CN101313159B - 固定式等速万向接头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固定式等速万向接头，其具备不损害接头功能、容易相对于隔圈装入内圈的结构。这种固定式等速万向接头，具备：在内球面圆周方向等间隔地沿轴向朝向开口端形成多个滚道槽的外圈；在外球面(26)圆周方向等间隔地沿轴向形成与外圈的滚道槽成对的多个滚道槽(27)的内圈(28)；夹在外圈的滚道槽和内圈(28)的滚道槽(27)之间、传递扭矩的多个滚珠；夹在外圈的内球面和内圈(28)的外球面(26)之间、保持滚珠的隔圈，切掉内圈(28)的外球面(26)的外圈开口端侧，将该切掉部(33)和外球面(26)的边界部位(34)成形为圆弧形状。

Description

固定式等速万向接头
技术领域
本发明涉及一种固定式等速万向接头，详细地说是使用于汽车和各种工业机械等动力传递系统、在驱动侧和从动侧的两轴间只容许角度变位的固定式等速万向接头。
背景技术
例如，作为从汽车的发动机向车轮等速传递旋转力的装置使用的等速万向接头的一种有固定式等速万向接头。该固定式等速万向接头具备连结驱动侧和从动侧的两轴、即使该两轴获取工作角也能够等速传递旋转扭矩的结构。
一般而言，固定式等速万向接头具备：在内球面圆周方向等间隔地沿轴向形成多个滚道槽的作为外方构件的外圈；在外球面圆周方向等间隔地沿轴向形成与外圈的滚道槽成对的多个滚道槽的作为内方构件的内圈；夹在外圈的滚道槽和内圈的滚道槽之间、传递扭矩的多个滚珠；夹在外圈的内球面和内圈的外球面之间、保持滚珠的隔圈。多个滚珠被收容在隔圈中形成的凹槽中，圆周方向等间隔地配置(例如，参照专利文献1～4)。
将这种等速万向接头使用于例如汽车的驱动轴时，形成的结构是将外圈与从动轴连结，利用花键嵌合将从安装在车体侧的差速器上的滑动式等速万向接头延伸的驱动轴连结在内圈上。该等速万向接头中，若在外圈和内圈之间赋予工作角，则收容在隔圈中的滚珠不管是怎样的工作角，都始终维持在该工作角的二等分面内，确保接头的等速性。
这些固定式等速万向接头中，当将内圈装入隔圈中之际，一般的方法是将内圈相对于隔圈以环绕Y轴旋转90°的方向插入，将内圈的外球面落入隔圈的凹槽中，之后将该内圈环绕Y轴旋转90°，使内圈的轴线与隔圈的轴线一致，以正规的姿势配置。
另外还有一种方法如图9所示，关于内圈8，预先设定一条滚道槽7和外球面6的边界部和与之对置的滚道槽7和外球面6的边界部的距离d使其小于隔圈10的凹坑直径D，内圈8向隔圈10中装入时，将内圈8相对于隔圈10以环绕Y轴旋转90°的方向从凹坑部15直线性插入后，将该内圈8环绕Y轴旋转90°，使内圈8的轴线与隔圈10的轴线一致，以正规的姿势配置。
专利文献1中，例示了一种方法是切掉内圈的外球面的接头开口侧，将内圈相对于隔圈以环绕Y轴旋转90°的方向插入，在内圈的外球面落入隔圈的凹槽中之后，将该内圈环绕Y轴旋转90°，使内圈的轴线与隔圈的轴线一致，以正规的姿势配置。
专利文献2中，例示了一种方法是将内圈的外球面的接头开口侧切掉一部分的相位，将内圈相对于隔圈以环绕Y轴旋转90°的方向插入，在内圈的外球面落入隔圈的凹槽中之后，将该内圈环绕Y轴旋转90°，使内圈的轴线与隔圈的轴线一致，以正规的姿势配置。在此，所谓相位意思是由滚道槽划分出的多个外球面部分的圆周方向位置。
专利文献3中，例示了一种方法是使内圈的外球面和滚道槽的边界部形成倒角，设定一部分相位的倒角部大于其他相位的倒角部，从而在将内圈以环绕Y轴旋转90°的方向从隔圈的凹坑部直线性插入后，将该内圈环绕Y轴旋转90°，使内圈的轴线与隔圈的轴线一致，以正规的姿势配置。
