DE2748044A1

DE2748044A1 - Universalgelenk

Info

Publication number: DE2748044A1
Application number: DE19772748044
Authority: DE
Inventors: Yozo Nakamura; Morio Ohshina
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1976-10-27
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1978-05-24
Also published as: JPS5713210B2; FR2369456B1; DE2748044C2; US4192154A; JPS5354644A; FR2369456A1

Description

HITACHI CONSTRUCTION MACHINERY CO., LTD., Tokyo, Japan

Universalgelenk

Die Erfindung betrifft ein Universalgelenk zur Übertragung konstanter Geschwindigkeiten mit drei V/älzkörpern, die auf je einem an einem der beiden Antriebsteile befestigten Mitnehmerstift angeordnet sind und mit entsprechenden FUhrungsnuten in dem anderen Antriebsteil in Eingriff stehen, wobei beide Antriebsteile mit gleicher Geschwindigkeit umlaufen und gegeneinander verschwenkbar sind.

Universalgelenke mit drei Wälzkörpern sind z.B. in der US-PS 3 125 870 beschrieben. Ein typisches Universalgelenk dieser Art besteht aus einem Antriebsglied mit drei Mitnehmerstiften und drei um deren Achsen verdrehbaren axial beweglichen Rollen sowie aus einem zweiten Antriebsglied mit drei FUhrungsnuten, die.mit den drei Rollen in Eingriff stehen.

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Ein Universalgelenk der beschriebenen Konstruktion arbeitet wie folgt: Wenn ein Antriebsteil gegen das andere während der Kraftübertragung durch das Gelenk verschwenkt ist, dann schwenken auch die Mitnehtnerstifte des einen Antriebsgliedes gegenüber dem anderen. Die Rollen verdrehen sich dabei auf den Zapfen und werden durch die FUhrungsnuten im anderen Antriebsteil geradlinig und parallel zur Drehachse des anderen Antriebsteils verschoben, wobei gleichzeitig eine Kippung und eine Gleitbewegung in den PUhrungsnuten unter der Wirkung der geschwenkten Mitnehmerstifte durch eine Abwinkelung der Antriebsteile gegeneinander erfolgt.

Bei diesen Vorgängen bewirkt die relative Winkelverschiebung bzw. Kippung der beiden Antriebsglieder eine kombinierte gleichzeitige Bewegung der beiden Rollen oder eine Kombination ihrer Rollbewegung in den PUhrungsnuten und ihre Kipp-Gleitbewegung in Eingriff mit den Nuten, die sich aus ihrer linearen Bahn in den Nuten und aus der Verschwenkung bzw. Verkippung der Mitnehmerzapfen ergibt. Diese kombinierte Bewegung beansprucht die PUhrungsnuten ebenso wie die Rollen erheblich und führt zu ihrer frühzeitigen Ermüdung, d.h. zu ihrem Verschleiß. Darüber hinaus bewirkt die Kipp-Gleitbewegung relativ zu den FUhrungsnuten, daß der Kontakt der Rollen mit den Mitnehmerstiften beeinträchtigt wird. Diese ungünstigen Verhältnisse ergeben eine Anzahl von Nachtellen, inklusive einer verringerten Festigkeit und einer verkürzten Betriebsdauer der Rollen und der Mitnehmerstifte.

Ein anderes bekanntes Universalgelenk dieser Art ist in der US-PS Z> 8l8 721 beschrieben. Bei diesem Gelenk sind die Rollen auf Zapfen oder Mitnehmerstiften mittels selbst-

