專利名稱：柱銷球籠式同步萬向聯(lián)軸器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及到一種機械傳動部件，特別是一種萬向聯(lián)軸器。
目前較先進的萬向聯(lián)軸器是球籠式同步萬向聯(lián)軸器。它具有轉(zhuǎn)速同步、傳動平穩(wěn)、轉(zhuǎn)角大、效率高，適于高速傳動等優(yōu)點，但是其加工制造精度要求很高，在國內(nèi)難于推廣使用。


圖1是球籠式萬向聯(lián)軸器中的直槽型球籠式萬向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡圖，圖2為這種聯(lián)軸器的局部剖視圖(兩圖中另件標號相同)。圖中可以看出，聯(lián)軸器由外環(huán)1、球籠2、若干鋼球3、內(nèi)環(huán)4構(gòu)成。外環(huán)1的內(nèi)圓柱面和內(nèi)環(huán)4的外球面加工有相同數(shù)量的橢圓形截面的鋼球滾道直槽，球籠2位于內(nèi)、外環(huán)之間，三者之間要求有較精確的滑動配合，球籠外、內(nèi)球面要求有相等的偏心距X、Y，使球籠與內(nèi)環(huán)之間能產(chǎn)生相對運動。鋼球3置于內(nèi)、外環(huán)的滾道直槽內(nèi)，同時也在球籠之中。從兩圖中可以得知1、球籠的形狀比較復雜，內(nèi)、外球面均為配合面，精度要求高，且厚度較薄，因此其加工，制造及熱處理難度較大。
2、由于球籠厚度占去了傳力鋼球約30％的接觸面積，使內(nèi)、外環(huán)的滾道槽分別作用于鋼球的上、下球冠，使鋼球受一力偶矩作用，內(nèi)、外環(huán)均承受較大徑向力，使整個結(jié)構(gòu)受力狀況不佳，造成容易磨損失效。
3、內(nèi)、外環(huán)滾道槽設計為橢圓形截面，目的是為了使橢圓道槽與鋼球能成45°交角的四個接觸點，但橢圓形截面的道槽加工精度很難達到。如果未達到應有的精度，各個傳力鋼球受力不均，是加快磨損的重要原因。
4、用鋼球作傳力件有傳動效率高等優(yōu)點，但它對接觸間隙，尤其與橢圓形的圓筒槽接觸間隙很敏感，過大的接觸應力容易造成接觸面的疲勞點觸，因此限制了承載能力的提高。
本實用新型的目的就是要提供一種對目前直槽型球籠式同步萬向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)加以改進的，能克服上述不足之處的柱銷球籠式同步萬向聯(lián)軸器，使之加工制造簡單容易，受力狀況得到改善，承載能力增大，使用壽命增長。
本實用新型的實施方案是將傳力鋼球改為兩頭為球冠的圓柱銷，內(nèi)、外環(huán)滾道槽截面相應地改為槽底為圓弧，兩則為直線的截面；球籠不內(nèi)、外環(huán)之間，而將其改為有若干成對的齒，柱銷與兩齒配合，一起放置在外環(huán)道槽中，同時與內(nèi)環(huán)配合，控制柱銷在運轉(zhuǎn)中作有序運動。使主、從動軸轉(zhuǎn)速同步。
實用新型的具體結(jié)構(gòu)由圖3、圖4、圖5、圖6給出。
圖3為本實用新型提出的柱銷球籠式同步萬向聯(lián)軸器的軸向剖面圖，其軸間角為α。
圖4為圖3中I-I向橫向截面剖視圖。
圖5為圖3中II-II向局部剖視圖。
圖6為柱銷形狀圖。
四圖中另件及部位標號均相同。
從上述圖中可知該結(jié)構(gòu)包括一個圓筒形的外環(huán)1，外環(huán)1的內(nèi)圓柱面上有若干柱銷滾道直槽6，其截面的兩側(cè)為直線，底部為圓弧，同時加工有三個互成120°的拉桿直槽9。一個球形內(nèi)環(huán)4，內(nèi)環(huán)4的球面上有若干與滾道直槽6相對應的內(nèi)環(huán)滾道直槽7。若干柱銷3，柱銷3的形狀如圖6所示兩頭為球冠，中間為圓柱，柱銷置于內(nèi)、外環(huán)相組合的滾道槽內(nèi)，作為內(nèi)、外環(huán)之間的傳力件。一個球籠2，球籠2為外球面直徑D，內(nèi)球面直徑d的球形殼體，球籠上有若干兩兩相對的齒5，兩齒5與柱銷3相配合，置于外環(huán)1的滾道直槽6內(nèi)，球籠上同時有三個互成120°的拉桿8，拉桿相應地置于外環(huán)上的三個拉桿直槽9內(nèi)。一個膠囊10和一個透蓋11用于潤滑密封。