专利文献4中，例示了一种方法是，关于内圈8，预先设定一条滚道槽7和外球面6的边界部和与之对置的滚道槽7和外球面6的边界部的距离d使其小于隔圈10的凹坑直径D(参照图9)，内圈8向隔圈10中装入时，将内圈8以环绕Y轴旋转90°的方向从隔圈10的凹槽部15直线性插入后，将该内圈8环绕Y轴旋转90°，使内圈8的轴线与隔圈10的轴线一致，以正规的姿势配置。
专利文献1：特开昭53-48150号公报
专利文献2：德国专利DE19514868号
专利文献3：特公平8-6758号公报
专利文献4：特开平9-177810号公报
近年来，从扩大汽车乘坐空间的观点出发，往往要加长轴距，不过，为了使车辆旋转半径不会随之变大，而要求作为汽车驱动轴等的连结用接头使用的固定式等速万向接头基于高角化的前轮操舵角的增大。
不过，在所述专利文献1～4所揭示的固定式等速万向接头中，为了成为一种能够对应于高角化的需要而取得大的工作角的结构，必须沿轴向加长内圈及外圈的滚道槽。此时，沿轴向加长内圈及外圈的滚道槽，就是要增大内圈及外圈的轴向宽度。
特别是，若增大内圈的轴向宽度，则即使如图9所示，关于内圈8，预先设定一条滚道槽7和外球面6的边界部和与之对置的滚道槽7和外球面6的边界部的距离d使其小于隔圈10的凹坑直径D，在将内圈8从隔圈10的凹坑部15插入之际，如图10所示从该凹坑部15的区域内圈8轮廓的一部分、即内圈8的外球面6的外圈底侧(图中A部分)鼓出，造成干涉，从隔圈10的凹坑部15直线插入内圈8变得很困难。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种固定式等速万向接头，其具备不损害接头功能、容易相对于隔圈直线装入内圈的结构。
本发明的固定式等速万向接头，具备：在内球面圆周方向等间隔地沿轴向朝向开口侧形成有多个滚道槽的外方构件；在外球面圆周方向等间隔地沿轴向形成有与外方构件的滚道槽成对的多个滚道槽的内方构件；夹在外方构件的滚道槽和内方构件的滚道槽之间、传递扭矩的多个滚珠；夹在外方构件的内球面和内方构件的外球面之间、保持滚珠的隔圈，所述固定式等速万向接头的特征在于，切掉内方构件的外球面的外方构件开口侧，将该切掉部和外球面的边界部位成形为圆弧形状。
本发明中，通过切掉内方构件的外球面的外方构件开口侧，从而在内方构件向隔圈装入时，当将内方构件相对于隔圈以旋转90°的方向从该隔圈的凹坑部插入之际，因为内方构件的轮廓、也就是内方构件的外球面以在全部相位上都不会与隔圈的凹坑部发生干涉的方式包含在其中，所以容易从该隔圈的凹坑部直线性插入内方构件。
另外，通过将所述切掉部和外球面的边界部位成形为圆弧形状，从而即使沿接头轴向作用拉伸负载时，也能够将切掉部和外球面的边界部位咬入隔圈内球面的情况防止于未然。
还有，所谓凹坑部意思是隔圈内球面的轴向两端开口部，以使内方构件向隔圈中装入时容易将内方构件插入隔圈内。
本发明除了切掉内方构件的外球面的外方构件开口侧，将其切掉部和外球面的边界部位成形为圆弧形状的构成以外，优选是在内方构件的外球面和各滚道槽的边界部位设置倒角部。
这样一来，对于没有所述切掉部的内方构件，在该内方构件的外球面和各滚道槽的边界部位设置倒角部时，能够使其小于往隔圈中插入所需要的倒角部，能够确保滚道槽上的负载容量。
近年来，从扩大汽车乘坐空间的观点出发，往往要加长轴距，不过，为了使车辆旋转半径不会随之变大，而要求作为汽车驱动轴等的连结用接头使用的固定式等速万向接头由于高角化而带来的前轮操舵角的增大。
