专利名称：三脚型恒速率万向接头的制作方法
发明概述本发明涉及一种三脚型恒速率万向接头，它包括一个具有旋转轴线的主接头部件，该主接头部件具有三个绕旋转轴线周向间隔分布并沿纵向延伸的滚道；一个具有旋转轴线的副接头部件，该副接头部件具有三个托架，每个托架具有各自的轴线并伸入主接头部件的滚道中；由各个托架所支承的滚子，每个滚子都有各自的轴线和外圆周面，其中外圆周面是关于轴线的回转面并且与主接头部件中相应滚道的对边相啮合，滚子被限制在其相应托架中以便绕托架轴线旋转和沿纵向移动，并且能在其对应的滚道中倾斜。
这类三脚型接头在后面被称之为特种三脚接头。
迄今为止，在特种三脚接头中每个滚子的外圆周面大体上呈部分球形，而主接头部件中与相应的滚子外圆周面啮合的每个滚道的对边呈部分圆柱形。部分球形滚子的表面曲率半径基本上与部分圆柱形滚道的表面曲率半径相同，尽管实际上由于滚道侧边的曲率半径与滚子外圆周面的曲率半径稍有不同而使滚子与滚道侧边之间的接触区域减小。
在上面所述普通三脚接头中出现的一个问题是，当接头在铰接条件下(即两个接头部件的旋转轴线相互倾斜)旋转时，在接头部件之间会出现轴向力。这种轴向力是三阶力，也就是说，它们的频率是接头旋转速度的三倍，当接头铰接角度增大时它们也随之增加。
当这种接头用在前轮驱动汽车的驱动轴上时，这种力的影响特别明显。由于这两种接头元件具有相互插入的能力，即可以相对地沿轴向移动，所以它们通常被用作内接头以适应汽车悬架运动时驱动轴总长度的变化。这样使用接头导致的一个问题是“颤动”，其中由接头产生的轴向力被传递给汽车装置，并在一定条件下表现为颤动而被汽车乘客感觉到。当汽车加速时颤动尤其是一个问题，这是因为带有大量驱动设备的汽车前部的升高增大了驱动轴内侧万向接头的铰接角度，同时由接头传递的大扭矩也加剧了这个问题。在现代客车中这个问题更加严重，装配时更容易遇到需要增大内侧万向接头的铰接角度的问题。
有几种万向接头的颤动小于先前已知的特种三脚万向接头，其中的一些接头是通常的三脚型但滚子装配更复杂。这种复杂性使得接头的制造成本昂贵。
本发明的主要目的是提供一种特种三脚型恒速率万向接头，其中可以克服或减少上面所述的颤动问题，并且与带有附加零件的更加复杂的接头相比，它可以相对减少费用。
按照本发明，我们提供这样一种特种三脚恒速率万向接头，其中副接头部件托架的轴线与垂直于副接头部件旋转轴线的平面倾斜和/或偏离副接头部件的旋转轴线，每个滚子的外圆周面是大体凸弧形母线绕滚子轴线形成的回转面，该弧线的半径大于滚子的赤道半径。
为方便起见，弧形母线的半径在这里被称为滚子的子午线半径，滚子的赤道半径是环绕滚子轴线的最大半径。
可以发现依靠上述方法，再通过减少在接头部件间出现的三阶轴向力，就可以减少颤动问题。根据本发明的接头，其成本也小于采用附加零件的接头的成本。
滚子的子午线半径大约是滚子赤道半径的1.5倍。
按照本发明，接头中滚子外圆周面的外形是一个半径大于滚子赤道半径的大体弧形母线绕滚子轴线形成的回转面，这意味着，这类滚子的表面实际上是一个筒形。与这样的滚子表面相配合，主接头部件中滚道的每个对边不可能是纵轴线延伸经过滚道中心的单一圆柱体的对置部分圆柱体，而必须是不同圆柱体的部分，这些圆柱体的半径稍大于环绕滚子轴线回转形成滚子圆周表面的大体弧形母线的曲率半径。
在主接头部件旋转轴线截面的纵向上，每个滚子侧面的曲率半径优选地大于或者等于滚子子午线半径的1.05倍。
下面参照附图并利用实施例对本发明进行描述，其中
图1是按照本发明的万向接头的第一实施例的局部剖视图；图2是图1所示接头的副接头部件的轴视图；图3示意表示了图1所示接头的滚子和滚道的构形；图4和图5分别是按照本发明的接头的另一实施方案的轴视图及其副接头部件的纵向局部剖视图。
