DE19757392A1

DE19757392A1 - Gleichlaufgelenk des Kreuznuttyps

Info

Publication number: DE19757392A1
Application number: DE19757392A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Tanigaki
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1998-07-02
Also published as: KR19980064372A; JPH10184718A; US5967900A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleichlaufgelenk des Kreuznuttyps, das für Propellerwellen oder Antriebswellen von Automobilen verwendet wird.

Ein Gleichlaufgelenk des Kreuznuttyps ist so ausgeführt, daß jede der einander entsprechenden Führungsnuten eines äußeren Gelenkelements und eines inneren Gelenkelements in Umfangs richtung einander entgegengesetzt geneigt sind und daß eine Drehmoment-Übertragungskugel in einem Laufbahnabschnitt ge halten und kontrolliert wird, in dem sich die beiden Füh rungsnuten kreuzen, wobei das Gelenk, da das Spiel zwischen den Drehmoment-Übertragungskugeln und den Führungsnuten ver ringert werden kann, für Propellerwellen oder Antriebswellen von Automobilen, wo ein derartiges Spiel unzulässig ist, in weitem Umfang eingesetzt wird.

Fig. 4 zeigt ein äußeres Gelenkelement 11 eines Gleichlauf gelenks des Kreuznuttyps. Wie aus Fig. 4(a) ersichtlich ist, sind Führungsnuten 11a, die unter einem Kreuzungswinkel γ in der einen Umfangsrichtung bezüglich einer Axiallinie X ge neigt sind, und Führungsnuten 11a, die unter einem Kreuzungs winkel γ in der anderen Umfangsrichtung geneigt sind, abwech selnd in einer inneren Umfangsfläche 11b des äußeren Gelenk elements 11 ausgeformt. Fig. 4(b) ist eine Ansicht der Füh rungsnut 11a bei Betrachtung derselben von der inneren Dia metralseite. Eine Linie L im Nutgrund ist unter dem Kreu zungswinkel γ in Umfangsrichtung geneigt. Gestrichelte Linien auf der Oberfläche beider Seitenwände der Führungsnut 11a stellen Berührungslinien C zwischen einer Drehmoment-Über tragungskugel und der Führungsnut 11a dar. Die linke und rechte Berührungslinie C verlaufen parallel und abstands gleich zur Linie L im Nutgrund. Grenzlinien N zwischen der Führungsnut 11a und der inneren Umfangsfläche 11b verlaufen jedoch nicht parallel zur Linie L im Nutgrund, sondern haben eine vorgegebene Neigung.

Fig. 5 zeigt Querschnittansichten jeweils entlang den Linien A-A, B-B und C-C der Führungsnut 11a von Fig. 4(b). Der Quer schnitt A-A ist ein Schnitt in senkrechter Richtung zur Linie L im Nutgrund der Führungsnut 11a am innenseitigen Ende, der Querschnitt C-C ist ein Schnitt in senkrechter Richtung zur Linie L im Nutgrund der Führungsnut 11a am vorderen Seiten ende und der Querschnitt B-B ist ein Schnitt in senkrechter Richtung zur Linie L im Nutgrund der Führungsnut 11a im Ge lenkmittelpunkt 0. L' kennzeichnet die Senkrechte, die den Kugelmittelpunkt 0' mit der Linie L im Nutgrund verbindet, α kennzeichnet den Berührungswinkel, und X' ist die Lage der Axiallinie X. Aus derselben Figur ist ersichtlich, daß die Differenz der Nuttiefe zwischen dem linksseitigen und dem rechtsseitigen Bereich vom Gelenkmittelpunkt 0 zum Nutende allmählich zunimmt, wobei die maximale Differenz am Nutende (Querschnitt A-A, Querschnitt C-C) vorliegt, obwohl die Nut tiefe (die Länge eines Bogen von der Linie L im Nutgrund zur Grenzlinie N) der Führungsnut 11a des linksseitigen und rechtsseitigen Bereichs im Gelenkmittelpunkt 0 (Querschnitt B-B) identisch ist. Eine derartige Konstruktion resultiert notwendigerweise aus der Führungsnut 11a mit einem Kreuzungs winkel y bezüglich der Axiallinie X, und diese Konstruktion ist für Gleichlaufgelenke des Kreuznuttyps typisch.