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ausrichtender Lager angeordnet, so daß sie axiale Bewegungen auf den Mitnehmerstiften nicht ausführen können, während diese Mitnehmerstifte ihre Verdrehung und ihre relative Verschwenkung zulassen. Bei diesem Gelenk können sich die Rollen somit auf ihren Mitnehmerstiften nicht axial verschieben und müssen demzufolge in PUhrungskanälen oder Bahnen oder FUhrungsnuten von bogenförmiger Gestalt sich bewegen. Daher ist die Umfangsgeschwindigkeit an der Außenperipherie jeder Rolle größer als an ihrer Innenperipherie, so daß die Rolle gleichzeitig Abroll- und Gleitbewegungen gegenüber der jeweils zugeordneten FUhrungsnute ausführt. Die Rollen und FUhrungsnuten neigen daher zu einem frühzeitigen Flächenverschleiß unter harten Betriebsbedingungen ebenso wie das Gelenk nach der US-PS 5 125 87O.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Universalgelenk zu schaffen, das eine Kraftübertragung mit genau gleicher Geschwindigkeit, verbesserter Belastungsaufnahmefähigkeit, höheren Drehzahlen und größerer Ubertragungsleistung gewährleistet. Bei diesem Universalgelenk soll die herkömmliche kombinierte RoIl- und Gleitbewegung der Wälzkörper in voneinander unabhängige Wirkungen aufgeteilt werden, um dadurch die Rollen gegen zu harte Bewegungen zu schützen und zu verhindern, daß die Rollen und die Mitnehmerzapfen außer Berührung gelangen.

Diese Aufgabe wird bei einem Universalgelenk mit drei Wälzkörpern zur schlupffreien Drehmomentübertragung, bestehend aus einem mit einer ersten Welle verbundenen Antriebsteil, einem mit der anderen Welle verbundenen zweiten Antriebsteil, drei am ersten Antriebsteil gegeneinander um gleiche Winkel versetzt angeordneten radialen Mitnehmerzapfen, drei auf den Mitnehmerzapfen angeordneten inneren Wälzkörpern und aus axialen FUhrungsnuten im zweiten Antriebsteil dadurch gelöst, daß die inneren Wälzkörper auf den Mitnehmerzapfen axial be-

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weglich befestigt sind, daß drei äußere bewegliche Körper verdrehbar und schwenkbar auf den inneren Wälzkörpern angeordnet sind, die mit ihren Außenflächen in den parallel zur Drehachse des zweiten Antriebsteils verlaufenden FUhrungsnuten geführt sind.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Universalgelenk vom Drei-Rollen-Typ, das eine exakte Kraftübertragung bei konstanter Geschwindigkeit gewährleistet und zwei Antriebstelle aufweist, von denen eines drei Mitnehmerzapfen mit jeweils einem Rollkörper umfaßt. Jeder Rollkörper enthält ein inneres bewegliches Glied, das sich um die Achse des Mitnehmerzapfens verdrehen kann und axial beweglich auf dem Zapfen sitzt, sowie ein äußeres an der Außenseite des Innengliedes beweglich angeordnetes Glied, das gegenüber der Drehachse des inneren Gliedes kippbar bzw. verschwenkbar ist. Der andere Antriebsteil enthält FUhrungsnuten, in denen die äußeren beweglichen Glieder der Rollkörper längs einer Drehachse dieses Antriebsteils geführt sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Im folgenden werden AusfUhrungsbeisplele der Erfindung anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Flg. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Universalgelenks,

Fig. 2 das Gelenk nach Flg. 1 In Querschnitt II-II, Flg. 7> einen Aueschnitt IH-III in Fig. 2,

Flg. 4 eine teilgeschnitten· Seitenansicht des Universalgelenke nach Fig. 1 in gekipptem Betriebszustand,

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Flg. 5 einen Querschnitt durch eine andere Gelenkausführung,

Fig. 6 eine weitere Oelenkausführung mit abgewandeltem Eingriff des äußeren beweglichen Teils in einer Führungsnut im Ausschnitt,

Fig. 7 einen Schnitt VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 eine weitere Gelenkausführung mit einem anders gestalteten Eingriff des äußeren beweglichen Teiles in der Führungsnut,

Fig. 9 einen Schnitt IX-IX in Fig. 8,

Fig.10 und 12 weitere Gelenkausführungen im Ausschnitt,

Fig.11 und 13 je einen Schnitt XI-XI in Fig. 10 bzw. XIII-XIII in Fig. 12.

