DE1213678B

DE1213678B - Universal joint coupling, especially for heavy cardan shafts

Info

Publication number: DE1213678B
Application number: DEM48948A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Koch; Karl Sailer
Original assignee: Maybach Motorenbau GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1961-05-05
Filing date: 1961-05-05
Publication date: 1966-03-31

Description

Kreuzgelenkkupplung, besonders für schwere Gelenkwellen Für die Kraftübertragung in schweren Fahrzeugen, die von Brennkraftmaschinen angetrieben werden, verwendet man im allgemeinen Gelenkwellen mit Kreuzgelenken. Die Kreuzgelenkkupplung, von denen die Erfindung ausgeht, besteht aus zwei Gelenkgabeln mit Lageraugen, gegebenenfalls mit Lagerbuchsen, in denen ein Zapfenkreuz mit zylindrischen Lagerzapfen gelagert ist. Es gibt eine Bauart mit deckellosen, das Lager umschließenden Augen aus einem Stück und eine andere Bauart mit Lageraugen, die mit Deckeln geschlossen sind.Universal joint coupling, especially for heavy cardan shafts For power transmission used in heavy vehicles powered by internal combustion engines one in general cardan shafts with universal joints. The universal joint coupling, from which the invention is based on, consists of two joint forks with bearing eyes, if necessary with bearing bushes in which a journal cross with cylindrical bearing journals is mounted is. There is a design with coverless eyes that enclose the bearing from one Piece and another type with bearing eyes that are closed with lids.

Besonders im schweren Schienenfahrzeugbetrieb haben sich infolge der ständig steigenden Leistungen und Drehzahlen an solchen Kreuzgelenken mehr und mehr Schäden gezeigt. Diese Schäden traten vorwiegend an den Enden der Lager auf, z. B. durch Bruch der meistbeanspruchten Nadeln, wenn Nadellager verwendet werden. Auch übemormale Ab- nutzung, die sogar zu Ausbrüchen in den Lagerflächen führte, wurde festgestellt.Especially in heavy rail vehicle operation, more and more damage has been shown to such universal joints as a result of the constantly increasing performance and speeds. This damage mainly occurred at the ends of the bearings, e.g. B. by breaking the most stressed needles when needle bearings are used. Also übemormale wear and tear, which even led to outbreaks in the bearing surfaces, was found.

Es wurde daher planmäßig untersucht, wie eigentlich die Last in derartigen Lagern mit Nadeln bei einem statischen Höchstdrehmoment verteilt ist. Hierzu wurden die zylindrischen Lagerzapfen eines Zapfenkreuzes verkupfert, und das Kreuzgelenk wurde dem Höchstdrehmoment unterworfen. Auf der Kupferschicht ergaben sich dann Eindrücke der Nadeln von einer gewissen Breite. Durch Eichen derartiger Eindrücke kann man an jeder Stelle die Last unmittelbar aus der jeweiligen Breite der Eindruckstelle ablesen. Hieraus kann man die Lastverteilung über die Nadellänge erkennen.It was therefore planned to investigate how the load in such Bearings with needles at a maximum static torque is distributed. For this were the cylindrical bearing journals of a journal cross are copper-plated, and the universal joint was subjected to the maximum torque. Then resulted on the copper layer Impressions of the needles of a certain width. By calibrating such impressions you can see the load at every point directly from the respective width of the indentation point read off. From this one can see the load distribution over the needle length.

In F i g. 1 der Zeichnung ist ein Zapfenkreuz 11 üblicher Bauart dargestellt. über den zylindrischen Lagerzapfen 12 und 13 des Zapfenkreuzes sind Kurven 14 und 15 aufgetragen, die sich aus einzelnen Meßwerten ergeben und die Verteilung der Last im Lastbereich längs der höchstbelasteten Nadel in dem Nadellager zeigen. In beiden Kurven 14 und 15 beträgt die Last an dem äußeren Ende gegenüber der mittleren Last fast das Doppelte. Auch an dem inneren Ende steigt die Last an.In Fig. 1 of the drawing shows a cross member 11 of conventional design. Curves 14 and 15 are plotted over the cylindrical bearing journals 12 and 13 of the journal cross. These curves result from individual measured values and show the distribution of the load in the load area along the most heavily loaded needle in the needle bearing. In both curves 14 and 15 the load at the outer end is almost double that of the middle load. The load also increases at the inner end.

