JP2016540176A - 継手 - Google Patents
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Abstract
継手は、中心点(C)を中心とする外側凸状球形周辺部(S1)を有する内側部材(1)を備える。第1の内側部材は、中心点を通って延在するねじり軸(A1)を有する。第2の部材外側リング(2)は、中心点を中心とし内側部材の外側周辺部と相補形である内側凹状球形周辺部を有する。第1の内側部材(1)及び第2の部材(2)のうち一方は、中心点の径方向でもう一方の部材の対応する溝穴(K1)内に延在する線に平行に突出する細長い突起(M1)を有する。溝穴及び突起は、ねじり軸(A1)に平行である平面内に伸長する。突起及び溝穴は、ねじり軸(A1)周りのトルクを一方から他方に伝達するように作用する。内側部材及び第2の部材は、前記中心点周りで、突起及び溝穴によって強制される方向に、互いに対して回転可能である。【選択図】図2A図2B
Description
本発明は、継手に関する。
機械式継手は、周知である。例には、角度不整合のシャフトを結合する継手、ユニバーサル・ジョイント、等速ジョイント、駆動シャフトを被駆動シャフトに結合する継手、例えばサスペンション・システムの構造要素にトルク・シャフトを連結する継手を含む。
本発明は、継手を提供することを目的とする。
本発明によれば、内側部材及び外側環状部材を有する継手は、最内部材及び最外部材の一方又は両方を含んでも含まなくてもよい一対又は複数対の部材を備え、各対は、共通軸を有する第1の部材及び第2の環状部材であり、共通の第1の中心を軸上に有し、
・第1の部材は、外側凸状球形周辺部を有し、
・第2の環状部材は、第1の環状部材の外側凸状周辺部が中に受け入れられる内側球形凹状周辺部を有し、
・外側凸状周辺部及び内側凹状周辺部は、第1の中心を中心として同心で、互いに補完形であり、互いに一緒に作用して、外側凸状周辺部と内側凹状周辺部との間のねじり軸に沿って作用する軸方向荷重を伝達し、
・少なくとも1つの細長い突起は、一対の部材の一方の部材から、一対の部材のもう一方の部材の溝穴内に突出し、各突起及び各溝穴は、関連する対の部材の中心軸を含むか又はこの中心軸と平行である平面内に伸長し、溝穴及び突起は、前記平面の方向に突出し、対の部材と一緒に作用して、対の部材の最内部材から対の部材の他の部材にトルクを伝達するように構成され、
・内側部材以外の各部材は、一対の直径方向に対向する荷重溝穴を有し、荷重溝穴は、部材の幅部にわたる途中まで延在し、対の部材の第1の部材を対の部材の第2の部材の凹状内側周辺部内に導入し、対の部材の第2の部材によって軸方向に保持することを可能にする。
・第1の部材は、外側凸状球形周辺部を有し、
・第2の環状部材は、第1の環状部材の外側凸状周辺部が中に受け入れられる内側球形凹状周辺部を有し、
・外側凸状周辺部及び内側凹状周辺部は、第1の中心を中心として同心で、互いに補完形であり、互いに一緒に作用して、外側凸状周辺部と内側凹状周辺部との間のねじり軸に沿って作用する軸方向荷重を伝達し、
・少なくとも1つの細長い突起は、一対の部材の一方の部材から、一対の部材のもう一方の部材の溝穴内に突出し、各突起及び各溝穴は、関連する対の部材の中心軸を含むか又はこの中心軸と平行である平面内に伸長し、溝穴及び突起は、前記平面の方向に突出し、対の部材と一緒に作用して、対の部材の最内部材から対の部材の他の部材にトルクを伝達するように構成され、
・内側部材以外の各部材は、一対の直径方向に対向する荷重溝穴を有し、荷重溝穴は、部材の幅部にわたる途中まで延在し、対の部材の第1の部材を対の部材の第2の部材の凹状内側周辺部内に導入し、対の部材の第2の部材によって軸方向に保持することを可能にする。
最も実用的な用途として、外側部材以外の前記部材は、共通中心を含む球形区分を備える。
球形区分は、一対の平行平面の間の球形の一部である。しかし、いくつかの状況では、平面が平行ではないが交差しない球形区分、又は頂点が共通軸上にある円錐によって切断される球形区分を使用する状況を考慮することが可能であるが、そのような代替形態は、製造、組立て及び使用の両方で欠点を有すると思われ、利用可能性が低いと思われる。
本発明の他の特徴は、特許請求の範囲及び/又は添付の明細書に見出される。
本発明による継手は、少なくとも1つの回転自由度で結合しなければならないあらゆる2つの構造要素を結合するために使用することができる。いくつかの例は、要素を固定構造体に結合する「構造体の静的継手」として有用である。他の例は、2つの回転要素を結合する、回転に「順応性がある継手」として有用である。例として、本発明による様々な継手は、ユニバーサル・ジョイント、等速ジョイント、駆動シャフトを被駆動シャフトに結合する継手等、角度不整合のシャフトを結合するために使用することができるか、又は例えばサスペンション・システムにあるような構造要素にトルク・シャフトを連結する継手として使用できる。
添付の図面を参照しながら、本発明の例を以下で説明する。
図1に示す基準枠との関係で、図2から図17の本発明の例を説明する。
図1に示す基準枠との関係で、図2から図17の本発明の例を説明する。
基準枠は、軸方向を画定する第1の軸A1を有する。第2の軸A2は、第1の軸A1に直交する。第1の軸と第2の軸との交点は、継手の同心部材の同心球状面の中心点Cである。第1の軸及び第2の軸並びに中心点は、第1の平面P1内にあり、第1の軸及び中心点は、第1の平面に直交する第2の平面P2内にある。中心点Cを通る第3の平面P3は、他の平面に直交する。軸A1及び軸A2に直交する第3の軸A3は、第3の平面内にあり、中心点Cを通る。
第1の軸A1は、例えば駆動シャフト又は被駆動シャフトが継手に連結される、ねじり軸であり、第2の軸A2及び第3の軸A3は、継手部材の相対回転軸である。
