SE434981B - Universalkoppling - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 40 7805310-5 av ett gaffelorgan, som är fäst på drivaxeln, och de andra diametralt motbelägna spetspunkterna upptages av ett liknande gaffelorgan, som är fäst vid den drivna axeln. Vid de vridbara förbindelsepunkterna mellan gaffelorganen och det kors- formade organet är vanligtvis anordnat nållager för att upptaga ledrörelserna och de relativt höga krafter som överföres vid dessa punkter. Problemet med kardan- knuten är emellertid att rotationen hos den drivna axeln följer ej noggrant ro- tationen hos drivaxeln. På grund av geometrin uppstår en kontinuerlig vinkel- oscillering hos den ena axeln relativt den andra, vars amplitud är beroende av avvikelsevinkeln mellan drivaxeln och den drivna axeln. Vid låga hastigheter ut- gör denna effekt vanligen ett mycket litet problem, men vid höga hastigheter åstadkommer dessa variationer oscillationer som kan alstra störande vibrationer.

Många försök har gjorts att utveckla en universalkoppling som ej uppvisar dessa variationer hos rotationen mellan drivaxeln och den drivna axeln. En sådan kopplingstyp har betecknats en universalkoppling med "konstant hastighet", och ett stort antal sådana anordningar har tillverkats med begränsad framgång. En ut- föringsform av en sådan enhet inbegriper inre och yttre sfäriska organ med motbe- lägna kanaler anordnade i plan väsentligen parallella med axlarnas symmetriaxel, varvid dessa kanaler är utformade i den inre ytan hos det yttre sfäriska elementet och vice versa, så att tvâ uppsättningar kanaler bildar passager, som innesluter en uppsättning kulor, som åstadkommer överföringen av krafterna mellan det inre och det yttre organet. Någon sorts placeringshylsa är inskjuten mellan de sfäriska organen och är nödvändig för att hålla kulorna så att deras centrum befinner sig i ett gemensamt plan, vilket vanligen är ett plan vinkelrätt mot axlarnas plan och utgör bisektris till vinkeln mellan drivaxeln och den drivna axeln. Detta plan benämnes vanligen “bisektrisplanet". Behovet av en hylsa för de kraftöver- förande kulorna nödvändiggör ett väsentligt radiellt avstånd mellan de punkter där krafterna tillföres kulorna av det inre resp. det yttre sfäriska organet.

Detta medför att väsentliga lagerkrafter utvecklas vid dessa kontaktpunkter efter- som storleken hos dessa lagerkrafter ökar i proportion med det radiella avståndet mellan nämnda punkter, vilket i sin tur är en funktion av vinkelförhållandena och kraftvektorerna. Genom att bibehålla kraftöverföringspunkterna i lägen där kraftvektorerna alla är tangentiella, bringas lagerkrafterna till ett minimum, vilket resulterar i en avsevärt förbättrad universalkoppling av konstant hastig- hetstyp i jämförelse med tidigare känd teknik.

Föreliggande uppfinning avser en universalkoppling av konstanthastighet- typ för sammankoppling av en drivaxel och en driven axel, innefattande inre och yttre ihåliga sfäriska organ med mittemot varandra belägna kanaler anordnade i plan väsentligen parallellt med axlarnas symmetriaxlar, och överföringsorgan an- ordnade i nämnda kanaler i kraftöverförande samverkan mellan nämnda sfäriska organ.

Enligt uppfinningen har det yttre, ihåliga, sfäriska organet en öppning och en 10 15 20 25 30 35 7805310-5 föriängning anordnad att upptaga en första axei och ett fiertai i omkretsied på avstånd från varandra beiägna kanaier, som var och en har en axei beiägen i ett plan som innehâiier denna axei och nämnda första axei. Det inre, ihåiiga, sfäriska organet är upptagbart inuti det yttre, sfäriska organets öppning ti11 ett kon- centriskt iäge och inbegriper en föriängning för upptagning av en andra axei, vars symmetriaxei normait passerar genom det yttre, sfäriska organets öppning. Det inre sfäriska organet har ett f1erta1 kanaier, som var och en har en axei beiägen huvudsakiigen i ett pian innehâiiande denna axei och nämnda axei. Ett överförings- aggregat innefattande ett fiertai i vinkeiied på avstånd från varandra beiägna komponenter, som sträcker sig över med varandra inriktade partier av kanaierna hos de inre och yttre sfäriska organen, för att överföra krafter periferieiit meiian väggarna som biidar dessa kanaier, varvid överföringsaggregatets komponen- ter är fastgjorda vid varandra med frihet att röra sig reiativt varandra i vin- keiied i ett huvudsakiigen plant förhåiiande.

