DE3143062C2 - Ball joint - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf Kugelgelenke zur Übertragung des Drehmomentes von der treibenden Welle zur getriebenen, die unter einem Winkel zueinander liegen. Das Kugelgelenk enthält eine zylindrische Außenschale (1) sowie eine in dieser untergebrachte innere Kugelschale (3). Zwischen der inneren Kugelschale (3) und der zylindrischen Außenschale (1) sind Kugeln (6), sphärische Zwischenschalen (7) und Keile (10) angeordnet. Die zylindrische Außenschale (1) ist mit einer Kopfwand (13) versehen, in der sich elastische Elemente (12) zur Abfederung der Keile (10) befinden. Die Kugeln (6) sind in an der inneren Kugelschale (3) und den sphärischen Zwischenschalen (7) ausgeführten meriodionalen Rillen (5, 8) untergebracht. Die sphärischen Zwischenschalen (7) haben Kugelhöcker (9), auf welche sich die in den Längsnuten (11) der zylindrischen Außenschale (1) befindlichen und durch elastische Elemente (12) abgefederten Keile (10) abstützen. Die Erfindung kann zur Übertragung eines Drehmomentes von bis zu 6 10 ↑5 Nm verwendet werden.The invention relates to ball joints for transmitting the torque from the driving shaft to the driven shaft, which are at an angle to one another. The ball joint contains a cylindrical outer shell (1) and an inner ball shell (3) accommodated in this. Balls (6), spherical intermediate shells (7) and wedges (10) are arranged between the inner spherical shell (3) and the cylindrical outer shell (1). The cylindrical outer shell (1) is provided with a head wall (13) in which there are elastic elements (12) for cushioning the wedges (10). The balls (6) are accommodated in meriodional grooves (5, 8) made on the inner ball shell (3) and the spherical intermediate shells (7). The spherical intermediate shells (7) have spherical humps (9) on which the wedges (10) located in the longitudinal grooves (11) of the cylindrical outer shell (1) and cushioned by elastic elements (12) are supported. The invention can be used to transmit a torque of up to 6 10 ↑ 5 Nm.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk zur Übertragung von Drehmomenten zwischen unter einem Winkel zueinander verlaufenden Wellen. Solche Kugelgelenke werden benötigt im Walzwerkwesen sowie in der Auto- und Traktorenindustrie.The invention relates to a ball joint for the transmission of torques between shafts extending at an angle to one another. Such Ball joints are required in rolling mills as well as in the automobile and tractor industries.
Aus der Monographie »Kardankupplungen« (»Kardannyje peredatschi«) von S. N. Koshevnikov und P. D. Perfiljev, Kiew, Verlag Technika, 1978. S. 68-73 ist ein Kugelgelenk mit einer inneren sowie einer äußeren Kugelschale bekannt, welche durch Kugeln kinematisch miteinander verbunden sind, die sich in meridionalen Rillen befinden, welche gleichmäßig auf der kugelförmigen Innenfläche der Außenschale und der Außenfläche der Innenschale ausgeführt sind. In den meridionalen Rillen ist je eine Kugel ohne Spielausgleich untergebracht. Dadurch ist es möglich, ein Drehmoment von der Größe bis zu 104 Nm zu übertragen.From the monograph "Kardankupplungen"("Kardannyjeperedatschi") by SN Koshevnikov and PD Perfiljev, Kiev, Verlag Technika, 1978. pp. 68-73, a ball joint with an inner and an outer spherical shell is known, which are kinematically connected to one another by balls , which are located in meridional grooves which are uniformly executed on the spherical inner surface of the outer shell and the outer surface of the inner shell. In each of the meridional grooves there is a ball without backlash compensation. This makes it possible to transmit a torque of the size of up to 10 4 Nm.
Drehmomente bis zu 1,5 · 104 Nm können von einem aus der FR-Patentschrift 7 43 827 bekannten Kugelgelenk übertragen werden, welches eine innere sowie eine äußere Kugelschale enthält, deren eine mit der treibenden und deren andere mit der getriebenen Welle verbunden ist. Die Innenschale befindet sich in der Außenschale, und zwischen diesen sind ein kugelförmiger Zwischenring sowie Pendelkugellager untergebracht, deren eines zwischen der Inncnschale und dem kugelförmigen Zwischenring und deren anderes zwischen der Außenschale und dem kugelförmigen Zwischenring angeordnet ist.Torques of up to 1.5 · 10 4 Nm can be transmitted by a ball joint known from FR patent specification 7 43 827, which contains an inner and an outer spherical shell, one of which is connected to the driving shaft and the other to the driven shaft. The inner shell is located in the outer shell, and between these are a spherical intermediate ring and self-aligning ball bearings, one of which is arranged between the inner shell and the spherical intermediate ring and the other between the outer shell and the spherical intermediate ring.
