專利名稱：等速萬向節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種其中雙滾子型滾子組件(單元)與腿軸相嵌合的等速萬向節(jié)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種等速萬向節(jié)，其中在腿軸上形成有凸球面，在滾子組件的內(nèi)滾子上形成有與該凸球面相接合的凹球面。
背景技術(shù)：
等速萬向節(jié)使用在車輛的驅(qū)動(dòng)軸等上。等速萬向節(jié)將驅(qū)動(dòng)側(cè)和從動(dòng)側(cè)上的兩軸連接，使得轉(zhuǎn)動(dòng)力可甚至在兩軸之間存在角度時(shí)以等速傳遞。包括腿軸和滾子和等速萬向節(jié)例如是公知的三銷式等速萬向節(jié)。在三銷式等速萬向節(jié)的情況下，內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件與一個(gè)軸相連接，外側(cè)萬向節(jié)部件與另一個(gè)軸相連接，嵌合到腿軸的滾子容納在外側(cè)萬向節(jié)部件的引導(dǎo)槽中，由此兩個(gè)軸相互連接并且轉(zhuǎn)矩被傳遞。內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件包括沿徑向突出的三個(gè)腿軸。外側(cè)萬向節(jié)部件呈中空的圓筒狀，它包括沿其軸向延伸的三個(gè)引導(dǎo)槽。
如圖10所示，在公知的三銷式等速萬向節(jié)中，滾子6包括內(nèi)滾子6b和外滾子6a，它們能夠沿軸向彼此相對(duì)移動(dòng)使得滾子6可引導(dǎo)槽2a平行移動(dòng)。在腿軸5a的頂端部上形成有凸球面，在內(nèi)滾子6b的內(nèi)周面上形成有凹球面，使得腿軸5a和內(nèi)滾子6b可彼此相對(duì)搖動(dòng)(例如，參見日本特開平No.2002-147482)。在這種結(jié)構(gòu)下，當(dāng)萬向節(jié)1在存在萬向節(jié)夾角的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，嵌合到腿軸5a的內(nèi)滾子6b相對(duì)于外滾子6a沿軸向移動(dòng)。然而，外滾子6a僅沿引導(dǎo)槽2a平行移動(dòng)。因此，與整個(gè)滾子6沿軸向位移的情況相比較，摩擦較少。因而，能夠抑制外側(cè)萬向節(jié)部件2的由于摩擦而產(chǎn)生的沿軸向的推力以及由于該推力而產(chǎn)生的振動(dòng)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的這種等速萬向節(jié)中，外滾子可與外側(cè)萬向節(jié)部件的引導(dǎo)槽形成角接觸，以便使得外滾子的姿勢(shì)更加穩(wěn)定。圖11示出外滾子6a與外側(cè)萬向節(jié)部件2的引導(dǎo)槽2a形成角接觸的情況。外滾子6a在接觸點(diǎn)A和B處與引導(dǎo)槽2a接觸，接觸點(diǎn)A和B相對(duì)于通過外滾子6a軸向中心并且垂直于軸線的平面對(duì)稱。
然而，當(dāng)外滾子與外側(cè)萬向節(jié)部件的引導(dǎo)槽接觸時(shí)，因?yàn)橥容S與內(nèi)滾子之間的接觸點(diǎn)由于等速萬向節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)，所以沿外側(cè)萬向節(jié)部件的軸向(下文中稱為“Z軸方向”)產(chǎn)生推力，并且由于該推力產(chǎn)生等速萬向節(jié)部件的振動(dòng)，下文中詳細(xì)說明。
下面參照?qǐng)D11詳細(xì)說明產(chǎn)生上述推力的原因。當(dāng)?shù)人偃f向節(jié)在存在萬向節(jié)夾角的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腿軸5a和嵌合到腿軸5a的內(nèi)滾子6b沿內(nèi)滾子6b的軸向兩方向(下文中稱為“Y軸方向”)移動(dòng)，并且在內(nèi)滾子6b與滾針軸承7之間發(fā)生摩擦。因此，腿軸5a與內(nèi)滾子6b之間的接觸點(diǎn)如箭頭D所示沿內(nèi)滾子6b的內(nèi)球面移動(dòng)，這樣在接觸點(diǎn)處產(chǎn)生與摩擦力平衡的力。
