DE670498C

DE670498C - Universal joint

Info

Publication number: DE670498C
Application number: DEA84642D
Authority: DE
Original assignee: Audi AG; Auto Union AG
Current assignee: Audi AG; Auto Union AG
Priority date: 1937-10-28
Filing date: 1937-10-28
Publication date: 1939-01-19

Description

Zur Übertragung von Drehkräften zur Bildung von biegsamen Wellen sowie Gelenkwellen, beispielsweise Kardanwellen, sind bereits die verschiedenartigsten Gelenkausführungen bekannt. Sofern es sich um die Übertragung größerer Drehkräfte handelt, finden jedoch überwiegend Bolzen-, Plattenoder Knebelgelenke Verwendung. Bei biegsamen Wellen zur Übertragung geringerer Kräfte dagegen kann das Gelenk einen einfacheren Aufbau besitzen, und es wird die erforderliche Beweglichkeit um zwei zueinander senkrecht stehende Achsen dadurch bewirkt, daß beispielsweise der eine abgeflachte Gelenkteil in dem anderen Gelenkteil zwischen winkelig oder ballig ausgebildeten FlächenFor the transmission of torsional forces for the formation of flexible shafts and cardan shafts, for example cardan shafts, are already the most varied of joint designs known. If it is a question of the transmission of larger torsional forces, however, predominantly bolts, plates or Toggle joints use. With flexible shafts for the transmission of lower Forces on the other hand, the joint can have a simpler structure and it becomes the required one Mobility about two mutually perpendicular axes is caused by the fact that, for example, the one flattened joint part in the other joint part between angular or convex surfaces

. gelagert und durch einen Bolzen, der eine konische Bohrung des abgeflachten Teiles durchdringt, gehalten ist. Die Abschrägung der Flächen des einen Gelenkteiles erlaubt das Ausschwenken des anderen Gelenkteiles um die eine Gelenkachse, während die Verschwenkung um die dazu senkrecht stehende Achse um den Bolzen erfolgt. Die abgeschrägten Flächen können am Ende des winkeligen Ausschlages als Anschlagflächen dienen und damit den Ausschlag bzw. die Biegsamkeit der aus solchen Gelenken gebildeten Welle begrenzen.. mounted and supported by a bolt that has a conical bore of the flattened part penetrates, is held. The chamfering of the surfaces of one joint part allows the pivoting of the other joint part about one joint axis, during the pivoting takes place around the axis perpendicular to it around the bolt. The beveled faces can be at the end of the angular deflection serve as stop surfaces and thus the deflection or the Limit the flexibility of the shaft formed from such joints.

Bei Kreuzgelenken, beispielsweise Bolzen- oder Plattengelenken, genügt eine solche Gelenkausbildung zur Übertragung großer Drehkräfte nicht, da die Berührung der beiden Gelenkteile in Drehrichtung auf einer Linie erfolgen würde. Das Plattenende des einen Gelenkteiles ist daher bei einem Plattengelenk zwischen entsprechend großflächigen Gleitsteinen des anderen, beispielsweise gabelförmigen Wellenendes geführt. Bei Bolzengelenken dagegen dienen zur Aufnahme der K-räfte entsprechende, die Bolzen aufneh- mende Lagerhülsen. Insbesondere bei Plattengelenken ist es aber erforderlich, ein verhältnismäßig großes Spiel beim Zusammenbau der Gelenke zu wählen, da die zu übertragen den Kräfte bei der gegenseitigen Verschwenkung der Gelenkteile mit entsprechend großer Umfangsgeschwindigkeit an den äußerenIn the case of universal joints, for example pin or plate joints, such a joint design is sufficient not for the transmission of large torsional forces, since the contact of the two joint parts in the direction of rotation is on a line would take place. The plate end of one joint part is therefore in a plate joint between correspondingly large sliding blocks of the other, for example fork-shaped Shaft end guided. In the case of pin joints, on the other hand, corresponding pins absorbing the forces are used to absorb the forces Bearing sleeves. In particular with plate joints, however, it is necessary to have a relatively large play to choose when assembling the joints, since the transfer the forces in the mutual pivoting of the joint parts with correspondingly large Peripheral speed on the outer

