專利名稱：等速萬向接頭的制作方法
背景技術：
發明領域本發明關于一種等速萬向接頭，該萬向接頭用作如在汽車的驅動力傳輸部分中的、連接作為一個傳動軸的第一軸和作另一傳動軸的第二軸等速萬向接頭。
相關技術的描述等速萬向接頭通常用于汽車中，它安置在汽車的驅動力傳輸部分中，用來連接作為一個傳動軸的第一軸和另一傳動軸的第二軸，從而將驅動力傳到相應的軸上。
本申請人推薦一種在美國專利申請No.09/456488和09/984898中的等速萬向接頭及其組裝方法。采用這種等速萬向接頭，在一根傳動軸傾斜和十字頭沿導向架移動時，通過減小所產生的滑動阻力來改進推力性能和壽命。本發明是參照該建議而作出的。
發明概述本發明的一個總的目的在于提供一種等速按照上述推薦的組裝方法的萬向接頭。按照本發明，在不降低組裝性能的情況下，十字頭頸部的直徑增大，從而增大了十字頭的強度。
本發明的主要目的在于提供一種按照上述推薦的組裝方法實施的等速萬向接頭，按照本發明，在不減少組裝性能的情況下，十字頭頸部的直徑增大，從而改進了鍛造十字頭的成品率。
從下面參照附圖所進行的描述可以更加清楚本發明的上述和其它目的、特征和優點，在附圖中以示例形式表示了本發明的優選實施例。
附圖概述

圖1是在基本垂直于本發明的一個實施例的萬向接頭的軸的方向上的、表示一個等速萬向接頭的部分省略的垂直剖視圖，
圖2是按圖1中II-II線的等速萬向接頭的垂直剖視圖，圖3是表示圖1所示的等速萬向接頭內部構件的部分省略的分解垂直剖視圖；圖4是表示內部構件的一個內輥的透視圖；圖5是表示一個比較例子的等速萬向接頭的部分省略的豎向局部圖；圖6是比例性例子的等速萬向接頭的內輥的透視圖；圖7表示將內輥安裝到比較性例子的等速萬向接頭的十字頭上的尺寸狀態；圖8表示將內輥安裝到本實施例和比較性例子的等速萬向接頭的十字頭上的尺寸狀態；圖9是表示圖7的一部分M的放大視圖；圖10表示將內輥安裝在本實施例的等速萬向接頭中的尺寸狀態；圖11是表示圖10中的一部分M的放大視圖，和圖12是本發明另一實施例的在基本垂直于等速萬向接頭的一根軸的方向上的、部分省略的垂直剖視圖。
優選實施例的描述參見圖1和2，參照數字10表示本發明一個實施例的等速萬向接頭。
該等速萬向接頭10包括一個圓筒形的外蓋(外部構件)14，外蓋14具有一個開口并整體地連到作一根傳動軸的第一軸的一端上，一個內部構件18固定到作為另一轉動軸的第二軸16的一端上并接納在外蓋14的開孔中。
正如圖1所示，在外蓋14的內壁面上形成了三個導槽20a～20c(導槽20b、20c未示出)，這些導槽在軸向延伸并相應地繞軸心相隔120°。每個導槽20a～20c包括一個頂部22和形成頂部22的相對側上的側面部分24a、24b。頂部22具有沿外蓋14外周面彎曲的凹口，每個側面24a、24b具有剖面為弧形的彎曲面。
一個環形的星形凸起部分26裝到第二軸16外側，三個十字頭28a～28c(十字頭28b、28c未示出)整體形成在星形凸起部分26的外周面上，它們分別伸向導槽20a～20c，并繞軸心相隔約120°。正如圖1～3所示，每個十字頭28a～28c包括一個從環形星形凸起部分26向外徑向伸展的頸部30，和與頸部30整體形成的頭部32。
在頭部32的上表面上提供一個第一曲面34a，它具有從外蓋14(見圖1)的軸向看的預定曲率的弧形，并在基本垂直于外蓋14(見圖2)的方向看呈直線形。該第一曲面34a的形狀在基本垂直于外蓋14的軸的方向看不局限于直線形還可是具有預定曲率的弧形。
