一种球笼式等速万向节
阅读说明：本技术 一种球笼式等速万向节 (Ball cage type constant velocity universal joint ) 是由 郁青青 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及万向节技术领域,尤其涉及一种球笼式等速万向节,其外星轮上的外球道和内星轮上的内球道的轨迹线均为圆弧；外球道包括多组相邻的第一外球道和第二外球道,第一、第二外球道的轨迹线的圆心相对外星轮的中心沿轴向反向偏置于外星轮中心的两侧且沿径向同向偏置于外星轮中心的一侧；内球道包括多组相邻的第一内球道和第二内球道,第一、第二内球道的轨迹线的圆心相对内星轮的中心沿轴向反向偏置于内星轮中心的两侧且沿径向同向偏置于内星轮中心的一侧；第一、第二内球道分别与第一、第二外球道相对设置,且相对设置的外球道与内球道的轨迹线的圆心相对内星轮的中心沿轴向反向偏置于内星轮中心的两侧且沿径向同向偏置于内星轮中心的一侧。(The invention relates to the technical field of universal joints, in particular to a ball cage type constant velocity universal joint, wherein the track lines of an outer lane on an outer star wheel and an inner lane on an inner star wheel are circular arcs; the outer ball paths comprise a plurality of groups of adjacent first outer ball paths and second outer ball paths, and the circle centers of the trajectory lines of the first outer ball paths and the second outer ball paths are opposite to the center of the outer star wheel along the axial direction and are offset on two sides of the center of the outer star wheel along the radial direction and are offset on one side of the center of the outer star wheel along the radial direction; the inner ball paths comprise a plurality of groups of adjacent first inner ball paths and second inner ball paths, and the circle centers of the trajectory lines of the first inner ball paths and the second inner ball paths are opposite to the center of the inner star wheel along the axial direction and are offset on two sides of the center of the inner star wheel along the radial direction and are offset on one side of the center of the inner star wheel along the radial direction; the first inner ball path and the second inner ball path are respectively arranged opposite to the first outer ball path and the second outer ball path, and the circle centers of the track lines of the outer ball path and the inner ball path which are arranged oppositely are reversely offset on two sides of the center of the inner star wheel along the axial direction relative to the center of the inner star wheel and are offset on one side of the center of the inner star wheel along the radial direction.)
