CN101680490A

CN101680490A - 固定式等速万向接头及其外环的制造方法

Info

Publication number: CN101680490A
Application number: CN200880018489A
Authority: CN
Inventors: 小林智茂
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: US20100173714A1; US8172962B2; EP2154389A1; EP2154389B1; CN101680490B; WO2008149775A1; EP2154389A4

Abstract

本发明提供一种固定式等速万向接头，具有：外环(10)，其在球面状的内周面(14)沿圆周方向以等间隔形成有沿轴向延伸的沟槽(16)；内环(20)，其在球面状的外周面(24)沿圆周方向以等间隔形成有沿轴向延伸的沟槽(26)；球(30)，其夹设在成对的外环的沟槽(16)与内环的沟槽(26)之间；笼(40)，其沿圆周方向以规定间隔形成有用于收容球(30)的凹部(46)，外环(10)是利用热锻或车削制造的部件并被实施调质处理。

Description

固定式等速万向接头及其外环的制造方法

技术领域

本发明涉及固定式等速万向接头及其外环的制造方法，能够利用于机动车和各种产业机械的动力传递装置。

背景技术

利用于机动车和各种产业机械的动力传递装置的等速万向接头大体分为固定式和滑动式。滑动式等速万向接头不仅能够进行角位移而且也能够进行轴向位移(突进)，与此相对，固定式等速万向接头仅能够进行角位移，能够使用于例如机动车的驱动轴的车轮侧(外板侧)。

固定式等速万向接头的轻量、紧凑化能够对机动车的耗油量或驱动系统布局的自由度的提高作出贡献。因此，固定式等速万向接头在满足所需性能的情况下，优选尽可能小。如图2～图4所示，固定式等速万向接头的主要构成要素是外环10、内环20、球30、笼40，为了接头整体的轻量、紧凑化，提出有各构成要素的小型、轻量化的方案(例如参照专利文献1、专利文献2)。相对于图2的固定式等速万向接头，轻量、紧凑化了的固定式等速万向接头如图3所示。

专利文献1：(日本)专利第3460107号公报

专利文献2：(日本)特开平9-317784号公报

以往，从成本方面出发，固定式等速万向接头的外环通常利用冷锻进行制造。并且，作为外环的材料，从锻造的容易性、切削性、热处理、经济性、强度等方面出发，多采用机械构造用的中碳钢。

另一方面，在机动车的驱动轴中使用的固定式等速万向接头的情况下，由于车种类不同，外环的形状也不相同，而且，如果根据其生产数量，考虑冷锻的成本(模具费或锻造设备费)，则也有通过能够共用几种外环形状的热锻进行制造的情况，或对圆棒钢等的杆材料进行车削而削出制造的情况。

伴随着固定式等速万向接头的轻量、紧凑化，外环也成为薄壁。因此，随着外环自身的机械强度不断接近作为原料的中碳钢的疲劳极限，难以实现进一步的紧凑化、轻量化。

如果在如此紧凑化了的固定式等速万向接头的外环中使用热锻件或车削件，进行固定式等速万向接头的强度评价，则与使用冷锻件的情况相比，强度有变弱少许的倾向。其理由考虑如下。即，在冷锻件中，通过冷加工的效果使组织细微化，利用加工硬化提高原料的硬度，进而金属塑性流动不会切断。因此，外环原料的抗拉强度改善，与热锻件或来自棒钢的车削件相比，成为高强度。

另外，固定式等速万向接头在取得工作角的状态下如果输入转矩，则根据相位，加载于轨迹上的负载产生变化。在图5中示出六个球时的相位角与轨迹负载的关系。基本上即使球个数变化也确认有相同的倾向，如果工作角变大，则轨迹的负载变大。因此，如果在瞬间输入大转矩，则在工作角小时，在各轨迹中比较均匀地接受负载，但是如果工作角变大，则根据轨迹的不同，负载变化大。

