DE1183318B

DE1183318B - Constant velocity swivel

Info

Publication number: DE1183318B
Application number: DEL37568A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Willimek; Erich Aucktor
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1960-11-18
Filing date: 1960-11-18
Publication date: 1964-12-10

Description

Gleichlauf-Drehgelenk Die Erfindung bezieht sich auf Gleichlauf-Drehgelenke mit Drehmomentübertragung durch Kugeln, die in einem Käfig gehalten sind, der eine zwischen den einander gegenüberliegenden Kugelflächenzonen eines inneren und eines äußeren Gelenkkörpers liegende Kugelzone bildet, und in Rillen angeordnet sind, welche jeweils in einer -die gemeinsame Achse der fluchtenden Wellen enthaltenden Meri-dianebene in den Kugelflächenzonen des inneren und äußeren Gelenkkörpers vorgesehen sind und eine zu der Meridianebene senkrechte Erzeugungsachse besitzen, die die gemeinsame Achse der miteinander fluchtenden Wellen in symmetrisch zu dem Drehgelenkmittelpunkt liegenden Punkten schneidet.Constant velocity swivel joint The invention relates to constant velocity swivel joints with torque transmission by balls, which are held in a cage which forms a spherical zone lying between the opposing spherical surface zones of an inner and an outer joint body, and are arranged in grooves, each of which is in one -the common axis of the aligned shafts containing meridian plane are provided in the spherical surface zones of the inner and outer joint body and have a generation axis perpendicular to the meridian plane, which intersects the common axis of the aligned shafts at points symmetrical to the center of the pivot joint.

In F i g. 1 ist ein Längsschnitt nach der Linie 1-1 der F! g. 2 und in F -i g. 2 ein Querschnitt längs der Linie 11-11 der F i g. 1 eines solchen bekannten Gleichlauf-Drehgelenkes gezeigt.In Fig. 1 is a longitudinal section along the line 1-1 of the F! G. 2 and in F -i g. FIG. 2 is a cross-section along line 11-11 of FIG. 1 of such a known constant velocity swivel joint is shown.

Auf der Welle 1 sitzt mittels einer Keilverzahnung 2 der innere Gelenkkörper 3. Der äußere Ge- lenkkörper 4 ist auf irgendeine Weise mit der zweiten Welle 9 verbunden. Der innere Gelenkkörpex 3 besitzt eine eine Kugeloberflächenzone bildende Oberfläche 5 und der äußere Gelenkkörp#er eine ebenfalls eine Kugeloberflächrnzone bildende Hohlkugelfläche 6 mit dem gleichen Zentrum g, welches den Gelenkmittelpunkt bildet. In diesen beiden einander gegenüberliegenden Kugelflächenzonen 5 und 6 sind jeweils einander gegenüberliegend in Redner die gemeinsame Achse des fluchtenden Wellen enthaltenden Meridianebene Rillen 7 und 8 vorgesehen, die eine zu der Meridianebene senkrechte Erzeugungsachse besitzen, die die gemeinsame Achse der miteinander fluchtenden Wellen in symmetrisch zu dem Drehgelenkmittelpunkt g liegenden Punkten e und schneidet. 1 is seated on the shaft by means of a spline 2 of the inner race 3. The outer joint body 4 is connected in some manner with the second shaft. 9 The inner joint body 3 has a surface 5 which forms a spherical surface zone and the outer joint body has a hollow spherical surface 6 which also forms a spherical surface zone and has the same center g, which forms the center of the joint. In these two opposing spherical surface zones 5 and 6 , the common axis of the aligned waves containing the meridional plane grooves 7 and 8 are provided opposite each other, which have a generation axis perpendicular to the meridian plane, which the common axis of the aligned waves in symmetrical to the Rotary joint center point g lying points e and intersects.

