专利名称：具有倾斜的球滚道的球移位关节的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个具有倾斜的球滚道的球移位关节，包括一个具有多个圆周方向上长形窗口的保持架，和多个在窗口中容纳的球体。
这种VL-结构形式的球移位关节在现有技术中是普遍公知的。它们可以应用于，将两个轴为了传递驱动功率的目的而相互连接。这种关节由于其角运动性而允许一个在运行中相互连接的轴之间出现的夹角变形的补偿。关于这点与在一个限定范围内的固定限位关节不同的是也能实现一个在这些轴的间轴向移动的补偿。
球移位关节例如在机动车的轮传动装置中被应用于作为与一关节轴相连接的同步万向节。而且惯用的是应用在纵轴中。
此外一个VL-关节的移位运动通过保持架的圆周方向上窗口的长度来决定，因为球体在任何扭转时关节的弯曲情况下由于这个倾斜的球滚道不仅在关节轴线向方向上而且在圆周方向亦即切线方向上都运动。因此在关节中不仅发生移动力而且发生弯曲力。这些力基本上通过在关节内件和关节外件上球体和球滚道的间的挤压以及此外通过在球体和保持架的间的挤压造成的。
按照球体在保持架窗口中的配合，在球体具有间隙的轻便可移动的关节和那种球体被挤入到窗口中的难以装入的(schwerverbaut)关节的间是有差别的。轻便可移动的关节相对于难以装入的关节的优点在于，使用寿命，温度特性以及声学特性等方面。与的不同，高的移动力和弯曲力则要求一个相对刚性的关节。这样一般则形成一个声桥，通过它传播振动。在应用到一个轮传动装置情况下例如振动就可能从一个发动机或一个传动装置到达一个机动车轮和因此通过该行驶机构到达车身。这些机械的或声学的可察觉的振动就被乘客时常作为干扰。
轻便可移动的VL-关节面对这个技术背景是比较有利的，但是却造成保持架的摇晃，并且在装配方面也是有问题的，因为它们在操作时本身就可能拆散了。首先，在这种关节中单个的元件必须通过相互间的倾斜或用另外的元件被组装一起，并且没有设置帽罩或盖件作为防止拆卸的安全装置，故存在的危险是，这些已组装好的元件又散开了或者整个关节在往机动车上装配时已经就相互脱离了。
基于这个技术背景，本发明的目的是，提供一种VL-结构形式的球移位关节，它在主运行区域中仅仅具有一个微小的移动力及弯曲力并且本身可以简单地组装以及可以作为单元简便地安装，同时其不会发生相互分散丢失。
这一任务通过权利要求1限定的球移位关节解决。这个关节的特征是它的窗口相对球体的特别的结构造型。按照本发明该窗口在窗口中央处以间隙容纳球体。在关节的弯曲或移动超出主运行区域情况下则在窗口边缘区域中使球体夹紧地保持。
通过窗口的这种独特的结构造型在球体和保持架的间产生的移动力及弯曲力的份额保持在微小水平。而且这个对于球体和关节内件以及关节外件的间的挤压作用没有影响。
这种在大轴向移动时增大的移位力以及在大弯曲角时高的弯曲力则可防止在组装或者说关节的安装时一个自动的拆卸问题。因此在组装及以后的装入时的操作就变得更容易了。
在优选的结构方案中，窗口相对球体在窗口中央处具有一个间隙配合，在边缘区域处则与的相反具有一个挤压配合。
在关节于主运行区域中运行时，保持架通过在球体上作用的力按照最小的阻力原理自动对中，在主运行区域中球体大致位于关节中央并且仅仅出现微小的移动和弯曲角。球体依此处在窗口中央上。基于间隙配合，因此在连续运行中产生微小的移位力及弯曲力。
自动对中能在后桥中具有两个VL-关节的游动轴中使用关节，其中在关节内件和保持架的间于里边安置的限位结构就可以省去并且因此能实现更大的移动行程。
在边缘区域上的挤压配合则由于在保持架窗口中的夹紧作用可避免一种无意的在较大移动行程或弯曲角时造成关节的相互散开的无意的拆卸的危险。在关节以及所属传动轴的自动化的安装情况下可以将至今大多必需的防拆卸保护措施省掉了。