并且，在接受大负载的轨迹中，由于应力集中，因此如果原料的抗拉强度改善，则强度提高。而且，在工作角大、长时间输入转矩而进行旋转时，各轨迹产生较大接受负载的相位与不接受负载的相位，由于其应力，外环不断地反复变形，成为疲劳破损的原因。

发明内容

本发明的目的在于，使利用热锻或车削制造的固定式等速万向接头的外环不改变其形状而具有与冷锻件同等以上的强度。

本发明的固定式等速万向接头的特征在于，具有：外环，其在球面状的内周面沿圆周方向以等间隔形成有沿轴向延伸的沟槽；内环，其在球面状的外周面沿圆周方向以等间隔形成有沿轴向延伸的沟槽；球，其夹设在成对的外环的沟槽与内环的沟槽之间；笼，其沿圆周方向以规定间隔形成有用于收容球的凹部，所述外环是利用热锻制造的部件并被实施调质处理。

另外，本发明的固定式等速万向接头的特征在于，具有：外环，其在球面状的内周面沿圆周方向以等间隔形成有沿轴向延伸的沟槽；内环，其在球面状的外周面沿圆周方向以等间隔形成有沿轴向延伸的沟槽；球，其夹设在成对的外环的沟槽与内环的沟槽之间；笼，其沿圆周方向以规定间隔形成有用于收容球的凹部，所述外环是通过对棒钢进行车削而制造的部件并被实施调质处理。

利用调质处理，外环的铁心部的硬度优选是HV270～350。铁心部的硬度小于HV270时，与冷锻件相比，强度降低。如果超过HV350，则虽然强度提高，但是存在热变形大的问题。利用原料硬度的上升和组织的细微化来改善固定式等速万向接头的疲劳强度。为了提高热锻外环或车削外环的原料硬度，并使组织细微化，而进行调质处理，将铁心部的组织形成为托氏体或索氏体，使其细微化，提高原料的硬度。

在此，所谓外环的铁心部是指除在外环的内周面、沟槽以及杆部形成的表面硬化层之外的部分。由于沟槽成为球的滚道面，内周面与笼进行球面接触，杆部是锯齿(或花键。以下，相同。)嵌合的部分，因此分别通过实施例如由高频淬火、回火构成的热处理来形成表面硬化层。

调质处理是一种回火(tempering)，在加热到800～900℃后进行骤冷，并再加热到450～650℃而得到所希望的回火组织(权利要求4)。具体来说，利用调质处理将铁的金属组织形成为索氏体或托氏体时，由于必须将铁的金属组织形成为一次马氏体，因此加热到产生马氏体相变的800～900℃。然后，为了在骤冷后进行回火形成索氏体组织，而从450～650℃开始进行风冷。

由于实施如上所述的热处理，作为外环的材料，优选含有碳0.40～0.60wt％的中碳钢。该碳量的范围在通常使用于等速万向接头的机械构造用碳钢中相当于S48C～S55C。碳量比该范围低时，在需要硬度的部位无法进行充分的淬火，相反碳量比该范围高时，锻造中的成形性或加工性差，容易导致成本高或加工不良的发生。

根据本发明，由于实施了调质处理的外环的铁心部(未实施高频热处理的部分)的组织成为托氏体或索氏体组织而被细微化，进而硬度也提高，因此外环铁心部的抗拉强度得到改善，破损强度提高。而且，即使在输入交变应力的情况下，也通过铁心部的强度的上升和组织的细微化来改善疲劳强度。如此，能得到与使用了利用冷锻制造的外环的固定式等速万向接头相同的强度。因此，本发明尤其适合于由于生产数量少因此考虑成本而不得不利用热锻或车削制造外环的固定式等速万向接头、以及由于外环形状复杂因此冷锻困难，仅能通过热锻或车削进行制造的固定式等速万向接头。