Bei den bekannten Gelenken sind jeweils sechs Laufkugeln 10 im Käfig 11 über den Umfang verteilt, da ein Gelenk mit sechs Laufkugeln sich als bester Kompromiß vor allem zwischen Raurnbedarf des Gelenks und übertragbarem Drehm'oment ergeben hat. Wird ein derartiges Gelenk gebeug wie in F i g. 1 a als Schnitt 111-111 nach F i g. 2 dargestellt, und wirkt auf das Gelenk eine dauernde Verdrehkraft, z. B. indem das Wellenteil 9 mit einer konstanten Verdrehkraft a gebremst wird, während Welle 1 die konstante Bremskraft a zu überwinden sucht, dann benötigt man zum Durchdrehen des Gelenkes eine Verdrehkraft b, die nicht konstant ist, sondern jeweils nach 60' Umfangswinkel ihr Maximum erreicht, nämlich dann, wenn zwei einander gegenüberliegende Lauf-kugeln durch die Ebene wandern, welche die Achsen der beiden Wellen 1 und 9 des gebeugten Gelenks enthält, das ist in F i g. 1 a die Zeichenebene. Der geringste Wert der Verdrehkraft b liegt zwischen den Höchstwertstellungen des Gelenks, also gegenüber diesem um 301 versetzt, die Beugungsebene, also in Richtung IV-IV nach F i g. 2 fällt. Die Frequenz dieser Verdrehkraftänderung ist von der Laufkugelzahl abhän-gig. Die Länge einer Schwingung beträgt 360 pro Kugelzahl, bei sechs Kugeln alGo 601 Umfangswinkel, während die Amplitilde von der Größe des Beugungswinkels, a der Wellen 1 und 9 und von der Bremskraft a abhängt. Das Gelenk vermindert also mit steigendem Beugungswinkel a erheblich seinen Wirkungsgrad.In the known joints, six running balls 10 are distributed over the circumference in the cage 11 , since a joint with six running balls has been found to be the best compromise, above all between the space requirement of the joint and the transmittable torque. If such a joint is flexed as in FIG . 1 a as section 111-111 according to FIG. 2 shown, and acts on the joint a permanent twisting force, z. B. by the shaft part 9 is braked with a constant twisting force a, while shaft 1 tries to overcome the constant braking force a, then you need a twisting force b to spin the joint, which is not constant, but reaches its maximum after 60 'circumferential angle , namely when two opposing running balls travel through the plane which contains the axes of the two shafts 1 and 9 of the flexed joint, this is shown in FIG. 1 a the plane of the drawing. The lowest value of the torsional force b lies between the highest value positions of the joint, that is to say offset by 301 with respect to this, the flexion plane, that is to say in the direction IV-IV according to FIG. 2 falls. The frequency of this change in torsional force depends on the number of ball bearings . The length of an oscillation is 360 per number of balls, with six balls alGo 601 circumferential angle, while the amplitilde depends on the size of the flexion angle, a of shafts 1 and 9, and on the braking force a. The joint therefore considerably reduces its efficiency as the flexion angle a increases.

Die sich ändernde Verdrehkraft b setzt sich nach F i g. la aus der Steuerkraft d, die von den keilförmig zueinander stehenden 'Rillen 7 und 8 des Innen- 'und des Außentefles, 3 und 4 des Gelenkkörpers auf die in dieser rigur obere Laufkugel 10 übertragen wird, um sie gegen die Reibungswirkung, die von den über die Teile 3 und 4 auf sie einwirkenden Verdrehkräften a und b herrühren, in der Rillenbahn nach rechts zu verschieben, -urid der zusätzlichen Steuerkraft c zusammen, die von dem Käfig ll',auf die untere Laufkugel 10 ausgeübt wird, um sie nach links zu schieben. Dies,-- Sttuerkräfte dienendazu, die Ebene h der sechs Laufkugehnitten, wie aus F i g. la ei->ichtlich, in der Symmetrieebene zu den Achsen i und k der beiden gebeugten Wellen 1 und 9 zu halten, um den Gleichlauf der beiden Teile des Gelenkes sicherzustellen.The changing torsional force b is set according to FIG. la from the control force d, which is transmitted from the wedge-shaped 'grooves 7 and 8 of the inner' and the outer tefles, 3 and 4 of the joint body to the upper ball 10 in this rigurously to counteract the frictional effect caused by the on the parts 3 and 4 acting on them torsional forces a and b originate in the grooved track to the right, -urid of the additional control force c together, which is exerted by the cage ll ', on the lower ball 10 to move them to the left to push. This, - control forces serve, the plane h of the six ball bearings, as from FIG . la easy to keep in the plane of symmetry to the axes i and k of the two bent shafts 1 and 9 in order to ensure the synchronism of the two parts of the joint.

