專利名稱：等速萬向節(jié)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于傳動系統(tǒng)的等速萬向節(jié)，該萬向節(jié)特別適用于機動車例如前輪驅動的車輛的傳動軸上，但是，也適用于兩根至少在一定時間內需要互相傾斜的轉動軸之間傳遞旋轉運動的任何場合。
人們最熟悉的萬向節(jié)可能就是Cardan萬向節(jié)，該萬向節(jié)包含兩個互相垂直的置于各軸端部的軸叉，在其端部各帶有沿垂直于相應軸的軸線延伸的孔，在該孔內轉動地裝上普通十字連接件的兩個相對臂的端部。這種萬向節(jié)可以進行較大角度的旋轉運動的傳動，而兩軸的速度按每分鐘的轉數(shù)表示總是一樣的，當輸入軸以等速度轉動時，輸出軸的速度在每一轉周中則周期地變化。其原因在于Cardan萬向節(jié)不能滿足輸出軸的瞬間速度始終與恒定的輸入速度保持一致所需的基本關系，即，第一，兩軸間的接觸平面必須在空間保持恒定;第二，該接觸平面必須垂直于由兩軸的轉動軸線決定的平面;第三，該接觸平面與各軸的軸線所交的角度必須等于萬向節(jié)總的連接角的一半。采用雙Cardan萬向節(jié)(由兩個萬向節(jié)串連而成)可以達到近似恒定的速度，在這種雙萬向節(jié)中，第一萬向節(jié)的輸出件與另一萬向節(jié)的輸入件合成一體。兩軸的端部裝有相配的支承和對中機構。這種萬向節(jié)僅僅在一個連接角下可作為一個真正的恒速萬向節(jié)來工作，而在其他的連接角下，其輸出速度的變化則比例如單一的Cardan萬向節(jié)小得多。然而，在許多用途中，即使這樣減小了的速度的變化也是不允許的。
采用Rzeppa萬向節(jié)可以達到真正等速所需的關系，這種萬向節(jié)含有由若干滾珠傳動連接的內座圈和外座圈，這些滾珠由軸向偏置的子午彎曲槽而定位于等速平面內，并且通過置于兩座圈之間的隔圈保持在該平面內。這種萬向節(jié)所傳遞的扭力是通過萬向節(jié)偏轉時與滾珠座圈滑動接觸時很小的接觸面積來傳遞的，因此，在較大的連接角的情況下，萬向節(jié)受到很大磨損。實際上，滾珠的球形表面與座圈的內部凸面相接觸，這就意味著上述接觸基本上是點接觸，故表面應力很高。只是因為在絕大多數(shù)用途中大的連接角很少用而且僅僅在短時間內出現(xiàn)，所以上述情況在實踐中是允許的。但是，如果Rzeppa萬向節(jié)在很大的連接角度下而且速度很高和/或扭力很大的情況下工作較長時間，那么，萬向節(jié)的磨損以及發(fā)熱和噪音就很大，它將會過早地破壞。
德國專利No.914208公開了一種等速萬向節(jié)，在這種萬向節(jié)中，在兩軸的相對端部都帶有兩條半圓柱形的凹槽，在每個凹槽中，可滑動地支承著各自的、一般為U形的構件或十字軸的半圓柱形部分。在U形構件或十字軸的每個叉臂的端部都帶有一個由圓柱形部分限定的孔，該孔的軸線垂直于相關凹槽的軸線。有一個中央連接銷可轉動地支承在全部4個孔內。該連接銷可滑動地支承一個固定在兩個導引銷上的導引件，所述的兩導引銷與相應的半圓柱形部分的內表面滑動接合，并且可轉動地固定在相應的一根軸的端部。
上述這種萬向節(jié)是通連接銷與十字軸的接合表面來傳遞扭力的。由于十字軸的接合表面是圓柱形的，所以中央銷的尺寸必需相對小些，否則萬向節(jié)的總尺寸就會變得過大而超出允許范圍。這就意味著接合表面必須小，這將會導致高的表面載荷高，而高的表面載荷又會引起潤滑失效，并使接合面嚴重磨損、最終導致焊合或咬住(如果萬向節(jié)傳遞很大扭力的話)。而且，當兩軸互相傾斜時，導引件就會在導引銷上作縱向往復運動，這些意味著萬向節(jié)不平衡，從而在萬向節(jié)高速轉動時出現(xiàn)不允許的振動。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能克服已知萬向節(jié)的上述缺點的等速萬向節(jié)，且制造簡易，成本低，能夠在高速和大連接角下長時間工作不發(fā)生明顯的磨損或過早的破壞。本發(fā)明的另一目的提供一種始終保持至少是近似的靜態(tài)和動態(tài)平衡的等速萬向節(jié)。
