CN101268294B - 滑动式等速万向接头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过使滚珠相对于沟槽的接触角、接触率以及轴承保持架偏置量最佳化，可以实现30°以上的最大动作角，而且轻量紧凑的DOJ型等速万向接头。本发明的滑动式等速万向接头，其具备：外圈(12)，该外圈在圆筒状的内周面(12a)在轴向上形成了六条直线状沟槽(12b)；内圈(13)，该内圈在球面状的外周面(13a)在轴向上形成了六条直线状沟槽(13b)，并且在中心部形成了连结轴的连结孔；转矩传递滚珠(14)，该转矩传递滚珠配置于由外圈(12)的沟槽(12b)和内圈(13)的沟槽(13b)的对形成的滚珠沟道；轴承保持架(15)，该轴承保持架具有收容转矩传递滚珠(14)的袋部(15c)、与外圈(12)的内周面(12a)接触而被引导的凸球面状的外周面(15a)、以及与内圈(13)的外周面(13a)接触而被引导的凹球面状的内周面(15b)，且外周面(15a)的球面中心(Oco)和内周面(15b)的球面中心(Ocj)相对于接头中心(O)向轴向的相反侧偏置，其特征在于，滚珠直径与外圈外径之比为0.21～0.25；滚珠的节圆直径与外圈外径之比为0.64～0.68；沟槽的接触角为30°～35°；沟槽的接触率为1.02～1.08；轴承保持架偏置量和滚珠的节圆直径之比为0.07～0.09。

Description

滑动式等速万向接头
技术领域
本发明涉及在汽车或各种产业机械中使用的滑动式等速万向接头，尤其涉及通过使相对于内外圈沟槽的滚珠接触角、滚珠接触率以及轴承保持架(cage)偏置量最佳化，来同时实现动作角的高角化和轻量紧凑化的滑动式等速万向接头。
背景技术
等速万向接头有仅允许两轴间的角度变位的固定式和允许角度变位以及轴向变位(跳进(plunging))的滑动式。两种形式作为转矩传递部件都具有滚子或滚珠。滑动式等速万向接头在汽车领域使用于传动轴(propeller shaft)以及驱动轴。驱动轴通常在内侧(inboard)具有滑动式等速万向接头，在外侧(outboard)具有固定式等速万向接头。作为转矩传递部件具有滚珠的滑动式等速万向接头的一种即“DOJ型”由于制造成本低，所以作为驱动轴的内侧接头被广泛采用。该DOJ型大多使用于可超过25°的高动作角的四轮驱动车。
DOJ型等速万向接头有两种，一种具有六个转矩传递滚珠，另一种具有八个转矩传递滚珠。其中，具有六个转矩传递滚珠的接头大致分为最大动作角是25°以下、和超过25°这两种。当最大动作角变大时，高角时的接头负载容量也需要增大该变大量。接头负载容量与沟槽的深度和轴承保持架壁厚相关。因此，最大动作角为25°以上的接头相比于最大动作角为25°以下的接头，外圈外径通常大1个尺寸左右。
目前，为了增大滑动式等速万向接头的负载容量，提出了改善沟槽和滚珠的接触椭圆的形状的接头(参考专利文献1)；通过组合圆形接触(circular contact)和倾斜接触(angular contact)来改善沟道形状的接头(参考专利文献2、3)；改善轴承保持架的外球面中心和内球面中心的偏置量的接头(专利文献4)。
专利文献1：日本实开昭61-57233号公报
专利文献2：日本实开平3-105725号公报
专利文献3：日本实开平4-116018号公报
专利文献4：日本特开平10-73129号公报
近年，伴随着汽车的低燃费化，对等速万向接头也要求轻量、紧凑的接头。作为与DOJ型的小型、轻量化相关的发明有所述专利文献4。该文献在具有八个转矩传递滚珠的DOJ型中，确保滚珠引导力，并且提出将轴承保持架壁厚形成为必要最小限的轴承保持架的内外球面中心的偏置量的最佳值，但由于是八个滚珠，所以最大也只能取到25°的动作角。