Im allgemeinen wird die oben beschriebene Führungsnut 11a des äußeren Gelenkelements 11 nach dem Schmieden durch Schleifen etc. ausgeformt. Herkömmlicherweise wird bei diesen Ferti gungsprozessen die Führungsnut 11a so bearbeitet, daß die Genauigkeit sämtlicher Bereiche derselben gewährleistet ist.

Obwohl die Nuttiefe der Führungsnut 11a des äußeren Gelenk elements 11 zwischen dem linksseitigen und dem rechtsseitigen Bereich an vom Gelenkmittelpunkt 0 entfernt liegenden Stellen verschieden ist, wenn die Führungsnut 11a von der Drehmoment- Übertragungskugel mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, ist es die flache Seite der Führungsnut 11a, auf der die Gefahr besteht, daß sich die Drehmoment-Übertragungskugel aus der Führungsnut 11a löst, und die Leistung sowie die Dauerhaftig keit von Gelenken werden von der Nuttiefe im flachen Ab schnitt bestimmt. Es ist deshalb erforderlich, eine Nuttiefe sicherzustellen, die im Hinblick der Konstruktion des Gelenks auf der flachen Seite notwendig ist, und demzufolge wird ein Außenbereich D der tiefen Seite (siehe Querschnitt A-A und Querschnitt C-C, Fig. 5) ein Bereich, der keinerlei Einfluß auf Leistung und Dauerhaftigkeit von Gelenken hat.

Beim herkömmlichen Gelenk jedoch erfolgt die spanende Bear beitung zur Sicherstellung der Genauigkeit sogar im oben ge nannten Bereich D, der keinen Einfluß auf Leistung und Dauer haftigkeit des Gelenks hat. Eine derartige Bearbeitung kann als sog. übergenaue Qualitätsbearbeitung bezeichnet werden. Des weiteren nimmt die Zykluszeit der spanenden Bearbeitung zu, da der oben genannte Bereich D bearbeitet wird, wodurch die Produktivität abnimmt.

Um das oben beschriebene Problem zu lösen, hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung bereits früher eine Konstruktion vorgeschlagen, bei der die Nuttiefe der Führungsnut des äuße ren Gelenkelements im linksseitigen und im rechtsseitigen Be reich identisch ist, wobei die Linie im Nutgrund als Referenz dient, und in in allen Bereichen in der Längsrichtung entlang der Linie im Nutgrund der Führungsnut regelmäßig ist (japani sche Patentanmeldung Nr. 2 16 725, 1993).

Wenn jedoch diese Art eines Gleichlaufgelenks eine Rotations kraft überträgt, während es einen Betriebswinkel einnimmt, ist die auf die Führungsnut wirkende Last nicht in allen Bereichen in der Längsrichtung gleichmäßig, sondern im zen tralen Bereich (Bereich des Normalbetriebs) einschließlich des Gelenkmittelpunktes am größten, und nimmt allmählich vom zentralen Bereich in Richtung der beiden Enden ab. Deshalb kann bei der bereits vorgeschlagenen Konstruktion (japanische Patentanmeldung Nr. 2 16 725, 1993) die Gefahr bestehen, daß die Belastbarkeit des zentralen Bereichs (Bereich des Normal betriebs) je nach Einsatzbedingungen unzureichend wird.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, die Belastbarkeit im Bereich des Normalbetriebs sicherzustellen, um dadurch eine gute Dauerhaftigkeit aufrechtzuerhalten, während die Produktivität der Fertigungsprozesse für Gleichlaufgelenke des Kreuznuttyps erhöht wird.