按照本發(fā)明的一種等速萬向節(jié)包含兩根軸，在該兩軸的相對端部各形成相應的半圓柱形凹槽，該凹槽的軸線相交于萬向節(jié)的幾何中心。本發(fā)明的萬向節(jié)還有兩個十字軸，它們各有一個滑動地支承在相應的半圓柱形凹槽內的半圓柱形的外部分，和一個具有與一個中央連接件的相應的圓柱形表面形成旋轉滑動接合的圓柱形表面的內部分，其軸線垂直于半圓柱形外部分，內部分的兩個圓柱形表面的軸線相疊合，并構成穿過幾何中心的中央連接件的軸線，其特征在于，內部分的圓柱形表面僅僅是半圓柱形的，且該萬向節(jié)帶有連接兩個十字軸的連接機構，其位置設置在兩個十字軸之間傳遞旋轉運動而使兩個十字軸被迫繞中央連接件的軸線作距離相等但方向相反的轉動。
本發(fā)明的萬向節(jié)可看作相當于兩個歐氏聯(lián)軸節(jié)，其中一個聯(lián)軸節(jié)的輸出件(也就是中央連接件)構成另一聯(lián)軸節(jié)的輸入件，重要的差異在于，全部接合表面都是半圓柱形的，且全部圓柱體的軸線相交于萬向節(jié)的幾何中心。當兩軸直線對準時，整個萬向節(jié)就像一個實體那樣轉動，通過兩個轉動的聯(lián)軸節(jié)將扭力從一根軸傳遞到中央連接件，所述的聯(lián)軸節(jié)分別由軸上的半圓柱凹槽與相關的十字軸的半圓柱形部分相接合、以及由十字軸的半環(huán)狀圓柱形表面與中央連接件的圓柱形表面相接合而構成。通過兩個位于萬向節(jié)另一側的相應的轉動聯(lián)軸節(jié)將扭力從中央連接件傳遞到另一根軸。如果兩根軸互相傾斜，每個聯(lián)軸節(jié)的表面就會發(fā)生繞其表面軸線的、相對的往復滑動的轉動運動，且萬向節(jié)每一側的兩個聯(lián)軸節(jié)的滑動運動是互相垂直而且不同相的。事實上，與中央連接件接合的十字軸的表面僅僅是半圓柱形的，能夠與中央連接件的相同長度部分相接合，因此，它們在沿中央連接件軸線方向上具有較大的接合長度，這又意味著，在十字軸與中央連接件之間傳遞扭力的面積比上述的德國專利所述的大得多。
如果每個十字軸的內部分是半環(huán)狀圓柱形的，而且中央連接件帶有兩個半環(huán)狀圓柱形凹槽，每個凹槽滑動地支承一個相應的內部分，那么十字軸與中央連接件之間的轉動聯(lián)軸節(jié)的安全可靠性及其傳遞扭力的能力還可進一步提高。
為了使本發(fā)明的萬向節(jié)像一個真正等速萬向節(jié)那樣工作，上述的條件必需滿足，特別是中央連接件的軸線必須等分連接角。中央連接件的軸線有兩個自由度，也就是說，它可以在通過萬向節(jié)幾何中心并垂直于中央連接件中的兩個半環(huán)狀圓柱形凹槽的表面的平面上移動，又可在垂直于通過萬向節(jié)幾何中心并包含兩軸線的平面上移動。但是，兩個十字軸連接在一起(最好是傳動齒連接)的方式使它們總是繞中央連接件的軸線作距離相等而方向相反的轉動，因此，中心軸線必定總是在上述的第一平面內等分連接角處。很容易看出，在一個平面上與中央連接件的軸線位置控制相配合的萬向節(jié)的幾何形狀將意味著中央連接件的軸線能自動地移動到在另一平面上也等分連接角的位置上。
本發(fā)明的萬向節(jié)能夠在大的連接角下高速度長時間運行而不會過早地破壞，其垂直原因就是載荷的傳遞是通過各種半圓柱形表面的大面積進行的，而不是像Rzeppa萬向節(jié)那樣通過若干實際是點接觸處來傳遞的。由于滑動接觸有大的表面積，所以赫茲表面應力載荷減至最小，這有利于潤滑，并能在高速下傳遞大扭力，同時又保持萬向節(jié)結構十分緊湊。本發(fā)明的萬向節(jié)的靜載荷承受能力必須是高的，即使在大的連接角下也如此，因為絕大多數(shù)零件承受的是壓縮或剪切載荷而不是彎曲載荷。本發(fā)明的萬向節(jié)本質上能自行對中，并且其旋轉直徑也就是沿垂直于傳動軸之軸線方向上的最大尺寸(此尺寸對于汽車設計師是重要的)本來就較小。