为了实现固定式等速万向接头的高角化，采用的结构是：将外方构件的滚道槽形成为朝向开口侧直线性扩径的锥形状，同时将内方构件的滚道槽形成为朝向开口侧的相反侧直线性扩径的锥形状，将隔圈的外球面中心和内球面中心相对于接头中心，沿轴向向相反侧偏置等距离，且将外方构件的滚道槽的曲率中心和内方构件的滚道槽的曲率中心相对于接头中心，偏置隔圈偏置量。
在该实现了高角化的固定式等速万向接头中，如果切掉内方构件的外球面的外方构件开口侧，将其切掉部和外球面的边界部位成形为圆弧形状，则成为能够对应于高角化的需要而取得大的工作角的结构，从而沿轴向加长内方构件及外方构件的滚道槽变得容易。
本发明中，通过使外方构件及内方构件的两滚道槽形成为锥形，从而在不仅不会增大外方构件的外径、容易实现工作角的高角化，而且即使外方构件的壁厚变薄，该外方构件的强度及加工性也不会降低，为此对该等速万向接头的内部各部件中由于滚道槽形成为锥形状而带来的影响及倾向进行研究，作为所述滚道槽的锥形角度的最佳值将其上限值规定为12°。
本申请人在确保现有必要的基本性能即强度和耐久性的前提下，采用静态内部力解析、有限元素法(FEM)解析深入研究，缩小了滚道槽的锥形角度的范围并进行了最佳设定。并且，确认变化了锥形角度的试样的评价结果和解析结果的整合性。
发明效果
根据本发明，通过切掉内方构件的外球面的外方构件开口侧，从而在内方构件向隔圈装入时，因为内方构件的轮廓、也就是内方构件的外球面以在全部相位上都不会与隔圈的凹坑部发生干涉的方式包含在其中，所以容易从该隔圈的凹坑部直线插入内方构件。另外，通过将所述切掉部和外球面的边界部位成形为圆弧形状，从而即使沿接头轴向作用拉伸负载时，也能够将切掉部和外球面的边界部位咬入隔圈内球面的情况防止于未然。其结果是，能够不损害接头功能地将内方构件直线插入隔圈的凹坑部中，容易将该内方构件装入隔圈中。特别是，对于将外方构件的滚道槽形成为朝向其开口侧直线性扩径的锥形状的高角化的等速万向接头来说，该效果显著。
附图说明
图1是本发明的固定式等速万向接头的实施方式，(a)是表示内圈的截面图，(b)是(a)的右视图。
图2是本发明的实施方式，是表示固定式等速万向接头整体构成的截面图。
图3是本发明的实施方式，是表示将内圈插入隔圈中之前的状态的图。
图4是本发明的实施方式，是表示将内圈插入隔圈中之后的状态的图。
图5是本发明的其他实施方式，是表示切掉部和外球面的边界部位的一例的内圈的截面图。
图6是本发明的其他实施方式，是表示切掉部和外球面的边界部位的其他例的内圈的截面图。
图7是本发明的其他实施方式，是表示在外球面和滚道槽的边界部位设置倒角部的内圈的截面图。
图8是本发明的实施方式，是表示固定式等速万向接头取工作角的状态的截面图。
图9是固定式等速万向接头的现有例，是表示将内圈插入隔圈中之前的状态的图。
图10是固定式等速万向接头的现有例，是表示将内圈插入隔圈中之后的状态的图。
图中，21-外方构件(外圈)的内球面，22-外方构件(外圈)的滚道槽，25-外方构件(外圈)，26-内方构件(内圈)的外球面，27-内方构件(内圈)的滚道槽，28-内方构件(内圈)，29-滚珠，30-隔圈，31-隔圈的内球面，32-隔圈的外球面，33-切掉部，34-边界部位，O1-外方构件(外圈)的滚道槽的曲率中心，O2-内方构件(内圈)的滚道槽的曲率中心，O3-隔圈的内球面中心，O4-隔圈的外球面中心，α-滚道槽的锥形角度。
具体实施方式
以下，详细叙述本发明的固定式等速万向接头的实施方式。
