DE69737661T2

DE69737661T2 - Gleichlauf-Universalgelenk mit drei Zapfen

Info

Publication number: DE69737661T2
Application number: DE69737661T
Authority: DE
Inventors: Tatuhiro Iwata-gun Goto; Tsuyoshi Iwata-gun Saito; Masahiro Kosai-shi Ozawa; Haruo Iwata-shi Nagatani
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2017-02-01
Also published as: KR19980703608A; US5989124A; WO1997029294A1; EP0836023A1; TW486552B; EP0836023B1; EP1008777A2; DE69733180D1; DE69737661D1; DE69733180T2; EP1008777B1; EP0836023A4; AU1557597A; EP1008777A3

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tripode-Gleichlaufgelenk, das bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb und anderen anwendbar ist.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bei der Montage von Kugel- und Rollenelementen in eine Kugel- oder Rollenlagerbaugruppe ist eine Anzahl von Verfahren bekannt, mittels denen die Kugeln/Rollen in die Baugruppe montiert werden können.
Die Französische Patentspezifikation Nr. FR-A-833387 (Ets Rossi Freres) offenbart ein Verfahren zum Montieren von Rollen in eine Rollbahnbaugruppe durch Montieren aller außer einer Rolle in der Baugruppe und danach Drücken der letzten Rolle in den verbliebenden Raum, wobei die Rollen, wenn sie in der Baugruppe aufgenommen werden, einen Raum zwischen sich selbst und den benachbarten Rollen aufweisen.
Die US-Patentspezifikation Nr. 1907015 (Swart) offenbart ein Verfahren zum Montieren von Kugeln oder Rollen in einer ringförmigen Baugruppe in einer zweckmäßigen Weise durch Einbetten der Rollen in einem selbsttragenden Käfig, hergestellt aus einer Substanz, die in Schmieröl löslich ist, typischerweise einem Wachs. Die Rollen können in den Käfig (beispielsweise in zwei bogenförmigen Hälften) vorgefertigt werden, und danach wird die Montage schnell dadurch zustande gebracht, dass zwei Wachsbogen mit den darin eingebetteten Rollen vergleichsweise leicht in die ringförmige Baugruppe montiert werden können.
In Fahrzeugen mit Vorderradantrieb wurde als Gleichlaufgelenk für das Übertragen des Drehmomentes von einer Antriebswelle auf die Vorderräder mit einer konstanten Geschwindigkeit ein Tripodegelenk genommen, wie es in 8A und 8B gezeigt wird. Bei diesem Tripodetyp weist ein Tripod-Element 4 drei radial vorstehende Drehzapfen 11 auf, die Rollen 13 tragen, die entsprechend drehbar mittels Rollenelementen 12 über zylindrischen äußeren Umfangsflächen der Drehzapfen 11 angebracht sind, eingesetzt in ein äußeres Element 1, das drei zylindrische Spurrillen 2 aufweist, die in einer Innenfläche des äußeren Elementes 1 gebildet werden und sich axial davon erstrecken. Jede der Rollen 13 wird in der entsprechenden Spurrille 2 aufgenommen, so dass sie sich längs der Spurrille 2 bewegen kann, wobei eine Drehung um eine Achse des Drehzapfens mit einer äußeren Umfangsfläche in Berührung mit einer eines Paares von Seitenwänden der Spurrille 2 erfolgt, wobei die Wände Rollenführungflächen 3 liefern, die peripher vom äußeren Element 1 entgegengesetzt sind.
In Fällen, wie es in 9 gezeigt wird, wo die Übertragung des Drehmomentes in einem Zustand vorgenommen wird, bei dem das äußere Element 1 und das Tripodeelement 4 einen Arbeits- oder Betriebswinkel θ mit Bezugnahme zueinander einschließen, kommt jede der Rollen 13 und eine der Rollenführungsflächen 3 der entsprechenden Spurrille 2 in eine sich schräg schneidende Beziehung zueinander, wie es in 10 gezeigt wird. In diesem Fall, obgleich die Rolle 13 dazu neigt, in einer Richtung zu rollen und sich zu bewegen, die durch einen Pfeil a in 9 angezeigt wird, weil die Spurrille 2 eine zylindrische Konfiguration parallel zur axialen Richtung des äußeren Elementes 1 aufweist, kommt es dazu, dass sich die Rolle 13 bewegt, während sie eingeschränkt wird. Dementsprechend gleitet die Rolle 13 in Beziehung zur Rollenführungsfläche 3, so daß die Entwicklung von Wärme auftritt und ein axial hervorgerufener Schub erfolgt. Dieser hervorgerufene Schub bewirkt das Auftreten einer Schwingung der Fahrzeugkarosserie und die Erzeugung von Geräuschen, und daher ist der stärker reduzierte hervorgerufene Schub wünschenswert.
Für ein Tripode-Gleichlaufgelenk, das in der Lage ist, den vorangehend erwähnten hervorgerufenen Schub auf ein bestimmtes Maß zu reduzieren, ist eine zweistöckige Konstruktion bekannt, die eine Kombination eines Innenringes und eines Außenringes als eine Rolle aufweist ( U.S.Patent Nr. 4786270 ). Beispielsweise wird, wie es in 11 und 12 gezeigt wird, bei diesem Gelenktyp ein Innenring 18 drehbar mittels Rollenelementen 12 über einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche eines Drehzapfens 11 eines Tripod-Elementes 4 angebracht, während ein Außenring 19 drehbar über einer äußeren Umfangsfläche des Innenringes 18 angebracht wird, wodurch eine zweistöckige Konstruktion gebildet wird. Der Innenring 18 weist eine richtig kugelförmige äußere Umfangsfläche 18a mit seinem Mittelpunkt auf der Achse des Drehzapfens 11 auf, und eine zylindrische innere Umfangsfläche 19a des Außenringes 19 ist drehbar über der richtig kugelförmigen äußeren Umfangsfläche 18a angebracht. Der Außenring 19 wird in der Spurrille 2 des äußeren Elementes 1 aufgenommen, so daß er sich in der axialen Richtung des äußeren Elementes 1 bewegen kann, wobei er auf einer Rollenführungsfläche 3 der Spurrille 2 rollt. In dem Fall, daß die Übertragung des Drehmomentes in einem Zustand vorgenommen wird, wo das äußere Element 1 und das Tripod-Element 4 einen Arbeitswinkel einschließen, wie in 12 gezeigt wird, wird der Innenring 18 mit Bezugnahme auf den Außenring 19 geneigt, wobei sich der Innenring 18 nach unten in 12 relativ mit Bezugnahme auf die zylindrische innere Umfangsfläche 19a des Außenringes 19 verschiebt. Infolge des Auftretens der relativen Bewegung zwischen dem Innen- und Außenring 18, 19 wird der Außenring 19 längs der Rollenführungsflächen 3 des äußeren Elementes 1 geführt, während eine Position parallel zur axialen Richtung des äußeren Elementes 1 mit dem Ergebnis beibehalten wird, daß er richtig auf der Rollenführungsfläche 3 mit weniger Gleitreibung rollt. Daher ist der Gleitwiderstand reduzierbar, um die Erzeugung des hervorgerufenen Schubes zu unterdrücken.
Außerdem ist als ein anderes Tripode-Gleichlaufgelenk, das den vorangehend erwähnten hervorgerufenen Schub, obgleich nur in einem gewissen Maß, reduzieren kann, ein Typ bekannt, bei dem eine Rolle drehbar mit einer äußeren Umfangsfläche eines Drehzapfens eines Tripod-Elementes getragen wird ( U.S.Patent Nr. 4379706 ). Wie in 13 und 14 gezeigt wird, wird dieses Gelenk dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Umfangsfläche 22 eines Drehzapfens 21 eines Tripod-Elementes 4 eine gebogene Fläche mit einer leichten Krümmung annimmt. In diesem Fall wird eine zylindrische innere Umfangsfläche einer Rolle 24 drehbar mittels der Rollenelemente 23 über der äußeren Umfangsfläche 22 des Drehzapfens 21 angebracht, die eine leichte Krümmung aufweist. Die Rolle 24 wird in einer Spurrille 2 eines äußeren Elementes 1 aufgenommen, so daß sie sich längs der Spurrille 2 bewegen kann. Ebenfalls im Gelenk, wie es in 13 gezeigt wird, wenn die Übertragung des Drehmomentes in einem Zustand vorgenommen wird, wo das äußere Element 1 und das Tripodeelement 4 einen Arbeitswinkel θ einschließen, wie in 14 gezeigt wird, neigt sich die zylindrische innere Umfangsfläche der Rolle 24 zur äußeren Umfangsfläche 22 des Drehzapfens 21, und die Rolle 24 dreht sich mehr oder weniger relativ zum Drehzapfen 21, was gestattet, dass die Rolle 24 durch die Rollenführungsflächen auf beiden Seiten der Spurrille 2 des äußeren Elementes 1 geführt wird, um etwas parallel zur Achse des äußeren Elementes 1 zu sein. Daher rollt die Rolle 24 auf der Rollenführungsfläche 3 in der axialen Richtung des äußeren Elementes 1, so dass der Gleitwiderstand der Rolle 24 reduzierbar ist, um den hervorgerufenen Schub zu verringern.
Beim Gelenk mit einer zweistöckigen Rollenkonstruktion, wie es in 11 gezeigt wird, war die Tatsache bekannt, dass es möglich ist, den Effekt der Reduzierung des hervorgerufenen Schubes beständig zu bewirken, wenn in einem Zustand mit der Bildung des Arbeitswinkels gearbeitet wird. Das ist jedoch darin nachteilig, daß, weil die Rolle mit einer Kombination eines Innenringes und eines Außenringes konstruiert ist, zusätzlich zur Anzahl der Teile für den Rollenabschnitt die Anzahl der Montageschritte größer wird, wodurch der Anstieg seiner Herstellungskosten hervorgerufen wird. Im Fall des Gelenkes aus 13 weist die Rolle eine einfache (einstöckige) Konstruktion ebenso wie den grundlegenden Aufbau auf, wie in 8A und 8B gezeigt wird, so dass der Anstieg der Herstellungskosten vermeidbar ist. Andererseits ist es bei diesem Gelenk erforderlich, selbst wenn das äußere Element 1 und das Tripodeelement 4 den Arbeitswinkel θ einschließen, wie in 14 gezeigt wird, dass, damit die Rolle 24 immer die Position parallel zur Spurrille 2 beibehalten kann, ein wünschenswerter radialer Spalt g (in der Veranschaulichung nicht gezeigt), zwischen der äußeren Umfangsfläche 22 des Drehzapfens 21 und den Rollenelementen 23 definiert wird. Genauer gesagt, wie es in 15A gezeigt wird, wird der Krümmungsradius (Annäherungswert) im mittleren Abschnitt der äußeren Umfangsfläche 22 des Drehzapfens 21 mit leichter Krümmung mit R angenommen, und ihr Außendurchmesser wird mit 2r angenommen. Wenn der Drehzapfen 21 um einen Arbeitswinkel θ geneigt wird, wie in 15B gezeigt wird, kommt die äußere Umfangsfläche 22 mit den Rollenelementen 23 in den Abschnitten C, C' in Berührung, wo sie sich mit einer Strichpunktlinie b und einer Strichpunktlinie c trifft. Da diese zwei Abschnitte C, C' auf dem Radius [R – (R – r) cosθ] bleiben, der größer ist als der Radius r des mittleren Abschnittes, damit sich der Drehzapfen 21 gleichmäßig mit Bezugnahme auf die Rolle 24 neigen kann, ist es erforderlich, dass als der Winkel, der das Neigen dazwischen gestattet, der radiale Spalt g auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, um g = 2{[R – (R – r) cosθ] – r} = 2(R – r) (1 – cosθ) zu erfüllen. In diesem Fall, da der radiale Spalt g dem Spiel des Universalgelenkes in seiner Umfangsrichtung proportional ist, ist es wünschenswert, es bis zum äußersten zu verringern.
