Gelenk zu übertragenden Drehmomentes beträgt 6 105 Nm. The amount of torque to be transmitted through such a joint is 6 105 Nm.

Es ist zweckmässig, in dem Kugelgelenk den Neigungswinkel der Keile um das I,I bis I,3fache geringer als der Reibungswinkel zu wählen. It is useful to adjust the angle of inclination in the ball joint the Choose wedges around I, I to I, 3 times less than the angle of friction.

Dadurch wird eine stabile Verriegelung der Gelenkbauteile, die Sicherung ihres ständigen Kontaktes beim Betrieb sowie die Wahl der optimalen Abmessungen des Gelenkes und die Ubertragung eines vorgegebenen Drehmomentes möglich. This creates a stable locking of the joint components, the fuse their constant contact during operation as well as the choice of the optimal dimensions of the joint and the transmission of a predetermined torque is possible.

Bevorzugte Ausführungsvariante Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbesipiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 erfindungsgemässes Kugelgelenk; im Aæialschnitt bei α = 0°; Fig. 2 Schnitt entlang der Linie I - I in Fig I; Fig. 3 das Kugelgelenk im Axialschnitt bei 0< >0°. Preferred embodiment variant The invention is described below Hand of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings explained in more detail. They show: FIG. 1 ball joint according to the invention; in aæial section at α = 0 °; FIG. 2 a section along the line I - I in FIG. 1; 3 shows the ball joint in axial section at 0 <> 0 °.

Das Kugelgelenk enthält eine zylindrische Aussenschale I, welche an einer Seite mit der getriebenen Welle 2 gekoppelt ist , eine innere Kugelschale 3, welche mit der treibenden Welle 4 gekoppelt und in der zylindrischen Aussenschale 1 untergebracht ist. An der Aussenfläche der inneren Kugelschale 3 sind meridionale Rillen 5 gleichmässig auf den Umfang verteilt, in deren jeder drei Kugeln 6 untergebracht sind. An der Aussenflache der inneren Kugelschale 3 sind sphärisch gekrümmte Zwischenschalen 7 angeordnet, deren jede auf der Seite der inneren Kugelschale 3 eine meridionale Rille 8 zur Aufnahme der Kugeln 6, , und auf der Seite der zylindrischen Aussenschale I einen Kugelhöcker 9 aufweist. The ball joint contains a cylindrical outer shell I, which is coupled on one side to the driven shaft 2, an inner spherical shell 3, which is coupled to the driving shaft 4 and in the cylindrical outer shell 1 is housed. On the outer surface of the inner spherical shell 3 are meridional Grooves 5 evenly distributed over the circumference, in each of which three balls 6 are housed are. On the outer surface of the inner spherical shell 3 there are spherically curved intermediate shells 7 arranged, each of which on the side of the inner spherical shell 3 has a meridional Groove 8 for receiving the balls 6,, and on the side of the cylindrical outer shell I has a spherical hump 9.

Dieser greift in eine pfannenartige Ausnehmung eines Keils 10, der seinerseits ineiner YUt 11 der zylindrischen Aussenschale I angeordnet und in axialer Ricung durch eine Feder 12 abgefedert ist.This engages in a pan-like recess of a wedge 10, the his part arranged in a YUt 11 of the cylindrical outer shell I and in an axial direction is cushioned by a spring 12.

Die zylindrische Aussenschale I ist durch eine Kopfwand 13 abgeschlossen, in welcher Federn 12 befestigt sind, welche mit den Keilen 10 zusammenwirken. The cylindrical outer shell I is closed by a head wall 13, in which springs 12 are attached, which cooperate with the wedges 10.

Die Wirkungsweise des Kugelgelenkes besteht in folgendem. The mode of operation of the ball joint consists in the following.