外環(huán)1與內(nèi)環(huán)4，球籠2的內(nèi)球面與內(nèi)環(huán)4的外球面，柱銷3與外環(huán)直槽6、內(nèi)環(huán)直槽7的兩側(cè)及底部，柱銷3與球籠上的齒，均為滑動配合。
圖7為該結(jié)構(gòu)的運動分析圖，圖中標號與前相同。
當外環(huán)中心軸線AA與內(nèi)環(huán)中心軸線BB軸間角為α時，作CC⊥AA，DD⊥BB，則∠AOB＝∠COD＝α，外環(huán)道槽6的兩邊EE，E′E′與內(nèi)環(huán)道槽7的兩邊FF，F(xiàn)′F′相交成為一菱形，位于兩槽之內(nèi)的柱銷3的圓柱面與菱形相切于G、H、M、N，連接圓柱面中心O1與切點G，H，并分別延長AA、BB相交于K、P，由于AA∥EE∥E′E′，BB∥FF∥F′F′，因此O1K⊥AA，O1P⊥BB，且O1K＝O1P。所以O1O是∠AOB，∠COD的角平分線。
設外環(huán)為主動軸，其角速度為ω1，內(nèi)環(huán)為從動軸，其角速度為ω2，由于柱銷3在O點只有一個線速度V，對于主動軸 V＝O1Kω1；對于從動軸 V＝O1Pω2；由于O1K＝O1P 因此ω1＝ω2。即該結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)時，主、從運軸的轉(zhuǎn)速相等，同步。不會因為從動軸速度波動而生產(chǎn)慣性力，帶來不良動負荷影響。
當內(nèi)、外環(huán)對應道槽處于由中心軸線AA、BB所形成的平面上時(如圖3所示)，兩道槽會重合而不能相交成菱形，柱銷由于球籠的控制，仍處于∠COD的平分面上。
當軸間角α＝0時，所有柱銷處于與內(nèi)、外環(huán)軸線垂直的，阻力最小的圓面內(nèi)。設內(nèi)環(huán)直徑為d，柱銷直徑為d1，最大軸間角為α，聯(lián)軸器的伸縮量為δ，內(nèi)環(huán)軸直徑為d2，該結(jié)構(gòu)為滿足柱銷及球籠均轉(zhuǎn)過α/2，有如下相關(guān)尺寸外環(huán)滾道直槽長b＝d+dSinα/2+δ球籠齒槽長b1≥b+dSinα/2＝d1+2dSinα/2+δ球籠齒及拉桿寬m≤d1-2(b1/2+dSinα/2-d1/2)Sinα/2＝d1-(3dSinα/2+δ)Sinα/2安裝尺寸必須滿足球籠端部外徑a≤d，球籠端部內(nèi)徑C≥d-d1/2，C≥d2+dSinα/2，從上述結(jié)構(gòu)及分析可知，本實用新型聯(lián)軸器具有如下技術(shù)特征1、仍具有現(xiàn)有直槽型球籠式同步萬向聯(lián)軸器的技術(shù)特性，即轉(zhuǎn)速同步，傳動平穩(wěn)，軸間角大，效率高，且具有伸縮性等優(yōu)點。
2、加工制造簡單容易，由于球籠的改變及傳力件采用柱銷，使加工制造大為簡單。球籠只有與內(nèi)環(huán)一個配合面，且沒有內(nèi)、外之間的偏心距，精度容易達到。內(nèi)、外環(huán)上的滾道直槽截面的底部為圓弧，兩側(cè)為直線，而不是橢圓形，加上方便，精度容易達到。
3、改善了受力狀況，增加了承載能力，延長了使用壽命。
(1).由于加工精度容易達到，所有柱銷，內(nèi)、外環(huán)道槽受力均衡。
(2).球籠不放置在內(nèi)、外環(huán)之間，同時將鋼球改為柱銷在內(nèi)、外環(huán)之間承受純剪切作用，受力狀況得到很大改善。
(3).現(xiàn)有直槽型球籠式聯(lián)軸器的鋼球與圓筒形直槽接觸、受力面為一橢圓，其最大接觸應力為
其中α接R2-R1/R2值查表。