第二曲面34b類似于上述第一曲面34a，它形成在頭部32的下表面上。第二曲面34b連到頸部30上。頭部32還具有在第一曲面34a和第二曲面34b之間的外周面上的球面36，在第一曲面34a和球面36之間、和第二曲面34b和球面36之間的邊界部分上設有具有弧形過渡的圖中未示的倒角部分。
正如圖1所示，內輥(環形構件)40和外輥44安置在十字頭28a～28c和側面部分24a、24b之間。內輥40是具有一個球形凹口38的環形件，凹口38在整個內周面上與十字頭28a～28c的球面36相對應。外輥44用安置在其間的多個針狀軸承42裝到內輥40上。
外輥44的外周面具有與導槽20a～20c的側面部分24a、24b對應的弧形剖面。外輥44的外周面與導槽22a～22c的側面部分24a、24b相互面對面地接觸。
外輥44的外周面和導槽20a～20c的側面部分24a、24b的剖面形狀不只局限于為弧形，外輥44的外周面和導槽20a～20c的側面部分24a、24b的剖面形狀可以為具有線形的剖面形狀。
多個針狀軸承42可滾動地安裝在外輥44的內環凹口46內，它們可用楔形變形效果來安裝從而使它們不會從凹口46中脫出。
正如圖4所示，內輥40在上表面部分50和孔48的內壁之間的交界處具有基本為橢圓形的切口52，這樣十字頭28a(28b、28c)可很容易地裝入內輥40的孔48中。另外，在內輥40的孔48的內表面和上表面部分50之間的邊界處還形成了一個傾斜部分54，該傾斜部分54沿切口52周向延伸。
傾斜部分54的傾角不小于下面將要描述的組裝角θ。傾斜部分54由相對于在內輥40上形成的橢圓切口52的短半徑(r)的延伸線58呈預定角度(α°)傾斜的傾斜面形成(圖11)。
正如圖1所示，十字頭28a～28c的球面36和內輥40的凹口38呈相互面對面接觸，因此，十字頭28a～28c可在箭頭A的方向繞內輥40的點O轉動。另外，十字頭28a～28c可在沿球面的周向(箭頭B的方向)繞十字頭28a～28c的軸轉動。十字頭28a～28c和內輥40可在垂直方向(箭頭C的方向)與由外輥44支撐的針狀軸承42一起移動。
本發明實施例的等速萬向接頭10基本由上述結構構成，下面將描述它的操作、功能和效果。
當作為傳動軸的第一軸12轉動時，轉動力通過外蓋14傳到內部構件18上。第二軸16借助于十字頭28a～28c在預定方向轉動。
亦即，外蓋14的轉動力通過針狀軸承42和與導槽20a～20c接觸的外輥44傳到內輥40，再通過與內輥40的凹口38面對面地接觸的球面傳到十字頭28a～28c。由此轉動與十字頭28a～28c嚙合的第二軸16。
在這種布置中，第二軸16相對于具有第一軸12的外蓋傾斜一個預定的角度，十字頭28a～28c繞圖1所示的點O的箭頭A的方向滑動，或者十字頭28a～28c繞十字頭28a～28c的軸沿球凹口38在周向(箭頭B的方向)滑動，此時十字頭28a～28c的球面36保持與內輥40的球形凹口38的面對面接觸。
該十字頭28a～28c可在十字頭28a～28c的軸向(箭頭C的方向)與內輥40一起移動，內輥相對于由外輥44支撐的針狀軸承42滑動。
該十字頭28a～28c可在基本垂直于十字頭28a～28c的軸的方向、即導槽20a～20c的縱向(箭頭D的方向)(見圖2)借助于產生沿導槽20a～20c滑動的外輥44來移動。
如上所述，盡管第二軸16相對于外蓋14有一個傾角，仍可使第一軸12的轉動順利地傳給第二軸16。