Dementsprechend erfährt man beim Gelenk in 13 eine Schwierigkeit betreffs dessen, dass die Rolle 24 eine Position parallel zur Spurrille 2 bei allen geforderten Werten des Arbeitswinkels θ beibehält, wenn das Spiel nicht größer werden darf.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Tripode-Gleichlaufgelenk mit einer hohen Leistung bereitzustellen, das in der Lage ist, das Spiel und den hervorgerufenen Schub sicher zu reduzieren, wenn unter einem Arbeitswinkel gearbeitet wird.
Die Erfindung stellt in einem Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Tripode-Gleichlaufgelenkes bereit, wobei das Gelenk aufweist:
ein äußeres Element mit drei sich axial erstreckenden Spurrillen, die in einer inneren Umfangsfläche davon gebildet werden, wobei jede der Spurrillen Rollenführungsflächen auf einem Paar von entgegengesetzten Seitenwänden davon aufweist;
ein Tripod-Element mit drei radial vorstehenden Zapfen und Rollen, die jeweils drehbar auf den Zapfen mittels einer Reihe von zylindrischen Rollenelementen getragen werden, wobei die Rollen jeweils in den Spurrillen aufgenommen werden, so dass die Rollen axial vom äußeren Element beweglich sind, wobei jede Rolle längs einer der entgegengesetzten Rollenführungsflächen rollt, wobei die Rollenelemente direkt auf einer Außenfläche des Zapfens rollen, wobei jede Rolle mit einem ringförmigen Vorsprung an einer inneren Umfangsfläche der Rolle an einem Ende davon ausgebildet ist und eine Reihe der Rollenelemente längs eines inneren Umfanges der Rolle bei einer Baugruppe gehalten wird, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet wird:
Halten der zylindrischen Rollenelemente an der inneren Umfangsfläche der Rolle, so dass die Baugruppe verhindert, dass die Rollenelemente gleichmäßig verteilt werden, bevor die Baugruppe an einem jeweiligen Zapfen montiert wird;
Montieren der Baugruppe an einem jeweiligen Zapfen.
Die Erfindung stellt in einem zweiten Aspekt ein Tripode-Gleichlaufgelenk bereit, das aufweist:
ein äußeres Element mit drei sich axial erstreckenden Spurrillen, die in einer inneren Umfangsfläche davon gebildet werden, wobei jede der Spurrillen Rollenführungsflächen auf einem Paar von entgegengesetzten Seitenwänden davon aufweist;
ein Tripod-Element mit drei radial vorstehenden Zapfen und Rollen, die jeweils drehbar auf den Zapfen mittels einer Reihe von zylindrischen Rollenelementen getragen werden, wobei die Rollen jeweils in den Spurrillen aufgenommen werden, so dass die Rollen axial vom äußeren Element beweglich sind, wobei jede Rolle längs einer der entgegengesetzten Rollenführungsflächen rollt, wobei die zylindrischen Rollenelemente direkt auf einer äußeren Umfangsfläche des Zapfens rollen,
wobei jede Rolle einen ringförmigen radialen Vorsprung an einer zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle an jedem axialen Ende davon aufweist,
wobei die ringförmigen Vorsprünge der Rolle und eine Reihe der Rollenelemente längs einer Rille gehalten werden, die in einem mittleren Abschnitt der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle gebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Abstand (d2) eines Spaltes (g) zwischen einem Paar der seriell angeordneten Rollenelemente kleiner ist als ein Durchmesser (d1) des einen Rollenelementes, das nicht seriell längs der im mittleren Abschnitt des zylindrischen inneren Umfanges der Rolle gebildeten Rille angeordnet ist, um eine Differenz, die durch die Formel (d1–d2) in einem Bereich von mehreren bis mehrere zehn Mikrometer (μ) definiert wird, und wobei das eine Rollenelement als ein Schlussstein dient und in den Spalt (g) gedrückt wird, um die zylindrischen Rollenelemente in Position längs eines inneren Umfanges der Rolle festzuklemmen und eine unabhängige Baugruppe zu bilden, die längs der Außenfläche des Zapfens drehbar und verschiebbar ist.
Vorzugsweise wird eine Erzeugende einer äußeren Umfangsfläche des Zapfens mit einer Kombination von Kreisbogen an entgegengesetzten Enden des Zapfens und einer Kurve zwischen den Kreisbogen definiert, wobei die Kreisbogen ein und den gleichen Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Zapfens aufweisen, um einen Teil eines richtigen Kreises zu bilden, wobei die Kurve einen Krümmungsradius aufweist, der größer ist als der der Kreisbogen, um gleichmäßig mit den Kreisbogen verbunden zu werden.
In diesem Fall kann der Begriff Kurve ebenfalls eine im Wesentlichen gerade Linie sein, die der Kurve entspricht, deren Krümmungsradius bis zur Unendlichkeit vergrößert wird. Außerdem ist es in den Fällen, wo der axiale mittlere Abschnitt der Erzeugenden auf der äußeren Umfangsfläche des Zapfens buchstäblich als die Kurve definiert wird, möglich, nicht nur einen Kreisbogen mit einem einzelnen Krümmungsmittelpunkt und einem einzelnen Krümmungsradius zu verwenden, sondern eine Kombination einer Vielzahl von Kreisbogen, die hinsichtlich Krümmungsmittelpunkt und Krümmungsradius voneinander unterschiedlich sind. Im Fall der Anwendung der Kombination einer Vielzahl von Kreisbogen für den axial mittleren Abschnitt können jene, die näher an den Kreisbogen an beiden Enden des Drehzapfens sind und einen Teil eines richtigen Kreises bilden, einen Krümmungsmittelpunkt in einer Position aufweisen, die näher an der der Kreisbogen ist, die einen Teil eines richtigen Kreises bilden, so dass eine gleichmäßig kontinuierliche Erzeugende an der äußeren Umfangsfläche des Drehzapfens erreicht werden kann.
In diesem Fall nimmt der Zwischenabschnitt der äußeren Umfangsfläche des Drehzapfens eine gebogene Fläche mit einer leichteren Krümmung als die richtige Kugelfläche an, und in dem Fall, dass der Krümmungsradius des Zwischenabschnittes unendlich ist, nimmt er eine im Wesentlichen zylindrische Fläche parallel zur axialen Richtung des Drehzapfens an, genau wie es vorangehend erwähnt wird. Wenn das Rollenelement immer mit der dazwischenliegenden gebogenen Fläche in Berührung gebracht wird, die eine derartige im Wesentlichen zylindrische Fläche umfasst, kann sein maximaler Flächendruck (Lagerdruck) als der maximale Flächendruck reduziert werden, der bei der Berührung einer richtigen kugelförmigen Fläche erfolgt, und dementsprechend nimmt die lokale Belastbarkeit zu, so dass sich die Haltbarkeit verbessert.
Wenn die Erzeugende der äußeren Umfangsfläche des Zapfens durch einen Kreisbogen mit einem einzelnen Krümmungsmittelpunkt und einem einzelnen Krümmungsradius gebildet wird, ist die äußere Umfangsfläche des Zapfens richtig kugelförmig mit dem Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Zapfens. Die Rolle, die über der richtigen kugelförmigen äußeren Umfangsfläche des Zapfens angebracht wird, ist eine in der Anzahl, um die sogenannte Einetagenkonstruktion zu definieren, und die richtige kugelförmige äußere Umfangsfläche des Zapfens wird durch eine Vielzahl von Rollenelementen in der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle angebracht. Da die äußere Umfangsfläche des Zapfens eine richtige kugelförmige Fläche in diesem Fall annimmt, anders als beim bisherigen Stand der Technik, ist es nicht erforderlich, dass der radiale Spalt zwischen den Rollenelementen und der äußeren Umfangsfläche definiert wird. Das heißt, der Zapfen kann sich mit Bezugnahme auf die Rolle ungehindert drehen oder neigen, und ungeachtet der Größe des Neigungswinkels wird die Beziehung in der Abmessung zwischen der äußeren Umfangsfläche des Zapfens und den Rollenelementen immer konstant gehalten. Dementsprechend, wenn das Gelenk einen Arbeitswinkel einnimmt, dreht sich die richtige kugelförmige äußere Umfangsfläche des Zapfens des Tripod-Elementes relativ um ihren Krümmungsmittelpunkt und bewegt sich mit Bezugnahme auf die zylindrische innere Umfangsfläche der Rolle, die in der Spurrille des äußeren Elementes angebracht ist, um zu bewirken, dass sich die Rolle in der axialen Richtung der Spurrille relativ verschiebt. In der Folge kann die Erzeugung des hervorgerufenen Schubes unterdrückt werden ebenso wie das bisherige Gelenk mit der Zweietagenkonstruktion, wodurch ein Tripode-Gleichlaufgelenk mit einer hohen Qualität und Leistungsfähigkeit bereitgestellt wird, das ein geringeres Auftreten eines Temperaturanstieges, einer Schwingung und eines Geräusches zeigen kann. Außerdem, da die Verringerung des hervorgerufenen Schubes, der sich zu dem Zeitpunkt entwickelt, zu dem das Gelenk in einem Zustand unter Bildung eines Arbeitswinkels arbeitet, bei Verwendung eines Tripod-Elementes mit einer einfachen Einetagenrollenstruktur realisierbar ist, kann das Tripode-Gleichlaufgelenk mit einer hohen Qualität und Leistungsfähigkeit mit geringeren Herstellungskosten hergestellt werden.
Um die Position der Rolle in der axialen Richtung des äußeren Elementes zu dem Zeitpunkt sicherer zu stabilisieren, zu dem das Gelenk in einem Zustand bei Bildung eines Arbeitswinkels funktioniert, kann eine Umschlingung zwischen der Rollenführungsfläche der Spurrille des äußeren Elementes und der äußeren Umfangsfläche der Rolle bewirkt werden. Die ringförmigen Vorsprünge können einen Vorsprung aufweisen, der längs der Rollenführungsfläche für eine Berührung mit einer Stirnfläche der Rolle gebildet wird, um dadurch die Rollrichtung der Rolle auf eine Richtung parallel zur Spurrille zu begrenzen. Bei diesen Konstruktionen bewirkt die Umschlingung zwischen der Rollenführungsfläche der Spurrille des äußeren Elementes und der äußeren Umfangsfläche der Rolle oder dem Vorsprung der Rollenführungsfläche konstant eine Begrenzung der Bewegung der Rolle, um sich in der axialen Richtung des äußeren Elementes zu bewegen, wenn das Gelenk in einem Zustand bei Bildung eines Arbeitswinkels funktioniert, mit dem Ergebnis, dass die Erzeugung des hervorgerufenen Schubes sicherer und konstanter unterdrückbar ist.