通过保持架窗口的上述的结构造型还可使相关的一种保持架的可能的切向的摇晃被阻尼。对此已经证明有利的是，间隙配合为最大+0.2mm。对于挤压配合的优选的范围为-0.02至-0.05mm。
为了沿着窗口的主延伸方向产生这些配合可在窗口上实现不同的球运行表面的结构造型。这些球运行表面在窗口沿圆周方向的延伸基础上还分别指示在关节的轴向上。
在现有技术中已经公知了各种各样的不同的保持架窗口结构形式。其中该窗口的结构造型基于球体和窗口的运行表面间接触表面的扩大。关于此的例子表明在GB1192468和GB2269438A中。
一个另外的目的经常在于，使由于关节的运动导致的径向上游动的接触点尽可能保持远离该保持架边缘，以便不影响其强度特性。一个相应的设计方案例如已公开在DE4317364A1中，该方案在于在沿径向往外收缩的窗口上。因此该保持架在径向上可以稍微进一步往外地被移动，同时不会发生在保持架的内边缘处的损伤。由DE1267915A同样公开了，通过窗口的结构造型使一个保持架在其强度方面的最优化设置。
DE4215218C2的方案是，通过窗口的结构造型减小噪声排放。为此在保持架窗口的边缘区域上设置了收缩结构，其在圆周方向上在保持架和球体之间形成了限位结构。基于那里选择的结构造型然而这些限位结构不适于使球体固定保持，因此该收缩结构不具有一种在大的弯曲角或轴向移动情况下防拆卸保护的功能。而这些结构具有一个减小噪声产生的运行功能。此外DE4215218C2基于球体在窗口中一种形状配合连接的可能挤压的容纳方式。
在现有技术的所有情况中都没有本发明的沿着保持架窗口的球运行表面应用不同配合的结构方案及以下目标，一方面提供一个轻便可移动的VL-关节并另一方面使其安装更加容易和防止一个自动的拆散。
按照本发明的优选结构方案，从间隙配合到挤压配合的过渡是从窗口中央到边缘区域连续实现的。
为此作为例子在窗口上的至少一个球运行表面可以从一个边缘区域到沿圆周方向对置的边缘区域被设置为圆形的结构。其中，从一个挤压配合到一个间隙配合并且又到一个挤压配合的过渡通过一个比较大的弯曲半径例如150至300mm的数量级实现。这个结构方案具有的优点是，用传统的制造方法就能比较简便地制造。
代替弯曲结构，也可以使窗口上至少一个球运行表面从一个边缘区域到沿圆周方向对置的边缘区域通过两个偏转角度的倾斜部分构成，它们汇合在窗口中央上。
其中倾斜部分的偏角鉴于配合的考虑是比较小的。它最好是约0至2度。
为此在倾斜部分的过渡中可以设置一个工具决定的过渡倒圆结构，以便减小保持架的应力集中效应。
作为对此的选择方式也可能的是，在倾斜部分的过渡中设置一个直线部分，它通过倒圆结构连接到倾斜部分上。关于一直线部分此处可理解为任何平行于一个窗口的纵中轴线延伸的部分。
代替一种从间隙配合到挤压配合的连续过渡结构也可以是一种在保持架窗口上的等级式球运行表面的结构配置。对此作为例子可以使窗口的至少一个球运行表面从一个边缘区域到沿圆周方向相反对置的边缘区域通过具有挤压配合结构的两个直线部分构成并且通过具有间隙配合结构的一个中央部分构成。
作为优选，窗口的彼此对置的球运行表面相对该窗口的纵中轴线是对称的。但是也可能的是，将前面介绍的结构方案相互地组合设置，以致于不同类型的球运行表面相互面对地配置。
但是在任何情况下都要确保，球体在窗口中央处具有一个间隙使用并且在沿着窗口运行表面侧向运动时越来越打滑到挤压配合的区域中，这就导致移位力及弯曲力升高。
作为选择，或补充使窗口的球运行表面在径向上的轮廓设置也是可能的。