Bei der Ubertragung des Drehmomentes von der Antriebswelle 4 zur getriebenen Welle 2, welche unter einem Winkel zueinander liegen (in Fig. I ist d = 0), werden die Keile 10 durch die Federn 12 beaufschlagt und in den Nuten 11 der zylindrischen Aussenschale I verschoben. Die Keile 10 bewegen sich in den Nuten II, drehen die sphärischen Zwischenschalen 7 um deren Kugelhöcker 9 und drucken diese an die Kugeln 6 sowie an die innere Kugelschale 3. Dabei wird das Radialspiel zwischen der inneren Kugelschale 3, den sphärischen Zwischenschalen 7, den Kugeln 6 und den Keilen 10 beseitigt und ein sicherer Kontakt zwischen aiesen hergestellt. Das Drehmoment wird von der Antriebswelle 4 zu der getriebenen Welle 2 durch die Kugeln 6 übertragenS welche sich in-den meridionalen Rillen 8, 5 der Kugelschale 3 und der sphärischen Zwischenschale 7 befinden. Bei der Veränderung des Neigungswinkels der treibenden Welle 4 (Fig. 3) verändert die innere Kugelschale 3 ihre Lage und verlagert sich bezüglich der sphärischen Zwischenschalen 7. Dabei rollen die Kugeln 6 in den meridionalen Rillen 5, 8, die Keile 10 verlagern unter Einwirkung der Feder 12 die sphärischen Zwischenschalen 7 und drücken diese an die Kugeln 6 und die innere Kugelschale 3. Das Radialspiel zwischen der inneren Kugelschale 3, den Kugeln 6 und den sphärischen Zwischenschalen 7 wird beseitigt und es wird wieder ein sicherer Kontakt zwischen den erwähnten Bauteilen hergestellt Das Drehmoment wird von der Antriebswelle 4 zu der getriebenen Welle 2 mit Hilfe der Kugeln 6 übertragen, welche sich in den meridionalen Rillen 5, 8 der sphärischen Zwischenschalen 7 und der inneren Kugelschale 3 befinden Der Krümmungsradius der Kugelhöcker 9 und der zuge hörigen pfanrenartigen Ausnehmungen der Keile 10 ist kleiner, als dem Abstand dieser Flächen von der Achse des Kugelgelenks entspricht. When transmitting the torque from the drive shaft 4 to driven shaft 2, which are at an angle to each other (in Fig d = 0), the wedges 10 are acted upon by the springs 12 and in the grooves 11 the cylindrical outer shell I moved. The wedges 10 move in the grooves II, rotate the spherical intermediate shells 7 around their spherical humps 9 and print this to the balls 6 and to the inner spherical shell 3. The radial play between the inner spherical shell 3, the spherical intermediate shells 7, the balls 6 and the wedges 10 eliminated and a secure contact between them established. The torque is transmitted from the drive shaft 4 to the driven shaft 2 through the Balls 6 are transferred which are located in the meridional grooves 8, 5 of the spherical shell 3 and the spherical intermediate shell 7 are located. When changing the angle of inclination the driving shaft 4 (Fig. 3), the inner spherical shell 3 changes its position and shifts with respect to the spherical intermediate shells 7. The roll Bullets 6 in the meridional grooves 5, 8, the wedges 10 shift under the action of the spring 12 the spherical intermediate shells 7 and press them against the balls 6 and the inner Ball socket 3. The radial play between the inner ball socket 3 and the balls 6 and the spherical intermediate shells 7 are eliminated and it becomes a safer one again Contact is made between the components mentioned. The torque is determined by the Drive shaft 4 is transmitted to the driven shaft 2 with the help of the balls 6, which in the meridional grooves 5, 8 of the spherical intermediate shells 7 and the inner The spherical shell 3 are located The radius of curvature of the spherical humps 9 and the associated Pan-like recesses of the wedges 10 is smaller than the distance between these surfaces from the axis of the ball joint.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen und Begriffe 1 - Aussenschale 2 - getriebene Welle 3 - innere Kugelschale 4 - Antriebswelle 5 - Rillen 6 - Kugeln 7 - Zwischenschalen 8 - Rillen 9 - kugelhöcker 10 - Keil 11 - Nut 12 - Feder List of the reference symbols and terms used 1 - Outer shell 2 - driven shaft 3 - inner ball socket 4 - drive shaft 5 - grooves 6 - balls 7 - intermediate shells 8 - grooves 9 - spherical humps 10 - wedge 11 - groove 12 - tongue

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Ball joint, containing one with Outer shell coupled to the driven shaft, one coupled to the driving shaft and inner spherical shell accommodated in the outer shell and between the outer shell and the inner suction cup arranged balls for transmitting the torque from the driving shaft to the driven one, d a -d u r c h g e k e n n n z e i c N e t that - on the inner Eugelschale (3) meridional grooves (5) evenly are carried out over the circumference, in which balls (6) are housed; it spherical Contains intermediate shells (7), each of which is arranged on the inner spherical shell (3) is, on the part of the inner spherical shell (3) a meridional groove (8), which over the Meridional groove (5) of the inner spherical shell (3), in which the balls (6) located, and on the part of the outer shell (1) has a spherical hump (9); - it has wedges (10), each of which is arranged on the spherical intermediate shell (7) is a. Pan to hold the Eugelhump (9) of the spherical intermediate shell (7) and is housed in the outer shell (1); - the outer shell (1) cylindrical is designed and has grooves (11) for receiving the wedges (10); - it with one Head wall (13) is provided; - It with arranged on the head wall (13) and for cushioning the Wedges (10) serving elastic elements (12) is provided.

2. Ball joint according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the angle of inclination of the wedges (10) is 1.1 to 1.3 times smaller, than is the angle of friction.