Obgleich es bekannt ist, daß die Festigkeit des Tripode-Gleichlaufgelenkes von der Festigkeit der Rolle und der Festigkeit der Rollenelemente abhängig ist, wenn (das geometrische Trägheitsmoment der Rolle/PCD⁴) so eingestellt wird, daß 0,0281 × 10^–3 überschritten werden, aber unterhalb von 1,39 × 10^–3 und (der Durchmesser der Rollenelemente/PCD) so eingestellt wird, daß 0,0417 überschritten werden, aber unterhalb von 0,378, ist es möglich, die Festigkeit in ausreichender Weise zu erfüllen, die für das Gelenk für eine Verwendung in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges erforderlich ist. Dementsprechend ist es in diesem Fall möglich, richtige Abmessungen zu erhalten, die der geforderten Festigkeit entsprechen, und daher ein Tripode-Gleichlaufgelenk bereitzustellen, das in ausreichender Weise die Festigkeit erfüllen kann, die bei dessen Verwendung für ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges erforderlich ist.
Der Querschnitt des Drehzapfens ist im allgemeinen ein richtiger Kreis, wohingegen er ebenfalls eine Ellipse sein kann, deren kleine Achse zur Lastseite zeigt. In diesem Fall wird es vom Gesichtspunkt der Herstellung bevorzugt, daß der Unterschied zwischen ihrer kleinen Achse und ihrer großen Achse annähernd mehrere zehn bis 100 μ beträgt und in allen Querschnitten senkrecht zur Achse des Drehzapfens die Elliptizität die gleiche ist. Bei einer derartigen elliptischen Fläche, bei der die kleine Achse zur Lastseite der äußeren Umfangsfläche des Drehzapfens zeigt, kann die Spannungskonzentration beim Rollenelement, das die Last aufnimmt, wenn es mit jener Fläche in Kontakt kommt, abgeschwächt werden, wodurch der maximale Flächendruck und die Haltbarkeit weiter verbessert werden. Außerdem kann die Konfiguration der äußeren Umfangsfläche im Längsschnitt des Drehzapfens ebenfalls eine Kombination von Kreisbogen an entgegengesetzten Enden des Drehzapfens mit einem Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Drehzapfens und einer Kurve zwischen den Kreisbogen aufweisen, die mit den Kreisbogen gleichmäßig verbunden ist und einen Krümmungsradius aufweist, der größer ist als der der Kreisbogen. Es ist ebenfalls möglich, dass diese Kurve aus einer Kombination einer Vielzahl von Kreisbogen besteht, die hinsichtlich Krümmungsmittelpunkt und Krümmungsradius voneinander unterschiedlich sind, oder als eine im wesentlichen gerade Linie ausgeführt ist, die einen Bogen mit einem unendlichen Krümmungsradius entspricht. Dementsprechend wird der axial mittlere Abschnitt des Drehzapfens, der mit den Rollenelementen mit dem maximalen Flächendruck in Kontakt gebracht wird, mit einer leicht gebogenen Fläche mit einem Krümmungsradius gebildet, der größer ist als der einer richtig kugelförmigen Fläche, die einen Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Drehzapfens aufweist, und daher ist der Flächendruck beim Rollenelement reduzierbar.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt dieser Erfindung weist ein Tripode-Gleichlaufgelenk ein Tripod-Element mit drei radial vorstehenden Zapfen, von denen ein jeder eine Rolle drehbar trägt, die über einer äußeren Umfangsfläche des Zapfens angeordnet ist, mit einer Vielzahl von zylindrischen Rollenelementen dazwischen, und ein äußeres Element mit drei Spurrillen auf, die in einer inneren Umfangsfläche davon für das jeweilige Aufnehmen der Zapfen gebildet werden, so dass sich jede der Rollen axial vom äußeren Element bewegen kann, wobei sie auf einer Rollenführungsfläche der Spurrille rollt. Ein Anschlag kann an einer inneren Umfangsfläche der Rolle bereitgestellt werden, um zu verhindern, daß die Vielzahl der zylindrischen Rollenelemente in ihrer axialen Richtung herausfällt.
Der Anschlag kann in der Form eines Ringabsatzes vorliegen, der nach innen aus der inneren Umfangsfläche der Rolle vorsteht, oder alternativ kann der Anschlag in der Form einer Unterlegscheibe vorliegen, die in einer Ringnut angebracht ist, die in der inneren Umfangsfläche der Rolle gebildet wird, wodurch die Rolle im Aufbau vereinfacht wird. Da der Anschlag auf der inneren Umfangsfläche der Rolle vorhanden ist, wird es nicht erforderlich sein, daß die Teile der Konstruktion für das Verhindern des Herausfallen der Rollenelemente am Drehzapfen des Tripod-Elementes vorhanden sind, und daher können die Anzahl der Teile für das Tripod-Element und die Anzahl der Schritte für das Montieren geringer werden, und außerdem können die folgenden Montageverfahren für das Tripod-Element übernommen werden. Das heißt, beim Herstellungsvorgang für das Tripode-Gleichlaufgelenk wird ein Anschlag an einer inneren Umfangsfläche einer Rolle eines Tripod-Elementes bereitgestellt, um das Herausfallen einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden zylindrischen Rollenelementen in ihrer axialen Richtung zu verhindern, und die Rolle wird zusammen mit den Rollenelementen über einem Drehzapfen in einem Zustand angebracht, wo die Vielzahl der Rollenelemente vorübergehend mit Fett auf der inneren Umfangsfläche der Rolle längs des Anschlages befestigt werden. Alternativ wird ein Anschlag auf einer inneren Umfangsfläche einer Rolle eines Tripod-Elementes bereitgestellt, um eine Vielzahl von zylindrischen Rollenelementen an einem Herauskommen in ihrer axialen Richtung zu hindern, und die Vielzahl der Rollenelemente außer einem werden nacheinander oder aufeinanderfolgend auf der inneren Umfangsfläche der Rolle längs des Anschlages angeordnet, und das verbleibende eine Rollenelement wird in einen Spalt gedrückt, der zwischen den zwei der Reihen von Rollenelementen verbleibt, an beiden Enden davon positioniert, und außerdem wird die Rolle zusammen mit den Rollenelementen über dem Drehzapfen in einem Zustand angebracht, wo eine vorgegebene Anzahl von Rollenelementen vorübergehend auf der inneren Umfangsfläche der Rolle gehalten wird. Beim früheren Herstellungsverfahren werden die Rollenelemente vorübergehend mit einem Fett auf der inneren Umfangsfläche der Rolle zum Haften gebracht, und der Anschlag der Rolle verhindert ein Herauskommen der Rollenelemente, wenn die Rolle zusammen mit den Rollenelementen über dem Drehzapfen des Tripod-Elementes angebracht wird. Das letztere Herstellungsverfahren für das aufeinanderfolgende Anordnen der Rollenelemente auf der inneren Umfangsfläche der Rolle ist das sogenannte Keystone-Verfahren, bei dem kein Klebstoff verwendet wird, und ebenfalls verhindert in diesem Fall der Anschlag der Rolle, daß die Rollenelemente herausfallen, wenn die Rolle zusammen mit den Rollenelementen über dem Drehzapfen des Tripodeelementes angebracht wird.
Entsprechend den beiden Herstellungsverfahren, da die Rolle und die Rollenelemente zusammenhängend und gleichzeitig mit dem Drehzapfen kombiniert werden, kann die Anzahl der Schritte für das Montieren des Tripod-Elementes kleiner werden, und der Wirkungsgrad der Montagearbeit kann sich verbessern, wodurch ein Tripode-Gleichlaufgelenk bereitgestellt wird, das eine ausgezeichnete Produktionsqualität und niedrige Kosten aufweist.
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen wird hierin nachfolgend eine Beschreibung von konkreten Beispielen entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgelegt. Die gleichen Teile oder entsprechende Teile werden mit den gleichen Bezugszahlen durchgängig in allen Zeichnungen gekennzeichnet, und die doppelte Beschreibung der gleichen Teile wird weggelassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1A eine Vorderansicht teilweise im Schnitt eines geschnittenen Tripode-Gleichlaufgelenkes entsprechend der Erfindung;
1B eine teilweise Schnittdarstellung des Gelenkes aus 1A;
2 eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung des Gelenkes aus 1B, das eine Form einer Rolle und einer Rollenführungsfläche zeigt;
3 eine Schnittdarstellung, die schematisch das Gelenk aus 1 in einem Zustand zeigt, bei dem ein Arbeitswinkel gebildet wird;
4 eine schematische Veranschaulichung für die Beschreibung einer relativen Bewegung zwischen einer Rolle und einem Drehzapfen, wie in 3 gezeigt wird;
5 eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung gleich 2, die eine Abwandlung einer Rollenführungsfläche zeigt;
6 eine Schnittdarstellung gleich 1B, die eine Abwandlung einer Rollenführungsfläche zeigt;
7 eine Schnittdarstellung gleich 1B, die eine Abwandlung einer Rolle zeigt;
8A eine Längsschnittdarstellung, die ein konventionelles Tripode-Gleichlaufgelenk zeigt;
8B eine Schnittdarstellung des Gelenkes aus 8A;
8C eine vergrößerte Vorderansicht teilweise im Schnitt eines Tripod-Elementes des Gelenkes aus 8B;
9 eine Vorderansicht teilweise im Schnitt des Gelenkes aus 8A in einem Zustand, bei dem ein Arbeitswinkel gebildet wird;
10 eine perspektivische Darstellung, die einen Rollzustand einer Rolle im Gelenk aus 9 zeigt;
11 eine Längsschnittdarstellung, die ein weiteres konventionelles Tripode-Gleichlaufgelenk zeigt;
12 eine Längsschnittdarstellung, die das Gelenk aus 11 in einem Zustand zeigt, bei dem ein Arbeitswinkel gebildet wird;
13 eine Schnittdarstellung, die schematisch einen Hauptabschnitt eines anderen konventionellen Tripode-Gleichlaufgelenkes zeigt;
14 eine Schnittdarstellung, die schematisch einen Hauptabschnitt des Gelenkes aus 13 in einem Zustand zeigt, bei dem ein Arbeitswinkel gebildet wird;
15A eine Vorderansicht, die einen Drehzapfen des Gelenkes aus 13 zeigt;
15B eine Vorderansicht, die einen Drehzapfen des Gelenkes aus 14 zeigt;
16 eine Schnittdarstellung, die einen Hauptabschnitt eines Gelenkes für das Beschreiben der Abmessungen zeigt;
17 eine grafische Veranschaulichung, die durch grafisches Aufzeichnen der Festigkeitsversuchsergebnisse dargestellt wird;
18 ein Balkendiagramm der Haltbarkeitsversuchsergebnisse;
19A eine teilweise vergrößerte Veranschaulichung des Gelenkes aus 1A;
19B eine Schnittdarstellung längs einer Linie B-B in 19A;
20A eine teilweise Vorderansicht, die ein Tripod-Element zeigt;
20B eine teilweise Schnittdarstellung, die ein Gleichlaufgelenk zeigt, das das Tripod-Element aus 20A enthält;
21A eine teilweise Vorderansicht, die ein Tripod-Element zeigt;
21B eine teilweise vergrößerte Veranschaulichung eines Drehzapfens, der in 21A gezeigt wird;
22A eine teilweise Vorderansicht, die ein Tripod-Element zeigt;
22B eine Schnittdarstellung längs einer Linie X-X in 22A;
23A eine teilweise Vorderansicht, die ein Tripod-Element zeigt;
23B eine teilweise Schnittdarstellung, die das Tripod-Element aus 23A zeigt, das mit einem Rollenelement und einer Rolle versehen ist;
24 Polygonlinien, die durch grafisches Aufzeichnen von Versuchsdaten erhalten wurden, d.h., der hervorgerufene Schub relativ zum Gelenkarbeitswinkel;
25 eine Vorderansicht teilweise im Schnitt von einem Tripod-Element;
26A eine vergrößerte Schnittdarstellung, die eine Rolle und Rollenelemente des Tripod-Elementes aus 25 zeigt;
26B eine vergrößerte Schnittdarstellung, die Rollenelemente und eine Rolle mit einer anderen Konstruktion im Tripod-Element aus 25 zeigt;
27 eine Veranschaulichung für das Beschreiben eines Montageverfahrens für das Tripod-Element aus 25;
28 eine Veranschaulichung für das Beschreiben eines weiteren Montageverfahrens für das Tripod-Element aus 25;
29A eine Veranschaulichung für das Beschreiben eines Einbauverfahrens für Rollenelemente für die Rolle aus 28;
29B eine vergrößerte Darstellung, die einen Abschnitt aus 29A zeigt;
30 eine Vorderansicht gleich 25, die teilweise im Schnitt ein Tripod-Element zeigt;
31 eine Vorderansicht gleich 25, die teilweise im Schnitt ein Tripod-Element zeigt; und
32 eine Schnittdarstellung gleich 16, die eine Abwandlung zeigt, bei der die Mittellinien des Drehzapfens und der Rolle versetzt sind.