参照图1和图2，一个三脚型恒速率万向接头包括一个外部主接头部件10，其基本成杯形之部分11的圆周侧壁12形成一个内腔13，内腔的一端由支座14封闭，而短轴15从支座上伸出。短轴15上有一个花键轴段16，以便与另一旋转部件啮合从而传递扭矩。当利用这种接头，通常是在汽车的驱动轴装置中用来驱动汽车轮时，这种其它部件通常是差动轮系的输出部件。
接头部件10的旋转轴线标记为17。
在接头部件10的杯形部分11的圆周侧壁12内有三个周向间隔开分布的滚道，其中的一个在图1中总体标记为18。滚道关于接头部件等周向间隔地分布并且平行于轴线17延伸。每个滚道都包含一个将要在后面详述的对边部分，在图1中这样的一个对边被标记为19。
接头还包括了一个总体标记为20的内部副接头部件，其在图2中单独表示。接头部件20包括一个带有花键孔22的环形壳体21，花键孔与驱动轴元件24上的花键端头部分23相啮合以传递扭矩。依靠保持环25，接头部件20保持在驱动轴部件的端头部分23上。接头部件还包括了三个向外延伸的托架26、27、28，它们分别支承滚子29、30、31。在图1中，托架26上的滚子29配合在滚道18中，其它的滚子30、31也以同样的方式被放置在相应的滚道中。
每个滚子(在三脚型万向接头中通常插入诸如滚针轴承等轴承装置)都被支承在各自的托架上以便在托架的纵向上移动，同时也便于围绕滚子和托架26的轴线旋转，轴线被标记为32。通过标记为33的保持环，滚子和插入的轴承被固定在它们的托架内。从图1清楚可见，与托架26的轴线32一样的轴线倾斜于标记为34的平面，而该平面垂直于内接头部件20和驱动轴部件24的旋转轴线35；在图1中，当接头处在对中(没有铰接)条件下时，该轴线35和轴线17重合。托架的轴线与接头部件的轴线35相交叉。
附图3详细表示了接头中一个滚子的外形以及它与有关滚道的配合情况。在图3中，滚子29在其滚道18中被放大比例地示意出来，滚道两个对边的表面标记为19、19a，假定接头铰接并被旋转到一个标记为39的角度，该角度是滚子和托架的轴线32与标记为40的直线间的偏斜角，直线40平行于一个包含接头部件10之旋转轴线17的平面。
滚子具有外圆周面41，它是一个凸弧线绕滚子轴线32形成的回转面，并且标记为R子午线的凸弧线曲率半径大于标记为R赤道的滚子赤道半径。这样滚子的表面41在一定程度上呈筒形而不是呈迄今为止普遍采用的部分球形。
实验表明，当R子午线近似为R赤道的1.5倍时可以获得满意的结果。
滚道的对边19、19a是各自圆柱体的一部分，圆柱体的半径R滚道大于R子午线，因此理论上滚子和滚道侧边之间的接触是在一点，而实际上集中在一个以43为中心的很小区域内。R子午线和R滚道之间的关系也被称为它们之间的相似性，可以是R滚道÷R子午线大于或等于1.05，可能是约1.1。
需要指出的是，在图3中表示了滚子外圆周面和滚道18侧面19a之间的间隙。这类间隙出现在哪个侧面当然取决于接头传递扭矩的方向。制造公差也需要一定间隙存在，以便在工作中可能遇到的各种接头铰接情况下，滚子都不会阻塞在滚道中。
现在参考附图4和图5，这些都表示了本发明接头的另一实施方案。内部副接头部件如图1和图2所示的接头部件20一样，包括了一个带有花键孔52和三个外伸托架53、54、55的环形壳体51。托架支承各自的滚子56、57、58。采用与上面所述接头第一实施方案中相同的方法，滚子可移动地支承在各自的托架上。
托架53、54、55有各自的轴线59、60、61，它们与标记为62的接头部件旋转轴线互不相交，而且有一定间隔。并且如图5所示，轴线59、60、61与标记为63的平面相偏斜，所述平面垂直于接头部件的旋转轴线62。