Uppfinningen kommer härnedan att beskrivas i detaij under hänvisning tiii bifogade ritningar, som visar en föredragen utföringsform av uppfinningen. Där- vid är fig 1 en sidovy deivis i tvärsnitt av en fuïiständig universaikoppiing eniigt föreiiggande uppfinning. Fig 2 är en ändvy från höger eniigt fig 1. Fig 3 är en ändvy av ett överföringsaggregat, som finns i mekanismen eniigt fig 1. Fig 4 är en sidovy av det yttre sfäriska organet. Fig 5 är en ändvy eniigt fig 4.

Fig 6 är en ändvy av det inre sfäriska organet. Fig 7 är en sidovy av det inre sfäriska organet. Fig 8 är en vy som iiiustrerar hopmonteringen av det inre och det yttre sfäriska organet. Fig 9 är en ändvy eniigt fig 8. Fig 10 är en spräng- vy av komponenterna hos överföringsaggregatet. Fig 11 är en vy av det inre och det yttre sfäriska organet i ett vinkeistäiit iäge, och visar en av komponenter- na hos överföringsaggregatet i samverkan med överiappande kanaier i de sfäriska organen. Fig 12 är en vy av det kompietta universaiaggregatet i ett utböjt iäge och visar en modifierad form av radieii kvarhâiining av komponenterna hos över- föringsaggregatet. Fig 13 är en vy iiknande fig 1, men visar en modifiering, som består av ett arrangemang för att bibehåiia pianiäget hos överföringsaggregatet.

Fig 14 är ett tvärsnitt i förstorad skaia och visar konstruktionen av den peri- ferieiia hâiiarringen.

Med hänvisning tiii fig 1 visas där ett inre och ett yttre sfäriskt organ 20 och 21, som vardera är försedda med en kragformad föriängning 22 och 23, viika är försedda med spiines för samverkan med en drivaxei och en driven axei.

Det är utan betydeise viiken som anses vara drivaxei. De sfäriska eiementen är ihåiiga, varvid utrymmet inuti det inre, sfäriska organet 20 upptager ett över- föringsaggregat 24. Vridmoment, som tiiiföres genom föriängningen 22 överföres 10 15 20 25 30 35 40 7805310-5 q till det sfäriska organet 20 och bildar krafter vid väggarna hos kanalerna 25, som överföres till väggarna hos kanalerna 26 med hjälp av de radiellt förlöpande komponenterna hos överföringsaggregatet 24. Detta aggregat visas mer i detalj i fig. 3 och 10. De diametralt utsträckta organen 27-30 har sina mittpartier anord- nade koaxiellt överlappande och är vridbart förbundna med tappen 31 och kvarhâllna axiellt medelst en ring 32, som kvarhâlles i läge av en snäppring 33, som sam- verkar med ett spår 34 i tappen så att de diametrala organen instänges mellan ringen 32 och tappens huvud 35. Utformningen av de centrala partierna hos de diametrala organen är sådant att en viss grad av vinkelrörelse är möjlig, vars grad är relaterad till vinkeln mellan drivaxeln och den drivna axeln, som det speciella aggregatet är utformat att upptaga.

Varje diametralt organ är försett med klackar 36-43, som har radiella hål för att upptaga axlar 44-51 med pressfattning. Rullar 52-59 är roterbart upptagna på dessa axlar och kvarhâlles mot radiellt utåtriktad rörelse med hjälp av ett hällarringaggregat 60, som visas i detalj i fig. 14. Detta aggregat innefattar en primär ring 61 och en lâsring 62, som mellan sig bildar ett ringformat utrymme 63, som är något större än diametern hos rullarnas axlar. Komponenterna 61 och 62 hopmonteras från axiellt motsatta riktningar, vilket följes av en stukningsopera- tion av fliken 64 för att förskjuta en viss mängd metall vid denna punkt radiellt inåt för att fästa ringen 62 i läge. Den primära ringkomponenten 61 fungerar så- ledes för att hälla axlarna radiellt inåt och förhindrar även utåtriktad rörelse hos rullarna under inverkan av krafterna under driften av överföringsaggregatet.

Hopmonteringen av komponenterna hos universalkopplingen mäste planeras noggrannt.

Företrädesvis införes först tappen 31 med huvudet först genom öppningen 65 i änden av det inre sfäriška organet, varefter i följd hopmonteras de diametrala organen på tappen, följt av installeringen av ringarna 32 och 33. De inre och yttre sfäriska organen hopmonteras därefter axiellt såsom visas i fig. 8 med de fingerliknande partierna 66 (som bildar väggarna hos de öppna kanalerna 26) belägna axiellt motstâende kanalerna 25 hos det inre sfäriska organet. Endast vid detta vinkelläge mellan det inre och det yttre sfäriska organet kan axiell rörelse ske så att de sfäriska organen kan sammanföras koncentriskt. Så snart det inre och det yttre sfäriska organet har fullständigt sammanförts kan de roteras relativt varandra så att kanalerna 25 och 26 blir radiellt motbelägna.

