等速万向节 【技术领域】
本发明涉及固定式(非插入式)等速万向节，这种万向节包括：
-一个空心结构的外接合件，具有一条旋转轴线，在其内部具有多个至少部分呈弧形的导槽，这些导槽围绕所述轴线呈环形隔开，其中心线在相对于轴线的子午面上延伸，导槽之间有结合区，这些结合区与外接合件连为一体，这些结合区具有径向朝内的表面；
-一个内接合件，布置在外接合件之内，具有一条旋转轴线，在其外部配有多个导槽，这些导槽的中心线位于相对于内接合件旋转轴线的子午面上，内接合件的导槽与外接合件的导槽成对地相对布置，内接合件的导槽之间有结合区，这些结合区具有径向朝外的表面；
-多个球，内外接合件每一对相对的导槽中布置一个球，以进行这些接合件之间的转距传递；
-一个环形结构的壳罩，布置在接合件之间，具有多个孔以接纳各自的球，限定成其中心线位于一个公共平面上；该壳罩具有内外表面，每个表面同与之相对的结合区表面进行配合，使壳罩和内接合件进行轴向定位；
内外接合件的导槽和/或壳罩地内外表面的构形使得当万向节接合时，包含球心的公共平面(平分面)基本平分内外接合件旋转轴线之间的角。
这种万向节下面称为“所述万向节”。
现有技术
所述万向节有多种类型，在内外接合件的导槽和/或壳罩的内外表面的构形方面彼此有区别，公共平面(平分面)据此进行导向，从而使万向节具有等速运转特性。但是，尽管万向节类型不同，壳罩都是通过壳罩的外表面以及与之相对的结合区表面之间的配合在万向节中进行轴向定位。
从理论上来说，在所述万向节中，这些配合的表面应为部分球形，壳罩的外表面的形状和与之相配合的外接合件结合区的互补表面之间应该非常一致(其间只能留有涂一层润滑剂的间隙)。实际上，在标准公差范围内，很难达到非常一致。
当万向节传递转距时，万向节中的作用力使壳罩推向万向节的一端，推向哪一端，取决于万向节处于未接合位置时内外接合件的导槽偏离公共平面的方向。壳罩与外接合件结合区的配合表面在理论上应为部分球形，如果不精确磨削，万向节中的作用力可能使壳罩与结合区的配合表面运转不灵活并发生楔作用。例如，如果外接合件结合区朝内的表面在万向节纵向截面上曲率半径大于壳罩的朝外的配合表面，那么，万向节运转时可能使壳罩不断发生运转不灵活的现象，其结果导致发热和快速磨损。
如果将一对配合表面中的一个表面或者两个表面设计成不是围绕具有该表面的组件的旋转轴线的部分球形，而是设计成一种围绕所述轴线的弧形回转表面，其曲率中心不在该轴线上，而是偏离该轴线，那么，上述问题即可解决。目的是获得这样的配合表面：彼此仅仅在具有这些表面的组件的端部区域进行接触。为此，在纵向截面上，结合区朝内的配合表面的曲率半径应略小于壳罩朝外的配合表面的曲率半径。重要的是，曲率半径的差别不应太大，否则，壳罩和外接合件之间的接触面积小，从而导致高压和快速磨损。与在制造过程中要将表面磨削到同样的曲率半径比较而言，这种表面曲率半径的组合允许制造中有较大的公差，但是，即使如此，仍然要严格控制表面构形的公差，这样，制造中就困难一些。
因此，本发明旨在提出一种解决该问题的万向节。
本发明概述
根据本发明的一个特征，本发明提出一种万向节，其特征在于，当万向节传递转距时，它具有壳罩的外表面与外接合件的相对的结合区表面的多个第一接触部分，靠近外接合件的一端，它们进行接触，承受住由于万向节的几何形状而造成的对壳罩的轴向作用力，它还具有一个凹陷部分(下面给出定义)，当万向节处于未接合位置时，该凹陷部分一般靠近公共平面(平分面)，最好位于每个相对的结合区表面上的第一接触表面部分和公共平面之间，或者围绕公共平面，每个凹陷部分在导槽之间结合区的整个环形宽度上延伸，这些导槽与该结合区邻接，还具有壳罩的外表面与外接合件的相对的结合区表面的多个第二接触部分，以控制壳罩的轴向滑移，第二接触部分与第一接触部分由凹陷部分隔开。