技术领域
本发明涉及万向节技术领域，尤其涉及一种球笼式等速万向节。
背景技术
参见图1至图4，球笼式等速万向节包括外星轮01、内星轮02、球笼03和钢球04，钢球04设有多个。外星轮01设于内星轮02的外周侧，外星轮01的内球面上设有多个外球道011，内星轮02的外球面上设有多个内球道021，多个外球道011与多个内球道021一一对应地相对置，钢球04置于外球道011与内球道021之间，且钢球04可在球道内滚动，每对外球道011与内球道021之间放置一个钢球04。球笼03上沿周向布置有与多个钢球04一一对应的多个窗口031，球笼03设于外星轮01与内星轮02之间，且多个钢球04分别穿设于球笼03上的相应窗口031，通过球笼03将多个钢球04保持在同一平面内。外星轮01内球面的中心、内星轮02外球面的中心、球笼03的中心重合于节总成的中心，相对置的外球道011和内球道021的中心在节总成的轴线上相对节总成的中心以相同大小的偏心距反向偏置，使得相对置的外球道011和内球道021之间形成夹角，这样在万向节摆动时，将使处于外球道011和内球道021之间的钢球04自动定位于外星轮01轴线与内星轮02轴线夹角的平分平面内，即使得球笼03将多个钢球04均保持在输入轴和输出轴的角平分面内，从而保持万向节等角速传递动力，实现输入轴和输出轴的等速运转。
参见图2和图3，传统交叉球道的球笼式等速万向节，外星轮01内球面上的外球道011呈两两相对交叉布置，相应地，内星轮02外球面上的内球道021也呈两两相对交叉布置，外球道011和内球道021均相对万向节的轴向呈倾斜角度。这样的球道设计存在钢球04布置空间大、节总成体积大的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种节总成体积小的球笼式等速万向节，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种球笼式等速万向节，包括内部中空形成空腔的外星轮、设于空腔中的内星轮和设于内星轮与外星轮之间的球笼，外星轮的内周面上设有多个外球道，内星轮的外周面上设有多个与外球道相对设置的内球道，球笼上设有多个窗口，每个窗口中设有一个钢球，且钢球位于相对设置的外球道与内球道之间，外球道的轨迹线和内球道的轨迹线均为圆弧；外球道包括多组相邻的第一外球道和第二外球道，第一外球道的轨迹线的圆心和第二外球道的轨迹线的圆心相对外星轮的中心沿轴向反向偏置于外星轮中心的两侧且沿径向同向偏置于外星轮中心的一侧；内球道包括多组相邻的第一内球道和第二内球道，第一内球道的轨迹线的圆心和第二内球道的轨迹线的圆心相对内星轮的中心沿轴向反向偏置于内星轮中心的两侧且沿径向同向偏置于内星轮中心的一侧；第一内球道和第二内球道分别与第一外球道和第二外球道相对设置，且相对设置的外球道与内球道的轨迹线的圆心相对内星轮的中心沿轴向反向偏置于内星轮中心的两侧且沿径向同向偏置于内星轮中心的一侧。
优选地，外球道包括四组相邻的第一外球道和第二外球道，所有外球道沿外星轮的周向等间隔布置；内球道包括四组相邻的第一内球道和第二内球道，所有内球道沿内星轮的周向等间隔布置；球笼上设有八个窗口。
优选地，第一外球道的轨迹线的半径和第二外球道的轨迹线的半径相等。
优选地，第一内球道的轨迹线的半径和第二内球道的轨迹线的半径相等。
优选地，球笼的外周面与外星轮的内周面间隙配合。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的球笼式等速万向节的内、外星轮相对设置的交叉球道的平面与节总成的径向重合，而非垂直，因此本发明的球笼式等速万向节的球道在节总成的轴向上没有倾斜角度，使得内、外星轮上球道的尺寸更大，在承载同等扭矩情况下节总成体积更小。将所有球道的轨迹线均设计为圆弧，可以有效改善钢球在带摆角运转下对球道的冲击。
附图说明
图1是现有技术中球笼式等速万向节的半剖示意图。
图2是现有技术中球笼式等速万向节的外星轮的半剖示意图。
图3是现有技术中球笼式等速万向节的内星轮的示意图。
图4是现有技术中球笼式等速万向节的球笼的示意图。
图5是本发明实施例的球笼式等速万向节的立体示意图。
图6是本发明实施例的球笼式等速万向节的半剖示意图。
图7是本发明实施例的球笼式等速万向节的结构示意图，图中，7c为主视图，7a和7b分别为Z-Z、Z2-Z2向剖视图。
图8是本发明实施例的球笼式等速万向节中，外星轮的立体示意图。
图9是本发明实施例的球笼式等速万向节中，外星轮的结构示意图，图中，9a为主视图，9b和9c分别为X-X、X2-X2向剖视图。
图10是本发明实施例的球笼式等速万向节中，内星轮的立体示意图。