I detta läge införes axlarna 44-51 radiellt utifrân följt av tillförseln av rullarna 52-59 och därefter ringkomponenterna 61 och 62. Rullarna kan antingen vara tillverkade i ett stycke eller uppdelade i tvâ delar så att en av dessa anligger mot väggarna hos kanalerna 25 och den andra mot väggarna hos kanalerna. 26. De partier som samverkar med kanalerna 25 (hos det inre sfäriska organet) är företrädesvis koniska för att vara anpassade till de relativt lutande väggarna hos kanalerna 25, varigenom erhålles en större styrka hos partierna 67 mellan l0 l5 20 25 30 35 40 s 7805310-5 dessa kanaler. Ändarna hos fingrarna 66 bildar en öppen ände som är något mindre än den yttre diametern hos det inre sfäriska organet eftersom fingrarna omgriper mer än hälften av den sfäriska yta som utgör det inre organet.

Funktionen hos anordningen under rotation och förhållanden där symmetri- axlarna ros drivaxeln och den drivna axeln skär varandra är mycket slående. Med hänvisning till fig. ll framgår att den skärande, överlappande samverkan mellan de inre och de yttre kanalerna uppenbarligen innesluter rullarna hos överförings- aggregatet av sig själv i ett läge där rullaxlarna befinner sig i ett plan som utgör bisektris till vinkeln mellan drivaxeln och den drivna axeln. En analys av överfäringskrafterna när den sammansatta enheten roterar visar att större delen av övfrfóringen av krafterna från det inre sfäriska organet till det yttre sfäriska organet sker genom rullarna vid lägen där kanalerna skär varandra som visas i fig. al, vilket alstrar en stark tendens att förflytta rullarna i sidled bort från aisektrisplanet i den ena eller andra riktningen, i beroende av riktningen för det pâlagda vridmomentet. Denna verkan är liknande den att pålägga en klämverkan med fingrarna mot kanterna hos en våt stång av såpa och tenderar att alstra väsent- liga pâkänningar hos de diametrala organen om sådana krafter existerade. En sådan rörelse skulle medföljas av en viss relativ rotation hos de sfäriska organen.

Vid den punkt där rullarna passerar genom planet, som innehåller axlarna hos driv- axeln och den drivna axeln, befinner sig emellertid de inre och yttre kanalerna paral ellt med varandra, varvid fullständigt blockeras en relativ rotation mellan det inre och det yttre sfäriska organet, varigenom elimineras varje möjlighet att alstra väsentliga förskjutningskrafter hos de diametrala organen vid andra lägen. Placeringen av rullarna i utrymmena som avgränsas av de överlappande skärarde Kanalerna vid andra lägen har emellertid funktionen att orientera överföringsaggregatet i bisektrisplanet. Härigenom erhålles väsentliga fördelar, varav en är att vridmomentsöverföringen mellan rullarna och kanalernas väggar sker under förhållanden där ingen väsentlig rullning sker, varigenom garanteras relativ frihet från förslitning. Varje rulle upptar således, när den passerar genom planet som innehåller drivaxeln och den drivna axeln, hälften av den belast- ning som skall överföras, vilket sker på ett gradvis sätt, varefter rullarna frigöras från denna belastning allteftersom nästföljande rulle belastas. Detta sker aâde på insidan och utsidan om den vinkel som bildas av axlarna. Denna analys kan modifieras genom ändring av toleranserna, friktionen och utböjnings- karakteristikorna i sådan utsträckning att mindre kraftöverföring kan ske även vid andra lägen.