いくつかの例では、継手は、中心点Cを中心とするいくつかの部材及び更なる中心点C2を中心とする他の部材を有し、この更なる中心点C2は、部材が整合する場合に第1の軸A1に沿ってCからずれる。C2のCからのずれは、わずかなものであってもよく、例えば1ミリメートルの何分の1かである。軸A2及びA3に対して平行な更なる軸A21及びA31はそれぞれ、中心点C2を通る。
図2では、継手は、一対の部材201及び202、即ちそれぞれが球形区分を含む内側環状部材201及び外側環状部材202を備える。内側環状部材201は、軸A1の周囲で、軸A1上にある中心点Cを中心とし、外側球形面S1を有し、外側球形面S1は、凸状球形であり、中心点Cを中心とする。内側環状部材201は、中心開口40を有し、中心開口40は、本例では、対応するスプライン・シャフトを係合するスプライン42を有する。
外側環状部材202は、内側部材201の凸状外側面S1と相補形である内側周辺部凹状球形面S21を有する。凹状球形面S21は、同じ中心点Cを中心とする。外側部材202の内側球形面S21及び内側部材201の外側球形面S1は、連続する平滑な支承面である。
細長い突起M1及びM11は、中心点Cから径方向で、第1の軸A1に対し平行に、内側部材201の凸状球形面S1から延在する。突起の外側面も、球形面S1に対して平行に延在する。突起は、外側環状部材202の内側凹状面S21の相補形溝穴K1及びK11内に延在する。突起及び溝穴は、中心点を通り第1の軸に直交する第2の回転軸A2周りで、内側環状部材及び外側環状部材を互いに対し強制的に回転可能にする。突起M11及び溝穴K11は、突起M1及び溝穴K1のそれぞれと同一であり、これらと直径方向に対向する。継手は、突起M11及び溝穴K11がなくても作動するが、破損に対しあまり堅牢ではなくなる。
隣接する凸状球形面S1及び凹状球形面S21の中心点Cは、内側部材201の軸方向対向面F1とF3との間、及び外側部材202の外側面F2とF4との間にある。この結果、軸方向対向面F1とF3との間の中間にある内側凸状球形面の周辺部は、外側部材202の軸方向対向面F2及びF4の、外側部材202の凹状面の周辺部よりも大きな半径にある。したがって、内側環状部材は、第2の軸周りの外側部材202の回転動作範囲にわたって外側環状部材内で軸方向に保持される。
図2に示す例E1では、シャフトを係合するスプライン42が内側部材201の中心孔にある。スプライン(図示せず)は、追加又は代替として、別のシャフトを係合するために外側部材202の外側周辺部上に設けることができる。継手は、シャフト(複数可)に対して摺動可能にしてもよく、軸方向の自由度をもたらす。
図示の例では、突起M1、M11は、突起の側部と溝穴の側部との間の間隙が最小である状態で、関連する溝穴K1、K11に嵌合する。しかし、別の例では、突起の1つは、突起の側部と溝穴の側部との間に所定の相当な間隙がある状態で、その関連する溝穴内に突出しており、関連する溝穴に最小の間隙で嵌合する他の突起が破損した場合の予備として作用する。
内側部材201及び外側部材202は、図2では両方とも環状である。それぞれは、第1の軸A1と第2の軸A2との交点で、中心点Cを中心とする球形区分である。
図2Aから図2Dに示すように、突起(複数可)は、内側環状部材201から外側部材202の溝穴(複数可)内に突出する。しかし、突起(複数可)は、外側部材から内側環状部材201の溝穴(複数可)内に突出することができる。
図2では、球形面は、軸の径方向で、軸方向に作用する荷重を支える。突起及び溝穴は、内側部材と外側部材との間の第1の軸周りのトルクを伝達する。内側部材201及び外側部材202は、球形区分を備える。
継手の一使用法では、シャフトの第1の軸周りの回転は、突起M1及びM11並びに溝穴K1及びK11によって内側部材201から、同様に回転する外側部材202に伝達される。外側部材は、別のシャフトに連結することができる。別の使用法では、部材のうち1つ、例えば外側部材を固定し、静的トルクを内側部材から外側部材に伝達する。
図3Aから図3Eは、図2の継手の組立て方を示す。以下の図4から図17で示す他の継手の全てに対して同じ方法が使用される。外側部材202は、2つの直径方向に対向する荷重溝穴L1及びL2を有する。図3Eに示すように、溝穴は、外側部材の幅部にわたる途中まで延在する。溝穴は、溝穴の直径方向に対向する床6が内側部材201の外側面S1の直径だけ離間するように寸法決定される。各溝穴の幅は、内側部材の幅と等しいか又はそれよりもわずかに大きい。内側部材201は、図3A、図3B及び図3Cに示すように、内側部材201の突起(複数可)M1、M11を溝穴(複数可)K1、K11と整合する状態で溝穴に横向きに導入し、次に突起(複数可)が溝穴(複数可)に入るように回転させる。
以下で説明する他の継手は、内側部材同心リングの周りに2つ以上の環状部材を有する。環状部材の各対は、図3を参照しながら説明したように組み立てることができる。図3D及び図3Eは、例えば、図6Aから図6Cの実施形態の環状部材602を示し、この実施形態では、内側部材の周りに2つの環状部材、即ち、最外環状部材603内に嵌合する中間環状部材602を有することに留意されたい。
図3の組立て方法は、堅牢で強固な継手を実現する。この組立て方法は、個々の部材を中実材料から機械加工することを可能にし、2つの半部の部材を一緒に接合することによる破損の危険性を最小にする。記載する方法は、本明細書に記載する全ての支承面が連続することを可能にする、即ち、2つの半部を一緒にボルト締め又は溶接して組み立てた部材の接合場所で接合部(したがって脆弱な領域)が一切ないようにする。
図2の継手の1つの可能な使用法は、車両のハブ・センター・ステアリングにある。図4では、操舵される車輪ハブ62は、本例ではサスペンション・アームである支持部材64によって支持される。