當(dāng)如上所述腿軸5a與內(nèi)滾子6b之間的接觸點(diǎn)如箭頭D所示移動(dòng)時(shí)，在外滾子6a與滾針軸承7之間產(chǎn)生圍繞Z軸的力矩Mz。為了平衡該力矩Mz，例如在與承受負(fù)荷的一側(cè)相反的背面?zhèn)壬系囊稽c(diǎn)K處產(chǎn)生接觸負(fù)荷Fk。在滾子組件6沿Z軸方向移動(dòng)同時(shí)施加接觸負(fù)荷Fk時(shí)，在點(diǎn)K處產(chǎn)生摩擦力Rk。此外，由于摩擦力Rk而產(chǎn)生圍繞Y軸的力矩My。因此，為了平衡由于摩擦力Rk產(chǎn)生的力矩My，在外滾子6a與外側(cè)萬向節(jié)部件2之間承受負(fù)荷的一側(cè)上的接觸點(diǎn)A和B處還產(chǎn)生摩擦力Ra和Rb。圖12是說明摩擦力Ra和Rb的方向和大小的示意圖。圖12是沿圖11中線XII-XII截取的示意性矢量截面圖。如圖12所示，在接觸點(diǎn)A和B處產(chǎn)生的用于使得力矩My變成零的摩擦力Ra和Rb被沿與摩擦力Rk施加方向相同的方向施加。因此，推力是三個(gè)摩擦力Rk，Ra和Rb的合力，如式1所示。此外，根據(jù)表示摩擦力Ra和Rb與力矩My之間的平衡的示2得出摩擦力Ra和Rb。因而，當(dāng)腿軸5a與內(nèi)滾子6b之間的接觸點(diǎn)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生沿Z軸方向的大推力。
(式1)推力＝-(Rk+Ra+Rb)(式2)My＝Rk×d1-(Ra+Rb)×d2＝0在式2中，d1表示從內(nèi)滾子的軸線到點(diǎn)K沿X軸方向的長度，d2表示從內(nèi)滾子的軸線到點(diǎn)A(或點(diǎn)B)沿X軸方向的長度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠抑制轉(zhuǎn)動(dòng)期間產(chǎn)生的推力的等速萬向節(jié)。
本發(fā)明的一個(gè)方向涉及一種等速萬向節(jié)，它包括(a)其內(nèi)周面上沿軸向形成有多個(gè)引導(dǎo)槽并且與第一軸相連接的中空外側(cè)萬向節(jié)部件，這些引導(dǎo)槽沿外側(cè)萬向節(jié)部件的軸向延伸；(b)與第二軸相連接并且容納在外側(cè)萬向節(jié)部件中的內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件；(c)設(shè)置在內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件中并且都沿第二軸的徑向突出且都在頂端部中形成有凸球面的多個(gè)腿軸；以及(d)滾子組件，該滾子組件包括其內(nèi)周面上形成有與每個(gè)腿軸的凸球面相接合的凹球面的內(nèi)滾子和容納在外側(cè)萬向節(jié)部件的每個(gè)引導(dǎo)槽中以便可滑動(dòng)的外滾子，內(nèi)滾子和外滾子可通過轉(zhuǎn)動(dòng)體沿內(nèi)滾子和外滾子的軸向彼此相對(duì)移動(dòng)，其中每個(gè)腿軸和內(nèi)滾子可彼此相對(duì)搖動(dòng)，其中(e)腿軸和內(nèi)滾子可彼此相對(duì)搖動(dòng)。所述等速萬向節(jié)的特征在于(f)在外滾子的徑向外側(cè)面上形成有圓柱面(圓筒面)；(g)在外側(cè)萬向節(jié)部件的每個(gè)引導(dǎo)槽的側(cè)面上形成有與外滾子的圓柱面相接合的平面接合面；以及(h)外滾子的圓柱面滿足以下兩式，(式3)W1＞PCR(1-cosθ)/2+μ3R3+μ2R1(式4)W2＞3PCR(1-cosθ)/2-μ3R3+μ2R1在這些式中，W1表示圓柱面從圓柱面軸向中心到圓柱面位于外側(cè)萬向節(jié)部件的外周側(cè)上的端部的軸向長度，W2表示圓柱面從圓柱面軸向中心到圓柱面位于外側(cè)萬向節(jié)部件的萬向節(jié)中心側(cè)上的端部的軸向長度，PCR表示從內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件的軸線到每個(gè)腿軸的凸球面的中心的距離，θ表示要求的最大萬向節(jié)夾角，R1表示外滾子的圓柱面的半徑，R3表示內(nèi)滾子的凹球面的半徑，μ2表示在內(nèi)滾子相對(duì)于外滾子沿內(nèi)滾子的軸向移動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)；以及μ3表示每個(gè)腿軸的凸球面與內(nèi)滾子的凹球面之間的摩擦系數(shù)。
在上述結(jié)構(gòu)的等速萬向節(jié)中，式3的右側(cè)表示從圓柱面的軸向中心到腿軸已經(jīng)沿徑向向外側(cè)萬向節(jié)部件的外側(cè)移動(dòng)到最大程度時(shí)負(fù)荷被集中的位置(下文中稱為“負(fù)荷集中位置”)的沿外滾子軸向的距離。式4的右側(cè)表示從圓柱面的軸向中心到腿軸已經(jīng)沿徑向向外側(cè)萬向節(jié)部件的萬向節(jié)中心側(cè)移動(dòng)到最大程度時(shí)的負(fù)荷集中位置的沿外滾子軸向的距離。因此，當(dāng)外滾子的圓柱面的軸向長度被設(shè)定成滿足式3和式4時(shí)，只要萬向節(jié)夾角等于或小于最大萬向節(jié)夾角θ，就防止外滾子的負(fù)荷集中位置移出外滾子的圓柱面。因此，在腿軸與內(nèi)滾子之間的接觸點(diǎn)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的用于使外滾子傾斜的力矩被在外側(cè)萬向節(jié)部件的引導(dǎo)槽的平側(cè)面與外滾子的圓柱面之間吸收。因此，在背面?zhèn)壬袭a(chǎn)生的接觸負(fù)荷減少，并且相應(yīng)地，摩擦力減低。因而，能夠抑制轉(zhuǎn)動(dòng)期間的推力。
