專利名稱：具有較少軸并能轉(zhuǎn)向較大角度的恒速萬向接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的是提供恒速萬向接頭(CVUJ)，其具有較少軸，從4根減少到3根，并且其軸承從通常的8個減少到4個或更少，以減少維修工作，并且這種接頭能夠轉(zhuǎn)向的角度從通常的45度增加到60度或更多，與10多年前在美國發(fā)明的現(xiàn)有的Double Cardan恒速萬向接頭相比，這能使汽車的被驅(qū)動輪在停車或在狹窄擁擠的道路上行駛時更容易轉(zhuǎn)向，而Double Cardan的恒速萬向接頭太大太長以至于不能安裝在該輪的軸(線)上，只能用于后輪，而現(xiàn)有的Rzebba恒速接頭在制造和維修時拋光其12個座圈軌道、殼體和6個球時太復(fù)雜。本發(fā)明包含較少的零件，能夠轉(zhuǎn)向較大的角度，并且成本低。
本發(fā)明的恒速萬向接頭(CVUJ)是基于具有鉸鏈的普通的萬向接頭的原理，而不是在鋼球上滾動。它包括通過一根軸線鉸鏈連接于其叉形支架的輸入軸，和通過另一根軸線也鉸鏈連接于其叉形支架的輸出軸，并且這兩個叉形支架只通過垂直于像十字的兩個叉形支架軸的一個軸線位置(不是傳統(tǒng)上的兩根軸線)被組合在一起，從而這種組合的軸線像這兩個軸的角平分線一樣轉(zhuǎn)向，以通過少數(shù)幾種方法保持其恒速，首先，通過將嚙合在軸的兩端的齒輪齒的一部分拋光為使得它能夠像普通齒輪一樣縱向轉(zhuǎn)動，并且還能夠側(cè)向轉(zhuǎn)動，以提供較大的轉(zhuǎn)向立體角，從通常的45度變成60度或更大，而第二種方法是將這兩個軸用彈簧桿連接，利用作用角的力等于反作用角的力的原理，使輸入和輸出軸以相等的速度轉(zhuǎn)動，第三種方法，利用任何現(xiàn)有的方法，包括封閉有球的管子以一定角度轉(zhuǎn)向以實現(xiàn)角平分線。所述軸的軸線可以用直銷或插銷鉸接于其叉形支架，或沿金屬環(huán)的曲面滑動，實現(xiàn)同樣的原理，但是只是鉸接于滑動環(huán)，其中這種組合的共同鉸鏈也用作叉形支架的鉸鏈，因此，兩個襯套軸承足以用于該三軸鉸鏈，與現(xiàn)有的Double Cardan恒速萬向接頭和十多年前的任何機(jī)械用途的六個金屬球的Rzebba恒速接頭相比，使得它是具有較少零件的最簡單形式的恒速萬向接頭。
為了清楚地說明恒速萬向接頭發(fā)明的歷史和背景，可以參考

圖1和圖2的示意圖；其中，在第一頁指出，萬向接頭根據(jù)轉(zhuǎn)向運(yùn)動可以分為兩類，一類是通過在表面上或輥子上的滑動，而另一類是通過銷鉸鏈的轉(zhuǎn)動，就像銀行保險箱的沉重的門能夠用指狀物關(guān)閉，因為它被一個銷1鉸接，該銷1由注油的襯套或軸承2支撐，并且容易維護(hù)和更新，如同1700年的Hookes的那些單或雙萬向接頭，但是它們對于傳遞同樣的角旋轉(zhuǎn)速度有很大的限制，僅僅在15度左右的范圍內(nèi)，如果大于40度，則輸出速度比輸入軸可能小40％，而轉(zhuǎn)動90度后，它可能比輸入軸大+40％，如圖1F的線3所示，同時大多數(shù)萬向接頭當(dāng)結(jié)合在一起時，我們需要用保持器(holder)4保持它，以使接頭桿成為兩個5，用作角平分線，另外，該