継手P1は、操舵される車輪ハブ62にサスペンション・アーム64を結合する。アーム64は、継手の第1の内側環状部材201の中心開口40内のスプライン42によって係合される。突起(複数可)M1、M11及び溝穴(複数可)K1、K11は、第1の内側環状部材201及びアーム64に対する、外側部材202の一方の軸(操舵軸)周りの回転を可能にする。外側部材202は、軸受け63上で自由に回転する車輪62を支持する。操舵アーム60は、外側環状部材202を第1の内側環状部材及びシャフト64に対して回転させるために、外側環状部材202に固定される。
本例では、突起(複数可)M1、M11及び溝穴(複数可)K1、K11は、相対回転を可能にする支持をもたらすが、車輪ハブ62を駆動するものではない。
図5Aは、図2に示す2つの継手を備える継手構成を示し、2つの継手は、連結構造体66によって一緒に連結される。構造体66は、2つの継手を厳密に連結する。図5Aでは、構造体66は、継手の外側部材202を連結する。2つの継手の突起は、互いに直交するが、直交しなくてもよい。図5Aの例では、連結構造体は、外側部材を結合する管である。図6Aの修正形態では、継手のうち一方は、管に固定され、もう一方は管内で軸方向に自由に移動する。
図5Bに示す別の例では、一方の継手の外側部材202は、68で概略的に示す連結構造体によってもう一方の継手の内側部材201に連結される。
2つの継手の突起が同じ向きにある場合、そのような継手の1つの例示的な使用法は、クランク・ハンドルである。他の例では、一方の継手の突起(複数可)は、もう一方の継手の突起(複数可)に直交する。
図6Aから図6Cでは、継手は、第1の内側環状部材601、環状中間部材602及び環状最外部材603を備える。部材601、602、603のそれぞれは、中心Cを中心とする球形区分を備える。内側環状部材601は、第1の軸A1を中心とし、内側環状部材601は、軸A1上の点Cを中心とする凸状球形である外側球形面S1を有する。第1の内側環状部材601は、中心孔40を有し、中心孔40は、本例では、対応するスプライン・シャフトを係合するスプライン42を有する。
中間環状部材602は、内側周辺部面S21を有し、内側周辺部面S21は、凹状球形であり、第1の内側部材601の外側面S1と相補形である。本例では、中間部材602の内側球形面S21及び第1の内側部材601の外側球形面S1は、連続する平滑な支承面である。
直径方向に対向する細長い突起M1及びM11は、第1の軸A1の径方向で、第1の軸A1に対し平行に、内側部材601の凸状球形面S1から延在する。突起の径方向外側面も、球形面S1に対し平行に延在する。突起は、中間部材602の内側凹状面S21の相補形溝穴K1及びK11内に延在する。突起M1、M11及び溝穴K1、K11は、第1の軸を通り第1の軸に直交する第2の回転軸A2周りで、第1の内側部材601及び中間部材602を互いに対し強制的に回転可能にする。
中間部材602は、凸状球形である外側周辺部S22を有する。最外環状部材603は、内側周辺部面S31を有し、内側周辺部面S31の凹状球形は、中間部材602の外側面S22と相補形である。本例では、最外部材の内側球形面S31及び中間部材602の外側球形面S22は、連続する平滑な支承面である。
第2の細長い突起M2及びM22は、第1の軸の径方向で、第1の軸に対し平行に、中間部材602の凸状球形面S22から延在する。第2の突起M2及びM22の径方向外側面も、球形面に平行に延在する。
突起M2及びM21は、最外部材603の内側凹状面の第2の相補形溝穴K2及びK21内に延在する。第2の突起M2及びM21並びに第2の溝穴K2及びK21は、第1の突起M1、M11及び第1の溝穴K1、K11に直交する。第2の突起M2及びM21並びに第2の溝穴K2及びK21は、中心点Cを通り第1の軸A1及び第2の軸A2の両方に直交する第3の回転軸A3(図1を参照)周りで、中間部材602及び最外部材603を互いに対し強制的に回転可能にする。
内側部材601は中間部材602内に保持され、中間部材602は最外部材603内に保持される。
本例では、第2の突起M2及びM21並びに対応する溝穴K2及びK21は、省いてもよいが、破損の際にそれほど安全ではなくなる。
図6の継手の1つの使用法は、ユニバーサル・ジョイントとしてである。というのは、この継手は、内側部材及び最外部材が第2の軸周りに相対的に回転することによって、角度不整合のシャフトを可能にするためである。
図6の継手は、第3の環状部材に固定されるか又はそれと一体であるフランジ44を有し、第3の環状部材を構造要素、例えばシャフトに連結する。フランジ44は、スプライン又は何らかの他の連結手段に取って代わることができる。
突起M1、M11及びM2、M21は、中間部材602及び最外部材603それぞれの中にあることができ、内側部材601及び中間部材602の溝穴K1、K11、K2、K21内に突出する。
対の部材601と602、及び対の部材602と603はそれぞれ、以下の特許請求の範囲内の意味の範囲における一対の部材を備える。
図7は、図6に示す種類の(フランジ44がない)2つの継手E2を備える継手構成を示し、2つの継手E2は、連結構造体66によって一緒に連結される。構造体は、2つの継手を厳密に連結する。図7では、構造体は、継手の外側部材603を連結する。図7の例では、連結構造体は、外側部材を結合する管である。別の例では、管ではなく、一方の継手の最外部材は、もう一方の継手の内側部材に連結される。図7の継手の1つの例示的使用法は、継手のうち一方の1つ又は複数の突起がもう一方の継手の突起に直交しない場合、二重カルダン・シャフトの近似形態としてである。継手E2の一方は、管66内で軸方向に自由に移動することができる。
一方の継手の突起M1、M11、M2及びM21は、もう一方の継手の突起に直交することができるか、又は好ましくは、更なる例では用途に応じてもう一方の継手の突起に対し平行である。