此外，在上述等速萬向節(jié)中，在外滾子的圓柱面的軸向兩側(cè)的每一側(cè)上形成有其直徑朝向端部縮小的錐形面，在每個(gè)引導(dǎo)槽的側(cè)面上與外滾子的每個(gè)錐形面相對(duì)的部位處形成有錐形面，形成在每個(gè)引導(dǎo)槽的側(cè)面上的錐形面向外滾子的軸向兩側(cè)的每一側(cè)而越發(fā)靠近包含外滾子的軸線和外側(cè)萬向節(jié)部件的軸線的平面。
在外滾子的圓柱面的軸向兩側(cè)的每一側(cè)上形成有呈曲面狀的倒角(傾斜面)。
此外，在每個(gè)引導(dǎo)槽的側(cè)面上與外滾子的每個(gè)倒角相對(duì)的部位處形成有凹曲面。
在上述等速萬向節(jié)中，在外滾子的圓柱面的軸向兩側(cè)的每一側(cè)上形成有其直徑朝向端部縮小的錐形面，在每個(gè)引導(dǎo)槽的側(cè)面上與外滾子的每個(gè)錐形面相對(duì)的部位處形成有朝向外側(cè)萬向節(jié)部件的內(nèi)側(cè)突出的凸曲面。
利用具有上述結(jié)構(gòu)的等速萬向節(jié)，能夠更可靠地防止外滾子的位于軸向外側(cè)上的端面接觸外側(cè)萬向節(jié)部件的內(nèi)表面。此外，能夠容易地制造其中在外滾子的圓柱面的軸向兩側(cè)中的每一側(cè)上形成有呈曲面狀的倒角并且在每個(gè)引導(dǎo)槽的側(cè)面上與外滾子的每個(gè)倒角相對(duì)的部位處形成有凹曲面的等速萬向節(jié)。


通過閱讀以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明可較好地理解本發(fā)明的上述和/或其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)以及工業(yè)實(shí)用性，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的等速萬向節(jié)沿垂直于外側(cè)萬向節(jié)部件的軸線的平面截取的截面圖；圖2是圖1的等速萬向節(jié)沿包含外側(cè)萬向節(jié)部件的軸線的平面截取的截面圖；圖3是沿與圖1相同的平面截取的等速萬向節(jié)的截面圖，說明了圓柱面從圓柱面軸向中心到圓柱面位于外側(cè)萬向節(jié)部件的外周側(cè)上的端部的軸向長度W1；圖4是圖3中主要部分的放大圖；圖5是沿與圖1相同的平面截取的等速萬向節(jié)的截面圖，說明了圓柱面從所述圓柱面軸向中心到所述圓柱面位于所述外側(cè)萬向節(jié)部件的萬向節(jié)中心側(cè)上的端部的軸向長度W2；圖6是圖5中主要部分的放大圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第一修正示例的等速萬向節(jié)中的一部分內(nèi)滾子和一部分外滾子的放大圖，該等速萬向節(jié)不同于圖1中的等速萬向節(jié)；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第二修正示例的等速萬向節(jié)中的一部分內(nèi)滾子和一部分外滾子的放大圖，該等速萬向節(jié)不同于圖1和圖7中的等速萬向節(jié)；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第三修正示例的等速萬向節(jié)中的一部分內(nèi)滾子和一部分外滾子的放大圖，該等速萬向節(jié)不同于圖1，圖7和圖8中的等速萬向節(jié)；
圖10是示出根據(jù)日本特開平No.2002-147482中所公開的常規(guī)示例(現(xiàn)有技術(shù))的等速萬向節(jié)的視圖；圖11是示出根據(jù)常規(guī)示例的等速萬向節(jié)的視圖，其中外滾子與外側(cè)萬向節(jié)部件的引導(dǎo)槽形成角接觸；以及圖12是沿圖11中的線XII-XII截取的示意性截面圖，其中說明了在圖11中的點(diǎn)A和B處產(chǎn)生的摩擦力Ra和Rb的方向和大小。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述和附圖中，將結(jié)合示例性實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明的等速萬向節(jié)10沿垂直于外側(cè)萬向節(jié)部件12的軸線axl的平面截取的截面圖。圖2是等速萬向節(jié)10沿包含外側(cè)萬向節(jié)部件12的軸線axl的平面截取的截面圖。