Teilen der Platte und der Gelenlisteine eingreifen. Dazu kommt, daß die Reibung an den äußeren Plattenteilen der Verschwenkung einen gewissen Widerstand entgegensetzt. Der Einbau mit einem entsprechend großen Spiel ergibt jedoch den Nachteil, daß, wenn die Anlageflächen der Gelenkteile sich unter der Belastung durch die Kraftübertragung zueinander neigen, keine Flächenberührung, sondem nur mehr eine Linienberührung der Gelenkplatte mit den Führungsflächen der Gelenksteine vorliegt. Angewendet auf ein Bolzengelenk dagegen, führt das Einbauspiel bei der Belastung des Gelenks theoretisch zu >5 einer Punktberührung. Hieraus ergibt sich, insbesondere während der ersten Laufzeit, eine unverhältnismäßig starke Abnutzung der Gleitflächen, und es tritt zudem infolge der hohen Flächendrücke leicht ein Fressen der Gelenkteile ein.Engage parts of the plate and gel line. In addition, the friction on the outer plate parts of the pivoting opposes a certain resistance. The installation with a correspondingly large game However, there is the disadvantage that when the contact surfaces of the joint parts are below the Tending towards each other due to the load caused by the power transmission, no surface contact, but rather there is only a line contact between the joint plate and the guide surfaces of the joint stones. Applied to a Bolt joint, on the other hand, theoretically leads to the installation play when the joint is loaded > 5 of a point contact. This results, especially during the first term, a disproportionate wear of the sliding surfaces, and it also occurs as a result of high surface pressures easily seize the joint parts.

Nach der Erfindung werden die Nachteile eines größeren Einbauspiels bei Kreuzgelenken zur Übertragung insbesondere von großen Drehkräften dadurch vermieden, daß ^Z5 die Gleitflächen der die Drehkräfte übertragenden, gegenseitig verdrehbaren Gelenkteile entsprechend der Größe des zwischen ihnen erforderlichen Spieles derart abgeschrägt bzw. konisch ausgebildet sind, daß sie sich in unter Last zueinander geneigtem Zustand annähernd parallel aneinander anlegen.According to the invention, the disadvantages of a greater installation clearance in universal joints for the transmission of particularly large rotational forces are avoided in that ^Z 5, the sliding surfaces of the mutually rotatable joint parts transmitting the rotational forces are beveled or conical according to the size of the clearance required between them in such a way that when they are inclined to one another under load, they lie almost parallel to one another.

Mit Vorteil werden beispielsweise das plattenförmige, in Gelenksteine eingreifende Wellenende oder die es aufnehmenden Flächen der Gelenksteine in schräg zur Drehachse dieser Gelenksteine liegenden Ebenen nach außen abgeschrägt. Ebenso ist es auch möglich, sowohl die Flächen des Wellenendes als auch die Gleitflächen der Gelenksteine mit einer entsprechend geringeren Abschrägung zu versehen. Ein ähnlicher Erfolg läßt sich auch dadurch erzielen, daß die die Gelenksteine um ihre zur Wellenachse senkrecht gerichtete Achse führenden Flächen der Gelenk-♦5 steine selbst oder die sie aufnehmende Aussparung in den Gabelenden der Welle konisch ausgebildet werden.For example, the plate-shaped one that engages in joint blocks is advantageous Shaft end or the surfaces of the joint blocks receiving it at an angle to the axis of rotation these joint stones lying planes bevelled outwards. It is also possible both the surfaces of the shaft end and the sliding surfaces of the joint blocks to provide a correspondingly smaller bevel. A similar success can be achieved also achieve that the joint blocks about their perpendicular to the shaft axis Axis leading surfaces of the joint ♦ 5 stones themselves or the recess receiving them be conical in the fork ends of the shaft.