Zur Lösung der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfin dung eine Konstruktion bereit, bei der die Nuttiefe jeder der Führungsnuten eines äußeren Gelenkelements des linksseitigen und des rechtsseitigen Bereichs der Querschnitte senkrecht zu einer Linie im Nutgrund identisch, in einem zentralen Bereich einschließlich des Gelenkmittelpunktes am größten ist und in Richtung beider Seitenenden vom zentralen Bereich aus allmäh lich abnimmt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Vergleich zu den in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten herkömmlichen Gelenken der Bereich, für den Genauigkeit sicherzustellen ist, weiter ver kleinert, und die Durchführung der Qualitätskontrolle wird wesentlich einfacher. Da des weiteren der spanend zu bearbei tende Bereich verkleinert ist, wird die Zykluszeit der Bear beitung verkürzt. Da außerdem die Nuttiefe der Führungsnut im mittleren Bereich, der der Bereich des Normalbetriebs wird, am größten ist, kann die Dauerhaftigkeit wie beim im Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten herkömmlichen Gelenk sichergestellt werden. (Die Dauerhaftigkeit wird im Vergleich zu derjenigen des Gelenks gemäß der bereits eingereichten japanischen Pa tentanmeldung Nr. 2 16 725 von 1993 erhöht).

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Gleichlaufgelenks des Kreuznuttyps;

Fig. 2(a) ist eine perspektivische Ansicht eines äußeren Gelenkelements, und Fig. 2(b) ist eine Ansicht einer von der inneren Diametralseite aus betrachteten Führungsnut;

Fig. 3 sind Querschnittsansichten der Führungsnut jeweils entlang der Linien A-A, B-B und C-C in Fig. 2(a);

Fig. 4(a) ist eine perspektivische Ansicht eines äußeren Gelenkelements, und Fig. 4(b) ist eine Ansicht einer von der inneren Diametralseite aus betrachteten Führungsnut; und

Fig. 5 sind Querschnittsansichten der Führungsnut jeweils entlang der Linien A-A, B-B und C-C in Fig. 4(b).

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er findung detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Gleichlaufgelenk des Kreuznuttyps für die Antriebswelle eines Automobils. Dieses Gleichlaufgelenk weist ein äußeres Gelenkelement 1 mit einer Vielzahl Führungsnuten 1a in einer inneren Umfangsfläche 1b desselben, ein inneres Gelenkelement 2 mit einer Vielzahl Führungsnuten 2a in einer äußeren Umfangsfläche 2b desselben, Drehmoment-Übertragungs kugeln 3, die in zwischen den Führungsnuten 1a und 2a ausge formten Kugellaufbahnen angeordnet sind, und einen Käfig 4 zur Halterung der Drehmoment-Übertragungskugeln 3 auf.

Fig. 2 zeigt das äußere Gelenkelement 1 des oben genannten Gleichlaufgelenks des Kreuznuttyps. Das äußere Gelenkelement 1 ist topfförmig und hat einen integralen Schaft 1e. Wie aus Fig. 2(a) ersichtlich ist, sind Führungsnuten 1a, die unter einem Kreuzungswinkel γ in der einen Umfangsrichtung bezüglich einer Axiallinie X geneigt sind, und Führungsnuten 1a, die unter einem Kreuzungswinkel γ in der anderen Umfangsrichtung geneigt sind, abwechselnd in einer inneren Umfangsfläche 1b des äußeren Gelenkelements 1 ausgeformt. Fig. 2(b) ist eine Ansicht einer von der inneren Diametralseite aus betrachteten Führungsnut 1a. Eine Linie L im Nutgrund der Führungsnut 1a ist unter dem Kreuzungswinkel γ bezüglich der Axiallinie in Umfangsrichtung geneigt. Gestrichelte Linien zu beiden Seiten der Führungsnut 1a stellen Berührungslinien C zwischen den Drehmoment-Übertragungskugeln 3 und der Führungsnut 1a dar. Die Berührungslinien C verlaufen parallel und abstandsgleich zur Linie L im Nutgrund.