図8Aから図8Eでは、継手は、第1の軸A1上の中心点Cを中心とする内側環状部材801、第1の環状部材802、第2の環状部材803及び第3の中間環状部材804並びに外側環状部材805を備える。部材801及び802並びにそれらの球形支承面は、中心点Cを中心として同心である。部材804及び805並びにそれらの球形支承面は、図1の基準枠で説明した軸A1に沿ってずれる中心点C2を中心として同心である。第2の中間部材803は、Cを中心とする内側球形面、及びC2を中心とする外側球形面を有する。
内側環状部材801は、外側周辺部面S1を有し、外側周辺部面S1の凸状球形は、第1の軸A1上の中心点Cを中心とする。内側環状部材801は、中心開口を有し、中心開口は、対応するスプライン・シャフトを係合するスプラインを有する。
第1の中間部材802は、内側周辺部面S21を有し、内側周辺部面S21の凹状球形は、第1の環状部材801の外側面S1と相補形である。本例では、環状部材802の内側球形面S21及び第1の環状部材801の外側球形面S1は、連続する平滑な支承面である。
直径方向に対向する細長い突起M1及びM11は、第1の軸A1の径方向で、第1の軸A1に対し平行に、内側リング801の凸状球形面S1から延在する。突起M1及びM11の径方向外側面も、球形面S1に対して平行に延在する。突起は、第1の中間環状部材802の内側凹状面S21の第1の相補形溝穴K1及びK11内に延在する。第1の突起及び第1の溝穴は、第1の軸A1に直交する第2の回転軸A2周りで、内側部材801及び第1の中間環状部材802を備える対の部材を互いに対し強制的に回転可能にする。
第1の中間環状部材802は、凸状球形である外側周辺部S22を有する。第2の中間環状部材803は、内側周辺部面S31を有し、内側周辺部面S31の凹状球形は、第1の中間環状部材802の外側面S22と相補形である。本例では、第2の中間部材803の内側球形面S31及び第1の中間環状部材802の外側球形面S22は、連続する平滑な支承面である。
第2の細長い突起M2及びM21は、第1の軸A1の径方向で、第1の軸A1に対し平行に、第1の中間部材802の凸状球形面S22から延在する。第2の突起M2及びM21の径方向外側面も、球形面S22に対して平行に延在する。突起は、第2の中間部材803の内側凹状面S31の第2の相補形溝穴K2及びK21内に延在する。第2の突起M2及びM21並びに第2の溝穴K2及びK21は、第1の突起M1、M11及び第1の溝穴K1、K11に直交する。第2の突起M2及びM21並びに第2の溝穴K2及びK21は、中心点CCを通り第1の軸A1及び軸A2に直交する第3の軸A3周りで、第1の中間環状部材802及び第2の中間環状部材803を備える対の部材を互いに対し強制的に回転可能にする。
第2の中間環状部材803は、凸状球形である外側周辺部S32を有する。第3の中間環状部材804は、内側周辺部面S41を有し、内側周辺部面S31の凹状球形は、第2の中間環状部材803の外側面S32と相補形である。本例では、第3の中間環状部材804の内側球形面S41及び第2の中間環状部材803の外側球形面S32は、連続する平滑な支承面である。
第3の細長い突起M3及びM31は、第1の軸A1の径方向で、第1の軸A1に対し平行に、第2の中間環状部材803の凸状球形面S32から延在する。突起M3及びM31の径方向外側面も、球形面S32に対して平行に延在する。突起M3及びM31は、第3の中間環状部材804の内側凹状面の第3の相補形溝穴K3及びK31内に延在する。第3の突起M3及びM31並びに第3の溝穴K3及びK31は、突起M2及びM21並びに溝穴K2及びK21と同じ平面内にあり、したがって、軸A3に平行な軸A31周りで、第2の中間部材803及び第3の中間部材804を備える対の部材を互いに対し強制的に回転可能にする。第2の中間環状部材803は、第1の中間環状部材802の突起M2及びM2と協働する第2の中間環状部材803の内部溝穴K2及びK21が第2の中間環状部材803の突起M3及びM31と同じ平面内にあるという点で、他の環状部材とは異なることがわかるであろう。
第3の中間環状部材804は、凸状球形である外側周辺部S42を有する。凸状球形は、第3の環状部材804の外側面S42に対し相補形である。本例では、最外部材805の内側球形面S51及び第3の中間環状部材804の外側球形面S42は、連続する平滑な支承面である。第4の細長い突起M4及びM41は、第1の軸A1の径方向で、第1の軸A1に対し平行に、第3の中間環状部材804の凸状球形面S42から延在する。
第4の突起M4及びM41の径方向外側面も、球形面に対して平行に延在する。突起は、最外部材805の内側凹状面S51の第4の相補形溝穴K4及びK41内に延在する。第4の突起M4及びM41並びに第4の溝穴K4及びK41は、第3の突起M3、M31、及び第3の溝穴K3、K31に直交する。第4の突起M4及びM41並びに第4の溝穴K4及びK41は、図8Dに示すように軸A2に平行なA21周りで、第3の中間環状部材804及び最外部材805を備える対の部材を互いに対し強制的に回転可能にする。更なる軸A21は、第1の軸を通り、第1の軸に直交する。というのは、第4の突起M4、M41及び第4の溝穴K4、K41は、第1の突起M1、M11及び第1の溝穴K1及びK11に平行であるためである。
部材は、図3を参照して説明したのと同じように継手内に組み立てられ、保持される。
前述の例のように、突起M11、M21、M31及びM41並びに対応する溝穴K11、K21、K31及びK41は、省いてもよいが、破損の際にそれほど安全ではなくなる。
図8の例では、第3の中間部材及び最外部材は、第1の部材及び第2の部材に対して軸A1に沿ってずらすべきであることがわかっている。このことは、図8Dに示すように、第2の中間部材803の外側球形面S32を、第2の中間部材803の内側球形面S31から軸方向にずらすことによって達成することができる。