Bei Bolzengelenken liegen, wenn auch in geringerem Umfange, ganz ähnliche Bedingungen vor. LTm auch hier die nachteiligen Folgen des erforderlichen Einbauspieles zu vermeiden, können nach der Erfindung die Schwenkzapfen des Bolzengelenks oder auch die entsprechenden Bohrungen der Gelenksteine bzw. der Lagerbüchsen konisch ausgebildet sein. Um bei Plattengelenken außer durch entsprechende Wahl des Einbauspiels einen besonders leichten Lauf zu erreichen, lassen sich in den Gleitflächen der Gelenksteine oder des in sie eingreifenden plattenförmigen Wellenendes, und zwar im mittleren Teil, der zur Übertragung des Drehmoments nicht beiträgt, Aussparungen anbringen.The conditions for pin joints are very similar, albeit to a lesser extent before. LTm also here the disadvantageous consequences of the required installation clearance can avoid the pivot pin of the pin joint or also according to the invention the corresponding bores of the joint blocks or the bearing bushes are conical be. In order to achieve a particularly easy run with plate joints, in addition to the appropriate choice of the installation clearance, can be in the sliding surfaces of the joint blocks or the plate-shaped engaging in them Make cutouts in the middle part that does not contribute to the transmission of the torque.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht, , Es zeigenIn the drawing, the subject matter of the invention is illustrated, for example, , Show it

Fig. ι einen Längsschnitt durch ein Plattengelenk, ·Fig. Ι a longitudinal section through a plate joint, ·

Fig. 2 in schematischer Darstellung entsprechend einem Querschnitt durch Fig. 1 die Betriebs Verhältnisse bei einem der gebräuchlichen Plattengelenke,FIG. 2 in a schematic representation corresponding to a cross section through FIG. 1 the operating conditions for one of the common ones Plate joints,

Fig. 3 im Querschnitt die Anordnung abgeschrägter Gleitflächen am plattenförmigen Wellenende,3 shows in cross section the arrangement of beveled sliding surfaces on the plate-shaped Shaft end,

Fig. 4 in schematischer Darstellung die Anordnung der Abschrägung an den Gleitflächen der Gelenksteine,4 shows a schematic representation of the arrangement of the bevel on the sliding surfaces the joint stones,

Fig. 5 in teilweisem Schnitt die Anwendung des Erfindungsgedankens auf ein Bolzengelenk. 5 shows, in partial section, the application of the concept of the invention to a pin joint.

In Fig. ι ist eines der gebräuchlichen Plattengelenke im Längsschnitt wiedergegeben. Es ist hieraus ersichtlich, daß in den gabelförmigen Enden i, 2 einer Welle 3 das plattenförmige Ende 4 der anderen Welle 5 unter Vermittlung von Gelenksteinen 6, 7 gelagert ist. Die Welle S kann daher um die Mittelachse der Gelenksteine zusammen mit diesen in den Gabelenden 1, 2 geschwenkt werden. Gleichzeitig gestattet die Führung des Wellenendes 4 ein Schwenken der Welle 5 um eine senkrecht zur Drehachse der Gelenksteine 6, 7 gerichtete Achse.In Fig. Ι is one of the common plate joints reproduced in longitudinal section. It can be seen from this that in the fork-shaped Ends i, 2 of a shaft 3 the plate-shaped The end 4 of the other shaft 5 is supported by joint blocks 6, 7 is. The shaft S can therefore around the central axis of the joint blocks together with them be pivoted in the fork ends 1, 2. At the same time, the guidance of the shaft end 4 allows the shaft 5 to pivot an axis directed perpendicular to the axis of rotation of the joint blocks 6, 7.

