DE69100300T2

DE69100300T2 - Homokinetische Kupplung mit gekreuzten Laufrillen.

Info

Publication number: DE69100300T2
Application number: DE91109891T
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Hayashi; Setsuji Suzuki; Tadashi Tomita; Yoshihito Uno; Kenzo Yokoyama
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2011-06-18
Also published as: EP0463531B1; EP0463531A1; US5186687A; JPH0464717A; JP2909156B2; DE69100300D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Doppelgelenk zum Übertragen eines Drehmoments in einem Kraftfahrzeug und dergleichen. Spezieller betrifft sie ein Doppelgelenk vom Typ mit gekreuzten Lauf- oder Führungsrillen, bei dem das äußere und das innere Gelenkteil mehrere Führungsrillen aufweisen, die in bezug auf deren Drehachsen in Umfangsrichtung geneigt sind.

Diskussion des Standes der Technik:

Ein Doppelgelenk, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, ist als eine solches mit überkreuzten Lauf- oder Führungsrillen bekannt. Das Doppelgelenk besteht aus einem äußeren Gelenkteil 1c, einem inneren Gelenkteil 2c, das innerhalb des äußeren Gelenkteils 1c koaxial zu diesem angeordnet ist, mehreren Kugeln 3c, die zwischen dem äußeren und dem inneren Gelenkteil 1c bzw. 2c angeordnet sind, und einem Käfig 4c, der die Kugeln 3 hält. Das äußere Gelenkteil 1c wiest mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete erste Führungsrillen 15c auf, die sich von einem offenen Ende des äußeren Gelenkteils 1c zum anderen offenen Ende desselben erstrekken. Die ersten Führungsrillen sind abwechselnd geneigt, und zwar einerseits hinsichtlich der Drehachse des äußeren Gelenkteils 1c in einer Umfangsrichtung, und die restlichen hinsichtlich der Drehachse in der entgegengesetzten Umfangsrichtung. Auch weist das innere Gelenkteil 1c mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete zweite Führungsrillen 24c auf, die sich von einem Ende des inneren Gelenkteils 2c zu dessen anderem Ende erstrecken. Die zweiten Führungsrillen 24c sind an Stellen in Umfangsrichtung angeordnet, die jeweils den Stellen in Umfangsrichtung der ersten Führungsrillen 15c entsprechen, und jede der zweiten Führungsrillen 24c ist gegen die Drehachse des inneren Gelenkteils 2c in einer Umfangsrichtung geneigt, die der zugehörigen für die erste Führungsrille 15c entgegengesetzt ist. Die mehreren Kugeln 3c sind für Rollbewegung zwischen den ersten Führungsrillen 15c und den zweiten Führungsrillen 24c angeordnet, und sie werden durch Fenster 45c des Käfigs 4c gehalten.
Bei einem Prozeß zum Herstellen der äußeren und inneren Tei-1e 1c und 2c werden die ersten und die zweiten Führungsrillen 15c bzw. 24c unter Verwendung eines Fräsers ausgebildet, und dann werden ihre bearbeiteten Führungsflächen unter Verwendung eines Schleifrades zu halbkugeliger Form geschliffen.
Um die ersten und zweiten Führungsrillen 15c und 24c genau zu schleifen, ist es erforderlich, den Teilungsdurchmesser der Kugeln 3c, Fehler im Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Führungsrillen, Fehler im Abstand zwischen jeweils abwechselnden Führungsrillen, den Radius der Führungsrillen, den Berührungswinkel zwischen den Kugeln 3c und den Führungsrillen usw. zu berücksichtigen.
Da jedoch die ersten und zweiten Führungsrillen 15c und 24c so ausgebildet sind, daß sie in Umfangsrichtung geneigt sind, wie in den Fig. 9 bzw. 10 dargestellt, sind die beiden Endabschnitte 17c und 26c der ersten und der zweiten Führungsrillen 15c und 24c asymmetrisch hinsichtlich der Mittellinien L3, L4 der Führungsrillen 15c bzw. 24c. Diese Asymmetrie in der Form der Führungsrillen 15c und 24c verursacht während des Schleifvorgangs ein Problem. Wenn nämlich das Schleifrad G durch den Endabschnitt 17c einer der ersten Führungsrillen 15c läuft, ist die Berührungsfläche zwischen dem Schleifrad G und einer Seitenfläche Sa der Führungsrille 15c größer als die Berührungsfläche zwischen dem Schleifrad G und der anderen Seitenfläche Sb der Führungsrille 15c, wie in Fig. 9 dargestellt. Das führt dazu, daß sich das Schleifrad leicht in seitlicher Richtung rechtwinklig zur Mittellinie L3 bewegt, wodurch der Bewegungsort des Schleifrades von der Mittellinie L3 der ersten Führungsrille 15c abweicht. Infolgedessen wird es schwierig, die gesamte Fläche der ersten Führungsrille 15c genau zu schleifen, wodurch es zu einem nachteiligen Einfluß auf die Rollbewegungen der Kugeln 3c nach dem Zusammensetzen kommt. Die obige Schwierigkeit tritt auch auf, wenn die zweiten Führungsrillen 24c geschliffen werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Doppelgelenk anzugeben, dessen Führungsrillen selbst dann genau geschliffen werden können, wenn sie in Umfangsrichtung geneigt sind.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Doppelgelenk anzugeben, dessen Führungsrillen Formen aufweisen, die für genaues Schleifen geeignet sind.
Kurz gesagt, besteht ein erfindungsgemäßes Doppelgelenk aus einem äußeren Gelenkteil mit mehreren ersten Führungsrillen in seiner Innenfläche, einem inneren Gelenkteil mit mehreren zweiten Führungsrillen in seiner Außenfläche, mehreren zwischen den ersten Führungsrillen und den zweiten Führungsrillen angeordneten Kugeln und einem zwischen dem äußeren Gelenkteil und dem inneren Gelenkteil angeordneten Käfig zum Halten der Kugeln. Jede zweite der ersten Führungsrillen ist gegen die Drehachse des äußeren Gelenkteils in Umfangsrichtung geneigt, während die verbleibenden der ersten Führungsrillen in bezug auf die Drehachse in der entgegengesetzten Umfangsrichtung geneigt sind, und jede zweite Führungsrille ist gegen die Drehachse des inneren Gelenkteils in derjenigen Umfangsrichtung geneigt, die derjenigen der entsprechenden ersten Führungsrille entgegengerichtet ist. Ferner ist jede Rille der ersten und/oder der zweiten Führungsrillen mit einem Paar Rillenendabschnitte versehen, die jeweils an den beiden Enden der Rille ausgebildet sind, wobei die Tiefe der Rillenendabschnitte größer ist als diejenige des Mittelabschnitts der Rille.
Wie oben beschrieben, ist beim erfindungsgemäßen Doppelgelenk jede der ersten und/oder zweiten Führungsrillen in einen mittleren Rillenabschnitt und ein Paar Rillenendabschnitte unterteilt, die zu den beiden Seiten des mittleren Rillenabschnitts angeordnet sind und deren Tiefe größer ist als diejenige des mittleren Rillenabschnitts. Die Rillenendabschnitte entsprechen Bereichen, die zu den beiden Enden jeder Führungsrille angeordnet sind, und sie sind in bezug auf die Rillenmittellinie asymmetrisch. Daher berührt das Schleifrad während des Schleifvorgangs der Führungsrille dauernd beide Seitenflächen der Führungsrille. Dies erlaubt es, daß das Schleifrad entlang der Rillenmittellinie läuft, ohne in seitlicher Richtung rechtwinklig zur Mittellinie durch eine Bearbeitungsgegenkraft auszuweichen, die auf das Schleifrad wirkt. Demgemäß können die Führungsrillen sehr genau geschliffen werden, was es erlaubt, daß die Kugeln nach dem Zusammenbau glatt laufen.