図8の継手の1つの例示的使用法は、等速ジョイント又は二重カルダン・ジョイントの近似形態としてである。1つの二重カルダン設計では、内側環状部材801は、水平平面で移動するように構成され、第1の中間環状部材802は、垂直平面で移動するように構成され、第2の中間環状部材803は、垂直平面で移動する(が、ずれを有する)ように構成され、第3の中間部材804は、水平平面で移動するように構成されると思われる。別の設計では、内側環状部材801は、垂直平面で移動するように構成され、第1の中間部材802は、水平平面で移動するように構成され、以下同様に構成される。
突起は、図8の例では、内側環状部材の溝穴内に突出する外側環状部材内にあってもよい。
対の部材801と802、802と803、803と804、及び804と805はそれぞれ、以下の特許請求の範囲内の意味の範囲における一対の部材を備える。
部材801及び802は、中心Cを中心とする球形区分を備える。部材803、804及び805は、中心C2を中心とする球形区分を備える。しかし、第2の中間部材803の中心開口は、中心Cを中心とする球形区分である。
図2から図8の例では、球形面は全て、連続する平滑な支承面である。対の環状部材の隣接する球形面の間にボール・バレル・ローラ又は他の回転軸受けを設けることができる。
転がり軸受けを突起上に設けてもよい。
図9A、図9B及び図9Cを参照すると、2つのケージ91内に保持された玉軸受90の形態の転がり軸受けが一対の部材901及び902の内側部材901の間に設けられている。代替として又は更に、ケージG内に保持された転がり軸受け92は、突起M1及びM2の側部内のくぼみL2内に設けられる。
図10を参照すると、説明したように、対の隣接する部材の球形面は、径方向及び軸方向の荷重を支持するように協働する。継手が所望の軸方向及び径方向荷重を支持できることを保証するために、球形面は、十分に重なっている必要がある。したがって、対の隣接する部材の相対回転を制限する手段を設けることができる。そのような制限手段は、各内側環状部材を関連する外側環状部材内に保持することも支援する。図10では、制限手段は、一対の部材1001と1002の外側部材1002から、隣接する部材、本例では対の部材の内側環状部材1の突起M1、の溝L内に突出する固定ピンNを備えることができる。そのような制限手段の他の例には、継手内の停止部及び移動を制限する支持構造体を含む。
図11は、突起M1、M2等の形状を示す。突起Mは溝穴K内に突出する。図11に概略的に示すように、好ましくは、突起の径方向外側面は、溝穴の径方向外側端部から離間し、突起への径方向の荷重を防止するか又は少なくとも低減する。
本発明の例のいずれかの突起及び溝穴は、インボリュート形状又は疑似インボリュート形状を有することができる。突起Mの径方向外側端部は、溝穴Kの径方向外側面から離間し、突起及び溝穴に対する径方向の荷重を低減することができる。
インボリュート形状の目的は、インボリュート・スプラインと同様に、突起に対する支承圧力の分散及び突起内の応力の分散を改善/低減することである。
図11では、突起M1、M2等の外側端部の端部は、その断面が一部円筒形外形として示され、こうした端部は、断面が平坦な外形を有することができる。通常、これらの端部は、長さ方向に、端部と関連する環状部材と同心であるように輪郭が付けられる。しかし、突起及び関連する溝穴が、十分に深く、十分な間隙であり、突起の外側端部と溝穴の基部との間に余地がある場合、端部の表面は、球形、円筒形又は平坦(直線状)であってもよい。
図12に示すように、相対回転の動作範囲を増大させるために、2つの対の隣接する部材1と2又は2と3のうち外側部材2又は3は、内側部材1又は2よりも軸方向A1に大きくてもよい。図12は、3つの環状部材1、2及び3を示す。図12の原理は、本発明の例の対の環状部材のいずれかに適用できる。言い換えれば、適宜、外側部材2又は3の内側球形凹状周辺部による中心に対する角度は、内側部材1又は2の外側球形凹状周辺部による中心に対する角度よりも大きい。
図1から図12を参照して上述した例の全てにおいて、各突起M及び関連する溝穴Kは、第1の軸A1と一致する径方向平面P2及び又はP3を画定し、それにより、隣接する結合部材は、軸A2、A3、A21又はA31周りで互いに強制的に回転する。上記の例では、突起及び溝穴は全て、軸A1上の中心点C又はC2の径方向に突出することに留意されたい。
図13に示すように、上述の例の対の隣接する部材(図13に1及び2として示す)における各単一の突起及び関連する溝穴は、2つ(又はそれ以上の)平行な、離間した突起及び溝穴に置き換えることができる。図13に示す例では、各単一の突起及び溝穴は、2つの突起M16、M16’及び溝穴K16、K16’に置き換えられ、1つの突起及び溝穴は、前記径方向相対回転平面Pの各側にあり、前記径方向相対回転平面Pから等距離である。図13の例では、突起及び溝穴は、平面P2の各側にあり、平面P2から等距離である。
他の例では、上述の例のそれぞれ径方向に延在する単一の突起及び関連する溝穴は、径方向に延在する突起及び溝穴を通る径方向平面からずれ且つこの径方向平面に平行である平面において、単一の突起及び溝穴に置き換えることができる。
