專利名稱：三腳式等速萬向接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在汽車以及其他工業(yè)機器的傳動系統(tǒng)中的三腳式等速萬向接頭，特別涉及一種三腳式等速萬向接頭，其擴展誘導(dǎo)推力的低振動特性范圍，以便擴大相連的兩根旋轉(zhuǎn)軸之間的工作角度。
背景技術(shù)：
等速萬向接頭是萬向接頭的一種，即使當(dāng)主動軸的軸線與從動軸的軸線成一定工作角度的時候，所述等速萬向接頭也能實現(xiàn)等速連接?？梢詫⒌人偃f向接頭分為固定接頭和滑動接頭?；瑒咏宇^通過接頭的插入特性能夠?qū)崿F(xiàn)相對的軸向偏移。此外，滑動接頭包括三腳接頭，所述三腳接頭包括與一根軸的末端相連的三腳件，其中所述三腳件具有沿徑向突出的三個耳軸；以及與另一軸的末端相連的中空的外接頭件，其中所述外接頭件具有延伸至軸向的三個轉(zhuǎn)向槽(truck groove)，所述三腳件的耳軸插入至外接頭件的轉(zhuǎn)向槽內(nèi)，以便傳遞扭矩。
本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)提出過一些三腳式等速萬向接頭(以下簡稱為PTJ)，這些三腳式等速萬向接頭通過使?jié)L輪相對于耳軸自由傾斜活動來改善NVH(噪音、振動以及粗糙度，下文稱之為NVH)特性。參考專利文獻1和2。
如圖1(A)和圖1(B)所示的三腳式等速萬向接頭包括外接頭件10和三腳件20，兩根連接軸中的一根與外接頭件10相連，另一根與三腳件20相連。外接頭件10具有三個轉(zhuǎn)向槽，所述轉(zhuǎn)向槽在接頭體的內(nèi)表面上沿著軸線方向延伸。在轉(zhuǎn)向槽的相對側(cè)壁上形成有沿著周向彼此相對的一對滾輪導(dǎo)面14。三腳件20具有沿徑向突出的三個耳軸22，每個耳軸具有滾輪34，并且該滾輪34插入外接頭件10的轉(zhuǎn)向槽12內(nèi)。滾輪34的外表面為與滾輪導(dǎo)面14相匹配的凸起的彎曲表面。滾輪34的外表面是凸起的彎曲表面，其母線為圓弧，該圓弧的曲率中心與耳軸的軸線對準或偏離耳軸的軸線。滾輪導(dǎo)面14的橫截面為哥特式弧形。因此，滾輪34和滾輪導(dǎo)面14之間為角接觸。
如圖2所示，環(huán)32被裝配至耳軸22的外表面22a。該環(huán)32和滾輪34通過多個滾針36而結(jié)合成一個整體，并且整體作為滾輪組件，實現(xiàn)環(huán)32和滾輪34之間的相對轉(zhuǎn)動。如圖1(A)和1(B)所示，耳軸22的外表面22a的縱向截面看起來像是平行于耳軸22縱軸線的圓柱。如圖2(A)和圖3所示的耳軸22的橫截面為橢圓形，其長軸垂直于接頭軸線，即三腳件20沿軸線方向的厚度減小而形成橢圓。換句話說，相比于標準圓柱表面，耳軸橫截面的相對的弧形部分沿接頭的軸線方向降低，從而形成橢圓。
如圖4(A)和(B)所示，環(huán)32的內(nèi)表面32a沿縱向形成凸弧R。這樣，內(nèi)表面32a的母線是半徑為r的凸弧。由于凸弧、如上所述的耳軸22的橢圓形橫截面以及耳軸22和環(huán)32之間設(shè)置的游隙，環(huán)32不僅可以朝耳軸22的軸向移動，而且還能圍繞耳軸22樞轉(zhuǎn)。
如前面所述，環(huán)32和滾輪34與滾針36組裝到一起，以允許相對轉(zhuǎn)動，由環(huán)32和滾輪34組成的組件被允許在耳軸22上樞轉(zhuǎn)。在下文中，“樞轉(zhuǎn)”被限定為環(huán)32和滾輪34的軸線在包含耳軸22軸線和三腳件20軸線的平面內(nèi)朝耳軸22傾斜。參見圖1(B)。