等速萬向節(jié)10是雙滾子型的，它包括外側(cè)萬向節(jié)部件12，內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件14和滾子組件15。外側(cè)萬向節(jié)部件12是中空部件，并且在軸向的一個(gè)端部處具有底部20。外側(cè)萬向節(jié)部件12的軸向的另一個(gè)端部是開口的。第一軸22與外側(cè)萬向節(jié)部件12的底部20相連接，使得第一軸22的軸線與外側(cè)萬向節(jié)部件12的軸線axl重合，由此外側(cè)萬向節(jié)部件12與第一軸22成為一體。在外側(cè)萬向節(jié)部件12的內(nèi)周面上以沿周向的等間隔形成有沿軸線axl的方向延伸的三個(gè)引導(dǎo)槽24(圖1中僅示出一個(gè)引導(dǎo)槽24)。
內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件14從外側(cè)萬向節(jié)部件12的開口部(未示出)引入外側(cè)萬向節(jié)部件12的內(nèi)部，從而內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件14容納在外側(cè)萬向節(jié)部件12中。內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件14包括圓筒狀凸臺(tái)部26。第二軸28嵌入凸臺(tái)部26，使得第二軸28不能相對(duì)于凸臺(tái)部26轉(zhuǎn)動(dòng)。三個(gè)腿軸30從凸臺(tái)部26沿徑向突出(圖1中僅示出一個(gè)腿軸)。三個(gè)腿軸30以沿軸向的等間隔突出。在每個(gè)腿軸30的頂端部處形成有凸球面30a。
滾子組件15包括內(nèi)滾子16和外滾子18。內(nèi)滾子16是圓筒狀部件。在內(nèi)滾子16的內(nèi)周面上形成有凹球面16a。凹球面16a在沿周向的整個(gè)部分上與每個(gè)腿軸30的凸球面30a接合。內(nèi)滾子16不可相對(duì)于腿軸30沿軸線ax2的方向移動(dòng)，并且可圍繞軸線ax2轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，內(nèi)滾子16嵌合到腿軸30上，使得內(nèi)滾子16和腿軸30可彼此相對(duì)搖動(dòng)。
外滾子18是圓筒狀部件。內(nèi)滾子16配合在外滾子18的內(nèi)周側(cè)上。外滾子18的軸線與內(nèi)滾子16的軸線ax2一致。此外，外滾子18容納在引導(dǎo)槽24中使得外滾子18不能沿軸線ax2的方向移動(dòng)，并且能夠沿外側(cè)萬向節(jié)部件12的軸線ax1的方向滑動(dòng)。外滾子18的徑向外側(cè)面包括圓柱面18a和形成在圓柱面18a的軸向兩側(cè)上的錐形面18b。錐形面18b中的每一個(gè)形成為其半徑朝向端部線性縮小。
容納外滾子18的引導(dǎo)槽24包括一對(duì)平側(cè)面24a，一對(duì)內(nèi)錐形側(cè)面24b，一對(duì)外錐形側(cè)面24c，以及連接面24d。平側(cè)面24a與包含外側(cè)萬向節(jié)部件12的軸線ax1和外滾子18的軸線ax2的平面平行。每個(gè)內(nèi)錐形側(cè)面24b與每個(gè)平側(cè)面24a的內(nèi)側(cè)(外側(cè)萬向節(jié)部件12的萬向節(jié)中心側(cè))線相連接。每個(gè)外錐形側(cè)面24c與每個(gè)平側(cè)面24a的外側(cè)線相連接。連接面24d將一對(duì)外錐形側(cè)面24c相連接。
每個(gè)平側(cè)面24a沿寬度方向的長度與外滾子18的每個(gè)圓柱面18a沿軸向的長度相同。一對(duì)平側(cè)面24a中的每個(gè)平側(cè)面在沿寬度方向的真?zhèn)€部分處與外滾子18的圓柱面18a接合。因此，平側(cè)面24a用作接合面。內(nèi)錐形側(cè)面24b和外錐形側(cè)面24c中的每一個(gè)形成為隨著朝向沿外滾子18的軸線ax2方向的兩側(cè)而靠近包含外滾子18的軸線ax2和外側(cè)萬向節(jié)部件12的軸線ax1的平面。內(nèi)錐形側(cè)面24b和外錐形側(cè)面24c中的每一個(gè)的傾斜比外滾子18的每個(gè)錐形面18b的傾斜緩和，使得每個(gè)內(nèi)側(cè)錐形側(cè)面24b和每個(gè)外錐形側(cè)面24c不與外滾子18的每個(gè)錐形面18b和沿軸向的每個(gè)端面接觸。
用作轉(zhuǎn)動(dòng)體的多個(gè)針形滾子32沿周向設(shè)置在構(gòu)成滾子組件15的外滾子18與內(nèi)滾子16之間。用于防止針形滾子32從外滾子18與內(nèi)滾子16之間掉落的卡環(huán)34和36固定在外滾子18的內(nèi)周面的軸向兩端部處。