図14は、航空機産業で見出されるもの等、安全を最重視すべき用途で使用するための本発明の重要な実施形態を示す。図14では、心棒Xは、隣接する部材を結合するために、突起M及び溝穴Kに加えて設けられる。図14は、図6の継手の修正形態を示し、心棒X2、X21及びX1、X11は、軸A2及びA3それぞれの上に設けられ、軸A2及びA3は、対の隣接する相対回転部材601と602及び602と603の突起M1、M11、M2、M21及び溝穴K1、K11、K2、K21によって画定される。隣接する部材を接合する心棒は、2つの直径方向に対向するシャフトを備えることができ、シャフトは、2つの部材のうちの外側部材に一端で固定され、2つの部材のうちの内側部材の外側面の孔に突出する。そのような各シャフトは、2つの部材のうちの内側部材内で平坦支承部として作用する。一対の部材のうち内側部材内のシャフトの周囲に、ボール・ローラ又は他の回転軸受けを設けることができる。
心棒Xは、対の環状部材の内側部材の孔の周りに間隙を有する。例えば、図14Bでは、心棒X2及びX21は環状部材602の孔内に間隙を有するか、又は心棒X2及びX21の基部は突起M1及びM11に接触しない。同様に、図14Cでは、心棒X1及びX11は内側環状部材601と接触しない。したがって、通常、ねじり荷重は、突起M1、M2等及び溝穴K1、K2等を通じて部材601、602、603の間に伝達される。例えば突起M1が破損した場合、突起M11は、通常動作を可能にするのに十分な冗長性をもたらす。しかし、突起M11も破損した場合、ねじり荷重の伝達時に心棒X1及びX11が突起に取って代わることができる。更に、心棒X1及びX11のうち1つが破損した場合でさえ継手は動作を継続できるため、更なる冗長性さえ存在する。この冗長性により、十分に安全な動作の継続がもたらされ、破損を通常の整備で特定してその継手を交換可能にする。
上記の段落では、継手は、通常、ねじり荷重が突起及び溝穴によって伝達されるように設計されている。細い突起(又はより幅広の溝穴)を設計し、心棒周囲の間隙を低減することによって、通常は荷重を支える心棒と、破損の際に予備として作用する突起及び溝穴との位置を逆にすることができる。
図6及び図8のように複数対の部材がある例では、心棒は、突起及び溝穴に加えて、対の部材の全てではなく一部に設けることができる。例えば、心棒は、突起及び溝穴に加えて、最内対の部材、即ち図6の部材601と602、及び図8の部材801と802に対してのみ設けることができる。
図15は、図6に示す継手の別の修正形態を示す。図15では、内側部材601は、直径方向に対向し径方向に突出する突起M1及びM11を有し、突起M1及びM11は、外側球形面から、中間部材602の内側球形面の相補形溝穴K1及びK11内に突出する。突起は、第1の部材及び第2の部材を突起の平面内で強制的に相対回転可能にする。
中間部材602は、最外部材603の内側凹状面と係合する外側球形面を有する。第2の部材及び第3の部材は、心棒シャフトX23によって結合され、X23は、突起M1、M11と同一平面上にあり(突起M1、M11と整合される)、このために、対の部材602と603は、対の部材601と602の相対回転に直交して相対的に回転可能である。
そのような継手は、中間部材602と外側部材603との間のトルクが内側部材601と第1の中間部材602との間のトルクよりも比較的低いため、有用である。
突起M1及びM11は、図15の例では、中間部材602内にあり、内側部材601の溝穴内に突出してもよい。
図16は、図8の例の修正形態を示し、第2の中間部材803及び第3の中間部材804を備える対の部材と、第3の中間部材804及び最外部材805を備える対の部材との間の突起は、心棒X34、X341、X45及びX451に置き換えられる。1つの心棒シャフトがあっても、図示のように、隣接する対の部材803と804及び部材804と805を結合する、2つの直径方向に対向する心棒シャフトがあってもよい。第3の部材は、図8の第3の部材よりも径方向に厚い。というのは、この第3の部材は、第2の部材の突起(複数可)に関連する溝穴(複数可)、及び第3の部材を第4の部材に連結する心棒シャフト(複数可)の両方を収容しなければならないためである。図8に示すように、第2の中間部材803は、内側部材801、第1の中間部材802及び第2の中間部材803の内側群と、第2の中間部材803、第3の中間部材804及び最外部材805の外側群との間に軸方向のずれをもたらす。
そのような継手は、外側群におけるトルクが内側群に加えられるトルクよりも比較的低いため、有用である。
図17を参照すると、図2、図6、図8、図14、図15及び図16に示す継手の例のいずれかは、軸受け1701内に固定することができ、軸受け1701は、例えばフランジ1702によって固定構造体、例えば隔壁、床又は壁に固定することができる。このことにより、固定構造体の各側を少なくとも2つの回転自由度で結合させなければならない、あらゆる2つの構造要素に対して継手が結合可能になる。例えば、固定構造体は、車両の隔壁とすることができ、継手は、車両の操舵機構の区分を結合する。
図17は、軸受け内の1つの継手を示す。図5及び図7の例では、管66によって直列に接合した2つの継手は、管66の周囲の軸受け内で支持することができる。
更なる構成では、シャフトは継手の最内部材に固定するか又はそれと一体化される。別の構成では、シャフトは継手の最外部材に固定するか又はそれと一体化される。シャフトは、継手の最内部材及び最外部材の両方に固定するか又はそれらと一体化される。
上記の例は、内側部材内、又は最外部材の周辺部面にスプラインを有し、結合すべき構造要素に継手を連結することができる。
代替的に、構造要素に継手を連結する任意の他の適切な手段を使用することができる。例えば、外側周辺部は、ねじ山を有し、対応するねじ付き構造要素に外側周辺部を連結することができる。同様に、図2に示す中心開口は、ねじ山又はくさびを有し、ねじが付けられるか又はくさびの溝穴を有するシャフトを結合することができる。特に、部材上に2つ以上の突起を有する例に関して、突起は、荷重を実質的に等しく共有すべきである。平坦な支承面に関して、突起及び溝穴の表面は、正確に一致させるべきである。平坦な支承面に関して、対合する凸状球形面と凹状球形面も、正確に一致させるべきである。これには、適切で正確な継手の製造を必要とする。