Die zwischen der Inncnschale und dem kugelförmigen Zwischenring angeordneten Pendelkugellager sind bezüglich der zwischen der Außenschale und dem kugelförmigen Zwischenring befindlichen Pendelkugellas ger in Umfangsrichtung versetzt. Jedes Pendelkugellager hat nur eine Reihe von Kugeln, über die das Drehmoment von der Antriebswelle zur getriebenen Welle übertragen wird.The self-aligning ball bearings arranged between the inner shell and the spherical intermediate ring are offset with respect to the Pendelkugellas ger located between the outer shell and the spherical intermediate ring in the circumferential direction. Each self-aligning ball bearing only has a number of balls that drive the torque from the drive shaft to the driven shaft is transmitted.
In diesem bekannten Gelenk sind die Pendelkugellager auf die Kugelschalen und den kugelförmigen Zwi schenring in Zylinderpassung aufgesetzt, was eine ungleichmäßige Druckverteilung, hohe Schlagbeanspruchungen beim Spielausgleich sowie hohe Spannungskonzentrationen an den Sitzstellen der Pendelkugellager zur Folge hat Bei der Übertragung größerer Dreh momente führt dies zur Verminderung der Lebensdauer des Gelenkes. Auch ist die Reparatur und Wartung kompliziert.In this known joint, the self-aligning ball bearings are on the spherical shells and the spherical Zwi interposed ring with a cylinder fit, which results in an uneven pressure distribution, high impact loads when compensating for play and high stress concentrations at the seat points of the self-aligning ball bearings moments this leads to a reduction in the service life of the joint. Also is the repair and maintenance complicated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk einfacher baulicher Gestaltung und hoher Be triebssicherheit und Lebensdauer zu schaffen, das die Übertragung großer Drehmomente von der treibenden zu der getriebenen Welle, die unter einem Winkel zueinander liegen, ermöglicht Auch soll die Montage und Demontage des Kugelgelenkes einfach bleiben.The invention is based on the object of a ball joint of simple structural design and high loading to create operational reliability and service life that allows the transmission of large torques from the driving force to the driven shaft, which are at an angle to each other, also allows the assembly and Dismantling the ball joint remains easy.
Die Erfindung geht aus von einem Kugelgelenk der bekannten Bauart mit einer mit der getriebenen Welle verbundenen Außenschale, einer mit der treibenden Welle verbundenen und in der Außenschale untergebrachten inneren Kugelschale sowie in meridionalen Rillen zwischen der Außenschale und der inneren Kugelschale angeordneten Kugeln zur Übertragung des Drehmomentes von der treibenden Welle zur getriebenen Welle.The invention is based on a ball joint of the known type with a driven shaft connected outer shell, an inner spherical shell connected to the driving shaft and accommodated in the outer shell and in meridional ones Grooves arranged between the outer shell and the inner spherical shell for the transmission of the balls Torque from the driving shaft to the driven shaft.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe dienen erfindungsgemäß sphärische Zwischenschalen, deren jede an der inneren Kugelschale angeordnet ist und eine zu dieser gewandte Meridionalrille aufweist, die über einer Meridionalrille der inneren Kugelschale liegt, in der sich die Kugeln befinden, und auf der Seite der Außenschale einen Kugelhöcker aufweist, weiterhin Keile, deren jeder auf üer sphärischen Zwischenschale angeordnet ist, eine Pfanne zur Aufnahme des Kugelhöckers der kugelförmigen Zwischenschale hat und in der Außenschale untergebracht ist, ferner eine zylindrische Ausführung der Außenschale und in dieser ausgebildete, axial verlaufende, zur Kupplungsachse hin geneigte Nuten zur Aufnahme der Keile und schließlich eine Kopfwand, welche die Nuten abdeckt und auf die sich zur axialen so Anfederung der Keile dienende elastische Elemente stützen.According to the invention, spherical intermediate shells, each of which on the inner spherical shell is arranged and has a meridional groove facing this, which over a Meridional groove of the inner spherical shell, in which the balls are located, and on the side of the outer shell has a spherical hump, furthermore wedges, each of which is arranged on a spherical intermediate shell, has a pan for receiving the spherical hump of the spherical intermediate shell and in the outer shell is housed, furthermore a cylindrical design of the outer shell and formed in this, axially extending, to the coupling axis inclined grooves for Receipt of the wedges and finally a head wall, which covers the grooves and which faces the axial so support elastic elements serving as the spring suspension of the wedges.