Wird nun ein solches Plattengelenk in Drehrichtung der Welle belastet, so legen sich, wie in Fig. 2 veranschaulicht, die Flächen 8, 9 des plattenförmigen Wellenendes 4 unter Einfluß des erforderlichen Einbauspiels zwischen den Gelenksteinen 6, 7 nur mehr am äußeren Rand an die Gleitflächen dieser Gelenksteine an. Es entsteht daher in den Punkten 10,11 eine Linienberührung, so daß außerordentlich hohe Flächendrücke und damit verbunden auch große Abnutzungian eintreten. Besonders in der ersten Laufzeit ist die Abnutzung unverhältnismäßig stark, während sie nach einiger Einlaufdauer abnimmt, und zwar deshalb, weil sich die ursprünglich vorhandene Berührungslinie durch Abnutzung allmählich verbreitert, so daß größere Flächen zur Übertragung der Drücke und Gleitbewegungen herangezogen werden. Gleichzeitig aber vergrößert sich hiermit der Totgang des Gelenks, so daß bei der LTmkehrung der Drehrichtung Schläge auftreten. Nach der Erfindung wird eine für die Lebensdauer des Gelenks ungünstige Linienberührung bei einem Plattengelenk nach Fig. 3 dadurch vermieden, daß das plattenförmige Wellenende 4 in schräg zur Längsachse der Gelenksteine 6, 7 gerichtetenIf such a plate joint is now loaded in the direction of rotation of the shaft, then lay it As illustrated in FIG. 2, the surfaces 8, 9 of the plate-shaped shaft end 4 under the influence of the required installation clearance between the joint blocks 6, 7 only more on the outer edge of the sliding surfaces of these joint blocks. It therefore arises in the points 10, 11 a line contact, so that extraordinarily high surface pressures and, associated with them, also great wear enter. The wear and tear is disproportionately strong, especially in the first term, while it decreases after a certain running-in period, namely because the originally existing line of contact extends through Wear gradually widened, so that larger areas for transferring the pressures and sliding movements are used. At the same time, however, this increases Lost motion of the joint, so that blows occur when the direction of rotation is reversed. According to the invention, a line contact which is unfavorable for the life of the joint is achieved in a plate joint according to FIG. 3, avoided that the plate-shaped shaft end 4 in oblique to the longitudinal axis the joint stones 6, 7 directed

Ebenen abgeschrägt ist. Das Wellenende 4 besitzt also einen nach außen sich verjüngenden doppelkeilförmigen Querschnitt. Tritt jetzt unter der zu übertragenden Kraft eine geringe Schräglage des Wellenendes 4 ein, so legen sich die abgeschrägten Flächen, beispielsweise 12, 13, völlig an die entsprechenden Flächen der Gelenksteine 6, 7 an, so daß die Gleitbewegungen und die Drücke von großen Flächenanteilen aufgenommen werden.Planes is beveled. The shaft end 4 thus has an outwardly tapering one double wedge-shaped cross-section. Now step under the force to be transmitted a slight inclination of the shaft end 4, the beveled surfaces, for example 12, 13, completely to the corresponding surfaces of the joint blocks 6, 7, so that the sliding movements and the pressures of large surface areas are absorbed.

Die Gelenksteine 6, 7 sind, wie üblich, inThe joint blocks 6, 7 are, as usual, in

den gabelartigen Armen 1, 2 gelagert und werden gegen ein Heraustreten durch eine übergeschobene Hülse 14 gesichert.the fork-like arms 1, 2 and are supported against stepping out by a sleeve 14 pushed over secured.