另一方面，在现有的六个滚珠中最大动作角超过25°的情况下，与在此以下的情况相比，外圈外径由于变大1个尺寸左右，所以造成相当的重量的增加。因此，在改善了所述的沟槽和滚珠的接触椭圆的形状的接头(专利文献1)中或在组合了圆形接触和倾斜接触的沟道形状进行改善的接头(专利文献2、3)中，在具有六个滚珠的DOJ中，发现实现动作角的高角化，同时达成足够轻量的紧凑化很困难。
发明内容
本发明的目的在于，在具有六个滚珠的DOJ中，使30°以上的最大动作角成为可能，并且抑制外圈外径尺寸，实现其轻量紧凑化。
为了解决所述课题，技术方案1的发明提供一种滑动式等速万向接头，其具备：外圈，该外圈在圆筒状的内周面在轴向上形成了六条直线状沟槽；内圈，该内圈在球面状的外周面在轴向上形成了六条直线状沟槽，并且在中心部形成了连结旋转轴的连结孔；转矩传递滚珠，该转矩传递滚珠配置于由外圈的沟槽和内圈的沟槽的对形成的滚珠沟道；轴承保持架，该轴承保持架具有收容转矩传递滚珠的袋部、与外圈的内周面接触并被引导的凸球面状的外周面、以及与内圈的外周面接触并被引导的凹球面状的内周面，且外周面的球面中心和内周面的球面中心相对于袋部中心向轴向的相反侧偏置，所述滑动式等速万向接头作为汽车的驱动轴内侧接头使用，所述滑动式等速万向接头的特征在于，作为设定应对高动作角的设计基准的基础，通过使滚珠直径与外圈外径之比为0.21～0.25；滚珠的节圆直径与外圈外径之比为0.64～0.68；沟槽的接触角为30°～35°；沟槽的接触率为1.02～1.08；轴承保持架偏置量和滚珠的节圆直径之比为0.07～0.09，从而使最大动作角为30°以上。
通过使滚珠的接触角为30°～35°，与现有的接触角35°～40°的情况相比，动作角0°下的滚珠的接触椭圆的深度、即从沟槽的肩部到接触椭圆的长轴侧缘部为止的深度变深，能够获得该部分的动作角，并且不用改变沟槽的深度，与加深沟槽的深度的情况一样能够获得接头负载容量。
技术方案2的发明提供一种驱动轴，其在外侧具备具有八个转矩传递滚珠的固定式等速万向接头，同时在内侧具备技术方案1所述的滑动式等速万向接头。
通过如此构成，形成组装了固定式和滑动式的等速万向接头的驱动轴装配，可以同时实现轻量紧凑化和30°以上的高动作角化。
发明效果
本发明在具有六个滚珠的DOJ中，通过形成技术方案的范围中记载的内部规格，可以实现在具备与现有技术等同的强度和耐久性的同时，可以实现30)°以上的最大动作角，而且轻量紧凑的DOJ型等速万向接头。
附图说明
图1是驱动轴装配的纵剖面图；
图2是图1的驱动轴的DOJ的纵剖面图；
图3是图1的驱动轴的的UJ的纵剖面图；
图4是转矩传递滚珠的周围的放大剖面图。
具体实施方式
以下，结合附图说明本发明的实施方式。图1表示驱动轴装配(driveshaft assy)的纵剖面图。该驱动轴装配由内侧的等速万向接头J1、外侧的等速万向接头J2、以及结合两接头J1、J2的中间轴1构成。内侧的等速万向接头J1与差动器结合，外侧的等速万向接头J2和车轮结合。本发明适用于内侧的等速万向接头J1。
内侧的等速万向接头J1由双偏置型等速万向接头(DOJ)构成。DOJ如图2所示，由在圆筒状的内周面12a上在轴向形成有六条直线状的沟槽12b的外圈12、在球面状的外周面13a上在轴向形成有六条直线状的沟槽13b的内圈13、在由外圈12的沟槽12b和内圈13的沟槽13b的对形成的球沟道上配置的六个转矩传递滚珠14、以及保持转矩传递滚珠14的轴承保持架15构成。外圈12的杆部12c与差动器结合，在内圈13的中心部的连结孔中经锯齿形突起等结合中间轴1。
轴承保持架15呈环状，并具备：与外圈12的内周面12a接触而被引导的外球面15a、与内圈13的外周面13a接触而被引导的内球面15b、收容转矩传递滚珠14的六个袋部15c。外球面15a的球面中心Oco与内球面15b的球面中心Ocj分别相对于接头中心O在轴向上以等距离偏置向相反侧。