Durch die Anordnung der Kugeln unmittelbar in meridionalen Rillen der inneren Kugelschale sowie durch die formschlüssige Verbindung der Bauteile über durch elastische Elemente angefederte Keile kann die bauliche Gestaltung des Kugelgelenkes wesentlich vereinfacht sowie der Neigungswinkel oc zwischen der treibenden und der getriebenen Welle auch bei Übertragung großer Drehmomente vergrößert werden. Die hohe BeIa-M) stungsfähigkeit des Kugelgelenkes erklärt sich durch die gleichmäßige Verteilung der Kräfte unter den Kugeln nach dem Ausgleich des Radialspiels zwischen diesen, den sphärischen Zwischenschalen und der inneren Kugelschalc. Auch ist der Zusammenbau sowie die Ausein-M anclernahme des Kugelgelenkes vereinfacht.Due to the arrangement of the balls directly in meridional grooves of the inner ball socket and the positive connection of the components via wedges spring-loaded by elastic elements, the structural design of the ball joint can be significantly simplified and the angle of inclination oc between the driving and the driven shaft increased even when large torques are transmitted will. The high performance of the ball joint is explained by the even distribution of forces among the balls after the radial play between them, the spherical intermediate shells and the inner ball shell have been compensated for. The assembly and disassembly of the ball joint is also simplified.
Das Kugelgelenk erreicht eine hohe Lebensdauer und es können Drehmomente bis zu 6 ■ 10s Nm übertragen werden.The ball joint has a long service life and torques of up to 6 ■ 10 s Nm can be transmitted.
Wenn zweckmäßigerweise der Neigungswinkel der Keile um das 1,1- bis 1,3fache kleiner gewählt wird als Jer Reibungswinkel, so wird eine stabile Verriegelung der Gelenkbauteile erzielt und der ständige Kontakt derselben im Betrieb gewährleistet Es ergeben sich minimale Abmessungen des Gelenkes für ο ie Übertragung eines vorgegebenen Drehmomentes.If the angle of inclination of the wedges is expediently chosen to be 1.1 to 1.3 times smaller than At the angle of friction, a stable locking of the joint components is achieved and constant contact the same guaranteed during operation. The result is minimal dimensions of the joint for ο ie transmission a given torque.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert Es zeigtThe invention is described below using an exemplary embodiment with reference to the drawings further explained It shows
F i g. 1 das Kugelgelenk im Axialschnitt bei λ = 0°;F i g. 1 the ball joint in axial section at λ = 0 °;
F i g. 2 den Schnitt entlang der Linie I-I in F i g. 1;F i g. 2 shows the section along the line I-I in FIG. 1;
F i g. 3 das Kugelgelenk im Axialschnitt bei λ > 0°.F i g. 3 the ball joint in axial section at λ > 0 °.
Das Kugelgelenk hat eine zylindrische Außenschale 1, die mit der getriebenen Welle 2 drehfest verbunden ist, und eine in dieser angeordnete innere Kugelschale 3, die mit der treibenden Welle 4 drehfest verbunden ist. In der Außenfläche der inneren Kugelschale 3 sind meridionale Rillen 5 gleichhäßig auf den Umfang verteilt, in deren jeder drei Kugeln 6 untergebracht sind.The ball joint has a cylindrical outer shell 1, which is rotatably connected to the driven shaft 2, and an inner spherical shell 3 arranged in this, which is connected to the driving shaft 4 in a rotationally fixed manner. In the outer surface of the inner spherical shell 3 meridional grooves 5 are evenly distributed over the circumference, in each of which three balls 6 are housed.
An der Außenfläche der inneren Kugelschale 3 sind sphärisch gekrümmte Zwischenschalen 7 angeordnet, deren jede auf der Seite der inneren Kugelschale 3 eine meridionale Rille 8 zur Aufnahme der Kugeln 6, und auf der Seite der zylindrischen Außenschale 1 einen Kugelhöcker 9 aufweist. Dieser greift in eine pfannenartige Ausnehmung eines Keils 10, der seinerseits in einer Nut 11 der zylindrischen Außenschale 1 angeordnet und in axialer Richtung durch eine Feder 12 abgefedert ist. Der Krümmungsradius der Kugelhöcker 9 und der zugehörigen pfannenartigen Ausnehmungen der Keile 10 ist kleiner, als dem Abstand dieser Flächen von der Achse des Kugelgelenks entspricht.Spherically curved intermediate shells 7 are arranged on the outer surface of the inner spherical shell 3, each of which on the side of the inner spherical shell 3 has a meridional groove 8 for receiving the balls 6, and on the side of the cylindrical outer shell 1 has a spherical hump 9. This engages in a pan-like Recess of a wedge 10, which in turn is arranged in a groove 11 of the cylindrical outer shell 1 and in is cushioned in the axial direction by a spring 12. The radius of curvature of the spherical humps 9 and the associated The pan-like recesses of the wedges 10 are smaller than the distance between these surfaces and the axis of the ball joint.