Wird nun die, Steuerarbeit zum Verschieben der Laufkugeln10 als schraffierte Fläche in ein Schaubild, F i g. 3, eingetragen, in dem als Ordinate obethalb der Nullinie 0 beispielsweise die Steuerkraft c des Käfigs und untzthalb der Nullinie die Steuerkraft d des aus den Rillen 7 und 8 gebildeten Keilwinkels über dem Umfangswinkel des Gelenkes als Abzisse aufgezeichnet ist, dann ergibt sich der Gesamtverlust aus der Steuerarbeit von zwei gegenüberliegenden Laufkugeln 10 nach F i g. 4 als Summe aus den Steuerkräften c und d über dem Umfangswinkel. Der Steuerkraftverlauf unterliegt also einer ständigen Änderung zwischen 0 und einem Höchstwert, so daß bei gleichmäßigem Eingangsdrehmoment ein periodisch schwankendes Ausgangsdrehmoment erhalten wird. Die bekannten Gleichlauf-Drehgelenke mit sechs Laufkugeln sind wegen dieses periodischen Steuerkraftverlaufs sehr anfällig in bezug auf die Laufruhe, sie neigen zum »Knacken«. Außerdem ist die Belastbarkeit derartiger Gelenke, wenn sie bei größerem Beugungswinkel arbeiten müssen, infolge der hohen Schwellast auf Käfig und Laufbahn erheblich herabgesetzt.If the control work for moving the balls 10 is now shown as a hatched area in a diagram, FIG . 3, entered, in which the ordinate above the zero line 0, for example, the control force c of the cage and below the zero line the control force d of the wedge angle formed from the grooves 7 and 8 is recorded over the circumferential angle of the joint as the abscissa, then the total loss results from the control work of two opposing running balls 10 according to FIG. 4 as the sum of the control forces c and d over the circumferential angle. The control force curve is therefore subject to a constant change between 0 and a maximum value, so that with a constant input torque a periodically fluctuating output torque is obtained. The known constant velocity swivel joints with six running balls are very sensitive to the smoothness of running because of this periodic control force curve, they tend to "crack". In addition, the resilience of such joints, if they have to work at a larger flexion angle, is considerably reduced as a result of the high swelling load on the cage and track.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Gleichlauf-Drehgelenk der obigen B:auart die Drehmomentschwankungen zu verringern und die Laufruhe des Gelenks zu verbessern, ohne das übertragbare Drehrnoment und die Größe des Gelenkes merklich zu ändern.The invention is now based on the object of a constant velocity swivel joint the above B: auart to reduce the torque fluctuations and the smoothness of the To improve the joint without the transferable torque and the size of the joint noticeably change.

Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß als Laufkugelzahl die Zahl fünf oder sieben gewählt wird.This object is achieved according to the invention in that as a ball number the number five or seven is chosen.