按照本发明的一个优选结构方案，窗口的球运行表面在径向上是弯曲的，其中该弯曲半径大于球体半径。其中该弯曲半径被设置，以便在考虑球体于窗口中运行要求的径向及轴向运动的条件下，该球体在窗口的中央区域中以间隙配合被容纳，在强烈的关节弯曲时在边缘区域中则与的相反地以一个挤压配合被容纳。
其中球运行表面的在径向上的弯曲结构可以是一个圆形的弯曲结构。
作为对此的选择，窗口的球运行表面在径向上也可是倾斜的，并且便窗口在径向上往外是收缩的。其中配置该倾斜结构，以便也在考虑球体在窗口中运行要求的径向及轴向运动情况下，该球体在窗口的中央区域中以间隙配合被容纳，在强烈的关节弯曲时在边缘区域中则与的相反地以挤压配合被容纳。
其中该球运行表面在径向上的倾斜角是不允许过大的，以便在窗口中央的球体的主运行区域中确保一个间隙配合。由此作为优选，该球运行表面在径向上的倾斜角处于0至包含7度的范围内，最好是在0.5至4度的范围内并且进一步优选在1至2度的范围内。
下面借助附图描述的实施例详细解释本发明。附图表明了
图1是本发明VL-关节的一个立体图，图2是图1的VL-关节在关节外件去掉时的一个立体图，图3是在第一实施例中保持架的球运行表面的示意图，图4是在第二实施例中保持架的球运行表面的示意图，图5是在第三实施例中保持架的球运行表面的示意图，图6是在第四实施例中保持架的球运行表面的示意图，图7是在第五实施例中保持架的球运行表面的示意图，图8是表明保持架窗口上一个球运行表面和一个球体的间接触点在关节回转时不同弯曲角情况下的变化曲线图，其中表示了保持架在径向上和切向上的坐标，图9是通过第六实施例的保持架的一个保持架窗口区域中的截面视图，其中只暗示了球体，和图10是第七实施例对应于图9的一个截面视图。
图1和2以示例表明了一个VL-结构形式的球移位关节1。这个关节包括一个关节外件2和一个在这个中安置的关节内件3。不仅关节外件2而且关节内件3都在其相对指向的圆周表面上被设有球滚道4或5。这些球滚道4及5相对于相应的结构件中轴线A及B被偏转。如特别可从图2看出的那样，在关节内件3上相邻的球滚道5按其数值具有相对该结构件中轴线B同等的倾斜角，但是在符号上是不同的。关节外件2的球滚道4同样相对对应的结构件中轴线A是偏转的并且总是交变地倾斜的。这些分别容纳球体6的球滚道对具有交叉的球滚道4和5。
在关节外件2和关节内件3的间安置一个保持架7，其具有多个容纳球体6的窗口8。在此处描述的实施例中关节1总共具有六个带有6个球的球滚道对。但是也可以设置或多或少的球滚道对并带有相应数目的球体。保持架7的任务是，使球6基本上保持在一个共同的平面中。它的控制通过球滚道4及5实现。保持架本身与的相反既不在关节外件2上也不在关节内件3上运行。而是这个保持架能实现一个在关节外件2和关节内件3的间的轴向移动。
为了在关节1的转动时弯曲情况下避免挤压现象，在倾斜的球滚道4及5的基础上该保持架7的窗口8在圆周方向上被设置为长形的结构。该保持架窗口8的关节1的轴向上对置的侧壁则构成球运行表面9和10，它们分别从一个第一边缘区域11通过一个中央区域12向一个第二边缘区域13地延伸。在此处描述的实施例中窗口8在其沿圆周方向安置的端部14及15上被另外分别设有一个扩大结构，但其不是强制性必需的。
窗口8的球运行表面9及10可以设置为不同的类型和方式，以后将借助图3-10解释。但是在所有的情况下都要确保，窗口8以间隙方式在窗口中间12容纳球体6，在关节1的一个超出主运行区域的外的偏转弯曲情况下然而在边缘区域11和13中是保持夹紧的。
其中窗口8相对球体6在窗口中央12中具有间隙配合，而在边缘区域11和13中与的不同则分别具有挤压配合。
在此处描述的实施例中该间隙配合最大为+0.2mm，而挤压配合为-0.01至-0.05mm。对于明显较大的或较小的关节也可以确定为其他的数值。但实质性的是在中央区域12中设置一个间隙配合以及在边缘区域11及13中安置一个挤压配合。