一个外接合件结合区表面的“凹陷部分”是这样一个表面部分：当万向节接合和使用以传递转距期间，该表面部分不接触壳罩的相对的外表面，该表面部分由组件表面上的一个阶梯形部分或者由表面上的一个在纵向截面上倾斜度陡变的部分与相邻的第一接触表面部分隔开，或者由这样一个或多个表面限定，该表面或其中每个表面具有与相邻第一接触表面部分的表面不同的曲率半径，可以同第一接触表面部分的表面相切；或者在纵向截面上是直的；或者由在纵向截面上与相邻第一接触表面部分的表面在一个转折点相交的一个表面限定。
“纵向截面”是万向节处于未接合位置时通过万向节旋转轴线的一个平面上的截面。
目前的万向节是在壳罩和一个接合件的形状不合适的表面之间、在这些组件的一个轴向中间部位进行接触，这在很大程度上是出现运转不灵活的原因。
根据本发明的另一个特征，本发明提出一种万向节，其特征在于，当万向节传递转距时，具有壳罩的外表面与外接合件的相对的结合区表面的多个硬化的第一和第二接触部分，第一接触部分靠近万向节的一端，它们进行接触，承受住由于万向节的几何形状而造成的对壳罩的轴向作用力，第二接触部分控制壳罩的轴向滑移；在第一和第二接触表面部分之间，在每个相对的结合区表面的整个环形宽度上，具有一个凹陷部分(定义如前)，当万向节处于未接合位置时，凹陷部分或每个凹陷部分一般靠近公共平面(平分面)，其特征还在于，先在结合区表面上制造凹陷部分，再对结合区表面进行硬化；硬化以后，配有凹陷部分的结合区表面不进行金属切削处理，而可选的是要清除由硬化产生的氧化皮。
本发明还提出一种制造万向节外接合件的方法，这种外接合件是精加工品，随时可用于所述万向节，所述方法包括制造一种外接合件坯件，同时或以后制造导槽、结合区以及每个结合区的表面上的一个凹陷部分(定义如前)，凹陷部分在结合区的整个环形宽度上延伸，当万向节处于未接合位置时，一般靠近公共平面(平分面)，对接合件进行热处理，使结合区表面坚固，但是，在接合件硬化以后，结合区表面不进行金属切削的进一步处理，而可选的是要清除由硬化产生的氧化皮。
以前提出的一些方案中，在万向节各部件之间具有凹陷部分。
日本实用新型3-112123描述了一种插入式等速万向节，其中，在内接合件上和/或在壳罩的内表面上具有一个凹陷部分，起润滑剂存储器的作用。
文献US-5433668描述了一种固定式球型等速万向节，其中，外接合件中壳罩的轴向间隙通过一个环上的多个指杆调节，指杆的端部接触壳罩的外表面，环在外接合件的开口端固定到外接合件的结合区上。壳罩仅仅接触指杆，不接触外接合件。
文献US-4820240描述了一种固定式球型等速万向节，其中，在内接合件和壳罩的相对的表面之间具有轴向间隙，壳罩的相对的表面和外接合件包括一个球形导向表面和一个短支承表面。
文献US-4156353描述了一种固定式球型等速万向节，其中，壳罩的外表面和外接合件的相对的结合区表面仅仅在靠近万向节开口端处进行接触，内接合件的外表面和壳罩的内表面仅仅在靠近万向节封闭端处进行接触。
这些方案都不能解决上面提出的问题，也不能控制壳罩的轴向滑移。
由于本发明万向节的凹陷部分，壳罩和外接合件的接触面积减小到所需的接触表面部分，因此，使相对的表面上具有不同的曲率半径以防壳罩相对于外接合件发生楔作用和运转不灵活所需的严格公差得以避免。这便于制造，当接合件中配置球形结合区表面时，可以解决一个组件不同部分要进行大量切削的差别问题。
因此，在本发明万向节的纵向截面上，外接合件和壳罩的接触表面部分的构形问题变得不太关键。接触表面部分可以设计成真正球形，其优越性在于使接触表面部分在较大的表面面积上进行接触(从而减少磨损)并且避免楔作用问题。
每个第一接触表面部分最好基本呈部分球形。为了便于制造，每个第二接触表面部分最好也基本呈部分球形。第一和第二接触表面部分最好位于以外接合件旋转轴线为中心的相同的部分球形表面上。
最好只有外接合件的结合区表面才具有凹陷部分。
如上所述，当万向节处于未接合位置时，凹陷部分可以在公共平面的两侧延伸，或者可以在公共平面和相邻的第一接触表面之间仅仅在所述平面的一侧延伸。