图11是本发明实施例的球笼式等速万向节中，内星轮的结构示意图，图中，11a为主视图，11b和11c分别为Y-Y、Y2-Y2向剖视图。
图12是本发明实施例的球笼式等速万向节中，球笼的立体示意图。
图13是本发明实施例的球笼式等速万向节中，球笼的结构示意图，图中，13a为主视图，13b和13c分别为E-E、E2-E2向剖视图。
图14是本发明实施例的球笼式等速万向节的工作原理图。
图15至图17依次是本发明实施例的球笼式等速万向节在摆角角度为G的情况下，内星轮的中心位于节总成中心、向右侧移动L距离、向左侧移动L距离的状态示意图。
其中，附图标记说明如下：
01 外星轮
011 外球道
02 内星轮
021 内球道
03 球笼
031 窗口
04 钢球
1 外星轮
10 空腔
11 外球道
11A 第一外球道
11B 第二外球道
2 内星轮
21 内球道
21A 第一内球道
21B 第二内球道
3 球笼
31 窗口
4 钢球
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图5至图17所示，本发明的球笼3式等速万向节的一种实施例。
参见图5至图8、图10、图12，本实施例的球笼式等速万向节包括内部中空形成空腔10的外星轮1、设于外星轮1空腔10中的内星轮2和设于内星轮2与外星轮1之间的球笼3。外星轮1的内周面、内星轮2的外周面、球笼3的外周面和内周面均为球面，且各球面的球心重合于同一点，该点为本实施例的球笼式等速万向节节总成的中心，亦为外星轮1的中心、内星轮2的中心和球笼3的中心。外星轮1的内周面上设有多个外球道11，内星轮2的外周面上设有多个内球道21，内球道21与外球道11一一对应地相对设置，球笼3上设有多个窗口31，每个窗口31中设有一个钢球4，且钢球4位于相对设置的外球道11与内球道21之间，球笼3将多个钢球4保持在同一平面内。
参见图9和图11，外星轮1上的外球道的轨迹线R11A、R11B和内星轮2上的内球道的轨迹线R21A、R21B均为圆弧。
参见图9，外星轮1上的外球道11包括多组相邻的第一外球道11A和第二外球道11B，多组相邻的第一外球道11A和第二外球道11B沿外星轮1的周向均匀布置，使得第一外球道11A和第二外球道11B沿外星轮1的周向呈等间隔交替布置。第一外球道的轨迹线R11A的圆心O1A和第二外球道的轨迹线R11B的圆心O1B相对外星轮1的中心O1沿轴向反向偏置于外星轮1中心O1的两侧且沿径向同向偏置于外星轮1中心O1的一侧，即，第一外球道的轨迹线R11A的圆心O1A相对外星轮1的中心O1沿外星轮1的轴向和径向均具有偏心距，第二外球道的轨迹线R11B的圆心O1B相对外星轮1的中心O1沿外星轮1的轴向和径向均具有偏心距，第一外球道的轨迹线R11A的圆心O1A和第二外球道的轨迹线R11B的圆心O1B相对外星轮1的中心O1沿外星轮1轴向的偏心距分别位于外星轮1中心O1的两侧，第一外球道的轨迹线R11A的圆心O1A和第二外球道的轨迹线R11B的圆心O1B相对外星轮1的中心O1沿外星轮1径向的偏心距则位于外星轮1中心O1的同一侧。由此，相邻的第一外球道11A和第二外球道11B相对外星轮1的径向面成对称设置。
参见图11，内星轮2上内球道21包括多组相邻的第一内球道21A和第二内球道21B，多组相邻的第一内球道21A和第二内球道21B沿内星轮2的周向均匀布置，使得第一内球道21A和第二内球道21B沿内星轮2的周向呈等间隔交替布置。第一内球道的轨迹线R21A的圆心O2A和第二内球道的轨迹线R21B的圆心O2B相对内星轮2的中心O2沿轴向反向偏置于内星轮2中心O2的两侧且沿径向同向偏置于内星轮2中心的一侧，即，第一内球道的轨迹线R21A的圆心O2A相对内星轮2的中心O2沿内星轮2的轴向和径向均具有偏心距，第二内球道的轨迹线R21B的圆心O2B相对内星轮2的中心O2沿内星轮2的轴向和径向均具有偏心距，第一内球道的轨迹线R21A的圆心O2A和第二内球道的轨迹线R21B的圆心O2B相对内星轮2的中心O2沿内星轮2轴向的偏心距分别位于内星轮2中心O2的两侧，第一内球道的轨迹线R21A的圆心O2A和第二内球道的轨迹线R21B的圆心O2B相对内星轮2的中心O2沿内星轮2径向的偏心距则位于内星轮2中心O2的同一侧。由此，相邻的第一内球道21A和第二内球道21B相对内星轮2的径向面成对称设置。