Bei dem Universalgelenk nach den Fig. 1 bis 3 ist ein erstes Antriebsglied 1 einstückig mit einer Welle 2 und ein zweites Antriebsteil 3 zusammen mit einer Welle 4 ausgebildet. Das zweite Antriebsteil 3 enthält drei FUhrungsnuten 5» die in der Umfangswand seines zentralen Hohlraumes eingearbeitet sind. Diese FUhrungsnuten 5 erstrecken sich parallel zur Achse der Welle 4 und sind jeweils um 120° gegeneinander winkelversetzt. Jede Umfangsnut ist von einer Bodenwand 5a zur Beschränkung der radialen Verschiebebewegung des - im folgenden eingehend beschriebenen - beweglichen Gliedes gegenüber der Welle 4 und von zwei gegenüberliegenden Seitenwänden zur Führung des beweglichen Gliedes in einer parallel zur Welle 4 verlaufenden Bahn begrenzt. Die Umfangsnuten 5 kön-

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nen auf einfache Weise durch Räumen oder andere Bearbeitungsverfahren hergestellt werden.

An der Außenwand des ersten Antriebsgliedes 1 sind drei Mitnehmerzapfen 6 befestigt, die sich von der Drehachse des ersten Antriebsgliedes 1 radial in die FUhrungsnuten 5 erstrecken und ebenfalls um jeweils 120° gegeneinander winkelversetzt sind. Jeder Mitnehmerzapfen 6 trägt eine innere bewegliche Kalotte 7, die auf dem Zapfen verdrehbar und axial verschiebbar ist. Die Außenflächer jeder parallel zu ihrer horizontalen Mittellinie teilweise abgeschnittenen Kalotte 7 stellt eine sphärische Teilfläche 7a dar, die asymmetrisch zu der rechtwinklig zur Zapfenachse verlaufenden horizontalen Mittellinie HC ist. Die asymmetrische sphärische Teilfläche 7a am inneren beweglichen Teil 7 ist groß gewählt, weil die relative Winkelkippung der Achsen beider Antriebsglieder begrenzt ist und weil eine derartige Urnfangs fläche einen entsprechend reduzierten Außendurchmesser des zweiten Antriebsteils erlaubt.

Jede innere Kalotte 7 iet von einem äußeren beweglichen Ringkörper 8 umgeben, dessen Innenwand als sphärische Teilfläche 8a entsprechend der sphärischen Außenfläche 7a der Kalotte ausgebildet ist. Durch diese Ausführung kann der äußere bewegliche Ringkörper 8 gegenüber der inneren Kalotte 7 rotieren und gleichzeitig gegenüber der Drehachse der Kalotte schwenken. Die Außenfläche des Ringkörpers 8 ist -wie aus Flg. 3 ersichtlich - zylindrisch. Mit dieser zylindrischen Außenfläche sitzt der äußere Ringkörper 8 in der entsprechenden Führungsnut 5 und kann eine echte Rollbewegung gegenüber den Seltenwänden 5b dieser Nut ausführen. Das innere Ende des äußeren Ringkörpers 8 ist unmittelbar neben dem Fuß des zugeordneten Mitnehmerstiftes 6 in Kontakt mit Anschlägen 8« die am zweiten Antriebsglied 3 ausgebildet

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Die Kalotte 7 kann auf geeignete Weise in den äußeren Ringkörper 8 eingesetzt werden. Eine Methode besteht z.B. darin, daß zwei gegenüberliegende Ausnehmungen in einen Endteil der Innenfläche des Ringkörpers 8 eingearbeitet werden, daß die Kalotte 7 in den Ringkörper 8 mit ihren Achsen rechtwinklig zu den Achsen des Ringkörpers durch diese Ausnehmungen eingeführt und danach um 90° im Ringkörper verdreht wird. Auf diese V/eise kann die Kalotte 7 beweglich im Inneren des Ringkörpers 8 aufgenommen werden.