在制造本发明万向节或外接合件时，接触部分和凹陷部分最好在软状态下即在硬化以前与组件一起进行制造。因为壳罩和接合件的接触面积减小，所以由硬化热处理引起的接合件球形的变化比较容易调节。如果球形表面是机加工产生的而不是机加工成形的(例如是通过车削而不是通过成形磨削)，那么，周期时间可以比较快，因为在较短的距离上要求进刀速度缓慢。另一方面，如果结合区表面是机加工成形的，则刀具加工成本较低，因为要成形的面积较小。
外接合件凹陷部分的配置及其热处理之前的成形两者相结合，并且具有凹陷部分的表面在热处理后不进行金属切削的表面处理而可能只是清除氧化皮，因此，无需对结合区进行昂贵的热处理之后的机加工工序、例如磨削。
【附图说明】
现在参照附图和非限制性实施例来描述本发明。
附图如下：
图1是本发明一个固定式等速万向节沿图2中箭头A方向的端视图；
图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的纵向剖视图；
图3是图2剖视图的局部放大图，示出一个凹陷部分；
图4、5和6是类似于图3的细部图，示出凹陷部分的其它形状；
图7至11示出本发明一个固定式万向节的一个外接合件的制造方法。
本发明的最佳实施例
图1和2示出一个固定式等速万向节，其主要组件是一个外接合件10、一个内接合件11、一个壳罩12以及多个转矩传递球13。
外接合件10是一个空心杯形组件，具有一个封闭端14，一个短轴15从该封闭端延伸。外接合件的旋转轴线以16示出。在外接合件内部，具有多个在圆周上间隔配置的弧形导槽17，这些导槽围绕接合件轴线进行等角度间隔配置，其中心线位于包含轴线16的子午面上。导槽17之间具有结合区18，这些结合区与接合件连为一体，具有径向朝内的表面。
内接合件11在其外表面上配有多个弧形导槽19，这些导槽的中心线位于包含内接合件旋转轴线的多个子午面上，当万向节处于所示的对中状态(非接合状态)时，内接合件的旋转轴线与轴线16重合。导槽19面对导槽17，一对一对地处于相对位置。在导槽19之间，内接合件具有结合区23，这些结合区与内接合件连为一体，具有径向朝外的表面。内接合件是一个空心组件，具有一个花键孔24，用于进行转矩传递地接纳一个驱动轴24a。
在图2所示的纵向剖视图中，导槽17、19在结构上呈弧形，这种弧形的曲率中心在万向节轴向上彼此偏离，以便每对导槽在接近外接合件的开口端时彼此偏离。每对相对的导槽17、19接纳相应的一个转距传递球13，球的球心位于一个公共平面P上。接合件中导槽17、19的偏离结构是这样的：以公知的方式，当万向节接合时，图2所示的公共平面P(平分面)平分接合件旋转轴线之间的角度，从而使万向节具有等速特征。
壳罩12是一个环形组件，配置在内外接合件之间。壳罩12具有多个孔20，分别接纳球13，这样，这些球的球心位于公共平面P上。
壳罩具有一个外表面21，该表面与外接合件导槽17之间结合区18的径向朝内的表面相接触。壳罩还具有一个内表面22，该表面与内接合件11导槽19之间结合区23的径向朝外的表面相接触。
万向节在使用中时，作用在球和壳罩上的作用力将后者朝外接合件10的开口端进行推动。因此，壳罩的外表面主要在紧靠外接合件开口端的区域A支承在外接合件结合区18的与之相对的表面上。在所示的万向节中，内接合件11的导槽朝外接合件10的封闭端14偏离，外接合件的导槽朝外接合件的开口端偏离。但是，偏离的方向可以颠倒过来，这样，第一接触表面部分的位置改变到与外接合件封闭端相邻的位置。
结合区18、23的表面最好呈部分球形，形成分别以外接合件10或内接合件11的旋转轴线16为中心的一个球形的多个部分。但是，结合区表面可以由围绕所述轴线的一个弧形回转表面形成，不过，弧形的中心不在轴线上。在另一种布置中，弧形不是圆弧形。结合区表面可以按另一种方式由围绕与接合件旋转轴线偏离的一个回转轴线的一个弧形表面形成，该弧形最好但不一定是圆弧形，当考虑所有结合区表面时，回转轴线的轨迹是一个围绕旋转轴线的圆。对于一个本领域技术人员来说很清楚，结合区表面与以旋转轴线为中心的真正球形表面的偏差是小的。
