專利名稱：固定型等速萬向節(jié)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固定型等速萬向節(jié)，其中位于驅(qū)動側的旋轉軸和位于從動側的旋轉軸相連接，其甚至能夠在兩根軸形成一個角度時以固定的角速度傳遞扭矩。可以只發(fā)生角位移而不發(fā)生竄動，用于汽車和各種工業(yè)機器上。
背景技術：
當汽車的驅(qū)動軸的連接結構根據(jù)車輛懸吊系統(tǒng)變化時，例如在使應用獨立懸吊系統(tǒng)的車輛中，與車體的側面相連的差速齒輪，或末減速齒輪，和驅(qū)動軸的相對端通過萬向節(jié)分別與差速齒輪和車軸相連。為了使驅(qū)動軸的位移與懸吊系統(tǒng)的運動相適應，上述這種連接結構允許在輪側連接中驅(qū)動軸產(chǎn)生角位移和在車體側邊連接中產(chǎn)生角位移和軸向位移。
對于上面提到的萬向節(jié)，目前使用等速萬向節(jié)，輪側面連接使用固定型等速萬向節(jié)，它只允許兩根軸發(fā)生角位移，如Rzeppa型；而車體側連接使用滑動型等速萬向節(jié)，它允許位于兩個軸之間發(fā)生角位移和軸向位移，如雙偏移型，三腳架型和十字群型。
如圖9A和圖9B所示的固定型等速萬向節(jié)包括一個外組件1，一個內(nèi)組件2，多個扭矩傳遞球3和一個保持架4；所述外組件1具有6個軸向形成于球形內(nèi)圓周面1a上的曲線導向槽1b，所述內(nèi)組件2具有6個軸向形成于球形外圓周面2a上的曲線導向槽2b，外組件1的導向槽1b和內(nèi)組件2的導向槽2b相配合形成6個球徑，所述每一扭矩傳遞球30位于一球徑內(nèi)，保持架4支撐扭矩傳遞球3。
外組件1的內(nèi)圓周表面1a的曲率中心和內(nèi)組件2的外圓周表面2a的曲率中心與節(jié)點中心O重合。外組件1的每個導向槽1b的曲率A的中心和內(nèi)組件2的每個導向槽2b的曲率B的中心偏離萬向節(jié)的中心O，位于萬向節(jié)的中心O的兩側相等的軸向距離F處(在這個例子中用同樣的數(shù)字表示，中心A位于萬向節(jié)的開口端，中心B位于萬向節(jié)的最里端)。因此，位于導向槽1b和2b之間的球徑是楔形的，朝一個軸端(在所示的例子中，朝向萬向節(jié)的開口端)開口。
在這個例子中，兩根軸沒有發(fā)生角位移，即，兩根軸的旋轉軸線形成一個直線，如圖9A所示，所有扭矩傳遞球3的中心位于垂直于旋轉軸線的一個平面內(nèi)，萬向節(jié)中心O也位于這個平面內(nèi)。當外組件1和內(nèi)組件2發(fā)生一個角位移θ，保持架4使扭矩傳遞球3位于角θ的一個平分面內(nèi)，確保萬向節(jié)的等速特性。
本實施例以有8個扭矩傳遞球的等速萬向節(jié)為例，以實現(xiàn)在尺寸緊湊和減輕重量、確保強度、載荷能力和耐用性方面比圖9A和圖9B所示的具有6個扭矩傳遞球的等速萬向節(jié)優(yōu)越。
在大工作角狀態(tài)，對于等速萬向節(jié)來說，其中一個最主要的損傷是保持架梁剪切斷裂模式，它是由外組件和內(nèi)組件的球形端切入造成的。圖3是解釋固定型等速萬向節(jié)損傷模式的放大視圖，圖示了最大工作角時位于最外面的扭矩傳遞球的附近區(qū)域的情況。從該視圖上可以看出，當外組件和內(nèi)組件的球形端接觸點(載荷點)向保持架軸向方向大幅度偏移，保持架梁的剪應力增大，其上的載荷過大，保持架的強度大大降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減小固定型等速萬向節(jié)中的保持架梁的剪應力，保證保持架的強度。