本實用新型聯(lián)軸器的柱銷與矩形狀的直槽接觸，其受力面為一矩形，最大接觸應為
式中R1R2為鋼球與圓筒槽的半徑，P為載荷，E為材料的彈性模量，L為柱銷的圓柱長，R為柱銷半徑。
從上兩式可以看出鋼球與圓筒形槽的接觸應力與R2-R1，即兩者之間的間隙有關(guān)，而且相當敏感，當間隙較大時，應力值會成倍增加，因而會造成迅速磨損失效。而柱銷與矩形槽平面的接觸應力卻與兩者之間的間隙關(guān)系很小，柱銷R的磨損不會造成應力值有很大變化。
(4).從所周知滾動軸承中，圓柱滾子軸承比球軸承承載能力大，重載軸承均用圓柱體作滾動體。相同體積的圓柱滾子軸承的額定動負荷是球軸承額定動負荷的兩倍以上。聯(lián)軸器中的柱銷與鋼球也有相似的受力狀況。如果按滾動軸承的壽命計算方法，可近似地比較一下用柱銷和鋼球作傳力件的壽命比值。
滾動軸承的壽命計算公式為L＝(C/P)ε式中L為額定壽命，C為額定動負荷，P為當量負荷，對球軸承ε＝3，滾子軸承ε＝10/3。
設相同直徑的柱銷和鋼球承受的當量負荷P相等，而柱銷的額定動負荷最小是鋼球的2倍，按上述公式計算，柱銷的L值是鋼球L值的10倍。因此承載能力與使用壽命都得到極大的提高。
4、本結(jié)構(gòu)同樣可采用鋼球作傳力件，只需將內(nèi)、外環(huán)滾道槽截面改為圓形即可，其余結(jié)構(gòu)都相同。參考資料機械設計手冊節(jié)第4卷(機械工業(yè)出版社)機械設計手冊上冊第一、二分冊第二版(化學工業(yè)出版社)
權(quán)利要求1.柱銷球籠式同步萬向聯(lián)軸器由外環(huán)1、球籠2、內(nèi)環(huán)4、若干柱銷3構(gòu)成，其特征在于圓筒形的外環(huán)1的內(nèi)圓柱面上有若干柱銷滾道直槽6和三個互成120°的拉桿直槽9，球殼狀的球籠2上有若干兩兩相對的齒5和三個互成120°的拉桿8，若干個柱銷3與齒5相配合，置于外環(huán)滾道直槽6中，拉桿8相應地置于拉桿直槽9中，球形狀的內(nèi)環(huán)4上有若干滾道直槽7，柱銷3的另一半置于此直槽中，實現(xiàn)兩環(huán)之間的聯(lián)接，由于球籠的使用，所有柱銷在運轉(zhuǎn)中處于1/2軸間角的平面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)軸器，其特征是外環(huán)滾道直槽6和內(nèi)環(huán)滾道直槽7的截面是兩側(cè)為直線，底部為圓弧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)軸器，其特征是柱銷3的兩頭為球冠，中間為圓柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)軸器，其特征是球籠2的內(nèi)球面與內(nèi)環(huán)4的外球面是滑動配合。
專利摘要柱銷球籠式萬向聯(lián)軸器由外環(huán)1、球籠2、內(nèi)環(huán)4和若干柱銷3構(gòu)成。外、內(nèi)環(huán)相結(jié)合的面上分別有若干柱銷滾道直槽6和7。球籠上有若干對齒5及三個互成120°的拉桿8。柱銷3與齒5相配合置于外環(huán)直槽6中,柱銷另一半置于內(nèi)環(huán)直槽7中,實現(xiàn)兩環(huán)聯(lián)接。球籠拉桿8位于外環(huán)拉桿槽9內(nèi),使球籠不在內(nèi)、外環(huán)之間。球籠控制柱銷使主、從軸轉(zhuǎn)速同步。由于采用柱銷及新型球籠,使加工簡單,受力狀況改善,承載能力大為提高,使用壽命延長。
文檔編號F16D3/223GK2297587SQ96224069
公開日1998年11月18日 申請日期1996年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月20日
發(fā)明者李振懷, 鄧林秀, 李可心 申請人:李振懷, 鄧林秀, 李可心