Während bei Verwendung von sechs über den Umfang verteilten Laufkugeln bei einer Umdrehung des Gelenkes sechs Schwingungen auftreten, treten nämlich bei Anwendung von fünf oder sieben über den Umfang verteilten Laufkugeln bei einer Umdrehung nicht entsprechend fünf oder sieben, sondern zehn bzw. vierzehn Schwingungen auf. Dies rührt daher, daß bei sechs Laufkugeln jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Kugeln gleichzeitig durch die von den Achsen des gebeugten Gelenkes gebildete Ebenen hindurchgehen, während bei einem Gelenk mit einer ungeraden Kugelzahl die Laufkuggeln nacheinander auf den einander gegenüberliegenclen Seiten des Gelenkmittelpunktes durch diese Ebene hindurchgehen. Bei einer Umdrehung gehen alle Kugeln einmal auf der einen Seite und einmal auf der gegenüberliegenden Seite des Gelenkmittelp#un#ktes durch die von den Achsen des gebeugten Gelenkes gebildete Ebene hindurch, so daß bei einer Umdrehung tatsächlich zehn bzw. vierzehn Schwingungen auftreten. Da jeweils nur eine Laufkugel durch die genannte Ebene hindurchgeht, tritt auch nicht, wie bei dem Gelenk mit sechs Laufkugeln, jeweils eine Summierung der an zwei gegenüberliegenden Laufkugeln auftretenden Steuerkräfte auf, sondern die Steuerkräfte wirken nacheinander. Ohne wesentliche Änderung des durch das Gelenk C übertragbaren Drehmoments und der Größe des Ge- lenkes erhält man also mit fünf oder sieben statt sechs Laufkugeln nicht nur etwa eine Verdoppelung der Schwingungsfrequenz und damit eine größere Laufruhe, sondern gleichzeitig eine Verringerung der Drehmornentschwankungen auf praktisch die Hälfte.While six oscillations occur with one rotation of the joint when using six running balls distributed over the circumference, when five or seven running balls distributed over the circumference do not occur correspondingly five or seven, but ten or fourteen oscillations during one revolution. This is due to the fact that with six ball bearings two diametrically opposite balls pass simultaneously through the planes formed by the axes of the flexed joint, while with a joint with an odd number of balls the ball bearings pass one after the other on the opposite sides of the joint center point through this plane. During one revolution, all balls go through the plane formed by the axes of the flexed joint on one side and once on the opposite side of the joint center point, so that ten or fourteen oscillations actually occur during one revolution. Since only one ball passes through the above-mentioned plane, the control forces occurring at two opposing balls do not add up, as is the case with the joint with six balls, but the control forces act one after the other. Without substantially changing the transmittable by the joint C torque and the size of the overall Lenke you so do not get five or seven instead of six running balls only about a doubling of the oscillation frequency and thus run more smoothly, but also a reduction in Drehmornentschwankungen on virtually half .

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der F ig. 5 bis 8 an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to FIGS. 5 to 8 explained in more detail using an exemplary embodiment.

F i g. 5 und 6 zeigen ein Gelenk mit sieben gleichmäßig über den Umfang verteilten Kugeln 10. Das Schaubild für die Steuerarbeit der Laufkugeln zeigt F i g. 7. Die Länge einer Schwingung beträgt jeweils Die bei gebeugtem Gelenk gemäß F i g. 1 a wirkende Steuerkraft c des Käfigs ist wieder oberhalb der Nullinie 0 und die Steuerkraft d des Keilwinkels unterhalb der Nullinie aufgetragen. Da bei dem Gelenk mit sieben Laufkugeln die Laufkugeln oberhalb und unterhalb des Gelenkmittelpunktes nacheinander durch die von den Achsen des gebeugten Gelenkes gebildete Ebene gehen, sind die Schwingungen der Steuerkraft d um "'0/14 #:# 25,50 gegeneinander verschoben. Die Gesamtverlustarbeit zeigt dann Fig. 8. Hier ist zu erkennen, daß im Vergleich zu Fig.4 einerseits die periodische Änderung der Steuerkraft durch die Erhöhung der Frequenz geglättet und andererseits die maximale Steuerkraft verringert wurde.F i g. 5 and 6 show a joint with seven balls 10 evenly distributed over the circumference. The diagram for the control work of the running balls shows FIG . 7. The length of an oscillation is in each case that of the flexed joint according to FIG. 1 a acting control force c of the cage is again plotted above the zero line 0 and the control force d of the wedge angle below the zero line. Since in the joint with seven drive balls, the bearing balls above and go below the joint center point sequentially through the formed by the axes of the diffracted joint plane, the vibration of the control force are d to "'0/14#:# 25.50 shifted from each other, the total loss of work. then shows FIG. 8. Here it can be seen that, in comparison to FIG. 4, on the one hand the periodic change in the control force has been smoothed by increasing the frequency and, on the other hand, the maximum control force has been reduced.

Claims

Claim: Uniform swivel joint with torque transmission through the smallest possible number of balls, which are held in a cage , which forms a spherical zone lying between the spherical surface zones of an inner and an outer joint body, and in grooves which are each provided in a meridian plane containing the common axis of the aligned shafts in the spherical surface zones of the inner and outer joint body and have a generation axis perpendicular to the meridian plane, which is symmetrical to the common axis of the aligned shafts the Dr-Ohgülenkmittelpunkt intersects points, characterized in that the ball number (10, 12) is five or seven. Documents considered: French, Patentschift No. 1 242 486; British Patent No. 835,936; USA. Patent Nos. 1,524,161, 2,047,660.