GEEIGNETSTE METHODE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Zuerst mit Bezugnahme auf 1A und 1B weist ein Tripode-Gleichlaufgelenk ein äußeres Element 1, das so ausgeführt ist, daß es mit einer der zwei Drehachsen verbunden wird, die mittels des Gelenkes gekuppelt werden, und ein Tripod-Element 4 auf, das so ausgeführt ist, daß es mit der anderen der zwei Achsen verbunden wird. Das äußere Element 1 ist im allgemeinen becherförmig und weist drei peripher abstandsgleiche, sich axial erstreckende Spurrillen 2 auf, die in einer inneren Umfangsfläche gebildet werden. Das Tripod-Element 4 weist drei peripher abstandsgleiche, radial vorstehende Drehzapfen 5 auf, von denen ein jeder eine Rolle 7 mit Rollenelementen dazwischen drehbar trägt. Die Rollen 7 werden entsprechend in den Spurrillen 2 des äußeren Elementes aufgenommen. Die Rollen 7 weisen eine zylindrische innere Umfangsfläche n auf, die mittels der Vielzahl von Rollenelementen 6 über einer äußeren Umfangsfläche m des Drehzapfens angebracht ist, wobei die Fläche m wiederum ein Teil der richtigen Kugel mit ihrem Krümmungsmittelpunkt p auf der Achse des Drehzapfens 5 ist. Wie es veranschaulicht wird, weisen die Rollenelemente 6 eine zylindrische Rollfläche auf, deren Durchmesser relativ groß ist, und deren Länge nicht sehr lang ist, wenn man mit ihrem Durchmesser vergleicht. In dieser Hinsicht stehen die Rollelemente 6 im Gegensatz zu den Nadeln. Unterlegscheiben 8 sind an beiden sich öffnenden Endabschnitten der inneren Umfangsfläche n der Rolle angebracht, um die Rollenelemente 6 an einem Herausfallen zu hindern.
Wie aus 1B und 2 zu ersehen ist, ist die Erzeugende einer äußeren Umfangsfläche der Rolle 7 ein Kreisbogen mit seinem Krümmungsmittelpunkt im Punkt p, radial nach außen vom Mittelpunkt P_R der Rolle beabstandet. Die Spurrillen 2, die die Rollen 7 aufnehmen, erstrecken sich axial vom äußeren Element 1. Ein Paar Seitenwände einer jeden der Spurrillen 2 sind einander peripher vom äußeren Element 1 entgegengesetzt und Tiefem Rollenführungsflächen 3 für eine Berührung mit der äußeren Umfangsfläche der Rolle 7. In 1B und 2 ist jede der Rollenführungsflächen 3 eine zylindrische Fläche, wobei ihre Achse den Punkt p, radial nach außen vom Mittelpunkt P_R der Rolle 7 beabstandet, passiert. Da die Erzeugende der äußeren Umfangsfläche der Rolle 7 ein Kreisbogen mit seinem Krümmungsmittelpunkt in einem Punkt, beabstandet vom Mittelpunkt der Rolle 7, ist, kann sich die Rolle 7 kaum neigen, wenn im Längsschnitt (1A) betrachtet wird, sondern verläuft parallel zu der Richtung, in der sich die Rollenführungsfläche 3 erstreckt, d.h., der axialen Richtung des äußeren Elementes 1, wodurch gesichert wird, daß die Rolle 7 gleichmäßig auf der Rollenführungsfläche 3 rollt. Das ist ebenfalls anwendbar, wo sich die Achsen, die mittels des Gelenkes gekuppelt werden sollen, unter einem Winkel oder dem Arbeitswinkel befinden. Wie in 3 gezeigt wird, wenn das Gelenk einen Arbeitswinkel θ bildet, wird das Tripod-Element 4 um einen Winkel θ mit Bezugnahme auf das äußere Element 1 geneigt. Zu diesem Zeitpunkt rollt und bewegt sich die richtig kugelförmige äußere Umfangsfläche m des Drehzapfens 5 relativ innerhalb der zylindrischen inneren Umfangsfläche n der Rolle 7 (mittels der Rollenelemente 6), während die Rolle 7 längs der Rollenführungsflächen 3 innerhalb der Spurrille 2 rollt und sich bewegt, während eine Position parallel zur Achse des äußeren Elementes 1 eingenommen wird, und in dieser Situation gehen die Gleitwiderstände an den entsprechenden Abschnitten nach unten, um das Auftreten des hervorgerufenen Schubes zu unterdrücken. Der Vorgang zur Verringerung des hervorgerufenen Schubes, wenn unter einem Arbeitswinkel gearbeitet wird, ist im Grunde genommen der gleiche wie der der zweistöckigen Rollenkonstruktion, wie in 11 und 12 gezeigt wird, und eine Beschreibung davon wird hierin nachfolgend mit Bezugnahme auf 4 vorgenommen.
Wie es durch eine Zweipunkt-Strichpunktlinie in 4 gezeigt wird, wenn der Mittelpunkt des Tripod-Elementes 4 zu dem Zeitpunkt, zu dem nicht ein Arbeitswinkel gebildet wird, als A angenommen wird, liegt dieser Mittelpunkt A auf der Achse X des äußeren Elementes 1, und der Mittelpunkt P der richtig kugelförmigen äußeren Umfangsfläche m des Drehzapfens 5 und die Rolle 7 bleiben auf der Mittellinie B der Rollenführungsfläche 3. Andererseits, wie es durch eine Volllinie in 4 gezeigt wird, wenn das Gelenk einen Arbeitswinkel θ bildet, verschiebt sich der Mittelpunkt A des Tripod-Elementes 4 zu einem Punkt A', um sich nach unten von der Achse X in 4 zu bewegen. Folglich wird die Achse des Drehzapfens 5 um einen Winkel θ geneigt, wohingegen sich der Mittelpunkt der richtig kugelförmigen äußeren Umfangsfläche m relativ nach unten von der Mittellinie B der Rollenführungsfläche 3 bis zu einer Position P' in 4 bewegt. Infolge dieser relativen Bewegung und der Neigung des Drehzapfens 5 neigt die richtig kugelförmige äußere Umfangsfläche m des Drehzapfens 5 dazu, sich auf der zylindrischen inneren Umfangsfläche n der Rolle 7 zu bewegen, während sie sich um den Mittelpunkt P dreht; überdies ist diese Bewegung infolge des Zwischenschaltens der Rollenelemente 6 (in 4 der Deutlichkeit halber weggelassen; siehe 3) dazwischen gleichmäßig. In Übereinstimmung mit der Bewegung des Drehzapfens 5 rollt und bewegt sich die Rolle 7 längs der Rollenführungsfläche 3, um sich in der Richtung der Achse X des äußeren Elementes 1 parallel zur Mittellinie B der Rollenführungsfläche 3 zu verschieben, wie durch einen Pfeil gezeigt wird, der in der Veranschaulichung nach rechts zeigt. Daher können die relative Bewegung zwischen dem Drehzapfen 5 und der Rolle 7 und die relative Bewegung zwischen der Rolle 7 und der Rollenführungsfläche 3 mit extrem niedrigen Widerständen mit dem Ergebnis erreicht werden, daß das Auftreten des hervorgerufenen Schubes unterdrückbar ist.
Um zu sichern, daß die Rolle 7 parallel mit der Rollenführungsfläche 3 mit einem geringeren Widerstand läuft und darauf rollt, kann ein Vorsprung 3a vorteilhafterweise so ausgebildet werden, daß er sich axial vom äußeren Element 1 längs eines oberen Randes der Rollenführungsfläche 3 erstreckt. Die Rolle 7 kommt immer an einer Stirnfläche davon mit dem Vorsprung 3a in Berührung und behält daher ihre Position parallel zur Achse des äußeren Elementes 1 bei. Daher wird die Rolle 7 axial vom äußeren Element 1 geführt, während sie sich längs der Rollenführungsfläche 3 bewegt, was dazu führt, daß die Position der Rolle 7 wirksam stabilisiert wird, selbst wenn das Gelenk in einem Zustand bei Bildung eines Arbeitswinkels funktioniert.