兩個十字軸聯(lián)接在一起的方式可使它們以各種方法實現(xiàn)沿相反方向轉動相同的距離，但是，其聯(lián)接機構最好包含在每個半環(huán)狀圓柱形部分的圓柱形內表面上形成的傳動齒和兩個可轉動地安裝在中央連接件上互相嚙合并與相應的一個半環(huán)狀圓柱形部分上的傳動齒相嚙合的正齒輪。
兩個正齒輪可以直接互相嚙合，但是，當兩十字軸離開徑向相對的位置而轉動時，它們的質心將移動到中央連接件軸線之一側，這在低速傳動時是允許的，但在高速傳動時可能引起不允許的振動。因此，兩正齒輪最好通過一長形的平衡板間接地互相嚙合，所述平衡板在其兩相對的表面上都帶有一排大致為直線排列的傳動齒，每個正齒輪與相應的一排傳動齒相嚙合，平衡板的位置設置可使平衡板在兩個十字軸相對于中央連接件的軸線而徑向相對時，呈相對于中央連接件的軸線而對稱的狀態(tài)，而且，當兩個十字軸轉動到它們置于中央連接件軸線之一側時，平衡板便移動到中央連接件軸線之另一側。在此實施例中，實際上構成一個雙面齒條的平衡板具有兩個獨立的功能，第一，它形成兩個十字軸之間的聯(lián)軸節(jié)的一部分;第二，它沿與十字軸相反的方向移動而起到一個平衡器的作用。如果它的質量與十字軸的質量大致相等，就可以保證萬向節(jié)在所有連接角下都大致保持靜態(tài)和動態(tài)的平衡。
但是，當十字軸轉動時，它們相對于中心軸的側向運動的速度便減小，因為它們在圓形軌跡上運動。如果平衡板在十字軸轉動一定角度時移動的距離固定，平衡只能是近似的。然而，如果平衡板的位置安排成在十字軸轉動而逐漸離開徑向相對位置的過程中它的移動距離逐漸遞減，那么，平衡就會更加精確，若將正齒輪的橫截面做成卵形并將大致直線排列的傳動齒列做成在它們的中心彼此相向而彎曲，從而使平衡板在十字軸繞中央連接件的軸線轉動而離開徑向相對位置時其線性運動速度逐漸減小，就可以達到上述目的。
萬向節(jié)最好是自持式的(雖然對于各種用途來說這不重要)，為此，最好將組成各種轉動聯(lián)軸節(jié)的構件用鍵固定在一起，當然，這種鍵按必須允許聯(lián)軸節(jié)的接合表面作必要的相對的旋轉滑動。為此，可采用弧形的舌片和槽，這足夠于適應除高速度外的所有情況。對于高速度下的應用，發(fā)生舌片和槽的磨損可能是不允許的，故可由在兩個零件上設置相配的半圓形槽來代替它們，這兩條槽形成了支承滾珠軸承的滾珠座圈，每個滾珠座圈的端部最好用一條通道連接在一起，以組成一條可供滾珠軸承環(huán)行或往復運動的環(huán)路。
在本發(fā)明的最佳實施例中，兩軸的相對端部都帶有各自的法蘭，法蘭的內表面上有半圓柱形槽，外形大致為半球形，萬向節(jié)密封在一個外殼內，該外殼的內表面形狀大致為半球形，外殼上帶有供軸穿過的開口。因此，萬向節(jié)的外觀大致為球形。
如上所述，中央連接件的軸線控制成在上述的第一平面中位于連接角的等分線上，而在第二平面上則傾向于自動進行調整。但是，在某些用途中可能仍然希望積極控制第二平面內的中央軸線的位置，這可以通過各種方法來實現(xiàn)，但是在一個實施例中，其中央連接件和外殼帶有相配合的構件，外殼帶有可改變其位置的裝置，因此，相配構件的位置取決于連接角，所以中央連接件的軸線必定被迫處于連接角的等分線上。
在一個實施例中，中央連接件帶有兩個相對的大致為平面的導引凸緣，該平面當兩傳動直線對準時垂直于傳動軸的軸線，并包容中央連接件的軸線，外殼的內表面帶有兩條位于第一大圓上的徑向相對的長形槽，在該槽中滑動地支承相應的導引凸緣的自由端。上述的導引凸緣和長形槽構成了相配合的構件。于是，需要有根據(jù)連接角的大小來改變槽的位置的機構，在一個實施例中，外殼的內表面上帶有位于垂直于第一大圓的第二大圓上的長形槽，該槽居于上述兩徑向相對的槽的中間，并滑動地支承兩個重疊的半球形導引搭接片，每個搭接片的一端與相應的一個樞軸式支腳相連接，所述支腳支承在相應的傳動軸端部的一個法蘭之外表面上的孔內，以便繞穿過幾何中心的軸線作相對于它的轉動，因此，當兩軸相互傾斜并且轉動時，導引搭接片便迫使殼體移動，以便使中央連接件的軸線(它在一個平面上的位置取決于導引凸緣與徑向相對的槽的接合)總是處于兩傳動軸的軸線交角的等分線上。這種結構當萬向節(jié)在兩軸的軸線互相傾斜的情況下轉動時本身便能使其外殼作相對于萬向節(jié)的其他部分的周期地加速和減速移動。在這種情況下外殼慣性的變化與十字軸和平衡板慣性的變化是不同相的，外殼的質心最好這樣來選定，即當兩軸互相傾斜時萬向節(jié)在轉動過程中其慣性的變化大致與往復運動中的十字軸和平衡板的慣性變化相等，從而使它們部分抵消。