图2所示实施方式的等速万向接头，具备：在内球面21圆周方向等间隔地沿轴向朝向开口端23形成多个滚道槽22的杯状的作为外方构件的外圈25，在外球面26圆周方向等间隔地沿轴向形成与外圈25的滚道槽22成对的多个滚道槽27的作为内方构件的内圈28，夹在外圈25的滚道槽22和内圈28的滚道槽27之间、传递扭矩的多个滚珠29，夹在外圈25的内球面21和内圈28的外球面26之间、保持各滚珠29的隔圈30。多个滚珠29被收容在隔圈30中形成的凹槽24中，圆周方向等间隔地配置。
在从所述外圈25一体延伸的轴杆部上连设有例如从动轴(没有图示)，内圈28上通过花键嵌合结合有驱动轴(没有图示)，从而成为一种在这些从动轴和驱动轴间容许角度变位且能够传递扭矩的结构。该等速万向接头中，若外圈25和内圈28角度变位，则隔圈30的凹槽24中收容的滚珠29在任意工作角上都始终能够维持在其工作角的二等分面内，确保接头的等速性。
该等速万向接头中，为了形成可获取大的工作角的结构，使外圈25的各滚道槽22形成朝向外圈25的杯状开口侧直线性扩径的锥形状。也就是说，滚道槽22具有作为开口侧的相反侧的杯状底侧的圆弧底22a和杯状开口侧的锥形底22b。另一方面，内圈28的各滚道槽27也形成朝向外圈25的杯状反开口端直线性扩径的锥形状。也就是说，滚道槽27具有杯状开口侧的圆弧底27a和杯状底侧的锥形底27b。
另外，隔圈30的内球面31的曲率中心O3与外球面32的曲率中心O4相对于通过接头中心O的接头中心面P沿轴向向相反方向偏置等距离f(隔圈偏置)。还有，外圈25的滚道槽22的曲率中心O1与内圈28的滚道槽27的曲率中心O2，分别与外圈25的内球面21的曲率中心和内圈28的外球面26的曲率中心一致，该外圈25的内球面21的曲率中心和内圈28的外球面26的曲率中心，分别与隔圈30的外球面32的曲率中心O4与内球面31的曲率中心O3一致(因此，以下说明中，外圈25的内球面21的曲率中心也作为O4，内圈28的外球面26的曲率中心也作为O3)。
该实施方式中，外圈25的滚道槽22的曲率中心O1和内圈28的滚道槽27的曲率中心O2，分别与外圈25的内球面21的曲率中心O4和内圈28的外球面26的曲率中心O3一致，滚道偏置为0，从而，位于外圈25里侧的圆弧底22a不会朝向里侧变浅，而是形成均匀的深度，因此，能够抑制获取了工作角时位于滚道槽22最里部的滚珠29的搁浅(乗り上げ)。
还有，外圈25的滚道槽22的曲率中心O1和内圈28的滚道槽27的曲率中心O2，也可以分别相对于外圈25的内球面21的曲率中心O4和内圈28的外球面26的曲率中心O3沿轴向向相反方向等距离偏置，由此设置滚道偏置。
这样一来，在高角化了的固定式等速万向接头中，如图3所示，关于内圈28，预先设定一条滚道槽27和外球面26的边界部和与之对置的滚道槽27和外球面26的边界部的距离d使其小于隔圈30的凹坑直径D，当将内圈28向隔圈30中装入之际，将内圈28以环绕Y轴旋转90°的方向(参照图3)插入隔圈30中后，将该内圈28环绕Y轴转90°，使内圈28的轴线与隔圈30的轴线一致，以正规的姿势配置。
该实施方式的等速万向接头中，如图1所示，将内圈28的外球面26的外圈开口侧在全部相位上切掉，将其切掉部33和外球面26的边界部位34成形为圆弧形状。
像这样通过切掉内圈28的外球面26的外圈开口侧，从而，在内圈28向隔圈30装入时，当从隔圈30的凹坑部35插入内圈28之际，如图4所示，内圈28的轮廓也就是外球面26的外圈底侧(图中B部分)不发生干涉地包含在其凹坑部35的区域(参照图10)，因而能够从隔圈30的凹坑部35直线插入内圈28。