An Stelle des Wellenendes 4 lassen sich mit gleicher Wirkung auch nach Fig. 4 die inneren Gleitflächen der Gelenksteine 6, 7 abschrägen. Das plattenförmige Wellenende 4 kann in diesem Falle mit parallelen Gleitflächen versehen sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, sowohl die Flächen des Wellenendes 4 als auch die Gleitflächen der Gelenksteine 6, 7 abzuschrägen, und es ist in solchen Fällen an jedem dieser Teile nur eine geringe Abschrägung erforderlich.Instead of the shaft end 4, the inner ones can also be used according to FIG. 4 with the same effect Bevel the sliding surfaces of the joint blocks 6, 7. The plate-shaped shaft end 4 can in this case with parallel sliding surfaces be provided. Of course, it is also possible to use both the surfaces of the shaft end 4 as well as the sliding surfaces of the joint blocks 6, 7, and in such cases there is only one on each of these parts slight bevel required.

Unter dem Einfluß der zu übertragenden Kraft sind jedoch nicht nur das plattenförmige Wellenende sowie die Gelenksteine bestrebt, eine gegenseitige Schräglage einzunehmen, sondern die Gelenksteine neigen sich auch infolge des auch hier erforderlichen Einbauspiels gegenüber der Längsachse der Aussparungen in den Gabelarmen 1, 2. Da es sich bei den Gelenksteinen im wesentlichen um einen in den Gabelarmen gelagerten Zylinderkörper handelt, tritt nun entsprechend der Größe des Einbauspiels an Stelle der Berührung auf einer Linie nur noch theoretisch eine Punktberührung ein. Um dies zu vermeiden, können nun in gleicher Weise, wie oben beschrieben, ,auch die Außenflächen der Gelenk steine oder die sie aufnehmenden Aussparungen der Gabelenden 1 und 2 abgeschrägt bzw. konisch ausgeführt werden. Nach Fig. 3 ist die Außenfläche 15, 16 der Gelenksteine konisch ausgebildet, und zwar verjüngen sich die Gelenksteine von der Gelenkmittellinie aus nach außen. Werden die Gelenksteine 6, 7 dagegen mit einer zylindrischen Außenlauffläche versehen, so können in entsprechender Übertragung des Erfindungsgedankens auch die Aussparungen der Gabelarme nach außen entsprechend konisch erweitert sein.However, not only the plate-shaped force is under the influence of the force to be transmitted Shaft end as well as the joint blocks strive to assume a mutual inclination, but the joint blocks also incline as a result of the installation clearance that is also required here opposite the longitudinal axis of the recesses in the fork arms 1, 2. Since it is in the case of the joint blocks essentially around a cylinder body mounted in the fork arms acts, now takes the place of touch, depending on the size of the installation clearance only theoretically point contact on a line. To avoid this, can now in the same way, as described above, also the outer surfaces of the joint stones or the recesses of the fork ends 1 and 2 receiving them beveled or be conical. According to Fig. 3, the outer surface 15, 16 is the joint blocks conically designed, namely the joint stones taper from the joint center line out to the outside. On the other hand, if the joint blocks 6, 7 have a cylindrical outer running surface provided, in a corresponding transfer of the inventive idea, the recesses of the fork arms can also be directed to the outside be expanded accordingly conically.

Bei Betrachtung der Fig. 3 zeigt sich, daß bei entsprechender Größe der konischen Einpassung der Gelenksteine sogar auf eine schräge Ausbildung ihrer Innengleitfläche bzw. auf eine schräge Ausbildung des Wellenendes 4 verzichtet werden kann, da sich die Gelenksteine infolge ihrer konischen Außenfläche seitlich um einen geringen Betrag neigen können, so daß ihre Innenfläche wieder mit der entsprechenden Fläche des Wellenendes parallel verläuft und sich somit eine große Anlagefläche für dieses ergibt.Looking at Fig. 3 shows that with a corresponding size of the conical fit the joint blocks even on an inclined design of their inner sliding surface or on an inclined design of the shaft end 4 can be dispensed with, since the joint blocks due to their conical outer surface can tilt sideways by a small amount, so that their inner surface with the corresponding surface of the shaft end runs parallel and thus a large Contact surface for this results.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der beschriebenen Ausführungsform eines Plattengelenkes die nicht an einer Kraftübertragung teilnehmenden Flächenteile entsprechend ausgespart werden, da hierdurch eine leichtere Verschiebbarkeit der Teile gegeneinander ermöglicht wird. In Fig. 3 und 4 ist eine entsprechende Aussparung in Form von Bohrungen 17, 18 der Gelenksteine 6, 7 angegeben.It is particularly advantageous if, in the embodiment described, a plate joint the surface parts not participating in a power transmission are cut out accordingly as this enables the parts to be moved more easily with respect to one another will. In Fig. 3 and 4 a corresponding recess in the form of bores 17, 18 of the joint blocks 6, 7 is indicated.