KURZE BESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN

Verschiedene andere Aufgaben, Merkmale und viele der zugehörigen Vorteile der Erfindung werden leicht erkennbar, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele besser erkennbar wird, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen berücksichtigt werden, in denen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Doppelgelenks gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des in Fig. 1 dargestellten äußeren Gelenkteils ist;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in Fig. 2 ist;
Fig. 4 eine Außenansicht des in Fig. 1 dargestellten inneren Gelenkteils ist;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung entlang der Linie V-V in Fig. 4 ist;
Fig. 6 und 7 Schnittdarstellungen äußerer Gelenkteile sind, die ein zweites bzw. ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen;
Fig. 8 eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen Doppelgelenks ist;
Fig. 9 eine Schnittdarstellung des in Fig. 8 dargestellten äußeren Gelenkteils ist; und
Fig. 10 eine Außenansicht des in Fig. 8 dargestellten inneren Gelenkteils ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, speziell auf deren Figur 1, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Doppelgelenks zeigt. Das Gelenk besteht hauptsächlich aus einem äußeren Gelenkteil 1, einem inneren Gelenkteil 2, mehreren Kugeln 3 und einem Käfig 4. Das äußere Gelenkteil 1 weist mehrere in Umfangsrichtung beabstandete erste Führungsrillen 15 auf, von denen jede aus einem Mittelabschnitt 19 einer ersten Rille und einem Paar Endabschnitten 17 einer ersten Rille besteht, während das innere Gelenkteil mehrere in Umfangsrichtung beabstandete zwei Führungsrillen 24 aufweist, von denen jede aus einem Mittelabschnitt 28 einer zweiten Rille und einem Paar Endabschnitten 26 einer zweiten Rille besteht. Die Kugeln 3 sind zwischen den ersten und den zweiten Führungsrillen 15 und 24 angeordnet, und sie werden vom Käfig 4 gehalten.
Das äußere Gelenkteil 1 weist die Form eines kurzen Zylinders auf, wie in Fig. 2 dargestellt, und ein Ende einer Antriebswelle 5 ist unter Verwendung mehrerer (nichtdargestellter) Befestigungsschrauben an ihm befestigt. Das äußere Gelenkteil 1 ist mit mehreren Löchern 11 versehen, in denen die Befestigungsschrauben befestigt werden. Die Innenfläche des äußeren Gelenkteils 1 weist Zylinderform auf und ist mit sechs ersten Führungsrillen 15 versehen, von denen jede halbkugeligen Querschnitt aufweist und sich in axialer Richtung vom einen offenen Ende des äußeren Gelenkteils 1 zum anderen offenen Ende desselben erstreckt. Ferner ist jede zweite der ersten Führungsrillen 15 gegen die Drehachse des äußeren Gelenkteils in einer ersten Umfangsrichtung geneigt, und die verbleibenden der ersten Führungsrillen 15 sind gegen die Drehachse in der entgegengesetzten Uinfangsrichtung geneigt. Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, besteht jede der ersten Führungsrillen 15 aus einem Mittelabschnitt 19 einer ersten Rille mit symmetrischer Form in bezug auf die Rillenmittellinie L1 und mit vorgegebener Tiefe und aus einem Paar Endabschnitten 17 einer ersten Rille, von denen jeder asymmetrisch hinsichtlich der Rillenmittellinie L1 ist und eine Tiefe aufweist, die größer ist als diejenige des Mittelabschnitts 19 einer ersten Rille. Jeder der Endabschnitte 17 einer ersten Rille weist bogenförmigen Querschnitt in Richtung der Mittellinie L1 auf. Infolgedessen wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, eine Stufe zwischen dem Mittelabschnitt 19 einer ersten Rille und den Endabschnitten 17 einer ersten Rille gebildet. Die ersten Führungsrillen 15 werden unter Verwendung eines Fräsers bearbeitet, und die bearbeiteten Flächen derselben werden dann einer Wärmebehandlung unterzogen. Danach wird der Mittelabschnitt 19 einer ersten Rille jeder ersten Rille so gemahlen, daß eine Lauffläche für Kugeln 3 ausgebildet wird. Die Stufe zwischen den Endabschnitten 17 einer ersten Rille und dem Mittelabschnitt 19 einer ersten Rille ist größer als Bearbeitungstoleranz für die Fräs- und Schleifvorgänge für den Mittelabschnitt 19 einer ersten Rille.