本發(fā)明的其他特征和細節(jié)將從下面結合附圖對某些僅作為例子的具體實施例的說明中更加明白，附圖中

圖1是本發(fā)明的等速萬向節(jié)的中心剖面圖，其傳動軸在圖面上成一定角度;
圖2是與圖1類似的中心剖面圖，但萬向節(jié)所處平面垂直于圖1所示的平面，其傳動軸在圖面上成一定角度;
圖3是沿圖1中X-X線的外殼剖面圖;
圖4是兩軸和導引搭接片的外觀視圖，外殼和萬向節(jié)的內部構件未示出;
圖5是本發(fā)明萬向節(jié)的零件分解圖;
圖6與圖7是本發(fā)明的等速萬向節(jié)的改進結構的類似于圖1和圖2的視圖;和圖8是另一種改進結構的中央部分的部分剖面圖。
首先參看圖1-5，萬向節(jié)包含兩根軸2，在該兩軸彼此隔開并彼此相對的內端上帶有各自的法蘭4，該法蘭4的外表面是半球形的，因此其外觀恰似一個磨菇。每個法蘭4的內表面形成一個半圓柱形的凹槽或稱凹面6，當兩軸2直線對準時，上述兩凹槽6的軸線重疊，并且該兩軸線總是在萬向節(jié)的幾何中心20處相交。每個凹槽6可滑動地支承相應的一個十字軸10的半圓柱形外部分8，而十字軸10的內部分12是一個小于180°角(例如60-150°)的半環(huán)形的圓柱形體，并且可滑動地支承在中心連接件16內相應的半環(huán)形的圓柱形凹槽14內，在本實施例中，上述的兩個凹槽14是隔開的，但是，人們將會意識到，在某些結構中，這兩條凹槽14可以是相連的，從而構成一條單一的環(huán)形槽。兩條半環(huán)形的圓柱形部分12的軸線與兩條半環(huán)形的圓柱形凹槽14的軸線是重疊的，在圖2以標號18表示，該軸線均通過接頭的幾何中心點20。
每個半環(huán)形圓柱狀部分12的半圓柱形內表面上帶有傳動齒22，它與各自的正齒輪26上的相應傳動齒24相嚙合。兩正齒輪26以止推軸頸式支承在兩隔開的端蓋28內，該兩端蓋28構成中央連接件16的主體，并且各帶有4個等角度隔開的構件30。兩端蓋28上的構件30的自由端表面互相接合，而它們的外表面構成半環(huán)形圓柱形凹槽14的內圓形表面。
在中央連接件16內有一長形平衡板32，該平衡板32沿垂直于兩軸2的軸線的方向伸出到兩側之外，在平衡板32的相對表面上各帶有幾組齒條齒34，該齒條齒與相應的正齒輪26上的傳動齒24相嚙合。半環(huán)形圓柱形部分12繞軸線18轉動時可以在半環(huán)形圓柱形凹槽14內自由滑動，此時，相嚙合的傳動齒22，24便引起正齒輪26轉動，從而使平衡板32作線性移動。因此兩個十字軸10總是一起被傳動，且被迫沿相反的方向繞軸線18轉動。并通過相等的距離。平衡板32和正齒輪26的位置可使兩軸2沿軸向對準時平衡板32從中央連接件16的兩則凸出一個等量的距離。這樣，如果一根軸與沿軸線18的另一根軸傾斜時，則十字軸沿一個方向的相對運動將引起平衡板沿另一方向運動。運動件的相對質量及其移動的相對距離即使兩軸處于傾斜狀態(tài)時也可使接頭大致保持靜態(tài)和動態(tài)的平衡。通過恰當?shù)剡x定各種零件的尺寸，有可能將平衡板的截面做成“I”字形而增大它兩端的質量。
為了保持萬向節(jié)的結構整體性，將十字軸鍵接到其相應的軸2和中央連接件16上。這種鍵連接必須阻止沿徑向的相對運動，也就是說應阻止從幾何中心20向外的相對運動，但是，一定不要妨礙十字軸10和傳動軸2繞相應的凹槽6的軸線的相對轉動或十字軸10繞軸線18的相對轉動。在本實施例中，為達到上述目的，在每個半圓柱形部分8上的半圓柱形表面的每個軸向端上各設置一個與相關的半圓柱形凹槽6的各軸端上的相應半圓形底切槽38相接合的半圓形凸塊或稱脊狀塊36(其中心位于相關凹槽6的軸線上)，并在每個半圓柱形環(huán)狀部分12的半圓柱形帶齒表面的各軸向端上各設置一個與兩個端蓋28內形成的圍繞直立構件30的相應半圓形底切槽42相接合的類似的半圓形凸塊或稱脊狀塊40(其中心位于軸線18上)。