本發(fā)明通過調(diào)整內(nèi)外組件的球形端接觸點的軸向偏移量到一個優(yōu)選的值來降低保持架梁的剪應力，從而保證保持架的強度。
即，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的固定型等速萬向節(jié)包括一個外組件，一個內(nèi)組件，多個扭矩傳遞球和一個保持架；所述外組件有多個沿軸向延伸而形成于該外組件的球形內(nèi)圓周面上的導向槽，所述內(nèi)組件有多個沿軸向延伸而形成于該內(nèi)組件的球形外圓周面上的導向槽，而該外組件的導向槽和該內(nèi)組件的導向槽配合形成多個球徑，所述扭矩傳遞球各自位于一球徑內(nèi)，所述保持架支撐所述扭矩傳遞球；其中，所述保持架與所述外組件以及所述內(nèi)組件各有一接觸點，而連接該兩個接觸點的直線與上述保持架的中心線之間所形成的夾角α不大于10度。
本發(fā)明提供一種固定型等速萬向節(jié)，所述保持架與所述外組件以及所述內(nèi)組件各有一接觸點，連接所述兩個接觸點的直線與上述保持架的中心線形成一個夾角，該角不大于10度，本發(fā)明通過所述角來減小保持架梁上的剪應力，并保證保持架的強度。
外組件的導向槽的數(shù)量是8個，內(nèi)組件的導向槽的數(shù)量也是8個。
內(nèi)、外組件的導向槽都具有帶有直槽底的直部分。


圖1A是產(chǎn)生最大工作角時的固定型等速萬向節(jié)的截面圖；圖1B是內(nèi)組件的截面圖；圖2A是產(chǎn)生最大工作角時的固定型等速萬向節(jié)的截面圖；圖2B是內(nèi)組件的截面圖；圖3是一固定型等速萬向節(jié)的截面圖，其中當最大工作角變大時，扭矩傳遞球定位于最外側。
圖4是與圖3類似的截面圖，解釋內(nèi)組件端位置和剪應力之間的關系。
圖5是固定型等速萬向節(jié)的縱向截面圖；圖6是圖5中所示的固定型等速萬向節(jié)的橫向截面圖；圖7是固定型等速萬向節(jié)的縱向截面圖；圖8是角α和保持架強度之間關系的圖表；
圖9A是現(xiàn)有技術的固定型等速萬向節(jié)的縱向截面圖；圖9B是圖9A所述的萬向節(jié)的橫截面圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行說明，首先，圖5到7顯示了固定型等速萬向節(jié)的基本結構。
在圖5和6所示的具體實施方式
中，固定型等速萬向節(jié)包括一個外組件10，一個內(nèi)組件20，多個扭矩傳遞球30，和一個保持架40。
外組件10是杯形的，在一個軸端開口，有一個球形內(nèi)圓周表面12，內(nèi)圓周表面12在周向等分的8個位置上(圖6)具有弓形的(圖5)導向槽14。導向槽14的曲率中心在圖5中以O1標記。另外，圖5顯示了軸16與外組件10一體成型的一個例子。
內(nèi)組件20有一個球形外圓周表面22，球形外圓周表面22在周向等分的8個位置上具有(圖6)弓形的導向槽24。導向槽24的曲率中心在圖5中以O2標記。圖5顯示了內(nèi)組件20有一個花鍵孔26，內(nèi)組件20通過花鍵孔26固定在軸5的花鍵軸上的一個例子。
外組件10的導向槽14和內(nèi)組件20的導向槽24配合形成8個球徑。每一個扭矩傳遞球30位于一個球徑內(nèi)。扭矩傳遞球30的中心在圖5中以O3表示。