在此，本发明的接头运转时内圈28与隔圈30强烈接触的部位，是内圈28的外球面26的外圈底侧，其外球面26的外圈开口侧没有强烈接触。另外，内圈28的滚道槽27的外圈开口侧的深度，即使设置所述切掉部33也能够确保足够深度，因此不会对接头功能造成影响。
另外，为了成为一种能够对应于高角化的需要而取得大的工作角的结构，必须沿轴向加长内圈28及外圈25的滚道槽27、22，此时，会增大内圈28及外圈25的轴向宽度，不过，即使内圈28的轴向宽度变大，如前所述，通过切掉内圈28的外球面26的外圈开口侧，从而，在内圈28向隔圈30装入时，容易使内圈28的轮廓也就是内圈28的外球面26的外圈底侧及外圈开口侧都包含在其凹坑部35的区域内，以使在全部相位上都不会与隔圈30的凹坑部35发生干涉。
再有，由于在内圈28的外球面26的外圈开口侧设置的切掉部33是该外球面26的全部相位上形成，因此，与只在一部分相位上设置该切掉部33的情况(例如，参照专利文献2)相比，在制作内圈28方面容易通过车削进行加工，在锻造成形时对模具均匀地施加负载，成形性好，谋求内圈28的轻量化。另外，内圈28和隔圈30的接触在全部相位上都均匀，因此具有消除每个相位上的接触差异等优点。
还有，沿接头轴向作用拉伸负载时，要考虑内圈28的切掉部33和外球面26的边界部位34咬入隔圈30的内球面31，不过，通过如前所述将内圈28的切掉部33和外球面26的边界部位34成形为圆弧形状，从而沿接头轴向作用拉伸负载时，能够将内圈28的切掉部33和外球面26的边界部位34咬入隔圈30的内球面31的情况防止于未然。
该实施方式的切掉部33的形状为圆锥面，不过该形状只是一个例示，只要不损害接头功能，内圈28的外球面26的轮廓不与隔圈30的凹坑部35发生干涉地包含于其中，其切掉部33的形状可以为圆锥面以外的形状。另外，关于切掉部33的加工方法，可适用车削和锻造精加工等各种方法。
另外，关于切掉部33和外球面26的边界部位34的圆弧形状，是所述实施方式的边界部位34相对于切掉部33和外球面26双方以切线相连的圆弧形状，不过，也可以如图5所示，在内圈28的外球面26的精加工时，边界部位34和外球面26同时加工以使它们用切线相连，不实施精加工的切掉部33和边界部位34不是以切线相连的圆弧形状，而出现棱X。另外，如图6所示，在内圈28的外球面26的精加工前的状态下，事先将切掉部33和外球面26的边界部位34形成圆弧形状，在其精加工时，对外球面26的精加工形状进行加工以切除圆弧曲面，则在其外球面26的精加工形状和边界部位34之间严格地说是出现棱Y，不过由于两者形成的角度为钝角，因此能够形成很难咬入隔圈30的内球面31的形状。关于该边界部位34的加工方法，可适用锻造精加工和车削、磨削、抛丸、滚光等各种方法。
所述实施方式中，切掉内圈28的外球面26的外圈开口侧，将其切掉部33和外球面26的边界部位34成形为圆弧形状，而除了该构成以外，图7还示出了在内圈28的外球面26和各滚道槽27的边界部位设置倒角部35的实施方式。该倒角部35在内圈28的外球面26和各滚道槽27的全部边界部位上形成。
这样一来，对于没有所述切掉部的内圈，在其外球面和各滚道槽的边界部位设置倒角部时，还与在内圈的外球面和滚道槽的边界部位上形成的倒角部中、设定位于一部分相位的倒角部大于位于其他相位的倒角部的情况(例如，参照专利文献3)相比，能够使其小于往隔圈中插入所需要的倒角部，能够确保滚道槽上的负载容量。