在使用中，如果兩根軸沿軸向對準并且其中一軸轉動，其轉動運動將通過由十字軸的半圓柱形部分8與軸的端部上的半圓柱形凹槽6相接合所構成的轉動聯(lián)軸節(jié)傳遞給相關的十字軸，然后，又通過由十字軸的半環(huán)形圓柱形部分12與中央連接件16中的半環(huán)形圓柱形凹槽相接合所構成的轉動聯(lián)軸節(jié)傳遞給中央連接件16，這種轉動然后又由萬向節(jié)另一側的相應的轉動聯(lián)軸節(jié)通過另一個十字軸傳遞給另一根軸。于是，整個萬向節(jié)像一個實體一樣繞兩軸的共軸線轉動，并有效地形成兩個與中央連接件16相連的圓柱形歐氏聯(lián)軸節(jié)，而中央連接件16則起到一個歐氏聯(lián)軸節(jié)的輸出件和另一個歐氏聯(lián)軸節(jié)的輸入件的作用。
如果兩根軸處于互相傾斜的狀態(tài)，上述的相對轉動將由半圓柱形凹槽6中的半圓柱形部分8的相對轉動與半環(huán)形圓柱形凹槽14中的半環(huán)形圓柱形部分12的相對轉動一起進行調節(jié)，這就是說，通過相對于幾對相配合的半圓柱形表面各自的軸線的相對滑動而得到調節(jié)。法蘭4邊緣之間的間隙在一邊減小，而在另一邊則增大。由于兩個十字軸是轉動地聯(lián)接在一起的，所以他們被迫繞中央連接件16的中心軸線18而轉動相等的但方向相反的距離，這種轉動使平衡板32產(chǎn)生一定距離的線性移動，這一移動距離保證了中央連接件保持靜態(tài)的和動態(tài)的平衡。當軸2轉動時，半圓柱形部分8與凹槽6的配合表面就相對于它們的軸線作往復滑動，而半環(huán)形圓柱形部分12與凹槽14的配合表面也作相對于它們的軸線的往復滑動，上述各種情況下的滑動距離都與連接角度有關。上述的后一種往復的旋轉運動將導致平衡板32進行線性往復運動而使萬向節(jié)保持動態(tài)的和靜態(tài)的平衡狀態(tài)。各半圓柱形表面的全部軸線都仍舊在幾何中心點20處相交。
為了使萬向節(jié)的速度保持恒定，必需使中央連接件的軸線18(也就是半環(huán)形圓柱形凹槽14的軸線)總是精確地處于連接角的等分線上。由于兩個十字軸10被迫相對于中央連接件16轉動相等的但方向相反的距離，所以上述情況可以在一個平面上自動地實現(xiàn)，而且，由于萬向節(jié)的幾何形狀所致，在任何情況下在另一個平面上也都可能自動實現(xiàn)，但是，在本最佳實施例中，則是通過強制移動中央連接件以便使必需的條件總是得到滿足的方法來實現(xiàn)的。本發(fā)明的萬向節(jié)封閉在一個外殼內，該外殼由兩個互相連接的半殼48組成，半殼的內表面是半球形的并且與法蘭4的半球形外表面相接合。該外殼具有兩個供軸2通過的開口，該開口的尺寸足于適應預定的軸2的最大角度的運動。在殼體內表面上對著每個端蓋28處設置有槽或溝50，該兩條槽50延伸經(jīng)過同一大圓的一部分。在每一個端蓋28上整體地設置了一個普通的平面凸緣52，該凸緣52沿中央連接件16的軸線18伸出，其自由端可滑動地支承在相應的槽50內。在殼體48內表面上介平頂點之間對著端蓋28的中心處(當兩軸直線對準時)也設置有一個槽或溝54，該槽54延伸經(jīng)過垂直于槽50的大圓的一部分。在槽54內可滑動地支承兩個部分重疊的球面導引搭接片56、56′，在它們的相對端部上各有一個整體的樞軸式支腳58，58′，該支腳可轉動地支承在相應的一個法蘭4外表面上的孔內。該孔的大小及其位置可使支腳58、58′能在孔內繞通過萬向節(jié)的幾何中心20的軸線轉動。
為了使導引搭接片56、56′可以盡可能平滑而有效地在槽54的邊緣上工作，最好使它們的長度盡可能長一些，在圖示的實施例中，搭接片56、56′的長度可使在接頭的某些轉動位置上一個搭接片能越過另一搭接片的樞軸式支腳，為此，搭接片56′做成比搭接片56寬，并與它重疊，而支腳58′的直徑大于支腳58，支腳58′的頭部有一槽59，搭接片56可在槽59中滑動。