此外，外滾子18的圓柱面18a的長度被設(shè)定成滿足下面的式3和式4。
(式3)W1＞PCR(1-cosθ)/2+μ3R3+μ2R1(式4)W2＞3PCR(1-cosθ)/2-μ3R3+μ2R1在這些式中，W1表示圓柱面從圓柱面18a軸向中心到圓柱面位于外側(cè)萬向節(jié)部件12的外周側(cè)上的端部的軸向長度，W2表示圓柱面從圓柱面18a軸向中心到圓柱面位于外側(cè)萬向節(jié)部件12的萬向節(jié)中心側(cè)上的端部的軸向長度，PCR表示從內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件14的軸線到每個(gè)腿軸30的凸球面30a的中心的距離，θ表示要求的最大萬向節(jié)夾角，R1表示外滾子18的圓柱面18a的半徑，R3表示內(nèi)滾子16的凹球面16a的半徑，μ2表示內(nèi)滾子16與針形滾子32之間的摩擦系數(shù)，μ3表示每個(gè)腿軸30的凸球面30a與內(nèi)滾子16的凹球面16a之間的摩擦系數(shù)。
接下來參照?qǐng)D3和圖4詳細(xì)說明式3。在等速萬向節(jié)10種，凸球面30a形成在每個(gè)腿軸30的頂端部處，與每個(gè)凸球面30a接合的凹球面16a形成在內(nèi)滾子16的內(nèi)周面上。因此，當(dāng)?shù)人偃f向節(jié)在存在萬向節(jié)夾角的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)腿軸30和內(nèi)滾子16相對(duì)于外滾子18沿軸線ax2的兩個(gè)方向移動(dòng)，并且腿軸30與內(nèi)滾子16之間的接觸點(diǎn)C移動(dòng)。因此，產(chǎn)生圍繞外側(cè)萬向節(jié)部件12的軸線ax1(下文中稱為“Z軸”)的力矩Mz，該力矩使外滾子18向垂直于Z軸的方向傾斜。
如果外滾子18的圓柱面8a沿軸向的長度和引導(dǎo)槽24的平側(cè)面24a沿寬度方向的長度足夠長，則由于力矩Mz而產(chǎn)生作用在圓柱面18a和平側(cè)面24a上的負(fù)荷?？梢钥醋髫?fù)荷作用在一點(diǎn)。該點(diǎn)在內(nèi)滾子16的軸線ax2(下文中稱為“Y軸”)方向上的位置稱為“負(fù)荷集中位置P”。負(fù)荷集中位置P會(huì)在腿軸30與內(nèi)滾子16之間的接觸點(diǎn)C移動(dòng)時(shí)移動(dòng)。
最大萬向節(jié)夾角θ是其中推力的發(fā)生以及由推力造成的振動(dòng)被要求減低時(shí)的萬向節(jié)夾角范圍中的最大值。當(dāng)?shù)人偃f向節(jié)10轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)萬向節(jié)夾角為最大萬向節(jié)夾角θ時(shí)，從外滾子16的中心O1(即，萬向節(jié)夾角為0度時(shí)腿軸30的凸球面30a的中心O2)到沿Y軸方向的最上負(fù)荷集中位置P1的長度是腿軸移動(dòng)量D(θ)，腿軸接觸點(diǎn)移動(dòng)量L，從接觸點(diǎn)C到負(fù)荷集中位置P(在式3中，最上負(fù)荷集中位置P1)的Y軸方向的長度S的總和，如圖3和下面說明的式5所示。最上負(fù)荷集中位置P1是在腿軸30的凸球面30a的中心O2沿徑向向外側(cè)萬向節(jié)部件12的外側(cè)移動(dòng)到最大程度時(shí)的負(fù)荷集中位置P。腿軸移動(dòng)量D(θ)是萬向節(jié)夾角為0度時(shí)腿軸30的凸球面30a的移動(dòng)量。腿軸接觸點(diǎn)移動(dòng)量L是從凸球面30a的中心O2到腿軸30與內(nèi)滾子16之間的接觸點(diǎn)C的Y軸方向的長度。
(式5)D(θ)+L+S腿軸移動(dòng)量D(θ)是根據(jù)下面的式6，通過基于腿軸30的節(jié)距圓半徑PCR(即，從內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件14的軸線ax1到腿軸30的凸球面30a的中心O2的距離)以及最大萬向節(jié)夾角θ的幾何學(xué)計(jì)算得出的。
(式6)D(θ)＝PCR(1-cosθ)/2如圖4所示，腿軸接觸點(diǎn)移動(dòng)量L是根據(jù)下面的式7得出的。
(式7)L＝R3×sinγ在式7中，R3是內(nèi)滾子16的凹球面16a的半徑。因?yàn)棣玫闹捣浅Ｐ?，因此可認(rèn)為sinγ基本等于0tanγ。tanγ的值根據(jù)表示接觸點(diǎn)C處沿Y軸方向的平衡的式8得出。