輸出軸可以轉(zhuǎn)動與圖表F同樣的任何方向和速度6，因此，為了實現(xiàn)比較穩(wěn)定的輸出，如圖1C所示的雙Cardan萬向接頭在1900年被引進(jìn)汽車中，其中示出其輸入叉形支架7用封閉有球的管子的方法9結(jié)合于其輸出叉形支架8，以用作兩個軸的角分線，以便保持其速度等于圖表F正常位置O的速度，而沒有角度波動的變化，但是在軸承中有一些磨損，因此，如線10所示可能發(fā)生一些變化，從而使整個結(jié)構(gòu)相當(dāng)大、相當(dāng)長，而本發(fā)明通過將其連接叉形支架的軸組合成圖1D所示的一根來簡化這種雙萬向接頭，即將11和12組合成只有一根CY軸13，并且除了用9，可以使用齒輪部分嚙合系統(tǒng)作為其角平分線，使兩個軸能夠轉(zhuǎn)動大于60度。同時圖1E是圖1D的修改，也示出具有簡化的3根軸而不是圖C的4根軸的同樣的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)與圖1D同樣的功能，但是，只用環(huán)而不是直插銷通過它們的叉形支架軸。
在圖2A中，示出接頭的僅表面滑動13是相當(dāng)薄弱的，因此，用于第一前輪被驅(qū)動的汽車的1926年Tracta的萬向接頭僅僅能夠經(jīng)歷10年，因為功率輸出效率低。當(dāng)1923年由Sweiss發(fā)明的球輥作為恒速接頭時，它的摩擦較小，但是，其轉(zhuǎn)向角度只有35度，幾年以后，它被在1935年發(fā)明的Rzebba恒速接頭所代替，這種接頭示于圖2C，其具有12個座圈軌道，以切割成嚙合由殼體封閉在其內(nèi)的6個鋼球，作為其角平分線，其前輪能夠轉(zhuǎn)動45度，同時靠近變速箱的接頭可以是其自己的萬向接頭，或用三球銷萬向接頭，其能夠用作伸縮接頭14。一些法國汽車使用圖2D中如14、15所示的嚙合在三個指狀物中的三個球形物的三球銷萬向接頭，其能夠合理地轉(zhuǎn)動40度。根據(jù)滑球或滑輥的所有上述結(jié)構(gòu)，在輪子的最大轉(zhuǎn)向時其需要在座圈軌道16上移動約40mm，因而，在一定里程或不希望的脈動之后，其座圈軌道和殼體由于如17的塵土的摩擦可能被磨損，為了維修，或用新的更換，或?qū)⑺鼈儝伖獬奢^寬的光滑的軌道，通常例如，從40mm變成40.16mm，并且重新放置所有的6個鋼球到這些被拋光機(jī)18在圖2E中的鋼球19上、軌道15上和殼體20上拋光加大的新直徑中。上述情況表明，為什么本發(fā)明基于銷子鉸接的原理，這是因為比較容易替換如圖1A中1和2所示的注油的襯套或滾針軸承，并且它更加光滑，具有較小的摩擦，容易制造，并因此成本低。
后一頁的圖1(C、D、E)是放大的圖，但是試圖一步一步地示出它們的軸之間的關(guān)系，以及其軸和襯套軸承如何能夠被減少，而轉(zhuǎn)向角度如何能夠變大的方式。在圖1C中示出兩個萬向接頭通過用連接的叉形支架13組合在一起，并且兩個十字形部件的使用使它相當(dāng)大，由于4+4＝8根軸，和8個軸承，需要彈簧21壓緊球座22。在它的球處于角平分線上之前，最大的轉(zhuǎn)動角度50度可以來自其管子的端部。