継手の一例示的作製方法では、内張り材料が突起と溝穴との間に注入され、厳密な嵌合をもたらす。同様に、内張り材料は、球形支承面の間に注入することができる。凸状球形面は、正確に機械加工することができる。凸状球形面は、大まかに機械加工して、湾曲面にも区分的線形近似である粗面を形成することができ、内張り材料は、正確に機械加工した凸状面と大まかな凹状面との間に注入して、正確に一致する凹状球形面を形成する。凸状球形面は、内張り材料を継手内に注入する前に、離型剤で被覆される。
プラスチックを注入して支承内張り材料をもたらすことができる。内張り材料に使用されるプラスチックのいくつかの組成は、供給業者が商品の組成について慎重に扱うため、公知ではない。しかし、Delrin(登録商標)は、使用できる1つの公知の製品であり、又はPTFEベースの材料を使用することができる。
上述の継手は、あらゆる適切な材料から作製される。平坦な支承面を有する例は、金属、例えば高性能鋼、真鍮、青銅、アルミニウム、チタン等から作製し、機械加工して成形できるか、又はプラスチック、例えばナイロン、ガラス充填ナイロン、アセタール、ABS、Delrin(登録商標)から作製し、成型又は機械加工して成形することができる。特に、2つの半部及びボルトから環状部材を製造し、これらを一緒に溶接又は圧着することは、特に安全を最重視すべき状況では常に弱点の元となるが、図3を参照して説明した荷重溝穴の使用により、上記のことが不要になることがわかる。図6の継手は、他の2つの部材に対して自由に移動する中間部材602だけで、内側部材601及び最外部材603をシャフト又は他の構成要素に連結するように構成できることを留意されたい。このことにより、設計者が、移動する中ほどの中間部材として真鍮又は青銅を選択し、内側部材601及び最外部材603として鉄鋼を選択することが可能である。同じ理念は他の継手にも適用することができる。材料の選択は、継手の意図する使用によって異なる。
上記の実施形態は、本発明の例示的な例である。本発明の更なる実施形態が想定される。任意の一実施形態に関連して説明したあらゆる特徴は、単独で使用しても、説明した他の特徴と組み合わせて使用してもよく、他の任意の実施形態の1つ又は複数の特徴と組み合わせて使用してもよく、又は他の任意の実施形態の任意の組合せであってもよいことを理解されたい。更に、本発明の範囲から逸脱することなく、上記していない等価物及び修正形態を用いることもでき、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲において定義される。
図2から図17の特定例では、内側部材は、シャフトに嵌め込むための中心開口を有する環状部材である。いくつかの適用例では、内側部材は、中心開口を有さないこともあり、シャフト又はフランジに、例えばシャフトの端部上でボルト締めすることができる。内側部材以外の部材は、中心開口を有し、この部材をある部材の内部に収容可能にする。
全ての例示した例では、部材は、平行な側部を有する球形区分を備える。側部が平行ではない継手を構成することが実現可能であるが、実際には、そのような構成は、配置が困難である可能性が高い。
全ての例における内側部材は、シャフトを受け入れる中心開口を有する環状球形部材を備える。しかし、内側部材は、中心開口を有さなくてもよいが、例えば、シャフト上でフランジにボルト締めすることができる。
図示の例では、最大限小型にするために、球形区分を備える一対の部材の各部材は、区分が整合する場合に共通平面で平行な側部を有する。具体的には、
・図2の構成では、球形区分を備える一対の部材の各部材は、整合する場合に共通平面で平行な側部を有する。
・図6の構成では、各部材は、整合する場合に共通平面で平行な側部を有する球形区分を備える。
・図8の構成では、第1の対の部材(801、802)はそれぞれ、整合する場合に共通平面で平行な側部を有する球形区分を備え、第3の対の部材(803、804)及び第4の対の部材(804、805)はそれぞれ、整合する場合に共通平面で平行な側部を有する球形区分を備える。このことは、第2の対の部材(802、803)には適用されない。
・図2の構成では、球形区分を備える一対の部材の各部材は、整合する場合に共通平面で平行な側部を有する。
・図6の構成では、各部材は、整合する場合に共通平面で平行な側部を有する球形区分を備える。
・図8の構成では、第1の対の部材(801、802)はそれぞれ、整合する場合に共通平面で平行な側部を有する球形区分を備え、第3の対の部材(803、804)及び第4の対の部材(804、805)はそれぞれ、整合する場合に共通平面で平行な側部を有する球形区分を備える。このことは、第2の対の部材(802、803)には適用されない。
言うまでもなく、上述の段落の説明は、対の部材の外側部材が図12に示す拡張した動作範囲を有する継手の対の部材には適用されない。
Claims (15)
- 最内部材及び最外部材の一方又は両方を含んでも含まなくてもよい一対又は複数対の部材を備える内側部材及び外側環状部材を有する継手であって、前記各対は、共通軸(A1)を有する第1の部材及び第2の環状部材であり、共通の第1の中心(C)を前記軸上に有し、前記第1の部材は、外側凸状球形周辺部(S1)を有し、前記第2の環状部材は、前記第1の環状部材の前記外側凸状周辺部が中に受け入れられる内側球形凹状周辺部(S21)を有し、前記外側凸状周辺部及び前記内側凹状周辺部は、前記第1の中心(C)を中心として同心で、互いに補完形であり、互いに一緒に作用して前記外側凸状周辺部と前記内側凹状周辺部との間のねじり軸(A1)に沿って作用する軸方向荷重を伝達し、少なくとも1つの細長い突起(M)は、一対の部材の一方の部材から、前記一対の部材のもう一方の部材の細長い溝穴(K)内に突出し、各前記突起(M)及び各前記溝穴(K)は、関連する前記対の部材の中心軸を含むか又は前記中心軸と平行である平面(P2)内に伸長し、前記溝穴(M)及び前記突起(K)は、前記平面(P2)の方向で突出し、前記対の部材と一緒に作用して前記対の部材の前記最外部材から前記対の他の部材にトルクを伝達するように構成され、前記内側部材以外の各部材は、一対の直径方向に対向する荷重溝穴を有し、前記荷重溝穴は、前記部材の幅部にわたる途中まで延在し、前記対の部材の前記第1の部材を前記対の部材の前記第2の部材の凹状内側周辺部内に導入し、前記対の部材の前記第2の部材によって軸方向に保持することを可能にする、継手。