In F i g. 2 der Zeichnung ist ein Schnitt durch den zylindrischen Lagerzapfen 12 dargestellt. Die Strahlen am Umfang des zylindrischen Lagerzapfens 12 geben die Gesamtlast auf jeder einzelnen Nadel an. Auch hier zeigt sich, daß die Gesamtlast 16 der Nadel im Lastbereich weit höher ist als die Gesamtlast 17 bzw. 18 auf den beiden benachbarten Nadeln in diesem Bereich. Hiernach weist auch die Lastverteilung über dem Umfang des zylindrischen Lagerzapfens ebenfalls eine unerwünschte Spitze auf. Gemäß der Erfindung werden diese Spitzen in der Lastverteilun g dadurch beseitigt, daß die nach außen vorragenden Lageraugen so ausgebildet sind, daß ihre Radialquerschnitte nach dem Zapfenende zu schmaler werden und daß die Lageraugenquerschnitte in ihrer zur Gabelachse etwa senkrechten Ebene den kleinsten Wert aufweisen und von diesen Stellen aus bis zu einem Bereich von etwa 45' beidseitig der Ebene stetig größer werden, damit der aus dem zu übertragenden Drehmoment herrührende Lagerdruck in jedem Lager des Zapfenkreuzes sowohl über die Länge als auch über den Umfang möglichst gleichmäßig verteilt ist. Hierdurch wird in allen Teilen des Gelenks, besonders aber in den kraftübertragenden Bereichen, eine gleichmäßige Ausnutzung des Werkstoffs erzielt, so daß das Gelenk trotz der hohen übertragungsleistungen und Drehzahlen verhältnismäßig leicht gebaut werden kann.In Fig. 2 of the drawing shows a section through the cylindrical bearing journal 12. The rays on the circumference of the cylindrical journal 12 indicate the total load on each individual needle. Here, too, it can be seen that the total load 16 of the needle in the load area is far higher than the total load 17 or 18 on the two adjacent needles in this area. According to this, the load distribution over the circumference of the cylindrical bearing journal also has an undesirable peak. According to the invention, these peaks are in the Lastverteilun g eliminated by the formed outwardly projecting bearing lugs so that its radial cross sections are narrower at the spigot end and that the bearing eyes cross-sections in their substantially perpendicular to the fork axis plane having the minimum value and of these Places from up to an area of about 45 'on both sides of the plane are steadily larger so that the bearing pressure resulting from the torque to be transmitted is distributed as evenly as possible in each bearing of the journal cross, both over the length and over the circumference. As a result, uniform utilization of the material is achieved in all parts of the joint, but especially in the force-transmitting areas, so that the joint can be built relatively easily despite the high transmission capacities and speeds.

Nach einer aus Raumgründen bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung hat jedes nach außen vorragende Lagerauge im wesentlichen die Gestalt etwa eines quadratischen Pyramidenstumpfes.According to a preferred embodiment of the invention for reasons of space each outwardly protruding bearing eye essentially has the shape of about one square truncated pyramid.

In der Zeichnung zeigen die F i g. 1 bis 4 ein Kreuzgelenk der bisherigen Bauart, und zwar F i g. 1 das Zapfenkreuz und die Lastverteilung in der Lagerlängsrichtung, F i g. 2 die Lastverteilung über den Umfang des Lagers, F i g. 3 einen Schnitt durch die Zapfenlagerung und F i g. 4 ein zusammengebautes Gelenk in der Ansicht.In the drawing, the F i g. 1 to 4 a universal joint of the previous type, namely F i g. 1 the journal cross and the load distribution in the longitudinal direction of the bearing, F i g. 2 the load distribution over the circumference of the bearing, F i g. 3 shows a section through the journal bearing and FIG . 4 an assembled joint in the view.