Die Rollenführungsfläche 3 kann irgendeine Form aufweisen, einschließlich der zylindrischen Form, wie es vorangehend beschrieben wird. Bei einer Abwandlung, die in 5 gezeigt wird, wird eine Art und Weise der Umschlingung übernommen, bei der die äußere Umfangsfläche 1 der Rolle 7 und die Rollenführungsfläche 3 an zwei Punkten Q und Q' in Berührung kommen, die axial von der Rolle 7 beabstandet sind. Ebenfalls gestattet diese Anordnung, daß die Rolle 7 parallel zu der Richtung läuft, in der sich die Rollenführungsfläche 3 erstreckt, d.h., der axialen Richtung des äußeren Elementes 1. Der Spalt oder Raum, der durch die Rollenführungsfläche 3 und die äußere Umfangsfläche der Rolle zwischen den zwei Berührungspunkten Q und Q' begrenzt wird, dient wirksam als eine Fettasche. In diesem Fall kann die Konfiguration der Erzeugenden der Rollenführungsfläche 3 einen Spitzbogen, eine Ellipse, Parabel, Hyperbel oder dergleichen annehmen. Die Konfiguration der Erzeugenden der äußeren Umfangsfläche der Rolle 7 kann beispielsweise mit einem Kreisbogen mit einem Krümmungsmittelpunkt auf der Achse der Rolle 7, einem Kreisbogen mit einem Krümmungsmittelpunkt an einem Punkt radial von der Achse der Rolle beabstandet, entweder in Richtung zur oder weg von der äußeren Umfangsfläche der Rolle, oder einer Kombination von Kreisbogen mit Krümmungsmittelpunkten an Punkten definiert werden, die voneinander in der axialen Richtung der Rolle 7 beabstandet sind.
6 zeigt eine Abwandlung, bei der ein Paar entgegengesetzte Rollenführungsflächen 3, die die Seitenwände der Spurrille 2 bilden, parallele flache Flächen sind. Längs der oberen und unteren Ränder einer jeden Rollenführungsfläche sind Vorsprünge 3a und 3b ausgebildet, so daß ein Randabschnitt der Rolle 7 zwischen dem Paar der Vorsprünge 3a, 3b angeordnet wird, und die zylindrische äußere Umfangsfläche der Rolle 7 mit den flachen Rollenführungsflächen 3 in Berührung gebracht wird. In diesem Fall werden beide Stirnflächen der Rolle 7 mit den Vorsprüngen 3a, 3b mit dem Ergebnis in Berührung gebracht, daß die Position der Rolle 7 in der axialen Richtung des äußeren Elementes 1 stabil steuerbar ist.
Wie es als Abwandlung in 7 gezeigt wird, ist es ebenfalls geeignet, daß ringförmige Flansche 9 zusammenhängend an beiden Enden der zylindrischen Innenfläche der Rolle 7 gebildet werden, um die Rollenelemente 6 zu tragen. Bei dieser Konstruktion ist es möglich, die Unterlegscheiben 8 für das Verhindern des Herauskommens der Rollenelemente wegzulassen, was die Anzahl der Teile für den Rollenabschnitt verringern kann.
Für eine Verwendung des Gleichlaufgelenkes in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges ist eine Festigkeit erforderlich, die das Antriebsdrehmoment aushalten kann. Im allgemeinen hängt im Fall des Gleichlaufgelenkes die als Kriterium oder Bezug genommene Festigkeit beispielsweise von der Festigkeit einer Welle ab, die mit diesem Gleichlaufgelenk gekuppelt werden soll. Dementsprechend wurde bei einem Tripode-Gleichlaufgelenk (siehe 16) des Typs, bei dem der Drehzapfen 5 eine richtig kugelförmige äußere Umfangsfläche aufweist, wie es vorangehend beschrieben wird, ein Festigkeitsversuch vom Gesichtspunkt der Ermittlung der Dimensionsanforderungen zur Erfüllung einer Festigkeitsbedingung durchgeführt. Im Ergebnis des Versuches wurde ermittelt, daß zwei Punkte, die Festigkeit der Rolle 7 und die Festigkeit der Rollenelemente 6, einen Einfluß ausübten. Für die Bewertung wurde das erhaltene Versuchsergebnis (die Festigkeit des homokinetischen Gelenkes) durch die statische Verdrehfestigkeit der Welle dividiert, um einen Wert c (Gleichung 1) zu erhalten, der wiederum als ein Kriterium verwendet wurde, und es wurde c > 0,93 ermittelt, um die Bedingung deutlich zu machen. Das heißt, c = die Festigkeit des Gelenkes/die statische Verdrehfestigkeit der Welle (Gleichung 1)
Das geometrische Trägheitsmoment der Rolle 7 hat in starkem Maß einen Einfluß auf die Festigkeit der Rolle 7, und die Festigkeit der Rollenelemente 6 verläßt sich auf den Durchmesser der Rollenelemente. Um den Einfluß durch die Größen (die Typ-Nr. des Gelenkes) auszuschließen, wurden die entsprechenden Abmessungen durch den Teilkreisdurchmesser (hierin später PCD) für eine Dimensionslosigkeit dividiert, wodurch die folgenden Bedingungsgleichungen (2) und (3) erhalten wurden: a = (das geometrische Trägheitsmoment der Fläche der Rolle/PCD4) (Gleichung 2) b = der Durchmesser der Rollenelemente/PCD (Gleichung 3)
17 ist eine Veranschaulichung, die durch grafisches Aufzeichnen von Versuchsdaten von einer Vielzahl von getesteten Gelenken, die bei den Werten a und b unterschiedlich sind, erhalten wurde, wobei die horizontale Skala den Wert a verkörpert, während die vertikale Skala den Wert b kennzeichnet. Jede der Versuchsdaten umfaßt eine Markierung, die auf eine Bewertung hinweist, und die Werte a, b und c. Von den Markierungen, die für die Bewertungen repräsentativ sind, verkörpert der weiße Kreis
„Festigkeit in Ordnung", d.h., Erfüllen der Bedingung von c > 0,93, die weiße Raute
kennzeichnet „Rollelement nicht gut (NG)", d.h., sie bedeutet, daß sich das Rollenelement in schlechtem Zustand befindet, die schwarze Raute
kennzeichnet, daß sich die Rolle in schlechtem Zustand befindet, der schwarze Kreis
beschreibt „Rolle und Rollenelement nicht gut (NG)", d.h. es bedeutet, daß sich sowohl die Rolle als auch das Rollenelement in schlechtem Zustand befindet, und das Kreuz × steht für „offensichtlich nicht gut (NG)", d.h., es bedeutet, daß der Mangel an Festigkeit ohne Durchführen des Versuches offensichtlich ist.
Wie aus 17 ermittelt wird, wird der Bereich des Wertes der Bedingungsgleichung a (Gleichung 2) betreffs der Rolle 7 mit der Markierung A ausgedrückt, und seine untere Grenze beträgt 0,0281 × 10^–3. Außerdem wird unter den Bedingungen, daß der Außendurchmesser des äußeren Elementes unveränderlich ist, der Außendurchmesser der Rolle bis zu einem Maximum vergrößert, und der Durchmesser des Drehzapfenlagerhalses und der Durchmesser des Rollenelementes werden auf ein Minimum eingestellt, so daß die Rollenwanddicke maximal wird; entsprechend der Berechnung kommt die obere Grenze auf 1,39 × 10^–3. Daraus wird der Bereich von a 0,0281 × 10^–3 < a < 1,39 × 10^–3. Andererseits wird der Bereich des Wertes der Bedingungsgleichung b (Gleichung 3), der sich mit den Rollenelementen befaßt, durch die Markierung B ausgedrückt, und seine untere Grenze beträgt 0,0417. Außerdem wird unter den Bedingungen, daß der Außendurchmesser des äußeren Elementes unveränderlich ist, der Außendurchmesser der Rolle bis zu einem Maximum vergrößert, der Drehzapfendurchmesser und die Rollenwanddicke werden auf ein Minimum eingestellt, und der Durchmesser des Rollenelementes wird maximiert; entsprechend der Berechnung beträgt die obere Grenze 0,378. Daraus beträgt der Bereich von b 0,0417 < b < 0,378. Dementsprechend können in einer Weise, daß a und b entsprechend auf innerhalb der vorangehend erwähnten Bereiche eingestellt werden, die Rolle und die Rollenelemente des Gleichlaufgelenkes für ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges, d.h., das gesamte Gelenk, eine ausreichende Festigkeit aufweisen.
Außerdem wurde für den Zweck des Verbesserns der Schmierfähigkeit der Kontaktabschnitte, um das Auftreten des Abriebverschleißes und das Ablösen des Drehzapfenlagerhalsabschnittes zu verhindern, eine große Anzahl von unabhängigen mikroskopischen Dellen, die jeweils eine Aussparungsform aufweisen, in den Oberflächen der Rollenelemente 6 geformt. Um eine derartige Bedingung der aufgerauhten Oberfläche zu erfüllen, kann ein spezielles Trommelpolieren als Oberflächenbearbeitung dafür zur Anwendung gebracht werden, wodurch eine wünschenswerte fertige Oberfläche erhalten wird. Die Oberflächenrauheit der Rollenelemente beträgt Rmax 0,6 bis 2,5 μm, und der Parameter SK-Wert der Oberflächenrauheit liegt unterhalb –1,6. Außerdem beträgt die mittlere Fläche der Dellen 35 bis 180 μm², während der Anteil der Dellen an der gesamten Oberfläche 10 bis 40 % beträgt. Der vorangehend erwähnte Parameter SK-Wert kennzeichnet die Schräge (Formänderung) der Verteilungskurve, die die Oberflächenrauheit zeigt. Im Fall einer symmetrischen Verteilung, wie beispielsweise der Gauß'schen Normalverteilung wird der Parameter SK-Wert 0, und der bevorzugbare Bereich des Parameters SK-Wert für das Bereitstellen der Form und Verteilung der Aussparungen, die für die Bildung eines Schmierfilmes vorteilhaft sind, obgleich sie von den Bearbeitungsbedingungen abhängig sind, liegt unterhalb –1,6 sowohl in der Umfangsrichtung als auch in der axialen Richtung.
18 zeigt die Ergebnisse der Dauerversuche, die in Form eines Tripode-Gleichlaufgelenkes vorgenommen wurden, bei dem die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens eine richtige kugelförmige Fläche ist, wobei Rollenelemente verwendet werden, die der vorangehend beschriebenen Oberflächenbearbeitung unterworfen wurden, und die konventionellen Rollenelemente eine Feinstbearbeitung erfahren. Die Versuchsbedingungen A und B in der gleichen Veranschaulichung werden entsprechend in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1

Versuchsbedingung Lagerbelastung Drehzahl des Gelenkes Schmiermittel

A 1438 kg Kraft 200 U/min. Fett

B 902 kg Kraft 500 U/min. Fett
Wie aus den Versuchsergebnissen in 18 offensichtlich ist, kommen im Fall der Versuchsbedingung B die konventionellen Rollenelemente bei einer Arbeitszeit über 96 Stunden in einen schlechten Zustand. Andererseits sind die Rollenelemente entsprechend dieser Erfindung selbst nach einer Arbeitszeit noch in einem guten Zustand, die mehr als 160 % übersteigt, verglichen mit den konventionellen. Außerdem verlängert sich ebenfalls im Fall der Versuchsbedingung A die Lebensdauer der Rollenelemente entsprechend dieser Erfindung um mehr als 200 %, verglichen mit den konventionellen.