與圖1D的本發(fā)明相比，其連接叉形支架可以被省去，并且在其支架中的兩個軸可以被簡化成一根組合的叉形支架軸，沒有如11+12＝13所示的兩個空心的十字形部件，并且其兩對叉形支架軸承可以減少成兩個插銷鉸接襯套或軸承，同時，兩個叉形支架端部之間的總長度可以縮短約一半，如圖1C中的23、24變成圖1 D中的25、26，并且如果使用齒輪齒嚙合代替管子和球tb，則可以施加90度的較大的轉(zhuǎn)向角度。其中，圖1E示出更加簡化的萬向接頭，其能夠用同樣的三軸原理制造，通過使所有三根軸位于通過一強(qiáng)環(huán)曲線路徑，因此只有2個完整的注油的襯套軸承實現(xiàn)3根軸的功能，包括輸入叉形支架7和輸出叉形支架8的轉(zhuǎn)向角，同時當(dāng)它沿環(huán)的曲面滑動時，它為一對組合的叉形支架軸工作，并且如13所示能夠轉(zhuǎn)動120度以上。
其中在圖3至圖6，示出本發(fā)明的CVUJ的幾個角平分線如何能夠工作以及圖3中的它的幾何路徑關(guān)系，其示出為什么結(jié)合在軸兩端的傳統(tǒng)的封閉球的管子不能夠?qū)崿F(xiàn)完美的角平分線，是由于兩個原因，一個是球?qū)⑺蓜?，在約50度時甚至從管子中出來，因此，其安全的工作角度應(yīng)當(dāng)是約45度，而另一個原因是，在其最大角度時，在三角形AOB中，AO＝OB，并且∠a＝∠b，AC＝CB，OC是共有的，以形成兩個相等的三角形，以在任何一邊起兩個相等運(yùn)動的作用，但是當(dāng)∠a變得較小時，AO線在底邊AB上的投影AO1變成短于O1 B，因此，∠a1大于∠b1，使兩邊的運(yùn)動不是100％相等，但是仍然十分接近于可接受的95％。同時，在圖4中，示出一個或多個彈簧桿如何可以用作一個力以保持該組合的叉形支架軸13的角平分線，由于在∠a上的作用力必須等于∠b上的反作用力，并且與圖4B中的螺旋彈簧28類型是一樣的。如果力矩力不是太大，這些角平分線位置能夠被保持。
在圖5中示出圓傳動關(guān)系中約10個齒的嚙合型的齒輪齒的幾何位置是最好的使用位置，同時，只取該軸端部的兩側(cè)的齒中3個齒足以保持這2個軸在牢固的位置，始終有2點相互接觸，如位置29和30，同時組合的叉形支架軸的轉(zhuǎn)向通過該齒的中心，無論另一個軸如何如圖所示在B到B1到B2到B3中移動，甚至移動到B4，在此處2個齒相遇，在C2中仍然有一個位置嚙合2個齒。在圖6中示出，僅僅3個齒足以始終保持2個點(C和D或D1)牢固地接觸，以將該輸入叉形支架軸A到B保持在頂部或下部位置(a到B1)，同時有2個接觸點29和30，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的角度的轉(zhuǎn)動，從60度到90度再到120度。同時在圖6C中示出在C中從前面看以及在C2中從側(cè)面看的輪廓線，示出在A上的端齒接觸B端齒，在相關(guān)位置嚙合90度，保持2點相互牢固地接觸。
圖7示出用齒輪結(jié)合的3軸萬向接頭，以實現(xiàn)在A連接于其叉形支架的輸入軸的角平分線以及對在B連接于其叉形支架軸13的該輪軸27的另一個輸出軸的角平分線，同時，用襯套或滾針軸承封閉的2個插銷28通過該組合的叉形支架軸13，右側(cè)是通過滑動接頭將較長的軸連接于齒輪箱，其中設(shè)置有橡膠密封件31以在其中密封用來潤滑的一些油32。