Die F i g. 5 bis 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Kreuzgelenks gemäß der Erfindung, und zwar F i g. 5 das Zapfenkreuz und die Lastverteilung in der Lagerlängsrichtung, F i g. 6 die Lastverteilung über den Umfang des Lagers, F i g. 7 einen Schnitt durch die Zapfenlagerung in der Zapfenkreuzebene, Fig. 8 die Ansicht des zusammengebauten Gelenks und F i g. 9 einen Schnitt durch die Zapfenlagerung in einer zur Zapfenkreuzebene um etwa 4511 geneigten Schnittebene.The F i g. 5 to 9 show an embodiment of a universal joint according to the invention, namely FIG. 5 the journal cross and the load distribution in the longitudinal direction of the bearing, FIG . 6 the load distribution over the circumference of the bearing, F i g. 7 shows a section through the journal bearing in the journal cross plane, FIG. 8 shows the view of the assembled joint, and FIG. 9 shows a section through the journal bearing in a sectional plane inclined by approximately 4511 to the journal cross plane.

In den F i g. 3 und 4 weist die eine Gelenkgabel 19 ein Lagerauge 20 rechteckigen Querschnitts und die andere Gelenkgabel 21 ein gleichartiges Auge 22 auf. Das Zapfenkreuz 11 mit vier zylindrischen Lagerzapfen 12, 13 ist in den beiden Gelenkgabeln 19 und 21 gelagert. Für die Lagerung sind Nadeln 23 in Käfigen 24 und Büchsen 25 verwendet. Die Lagerbüchsen 25 sind in die Augen 20 eingepreßt und mit Sprengringen 26 gesichert. Die Nadellager 23, 24 sind nach innen zu durch Profilringe abgedichtet und werden durch Bohrungen 27 und 28 mit Schmiermittel versorgt.In the F i g. 3 and 4, one joint fork 19 has a bearing eye 20 of rectangular cross-section and the other joint fork 21 has an eye 22 of the same type. The journal cross 11 with four cylindrical bearing journals 12, 13 is mounted in the two joint forks 19 and 21. Needles 23 in cages 24 and sleeves 25 are used for storage. The bearing bushes 25 are pressed into the eyes 20 and secured with snap rings 26. The needle bearings 23, 24 are sealed towards the inside by profile rings and are supplied with lubricant through bores 27 and 28.

Das Kreuzgelenk nach den F i g. 7 bis 9 besteht aus den gleichartigen Gelenkgabeln 29 und 30 mit Lageraugen 31 und 32. In den Lageraugen 31 und 32 ist ein Zapfenkreuz 33 gelagert. Die Lager dieses Zapfenkreuzes 33 bestehen je aus Nadeln 34 in einem Käfig 35 und einer Buchse 36. Die Buchse 36, die mit dem nach der Gelenkmitte zu gelegenen Teil ihrer Außenfläche im Lagerauge 31 festsitzt, wird durch einen einschraubbaren Deckel 37 in axialer Richtung gehalten,'der durch Verstemmen an seinem Gewinde 38 an einigen durch kleine Kreise bezeichneten Stellen (F i g. 8) seines Umfanges gegen Herausdrehen gesichert ist. Der Deckel 37 drückt mit einem Rand 39 auf einen Bund 40 der Buchse 36 und hat zwischen seiner inneren Grundfläche 41 und der Stimfläche des zylindrischen Lagerzapfens 42 des Zapfenkreuzes 33 ein Spiel von einigen hundertstel Millimeter.The universal joint according to FIGS. 7 to 9 consists of the same type of joint forks 29 and 30 with bearing eyes 31 and 32. A cross member 33 is mounted in the bearing eyes 31 and 32. The bearings of this cross member 33 each consist of needles 34 in a cage 35 and a bushing 36. The bushing 36, which is fixed with the part of its outer surface located towards the center of the joint in the bearing eye 31 , is held in the axial direction by a screw-in cover 37, 'which is secured against unscrewing by caulking on its thread 38 at some points (FIG . 8) indicated by small circles on its circumference. The cover 37 presses with an edge 39 on a collar 40 of the socket 36 and has a play of a few hundredths of a millimeter between its inner base 41 and the end face of the cylindrical bearing journal 42 of the journal cross 33.