Das innere Gelenkteil 2 weist ebenfalls die Form eines kurzen Zylinders auf, init einer axialen Länge, die beinahe mit derjenigen des äußeren Gelenkteils 1 übereinstimmt, wie in Fig. 1 dargestellt. Das innere Gelenkteil 2 ist innerhalb des äußeren Gelenkteils 1 koaxial zum diesem angeordnet, und es ist mit einem Loch versehen, in das ein Ende einer angetriebenen Welle 6 eingeführt ist. Die Außenfläche 22 des inneren Gelenkteils 2 weist Kugelform auf, und ein vorgegebener Spalt ist zwischen der Außenfläche 22 des inneren Gelenkteils 2 und der Innenfläche des äußeren Gelenkteils 1 ausgebildet. Die zweiten Führungsrillen 24 sind an der Außenfläche 22 an Stellen in Umfangsrichtung angeordnet, die denjenigen der ersten Führungsrillen 15 entsprechen. Jede der zweiten Führungsrillen 24 weist halbkugeligen Querschnitt auf und erstreckt sich in axialer Richtung von einem Ende des inneren Gelenkteils 2 zum anderen Ende desselben. Ferner ist jede der zweiten Führungsrillen 24 gegen die Drehachse des inneren Gelenkteils 2 in einer solchen Umfangsrichtung geneigt, die derjenigen der entsprechenden ersten Führungsrille 15 entgegengesetzt ist. Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, besteht jede der zweiten Führungsrillen 24 aus einem Mittelabschnitt 28 einer zweiten Rille, mit symmetrischer Form hinsichtlich der Rillenmittellinie L2 und mit vorgegebener Tiefe und einem Paar Endabschnitten 26 einer zweiten Rille, von denen jeder asymmetrische Form hinsichtlich der Rillenmittellinie L2 und eine Tiefe aufweist, die größer ist als diejenige des Mittelabschnitts 28 der zweiten Rille. Jeder der Endabschnitte 26 einer zweiten Rille weist auch bogenförmigen Querschnitt auf. Infolgedessen ist eine Stufe zwischen dem Mittelabschnitt 28 einer zweiten Rille und den Endabschnitten 26 einer zweiten Rille gebildet. Die zweiten Führungsrillen 24 werden ebenfalls unter Verwendung eines Fräsers bearbeitet, und dann werden ihre Oberflächen einer Wärmebehandlung unterzogen. Danach wird der Mittelabschnitt 28 einer zweiten Rille jeder Führungsrille unter Verwendung eines Schleifrades geschliffen. Die Stufe zwischen den Endabschnitten 26 einer zweiten Rille und dem Mittelabschnitt 28 einer zweiten Rille ist größer als das Bearbeitungsspiel für die Fräs- und Schleifvorgänge der Mittelabschnitte 28 der zweiten Rillen.
Jede der aus Stahl bestehenden Kugeln 3 ist zwischen einer ersten Führungsrille 15 und einer zugehörigen zweiten Rille 24 für Rollbewegung zwischen denselben angeordnet.
Der Käfig 4 weist Zylinderform auf, wobei eine Außenfläche der Innenfläche 13 des äußeren Gelenkteils 1 und eine Außenfläche der Außenfläche 22 des inneren Gelenkteils 2 gegenübersteht. Der Käfig 4 ist mit sechs in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Fenstern versehen; die Kugeln 3 werden durch die Fenster 6 gehalten.
Bei einem Doppelgelenk mit dem obigen Aufbau wird das Drehmoment der Antriebswelle 5 zunächst auf das äußere Gelenkteil 1 und dann über die Kugeln 3 auf das innere Gelenkteil 2 übertragen, wodurch die angetriebene Welle 6 mit derselben Drehzahl verdreht wird, die die Antriebswelle 5 aufweist.
Wenn sich der Schnittwinkel zwischen der Antriebswelle 5 und der angetriebenen Welle 6 ändert, bewegen sich die Kugeln 3 entlang der ersten und der zweiten Führungsrillen 15 und 24, während sie vom Käfig 4 gehalten werden, was die Änderung des Schnittwinkels erlaubt.