在该接头取动作角并同时传递转矩时，轴承保持架15对应于内圈13的倾斜和在滚珠沟道上移动的转矩传递滚珠14一起旋转，将转矩传递滚珠14保持在动作角的角度二等分面上。由此，维持接头的等速性。另外，当外圈12和内圈13在轴向上现对移动时，在轴承保持架15的外球面15a和外圈12的内周面12a之间产生滑动，能够进行圆滑的轴向移动(跳进)。
外侧的等速万向接头J2由自由底切(undercut-free)型等速万向接头(UJ)构成。图3示出了自由底切型等速万向接头的动作角θ为0°时的状态。该等速万向接头J2包括：在球面状的内周面2a上在轴向形成有八条底部弯曲状的沟槽3的外圈2、在球面状的外周面4a上在轴向形成有八条底部弯曲状的沟槽5的内圈4、分别配置在由内外圈的沟槽3、5形成的各滚珠沟道上的八个转矩传递滚珠6、以及介于内外圈之间且将各转矩传递滚珠6分别收容保持在八个袋部7中的轴承保持架8。而且，在内圈4的内周经花键4c结合驱动轴的中间轴1(参考图1)，并且在外圈2的杆部2x结合孔侧部件。
所述内侧的DOJ型等速万向接头J1的沟槽12b、13b是组合两个圆弧而成的。因此，滚珠14相对于内外圈的沟槽12b、13b在各两个点C呈圆形接触。本发明为了确保高角时的负载容量，如图4所示，将滚珠14相对于外圈12和内圈13双方的沟槽12b、13b的接触角α设为30°～35°。
现有的沟槽将接触角设定在35～40°的范围。因此，当与将接触角设定为30°～35°的情况相比，滚珠14的接触椭圆的长轴侧缘部到内外圈的沟槽12b、13b的肩部为止的动作角小。为了实现最大动作角25°以上，目前必须使沟槽12b、13b的深度和轴承保持架15的壁厚形成相当的厚度。供给本发明，通过使滚珠接触角在30°～35°的范围，不用加厚沟槽12b、13b的深度和轴承保持架15的壁厚，就能够实现高动作角化。
在此，所谓“滚珠接触角”是指图4的直线La和直线Lb之间的角度α。直线La是在与沟槽12b、13b的曲率中心线垂直的截面处的沟槽12b、13b的圆周方向的中心线，直线Lb是连结沟槽侧壁上的滚珠14的接触点C和滚珠14的中心的直线。
实施例1
本发明的DOJ并不是仅将接触角形成为30°～35°、当单纯地将接触角形成为30°～35°时，导致沟槽面压的上升，耐久性下降。因此，对于接触角以外也改变内部规格。表1是通过5个项目对比了本发明品和现有品的实施例。在本发明中，确认到用六个滚珠的DOJ相比于现有品实现3％以上的小型化。
【表1】
  项目   本发明品   现有品
  1   (滚珠直径)/(外圈外径)   0.21～0.25   0.21～0.25
  2   (滚珠的节圆直径)/(外圈外径)   0.64～0.68   0.64～0.68
  3   沟槽的接触角   30～35°   35～40°
  4   沟槽的接触率   1.02～1.08   1.04～1.10
  5   (轴承保持架偏置量)/(滚珠的节圆  直径)   0.07～0.09   0.09～0.11
(表1的项目1和2)
对于表1的项目1和2，本发明品和现有品之间没有差别。这是因为，伴随着外圈外径的小径化，如果滚珠直径以及滚珠的节圆直径不以相同比率减小，则无法得到与现有品相同的强度。
(表1的项目3和4)
从项目1和2可知，本发明减小滚珠直径和滚珠的节圆直径，实现了外圈外径的小型化，但此时，在与现有品相同的滚珠接触角、接触率方面产生面压的上升，或产生接触椭圆从沟槽内突出(搁浅在沟槽肩部)，导致耐久性的下降。面压的上升导致剥离寿命的下降，接触椭圆搁浅在肩部会导致沟槽倒角边(chamfer edge)部的缺口。