扭矩傳遞球30由保持架40支撐。保持架40有一個球形外圓周表面42和一個球形內(nèi)圓周表面44。外圓周表面42與外組件10的內(nèi)圓周表面1 2球面配合，而內(nèi)圓周表面44與內(nèi)組件20的外圓周表面22球面配合。保持架40的外圓周表面42的曲率中心和外組件10的內(nèi)圓周表面12的曲率中心與萬向節(jié)中心O重合，外組件10的內(nèi)圓周表面12用作保持架40的外球形表面42的導向面。而保持架40的內(nèi)圓周表面44的曲率中心和內(nèi)組件20的外圓周表面22的曲率中心與節(jié)點中心O重合，內(nèi)組件20的外圓周表面22用作保持架40的內(nèi)球形表面44的導向面。
在本實施例中，外組件10的導向槽14的曲率01的中心和內(nèi)組件20的導向槽24的曲率02的中心偏離節(jié)點中心O的兩側，位于萬向節(jié)的中心O的兩側相等的軸向距離F處(在所示的例子中，中心O1位于萬向節(jié)的開口端，中心O2位于萬向節(jié)的最里側)。換句話說，導向槽14的曲率O1的中心的偏移量F與曲率O1的中心和萬向節(jié)中心O之間的軸向距離相等；導向槽24的曲率O2的中心的偏移量F與曲率O2的中心和萬向節(jié)中心O之間的軸向距離相等；因此這兩個曲率O1、O2的中心的偏移量相等。因此，位于導向槽14和24之間的球徑是楔形的，具有一個軸端(在所示的具體實施例中，萬向節(jié)的開口端)開口。
連接外組件10的導向槽14的曲率01的中心和扭矩傳遞球30的中心O3的直線在長度上與連接內(nèi)組件20的導向槽24的曲率O2的中心和扭矩傳遞球30的直線相等，此直線在圖5上由附圖標記PCR表示。當外、內(nèi)組件10和20發(fā)生一個角位移θ，保持架40使扭矩傳遞球30位于θ角的一個平分面內(nèi)，因此保證了萬向節(jié)的等速特性。
本實施例的等速萬向節(jié)有8個扭矩傳遞球30，這意味著每一個扭矩傳遞球所承載的載荷占總的載荷的比例比現(xiàn)有的萬向節(jié)(6球固定型等速萬向節(jié)，下同)?。灰虼?，對于現(xiàn)有的同樣額定尺寸的萬向節(jié)，可以減小扭矩傳遞球30的直徑使內(nèi)、外組件20和10的壁厚與現(xiàn)有技術的大致相等。再者，對于相同額定尺寸的現(xiàn)有萬向節(jié)，能夠根據(jù)外徑而使整個結構更加緊湊，而確保相同的強度，載荷能力和耐用性。實驗結果證明本發(fā)明的萬向節(jié)比現(xiàn)有的萬向節(jié)發(fā)熱少。
在圖7所示的實施例中，外組件10a的導向槽14a和內(nèi)組件20a的導向槽24a各有一個直的部分U1和U2，直的部分具有一個直的槽底，其余的結構與上面圖5和圖6所示的實施例相同。直的部分U1和U2使本實施例的等速萬向節(jié)與圖5和圖6所示的等速萬向節(jié)相比最大工作角增大。
接下來，對圖1A和2B描述的本發(fā)明的實施例進行說明。圖1A顯示圖5和圖6所示的實施方式的固定型等速萬向節(jié)產(chǎn)生的最大工作角(θmax)。圖2A顯示圖7所示的實施方式的固定型等速萬向節(jié)的產(chǎn)生最大工作角(θmax)。從圖1A和圖2A上看出，決定向保持架軸向方向的，位于外組件10，10a和保持架40間的接觸點A的偏移量和位于內(nèi)組件20，20a和保持架40間的接觸點B的偏移量的因素包括接觸點A和B。為了減小接觸點A和B向保持架軸向的偏移量，可以預先減小外組件10，10a的內(nèi)徑ФC或增大內(nèi)組件20，20a的寬度D。但是，從與保持架40的配合的安全性來考慮，內(nèi)徑ФC尺寸的減小是受限。因此，可考慮增大內(nèi)組件20，20a的寬度。