圖8是圖7的俯視圖，通過線13看，止推墊圈(9)軸承被設(shè)置在軸13、8或上用滾針薄軸承33，其中總的轉(zhuǎn)向角度可以是90度，并且如果在28處切割掉一些螺旋線角部，則可以實現(xiàn)更大的120度工作角度。
在圖9中，示出這種萬向接頭的應(yīng)用位置，當(dāng)車輛是4輪驅(qū)動時主要用在兩個前輪34或后輪35的輪軸附近或當(dāng)后驅(qū)動時用在后軸上，圖中還示出前輪轉(zhuǎn)向60度使大多數(shù)汽車能夠非常容易停車和在狹窄的道路上行駛，如在36中。
在圖10中，示出該恒速萬向接頭37如何與其他裝置組合，在頂部圖A中，該接頭非常短，任何車輪軸的具體尺寸能夠?qū)⑺附?8在其上，同時，另一側(cè)能夠被夾緊在動力軸的任何尺寸上，同時，在39，整個軸可以包括靠近變速箱的三球銷滑動接頭，另一端具有特定的輪軸。同時，在UJ3的萬向接頭中包括長伸縮接頭，以保持任何其他類型和大小的本發(fā)明，像環(huán)型42，或混合在一起的彈簧彎曲型，以安裝該設(shè)備。
在圖11中，示出環(huán)型的萬向接頭42，其中輸入軸和輸出軸的兩端具有在環(huán)中心C嚙合的一組齒，在中心需要一些用來裝配的插銷28，通過它兩個軸上下轉(zhuǎn)動輸入叉形支架軸7，同時螺釘固定輪軸27和伸縮接頭30，同時只要通過如在13中的方向沿環(huán)的曲面滑動，叉形支架通過其組合的中心C能夠側(cè)向轉(zhuǎn)動。并且對于圖12提供通過線b-b1看的截面圖，其中在43中看環(huán)的截面圖被叉形支架7和8所封閉，并且優(yōu)選地，安裝兩對薄的注油的襯套以將它們封閉，如44、45。其中圖13示出叉狀齒桿46、47如何能夠滑動進(jìn)入封閉兩對叉形支架的環(huán)，并且當(dāng)輸入端7和輸出端8被四個插銷46緊固時完全地封閉該環(huán)。正如圖7和圖11密封件31和潤滑件32被封閉在其中，它將非常平滑地運(yùn)轉(zhuǎn)。在圖14中，示出該環(huán)型的萬向接頭的緊湊的簡單的俯視圖A和側(cè)視圖B，很明顯，它能夠轉(zhuǎn)動很大的角度，從60度、90度到120度。
權(quán)利要求
1.一種恒速接頭，用于將驅(qū)動部件連接于被驅(qū)動部件以便共同轉(zhuǎn)動，該驅(qū)動部件繞第一軸旋轉(zhuǎn)，而被驅(qū)動部件繞第二軸旋轉(zhuǎn)，該第一軸和第二軸可以不對準(zhǔn)在一直線上，包括輸入軸，其鉸接于叉形支架作為第一軸，和輸出軸，其也鉸接于叉形支架作為第二軸，并且這兩個叉形支架只需用一個共有的鉸軸(而不是傳統(tǒng)的Double Cardan兩個鉸軸)鉸接在一起，并且垂直于兩叉形支架的鉸軸方向，以便該共有的軸向能夠總保持為這兩個軸的角平分線，方法有首先通過用嚙合在支撐在直線方向的軸的兩端的具有幾個齒的齒輪部分，然后限制并控制該輸入軸角度使它總是等于輸出軸，甚至能夠在立體角方向轉(zhuǎn)動，從45度變到60度，或更多，在兩個軸之間傳遞恒定的轉(zhuǎn)動速度；同時，第二種方法是將這兩個軸用彈簧或彈簧桿連接，用輸入軸角度的反作用力等于輸出軸的角度的原理，幾何上使輸入作用等于輸出作用，因此實現(xiàn)恒速；同時，第三種方法是現(xiàn)有的方法，包括封閉有球的管子，使球正好在其內(nèi)滑動，幾何上使輸入形狀等于輸出形狀以實現(xiàn)恒速，同時所有上述三種方法可以