在图1和2所示的本发明实施例中，外接合件结合区18朝内的表面如标号25所示的那样凹陷。当万向节处于图2所示的未接合位置时，凹陷部分在公共平面P的两侧进行延伸，其端部限定成阶梯形。每个凹陷部分在结合区一侧导槽之间的整个结合区宽度上延伸。
如图3所示，每个凹陷部分开始的与外接合件开口端邻接的表面的阶梯形部分以标号26示出，相对的端部以阶梯形部分26a示出。这在凹陷部分25和外接合件开口端之间保留第一接触表面部分27。这些部分27接触壳罩的外表面21。表面部分27与壳罩的外表面的接触承受住在万向节使用期间对壳罩的轴向作用力。
每个凹陷部分25在凹陷部分的端部相对于结合区表面可以具有不大于150微米(0.150毫米)、例如50至100微米的深度。最佳深度为30至100微米。凹陷部分应尽量浅，同时又避免壳罩的外表面在万向节使用和接合期间与凹陷部分朝内的表面接触，凹陷部分的深度不应使外接合件导槽的深度减小到在球和导槽之间出现不良接触的程度。凹陷部分减小了结合区上必须准确成形成部分27的表面部分，从而便于制造。
配置凹陷部分具有这样的作用：基本上避免壳罩与外接合件运行不灵活和发生楔作用，无需对外接合件上的整个结合区严格保持公差。在转距传递下，通过与紧靠外接合件开口端10的结合区18的非凹陷第一接触部分27相接触，壳罩仍然进行令人满意的导向。
根据本发明配置凹陷部分25的另一个作用是，在壳罩和外接合件的配合表面附近蓄积润滑剂，使这些表面的润滑得到改善。
配置凹陷部分还有一个作用，当万向节经受高转距时，大径向作用力可能使外接合件变形而不呈圆形，配置凹陷部分以后，壳罩不大容易被外接合件挤压。如果不配置凹陷部分，外接合件的变形可能使之紧贴在壳罩上。
如图1和2所示，外接合件结合区上的接触表面部分27与壳罩的外表面21的配合，在万向节使用期间，承受住对壳罩的轴向作用力。为了控制壳罩相对于外接合件的轴向滑移，在结合区18上具有第二表面部分127，靠近万向节的封闭端，与壳罩的外表面21接触。万向节每个结合区上的表面27和127由凹陷部分25隔开。要注意的是，当万向节处于未接合位置时，凹陷部分25在公共平面P的两侧延伸。但是，凹陷部分可以只在接触部分27和公共平面P之间进行延伸。
在制造本发明万向节时，无需控制外接合件中结合区的构形，如果结合区为一般球形构形，那么，在该区域则要加以控制。外接合件结合区和壳罩的内外配合表面可以设计成精确的部分球形，即围绕各自圆弧形组件的旋转轴线的h回转表面，其曲率中心位于该旋转轴线上。这样，可以使确实进行接触的表面部分配合良好。
图1至3所示的凹陷部分限定在配有这些凹陷部分的表面上的阶梯形部分之间，这些阶梯形部分在表面上的倾斜度为陡变，倾斜度的变化可以是任何合适的角度。
图4示出另一种布置情况。表面部分30和31是外接合件结合区内表面上的第一和第二接触表面，是从外接合件旋转轴线16上的点A起半径相同的圆弧形。凹陷部分由表面32和33限定，这些表面分别从偏离轴线16的点B和C起是圆弧形。限定凹陷部分的弧形表面32和33在相交处进行融合，分别与表面部分30和31相切。由图可见，当万向节处于未接合位置时，凹陷部分围绕公共平面P。
如图5所示，表面部分34和35是壳罩外表面和外接合件结合区上的第一和第二接触表面部分。凹陷部分36由端部部分37和38限定，这些端部部分与表面部分34和35形状不同，由一个弧形表面部分39连接，该弧形表面部分的中心位于万向节的旋转轴线上，但是其半径大于壳罩外表面的半径。表面部分34和端部部分37像表面部分35和端部部分38那样在转折点处相交。当万向节处于未接合位置时，凹陷部分也是围绕公共平面P。