Die zylindrische Außenschale 1 ist durch eine die Nuten 11 abdeckende Kopfwand 13 abgeschlossen, in welche Federn 12 eingesetzt sind, deren anderes Ende auf die Keile 10 drückt.The cylindrical outer shell 1 is closed by a head wall 13 which covers the grooves 11 and into which Springs 12 are used, the other end of which presses on the wedges 10.
Die Wirkungsweise des Kugelgelenks ist folgende:The function of the ball joint is as follows:
Im Betrieb des Kugelgelenks sind bei der Übertragung der Drehmomente von der Antriebswelle 4 zur getriebenen Welle 2 die Keile 10 in den Nuten 11 der zylindrischen Außenschale 1 durch die Federn 12 beaufschlagt und in Richtung der Nutenneigung zur Kupplungsachse hin gedrückt. Dabei drehen sie die sphärischen Zwischenschalen 7 um deren Kugclhöcker 9 und drücken diese an die Kugeln 6 sowie an die innere Kugelschale 3. Dabei wird das Radialspiel zwischen der inneren Kugelschiile 3, den sphärischen Zwischenschalen 7, den Kugeln 6 und den Keilen 10 beseitigt und ein sicherer Kontakt zwischen diesen hergestellt.In operation of the ball joint are in the process of transmission of the torques from the drive shaft 4 to the driven shaft 2, the wedges 10 in the grooves 11 of the cylindrical outer shell 1 acted upon by the springs 12 and in the direction of the groove inclination to the coupling axis pressed down. In doing so, they rotate the spherical intermediate shells 7 around their spherical humps 9 and press these against the balls 6 and the inner ball socket 3. The radial play between the inner Kugelschiile 3, the spherical intermediate shells 7, the balls 6 and the wedges 10 eliminated and a safe contact established between them.
Das Drehmoment wird von der Antriebswelle 4 zu der getriebenen Welle 2 durch die Kugeln 6 übertragen, welche sich in den meridionalen Rillen 8, 5 der Kugelschale 3 und der sphärischen Zwischenschale 7 befinden. The torque is transmitted from the drive shaft 4 to the driven shaft 2 through the balls 6, which are located in the meridional grooves 8, 5 of the spherical shell 3 and the spherical intermediate shell 7.
Bei einer Veränderung des Neigungswinkels der treibenden Welle 4 (Fig.3) verändert die innere Kugelschale 3 ihre Lage und verlagert sich bezüglich der sphärischen Zwischenschalen 7. Dabei rollen die Kugeln 6 in den meridionalen Rillen 5,8, und die Keile 10 verlagern unter Einwirkung der Feder 12 die sphärischen Zwischenschalen 7 und drücken diese an die Kugeln 6 und die innere Kugelschale 3. Das Radialspiel zwischen der inneren Kugelschale 3i, den Kugeln 6 und den sphärischen Zwischenschal^n 7 wird beseitigt, und es wird wieder ein sicherer Kontakt zwischen den erwähnten Bauteilen hergestellt Das Drehmoment wird von der Antriebswelle 4 iu dir getriebenen Welle 2 mit Hilfe der Kueeln 6 übUrtraiicn. ν eiche sich in den meridionalen Rillen 5, 8 der sphärischen Zwischenschalen 7 und der inneren Kugelschale 3 befinden.When the angle of inclination of the driving shaft 4 changes (FIG. 3), the inner spherical shell 3 changes its position and shifts with respect to the spherical one Intermediate shells 7. The balls 6 roll in the meridional grooves 5, 8 and the wedges 10 shift under the action of the spring 12, the spherical intermediate shells 7 and press them against the balls 6 and the inner spherical shell 3. The radial play between the inner spherical shell 3i, the balls 6 and the spherical ones Intermediate shell 7 is eliminated and it becomes Reliable contact is restored between the components mentioned. The torque is controlled by the Drive shaft 4 iu driven shaft 2 with the help of the peaks 6. ν is calibrated in the meridional Grooves 5, 8 of the spherical intermediate shells 7 and the inner spherical shell 3 are located.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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