Das beschriebene Universalgelenk arbeitet wie folgt:

Wenn die Welle 2 gegenüber der Welle 4 verschwenkt wird und letztere, wie aus Fig. 4 ersichtlich, angetrieben ist, dann wird jeder bewegliche äußere Ringkörper 8 durch Zentrifugalwirkung an die Bodenwand 5a der zugeordneten Führungsnut 5 angedrückt und durch die Seitenwände 5b geführt, wodurch eine echte Abrollbewegung zwischen den Seitenwänden 5b zustandekommt. Andererseits gleitet die mit dem Ringkörper 8 zusammenwirkende Kalotte 7 axial auf den Mitnehmerzapfen, während sie durch diesen Zapfen geführt wird. Gleichzeitig verdreht sie sich um den Mitnehmerzapfen 6 und erfährt einen Teil der Drehbewegung, die sich aus der Rollbewegung des äußeren Ringkörpers 8 ergibt. Die sich berührenden Flächen an der Innenseite des Ringkörpers 8 und an der Außenseite der Kalotte 7 gleichen die Differenz zwischen dem Mitnehmerzapfen 6 und der Führungsnut 5 durch eine Verdrehbewegung sanft aus, die von der Rollbewegung des äußeren Ringkörpers 8 herrührt. Die Berührungsflächen der Kalotte 7 und des Ringkörpers 8 können somit hauptsächlich für die Gleitbewegung unabhängig von der Rollbewegung herangezogen werden« wobei diese Rollbewegung bevorzugt zwischen

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dem äußeren Ringkörper 8 und der Führungsnut 5 erfolgt. Diese Punktionsaufteilung verringert die Belastung der Kalotte 7 und des Mitnehmerstiftes 6 und macht sie haltbarer mit geringerem Flächenverschleiß als herkömmliche Bauteile.

Während bei dem Universalgelenk nach den Fig. 1 bis 3 die Außenfläche jeder Kalotte 7 als asymmetrische sphärische Teilfläche ausgebildet ist, können auch symmetrische sphärische Teilflächen 7c gemäß Fig. 5 verwendet werden, wenn eine Vergrößerung des Außendurchmessers des zweiten Antriebsteiles 3 keine Schwierigkeiten aufwirbt. In diesem Fall muß die Bodenwand 3a der Führungsnut 5 niedriger und bogenförmig zur Ausbildung eines Zwischenraumes 5c ausgebildet werden, um eine gegenwärtige Beeinflussung des radial äußeren Endes des Mitnehmerzapfens 6, der Kalotte 7 und der Bodenwand 5a zu verhindern.

Bei der in den Flg. 6 und 7 dargestellten Ausführung ist auch die Außenfläche des beweglichen Ringkörpers 8 als sphärische Teilfläche ausgebildet und stützt sich an den beiden ebenen Seitenflächen 5b ,jeder Nute 5 ab. Durch dieses gegenüber der Ausführung nach der Fig. 1 bis 3 abgeänderte Merkmal verbessert sich die Fähigkeit des Ringkörpers 8 in der Führungsnut 5 eine reine Rollbewegung auszuführen.

Bei dem in den Flg. 8 und 9 dargestellten Universalgelenk sind die Außenflächen der beweglichen Teile 8 ebenso wie die Seitenwände 5b der FUhrungsnuten 5 bogenförmig gewölbt ausgebildet. Bei dieser Ausführung wirkt der äußere Ringkörper 8 mit der Führungenute 5 In gleicher Welse wie bei der vorstehend erläuterten Ausführung zur Erzielung einer reinen Rollbewegung zusammen. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Halteanaohläge 9 bei den Gelenk nach

Fig. 1 bis 3 weggelassen werden können, wodurch sich die

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Gesamtanzahl der Einzelteile wesentlich verringert.

Die beiden Gelenkausführungen gemäß den Fig. 6 bis 9, bei denen der Ringkörper 8 eine reine Rollbewegung in der Führungsnut 5 ausführt, können entsprechend den jeweiligen Einsatzbedingungen, wie z.B. Schmierung, Belastung und anderen Verhältnissen so abgeändert werden, daß dem Ringkörper eine reine Gleitbewegung in der Führungsnut 5 erteilt wird. Diese Wirkung tritt bei den Ausführungen nach den Fig. 10, 11 bzw. 12, 13 auf.