按照本實施例，每個十字頭28a～28c具有球面36。十字頭28a～28c沿與球面36相對應的內輥40的球面38滑動。另外，十字頭28a～28c可沿十字頭28a～28c的軸向與內輥40一起移動。因此，就能減小滑動阻力和增大推力。另外十字頭28a～28c和內輥40產生相互面對面的接觸，因此可減小由接觸壓力加到接觸部分上的載荷。因此可延長等速萬向接頭的壽命。
增大的推力是十字頭28a～28c沿導槽28a～28c移動時產生的摩擦力載荷。
下面將描述十字頭28a～28c的頸部30的強度的增強情況。
圖5表示一個比較性例子的等速萬向接頭70。該等速萬向接頭70與本實施例的等速萬向接頭10不同，在限定內輥72(見圖6)的孔48的內周面上沒有傾斜部分54，不過該等速萬向接頭70在結構上基本類似于等速萬向接頭10。與等速萬向接頭10相同的等速萬向接頭70的結構件用相同的參照數字表示，并省略對它們的詳細描述。
正如圖7所示，按照比較性例子的等速萬向接頭70，十字頭28a(28b、28c)相對于具有基本為橢圓形切口52的內輥72傾斜θ角，十字頭28a(28b、28c)沿基本為橢圓形的切口52插入孔48，因此，內輥72裝到十字頭28a(28b、28c)上。
在圖7中，θ代表組裝角，R代表十字頭28a(28b、28c)的球面36的半徑，H代表十字頭28a(28b、28c)的半球面寬度，即2H代表十字頭28a(28b、28c)的整個的球面寬度，r代表形成在內輥72上的橢圓形切口52的短半徑，h代表內輥72的一半寬度，d代表十字頭28a(28b、28c)的頸部30的半徑，X代表當組裝角為傾角θ(見圖8)時十字頭28a(28b、28c)的球面36的凸頭的長的寬度，Y代表當組裝角為傾角θ(見圖8)時十字頭28a(28b、28c)的球面36的凸頭的短的寬度。δ代表內輥72的孔48的外邊緣和十字頭28a(28b、28c)的頸部30之間的間隙(距離)。
在這種布置中，在十字頭28a(28b、28c)的球面36的凸起的短寬度Y小于2R(球面36的直徑)，即球面36牢靠地落在內輥的一半寬度內的條件下，該條件由下式(I)表示R-r＞0(I)在滿足Y＜X的條件下，該條件由下式(II)表示θ-Sin-1HR>0---(II)]]>在十字頭28a(28b、28c)和內輥72互不干擾的條件下，該條件由下式(III)表示r2+h2·sin(tan-1hr-θ)-d>0---(III)]]>在比較性例子的等速萬向接頭70中，從上述不等式(III)可以看出，十字頭28a(28b、28c)頸部30的直徑2d可通過減小內輥72的一半寬度h或增大形成在內輥72上的橢圓形切口52的短半徑r來增大。
然而，如果減小內輥72的一半寬度h，就減小了內輥72滾針面(外周向表面)的表面面積；如果增大形成在內輥72上的橢圓切口52的短半徑r，則減小了與內輥72接觸的球面36的接觸面積。
本發明實施例的等速萬向接頭10解決了上述問題，并增大了十字頭28a(28b、28c)頸部的直徑。
在本實施例的等速萬向接頭10中，如比較性例子一樣，十字頭28a(28b、28c)相對于具有基本為橢圓形切口52的內輥40傾斜θ角，十字頭28a(28b、28c)沿基本為橢圓形的切口52插入內輥，因此內輥40裝到十字頭28a(28b、28c)上。
在圖10中，θ代表組裝角，R代表十字頭28a(28b、28c)的球面36的半徑，H代表十字頭28a(28b、28c)的一半的球表面寬度，即2H代表十字頭28a(28b、28c)的整個的球面寬度，r代表形成在內輥40上的橢圓形切口52的短半徑，h代表內輥40的一半寬度，d代表十字頭28a(28b、28c)的頸部30的半徑，X代表當組裝角為傾角θ(見圖8)時十字頭28a(28b、28c)的球面36的凸起的長寬度，Y代表當組裝角為傾角θ時(見圖8)十字頭28a(28b、28c)的球面36的凸起的短寬度，δ代表在內輥40的孔48的邊緣和十字頭28a(28b、28c)頸部30之間的間隙(距離)。間隙δ表示防止內輥40傾斜部分54的傾斜面60和十字頭28a(28b、28c)頸部30之間產生干擾的界限。