该中央区域12延伸在球体6的在该VL-关节1的连续运行中这个其中仅仅发生小弯曲角的主运行区域。通过该间隙配合，保持了一个轻便可移动的关节的在使用寿命，温度性能及声学特性方面的积极特性。保持架7通过在球体6上作用的力而如此地对中，即，球体6位于该中央区域12中。因此移动力及弯曲力在连续运行中保持很小。
只有在大的轴向移动和/或弯曲角情况下球体6才到达挤压配合的区域中，其中移动力及弯曲力才明显升高了。实际上人们将相应的边缘区域11及13如此地配置，以便这个最大的挤压作用在运行中甚至在极端条件下都不被达到。这个挤压配合的目的最终并非是一个使关节在向大弯曲角或(大)移动时的加强刚性而是在装配时变得容易。
特别是轻便可移动的VL-关节亦即在组装它们本身时由于这个微小的移动力及弯曲力可以很容易地从中央位置上相互分散开来。这也相应地适用于这种VL-关节1的装入。由此在装配时以及在以后的关节的装入(Verbau)时则需要自己的防拆卸保护措施。但是这样的措施在本发明关节中却可以省去了，因为在边缘区域11及13上的挤压配合就防止了一种不希望的相互散开。
在图3的以示意图表明了一个保持架7的窗口8的第一实施例中-其中端部14及15被省去了-这个窗口则通过球运行表面9和10从第一边缘区域11通过中央区域12到沿圆周方向上相反对置的第二边缘区域13的一个弯曲结构16实现。其中该弯曲半径的大小被选择，以便所述的配合可以容易被实现。在VL-关节中如它们被装入在机动车中的情况那样，该弯曲半径处于150至200mm的区域内。从窗口中央12到边缘区域11及13即从间隙配合到挤压配合的过渡是连续发生的。
图4中的第二结构方案代替一个连续的弯曲结构16应用了两个偏转角度的倾斜部分17和18，它们在窗口中央汇合。在倾斜部分17和18的过渡中设置一个过度倒圆结构19，其将这两个倾斜部分17和18光滑地连接。为了沿着纵轴线C遵守所述的配合变化，该倾斜部分17和18相对纵轴线C的偏角从0到2度已经证明是合适的。在过陡的偏角情况下就不再可能确保一个足够的防止散掉的夹紧作用了。
按照图5的第三实施例提供了第二结构方案的一个变型方案。代替中间的过渡倒圆结构19设置一个直线部分20，其平行于纵轴线C地延伸。然后在这个直线部分20上又通过倒圆结构21及22连接该倾斜部分17和18。
一个另外的第四实施方案在图6中描述。在这个实施方案中，窗口8的球运行表面9和10在第一和第二边缘区域11和13中通过两个直线的平行于纵中轴线的部分23和25以具有挤压配合地构成并且在中央区域12中通过一个中间直线的平行于纵中轴线的部分24构成。因此产生一个不同配合区域的等级构造。其中该过渡区域可以通过倾斜和/或倒圆结构被光滑地构成。
前面介绍的窗口结构形式表明了所有的球运行表面9和10，它们是相对纵中轴线C对称的。但是也可能的是，在一个窗口8的彼此相反对置的球运行表面9和10上设置不同的结构形式。在图7中作为例子描述了一个变型方案，其中一个球运行表面10被设置为连续直线部分26。其中该相反对置的球运行表面9则作为例子是一个对应于图3的弯曲结构16。但是也可以代替该弯曲结构设置一个按照图4，5或6的球运行表面9。图7中描述的实施例的优点在于较微小的容差敏感性。
按照图3-7以及9和10表示的全部的窗口形状都可以借助传统的制造技术和工具来制造。其中这些必要时设置的过度梯度可以在工具中已被加工出来。
在偏转弯曲和移动情况下，球体6相对于在保持架窗口8中的运行表面9和10不仅在切向上运动也就是说在圆周方向上运动，而且也在径向上运动。图8表明了当该VL-关节1的转动时在不同的弯曲角度情况下在一个球体6和一个保持架8的间接触点的变化曲线。其中产生了相对复杂的运动，所有这些运动则导致球体6在保持架窗口8中向边缘区域11和13去的一个“爬升”。
