一种后轮专用等速传动轴固定节

技术领域

本发明涉及车辆后轮专用的等速传动轴固定端万向节技术领域，具体涉及一种后轮专用等速传动轴固定节。

背景技术

车辆后轮专用的等速传动轴固定端万向节，简称后轴固定节；

车辆后轮布置等速传动轴结构时，其应用环境没有车轮转向需求，因此固定节的最大摆角远小于前轮所用等速传动轴，一般均小于25°；而传统的固定节是前轴应用，其设计摆角通常大于45°；传统摆角的固定节，整体重量偏重，不利于整车减重理念；同时节内空间大，需要更多的油脂量；

后轴固定节在结构上采用带若干个球道的外星轮、带与外星轮相同球道数量的内星轮、布置在各个球道中的钢球，以及利用窗口容纳钢球并使钢球中心处于同一平面运动的球笼。其功能是在改变动力传递方向的同时，不改变转速；所改变的轮毂侧扭矩方向，其角度变化值即固定节的摆角；

固定端等速万向节，在工作摆角即输入轴和输出轴之间的夹角下，钢球在内外星轮球道中往复运动，不同的工作摆角，钢球的理论接触点的长度不同；由于后轴为非转向轮，其工作摆角远小于前轴，传统的固定节球道长度设计冗余较多，导致传递效率低；

现有技术中，固定节为了简化外星轮和球笼的装配，刻意将外星轮开口尺寸设计到足够大，以专利CN110431323B为例：“外侧联轴器构件的内周面的开口端处的直径比从轴向观察所述保持器时的凹袋的周向中央部处的外径大，”即ФA＞ФB；其缺点十分明显：外星轮球面对球笼的有效约束不足；外星轮球面有效高度差Y值偏小，Y值见图21；后轴的外星轮球轴向尺寸一般设计较短，当外星轮口部直径过大时，节中心往碗口方向的球道有效长度不足，轴向间隙大，特别带角度时此问题更加严重；

上述现有技术，后轴固定节的球笼在轴向分力，没有得到改善，载荷大，内部摩擦损耗大，传动效率受到制约，为此需要改进，需要一种后轮专用等速传动轴固定节，以克服上述技术缺陷。

发明内容

有鉴于此，面对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种后轮专用等速传动轴固定节，钢球受力整体平衡，钢球对球笼受力在轴向上相互抗衡抵消，减小球笼与外星轮球面以及球笼与内星轮球面之间的作用力，进而减小后轴固定节因球面力引起的内部摩擦损耗，起到降低能量损失提升工作效率的作用。

本申请旨在解决背景技术中的问题之一，并结合后轴固定节的最大摆角设计目标，其内部结构，应完全契合摆角功能；

钢球在球道中往复运动，其运动的极限位置对应轨迹线长度，是指固定摆角下，钢球运动到输入轴和输出轴形成的平面上时的所处位置。摆角越大，钢球的极限位置越远离中心位置。因此，所设计的球道轨迹线长度，取决于所设计的最大摆角下，钢球的理论行程。

固定节球道的轨迹线特点，需要包含：与摆角所需的钢球运动理论接触点相当的长度、球道与钢球所产生的作用力在轴向分力上使得球笼趋于平衡；外星轮碗底的结构设计特征，需要包含：基于装配角度，限制内星轮和球笼进一步翻转；外星轮球道口部的开口尺寸，应当满足：将包裹钢球的窗口完整限制在固定节内；

后轴固定节在轴向方向尺寸，需满足合理、紧凑的要求；同时，后轴固定节的球笼在轴向分力上所受载荷较小，应当属于高效结构，固定节的传动效率＞99％(效率损失为1％)为高效节。

固定端等速万向节受力方面：通过结构分析受力，在确定的运动状态下(如钢球从碗底运动到碗口)，钢球受到内外星轮球道作用力的方向，取决于球道轨迹圆心的位置；本技术方案，采用了A、B对置球道的设置，即A、B球道圆心在轴向对称，其各自球道中的钢球，所受球道作用力在轴向方向上相反，幅值上相当，因此，使所有钢球限制在同一平面的球笼，各钢球的轴向分力相互抵消，其合力是趋于平衡的；

A、B对置球道结构，使钢球对球笼的作用合力相互削弱；合力值的减小，意味着固定节的球面接触力减小；该结构可以减少球面力导致的摩擦损耗，获得高效传动效率。

后轴固定节的球道轨迹线，采用A、B两组球道，各4个球道共8个球道，见图15和16；其中，A、B球道的轨迹中心，分列于节中心两侧，由于A球道中钢球所受的作用力，和B球道中钢球所受的作用力，在轴向方向上相反，使得钢球对球笼的轴向合力相互削弱、趋于平衡，从而减小球笼与外星轮球面以及球笼与内星轮球面之间的作用力，进而减小后轴固定节因球面力引起的内部摩擦损耗，起到降低能量损失提升工作效率的作用。