结合图9和图11，内星轮2上的第一内球道21A和第二内球道21B分别与外星轮1上的第一外球道11A和第二外球道11B相对设置，相对设置的第一外球道11A和第一内球道21A构成A球道，相对设置的第二外球道11B和第二内球道21B构成B球道，A球道和B球道沿节总成的周向呈等间隔交替布置。相对设置的外球道11与内球道21的轨迹线的圆心相对内星轮2的中心(亦即节总成的中心)沿轴向反向偏置于内星轮2中心(亦即节总成的中心)的两侧且沿径向同向偏置于内星轮2中心(亦即节总成的中心)的一侧，即，对于相对设置的第一外球道11A和第一内球道21A构成的A球道，其第一外球道的轨迹线R11A的圆心O1A和第一内球道的轨迹线R21A的圆心O2A相对节总成的中心沿节总成轴向反向偏置于节总成中心的两侧且沿径向同向偏置于节总成中心的一侧，由此，相对设置的第一外球道11A和第一内球道21A相对节总成的径向面成对称设置；对于相对设置的第二外球道11B和第二内球道21B构成的B球道，其第二外球道的轨迹线R11B的圆心O1B和第二内球道的轨迹线R21B的圆心O2B相对节总成的中心沿节总成轴向反向偏置于节总成中心的两侧且沿径向同向偏置于节总成中心的一侧，由此，相对设置的第二外球道11B和第二内球道21B相对节总成的径向面成对称设置。
由此使得本实施例的球笼式等速万向节的内、外星轮相对设置的交叉球道的平面与节总成的径向重合，而非垂直，因此本实施例的球笼式等速万向节的球道在节总成的轴向上没有倾斜角度，使得内、外星轮上球道的尺寸更大，在承载同等扭矩情况下节总成体积更小。将所有球道的轨迹线均设计为圆弧，可以有效改善钢球4在带摆角运转下对球道的冲击。
本实施例中，优选地，外星轮1上的外球道11包括四组相邻的第一外球道11A和第二外球道11B，即外星轮1上设有八个外球道11，分别为沿外星轮1的周向交替布置的四个第一外球道11A和四个第二外球道11B，所有外球道11沿外星轮1的周向等间隔布置，因此相邻的第一外球道11A和第二外球道11B之间成45°角间隔。相应地，内星轮2上内球道21包括四组相邻的第一内球道21A和第二内球道21B，即内星轮2上设有八个内球道21，分别为沿内星轮2的周向交替布置的四个第一内球道21A和四个第二内球道21B，所有内球道21沿内星轮2的周向等间隔布置，因此相邻的第一内球道21A和第二内球道21B之间成45°角间隔。四个第一外球道11A与四个第一内球道21A一一对应的相对设置构成四个A球道，四个第二外球道11B与四个第二内球道21B一一对应的相对设置构成四个B球道。参见图12和图13，球笼3上则设有八个窗口31，八个窗口31沿球笼3的周向均匀布置，每个窗口31内设置一个钢球4，共八个钢球4。
本实施例中，参见图9，优选地，外星轮1上的第一外球道的轨迹线R11A的半径和第二外球道的轨迹线R11B的半径相等。参见图11，优选地，内星轮2上的第一内球道的轨迹线R21A的半径和第二内球道的轨迹线R21B的半径相等。最佳地，第一外球道的轨迹线R11A的半径、第二外球道的轨迹线R11B的半径、、第一内球道的轨迹线R21A的半径和第二内球道的轨迹线R21B的半径相等。
本实施例中，外星轮1上的第一外球道11A的截面形状和第二外球道11B的截面形状相同，可以为椭圆形或哥特形。内星轮2上的第一内球道21A的截面形状和第二内球道21B的截面形状相同，可以为椭圆形或哥特形。
本实施例中，优选地，球笼3的外周面与外星轮1的内周面间隙配合。参见图9，外星轮1的内周面的直径为H1，即外星轮1内径H1，参见图13，球笼3的外周面的直径为H2，即球笼3外径H2，球笼3外径H2与外星轮1内径H1小间隙配合。参见图13，球笼3中，钢球4接触平面为W1，窗口31的宽度为W2，窗口31的宽度W2大于钢球4的直径，使得钢球4能够在球笼3窗口31内滚动。
本实施例的球笼式等速万向节通过两组不同球道布置(交替布置的四个A球道和四个B球道)控制节总成内部的八颗钢球4处于内星轮2输入轴和外星轮1输出轴的角平分面上，实现了万向节的输入轴和输出轴的等速扭矩传动。该球笼式等速万向节为移动万向球节，轴向正负方向均可以拉伸压缩。
参见图14，本实施例的球笼式等速万向节的工作原理为，A球道以及B球道在运转时钢球4由于球道开口的方向不同而向两侧相反方向挤压钢球4，使得钢球4和球笼3固定在输入轴和输出轴的角平分上，实现输出轴和输出轴的等速运转。在摆角角度为G的情况下，内星轮2的中心位于节总成中心、向右侧移动L距离、向左侧移动L距离的A球道及B球道状态分别参见图15、图16、图17所示。
综上所述，本实施例的球笼式等速万向节的内、外星轮相对设置的交叉球道的平面与节总成的径向重合，而非垂直，因此本实施例的球笼式等速万向节的球道在节总成的轴向上没有倾斜角度，相较传统的交叉球道的移动球节，具有如下优点：
1、由于钢球没有在内、外星轮球面的截面上的横向移动，使得内、外星轮上球道之间间距的距离变大，可以由原来的六钢球的布置改为八钢球的布置；同时使得球笼窗口变小，相应可以在增加球笼数量的情况下不降低窗口之间窗筋的宽度，球笼的强度不因此降低。由此可以保证在承载同等扭矩情况下节总成体积更小。
2、将所有球道的轨迹线均设计为圆弧，可以有效改善钢球在带摆角运转下对球道的冲击。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
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