Daher ist die vorangehend erwähnte Oberflächenbearbeitung für die Rollenelemente für die Bildung des Schmierfilmes auf den Rollenelementoberflächen wirksam, um die Schmierfähigkeit zu verbessern, so daß sich die Drehleistung der Rolle verbessern kann und sich die Gleitleistung zwischen den Rollenelementen und der Rolle und zwischen den Rollenelementen und dem Drehzapfenlagerhals verbessern kann, um das Auftreten des Abriebverschleißes und des Ablösens der Kontaktabschnitte auf das äußerste zu verringern.
Zweitens wurde eine Verfahrensweise geschaffen, um zu einer höheren Leistung beim vorangehend beschriebenen Gelenk zu gelangen, das in 1A und 1B gezeigt wird. Das heißt, im Fall des in 1A und 1B gezeigten Gelenkes kommt die richtig kugelförmige äußere Umfangsfläche m des Drehzahpfens 5 mit den Rollenelementen 6 in eine Punktberührung, so daß die Tendenz besteht, daß der Oberflächendruck höher wird und die Tragfähigkeit abnimmt. Die Gegenmaßnahmen bei diesem Problem können das Vergrößern des Außendurchmessers des Drehzapfens 5 sein, was aber zu einer übermäßigen Vergrößerung des Durchmessers des gesamten Gelenkes führt. Außerdem, obgleich die Anzahl der Rollenelemente 6, die die Last tragen, ungeachtet der Größe des Arbeitswinkels konstant ist, wie in
19A und 19B gezeigt wird, wirkt ein Moment in einer Richtung eines Vektors M infolge des Drehzapfens 5 mittels der Vielzahl von Rollenelementen 6 auf die Rolle 7, was die Position der Rolle 7 instabil macht, wodurch man bei der Verringerung des hervorgerufenen Schubes weiter einer Schwierigkeit begegnet.
Außerdem konzentriert sich die Beanspruchung leicht auf die Rollenelemente 6, die die Last tragen, ungeachtet der Größe des Arbeitswinkels, was einen Einfluß auf die Haltbarkeit der Rollenelemente und anderer zeigt.
Eine Beschreibung einer Ausführung wird vorgenommen, die dieses Problem lösen kann, das dem Gelenk in 1A und 1B eigen ist, ohne daß die Abmessung des Gelenkes und die Anzahl der Teile für das Gelenk vergrößert werden.
Bei einer in 20A und 20B gezeigten Ausführung weist eine äußere Umfangsfläche eines jeden von drei Drehzapfen 5 (in den Veranschaulichungen wird nur einer gezeigt) eines Tripod-Elementes 4 richtige kugelförmige Flächen m₁ mit einem Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Drehzapfens 5 und eine dazwischenliegende gebogene Fläche m₂ auf, die sich in einem mittleren Abschnitt in der axialen Richtung des Drehzapfens 5 mit einem Krümmungsradius R₂ befindet, der größer ist als der Krümmungsradius R₁ der richtigen kugelförmigen Fläche m₁. Eine zylindrische innere Umfangsfläche n einer Rolle 7 ist drehbar mittels Rollenelementen 6 über einer äußeren Umfangsfläche des Drehzapfens 5 angebracht. Die Rolle 7 wird in eine Spurrille 2 eines äußeren Elementes 1 so eingesetzt, daß sie sich axial vom äußeren Element 1 bewegt, wobei sie auf einer Rollenführungsfläche 3 der Spurrille 2 rollt. In diesem Fall wird, mit anderen Worten, die Erzeugende für die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens 5 mit einer Kombination von Kreisbogen (m₁), die an beiden axialen Enden des Drehzapfens 5 liegen und ein und den gleichen Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Drehzapfens 5 aufweisen, um einen Teil eines richtigen Kreises zu bilden, und einem Kreisbogen (m₂) mit einem Krümmungsradius definiert, der größer ist als der der zuerst erwähnten Kreisbogen (m₁).
Die dazwischenliegende gebogene Fläche m₂ des Drehzapfens 5 kennzeichnet eine Fläche, wo die Rollenelemente 6 immer mit maximalem Flächendruck in Berührung kommen. Das heißt, ihre Breite (die Abmessung in der axialen Richtung) wird so ermittelt, daß die Rollenelemente 6, die hauptsächlich die Last tragen, mit der dazwischenliegenden gebogenen Fläche m₂ in Berührung kommen, wenn das Tripod-Element 4 das Drehmoment beim normalen Arbeitswinkel (annähernd 2 bis 10 Grad) mit Bezugnahme auf das äußere Element 1 überträgt. Die dazwischenliegende gebogene Fläche m₂ weist eine leichtere Krümmung auf als die der richtigen kugelförmigen Fläche m₁, und man bevorzugt, daß ihr Krümmungsradius R₂ annähernd das Zwei- bis Fünffache des Krümmungsradiusses R₁ der richtigen kugelförmigen Fläche m₁ beträgt. Der maximale Außendurchmesser dieser dazwischenliegenden gebogenen Fläche m₂ wird kleiner eingestellt als der Außendurchmesser der richtigen kugelförmigen Fläche m₁.
Dementsprechend wird in dem Fall, daß die Rollenelemente 6 mit der dazwischenliegenden gebogenen Fläche m₂ in Berührung kommen, wenn das Gelenk in einem Zustand bei Bildung eines Arbeitswinkels funktioniert, ihr maximaler Flächendruck niedriger als der maximale Flächendruck, der entsteht, wenn die Rollenelemente 6 mit der richtigen kugelförmigen Fläche m₁ mit einem kleineren Krümmungsradius in Berührung kommen. Genauer gesagt, bei der richtigen kugelförmigen Fläche m₁ mit einem kleineren Krümmungsradius R₁ kommen die Rollenelemente 6 in einen Berührungszustand näher einer Punktberührung, während sie bei der dazwischenliegenden gebogen Fläche m₂ mit einem größeren Krümmungsradius R₂ in einen Berührungszustand näher einer Linienberührung mit dem Ergebnis kommen, daß die Verringerung des maximalen Flächendruckes und die Erhöhung der Tragfähigkeit möglich sind, so daß die Unterdrückung des hervorgerufenen Schubes und die Verbesserung der Haltbarkeit ohne Vergrößerung des Durchmessers des gesamten Gelenkes realisierbar sind.
Eine Abwandlung, die in 21A und 21B gezeigt wird, wird dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Fläche m₃ in einem Zwischenabschnitt der richtigen kugelförmigen Flächen m₁ des Drehzapfens 5 gebildet wird. Mit anderen Worten, die Erzeugende für die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens 5 wird mit einer Kombination von Kreisbogen (m₁) mit einem Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Drehzapfens 5, um einen Teil eines richtigen Kreises zu bilden, und einer geraden Linie (m₃) zustande gebracht. In diesem Fall entspricht die gerade Linie (m₃) der vorangehend erwähnten Kurve (m₂) in 20A, wobei der Krümmungsradius R₂ unendlich wird. Die zylindrische Fläche m₃ verläuft parallel zur Achse des Drehzapfens 5 und kommt mit den zylindrischen Rollenelementen 6 in eine lineare Berührung, und daher ist der maximale Flächendruck stärker reduzierbar. Außerdem kann die Kombinationskonfiguration der richtigen kugelförmigen Flächen m₁ und der zylindrischen Fläche m₃ leichter hergestellt werden, verglichen mit der vorangehend erwähnten dazwischenliegenden gebogenen Fläche m₂.
Außerdem wird bei einer Abwandlung, die in 22A und 22B gezeigt wird, die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens 5 des Tripodeelementes 4 dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Kreisbogen m₄ mit einem Mittelpunkt auf der Achse ist, in einem Längsschnitt (22A) betrachtet, daß sie aber eine Ellipse m₅ ist, deren kleine Achse zur Lastseite zeigt, wenn in einem Querschnitt (22B) betrachtet wird. In 22B verkörpert eine Strichlinie den Fall eines richtigen Kreises. Obgleich sie in 22B als eine extreme Ellipse für ein leichtes Verständnis gezeigt wird, beträgt der Grad der Elliptizität der Ellipse m₅ annähernd mehrere zehn bis 100 μ im Unterschied zwischen der kleinen Achse (Lastseite) und der großen Achse (nichtbelastete Seite), und alle Querschnitte senkrecht zur Achse des Drehzapfens 5 nehmen den gleichen Unterschied an. Da die Querschnittskonfiguration des Drehzapfens 5 so gestaltet ist, daß sie die Ellipse m₅ ist, deren kleine Achse zur Lastseite zeigt, verglichen mit dem Gelenk, wie es in 1A und 1B gezeigt wird, kann die Spannungskonzentration bei den Rollenelementen 6, die mit der Lastseite der äußeren Umfangsfläche des Drehzapfens 5 in Berührung kommen, verringert werden, wodurch der maximale Flächendruck reduzierbar ist und die Haltbarkeit verbessert werden kann.
Entsprechend der in 20A und 20B gezeigten Ausführung, da der Oberflächenabschnitt mit einer leichteren Krümmung als die richtige kugelförmige Fläche an beiden Endabschnitten des Drehzapfens im axialen mittleren Abschnitt des Drehzapfens des Tripodeelementes vorhanden ist, werden die Rollenelemente, die zwischen dem Drehzapfen und der Rolle angeordnet sind, hauptsächlich mit dem Flächenabschnitt des Drehzapfens mit der leichteren Krümmung in Berührung gebracht, was zur Verringerung des maximalen Flächendruckes der Rollenelemente und weiter zur Unterdrückung des hervorgerufenen Schubes beiträgt, wodurch ein Tripode-Gleichlaufgelenk bereitgestellt wird, das in der Lage ist, eine geringere Schwingung zu erzeugen und eine hohe Haltbarkeit zu bewirken. Im Fall des Auswählen einer zylindrischen Fläche entsprechend einer gebogenen Fläche, deren Krümmungsradius unendlich ist (21A und 21B) als Beispiel für den Oberflächenabschnitt mit einer leichteren Krümmung, ist eine Verringerung des Flächendruckes weiter möglich. Außerdem, weil die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens mit einer Kombination einer richtigen kugelförmigen Fläche und einer zylindrischen Fläche zustande gebracht wird, ist die Bearbeitung leicht, wodurch die Herstellungskosten des Gleichlaufgelenkes gesenkt werden. Da die Querschnittskonfiguration des Drehzapfens des Tripod-Elementes eine Ellipse annimmt, deren kleine Achse zur Lastseite zeigt (22A und 22B), kann außerdem die Spannungskonzentration bei den Rollenelementen, die sich mit dem Drehzapfen berühren, gemildert werden, wodurch ein Tripode-Gleichlaufgelenk bereitgestellt wird, das bei der Verringerung des hervorgerufenen Schubes und bei der Haltbarkeit ausgezeichnet ist.
Übrigens ist es ebenfalls möglich, die dazwischenliegende gebogene Fläche, die zylindrische Fläche und dergleichen, wie es bereits mit Bezugnahme auf 20A, 20B, 21A und 21B beschrieben wird, zum axialen mittleren Abschnitt des Drehzapfens 5 hinzuzufügen, der in 22A und 22B gezeigt wird. In diesem Fall kann sich infolge der Verstärkereffekte der entsprechenden Konstruktionen die Haltbarkeit weiter verbessern.