A、B球道的轨迹线长度，取决于钢球在最大摆角时的位置，见图17，即球道容纳摆角设计下的钢球运动范围；进一步地，轨迹线长度间接影响固定节球面长度、固定节装配方案等内容；特别地，外星轮B球道的中心位于节中心的内侧，在口部位置的轨迹线下凹，只有足够短的球道轨迹线，才能满足球道横截面上椭圆结构的硬铣加工时工件的摆动需求；

加工球道时，工件需要摆动，铣刀和零件形成变换的摆角。当球道轨迹线过长时，铣刀会和零件碰撞；“足够短”的标准就是：硬铣加工的摆动过程中，球道不能碰倒刀把。

外星轮的碗底结构，限制了球笼和内星轮的翻转；当钢球装入固定节时，见图18，正在装入的钢球对面的钢球，落在球窝内，同相位的球笼边缘、内星轮边缘，接近外星轮碗底位置；后轴固定节无法进一步翻转，可实现限位功能，便于钢球装配、以及满足后轴固定节的紧凑性设计需求；

外星轮的球面长度，在碗口方向位置，需要将包裹钢球的球笼窗口完全包裹，见图19，使得球笼外球面和外星轮球面直接的轴向约束完整，避免产生过大的轴向窜动，限制球面轴向分力对固定节的有害影响；因此，外星轮球面的开口尺寸ФA，小于或等于球笼窗口上下边沿的径向尺寸ФB，其设计在截面上为过盈配合，即ФA≤ФB，见图20；

针对ФA＞ФB，所带来的技术缺陷，设计ФB和ФA的差值，即ФB-ФA＝δ，δ的设计范围是：0≤δ≤0.50mm，优选范围是：0≤δ≤0.15mm；在δ的设计范围内，任意工作角度内，可以保证外星轮球面和球笼外球面之间的最短配合面，在外星轮轴向方向的长度，转换到高度差Y值时，使Y值＞0.5mm，避免出现约束不足导致的间隙过大；同时，δ的设计上限兼顾了固定节的可装配性。

本发明所采用的技术方案为，为实现上述目的及其他相关目的，提供如下技术方案：

一种后轮专用等速传动轴固定节，包括外星轮、钢球、内星轮、球笼，钢球布置在外星轮、内星轮的球道内，外星轮、内星轮上对应设置A组球道和B组球道；A组球道和B组球道的轨迹中心，分列于固定节中心两侧，使A组球道内布置的钢球和B组球道内布置的钢球所受的作用力在轴向上相反。

本申请提供的一种技术方案，还具有以下技术特征：

优选的，外星轮的B组球道的中心位于固定节中心的内侧。

优选的，外星轮上的B组球道包括外星轮凹槽Ⅰ。

优选的，外星轮的球面的开口尺寸ФA，小于或等于球笼的窗口上下边沿的径向尺寸ФB，ФB-ФA＝δ，δ的范围：0≤δ≤0.50mm。

优选的，δ的范围：0≤δ≤0.15mm。

优选的，外星轮的球面高度差Y，Y的范围：Y＞0.5mm。

优选的，固定节中心为外星轮的球面中心。

优选的，固定节中心为内星轮的球面中心。

优选的，外星轮上的A组球道和B组球道环形阵列设置。

优选的，内星轮上的A组球道和B组球道环形阵列设置。

优选的，A组球道和B组球道间隔，逐个相邻设置。

优选的，A组球道包括外星轮凹槽Ⅰ、内星轮凹槽Ⅰ，B组球道包括外星轮凹槽Ⅱ、内星轮凹槽Ⅱ。

本发明具有以下有益效果：

本申请的后轴固定节结构，可以避免常规固定节在后轮等传动轴上混搭使用产生的设计冗余问题，一般摆角的固定节会导致后轮驱动轴过重、成本过高等影响；后轴固定节内部空间小，油脂量需求低，在本身是高效结构的同时，还有减重的优势，减少整车的能量损耗；

本申请的后轴固定节作为一种紧凑型结构，在制造和应用方面同时兼顾了设计的精准度，具备高针对性和合理性。

附图说明

图1为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的半剖立体图；

图2为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的内星轮的立体图；

图3为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的立体图；

图4为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的内部结构立体图；

图5为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的外星轮立体图；

图6为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的外星轮、内星轮装配的立体图；

图7为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的外星轮、内星轮装配的主视图；

图8为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的安装结构示意图；

图9为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的内星轮的主视图、左视图、右视图；

图10为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的主视图；

图11为本发明图10的A-A剖视图；

图12为本发明图10的B-B剖视图；

图13为本发明图12的C-C剖视图；

图14为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的结构示意图；

图15为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的A组球道示意图；

图16为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的B组球道示意图；

图17为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的最大摆角示意图；

图18为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的钢球装配示意图；

图19为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的外星轮球面开口位置高于球笼窗口示意图；

图20为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的球笼压入外星轮的示意图；

图21为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的外星轮球面高度差Y示意图；

图22为本发明的一种后轮专用等速传动轴固定节的A组球道和B组球道的钢球对球笼作用力方向示意图；

图中：

1、外星轮

2、钢球

4、球笼开口

5、内星轮球道凹口

6、内星轮

7、球笼

8、轴

9、外罩

101、外星轮凹槽Ⅰ

102、外星轮凹槽Ⅱ

601、内星轮凹槽Ⅰ

602、内星轮凹槽Ⅱ

701、球笼外球面

702、球笼内球面。

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1-14，一种后轮专用等速传动轴固定节，包括外星轮1、钢球2、内星轮6、球笼7，钢球2布置在外星轮1、内星轮6的球道内，外星轮1、内星轮6上对应设置A组球道和B组球道；A组球道和B组球道的轨迹中心，分列于固定节中心两侧，使A组球道内布置的钢球2和B组球道内布置的钢球2所受的作用力在轴向上相反，如图22所示。