如图6所示，表面部分40和41是壳罩外表面和外接合件结合区上的第一和第二接触部分。凹陷部分42由两个表面部分43和44限定，这两个表面部分在横截面上是直的，在标号45处进行融合。表面部分43和44在其端部46和47与结合区表面41相切。当万向节处于未接合位置时，凹陷部分围绕公共平面P。
凹陷部分不必如图示那样的对称，可以在其端部具有不同的形状，例如一端为图3所示的阶梯形状，而另一端为图6所示的直线形状。可以进行其它的组合，但是在所有情况下，凹陷部分在任一侧导槽之间整个结合区宽度上进行延伸。当万向节处于未接合位置时，凹陷部分可以围绕公共平面P或者处于公共平面P和第一接触表面部分之间。
在每个实施例中，凹陷部分25,32、33,36和42任一侧每个结合区18表面的多个部分，最好是具有相同球形表面的部分，或者是具有上述回转表面的部分。但是，如果需要，这些部分可以位于不同的回转表面上。
所示的固定式万向节是壳罩的内外部分球形表面彼此同心的一种万向节。在某些固定式万向节中，这些表面不同心，壳罩的一端比另一端厚。本发明同样适用于这样的万向节。
图7至11示出图1至3所示外接合件的一种制造方法。
图7示出一个普通钻孔锻件50。该锻件具有一个钟形部分51和一个杆部52。首先，在杆端54标号53处使钻定中心。
如图8所示，下一步是车削锻件的外部型面。这样，钟形部分51的外表面机加工成一个槽55以接纳一个密封套夹。杆部在标号57处机加工成一个短轴，然后短轴车削键槽，杆部的端部部分58进行车削，然后加工螺纹。
如图9所示，第三步是在钟形部分内制造球形表面59，并且对外接合件的前面65和喇叭口切面66进行机加工。球形表面59在下一步铣削好导槽之后在导槽之间配有结合区表面。球形表面59在靠近外接合件封闭端的标号60处凹陷。球形表面还围绕公共平面P配有一个环形槽61。槽61的横截面可以是图1至6所示的任意形状，但是示出的形状是图2和3所示的形状。
如图10所示，导槽62分两步进行铣削。第一步是粗铣削，第二步是精铣削。导槽之间有结合区，每个结合区具有槽61所配置的一个凹陷部分61a。图11示出多个导槽62和结合区63。由图9和10可见，凹陷部分在相邻导槽之间结合区的整个环形宽度上进行延伸。
导槽铣削之后，在杆部57上加工键槽，在杆部58上加工螺纹。
现在对外接合件进行热处理，使导槽和结合区的表面硬化。热处理操作例如可以是感应淬火或者是表面渗碳。硬化以后，结合区63的表面不进行金属切削的表面处理，而可选的是要清除由硬化工序所产生的氧化皮。如果需要，导槽可以进行机加工或磨削。
由此可见，具有凹陷部分的结合区不进行任何昂贵的后热处理，由于在结合区上配置凹陷部分，这是可以的，这减小了结合区和壳罩外表面之间的接触面积。
外接合件可以用其它方法制造，例如可以锻造成具有粗加工的结合区和导槽，然后将结合区加工成所需的形状，并且对导槽进行铣削。在结合区加工期间，凹陷部分也就形成了。加工键槽和螺纹以后，外接合件进行热处理，但是，在热处理之后，无需对结合区表面进行金属切削，而可选的是从结合区表面清除氧化皮。
在外接合件的另一种制造方法中，可以将外接合件精密定形，用定形刀具使结合区制成所需形状，包括凹陷部分，而导槽进行粗加工。然后，导槽进行精铣，外接合件进行热处理，使导槽和结合区坚固，但是，结合区表面无需进行进一步的表面处理，而可选的是清除由热处理所产生的氧化皮。在另一种方法中，导槽可以采用精密定形法用定形刀具进行光制，然后，结合区与凹陷部分一起进行车削，组件进行热处理，如果需要，结合区表面要清除氧化皮但无需进行金属切削。
也可以同时用定形刀具光制结合区和导槽。凹陷部分可以与结合区一起制造或者然后再进行机加工。热处理之后，结合区无需进行金属切削，而可选的是清除氧化皮。
热处理以后，外接合件可以进行校准，可以完全或部分地涂覆例如一氮化钛或磷酸锌。
以上说明或以下权利要求、或者附图中公开的特征，通过具体实施例或者按照一种起所公开的作用的装置或一种达到所公开的适当效果的方法加以描述，这些特征可以分别地或者组合地进行应用，从而以各种不同的方式来实施本发明。