Wie oben beschrieben, weisen die Rillenendabschnitt 17 und 26 der ersten und zweiten Führungsrillen 15 und 24 Tiefen auf, die größer sind als diejenige der Rillenmittelabschnitte 19 bzw. 28. Daher steht ein Schleifrad während Schleifvorgängen an den ersten und zweiten Führungsrillen 15 und 24 nicht mit den Rillenendabschnitten 17 und 26 in Berührung, die hinsichtlich der Mittellinien asymmetrische Form aufweisen. Dies bedeutet, daß nur die Mittelabschnitte 19 und 28 erster und zweiter Rillen vom Schleifrad geschliffen werden. Daher existiert keine Zeitspanne, in der das Schleifrad nur eine Seitenfläche der ersten und der zweiten Führungsrillen 15 und 24 kontaktiert. Dies beseitigt oder verringert die Unausgewogenheit der Bearbeitungsreaktionskraft auf das Schleifrad, die von den beiden Seitenflächen der Führungsrillen ausgeübt wird, was es erlaubt, daß sich das Schleifrad genau entlang deren Mittellinien bewegt. Infolgedessen können die ersten und zweiten Führungsrillen 15 und 24 genau geschliffen werden.
Da die Endabschnitte 17 und 26 der ersten und zweiten Rillen nicht geschliffen werden müssen, ist es auch möglich, die Bearbeitungszeit zu verkürzen, die Zeitspanne zwischen Nachbearbeitungen des Schleifrades zu verlängern und die Lebensdauer des Schleifrades zu verlängern.
Ferner wird das Gewicht des Gelenks im Vergleich zu herkömmlichen Gelenken leichter, da die Endabschnitte 17 und 26 erster und zweiter Rillen ausgebildet werden und ihre Tiefen größer als diejenigen der Mittelabschnitte 19 bzw. 28 der ersten bzw. zweiten Rillen sind.
Obwohl die Endabschnitte 17 und 26 der ersten und zweiten Rillen bogenförmigen Querschnitt aufweisen, können diese Rillen auch mit anderen Formen ausgebildet werden. Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, das eine erste Modifizierung der ersten Führungsrillen 15 zeigt. Bei diesen Ausführungsbeispielen weist jeder der Rillenendabschnitte 17a eine ebene Fläche parallel zur Drehachse des äußeren Gelenkteils 1 auf, und ein die Rillenendabschnitte 17a rechtwinklig schneidender Stufenabschnitt 18a ist zwischen dem Endabschnitt 17a und dem Rillenmittelabschnitt 19a ausgebildet. Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das eine zweite Modifizierung der ersten Führungsrillen 15 zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jeder der Rillenendabschnitte 17b eine sich verjüngende Fläche auf, und seine Tiefe entspricht derjenigen des Rillenmittelabschnitts 19b an einem Ort anschließend an den Rillenmittelabschnitt 19b, jedoch größer an einem Ort neben der Endfläche des äußeren Gelenkteils 1. Die Rillenendabschnitte können auch so modifiziert werden, daß sie eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, die aus einer ebenen Fläche und einer bogenförmigen Fläche besteht.
Obwohl die Mittelabschnitte 19 und 28 der ersten und der zweiten Rillen Schleifvorgängen unterworfen werden, können bei den obigen Ausführungsbeispielen auch die inneren Teile der Endabschnitte 17 und 26 der ersten und der zweiten Rillen anschließend an die Mittelabschnitte 19 und 28 der ersten und zweiten Rillen geschliffen werden.
Ferner werden bei den obigen Ausführungsbeispielen Rillenendabschnitte sowohl an den ersten als auch den zweiten Führungsrillen 15 und 24 ausgebildet, jedoch kann derselbe Vorteil gemäß der Erfindung auch dann erhalten werden, wenn die Rillenendabschnitte nur an den ersten Führungsrillen 15 oder nur an den zweiten Führungsrillen 24 ausgebildet werden.
Offensichtlich sind zahlreiche Modifizierungen und Variationen der Erfindung angesichts der obigen Lehren möglich. Es ist daher ersichtlich, daß die Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche auf andere Weise realisiert werden kann, als dies hier speziell beschrieben ist.