Auch bei Bolzengelenken liegen, wenn auch in geringerem Umfange, ähnliche Betriebsverhältnisse vor. Die in die Büchsen des einen Gelenkteiles eingreifenden Bolzen der anderen Gelenkhälfte sind infolge des Einbauspiels bestrebt, sich ebenfalls theoretisch nur an Punkten, an die Innenflächen dieser Büchsen anzulegen. Nach der Erfindung werden daher, um ähnliche Betriebsbedingungen wie vorbeschrieben zu schaffen, beispielsweise die Bolzen 19, 20 der Welle 5 nach außen abnehmend konisch ausgebildet und ebenso auch die das Gelenkzwischenstück 21 im anderen Wellenteil 22 lagernden Bolzen 23, 24. Durch die konische Ausbildung dieser Bolzen wird an Stelle einer Punktberührung nur mehr eine Linienberührung geschaffen, womit die Laufeigenschaften dieses Gelenks günstig beeinflußt werden. In Übereinstimmung mit der Ausbildung eines Plattengelenks ist es selbstverständlich auch möglich, an Stelle der BoI-zen 19 bis 24 auch deren Lagerbüchsen konisch auszubilden und die Bolzen dann selbst zylindrisch zu halten.Similar operating conditions also exist for pin joints, albeit to a lesser extent. The ones in the cans of the one Joint part engaging bolts of the other joint half are due to the installation play endeavors, also theoretically, only at points on the inner surfaces of these cans to put on. According to the invention, therefore, in order to create operating conditions similar to those described above, for example the Bolts 19, 20 of the shaft 5 are conically designed to decrease towards the outside, and likewise the the intermediate joint piece 21 in the other shaft part 22 bearing bolts 23, 24. By the Conical design of these bolts is only one point contact instead of one Line contact created, which has a beneficial effect on the running properties of this joint will. In accordance with the design of a plate hinge, it goes without saying also possible, instead of the bolts 19 to 24, their bearing bushes are also conical to form and then to keep the bolts themselves cylindrical.

Claims

^Claims : 3o °

ι.- universal joint, in particular plate joint, for the transmission of rotational forces, characterized in that the sliding surfaces of the mutually rotatable joint parts (4, 6, 7, 19, 20, 21) according to the size of the clearance required between them in such a way are bevelled or conical that they are in each other under load in the inclined position almost parallel to each other.

2. Universal joint according to claim 1, characterized in that the plate-shaped, shaft end (4) engaging in joint blocks (6, 7) and / or the one receiving it Surfaces of the joint blocks are beveled outwards in planes lying obliquely to the axis of rotation.

3. Universal joint according to claims 1 and 2, characterized in that the the joint stones (6, 7) around their perpendicular

surfaces (15) of the joint blocks themselves that lead to the axis of the axis directed towards the shaft or the recess of the fork that receives them ends (i, 2) of one shaft conically are trained.

4. Universal joint according to claim i, characterized characterized in that the pivot pins (19 to 24) of a pin joint or the corresponding holes in the joint blocks are conical.

5. Universal joint according to claims 1 to 3, characterized in that the sliding surfaces · of the joint blocks (6, 7) or of the plate-shaped shaft end (4) in its middle part recesses (17, 18) wear.

1 sheet of drawings