Hinterschneidungsabschnitte 1c1, 1c2 sind in den Grenzberei chen zwischen der Führungsnut 1a und der inneren Umfangsflä che 1b ausgeformt und jeweils mit einem Gelenkmittelpunkt 0 als Referenz an der Innenseite und der Eintrittsseite ange ordnet. In der Führungsnut Ia mit dem Kreuzungswinkel γ in der in Fig. 2(b) gezeigten Richtung ist der Hinterschneidungsab schnitt 1c1 vom Gelenkmittelpunkt 0 zum eintrittseitigen Ende am Grenzbereich (in derselben Figur rechts) ausgeformt, und der Hinterschneidungsabschnitt 1c2 ist vom Gelenkmittelpunkt 0 zum innenseitigen Ende am Grenzbereich (in derselben Figur links) ausgeformt. Die Hinterschneidungsabschnitte 1c1, 1c2 werden allmählich in Richtung der Endabschnitte der Führungs nut 1a größer. Des weiteren ist in der Führungsnut 1a mit dem Kreuzungswinkel γ in entgegengesetzter Richtung zu der in Fig. 2(b) dargestellten der Bereich, in dem die Hinterschneidungs abschnitte 1c1, 1c2 ausgeformt sind, seitenverkehrt.

Fig. 3 zeigt Querschnittsansichten entlang der Linien A-A, B-B und C-C der Führungsnut 1a von Fig. 2 (b). Der Querschnitt A-A ist ein Schnitt in senkrechter Richtung zur Linie L im Nutgrund der Führungsnut 1a am innenseitigen Ende, der Quer schnitt C-C ist ein Schnitt in senkrechter Richtung zur Linie L im Nutgrund der Führungsnut 1a am eintrittsseitigen Ende und der Querschnitt B-B ist ein Schnitt in senkrechter Rich tung zur Linie L im Nutgrund der Führungsnut 1a im Gelenkmit telpunkt 0. L' kennzeichnet die Senkrechte, die den Kugelmit telpunkt Q' mit der Linie L im Nutgrund verbindet, α kenn zeichnet den Berührungswinkel und X' ist die Lage der Axial linie X. Wie aus derselben Figur ersichtlich ist, sind die Nuttiefen (θ1, θ2) der Führungsnut 1a im linksseitigen und rechtsseitigen Bereich einander in allen Querschnitten senk recht zur Linie L im Nutgrund identisch, und die Nuttiefe ist im zentralen Bereich einschließlich des Gelenkmittelpunkts 0 am größten (θ2) und nimmt allmählich vom zentralen Bereich in Richtung der beiden Enden ab. (θ1: θ2 < θ1).

Die Tiefen (θ1, θ2) werden bei der Auslegung anhand der Bedin gungen des Gelenks wie Last, Drehmoment etc. bestimmt. Die Hinterschneidungsabschnitte 1c1, 1c2 sind außerhalb der Nut tiefen (Bereiche) (θ1, θ2) vorgesehen (das heißt, sie entspre chen den in Fig. 5 dargestellten Bereichen D). Da die Berei che, in denen die Hinterschneidungsabschnitte 1c1, 1c2 vorge sehen sind, nicht mit der Leistung und der Dauerhaftigkeit des Gelenks in Beziehung stehen, ergeben sich keine Probleme bezüglich einer Verringerung der Leistung und Dauerhaftigkeit des Gelenks, obwohl die Hinterschneidungsabschnitte 1c1, 1c2 in diesen Bereichen liegen. Da es weiterhin ausreicht, die Genauigkeit der Führungsnut 1a in den Nuttiefen (Bereiche) (θ1, θ2) sicherzustellen, wird der Bereich, dessen Genauigkeit sicherzustellen ist, im Vergleich zum herkömmlichen in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Gelenk kleiner. Wenn jedoch außerdem diese Art eines Gleichlaufgelenks eine Rotationskraft über trägt, während es einen Betriebswinkel einnimmt, wird der zentrale Bereich mit dem Gelenkmittelpunkt 0 der Führungsnut 1a ein Bereich des Normalbetriebs, in dem die Last am größten wird. Da also die Nuttiefe der Führungsnut 1a in diesem zen tralen Bereich am größten ist, kann die Dauerhaftigkeit des Gelenks ebenso sichergestellt werden wie beim herkömmlichen in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Gelenk.