Die Ausführung nach den Fig. 10, 11 enthält Führungsnuten 5 mit ebenen Seitenwänden 5b und äußere Gleitkörper 8' mit ebenfalls ebenen Seitenwänden. Diese ebenen Seitenflächen ermöglichen eine reine Gleitbewegung des Gleitkörpers 8¹ in den FUhrungsnuten 5. Obwohl die beiden Seitenflächen bei dieser Ausführung eben sind, können entweder die Seitenwände der Nuten oder die der Gleitkörper auch die Form von Rippen haben.

Bei dem Universalgelenk nach Fig. 12, 13 sind die Seitenwände 5b ,Jeder Führungsnute 5 als Bogenflachen ausgebildet und die beiden Seiten Jedes äußeren Gleitkörpers 8' haben kreisförmige Bogenrippen, die mit den Seitenwänden 5b in Eingriff stehen. Diese zusammenwirkende Seitenwände und Rippen erlauben eine Gleitbewegung Jedes Gleitkörpers 8 in der zugeordneten Führungsnut. Diese Ausgestaltung beseitigt die Notwendigkeit von Anschlaggliedern 9 und verringert die Anzahl an notwendigen Einzelteilen.

Wie vorstehend im einzelnen beschrieben, weist das erfindungsgemäfle Universalgelenk vollständig unabhängige mechanische Bauteile auf, um einerseits eine Rollbewegung und zum anderen eine Gleitbewegung gleichzeitig zwischen Jedem RoIl-

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körper und der zugeordneten Führungsnut auszuführen. Aus diesem Grunde sind die Rollkörper gegen zu große Bewegungen geschützt und die Möglichkeit einer Ablenkungsberührung zwischen dem Mitnehmerzapfen und den beweglichen Bauteilen (Kalotten) wird auf ein Minimum verringert. Als Ergebnis bildet sich ein durchgehender Schmiermittelfilm auf allen miteinander In Berührung stehenden Teilen, so daß das Universalgelenk mit hohen Drehzahlen und vergrößerter Belastungsaufnahme umlaufen kann. Darüber hinaus kann mit dem erfindungsgemäßen Universalgelenk die Übertragungsleistung und der Ubertragungswlrkungsgrad mit einem Minimum an Leistungsverlust gesteigert werden, weil sich ein durchgehender Schmiermittelfilm selbsttätig auf den Kontaktflächen aufbaut und die sich aus der Rollbe.wegung des äußeren Teiles ergebende Verdrehbewegung auf zwei voneinander getrennte Zonen, d.h. zwischen den Mitnehmerstiften und den inneren beweglichen Teilen sowie zwischen den Inneren Teilen und den äußeren beweglichen Teilen, stattfindet.

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Claims

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Ansprüche

il ./Universalgelenk mit drei Wälzkörpern zur schlupf freien Drehmomentübertragung, bestehend aus einem mit einer ersten Welle verbundenen Antriebsteil, einem mit der anderen Welle verbundenen zweiten Antriebsteil, drei am ersten Antriebsteil gegeneinander um gleiche Winkel versetzt angeordnete radiale Mitnehmerzapfen, drei auf den Mitnehmerzapfen angeordneten inneren Wälzkörpern und aus axialen PUhrungsnuten im zweiten Antriebsteil, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Wälzkörper (7) auf den Mitnehmerzapfen axial beweglich befestigt sind, daß drei äußere bewegliche Körper (8) verdrehbar und schwenkbar auf den inneren Wälzkörpern (?) angeordnet sind, die mit ihren Außenflächen in den parallel zur Drehachse des zweiten Antriebsteils (3) verlaufenden FUhrungsnuten (5) geführt sind.
2. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inneren Wälzkörper (7) als Rollen bzw. Hohlkalotten ausgebildet sind.
3. Universalgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Hohlkalotte (7) die Innenfläche des äußeren Körpers (8) aneinander liegen und beide Kugel-Segmentform haben und Verschwenkungen der Drehachse der inneren Wälzkörper (7) ausgleichen.
4. Universalgelenk nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des äußeren beweglichen Körpers (8) für eine Rollbewegung in den FUhrungsnuten (5) ausgebildet ist.
5. Universalgelenk nach Anspruch 3· dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der äußeren beweglichen Körper für eine Oleitbewegung In den FUhrunganuten (5) ausgebildet sind.

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