Wie aus F i g. 7, die einen Schnitt nach Linie 7-7 in F i g. 8 zeigt, ersichtlich, nimmt der Querschnitt des Lagerauges 31 nach außen zu in bestimmter Weise ab. Das hat zur Folge, daß die Last in diesem Bereich -über die Länge des Lagers gleichförmig verteilt ist, wie aus der Lastverteilung nach Kurve 43 der am meisten belasteten Nadel in F! g. 5 über dem Lagerzapfen 42 hervorgeht. Die Belastung entsteht dadurch, daß die Gabel 30 das Zapfenkreuz 3,3 an dem zylindrischen Lagerzapfen 44 in Pfeilrichtung mit dem Höchstdrehmoment mitnehmen will. über das Zapfenkreuz 33 wird die Belastung auf den zylindrischen Lagerzapfen 42 übertragen. Die Lastverteilung der hauptbelasteten Nadel am zylindrischeu Lagerzapfen 44 zeigt die Kurve 45. Die Kurven 43 und 45 weisen keine Spitzen mehr auf, sondern die Last ist je nahezu gleichförmig über die gesamte Länge der Lager verteilt.As shown in FIG. 7, which shows a section along line 7-7 in FIG. 8 shows, it can be seen, the cross-section of the bearing eye 31 decreases towards the outside in a certain way. The consequence of this is that the load in this area is evenly distributed over the length of the bearing, as can be seen from the load distribution according to curve 43 of the most heavily loaded needle in F ! G. 5 above the bearing pin 42 can be seen. The load arises from the fact that the fork 30 wants to take along the journal cross 3, 3 on the cylindrical bearing journal 44 in the direction of the arrow with the maximum torque. The load is transmitted to the cylindrical bearing journal 42 via the journal cross 33. The load distribution of all the loaded needle zylindrischeu bearing pin 44 shows the curve 45. The curves 43 and 45 have no points but instead, the load is virtually ever uniformly distributed over the entire length of the bearing.

Damit nun auch die Verteilung über den Umfang des Lagers möglichst gleichförmig Wird, nimmt der Querschnitt des Auges 31 bzw. 37, der Gelenkgabel 29 bzw. 30 aus dem Lastbereich heraus nach beiden Seiten, besonders gegen das Ende der Gelenkgabel, in bestimmter Weise zu. Dies ist durch den größten Querschnitt 46 in F i g. 9 veranschaulicht, die den Schnitt nach Linie 9-9 durch das Lagerauge 32 in F i g. 8 wiedergibt. Damit die Zunahme des Querschnitts 46 gegenüber dem Querschnitt nach Fig. 7 verglichen werden kann, ist der Schnitt in F i g. 9 nach rechts in die gleiche Lage gedreht dargestellt. Infolge der Querschnittsvergrößerung ergibt sich eine Lastverteilung auf die einzelnen Nadeln, wie sie in F i g. 6 -über dem Querschnitt des zylindrischen Lagerzapfens 42 gezeigt ist. Der Lastbereich wird etwa durch die jeweiligen Gesamtlasten 47, 48 und 49 auf den Nadeln in F i g. 6 dargestellt. Es zeigt sich, daß diese Gesamtlasten 47, 48 und 49 untereinander nahezu gleich sind, im Gegensatz zu den Lasten 16, 17 und 18 in F i g. 2. Das Maß der Zunahme bzw. Abnahme der Querschnitte des Lagerauges wird am besten durch Probieren bestimmt.So that the distribution over the circumference of the bearing is as uniform as possible, the cross-section of the eye 31 or 37, the joint fork 29 or 30 increases in a certain way out of the load area to both sides, especially towards the end of the joint fork. This is indicated by the largest cross section 46 in FIG. 9 illustrates the section along line 9-9 through the bearing eye 32 in FIG. 8 reproduces. So that the increase in cross section 46 can be compared with the cross section according to FIG. 7 , the section in FIG. 9 shown rotated to the right in the same position. As a result of the increase in cross-section, there is a load distribution on the individual needles, as shown in FIG. 6 is shown above the cross section of the cylindrical journal 42. The load range is roughly determined by the respective total loads 47, 48 and 49 on the needles in FIG. 6 shown. It can be seen that these total loads 47, 48 and 49 are almost equal to one another, in contrast to loads 16, 17 and 18 in FIG. 2. The extent of the increase or decrease in the cross-sections of the bearing eye is best determined by trial and error.