借助上述的耳軸22的橫截面和環(huán)32的橫截面，當(dāng)接頭的工作角為θ時，耳軸22能夠在不改變滾輪組件位置的情況下向外接頭件10傾斜。趨于使?jié)L輪組件傾斜的摩擦力矩有所減小。由于耳軸外表面22a和環(huán)的內(nèi)表面32a所形成的接觸橢圓的面積變得更小，由此使得接觸區(qū)域成為小的點或圓。因此，由于滾輪和滾輪導(dǎo)面平行對齊，滾輪組件的方向穩(wěn)定，從而使得滾輪平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。該結(jié)構(gòu)有助于獲得低滑動阻力和誘導(dǎo)推力。
如上文所述，三腳式等速萬向接頭的耳軸的外表面與環(huán)的內(nèi)表面的接觸面稱為接觸橢圓。該接觸橢圓的面積和形狀與接頭誘導(dǎo)推力及滑動阻力密切相關(guān)。因此，人們對接觸橢圓的面積和形狀進行了優(yōu)化研究，但迄今仍未獲得滿意的結(jié)果。
接觸橢圓的形狀取決于耳軸22的橢圓形截面的短軸長度b和長軸長度a的高寬比以及環(huán)的內(nèi)表面的縱向截面中的凸面R的曲率半徑r。目前，已經(jīng)給出了高寬比b/a以及曲率半徑r的最佳值，以便將接觸壓力降至最低。通過用于最小化接觸壓力的高寬比b/a以及曲率半徑r，能夠保持誘導(dǎo)推力和滑動阻力使其低于某一工作角度。在到達一定工作角度之前，耳軸22和滾輪組件能夠相對傾斜，而滾輪組件并不向外接頭件的滾輪導(dǎo)面傾斜。但是，當(dāng)工作角度大于某一工作角度時，由于所述接觸橢圓干涉滾輪組件的運動，因此明顯可以發(fā)現(xiàn)振動特性變差。因此，簡單地增加耳軸22和滾輪組件之間的最大傾斜角度可能會惡化振動特性，從而由于接觸壓力增加而最終導(dǎo)致耐用性變差。
通過減小誘導(dǎo)推力和滑動阻力能夠有效地解決汽車的NVH問題。通常，接頭的誘導(dǎo)推力和滑動阻力取決于工作角度的度數(shù)。
當(dāng)被應(yīng)用于汽車驅(qū)動軸時，對于實現(xiàn)較大的工作角度而言，這成為設(shè)計上的局限。
為了具有較高的汽車驅(qū)動軸系統(tǒng)裝備的設(shè)計自由度，其任務(wù)是如何獲得低并且穩(wěn)定的誘導(dǎo)推力和滑動阻力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過優(yōu)化三腳式等速萬向接頭的耳軸和環(huán)之間的接觸橢圓的形狀來獲得更低的誘導(dǎo)推力和振動。
為了解決這一問題，本發(fā)明的第一方面是通過減小曲率半徑r并保持高寬比b/a不變來實現(xiàn)上述目標。
本發(fā)明的第一方面包括外接頭件，其具有三個轉(zhuǎn)向槽，每個轉(zhuǎn)向槽具有沿周向彼此相對的滾輪導(dǎo)面；三腳件，其具有沿徑向突出的三個耳軸；多個滾輪，每個滾輪被插入相應(yīng)的轉(zhuǎn)向槽；多個環(huán)，每個環(huán)被裝配至相應(yīng)的耳軸上，用于使?jié)L輪自由轉(zhuǎn)動；每個所述滾輪能夠沿外接頭件的軸線方向隨著滾輪導(dǎo)面一起移動；環(huán)的內(nèi)表面沿縱向剖面形成凸弧R；耳軸的外表面沿縱向剖面呈直線形并且沿橫截面呈橢圓形，以便使耳軸的外表面沿著與接頭軸線方向相垂直的方向鄰接至環(huán)的內(nèi)表面接觸，并且在環(huán)的內(nèi)表面和耳軸的外表面之間沿著接頭的軸線方向形成游隙；其中，減小曲率半徑r并保持高寬比b/a不變。