(式8)F×tanγ＝fv×cosγ+fi在式8中，F(xiàn)表示當(dāng)腿軸30轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)從腿軸30作用在內(nèi)滾子16的符合，fv表示當(dāng)接觸點(diǎn)C移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力，fi表示針形滾子32與內(nèi)滾子16之間摩擦力。當(dāng)μ2表示內(nèi)滾子16與針形滾子32之間摩擦系數(shù)，μ3表示腿軸30的凸球面30a與內(nèi)滾子16的凹球面16a之間的摩擦系數(shù)時(shí)，分別根據(jù)式9和式10得出fv和fi。
(式9)fv＝μ3×F/cosγ(式10)fi＝μ2×F通過將式9和式10代入式8中，得出下面的式11。
(式11)tanγ(基本等于sinγ)＝μ3+μ2相應(yīng)地，腿軸接觸點(diǎn)移動(dòng)量L根據(jù)下面的式12得出。
(式12)L＝R3×sinγ＝R3(μ3+μ2)此外，從接觸點(diǎn)C到最上負(fù)荷集中位置P1的Y軸方向的長度S根據(jù)表示與內(nèi)滾子16和外滾子18有關(guān)的力矩Mz的平衡的式13得出。
(式13)Mz＝-(R1-R3)×(F×tanγ-fv×cosγ)+F×S＝0因?yàn)槭?4是根據(jù)圖4得出的，所以式13可變形成下面的式15。
(式14)F×tanγ-fv×cosγ＝fi(式15)-(R1-R3)×fi+F×S＝0此外，通過將式15代入式10種，可得出下面的式16。
(式16)-(R1-R3)×μ2×F+F×S＝0通過變形式16，得出下面的式17。
(式17)S＝μ2×(R1-R3)基于式6、式12和式17，可將從外滾子16到最上負(fù)荷集中位置P1的Y軸方向的長度的式5變形為下面的式18。因而得出式3的右側(cè)。
(式18)PCR(1-cosθ)/2+μ3R3+μ2R1相應(yīng)地，當(dāng)W1表示圓柱面從外滾子18的圓柱面18a的軸向中心到圓柱面18a位于外側(cè)萬向節(jié)部件12的外周側(cè)上的端部的軸向長度，且W1滿足式3時(shí)，防止負(fù)荷集中位置P向上側(cè)(即，外側(cè)萬向節(jié)部件的外周側(cè))移出圓柱面18a。
接下來，參照?qǐng)D5和圖6說明式4。當(dāng)?shù)人偃f向節(jié)10在萬向節(jié)夾角為最大萬向節(jié)夾角θ的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從外滾子16的中心O1到最下負(fù)荷集中位置P2的Y軸方向的長度是通過用從接觸點(diǎn)C到負(fù)荷集中位置P(在式4中，最下負(fù)荷集中位置P2)的Y軸方向的長度S加上通過腿軸接觸點(diǎn)移動(dòng)量L減去腿軸移動(dòng)量D(θ)所得到的值而得出的值，如圖5和式19所示。最下負(fù)荷集中位置P2是腿軸30的凸球面30a的中心O2已經(jīng)沿徑向向外側(cè)萬向節(jié)部件12的萬向節(jié)中心側(cè)移動(dòng)到最大程度時(shí)的負(fù)荷集中位置P。
(式19)D(θ)-L+S腿軸移動(dòng)量D(θ)是根據(jù)式20，通過基于腿軸30的節(jié)距圓半徑PCR以及最大萬向節(jié)夾角θ的幾何學(xué)計(jì)算得出的。
(式20)D(θ)＝3PCR(1-cosθ)/2
如圖6所示，腿軸接觸點(diǎn)移動(dòng)量L是根據(jù)上述的式7得出的。
(式7)L＝R3×sinγ此外，因?yàn)棣玫闹捣浅Ｐ?，所以可認(rèn)為sinγ基本等于tanγ。tanγ的值可根據(jù)表示接觸點(diǎn)C處沿Y軸方向的力之間的平衡的式21得出。
(式21)F×tanγ＝fv×cosγ-fi通過將式9和式10代入式21，得出下面的式22。
(式22)tanγ(基本等于sinγ)＝μ3-μ2相應(yīng)地，腿軸接觸點(diǎn)移動(dòng)量L是根據(jù)下面的式23得出的。
(式23)L＝R3×sinγ＝R3(μ3-μ2)從接觸點(diǎn)C到最下負(fù)荷集中位置P2的Y軸方向的長度S是根據(jù)表示與內(nèi)滾子16和外滾子18有關(guān)的力矩Mz的平衡的式24得出的(式24)Mz＝-(R1-R3)×(F×tanγ-fv×cosγ)-F×S＝0利用式14可將式24變形為下面的式25。
(式25)-(R1-R3)×(-fi)-F×S＝0此外，通過將式10代入式25，得出下面的式26。
(式26)(R1-R3)×μ2×F+F×S＝0通過變形式26得出下面的式27。
(式27)S＝μ2(R1-R3)基于式20、式23和式27，可將表示從外滾子16的中心O1到最下負(fù)荷集中位置P2的Y軸方向的長度的式19變形為下面的式28。因而，得出式4的右側(cè)。