在十字頭28a(28b、28c)的球面36的凸起的短寬度Y小于2R(球面36的直徑)、即球面牢靠地落在內輥40的一半寬度h內的條件下，該條件由下式(1)表示R-r＞0(1)在滿足Y＜X的條件下，該條件由下式(2)表示θ-Sin-1HR>0---(2)]]>在十字頭28a(28b、28c)和內輥40不產生干擾的條件下，該條件由下式(3)表示R·Sin(Sin-1HR-θ)-d>0---(3)]]>在無摩擦地將十字頭28a(28b、28c)插入內輥40進行組裝操作的條件下，該條件由下式(4)表示；在有摩擦地將十字頭28a(28b、28c)插入內輥40進行組裝操作的條件下，該條件由下式(5)表示r-Hsinθ+R2-H2·cosθ>0---(4)]]>r-Hsinθ+R2-H2·cosθ≤0---(5)]]>十字頭28a(28b、28c)和內輥40的切口52的形狀設計成能滿足(1)～(5)式。因此，就能增大十字頭28a(28b、28c)頸部的強度。按照有摩擦地或無摩擦地將十字頭28a(28b、28c)插入內輥40來選擇不等式(4)和(5)中的一個。
與此較性例子的等速萬向接頭70相比較，本實施例的等速萬向接頭10設計成表示防止內輥40的傾斜部分54的傾斜面和十字頭28a(28b、28c)頸部30之間干擾的間隙δ是大的(見圖9和11)。由于δ是大的，與比較性的例子的等速萬向接頭相比，就能增大本實施例的等速萬向接頭10的十字頭28a(28b、28c)的頸部30的直徑，因此就能增大十字頭28a(28b、28c)的頸部30的強度。
如上所述，在本實施例的等速萬向接頭中，如圖11所示，傾斜部分54(傾斜表面)從起始點S開始延伸，起始點S由凹口38和形成在內輥40上的橢圓形切口52的短半徑r的延伸線的交點確定。該傾斜面的傾斜角不小于組裝角θ，因此，表示防止內輥40的傾斜部分54的傾斜面與十字頭28a(28b、28c)的頸部30之間的干擾的界限的δ是大的，因此，就能對應于間隙δ增大十字頭28a(28b、28c)的直徑。
在本實施例的等速萬向接頭中，多個十字頭28a～28c和星形架26鍛造成一整體，由于十字頭28a～28c的頸部30的直徑加大，頸部直徑相對于球面36的直徑的比例增大，因此改進了鍛造性能，結果就能提高鍛造十字頭28a～28c的產品合格率。
在比較性例子的等速萬向接頭70中，如圖6所示，由第一軸12和第二軸16確定的操作角在表示橢圓形切口部分52方向的切口方向E(主軸方向)和基本垂直于切口方向E的方向F(次軸方向)之間是不同的(在切口方向E的操作角大于方向F上的操作角)。然而，在本實施例的等速萬向接頭10中，如圖4所示，由于傾斜部分54沿內輥40的周向形成，操作角不受橢圓形切口52的切口方向的限制。因此在任何直徑方向均可使操作角保持基本為常數。
又及，在本實施例的等速萬向接頭10中，內輥40的傾斜部分54貼靠十字頭28a(28b、28c)的頸部30。因此，由第一傳動軸和第二傳動軸形成的操作角的范圍在任一直徑方向上相同。
在傳統的等速萬向接頭(未示出)中，在萬向接頭裝到車上之前，由第一和第二軸形成的操作角未受到限制。因此，當操作角過大時，內輥可能從外輥上脫開。