附图说明

图1是固定式等速万向接头的外环的局部断裂主视图。

图2是通常的固定式等速万向接头的纵向剖面图。

图3是紧凑化了的固定式等速万向接头的纵向剖面图。

图4是固定式等速万向接头的端面图。

图5是示出相位角与轨迹负载的关系的线图。

标号说明

10 外环(外侧接头构件)

12 口部

14 内周面

16 沟槽

18 杆部

20 内环(内侧接头构件)

22 锯齿孔

24 外周面

26 沟槽

30 球(转矩传递要素)

40 笼

42 外周面

44 内周面

46 凹部

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。首先，叙述固定式等速万向接头的基本结构。如图2～图4所示，固定式等速万向接头的主要构成要素包括：作为外侧接头构件的外环10；作为内侧接头构件的内环20；作为转矩传递要素的球30；保持球的笼40。

外环10由口部12和杆部18构成，并通过杆部18的锯齿(或花键。以下，相同)轴部与需要连结的两轴中的一方连接为能够传递转矩。在此，口部12为钟形，且具有球面状的内周面14，在该球面状内周面14的圆周方向上等间隔地形成有沿轴向延伸的沟槽16。

内环20通过形成在轴心部分的锯齿孔22与需要连结的两轴中的另一方连接为能够传递转矩。内环20具有球面状的外周面24，在该球面状外周面24的圆周方向上等间隔地形成有沿轴向延伸的沟槽26。

外环10的沟槽16与内环20的沟槽26成对，在各对沟槽16、26之间装入有1个球30。全部的球30由笼40保持在同一平面内。虽然通常使用六个或八个球30，但是球的数量在此并未特别限定。

笼40夹设在外环10的内周面14与内环20的外周面24之间。并且，笼40的外周面42与外环10的内周面14进行球面接触，笼40的内周面44与内环20的外周面24进行球面接触。笼40沿圆周方向以规定间隔形成有用于收容球30的凹部46。

外环10的沟槽16的中心与内环20的沟槽26的中心从接头中心相互向相反方向偏离轴向等距离。因此，由成对的外环10的沟槽16与内环20的沟槽26形成的轨迹呈现为从轴向的一方朝向另一方逐渐变窄的楔形。如果接头取得工作角，则球30被保持在两轴的二等分面内，从球30的中心向各轴垂下的垂线的长度相等。因此，两轴一直以等角速度进行旋转。

作为外环10的材料，采用含有碳0.40～0.60wt％的中碳钢，作为外环10的制造方法，采用热锻或车削。在任何情况下，在内周面14、沟槽16以及杆部18，利用由通常的高频淬火、回火构成的高频热处理形成表面硬化层。沟槽16成为球30的滚道面，内周面14成为与笼40的球面嵌合部，杆部18成为与轮毂轮的花键嵌合部，因此实施高频热处理，确保球滚道面的滚动耐久性，笼嵌合部的相对于摩擦的耐久性，花键嵌合的强度、耐久性及杆强度。

在上述的高频热处理之前，实施如下所述的调质处理，将未形成有表面硬化层的部分称为铁心部。图1是将外环10形成为局部断裂面的图，窄幅的平行斜线表示表面硬化层，宽幅的平行斜线表示铁心部。

此外，在热锻的情况下，通常当锻造完成时，在需要加工精度的情况下进一步进行车削。虽然该车削在调质处理后进行，但是考虑加工的容易性，也可以在调质处理前进行车削。

利用冷锻制造的外环的铁心部的硬度为维氏硬度HV270～340左右。另一方面，在利用热锻或车削制造的外环中，由于铁心部的硬度为HV180～250左右，因此利用调质处理将铁心部的硬度形成为与冷锻外环同程度以上，例如HV270～350。利用调质处理使外环10的铁心部的组织从混有铁素体的普通的组织变化为托氏体或索氏体组织，使组织细微化，提高硬度。