在这个接头的实施方案中，每个滚子56、57、58的外圆周面的构形如上所示可参照附图中的图3，而主接头部件中每个滚道的侧边形状必须与上面所述的相类似。在附图4中，外部接头部件标记为65，三个滚道标记为66、67、68。外部接头部件中滚道的定向相应于内部接头部件托架的轴线与旋转轴线的偏移也都清晰可见。
在图1中，副接头部件的托架向连接于副接头部件的轴的对侧端倾斜。为了方便起见，这里称之为向后偏斜或者称之为向垂直于接头部件旋转轴线的平面倾斜一个负角度。或者，托架也可以相对这个平面向另一个方向倾斜，这里称之为向前偏斜或者称之为倾斜一个正角度。通过实施例证明，偏斜角度的范围在-10°～+10°之间，并且实验表明，当托架偏斜8°～9°、特别是偏斜约8.7°时，就减少接头操作过程中产生的三阶轴向力而言，可以获得特别好的结果。
按照本发明接头的另一个实施方案，根据图4和图5，如上所述，副接头部件托架的轴线也可以偏离于接头的旋转轴线，但是并不与垂直于旋转轴线的平面相倾斜。
在这里我们认为滚子外圆周的子午线形状和滚道侧面的横截面形状是弧形的，可以理解，在实践中它们与完全的弧形稍有区别，例如，滚子的边缘部分可能被削边。
在上面的叙述、附属权利要求书或附图中所披露的由它们的特殊结构表示的特征、或者由实现所披露功能的装置以及用来获得所披露结果的方法或工艺所表达出的诸多特征，这些特征可以根据需要单独或共同采用，以便于以多种方式来实现本发明。
权利要求
1.一种三脚型恒速率万向接头，它包括一个具有旋转轴线的主接头部件，该主接头部件具有三个绕旋转轴线周向间隔分布并沿纵向延伸的滚道；一个具有旋转轴线的副接头部件，该副接头部件具有三个托架，每个托架具有各自的轴线并伸入主接头部件的滚道中；以及由每个托架所支承的相应滚子，每个滚子都有一根轴线和外圆周面，其中外圆周面是关于滚子轴线的回转面并且与主接头部件中相应滚道的对边相啮合，滚子被限制在相应的托架中以便绕托架轴线旋转和沿纵向移动，并且能在各自的滚道中倾斜，其特征在于，副接头部件托架的轴线偏斜于与副接头部件旋转轴线垂直的平面和/或偏离于副接头部件的旋转轴线；并且每个滚子的外圆周面是大体凸弧形母线绕滚子轴线形成的回转面，该弧线的半径大于滚子的赤道半径(在此定义)。
2.一种根据权利要求1所述的接头，其特征在于，滚子的子午线半径大约是滚子赤道半径的1.5倍。
3.一种根据权利要求1或2所述的接头，其特征在于，在主接头部件旋转轴线截面的纵向上，每个滚道侧面是大体弧形的，其曲率半径大于或等于滚子子午线半径的1.05倍。
4.一种根据权利要求3所述的接头，其特征在于，所述滚道侧面的半径是滚子子午线半径的1.1倍。
5.一种根据上述权利要求书中任一项所述的接头，其特征在于，副接头部件的托架向所述平面倾斜的角度范围是8°-9°。
6.一种根据权利要求5所述的接头，其特征在于，所述的倾斜角度大约是8.7°。
7.一种参照附图1至附图3或者附图4和附图5并且基本如上所述的接头。
8.在此和/或在附图中描述的任何新颖特征或其特征的新颖组合。
全文摘要
一种三脚型恒速率万向接头,其内接头部件(20、51)之托架(26～28、53～55)的轴线(32、59～61)倾斜于与接头部件之旋转轴线(35、62)垂直的平面,和/或偏离于这样的轴线(35、62),而每个滚子(29～31、56～58)的外表面(41)都是一根大体凸弧形母线绕滚子轴线(35、59～61)形成的回转面,该弧线的曲率半径大于滚子(29～31、56～58)的赤道半径。
文档编号F16D3/20GK1196112SQ9619642
公开日1998年10月14日 申请日期1996年6月25日 优先权日1995年7月4日
发明者S·C·巴尔特勒特 申请人:德国Gkn汽车有限公司