然而，在本實施例的等速萬向接頭10中，內輥40的傾斜部分54使操作角限制成在任何方向均相等，因此，在將等速萬向接頭10安裝到車上之前，就可限制內輥40從外輥44上脫落角度，因此就能防止內輥40從外輥44上脫落。因此就能容易地進行等速萬向接頭10的組裝工作。
在本發明的等速萬向接頭10中，提供的內輥可相對于十字頭28a(28b、28c)轉動。由于傾斜部分54的周向具有錐形面，無論內輥40的狀態如何均使內輥40從外輥44上的脫開角度受到限制因此就可盡量減小內輥40的尺寸。
通常，通過加大內輥40的高度(軸向尺寸)能防止內輥40脫落，然而，在本實施例中，設置了傾斜部分54的內輥40并沒有加大內輥40的高度。
下面將參照圖12來描述本發明另一實施例的等速萬向接頭100。
本實施例的等速萬向接頭100與上述實施例的等速萬向接頭10的不同之處在于在內輥40和支撐在外輥44的凹口46中的針狀軸承42之間提供了吸收十字頭28a～28c軸向位移的中間構件81。
該中間構件81具有圓柱部分82和法蘭84。圓柱部分82和法蘭84形成一個整體。法蘭84從圓柱部分82向下彎曲并徑向向外伸出預定的長度。內輥40與圓柱部分82的內周向面接觸。多個針形軸承42的每一個具有與圓柱部分82的外周向面接觸的滾動表面。針形軸承42的每端由法蘭支撐。
每個針形軸承42由環形墊片86支撐，中間構件81由夾緊件88支撐，夾緊件88與墊片86貼合并固定在環形槽中。
這種等速萬向接頭100包括內輥40和外輥44。內輥40與十字頭28a～28c的球面36一起在垂直方向(箭頭C所示方向)移動。針形軸承42沿外輥44的內周向面安置。針形軸承42具有下列功能(1)傳輸轉動力，(2)順利地轉動內輥40和外輥44，和(3)吸收垂直方向(箭頭C所示方向)的位移。
在圖12所示的實施例中，在內輥40和針形軸承42之間另設有中間構件81，該中間構件81具有吸收垂直方向的位移的功能(3)(即箭頭C所示方向)。因此，針狀軸承42僅限于功能(1)和(2)的載荷。因此就能確保內輥40可靠而順利地轉動。
在已參照附圖對本發明進行了專門的描述的同時，應該看到，本專業技術人員可在不超出由所附權利要求限定的本發明的范圍和實質的情況下作出多種變化和修改。
權利要求
1.一種等速萬向接頭，包括一個在其內周向面上具有導槽(20a～20c)的外部構件；多個十字頭(28a～28c)，在圓周方向上每個十字頭設有球面36，上述十字頭(28a～28c)朝上述導槽(20a～20c)延伸；和內輥(40)；每個內輥具有適于接納上述球面(36)的球形凹口(38)，這樣內輥(40)裝到上述十字頭(28a～28c)的外面，上述內輥(40)還包括由一個傾斜面形成的傾斜部分(54)，傾斜面的傾斜角不小于組裝角θ，上述傾斜面從起始點(S)開始延伸，起始點(S)由內輥(40)的球形凹口(38)和形成在內輥(40)上的橢圓形切口(52)的短半徑的交點確定，其中上述內輥(40)和上述十字頭(28a～28c)的形狀確定成能滿足下式(1)～(4)R-r＞0(1)θ-Sin-1HR>0---(2)]]>R·Sin(Sin-1HR-θ)-d>0---(3)]]>r-Hsinθ+R2-H2·cosθ>0---(4)]]>其中θ是組裝角，R是十字頭的球面半徑，H是十字頭的一半的球面寬度，r是形成在內輥上的橢圓形切口的短半徑，h是內輥的一半寬度，和d是十字頭頸部的半徑。
2.按照權利要求1的等速萬向接頭，其中上述傾斜部分(54)和上述十字頭(28a～28c)的上述頸部相互貼靠，以限制由作為一個傳動軸的第一軸(12)和作為另一傳動軸的第二軸(16)形成的操作角。