在图9和10中描述的结构方案利用这种径向的运动，以便产生一个随着增长的移动和更大的弯曲而升高的在窗口8中的挤压作用。在中央区域12中却又维持一个轻便可移动的VL-关节1的特性。为了说明，在图9和10中分别依据球直径d标明了配合。
在图9中描述第六结构方案具有沿径向弯曲的球运行表面9和10。同时其弯曲半径R明显大于球半径d。这个大弯曲半径R的配置结构是如此选择的，即在考虑球体6在窗口8中运行要求的径向及轴向运动前提下-如图8中表明地那样-该球体6以一个间隙配合被容纳在窗口8的中央区域12中，在强烈的关节弯曲时与的相反地以一个挤压配合被容纳在边缘区域11和13中。在小的弯曲角情况下该接触点只是很小地上升，如在图8中表示的曲线c。其中关节1工作在间隙配合的区域中。在强烈的弯曲角情况下如它们在运行中不应出现，但在装配和操作该传动装置关节轴时可能发生的那样，就产生了图8中的曲线a。该配合是如此选择的，即在装配时出现的作用力情况下将在关节中有一个足够防止自动分散的保持力。
图10表明了图9的一个变型方案，其中窗口8的球运行表面9和10在径向上是倾斜的，同时窗口8是在径向上往外收敛的。这个倾斜又被如此地设置尺寸，即，在考虑球体6在窗口8中的运行要求的径向及轴向运动的情况下该球体6以一个间隙配合被容纳在窗口8的中央区域12中，但是在强烈的关节弯曲时却以一个挤压配合被容纳在边缘区域11和13中。该球运行表面9和10相对径向的倾斜角α计为大约1-度。
两个变型方案都具有一个通过保持架7引起的微小剩余不平衡的优点，因为关节1在径向上是自动对中的。另外的优点是，对径向的保持架摇晃的阻尼作用。
在图3-7中描述的变型方案中这个阻尼作用则宁可发生在切线方向上。这种具有弯曲的球运行表面的变型方案相对于这种具有平面的球运行表面的方案由于改善的靠置到球体上而趋向于获得一个扩大的接触表面并因此一个保持架7的更微小的最大应力。
在全部的情况中都获得一个VL-结构形式的球移位关节，其在主运行区域中仅仅具有微小的移动力及弯曲力并且本身可简便地组装以及可以作为单元简单安装，同时其中不会发生相互散落。
上面借助优选实施例对本发明作了示例性地阐述。但是本发明决不局限在这些上，而是包括所有的通过权利要求限定的方案。
附图标记列表1 球移位关节 17 倾斜部分2 关节外件18 倾斜部分3 关节内件19 过渡倒圆4 球滚道 20 直线部分5 球滚道 21 倒圆6 球体22 倒圆7 保持架 23 直线部分8 保持架7中的窗口 24 中间的直线部分9 在保持架窗口8上的球运 25 直线部分行表面10 在保持架窗口8上的球运 26 直线部分行表面11 边缘部分A 关节外件2的结构件中轴线12 中央部分B 关节内件3的结构件中轴线13 边缘部分C 窗口8的纵中轴线14 保持架窗口8在圆周方向 R 半径上的端部15 保持架窗口8在圆周方向 d 球体直径上的端部16 弯曲部分α 倾斜角
权利要求
1.具有倾斜的球滚道(4，5)的球移位关节，其包括具有多个在圆周方向上长形窗口(8)的保持架(7)，以及多个在窗口(8)中容纳的球体(6)，其特征在于窗口(8)在窗口中央(12)中带有间隙地容纳球体(6)，在关节(1)的弯曲或移动而超出该主运行区域情况下则与之相反夹紧地使球体保持在窗口边缘区域(11，13)中。
2.按权利要求1的球移位关节，其特征在于窗口(8)相对球体(6)在窗口中央(12)中具有间隙配合，在边缘区域(11，13)中与之相反地具有挤压配合。
3.按权利要求2的球移位关节，其特征在于该间隙配合为最大+0.2mm。