23A und 23B zeigen eine Abwandlung, bei der die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens 5 als sogenannte Torusfläche m₆ ausgeführt werden soll. Für diese Torusfläche m₆ wird ein Kreisbogen mit einem Mittelpunkt in einem Punkt, der radial nach außen von der Achse des Drehzapfens 5 beabstandet ist, und einem Radius R₃? als die Erzeugende verwendet, und der axiale mittlere Abschnitt des Drehzapfens 5 nimmt den größten Außendurchmesser (2R₁ ) an. Obgleich die Konstruktion, die in 23A und 23B gezeigt wird, für die Verringerung des Flächendruckes ungünstig ist, kommt die Torusfläche m₆ des Drehzapfens 5 mit dem Rollenelement 6 mit einem Reibungswiderstand in Berührung, der kleiner ist als im Fall einer richtigen kugelförmigen Fläche (für einen Vergleich wird ein Kreisbogen R₁ mit einem Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Drehzapfens 5 mit einer punktierten Linie in 23B gezeigt), mit dem Ergebnis, daß die Unterdrückung des hervorgerufenen Schubes leichter wird. Außerdem, wenn das Gelenk in einem Zustand bei Bildung eines Arbeitswinkels funktioniert, nimmt die Anzahl der Rollenelemente 6, die die Last tragen, in Übereinstimmung mit dem Unterschied beim Radius [R₁–R₃] ab, und dementsprechend verringert sich das Moment in einer Richtung eines Vektors M, das vom Drehzapfen aufgenommen wird und an der Rolle 7 wirkt, um die Position der Rolle 7 zu stabilisieren, verglichen mit dem Fall der richtigen kugelförmigen Fläche, mit dem Ergebnis, daß der hervorgerufene Schub reduzierbar ist. In diesem Fall ist es erforderlich, daß der Unterschied beim Radius [R₁–R₃] auf annähernd 1 bis 2 mm eingestellt wird, um so nicht den Flächendruck zu erhöhen.
24 zeigt die Ergebnisse der Messung des hervorgerufenen Schubes im Fall der in 1A und 1B gezeigten Ausführung und der in 23A und 23B gezeigten Abwandlung. In diesem Fall ist bei der Abwandlung der äußeren Umfangsfläche des Drehzapfens 5 die Torusfläche m₆ von maximalem Radius R₁ = 19,095 mm und der Radius der Erzeugenden R₃ = 17,85 mm, während bei der Ausführung in 1A und 1B die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens eine richtige kugelförmige Fläche mit dem Krümmungsradius von 19,095 mm ist. Wie in 24 gezeigt wird, nimmt der hervorgerufene Schub die Beziehung der Ausführung < Abwandlung an, bis der Arbeitswinkel, der bei der Funktion angenommen wird, bis zu annähernd 6 Grad ansteigt, während im Bereich des Arbeitswinkels, der 6 Grad übersteigt, der hervorgerufene Schub im Gegensatz dazu die Beziehung der Ausführung > Abwandlung annimmt.
Dementsprechend im Fall der in 23A und 23B gezeigten Konstruktion, wenn veranlaßt wird, daß die Krümmung des Zwischenabschnittes der Torusfläche m₆, die mit den Rollenelementen 6 im Bereich des Arbeitswinkels innerhalb von 6 Grad in Berührung kommt, auf annähernd die Krümmung der richtigen kugelförmigen Fläche entspannt werden soll, so daß dieser Zwischenabschnitt gleich der dazwischenliegenden gebogenen Fläche oder der zylindrischen Fläche in der in 1A und 1B oder 2 gezeigten Ausführung wird, selbst wenn der Arbeitswinkel unter 6 Grad liegt, ist der hervorgerufene Schub bis zu jenen bei den vorangehend beschriebenen Ausführungen oder auf unterhalb jener Werte reduzierbar.
Konventionell ist die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens 11 des Tripodeelementes 4 beispielsweise eine zylindrische Fläche, wie in 8C gezeigt wird, und eine innere Unterlegscheibe 14 wird über dem proximalen Abschnitt dieser zylindrischen Fläche angebracht, und eine äußere Unterlegscheibe 15 und eine Klemme 16 werden über deren Kopfabschnitt angebracht, und außerdem wird eine Vielzahl von Rollenelementen zwischen beiden Unterlegscheiben 14, 15 angeordnet. Die Vielzahl der Rollenelemente 6 wird nacheinander längs des äußeren Umfanges des Drehzapfens 5 angeordnet, ohne daß Spalten dazwischen gelassen werden. Die äußere Unterlegscheibe 15 wird in Berührung mit einer Stirnfläche der Rollenelemente 12 angeordnet, um die axiale Position der Rollenelemente 12 zu begrenzen, und um sie außerdem vor einem Herausfallen zu bewahren. Die Klemme 16 wird in einer Nut 17 angebracht, die im äußeren Umfang des Drehzapfens 11 ausgebildet ist, um die äußere Unterlegscheibe 15 am Drehzapfen 11 zu befestigen. Für das Montieren eines Tripod-Elementes 4, wie es in 8C gezeigt wird, wird eine Vielzahl von Rollenelementen 12 nacheinander auf dem äußeren Umfang des Drehzapfens 11 angeordnet, und danach wird eine Rolle 13 darüber angebracht, oder alternativ wird die Rolle 13 über dem Drehzapfen 11 angebracht, und die Vielzahl der Rollenelemente wird in einen ringförmigen Raum eingesetzt, der zwischen dem Drehzapfen 11 und der Rolle 13 gebildet wird. Beide Fälle erfordern jedoch eine große Anzahl von Schritten für das Montieren und sind schwer zu montieren, wodurch der Wirkungsgrad der Montagearbeit beim Tripode-Gleichlaufgelenk verschlechtert wird. Außerdem muß die äußere Unterlegscheibe 15 für das Verhindern des Herausfallen der auf dem Drehzapfen 11 montierten Rollenelemente eine spezielle Form aufweisen, wie sie in der Veranschaulichung für ebenfalls das Verhindern des Herauskommen der Rolle 13 gezeigt wird, und die Klemme 16 für das Einstellen der äußeren Unterlegscheibe 15 auf dem Drehzapfen 11 ist außerdem erforderlich, mit dem Ergebnis, daß die Anzahl der Teile für das Tripod-Element 4 und die Anzahl der Montageschritte so groß werden, daß man einer Schwierigkeit beim Absenken von deren Herstellungskosten begegnet.
Mit Bezugnahme auf 25 bis 31 wird eine Beschreibung hierin nachfolgend von einem Tripode-Gleichlaufgelenk entsprechend einer Ausführung dieser Erfindung vorgenommen, das die vorangehend erwähnten Probleme eliminieren kann, und das den Wirkungsgrad der Montagearbeit verbessern und die Herstellungskosten senken kann.
Bei einem in 25 gezeigten Tripod-Element 4 wird ein Anschlag 10 für das Verhindern des Herausfallen einer Vielzahl von Rollenelementen 6 auf einer inneren Umfangsfläche einer Rolle 7 gebildet, die mittels der Rollenelemente 6 über dem äußeren Umfang eines jeden der Drehzapfen 5 angebracht wird. Beispielsweise ist die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens 5 eine zylindrische Fläche, und eine Vielzahl von zylindrischen Rollenelementen 6, wie beispielsweise Rollen und Nadeln, wird nacheinander auf dieser zylindrischen äußeren Umfangsfläche angeordnet, ohne daß Spalten dazwischen definiert werden, und die zylindrische innere Umfangsfläche der Rolle 7 wird um diese Rollenelemente 6 angeordnet.
Konkrete Beispiele für Anschläge 10, die auf der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 gebildet werden, werden in 26A und 26B gezeigt. In 26A liegen die Anschläge 10 in der Form eines Paares von Ringabsatzabschnitten 9 vor, die an beiden Enden der Rolle 7 gebildet werden, um aus der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 vorzustehen. Beispielsweise wird eine Nut für das Aufnehmen der Rollenelemente 6 für eine Rollbewegung in einem mittleren Abschnitt der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 gebildet, so daß deren axialen Endabschnitte die nach innen vorstehenden Ringabsätze 9 definieren. Alternativ liegen die Anschläge 10 in 26B in der Form eines Paares von Unterlegscheiben 8 vor, die in den Nuten 8a angebracht sind, die in beiden axialen Endabschnitten der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 ausgebildet sind. Der vorstehende Teil der Unterlegscheibe 8 aus der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle entspricht dem Absatz (dem Unterschied im Niveau) des Ringabsatzes 9 in 26A.
Dank der Bereitstellung der das Herausfallen der Rollenelemente verhindernden Anschläge 10 auf der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 sind die Montagemöglichkeiten, wie sie in 27 und 28 gezeigt werden, selektiv akzeptabel.
Wenn die Rolle 7 aus 26A am Drehzapfen 5 befestigt wird, wie in 27 gezeigt wird, wird die Rolle 7 zusammen mit den Rollenelementen 6 über dem Drehzapfen 5 in einem Zustand angebracht, wo alle Rollenelemente 6 nacheinander längs der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 angeordnet und mit einem Fett 10a vorübergehend zum Haften gebracht werden. Das Fett 10a ist von gut bekannter Art für das Schmieren der Rollenelemente, und dieses Fett 10a wird vorher auf die zylindrische innere Umfangsfläche der Rolle 7 aufgebracht, um eine gewünschte Dicke darauf zu bilden, und die Rollenelemente 6 werden gegen das aufgebrachte Fett 10a gepreßt, so daß die Vielzahl der Rollenelemente 6 einer vorübergehenden Haftung ausgesetzt sind. Danach wird die Rolle 7 zusammen mit den Rollenelementen 6 über der zylindrischen äußeren Umfangsfläche des Drehzapfens 5 mit dem Ergebnis angebracht, daß die Anschläge 10 (9) der Rolle 7 das Herauskommen der Rollenelemente 6 verhindern, und die Befestigung der Rolle 7 und der Rollenelemente 6 am Drehzapfen 5 können sicher und problemlos vorgenommen werden.