本發(fā)明的萬向節(jié)用兩個柔軟的合成橡膠管套61大體上密封，該管套之一端環(huán)繞在殼體48上相應的一個開口的邊緣并與之連接，而另一端則緊緊包住相關的軸的表面而與軸的表面形成一個滑動的密封或與之連接。
如上所述，當兩根軸2互相傾斜時，法蘭4邊緣間的間隙是一邊比另一邊小。當導引搭接片56、56′轉動而通過間隙之最窄處時，支腳58、58′就被迫在它們的孔內轉動，而且搭接片56、56′靠著槽54邊緣的動作將使殼體48在搭接片56、56′到達法蘭4邊緣之間的間隙最寬處之前比萬向節(jié)的其余部分轉動更慢。而后，殼體48就被迫以快于萬向節(jié)其余部分的速度轉動。因此，在萬向節(jié)轉動時，搭接片的重疊程度周期性地變化，并且，當搭接片的重疊程度達到最大時，搭接片56便借助槽59每一側上向上凸出的凸緣材料而滑過與搭接片56′相連接的樞軸式支腳58′中的槽59。搭接片56、56′在槽54中的動作必定導致槽50總是處在第二平面內連接角的等分處。中央連接件16的取向由槽50的位置來確定，因為凸緣52是滑動地支承在槽50內的，基本上沒有側向間隙，所以，中央連接件16的軸線18也總是精確地位于第二平面內連接角的等分線上，因此，使萬向節(jié)速度保持恒定的必要條件得以滿足。
如上所述，當兩根軸2彼此傾斜時，外殼48在正常的轉動上又疊加上一個往復旋轉運動，這將引起其慣性發(fā)生周期性變化，這種變化可通過使殼體的往復運動與十字軸和平衡板的慣性變化不同相而加以利用。通過恰當?shù)卮_定其尺寸可以保證上述兩種慣性變化部分抵消。
在上述的實施例中，十字軸是通過相配合的成對舌片和槽固定到法蘭4和中央連接件16上的，這種固緊最好能造成萬向節(jié)的機械整體性(雖然，若采用其他方式保證機械整體性的話，這并不重要)。但是，如果想將萬向節(jié)用于高速傳動，舌片和槽鍵的摩擦損失可能是不允許的，采用示于圖6和7的改進結構可以克服上述的潛在問題，在這種結構中，采用循環(huán)滾珠座圈代替上述的舌片和槽。舌片和槽36、38和40、42分別由橫截面為半圓形的弧形槽36′、38′和40′、42′代替，每對相配的槽置入若干滾珠軸承(未示出)。每個十字軸中的兩條槽36′由在槽的兩端之間穿過十字軸的循環(huán)通道60來連接，組成一條連續(xù)的環(huán)路，在使用時，滾球在環(huán)路內前后轉動，在十字軸與相關的軸之間即起到軸承的作用，又起到鍵的作用。同理，每個十字軸中的槽40′由在槽的兩端之間穿過十字軸的循環(huán)通道62連接而形成另一條連續(xù)的滾珠環(huán)路。由于降低了摩擦阻力，上述改進的結構能夠在大的連接角(例如45°或更大)的情況下長時間高速工作，而不發(fā)生任何問題，特別是，不會過早地降低其使用壽命。另一種可能的辦法是去掉各種形式的鍵接，使外殼48的強度提高一些，履行其結構功能，從而使它與法蘭4的半球形外表面間的滑動接合是于使萬向節(jié)的所有零件均保持在理想的主體關系狀態(tài)。
如上所述，構成一個雙面齒條的平衡板32具有兩種獨立的功能，一種功能是用作兩個十字軸之間的傳動零件，另一種功能是用作一個平衡器，以便在十字軸沿相反方向轉動從而沿相反方向移動它們的組合質心時通過沿著另一個方向作相對于中央連接件的軸線的移動來保持萬向節(jié)處于平衡狀態(tài)。但是，在上述的實施例中，對于十字軸的每一單位角度的轉動，齒條都移動一個恒定的距離，而十字軸的質心則隨十字軸的逐漸轉動而離開中心軸線移動一個逐漸減小的距離，因為它們在一個圓形軌跡上移動。在實踐中這將意味著它們的質心除了在一個特定位置外幾乎所有位置上都由平衡板保持大致的平衡。這樣就不會有什么問題了，除了速度極高。但是，這一問題可用圖8所示的改進結構來解決，在該結構中，正齒輪26′具有卵形的橫截面，兩組條齒34在它們的中心區(qū)彎曲而離開相關的正齒輪也就是說，彼此相向著彎曲。兩正齒輪是這樣排列的，即當平衡板位于中央位置時，也就是當兩個十字軸處于徑向相對時，正齒輪的頂點與相關的條齒嚙合。當十字軸轉動從而沿一個方向相對于平衡板的中心軸線而移動時，平衡板就沿相反方向移動一個逐漸減小的距離。正齒輪的形狀要選用能使平衡板在它們所有的轉動位置上能更嚴密或更精確地平衡十字軸。