為了使三腳式等速萬向接頭的環(huán)的內(nèi)表面和耳軸的外表面之間的接觸壓力最小，目前被確信的是接觸橢圓應(yīng)盡可能地接近圓形，如專利文件1的 段和 段所述。從這個觀點出發(fā)確定了高寬比b/a以及曲率半徑r的傳統(tǒng)建議值。
通常認為相對于耳軸的軸線方向，接觸橢圓的形狀沿周向稍稍拉長，從而在保持低水平的誘導(dǎo)推力和振動的同時，使接頭的工作角度增大，這樣能夠最小化接觸壓力。然而，本發(fā)明的發(fā)明人沒有固守這一觀點，從而獲得了本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的發(fā)明第二方面的特征在于，曲率半徑r在1.9a到2.5a的范圍內(nèi)，并且高寬比b/a在0.8到0.9的范圍內(nèi)。該高寬比b/a與傳統(tǒng)三腳式等速萬向接頭的高寬比一樣較穩(wěn)定。本發(fā)明在保持高寬比不變的同時減小曲率半徑r。
如上所述，通過單獨地減小環(huán)的曲率半徑r，本發(fā)明能夠為大工作角度的三腳式等速萬向接頭提供低的振動特性，并且使誘導(dǎo)推力低于某一數(shù)值，其中該數(shù)值受接觸橢圓形的影響，該接觸橢圓形在耳軸的周向上被拉長。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明實施例的三腳式等速萬向接頭的橫截面視圖；圖1B是三腳式等速萬向接頭傾斜至工作角度θ時的縱向截面視圖；圖2A是帶有滾輪組件的耳軸的橫截面視圖；圖2B是環(huán)的縱向截面視圖；圖3是示出耳軸的高寬比的放大橫截面視圖；圖4A是環(huán)的橫截面視圖；圖4B是環(huán)的平面視圖；圖5是表示誘導(dǎo)推力機構(gòu)的分析結(jié)果的表格；圖6是表示誘導(dǎo)推力機構(gòu)的分析結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式
下面參照附圖介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。本發(fā)明的三腳式等速萬向接頭的結(jié)構(gòu)如圖1至圖4所示。之前對圖1至圖4的說明與本發(fā)明的相同，并且可用于本發(fā)明。本發(fā)明的新穎特征在于圖3所示耳軸橫截面的高寬比b/a與圖4所示的環(huán)的內(nèi)表面沿縱向剖面的凸面R的曲率半徑r的組合。
三腳式等速萬向接頭通過橢圓形的耳軸22與內(nèi)表面為凸形表面R的環(huán)32的接觸來傳遞扭矩，因此需要考慮減輕雙方的接觸壓力。為了減輕接觸壓力，專利文獻1限定接觸橢圓形在工作角度為15度時，其r＝2.9a，而b/a＝0.86。(參見專利文獻1的表1)。當(dāng)工作角度從15度增達到17度時，根據(jù)專利文獻1的理論，需要減小反高寬比b/a和曲率半徑r。因此，在專利文獻1的表1中限定當(dāng)操作角度為20度時，r＝1.994a，b/a＝0.806。與此相反，本發(fā)明僅僅通過減小曲率半徑r獲得了更低的誘導(dǎo)推力。由于曲率半徑r的減小使得接觸橢圓的面積減少得并不多，因此與曲率半徑r和高寬比b/a都減小的情況相比，在增大的工作角度下接觸壓力增加。
從借助機構(gòu)分析軟件所獲得的模擬結(jié)果來看，在較高的工作角度范圍內(nèi)，曲率半徑r和反高寬比b/a(reverse aspect ratio)都減小的情況以及僅反高寬比b/a減小的情況都不能使誘導(dǎo)推力減小，但是曲率半徑r更小的情況能夠有助于降低較高工作角度范圍下的誘導(dǎo)推力。