轴8以及外罩9，作为固定节周边配件，如图10所示。

具体的，外星轮1的B组球道的中心位于固定节中心的内侧。

具体的，外星轮1上的B组球道包括外星轮凹槽Ⅰ101。

具体的，外星轮1的球面的开口尺寸ФA，小于或等于球笼7的窗口上下边沿的径向尺寸ФB，ФB-ФA＝δ，δ的范围：0≤δ≤0.50mm，避免出现约束不足导致的间隙过大；同时，δ的设计上限兼顾了固定节的可装配性。

具体的，δ的范围：0≤δ≤0.15mm，避免出现约束不足导致的间隙过大；同时，δ的设计上限兼顾了固定节的可装配性。

具体的，外星轮1的球面高度差Y，Y的范围：Y＞0.5mm。

具体的，固定节中心为外星轮1的球面中心。

具体的，固定节中心为内星轮6的球面中心。

具体的，外星轮1上的A组球道和B组球道环形阵列设置。

具体的，内星轮6上的A组球道和B组球道环形阵列设置。

具体的，A组球道和B组球道间隔，逐个相邻设置。

具体的，A组球道包括外星轮凹槽Ⅰ101、内星轮凹槽Ⅰ601，B组球道包括外星轮凹槽Ⅱ102、内星轮凹槽Ⅱ602。

后轴固定节的球道轨迹线，如图15和16，采用A、B两组球道，各4个球道共8个球道；其中，A、B球道的轨迹中心，分列于节中心两侧，由于A球道中钢球所受的作用力，和B球道中钢球所受的作用力，在轴向方向上相反，使得钢球对球笼的轴向合力相互削弱、趋于平衡，从而减小球笼与外星轮球面以及球笼与内星轮球面之间的作用力，进而减小后轴固定节因球面力引起的内部摩擦损耗，起到降低能量损失提升工作效率的作用；

如图17，A、B球道的轨迹线长度，取决于钢球在最大摆角时的位置；特别地，外星轮B球道的中心位于节中心的内侧，在口部位置的轨迹线下凹，只有足够短的球道轨迹线，才能满足球道横截面上椭圆结构的硬铣加工时工件的摆动需求；

加工球道时，工件需要摆动，铣刀和零件形成变换的摆角。当球道轨迹线过长时，铣刀会和零件碰撞；“足够短”的标准就是：硬铣加工的摆动过程中，球道不能碰倒刀把。

固定节装配过程中，需要翻转内星轮和球笼，将钢球逐一放入球道；本技术方案采用了限制内星轮和球笼自由翻转的外星轮碗底，使得固定节的装配角度得到控制；即装配角度下钢球装入固定节时，输入轴和输出轴形成的夹角，外星轮碗底与内星轮、球笼接近；本申请的解决方案如下：外星轮的碗底结构，限制了球笼和内星轮的翻转；如图18，当钢球装入固定节时，正在装入的钢球对面的钢球，落在球窝内，同相位的球笼边缘、内星轮边缘，接近外星轮碗底位置；后轴固定节无法进一步翻转，可实现限位功能，便于钢球装配、以及满足后轴固定节的紧凑性设计需求；

外星轮碗口尺寸，与球笼轴向自由度相关；外星轮与球面之间为球面副配合，外星轮碗口过大将导致球笼轴向约束减少；本申请中如图8和19，外星轮的球面长度，在碗口方向位置，需要将包裹钢球的球笼窗口完全包裹，使得球笼外球面701和外星轮球面直接的轴向约束完整，避免产生过大的轴向窜动，限制球面轴向分力对固定节的有害影响；本申请通过控制ФA、ФB对其进行解决，外星轮球面的开口尺寸ФA，小于或等于球笼窗口上下边沿的径向尺寸ФB，其设计在截面上为过盈配合，如图20，即ФA≤ФB。

球笼内球面702和球笼外球面701组成球笼的两个内外工作面；

为解决上述技术问题，本申请提供设计ФB和ФA的差值，即ФB-ФA＝δ，δ的设计范围是：0≤δ≤0.50mm，优选范围是：0≤δ≤0.15mm；在δ的设计范围内，任意工作角度内，可以保证外星轮球面和球笼外球面701之间的最短配合面，在外星轮轴向方向的长度，转换到高度差Y值时，使Y值＞0.5mm，Y值参考如图21所示，避免出现约束不足导致的间隙过大；同时，δ的设计上限兼顾了固定节的可装配性。

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。