權利要求
1.一種等速萬向節(jié)包含兩根軸(2)，在它們各自的相對端部設有相應的半圓柱形凹槽(6)，兩軸的軸線在萬向節(jié)的幾何中心(20)處相交，所述萬向節(jié)還包含兩個十字軸(10)，每個十字軸含有一個滑動地支承在相應的半圓柱形凹槽(6)內的半圓柱形的外部分(8)和一個具有一個與中央連接件(16)的相應圓柱形表面形成轉動滑動接合的圓柱形表面(其軸線垂直于半圓柱形部分(8)的軸線)的內部分(12)，該內部分(12)的兩個圓柱形表面的軸線(18)是重疊的，并且就是中央連接件(16)的穿過幾何中心(20)的軸線，上述結構的特征在于，內部分(12)的圓柱形表面僅僅是半圓柱形的，并且?guī)в羞B接兩個十字軸(10)的連接機構(22，26，32)，上述連接機構的位置設置可在兩個十字軸(10)之間傳遞轉動而使兩十字軸(10)被迫繞中央連接件(16)的軸線(18)作距離相等但方向相反的轉動。
2.根據(jù)權利要求1的萬向節(jié)，其特征在于，每個十字軸(10)的內部分(12)是半環(huán)狀圓柱形的，并且中央連接件(16)帶有兩條半環(huán)狀圓柱形凹槽(14)，每個凹槽(14)可滑動地支承一個相應的內部分(12)。
3.根據(jù)權利要求2的萬向節(jié)，其特征在于，連接機構包含在每個半環(huán)狀圓柱形部分(12)的內圓柱形表面上形成的傳動齒(22)和兩個可轉動地安裝在中央連接件(16)上的正齒輪(26)，該正齒輪互相嚙合，并且與一個相應的半圓環(huán)狀圓柱形部分(12)上的傳動齒(22)相嚙合。
4.根據(jù)權利要求3的萬向節(jié)，其特征在于，上述的正齒輪(26)是通過一塊在其兩個相對的表面上都帶有一排大致為線性排列的傳動齒(34)的長形平衡板(32)而間接地嚙合的，每個正齒輪(26)與各自的一排線性排列傳動齒(34)相嚙合，平衡板(32)的位置設置可使兩個十字軸(10)處在以中央連接件(16)的軸線(18)而徑向相對時，平衡板(32)則以中央連接件(16)的軸線(18)形成對稱狀態(tài)，當兩個十字軸(10)轉動到位于中央連接件(16)的軸線(18)之一側時，平衡板(32)便移動到中央連接件(16)的軸線(18)之另一側。
5.根據(jù)權利要求4的萬向節(jié)，其特征在于，上述的正齒輪(26)具有卵形的橫截面，大致呈線性排列的傳動齒(34)從它們的中心彎曲而彼此相向，因此，當十字軸(10)繞中央連接件(16)的軸線(18)轉動而脫離徑向相對的位置時，平衡板(32)的線性移動速率減小。
6.根據(jù)權利要求4或5的萬向節(jié)，其特征在于，十字軸(10)的質心、平衡板(32)的質心和半環(huán)狀圓柱形部分(12)上的傳動齒(22)的節(jié)圓的半徑的設計可使十字軸(10)和平衡板(32)始終大致保持靜態(tài)和動態(tài)平衡。
7.根據(jù)上述權利要求中任一項的萬向節(jié)，其特征在于，每個十字軸(10)都由第一夾持機構(36，38)固定到相關的軸(2)上，以防止其發(fā)生平行于該軸之軸線的相對線性移動。
8.根據(jù)權利要求7的萬向節(jié)，其特征在于，所述的第一夾持機構包含兩個與半圓柱形凹槽(6)同軸線并設置在相關的軸(2)的端部或十字軸(10)上的弧形舌片(36)，該舌片(36)分別與十字軸(10)或相關的軸(2)上形成的互補的弧形槽(38)相接合。
9.根據(jù)權利要求7的萬向節(jié)，其特征在于，所述的第一夾持機構包含兩條設置在十字軸(10)上并與半圓柱形凹槽(6)同軸的弧形的半圓形截面的凹槽(36′)，該凹槽(36′)與相關軸的端部上形成的互補的半圓形截面的凹槽(38′)相配合，每對相配合的槽(36′，38′)都裝上若干滾珠軸承，十字軸(10)中的每條槽(36′)之兩端由十字軸(10)中的一條通道(60)連接起來，滾珠軸承可以通過該通道而循環(huán)流動。