- 前記外側部材以外の前記部材は、共通中心(C、C2)を含む球形区分を備える、請求項1に記載の継手。
- 前記対の部材の一方の部材の前記中心軸(A1)の径方向で、前記対の部材のもう一方の部材の対応する細長い溝穴(K)内に突出する一対の細長い突起(M)を備え、前記突起及び前記溝穴は、直径方向に互いに対向し、前記平面内に伸長する、請求項1又は2に記載の継手。
- 各前記突起(M)の径方向に対向する周辺部は、前記突起(M)が中に突出する前記溝穴(K)の、対応する径方向に対向する面から離間する、請求項1から3のうちいずれか一項に記載の継手。
- 前記継手の共作用支承面である前記凸状球形面及び前記凹状球形面(S1、S21)は、前記継手の径方向荷重を支持し前記ねじり軸に沿って作用する前記継手への荷重を支持する、連続する平滑な支承面である、請求項1から4のうちいずれか一項に記載の継手。
- 前記凸状球形面(S21)と前記凹状球形面(S1)との間、及び/又は前記各突起(M)の細長い対向側部と、関連する前記溝穴(K)の対応する細長い側部との間に、転動体軸受け(90、92)を更に備える、請求項1から4のうちいずれか一項に記載の継手。
- 1つの中間環状部材(602)を有し、前記内側部材(601)及び前記中間部材(602)は、一対の部材を形成し、前記中間部材(602)及び前記最外部材(603)は、別の対の部材を形成し、少なくとも1つの突起(M1、M2)は、前記対の部材のそれぞれの一方の部材から、前記対の部材のそれぞれのもう一方の部材の少なくとも1つの溝穴(K1、K2)内に突出し、前記中間部材(602)と前記最外部材(603)との間の前記溝穴(複数可)及び前記突起(複数可)を含む平面は、前記内側部材(601)と前記中間部材(602)との間の前記溝穴(複数可)及び前記突起(複数可)を含む平面に直交する、請求項1から6のうちいずれか一項に記載の継手。
- 第1の中間部材(802)、第2の中間部材(803)及び第3の中間部材(804)を有し、内側部材(801)及び前記第1の中間部材(802)は、一対の部材を形成し、前記第1の中間部材(802)及び前記第2の中間部材(803)は、第2の対の部材であり、前記第2の中間部材(803)及び前記第3の中間部材(804)は、第3の対の部材であり、前記第3の中間部材(804)及び前記最外部材(805)は、第4の対の部材であり、少なくとも1つの前記突起(M)は、前記対の部材のそれぞれの一方の部材から、前記対の部材のそれぞれのもう一方の部材の少なくとも1つの溝穴(K)内に突出し、前記第3の対の部材(803、804)を除く前記一対の部材の間の前記溝穴(複数可)及び前記突起(複数可)を含む平面は、隣接する下位順序の対の部材の平面に直交し、好ましくは、前記第3の対の部材の場合、突起(M3、M31)及び溝穴(K3、K31)を含む平面は、前記第2の対の部材の突起(M2、M21)及び溝穴(K2、K21)を含む平面と整合する、請求項1から6のうちいずれか一項に記載の継手。
- 前記第3の中間部材(804)及び前記最外部材(805)は、共通の第2の中心(C2)を有し、前記第2の中心(C2)は、前記部材が前記第2の中間部材(803)と整合する場合に前記共通の第1の中心(C)から前記中心軸(A1)に沿ってずれている、請求項8に記載の継手。
- 前記第3の中間部材及び前記最外部材の前記共通の第2の中心(C2)を中心とする外側凸状球形周辺部(S32)、並びに前記共通の第1の中心(C)を中心とする内側球形凹状周辺部(S31)を有する、請求項8又は9に記載の継手。
- 前記第1の対の部材以外の1つ又は複数の前記対の部材の間に、前記突起及び前記溝穴ではなく、心棒(X)を有し、各前記心棒の軸は、前記対の部材の前記外側部材の、前記対の部材の前記内側部材周りの回転軸である、請求項7から10のうちいずれか一項に記載の継手。
- 前記対の部材を結合する少なくとも1つの心棒(X)を更に備え、前記心棒は、前記突起及び前記溝穴によって強制される方向で互いの部材に対し回転する軸上にある、請求項1から10のうちいずれか一項に記載の継手。
- 前記第2の部材の内側球形凹状周辺部による中心に対する角度は、前記第1の部材の外側球形凸状周辺部による中心に対する角度よりも大きい、請求項1から12のうちいずれか一項に記載の継手。
- それぞれ、請求項1から13のうちいずれか一項に記載の2つの継手(E1)を備え、連結構造体(66、68)は、前記連結構造体によって、前記2つの継手の最外部材(202、603、805、902)又は1つの継手の最外部材(202、603、805、902)の一方、両方を前記もう一方の継手の最内部材(201、601、801、901)に連結し、更に、任意で、前記継手のうち一方が、前記連結構造体に対し軸方向で自由に移動可能であるか又は移動可能ではない、継手構成。
- 一対の部材のうち一方の部材から、他方の部材の更なる溝穴(K16’)内に突出する更なる細長い突起(M16’)を備え、前記更なる突起(M16’)及び前記更なる溝穴(K16’)は、前記第1の平面に平行な平面内に突出、伸長し、前記第1の平面から離間する、請求項1に記載の継手。
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