Die Gleichförmigkeit der Lastverteilung wird noch dadurch unterstützt, daß die vier Arme des Zapfenkreuzes aus einer vertieft gekrümmten Wurzel 50 sich erstrecken und im wesentlichen je aus einem nach außen kegelig abnehmenden Teil 51 bzw. 52 und den zylindrischen Lagerzapfen 42 bzw. 44 bestehen.The uniformity of the load distribution is further supported by the fact that the four arms of the journal cross extend from a deeply curved root 50 and essentially each consist of an outwardly conically decreasing part 51 and 52 and the cylindrical bearing journals 42 and 44, respectively.

Die NadeRager 34, 35 sowie die Spielräume zwischen dem Deckel 37 und der Lagerbuchse 36 werden durch Schinierbohrungen 53 und 54 mit Schmiermittel versorgt, das an den Stirnflächen der zylindrischen Lagerzapfen 42 und 44 in Radialnuten 55 gelangen kann.The needle bearings 34, 35 and the clearances between the cover 37 and the bearing bush 36 are supplied with lubricant through hinge bores 53 and 54, which lubricant can get into radial grooves 55 on the end faces of the cylindrical bearing journals 42 and 44.

Wenn der zylindrische Lagerzapfen eine sich nach außen erweiternde Ausnehmung als Schmiermittel-Vorratsraum hat, so trägt auch diese Formgebung zur gleichförmigen Lastverteilung im Lager bei.If the cylindrical journal is an outwardly widening Has recess as a lubricant storage space, this shape also contributes to uniform load distribution in the warehouse.

Die beschriebenen Maßnahmen lassen sich auch auf Gleitlager anwenden.The measures described can also be applied to plain bearings.

Claims

Claims. 1. A universal joint coupling, in particular for heavy-duty propeller shafts, comprising two joint forks with bearing eyes and the bearing bushes, in which a cross member is mounted with cylindrical bearing pins, -zeichnet d a d u rch g e k hen that the outwardly projecting bearing lugs (31,32 ) are designed so that their radial cross-sections become too narrow after the pin end, and that the bearing eye cross-sections have the smallest value in their plane approximately perpendicular to the fork axis and are steadily larger from these points up to an area of about 451 on both sides of the plane, so the bearing pressure resulting from the torque to be transmitted in each bearing (34) of the journal cross (33) is distributed as evenly as possible both over the length and over the circumference.

2. Universal joint coupling according to claim 1, characterized in that each outwardly projecting bearing eye (31, 32) has the shape of an approximately square stamped pyramid. Documents considered: German Patent No. 838 552; German utility model No. 1806 799-, 1806 800, 1822 748; French Patent No. 920 877; U.S. Patent Nos. 2,020,253 , 2,903,868; Alfred Buske, "The influence of warehouse design on load-bearing capacity and operational safety";"Stahl und Eisen" magazine, issue 26 from December 20, 1951, p.1423.