4.按权利要求2或3的球移位关节，其特征在于挤压配合为-0.01至-0.05mm。
5.按权利要求1-4之一的球移位关节，其特征在于从间隙配合到挤压配合的过渡是从窗口中央(12)到边缘区域(11，13)连续发生的。
6.按权利要求1-5之一的球移位关节，其特征在于在窗口(8)上的至少一个球运行表面(9，10)是从一个边缘区域(11)到沿圆周方向对置的边缘区域(13)设置为圆形，最好是具有75至300mm的半径，进一步优选为150-300mm。
7.按权利要求1-6之一的球移位关节，其特征在于在窗口(8)上至少一个球运行表面(9，10)是从边缘区域(11)到沿圆周方向对置的边缘区域(12)通过两个偏转的倾斜部分(17，18)构成，它们汇合在窗口中央(12)上。
8.按权利要求7的球移位关节，其特征在于倾斜部分(17，18)的偏角计为0至2度。
9.按权利要求7或8的球移位关节，其特征在于在倾斜部分(17，18)的过渡中设置过渡倒圆结构(19)。
10.按权利要求7或8的球移位关节，其特征在于在倾斜部分(17，18)的过渡中设置直线部分(20)，其通过倒圆结构(21，22)连接在倾斜部分上。
11.按权利要求1-10之一的球移位关节，其特征在于在窗口(8)上的至少一个球运行表面(9，10)是从一个边缘区域(11)到沿圆周方向对置的边缘区域(13)通过两个具有挤压配合的结构的直线部分(23，25)和一个具有间隙配合的结构的中间的部分(24)构成。
12.按权利要求1-11之一的球移位关节，其特征在于窗口(8)上的彼此相反对置的球运行表面(9，10)相对于这窗口的纵中轴线(C)是对称的。
13.按权利要求1-12之一的球移位关节，其特征在于窗口(8)的球运行表面(9，10)在径向上弯曲，其中该弯曲半径大于球体半径，因此，在考虑球体(6)在窗口(8)中的运行要求的径向及轴向运动条件下，该球体(6)在窗口(8)的中央区域(12)中以间隙配合被容纳，在强烈的关节弯曲或移位时的边缘区域(11，13)中则与的相反地以挤压配合被容纳。
14.按权利要求13的球移位关节，其特征在于球运行表面(9，10)在径向上的弯曲结构是圆形的弯曲结构。
15.按权利要求1-14之一的球移位关节，其特征在于窗口(8)的球运行表面(9，10)在径向上是倾斜的，其中该窗口(8)是在径向上往外变窄的，因此，在在考虑球体(6)在窗口(8)中的运行要求的径向及轴向运动条件下，该球体(6)在窗口(8)的中央区域(12)中以间隙配合被容纳，在强烈的关节弯曲或移位时在边缘区域(11，13)中则与的相反地以挤压配合被容纳。
16.按权利要求15的球移位关节，其特征在于球运行表面(9，10)在径向上的倾斜角处于0至包括7度的区域中，最好是0.5至4度并且进一步优选为1至2度。
全文摘要
一种VL－结构形式的具有倾斜的球滚道的球移位关节(1)在它保持架(7)中具有多个在圆周方向上长形的窗口(8)，其分别容纳一个球体(6)。球体(6)是以活动间隙被容纳在窗口中央(12)中的，但是，在关节(1)的弯曲以超出主运行区域情况下则被夹紧地保持在窗口边缘区域(11，13)中。因此在一个VL－结构形式的轻便可移动的球移位关节(1)的主运行区域中仅仅产生微小的移动力及弯曲力并具有长的使用寿命以及良好温度及声学特性的优点。而且关节(1)本身可以简便地组装以及可以作为单元简单地装配，同时其中不会发生相互散落。传统的防拆卸保护措施可以省去。
文档编号F16D3/223GK1902411SQ200480040132
公开日2007年1月24日 申请日期2004年11月4日 优先权日2003年11月10日
发明者G·沙夫, W·克尼特尔 申请人:大众汽车有限公司