即，沟槽面压以及接触椭圆在沟槽肩部的搁浅性与四个项目相关，具有表2所示的倾向。根据该表2，在本发明品中，为了得到与现有品等同的耐久性，使沟槽接触角、接触率变换到表1的项目3、4的范围。若将表1的项目3、4的范围偏离到上限侧或下限侧，判断为任一种情况都无法得到与现有品等同的耐久性。
【表2】
  项目   引导槽面压   接触椭圆向引导槽肩部的搁浅性
  滚珠直径的小径化   上升   接触椭圆变小，搁浅富裕扩大
  滚珠的节圆直径的小径化   上升   接触椭圆变大，搁浅富裕减少
  沟槽的接触角的降低   上升   接触椭圆变大，但接触角的下降  引起的到引导槽肩部的距离变  长，因此搁浅富裕扩大
  沟槽的接触率的扩大   减少   接触椭圆变大，搁浅富裕扩大
(表1的项目5)
在DOJ类型的等速万向接头种，外圈沟槽和内圈沟槽相互在轴向上平行形成。在DOJ取动作角时，滚珠由于轴承保持架偏置而被保持在动作角的二等分面内，维持等速性。但是，轴承保持架的偏置量存在最佳值。轴承保持架偏置量过小会导致动作性下降。这是因为在动作角施加时，将滚珠向动作角的角度二等分面内引导的轴承保持架的引导力减少，DOJ的动作性变差，另外等速性变得不稳定。
另一方面，轴承保持架偏置量过大会导致外圈外径的增加。这是因为若轴承保持架偏置量变大，在动作角施加时，接头转一圈之中的滚珠相对于轴承保持架窗在径向的相对移动量变大，为了在最大动作角时也不会使滚珠从轴承保持架袋部内脱落，轴承保持架的壁厚变得过厚，这样导致外圈外径也变大。
由于以上原因，为了尽量减小外圈外径，优选减小轴承保持架偏置量，但若减小得过量则导致工作性的下降，因此在本发明品中设定在表1的项目5的范围。而且，轴承保持架偏置量的最佳范围由于接头尺寸而改变，所以为了消除该尺寸间的变化，以和滚珠的节圆直径之比来表示。
以上，在六个滚珠DOJ中，记载了相比于现有技术实现了3％以上的小型化的接头内部规格，但表1的项目1～5通过全部通过设定来适用，可制成具有与现有品相同的强度和耐久性的DOJ。
本发明通过形成在外侧具有八个滚珠的固定式等速万向接头、在内侧配置本发明的滑动式等速万向接头的驱动轴装配，可以取30°以上的高动作角、而且达成轻量紧凑化。

Claims (2)

1.一种滑动式等速万向接头，其具备：
外圈，该外圈在圆筒状的内周面在轴向上形成了六条直线状沟槽；
内圈，该内圈在球面状的外周面在轴向上形成了六条直线状沟槽，并且在中心部形成了连结旋转轴的连结孔；
六个转矩传递滚珠，该六个转矩传递滚珠配置于由外圈的沟槽和内圈的沟槽的对形成的滚珠沟道；
轴承保持架，该轴承保持架具有收容转矩传递滚珠的袋部、与外圈的内周面接触并被引导的凸球面状的外周面、以及与内圈的外周面接触并被引导的凹球面状的内周面，且外周面的球面中心和内周面的球面中心相对于袋部中心向轴向的相反侧偏置，所述滑动式等速万向接头作为汽车的驱动轴内侧接头使用，
所述滑动式等速万向接头的特征在于，
作为设定应对高动作角的设计基准的基础，通过使滚珠直径与外圈外径之比为0.21～0.25；
滚珠的节圆直径与外圈外径之比为0.64～0.68；
沟槽的接触角为30°～35°；
沟槽的接触率为1.02～1.08；
轴承保持架偏置量和滚珠的节圆直径之比为0.07～0.09，从而使最大动作角为30°以上。
2.一种驱动轴，其在外侧具备具有八个转矩传递滚珠的固定式等速万向接头，同时在内侧具备权利要求1所述的滑动式等速万向接头。
CN200680034381.9A 2005-09-22 2006-09-19 滑动式等速万向接头 Active CN101268294B (zh)

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