28 zeigt ein Verfahren, bei dem die Rolle 7 zusammen mit einer Vielzahl von Rollenelementen 6 über dem Drehzapfen 5 in einem Zustand montiert wird, daß die Rollenelemente 6 vorübergehend nacheinander an der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 entsprechend dem sogenannten Keystone-Verfahren angebracht werden. Beispielsweise werden, wie in 29A und 29B gezeigt wird, alle Rollenelemente 6 außer einem nacheinander auf der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 angeordnet, und die letzte eine 6 wird in einen Spalt g gedrückt, der zwischen den zwei dieser Reihen von Rollenelementen 6 definiert wird, positioniert an beiden Enden davon. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen dem Durchmesser d₁ der Rollenelemente 6 und dem Mindestabstand d₂ des Spaltes g auf d₁ > d₂ eingestellt, wobei der Unterschied [d₁–d₂] ein Abmaß von mehreren μ bis zu mehreren zehn μ ist. Daher werden jetzt, da das letzte Rollenelement 6 in den Spalt g unter Druck angebracht wird, alle Rollenelemente 6 vorübergehend und nacheinander auf der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 gehalten. Ebenfalls im Fall der 28, wenn die Rolle 7 zusammen mit den Rollenelementen 6 über der zylindrischen äußeren Umfangsfläche des Drehzapfens 5 angebracht wird, verhindern die Anschläge 10 (9) der Rolle 7 das Herausfallen der Rollenelemente 6, und das Montieren der Rolle 7 und der Rollenelemente 6 auf dem Drehzapfen 5 kann sicher und problemlos zustande gebracht werden. Außerdem kann sich die Vielzahl der Rollenelemente 6, die im voraus an der Rolle 7 entsprechend dem Keystone-Verfahren befestigt wurden, gleichmäßig zwischen der Rolle 7 und dem Drehzapfen 5 ohne Problem drehen, so lange wie sie das vorangehend erwähnte Abmaß aufweisen.
Wie es vorangehend beschrieben wird, ist die Arbeit für das Einstellen der Anlage, bei der die Rollenelemente 6 mit der Rolle 7 am Drehzapfen 5 kombiniert werden, um das Tripod-Element 4 zu montieren, technisch leichter, verglichen mit der konventionellen Montagearbeit, und die Anzahl der Arbeitsschritte für das Montieren wird geringer, wodurch der Wirkungsgrad der Montagearbeit verbessert wird. Außerdem sind in dem Fall, daß gleich der Rolle 7, wie in 26A gezeigt wird, die Anschläge 10 (9) zusammenhängend auf der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle gebildet werden, da es möglich ist, die Unterlegscheiben oder Klemmen für das Verhindern des Herausfallen der über dem Drehzapfen angebrachten Rollenelemente wegzulassen, die Anzahl der Teile für das Tripodeelement 4 und die Anzahl der Schritte für das Montieren reduzierbar, wodurch die Herstellungskosten leicht gesenkt werden können.
Ebenfalls in dem Fall, daß gleich der in 26B gezeigten Rolle 7 die Anschläge 10 bei Verwendung der Unterlegscheiben 8 konstruiert werden, ist es möglich, das Tripod-Element durch Anwendung des Haftungsverfahrens basierend auf dem Fett in 27 und durch Anwendung des Keystone-Verfahrens in 28 zu montieren. In der Rolle 7 aus 26B, da das Paar Unterlegscheiben 8 eingesetzt wird, um das Herausfallen der Rollenelemente zu verhindern, obgleich kein Effekt derart zu verzeichnen ist, daß die Anzahl der Teile verringert wird, können die Unterlegscheiben 8 als billige, flache Unterlegscheiben mit einer einfachen Konfiguration konstruiert werden, die nur aus der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle 7 vorstehen, so daß es möglich ist, die Herstellungskosten des Tripod-Elementes zu senken.
Die Konstruktion des Tripod-Elementes und das Montageverfahren dafür, die mit Bezugnahme auf 25 bis 28, 29A und 29B beschrieben werden, sind ebenfalls bei der Ausführung aus 1A und 1B, deren Abwandlungen, der Ausführung aus 20A und 20B und deren Abwandlungen mit den gleichen Effekten anwendbar. Beispielsweise ist die äußere Umfangsfläche des Drehzapfens 5 des in 30 gezeigten Tripod-Elementes 4 eine richtige kugelförmige Fläche mit ihrem Mittelpunkt P₁ auf der Achse des Drehzapfens 5 und einem Radius R₁, und die Rollenelemente 6 werden in eine Punktberührung mit dieser richtigen kugelförmigen Fläche gebracht, um verschiebbar zu sein, und außerdem wird die Rolle 7 relativ zum Drehzapfen 5 drehbar montiert. Außerdem weist die äußere Umfangsfläche des Drehzapfen 5 des in 31 gezeigten Tripod-Elementes 4 eine kreisförmige Erzeugende auf, deren Mittelpunkt P₂ von der Achse des Drehzapfens 5 beabstandet ist, und deren Radius R₂ ist. Die Rollenelemente 6 werden mit dieser äußeren Umfangsfläche in einer Punktberührung angeordnet, um verschiebbar zu sein, und die Rolle 7 wird relativ zum Drehzapfen 5 drehbar montiert.
Nimmt man beispielsweise 4 und 16, werden der Mittelpunkt des Drehzapfens 5 und der Mittelpunkt der Rolle 7 als miteinander koexistierend gezeigt, wie im Punkt P, selbst wenn die zwei Achsen, die miteinander durch das Gelenk gekuppelt werden, nicht unter einem Winkel verlaufen, obgleich sie axial vom Drehzapfen 5 versetzt sein können. Wenn die Achsen, die durch das Gelenk gekuppelt werden, unter einem Winkel verlaufen, verschiebt sich der Mittelpunkt P des Drehzapfens 5 in Richtung der Achse X des äußeren Elementes 4, d.h., von P nach P', wie es vorangehend in Verbindung mit 4 beschrieben wird, und daher sind die Mittelpunkte des Drehzapfens 5 und der Rolle 7 axial vom Drehzapfen 5 versetzt. Um einem derartigen Problem vorzubeugen, wie es in 32 gezeigt wird, kann der Mittelpunkt P_R der Rolle vom Mittelpunkt P des Drehzapfens 5 um eine vorgegebene Größe in Richtung der Achse X des äußeren Elementes 4 beabstandet werden; das sichert, daß, wenn die Achsen, die durch das Gelenk gekuppelt werden, unter einem Winkel sind, sich der Mittelpunkt P des Drehzapfens 5 in Richtung der Achse X des äußeren Elementes 1 verschiebt, um mit dem Mittelpunkt der Rolle 7 zusammenzufallen oder sich ihm zu nähern. Diese Anordnung berücksichtigt die Bewegungen, denen die Bauteile des Gelenkes beim Übertragen des Drehmomentes zwischen den zwei Drehachsen, die unter einem Winkel verlaufen, begegnen, und seine Bedeutung wird angesichts der Tatsache offensichtlich, daß im Gelenk dieser Art die zwei Drehachsen, die gekuppelt werden, im allgemeinen unter einem Winkel verlaufen.
Es sollte verstanden werden, daß das Vorangegangene nur bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung betrifft, und daß beabsichtigt ist, alle Veränderungen und Abwandlungen der Ausführungen der Erfindung einzuschließen, die hierin für die Zwecke der Offenbarung verwendet werden, die nicht Abweichungen vom Wesen und dem Bereich der Erfindung darstellen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Tripode-Gleichlaufgelenkes, wobei das Gelenk aufweist: ein äußeres Element (1) mit drei sich axial erstreckenden Spurrillen (2), die in einer Umfangsfläche davon gebildet werden, wobei jede der Spurrillen (2) Rollenführungsflächen auf einem Paar von entgegengesetzten Seitenwänden davon aufweist; ein Tripod-Element (4) mit drei radial vorstehenden Zapfen (5) und Rollen (7), die jeweils drehbar auf den Zapfen (5) mittels einer Reihe von zylindrischen Rollenelementen (6) getragen werden, wobei die Rollen (7) jeweils in den Spurrillen (2) aufgenommen werden, so dass die Rollen (7) axial vom äußeren Element (1) beweglich sind, wobei jede Rolle (7) längs einer der entgegengesetzten Rollenführungsflächen rollt, wobei die Rollenelemente (6) direkt auf einer Außenfläche des Zapfens (5) rollen, wobei jede Rolle mit einem ringförmigen Vorsprung (8, 9, 10) an einer inneren Umfangsfläche der Rolle an einem Ende davon ausgebildet ist und eine Reihe der Rollenelemente längs eines inneren Umfanges der Rolle bei einer Baugruppe gehalten wird, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet wird: Halten der zylindrischen Rollenelemente (6) an der inneren Umfangsfläche der Rolle (7), so dass die Baugruppe verhindert, dass die Rollenelemente verteilt werden, bevor die Baugruppe an einem jeweiligen Zapfen (5) montiert wird; Montieren der Baugruppe an einem jeweiligen Zapfen (5).
Verfahren zur Herstellung eines Tripode-Gleichlaufgelenkes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Haltens der zylindrischen Rollenelemente (6) das Festkleben der Elemente (6) mit Fett (10a) auf der inneren Umfangsfläche der Rolle (7) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Tripode-Gleichlaufgelenkes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Haltens der zylindrischen Rollenelemente (6) das Anordnen dieser Rollenelemente so aufweist, dass alle seriell an der inneren Umfangsfläche der Rolle (7) angeordnet werden, außer einem, wobei das eine in den Spalt (g) zwischen den verbleibenden Rollen gedrückt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Tripode-Gleichlaufgelenkes nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Abstand (d2) des Spaltes (g) zwischen einem Paar der verbleibenden seriell angeordneten Rollen kleiner ist als ein Durchmesser (d1) des einen Rollenelementes um eine Differenz, die durch die Formel (d1–d2) in einem Bereich von mehreren bis mehrere zehn Mikrometer definiert wird.
Tripode-Gleichlaufgelenk, das aufweist: ein äußeres Element mit drei sich axial erstreckenden Spurrillen, die in einer Umfangsfläche davon gebildet werden, wobei jede der Spurrillen Rollenführungsflächen auf einem Paar von entgegengesetzten Seitenwänden davon aufweist; ein Tripod-Element mit drei radial vorstehenden Zapfen und Rollen, die jeweils drehbar auf den Zapfen mittels einer Reihe von zylindrischen Rollenelementen getragen werden, wobei die Rollen jeweils in den Spurrillen aufgenommen werden, so dass die Rollen axial vom äußeren Element beweglich sind, wobei jede Rolle längs einer der entgegengesetzten Rollenführungsflächen rollt, wobei die zylindrischen Rollenelemente direkt auf einer äußeren Umfangsfläche des Zapfens rollen, wobei jede Rolle einen ringförmigen radialen Vorsprung an einer zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle an jedem axialen Ende davon aufweist, wobei die ringförmigen Vorsprünge der Rolle und eine Reihe der Rollenelemente längs einer Rille gehalten werden, die in einem mittleren Abschnitt der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Rolle gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Abstand (d2) eines Spaltes (g) zwischen einem Paar der seriell angeordneten Rollenelemente kleiner ist als ein Durchmesser (d1) des einen Rollenelementes, das nicht seriell längs der im mittleren Abschnitt des zylindrischen inneren Umfanges der Rolle gebildeten Rille angeordnet ist, um eine Differenz, die durch die Formel (d1–d2) in einem Bereich von mehreren bis mehrere zehn Mikrometer (μ) definiert wird, und wobei das eine Rollenelement als ein Schlussstein dient und in den Spalt (g) gedrückt wird, um die zylindrischen Rollenelemente in Position längs eines inneren Umfanges der Rolle festzuklemmen und eine unabhängige Baugruppe zu bilden, die längs der Außenfläche des Zapfens drehbar und verschiebbar ist.