Die oben beschriebenen Hinterschneidungsabschnitte 1c1, 1c2 können gleichzeitig mit der Führungsnut 1a beim Schmieden des äußeren Gelenkelements 1 oder durch eine zusätzliche spanende Bearbeitung nach dem Schmieden ausgeformt werden. Zusätzlich zu der in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten gestuften Form sind verschiedene Formen der Hinterschneidungsabschnitte 1c1, 1c2 möglich, z. B. eine konische Form, eine gekrümmte Form etc.

Wie oben beschrieben ist es bei dem Gleichlaufgelenk des Kreuznuttyps durch Sicherstellen der Nuttiefen θ1, θ2 (θ2 < θ1) der Führungsnut 1a des äußeren Gelenkelements, die im Hinblick auf die Auslegung der Gelenke erforderlich sind, und dadurch, daß die Bereiche außerhalb dieses Nutbereichs die Hinterschneidungsabschnitte 1c1, 1c2 werden, möglich, den Be reich in den Führungsnuten 1a, in dem Genauigkeit sicherzu stellen ist, im Vergleich zu herkömmlichen in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Gelenken zu verkleinern, so daß die Produkti vität des Herstellungsprozesses der Gelenke eventuell gestei gert werden kann.

Claims

1. Gleichlaufgelenk des Kreuznuttyps, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein äußeres Gelenkelement (1) mit einer Vielzahl Führungsnu ten (1a) in einer inneren Umfangsfläche (1b) desselben, wobei Führungsnuten (1a), die in der einen Umfangsrichtung relativ zu einer Axiallinie (X) geneigt sind, und Führungsnuten (1a), die in der anderen Umfangsrichtung desselben geneigt sind, einander abwechseln;
ein inneres Gelenkelement (2) mit einer Vielzahl Führungs nuten (2a) in einer äußeren Umfangsfläche (2b) desselben, wo bei jede der Führungsnuten (2a) eine Kugellaufbahn bildet, indem sie mit jeder der jeweils entsprechenden Führungsnuten (1a) des äußeren Gelenkelements (1) zusammenwirkt und jede der Führungsnuten (2a) in Umfangsrichtung entgegengesetzt zur entsprechenden Führungsnut (1a) des äußeren Gelenkelements (1) geneigt ist;
Drehmoment-Übertragungskugeln (3), die in jeder der Kugel laufbahnen angeordnet sind; und
einen Käfig (4) zur Halterung der Drehmoment-Übertragungs kugeln (3);
bei dem die Nuttiefe (θ1, θ2) jeder der Führungsnuten (1a) des äußeren Gelenkelements (1) des linksseitigen und des rechts seitigen Bereichs jedes der Querschnitte senkrecht zu einer Linie L im Nutgrund identisch, in einem zentralen Bereich einschließlich des Gelenkmittelpunktes (0) am größten ist und in Richtung beider Seitenenden vom zentralen Bereich aus all mählich abnimmt.

2. Äußeres Gelenkelement (1) für ein Gleichlaufgelenk des Kreuznuttyps, das an der inneren Umfangsfläche (1b) desselben abwechselnd mit Führungsnuten (1a) ausgeführt ist, die rela tiv zu einer Axiallinie (X) desselben in der einen Umfangs richtung geneigt sind, sowie mit Führungsnuten (1a), die in der anderen Umfangsrichtung geneigt sind, wobei die Nuttiefe (θ1, θ2) jeder der Führungsnuten (1a) des linksseitigen und des rechtsseitigen Bereichs der Querschnitte senkrecht zu einer Linie L im Nutgrund identisch, in einem zentralen Be reich einschließlich des Gelenkmittelpunktes (0) am größten ist und in Richtung beider Seitenenden vom zentralen Bereich aus allmählich abnimmt.