Claims

1. Doppelgelenk aus einem äußeren Gelenkteil (1) mit mehreren ersten Führungsrillen (15) in seiner Innenfläche, einem inneren Gelenkteil (2) mit mehreren zweiten Führungsrillen (24) in seiner Außenfläche, mehreren Kugeln (3), die zwischen den ersten und den zweiten Führungsrillen angeordnett sind, und einem zwischen dem äußeren und dem inneren Gelenkteil angeordneten Käfig (4) zum Halten der Kugeln, wobei jede der ersten Führungsrillen gegen die Drehachse des äußeren Gelenkteils in Umfangsrichtung geneigt ist und jede der zweiten Führungsrillen gegen die Drehachse des inneren Gelenkteils in einer Umfangsrichtung geneigt ist, die derjenigen der zugehörigen der ersten Führungsrillen entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rille der ersten Führungsrillen (15) und/oder der zweiten Führungsrillen (24) mit einem Paar von Rillenendabschnitten (17, 26) versehen ist, die zu beiden Enden der Rille ausgebildet sind, wobei die Tiefe der Rillenendabschnitte (17, 26) größer ist als diejenige des Mittelabschnitts (19, 28) der Rille.

2. Doppelgelenk nach Anspruch 1, bei dem jede zweite der ersten Führungsrillen in einer ersten Umfangsrichtung geneigt ist und die verbleibenden der ersten Führungsrillen in der anderen Umfangsrichtung geneigt sind, während jede der zweiten Führungsrillen in einer Umfangsrichtung geneigt ist, die derjenigen der zugehörigen ersten Führungsrille entgegengesetzt ist, und wobei jede Rille der ersten Führungsrillen und der zweiten Führungsrillen mit dem Paar von Rillenendabschnitten versehen ist.

3. Doppelgelenk nach Anspruch 2, bei dem die Rillenendabschnitte jeder Führungsrille gekrümmte Querschnitte in Richtung der Mittellinie jeder Führungsrille aufweisen.

4. Doppelgelenk nach Anspruch 2, bei dem die Rillenendabschnitte jeder Führungsrille verjüngte Querschnitte in Richtung der Mittellinie jeder der Führungsrillen aufweisen.

5. Doppelgelenk nach Anspruch 2, bei dem jeder der Rillenendabschnitte jeder Führungsrille aus einem ebenen Abschnitt parallel zur jeder der Führungsrillen und einem Schulterabschnitt besteht, der den ebenen Abschnitt rechtwinklig schneidet.