10.根據(jù)上述權利要求中任一項的萬向節(jié)，其特征在于，每個十字軸(10)都用第二夾持機構(40，42)固定到中央連接件(16)上，以阻止它作垂直于中央連接件(16)的軸線(18)的相對線性移動。
11.根據(jù)權利要求10的萬向節(jié)，其特征在于，上述的第二夾持機構包含兩個其軸線與中央連接件(16)的軸線重疊并設置在十字軸(10)或中央連接件(16)上的弧形舌片(40)，它們分別與中央連接件(16)或十字軸(10)中形成的互補弧形凹槽相接合。
12.根據(jù)權利要求10的萬向節(jié)，其特征在于，上述的夾持機構包含兩條設置在十字軸(10)上的半圓形截面的槽(40′)，其軸線與中央連接件(16)的軸線(18)重合，它與中央連接件(16)中形成的互補的半圓形截面的槽(42′)相配合，每一對相配合的槽(40′，42′)中裝有若干滾珠軸承，十字軸(10)中的每條槽(40′)的兩端由十字軸(10)中的一個通道(62)連接起來，滾珠軸承可通過所述通道而循環(huán)流動。
13.根據(jù)上述權利要求中的任一項的萬向節(jié)，其特征在于，兩軸(2)的相對端各帶有法蘭(4)，該法蘭(4)內設有半圓柱形凹槽(6)，法蘭(4)的外形大致為半球形，萬向節(jié)密封在其內部形狀大致為半球形的外殼(48)內，該外殼(48)上帶有供軸(2)穿過的開口。
14.根據(jù)權利要求13的萬向節(jié)，其特征在于，中央連接件(16)帶有兩個基本上為平面的相對的導引凸緣(52)，當兩軸(2)對準時，該凸緣的平面垂直于軸(2)的軸線，且中央連接件(16)的軸線(18)位于該平面內，外殼(48)的內表面帶有兩條徑向相對的長形槽(50)，該槽(50)位于第一大圓上，且可滑動地支承相應的導引凸緣(52)的自由端。
15.根據(jù)權利要求14的萬向節(jié)，其特征在于，外殼(48)的內表面帶有一條長形槽(54)，該槽位于與第一大圓垂直的第二大圓上，并居于兩個徑向相對的槽(50)的中間，它可滑動地支承兩個重疊的半球形導引搭接片(56，56′)，每個搭接片的一端與相應的樞軸式支腳(58，58′)相連接，支腳(58，58′)支承在軸(2)端部的相應的一個法蘭(4)的外表面中的孔內，以便相對于它繞穿過幾何中心(20)的軸線轉動，因此，當兩軸(2)互相傾斜并且轉動時，導引搭接片(56，56′)便迫使外殼(48)移動，從而使中央連接件(16)的軸線(18)(其在一個平面上的位置取決于導引凸緣(52)與徑向相對的槽(50)間的接合)總是處于由兩軸(2)之軸線形成的角度的等分線上。
16.根據(jù)權利要求15的萬向節(jié)，其特征在于，導引搭接片(56，56′)的長度的確定要使得當萬向節(jié)處在大連接角下轉動時，它們能越過另一個搭接片的樞軸式支腳(58，58′)，靠近外殼(48)的導引搭接片(56′)比另一搭接片(56)寬，并且與直徑大于另一樞軸式支腳(58)的樞軸式支腳(58′)相連接，較大的樞軸式支腳(58′)的頭部帶有一個槽(59)，較窄的導引搭接片(56)可以在上述的槽(59)中滑動。
17.根據(jù)權利要求15或16的萬向節(jié)，其特征在于，外殼(48)的質量要這樣來選定，即當萬向節(jié)在兩軸(2)的軸線彼此傾斜的情況下轉動時，外殼(48)的慣性變化基本上等于往復運動的十字軸(10)和平衡板(32)的慣性變化，因此可部分地將它抵消。
全文摘要
等速萬向節(jié)包含兩根其相對端部各帶有半球形法蘭的軸，法蘭內各設置半圓柱形凹槽，法蘭的軸線相交于萬向節(jié)的幾何中心。該萬向節(jié)帶有兩個十字軸，各具有一滑動地支承在相應的半圓柱形槽內的半圓柱形部分和一個半環(huán)狀的圓柱形部分，該兩部分的軸線互相垂直。中央連接件有兩條半環(huán)狀的圓柱形槽，它們的軸線是重合的，并構成穿過萬向節(jié)幾何中心的中央連接件的軸線，兩條槽分別滑動地支承一個半環(huán)狀的圓柱形部分。
文檔編號F16D3/16GK1112656SQ95101929
公開日1995年11月29日 申請日期1995年2月15日 優(yōu)先權日1994年2月16日
發(fā)明者約翰·C·卡登 申請人:利卡·卡登(Ipr)有限公司