3.按照權利要求1的等速萬向接頭，其中一個外輥(44)裝到上述內輥(40)的外面，其中多個針形軸承(2)夾在外輥(44)和內輥(40)之間，一個中間構件(81)安置在上述內輥(40)和針形軸承(42)之間。
4.按照權利要求3的等速萬向接頭，其中上述中間構件(81)包括一個圓柱部分(82)和一個法蘭(84)，法蘭(84)從上述圓柱形部分(82)上徑向向外彎曲。
5.一種等速萬向接頭，包括一個在內周向面上具有導槽(20a～20c)的外構件多個十字頭(28a～28c)，每個十字頭具有周向的球面，上述十字頭(28a～28c)朝上述導槽(20a～20c)延伸；和內輥(40)，每個具有適于接納上述球面(36)的球形凹口(38)，從而使上述內輥(40)裝到上述十字頭(28a～28c)的外面，上述內輥(40)還包括傾斜面形成的傾斜部分(54)，傾斜面的傾角不小于組裝角θ，上述傾斜面從起始點(S)開始延伸，起始點(S)由上述內輥(40)的球形凹口(38)和形成在上述內輥(40)上的橢圓形切口(52)的短半徑r的交點確定，其中，上述內輥(40)和上述十字頭(28a～28c)的形狀確定成能滿足下式(1)～(4)R-r＞0(1)θ-Sin-1HR>0---(2)]]>R·Sin(Sin-1HR-θ)-d>0---(3)]]>r-Hsinθ+R2-H2·cosθ≤0---(4)]]>其中θ是組裝角，R是十字頭球面的半徑，H是十字頭球面的一半寬度，r是形成在內輥上的橢圓形切口的短半徑，h是內輥的一半寬度，和d是十字頭頸部的半徑。
6.按照權利要求5的等速萬向接頭，其中上述傾斜部分(54)和上述十字頭(28a～28c)的頸部(30)相互貼靠，以限制由作為一個傳動軸的第一軸(12)和作為另一傳動軸的第二軸(16)形成的操作角。
7.按照權利要求5的等速萬向接頭，其中外輥(44)裝到上述內輥(40)的外部，多個針形軸承夾在上述外輥(44)和內輥(40)之間，一個中間構件(81)放置在上述內輥(40)和上述針形軸承(42)之間。
8.按照權利要求7的等速萬向接頭，其中上述中間構件(81)包括一個圓柱部分(82)和一個法蘭(84)，法蘭(84)由上述圓柱部分(82)的端部徑向向外彎曲而成。
9.一種等速萬向接頭，包括一個在內周面上具有導槽(20a～20c)的外部構件，多個十字頭(28a～28c)，每個十字頭具有周向的球面(36)，上述十字頭朝上述導槽(20a～20c)延伸；和內輥(40)，每個內輥具有適于接納上述球面(36)的球形凹口(38)，從而使上述內輥(40)裝到上述十字頭(28a～28c)的外部，上述內輥(40)還包括由傾斜面形成的傾斜部分(54)上，傾斜面的傾角不小于組裝角θ，上述傾斜面從起始點(S)延伸，起始點(S)由上述內輥(40)的上述球形凹口(38)和形成在上述內輥(40)上的橢圓形切口(52)的短半徑r的交點確定。
全文摘要
一種等速萬向接頭包括內輥(40)和十字頭(28a)。內輥(40)具有由傾斜面形成的傾斜部分(54),傾斜面的傾斜角不小于組裝角θ,傾斜面從起始點(S)延伸,起始點由內輥(40)的球形凹口(38)和形成在內輥(40)上的橢圓形切口(52)的短半徑r的交點確定。
文檔編號F16D3/205GK1366150SQ0210177
公開日2002年8月28日 申請日期2002年1月18日 優先權日2001年1月19日
發明者川勝勉, 工藤智, 中尾彰一 申請人:本田技研工業株式會社