所述实施方式的等速万向接头中，当使外圈25及内圈28的两滚道槽22、27形成锥形状之际，不仅不会增大外圈25的外径、容易实现工作角的高角化，而且即使外圈25的壁厚变薄，该外圈25的强度及加工性也不会降低，为此对该固定式等速万向接头的内部各部件中由滚道负载、凹槽负载及球面力构成的内部力的影响及倾向进行验证，通过实施有限元素法(FEM)解析，从而缩小了所述滚道槽22、27的锥形角度α的范围，作为最佳值将其上限值规定为12°。
首先，若增大锥形角度α，则凹槽负载的最大值变大，不过由于在滚珠29进到最里面的相位上增大外圈25的壁厚，另外还增大隔圈偏置量，增大隔圈的壁厚，从而能够确保强度，因此不存在问题。
接下来，为了确定锥形角度α的上限值，实施了有限元素法(FEM)解析。如果锥形角度α增大，则在滚珠29最要飞出的相位(参照图8，图8表示接头获取了工作角的状态)上内部力(滚道负载及凹槽负载)变小，在强度上有利，而由于外圈25的开口端23其壁厚变小，从而，将在滚道槽22上产生的应力值换算成接头强度，确认了倾向。其结果是，锥形角度α为12.9°，接头强度不足必要强度，因此作为锥形角度α的最佳范围，将其上限值规定为12°。
还有，在所述实施方式中，对适用于利用以下结构实现高角化的等速万向接头的情况进行了说明，所述结构是将外圈25的滚道槽22形成为朝向开口端23直线性扩径的锥形状，同时将内圈28的滚道槽27形成为朝向反开口端直线性扩径的锥形状，将隔圈30的外球面中心和内球面中心相对于接头中心，沿轴向向相反侧偏置等距离，且将外圈25的滚道槽22的曲率中心和内圈的滚道槽的曲率中心相对于接头中心，偏置隔圈偏置量，不过本发明并不限定于此，也可适用于其他固定型等速万向接头(例如BJ和UJ等)。

Claims (5)

1.一种固定式等速万向接头，具备：在内球面圆周方向等间隔地沿轴向朝向开口侧形成有多个滚道槽的外方构件；在外球面圆周方向等间隔地沿轴向形成有与所述外方构件的滚道槽成对的多个滚道槽的内方构件；夹在所述外方构件的滚道槽和内方构件的滚道槽之间、传递扭矩的多个滚珠；夹在所述外方构件的内球面和内方构件的外球面之间、保持滚珠的隔圈，所述固定式等速万向接头的特征在于，
以在所述内方构件向所述隔圈装入时所述内方构件的轮廓包含在凹坑部的区域的方式切掉所述内方构件的外球面的外方构件开口侧，将该切掉部和所述外球面的边界部位成形为圆弧形状，所述内方构件设定一条滚道槽和外球面的边界部和与之对置的滚道槽和外球面的边界部的距离使其小于所述隔圈的凹坑直径，将所述外方构件的滚道槽形成为朝向所述开口侧直线性扩径的锥形状，同时将所述内方构件的滚道槽形成为朝向开口侧的相反侧直线性扩径的锥形状。
2.根据权利要求1所述的固定式等速万向接头，其特征在于，
在所述内方构件的外球面和各滚道槽的边界部位设置有倒角部。
3.根据权利要求1或2所述的固定式等速万向接头，其特征在于，
使所述隔圈的外球面中心和内球面中心相对于接头中心沿轴向向相反侧等距离偏置，且使外方构件的滚道槽的曲率中心和内方构件的滚道槽的曲率中心相对于接头中心偏置隔圈偏置量。
4.根据权利要求1或2所述的固定式等速万向接头，其特征在于，
将所述外方构件及内方构件的两滚道槽的锥形角度的上限值设定为12°。
5.根据权利要求3所述的固定式等速万向接头，其特征在于，
将所述外方构件及内方构件的两滚道槽的锥形角度的上限值设定为12°。
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