(式28)3PCR(1-cosθ)/2-μ3R3+μ2R1相應(yīng)地，當(dāng)W2表示圓柱面18a從外滾子18的圓柱面18a的軸向中心到圓柱面18a位于外側(cè)萬向節(jié)部件12的萬向節(jié)中心側(cè)上的端部的軸向長度，且W2滿足式4時(shí)，防止負(fù)荷集中位置P朝向下側(cè)(外側(cè)萬向節(jié)部件的萬向節(jié)中心側(cè))移出圓柱面18a。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，式3的右側(cè)表示從圓柱面18a的軸向中心到腿軸30已經(jīng)沿徑向向外側(cè)萬向節(jié)部件12的外側(cè)移動(dòng)到最大程度時(shí)的負(fù)荷集中位置P的沿外滾子18的軸線ax2方向的距離。式4的右側(cè)表示從圓柱面18a的軸向中心到腿軸30已經(jīng)沿徑向向外側(cè)萬向節(jié)部件12的萬向節(jié)中心側(cè)移動(dòng)到最大程度時(shí)的負(fù)荷集中位置P的沿外滾子18的軸線ax2方向的距離。因此，當(dāng)外滾子18的圓柱面18a的軸向長度被設(shè)定成滿足式3和式4時(shí)，只要萬向節(jié)夾角等于或小于最大萬向節(jié)夾角θ，就防止外滾子18的負(fù)荷集中位置P移出外滾子18的圓柱面18a。因此，在腿軸30與內(nèi)滾子16之間的接觸點(diǎn)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的用于使外滾子18傾斜的力矩Mz被在外側(cè)萬向節(jié)部件12的引導(dǎo)槽24的平側(cè)面24a與外滾子18的圓柱面18a之間吸收。結(jié)果，在背面?zhèn)壬袭a(chǎn)生接觸負(fù)荷被減少，并且相應(yīng)地，摩擦力被減低。因而，可抑制轉(zhuǎn)動(dòng)期間的推力。
根據(jù)本實(shí)施例，錐形面18b形成在外滾子18的圓柱面18a的軸向兩側(cè)上，錐形側(cè)面24b和24c形成在引導(dǎo)槽24的側(cè)面上與錐形面18b相對(duì)的部位處。因此，能夠更可靠地防止外滾子18的位于軸向外側(cè)上的端面接觸外側(cè)萬向節(jié)部件12的內(nèi)表面。相應(yīng)地，還能夠抑制由于外滾子18的位于軸向外側(cè)上的端面與外側(cè)萬向節(jié)部件12的內(nèi)表面之間的接觸產(chǎn)生的摩擦力，以及由該摩擦力導(dǎo)致的推力。
盡管已經(jīng)結(jié)合附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明還可以其它例如，在上述實(shí)施例中，錐形面18b形成在外滾子18的圓柱面18a的軸向兩側(cè)上，錐形側(cè)面24b和24c形成在引導(dǎo)槽24的側(cè)面上與錐形面18b相對(duì)的部位處。但本發(fā)明不僅限于此實(shí)施例。例如，作為第一修正示例，可在外滾子18的圓柱面18a的軸向兩側(cè)中的每一側(cè)上形成有呈曲面狀的倒角40，作為錐形面18b的一部分的替代品，如圖7所示。此外，作為第二修正示例，可在外滾子18的圓柱面18a的軸向兩側(cè)中的每一側(cè)上形成有呈曲面狀的倒角(斜面)40，作為錐形面18b的一部分的替代品，并且可在引導(dǎo)槽24的平側(cè)面24a的兩側(cè)中的每一側(cè)上形成有凹曲面42，作為錐形側(cè)面24b或24c的一部分的替代品，或者作為整個(gè)錐形側(cè)面24b或24c的替代品，如圖8所示。此外，作為第三修正示例，可形成有朝向外側(cè)萬向節(jié)部件12的內(nèi)側(cè)突出的凸曲面44，如圖9所示。在第一修正示例(圖7)，第二修正示例(圖8)，第三修正示例(圖9)中，如上述實(shí)施例一樣，能夠更可靠地防止外滾子18的位于軸向外側(cè)上的端面接觸外側(cè)萬向節(jié)部件12的內(nèi)表面。此外，與上述實(shí)施例、第一修正示例(圖7)以及第三修正示例(圖9)中的等速萬向節(jié)相比較，能夠容易地制造第二修正示例中的等速萬向節(jié)，其中在外滾子18的圓柱面18a的軸向兩側(cè)上以及在引導(dǎo)槽24的平側(cè)面24a的兩側(cè)上形成有倒角40和42。
此外，在上述實(shí)施例中，設(shè)置有三個(gè)腿軸30。還可設(shè)置四個(gè)或更多個(gè)腿軸。
權(quán)利要求
1.一種等速萬向節(jié)，它包括其內(nèi)周面上形成有多個(gè)引導(dǎo)槽(24)并且與第一軸(22)相連接的中空外側(cè)萬向節(jié)部件(12)，這些引導(dǎo)槽沿所述外側(cè)萬向節(jié)部件(12)的軸向延伸；與第二軸(28)相連接并且容納在所述外側(cè)萬向節(jié)部件(12)中的內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件(14)；設(shè)置在所述內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件(14)中并且都沿所述第二軸(28)的徑向突出且都在頂端部中形成有凸球面(30a)的多個(gè)腿軸(30)；以及滾子組件(15)，該滾子組件包括其