另外，現(xiàn)有的固定型萬向節(jié)的內(nèi)組件的寬度設置為最小值，在此值下，考慮減輕重量和降低造價(輸入重量減小)，扭矩傳遞球的接觸橢圓在大工作角期間不會膨脹突出。這時測量現(xiàn)有萬向節(jié)的角α，α的范圍為從19度到34度左右。
圖4是與圖3大體相同的視圖，但顯示了通過軸向延長如雙點劃線所示的內(nèi)組件，使外組件的球形端接近內(nèi)連接組件的球形端，使作用于保持架梁上的剪應力減小。而且，可以看出，如果點A，B向保持架軸向的偏移量連接點A和B的直線與保持架的中心線形成的夾角α控制，通過減小角α降低保持架梁上的剪應力。換句話說，當角α為0時，即連接點A和B的直線與保持架的中心線平行，保持架梁上的剪應力最小。
角α由內(nèi)組件20，20a的寬度D決定。即，為了減小角α，只需將寬度D設為如圖1B和圖2B虛線所示的最大值。但，因為增大寬度D導致內(nèi)組件20，20a的重量增加，并引起E部分(圖1B)和F部分(圖2B)變尖，因此有必要保持節(jié)頭組件20，20a的形狀優(yōu)化，并找到一個角α的優(yōu)化值，減小保持架梁的剪應力。
以α＝10度作為一個例子進行實驗，與現(xiàn)有的萬向節(jié)相比在大工作角時保持架的強度提高5-14％。圖8所示為角α和保持架強度之間的關系。在實際的設計中，因內(nèi)組件20，20A的寬度D是圓的，角α的值并不總是整數(shù)。在圖7所示的實施例中，角α的值，雖然不同于尺寸對尺寸，介于8.2到9.7之間。在圖5所示的例子中，接觸點A和B的位置關系與角α取最小值時的位置關系不變。所以從上面的描述可以說角α優(yōu)選的是不大于10度，更優(yōu)選的是不大于10度不小于8度。
另外，本發(fā)明是通過一個具有8個球的固定型等速萬向節(jié)的例子來說明，但本發(fā)明同樣適用于現(xiàn)有的6個球的固定型等速萬向節(jié)，并產(chǎn)生同樣的效果。
權利要求
1.一種固定型等速萬向節(jié)，其特征在于包括一個外組件，一個內(nèi)組件，多個扭矩傳遞球和一個保持架；所述外組件有多個沿軸向延伸而形成于該外組件的球形內(nèi)圓周面上的導向槽，所述內(nèi)組件有多個沿軸向延伸而形成于該內(nèi)組件的球形外圓周面上的導向槽，而該外組件的導向槽和該內(nèi)組件的導向槽配合形成多個球徑，所述扭矩傳遞球各自位于一球徑內(nèi)，所述保持架支撐所述扭矩傳遞球；其中，所述保持架與所述外組件以及所述內(nèi)組件各有一接觸點，而連接該兩個接觸點的直線與上述保持架的中心線之間所形成的夾角不大于10度。
2.如權利要求1所述的固定型等速萬向節(jié)，其特征在于所述外組件的導向槽的數(shù)量是8個，而所述內(nèi)組件的導向槽的數(shù)量也是8個。
3.如權利要求1所述的固定型等速萬向節(jié)，其特征在于所述內(nèi)、外組件的導向槽都具有帶有直槽底的直部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固定型等速萬向節(jié)，連接保持架和外組件之間的接觸點與保持架和內(nèi)組件之間的接觸點的直線和上述保持架的中心線形成一個夾角，該角不大于10度。
文檔編號F16D3/2245GK1523244SQ200410004340
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月13日 優(yōu)先權日2003年2月18日
發(fā)明者中川亮, 小林正純, 純, 中村正道, 道, 登根宏 申請人:Ntn株式會社