圖5表示對這些分析結(jié)果的總結(jié)。在圖5中，傳統(tǒng)實例是專利文獻1中的表1所限定的。比較例1表示反高寬比b/a較小的結(jié)果，而比較例2表示曲率半徑r較小的結(jié)果。機構(gòu)分析的結(jié)果表明兩種情況都不能提供足夠低的誘導(dǎo)推力值。相反，本發(fā)明的曲率半徑r較小的實例在大的工作角度范圍內(nèi)提供了足夠低的誘導(dǎo)推力。在該實施例中，反高寬比被設(shè)為0.86，與傳統(tǒng)實例相同；而曲率半徑r則從2.9a減小到2.1a。
圖6以曲線圖表示模擬結(jié)果。在該曲線圖中，虛線表示比較例1和2。實線表示本發(fā)明的實施例。假設(shè)誘導(dǎo)推力分量的可允許上限為20N，則該實施例實現(xiàn)了不小于2度的、相比于比較例較大的大工作角度。
本發(fā)明的等速萬向接頭能夠方便地應(yīng)用于汽車驅(qū)動軸系，用以為汽車提供更好的NVH特性，其中該NVH特性受誘導(dǎo)推力和滑動阻力的影響；同時增加了汽車驅(qū)動軸系設(shè)計的設(shè)計自由度。
權(quán)利要求
1.一種三腳式等速萬向接頭，包括外接頭件，其具有三個轉(zhuǎn)向槽，每個轉(zhuǎn)向槽具有沿周向彼此相對的滾輪導(dǎo)面；三腳件，其具有沿徑向突起的三個耳軸；多個滾輪，每個滾輪被插入所述轉(zhuǎn)向槽；多個環(huán)，每個環(huán)被裝配在所述相對應(yīng)的耳軸上，用于可轉(zhuǎn)動地支撐所述滾輪；所述滾輪能夠隨著滾輪導(dǎo)面朝外接頭件的軸向移動；所述環(huán)的內(nèi)表面沿縱向剖面形成為凸弧R；所述耳軸的外表面沿縱向剖面呈直線形、而沿橫截面呈橢圓形，用以使耳軸的外表面沿著與接頭軸線方向相垂直的方向鄰接至環(huán)的內(nèi)表面，并且在環(huán)的內(nèi)表面和耳軸的外表面之間沿著接頭軸線方向形成游隙；其中，改變所述耳軸和所述環(huán)之間的接觸橢圓形，從而與被限定用于使環(huán)的內(nèi)表面和耳軸的外表面之間的接觸壓力最小的接觸橢圓形相比，曲率半徑r減小而高寬比b/a保持不變，其中r環(huán)的內(nèi)表面沿縱向剖面的凸面R的曲率半徑r；a耳軸橫截面橢圓的長軸長度；b耳軸橫截面橢圓的短軸長度；b/a耳軸橫截面橢圓的高寬比。
2.如權(quán)利要求1所述的三腳式等速萬向接頭，其中，所述曲率半徑r從1.9a到2.5a，高寬比b/a為0.8到0.9。
全文摘要
提供一種三腳式等速萬向接頭，包括外接頭件，其具有三個轉(zhuǎn)向槽，轉(zhuǎn)向槽有沿周向彼此相對的滾輪導(dǎo)面；三腳件，其有三個沿徑向突出的耳軸；多個滾輪，每個插入對應(yīng)的轉(zhuǎn)向槽；及多個環(huán)，每個環(huán)裝配在相應(yīng)的耳軸上，用于可旋轉(zhuǎn)地支撐耳軸。每個滾輪沿著滾輪導(dǎo)面在外接頭件的軸向上可移動。環(huán)的內(nèi)表面沿軸向截面形成凸弧R。耳軸的外表面沿縱向呈直線形，其橫截面呈橢圓形，以使耳軸的外表面沿垂直于接頭軸向的方向鄰接至環(huán)的內(nèi)表面，以及在環(huán)內(nèi)表面和耳軸外表面之間沿接頭軸向形成游隙。修改耳軸和環(huán)之間的接觸橢圓形，與被限定使環(huán)的內(nèi)表面和耳軸外表面之間的接觸壓力最小的接觸橢圓形相比，保持高寬比b/a不變而減小曲率半徑r。
文檔編號F16D3/205GK1924385SQ20061011073
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者杉山達朗 申請人:Ntn株式會社