Vid universalkopplingen enligt fig. l kan överföringsaggregatet lätt placeras i ett läge där överföringsaggregatet ej längre befinner sig i ett plan som är vinkelrätt mot ingångs- och utgângsaxlarna när dessa axlar är koaxiella. En plötslig utböjring av dessa axlar till det i fig. l2 visade läget skulle därvid uppenbar- 10 15 20 25 30 35 40 fsossio-5. 6 ligen alstra avsevärda pâkänningar tills de naturliga inriktningskrafterna har förflytta: överföringsaggregatet till bisektrisplanet. För att undvika denna risk kan en kompressionsfjäder 58 inskjutas mellan en skuldra 69 på insidan av det inre sfäriska organet och anordnad att lätt anligga mot överföringsaggregatet 24. Fjädern 68 skall vara utformad så att dess fria höjd är mycket lite större än det normalt tillgängliga utrymmet mellan överföringsaggregatet och skuldran 69 för att förhindra pâläggning av en kontinuerlig, väsentlig kraft, vilket skulle alstra en bindande verkan mellan överföringsaggregatet och de inre och yttre kanalerna. Tendenserna hos överföringsaggregatet att tippa relativt axeln hos det inre sfäriska organet 22 motverkas därigenom med fjädern 68, vilken tenderar att kvarhâlla överföringsaggregatet i det läge som visas i fig. l3. Den kraft som komprimerar fjädern när ingângsaxeln och utgângsaxeln är vinkelställda alstras av att rullarna instänges i det utrymme som bildas av de varandra skärande kanalerna såsom beskrivits ovan. Samma effekt kan erhållas med hjälp av en rak fjäder, vars motbelägna ändar är förankrade i en eller bägge av de sfäriska organen och som genomtränger ett centralt häl i - tappen 31. Tendensen hos fjädern att förbi? rak ger en förspänning som inriktar överföringsaggregatet till bisektris- planrï. _ ïet är ofta önskvärt att införliva nån sorts hölje hos aggregatet för att minimera möjligheten att främmande material kan intränga däri och denna funktion kan kombineras med hâllarringaggregatet 60 med den konstruktion som visas i fig. 12. Skalpartier 70 och 7l är utformade med sfäriska ytor och är hopmonterade till en enhet från axiellt motsatta riktningar. De samverkande kanterna som visas vid 72 befinner sig i ett plan som passerar genom centrum av aggregatet. Så snart skalpartierna 70 och 7l är pâ plats kan de fixeras med hjälp av stukningsopera- tioner vid 73 och 74. Skalpartierna 70 och 7l utför samma funktion som hållar- ringen 60 och skyddar dessutom huset.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 7805330-5 PATENTKRAV l. Universalkoppling av konstantastighets-typ för sammankoppling av en driv- axel cch en driven axel, innefattande inre och yttre ihåliga sfäriska organ med mittemot varandra belägna kanaler anordnade i plan väsentligen parallellt med axlarnas symmetriaxlar; och överföringsorgan anordnade i nämnda kanaler i kraft- överförande samverkan mellan nämnda sfäriska organ, att det yttre, ihåliga, sfäriska organet (21) har en öppning och en förlängning (23) anordnad att upptaga en första axel och har ett flertal i omkretsled pä av- stånd från varandra belägna kanaler (26) som var och en har en axel belägen i ett p'an som innehåller denna axel och nämnda första axel; och att det inre, ihåliga, sfäriska organet (20) är upptagbart inuti det yttre, sfäriska organets öppn ng till ett koncentriskt läge och inbegriper en förlängning (22) för upp- tagning av en andra axel, vars symmetriaxel normalt passerar genom det yttre, sfäriska organets öppning, varvid det inre sfäriska organet (20) har ett flertal kanaler (25) som var och en har en axel belägen huvudsakligen i ett plan inne- hållande denna axel och nämnda första axel; och ett överföringsaggregat (24) in- nefattande ett flertal i vinkelled på avstånd från varandra belägna komponenter (44, 52) som sträcker sig över med varandra inriktade partier av kanalerna (25, 26) periferiellt mel- k ä n n e t e c k n a d av hos de inre och yttre sfäriska organen, för att överföra krafter lan väggarna som bildar dessa kanaler, varvid överföringsaggregatets komponenter (44, 52) är fastgjorda vid varandra med frihet att röra sig relativt varandra i virkelled i ett huvudsakligen plant förhållande.

2, Koppling enligt krav 1, k ä n n e t'e c k n a d av att överförings- aggregatct (24) innefattar åtminstone tre diametralt förlöpande komponenter, vilka passerar genom kanaler på mitt emot varandra belägna sidor av de sfäriska organen (20, 2i).

3. koppling enligt krav 1 eller 2, anordning (68) som är anordnad att förspänna överföringsaggregatet (24) till ett läge vinkelrät mot axeln hos åtminstone en av nämnda första och andra axlar. w. Koppling enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att det yttra sfäriska organet (21) omsluter mer än hälften av den sfäriska ytan, som avgränsa* det inre sfäriska organet (20), och att det yttre sfäriska organets kanaler (26) sträcker sig fram till dess öppning, samt att partierna hos det inre sfäriska organet mellan kanalerna (25) är axiellt upptagbara i kanalerna (26) hos det yttre sfäriska organet (21). k ä n n e t e c k n a d av en fjäder-