分類為由直銷或插銷鉸接的三軸，作為直銷鉸接型恒速接頭，其中其原理還包含在另一種結(jié)構(gòu)中，如該三個叉形支架鉸鏈可以安裝在強(qiáng)金屬環(huán)的曲面上，其中該環(huán)的中心用作結(jié)合兩個叉形支架的共有軸，即水平移動，用上面的三種方法，作為角平分線結(jié)合兩個軸，限制并控制輸入軸以與輸出軸同樣的角度上下移動，以作為環(huán)鉸接型恒速接頭實現(xiàn)恒速動力傳輸，其中只有兩個可見的鉸鏈或軸承殼體足以實現(xiàn)三軸接頭的工作，使之與現(xiàn)有的雙Cardan恒速接頭相比，是最簡化型的鉸接的恒速接頭。
2.如權(quán)利要求1的恒速接頭，其中一對止推墊圈設(shè)置在其兩個鉸鏈中的叉形支架面和軸面之間，并且軸承或軸承殼體設(shè)置在共有的叉形支架鉸鏈中，以便保持更多的潤滑油，以減少鉸鏈的摩擦，而延長其壽命，并且在修理中能夠更換。
3.如權(quán)利要求1的恒速接頭，其中叉形支架能夠制造成不是很厚以便能轉(zhuǎn)向較大的角度，并且所述齒被拋光成它們像普通齒輪一樣能夠相互縱向嚙合，并且拋光一點點突出的光滑的邊緣，使之能夠側(cè)向轉(zhuǎn)向較多，以便能夠?qū)崿F(xiàn)大于45度或更大的立體角轉(zhuǎn)向。
4.如權(quán)利要求1的恒速接頭，其中輸入軸和輸出軸安裝有圍繞軸的兩個圓盤體，以安裝橡膠罩，以實現(xiàn)在運(yùn)行中全部潤滑脂保持在腔室內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1的恒速接頭，其中接頭主要用于連接于半軸中的外輪，同時連接于變速箱的內(nèi)接頭能夠是同樣的恒速接頭或三球銷接頭或任何可應(yīng)用的接頭，此外，大于45度的大轉(zhuǎn)向角恒速接頭可以用作振動很大的運(yùn)動車的后軸，并也可安裝在前輪上，以得到較大的轉(zhuǎn)向角。
6.基本上參考附圖的圖1至圖4所描述的恒速接頭。
全文摘要
本發(fā)明的主題是提供恒速萬向接頭(CVUJ)，其具有較少軸，從4根減少到3根，并且其軸承從通常的8個減少到4個或更少，以減少維修工作，并且這種接頭能夠轉(zhuǎn)向的角度從通常的45度增加到60度或更多，與現(xiàn)有的Double Cardan恒速萬向接頭相比，更能使汽車的被驅(qū)動輪在停車或在狹窄擁擠的道路上行駛時容易轉(zhuǎn)向。本主題是基于具有鉸鏈的普通的萬向接頭的原理，而不是在鋼球上滾動。它包括輸入軸，其通過一根軸鉸鏈連接于叉形支架，和輸出軸，其通過另一根軸也鉸鏈連接于其叉形支架。并且這兩個叉形支架(13)只需用一根相對垂直鉸鏈軸(而不是傳統(tǒng)上的兩根軸)相連而組合在一起，使得這種組合的軸總能形成這兩個軸的角平分線，以通過少數(shù)幾種方法保持其恒速，首先，通過用嚙合在軸的兩端的一段齒輪齒拋光為以能夠像普通齒輪一樣縱向轉(zhuǎn)動，并且還能夠側(cè)向轉(zhuǎn)動，以提供較大的轉(zhuǎn)向立體角，從通常的45度變成60度或更大。
文檔編號F16D3/16GK1688830SQ03815432
公開日2005年10月26日 申請日期2003年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者潘國華 申請人:潘國華