內(nèi)周面上形成有與每個(gè)腿軸(30)的所述凸球面(30a)相接合的凹球面(16a)的內(nèi)滾子(16)和容納在所述外側(cè)萬向節(jié)部件(12)的每個(gè)引導(dǎo)槽(24)中以便可滑動(dòng)的外滾子(18)，所述內(nèi)滾子(16)和所述外滾子(18)可通過轉(zhuǎn)動(dòng)體(32)沿所述內(nèi)滾子(16)和所述外滾子(18)的軸向彼此相對(duì)移動(dòng)，其中每個(gè)腿軸(30)和所述內(nèi)滾子(16)可彼此相對(duì)搖動(dòng)，所述等速萬向節(jié)的特征在于在所述外滾子(18)的徑向外側(cè)面上形成有圓柱面(18a)；在所述外側(cè)萬向節(jié)部件(12)的每個(gè)引導(dǎo)槽(24)的側(cè)面上形成有與所述外滾子(18)的圓柱面(18a)相接合的平面接合面(24a)；以及所述外滾子(18)的圓柱面(18a)滿足以下兩式，W1＞PCR(1-cosθ)/2+μ3R3+μ2R1W2＞3PCR(1-cosθ)/2-μ3R3+μ2R1，其中W1表示所述圓柱面(18a)從所述圓柱面(18a)軸向中心(O1)到所述圓柱面(18a)位于所述外側(cè)萬向節(jié)部件(12)的外周側(cè)上的端部的軸向長度；W2表示所述圓柱面(18a)從所述圓柱面(18a)軸向中心(O1)到所述圓柱面(18a)位于所述外側(cè)萬向節(jié)部件(12)的萬向節(jié)中心側(cè)上的端部的軸向長度；PCR表示從所述內(nèi)側(cè)萬向節(jié)部件(14)的軸線到每個(gè)腿軸(30)的所述凸球面(30a)的中心(O2)的距離；θ表示要求的最大萬向節(jié)夾角；R1表示所述外滾子(18)的圓柱面(18a)的半徑；R3表示所述內(nèi)滾子(16)的凹球面(16a)的半徑；μ2表示在所述內(nèi)滾子(16)相對(duì)于所述外滾子(18)沿所述內(nèi)滾子(16)的軸向移動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)；以及μ3表示每個(gè)腿軸(30)的凸球面(30a)與所述內(nèi)滾子(16)的凹球面(16a)之間的摩擦系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等速萬向節(jié)，其特征在于，在所述外滾子(18)的圓柱面(18a)的軸向兩側(cè)的每一側(cè)上形成有其直徑朝向端部縮小的錐形面(18b)，在每個(gè)引導(dǎo)槽(24)的側(cè)面上與所述外滾子(18)的每個(gè)錐形面(18b)相對(duì)的部位處形成有錐形面(24b，24c)，形成在每個(gè)引導(dǎo)槽(24)的側(cè)面上的所述錐形面(24b，24c)向著所述外滾子(18)的軸向兩側(cè)的每一側(cè)而越發(fā)靠近包含所述外滾子(18)的軸線和所述外側(cè)萬向節(jié)部件(12)的軸線的平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等速萬向節(jié)，其特征在于，在所述外滾子(18)的圓柱面(18a)的軸向兩側(cè)的每一側(cè)上形成有呈曲面狀的倒角(40)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的等速萬向節(jié)，其特征在于，在每個(gè)引導(dǎo)槽(24)的側(cè)面上與所述外滾子(18)的每個(gè)倒角(40)相對(duì)的部位處形成有凹曲面(42)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等速萬向節(jié)，其特征在于，在所述外滾子(18)的圓柱面(18a)的軸向兩側(cè)的每一側(cè)上形成有其直徑朝向端部縮小的錐形面(18b)，在每個(gè)引導(dǎo)槽(24)的側(cè)面上與所述外滾子(18)的每個(gè)錐形面(18b)相對(duì)的部位處形成有朝向所述外側(cè)萬向節(jié)部件(12)的內(nèi)側(cè)突出的凸曲面(44)。
全文摘要
本發(fā)明涉及等速萬向節(jié)，該等速萬向節(jié)包括雙滾子型滾子組件(15)，在外滾子(18)的徑向外側(cè)面上形成有圓柱面(18a)；在外側(cè)萬向節(jié)部件(12)的引導(dǎo)槽(24)中形成有與圓柱面(18a)相接合的平面接合面(24a)；以及所述外滾子(18)的圓柱面(18a)滿足以下兩式W1＞PCR(1－cosθ)/2+μ
文檔編號(hào)F16D3/205GK1768210SQ200480009236
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者安藤篤史, 佐藤智彥, 松本巧, 山本武郎 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 豐田工機(jī)株式會(huì)社