调质处理是一种回火(tempering)，加热到800～900℃后进行骤冷(淬火)，再加热(回火)到450～650℃，得到所希望的回火组织。若举出调质处理的具体例子则如下所示。淬火是在间歇式淬火炉中，在淬火温度850℃下保持约1.5小时后，使用冷却液(例：COSMO QUENCH A212)进行骤冷。炉内气氛为CP(碳势)0.5％。回火是在回火炉中在回火温度500～550℃下保持约两小时后进行风冷。

由于实施了调质处理的外环10的组织成为托氏体或索氏体而被细微化，进而硬度也提高，因此外环10的抗拉强度得到改善，破损强度提高。而且，相对于交变应力，也通过强度的提高与组织的细微化来改善疲劳强度。

对结束了调质处理的外环10实施高频热处理。即，如已叙述的那样，在与笼40接触的内周面14、与球30接触的沟槽16、以及杆部18局部地形成表面硬化层。

关于利用热锻或车削制造的固定式等速万向接头的外环的情况进行了叙述，但是接下来，附带说明利用冷锻制造的固定式等速万向接头的外环的情况。

以往，为了在维持固定式等速万向接头的性能的基础上实现轻量化，提出有下面的方案。

(1)作为疲劳强度对策，使用特殊材料(特开2005-60724号公报)。

(2)实施喷丸硬化，提高疲劳强度(特开平4-104418号公报)。

(3)在冷锻前实施调质处理，使材料组织均匀化，改善冷锻后的尺寸精度或热处理的偏差。通过调质处理的效果，改善断裂延展性、屈服强度、韧性(特开平10-148216号公报)。

作为强度的改善方法，由于在上述的提案(1)中使用特殊材料，因此在全球性地开展制造工厂时，供应困难。而且，由于在材料中添加合金，因此材料成本增加，冷锻的加工性或切削性差，模具寿命或工具寿命下降，制造成本上升。

在提案(2)中，由于追加喷丸硬化加工，因而工序增加，制造成本上升。在疲劳强度方面是有效的，但是未改善断裂延展性，因此在利用紧凑化减少了壁厚时，未改善静态的破损强度。

在提案(3)中，由于亚热锻后的调质处理的硬度，能预想到引起冷锻中的模具寿命的下降或锻造成形破裂的可能性。

因此，为了在维持固定式等速万向接头的基本性能的基础上，能够进一步轻量化、紧凑化，提出有如下方案，即，在制造固定式等速万向接头的外环时，利用亚热锻或温锻从钢材预备成形为大致规定尺寸，利用冷锻进行加工成形后，进行调质处理。

在实施了调质处理的外环的铁心部中，碳化物成为球状化的托氏体或索氏体组织，与调质前原料的铁素体·珠光体组织相比，被细微化、硬度也上升。因此，外环的抗拉强度得到改善，破损强度提高。而且，即使在输入了交变应力的情况下，也通过铁心部的强度的上升与组织的细微化来改善疲劳强度。如此改善外环强度的结果是，能够使外环的壁厚比冷锻外环减少，与现有的固定式等速万向接头相比，能够进一步实现轻量、紧凑化。

通过调质处理，外环的铁心部的硬度优选成为维氏硬度HV320以上。此外，相对于在冷锻前的调质中存在原料变硬、锻造模具寿命或成形破裂的可能性，在冷锻后的调质处理中，能够进行现有的冷锻加工，无需考虑模具寿命而改变设备、模具。

关于外环的结构，在此也可以参照图1进行说明。作为外环10的材料，采用含有碳0.40～0.60wt％的中碳钢，作为外环10的制造方法，采用冷锻。并且，在球面状的内周面14、沟槽16以及杆部18，利用由通常的高频淬火、回火构成的高频热处理形成表面硬化层。由于内周面14成为与笼40的球面嵌合部，沟槽16成为球30的滚道面，杆部18成为与轮毂轮的花键嵌合部，因此分别实施高频热处理，以马氏体为主要组织，确保球滚道面的滚动耐久性、笼嵌合部的相对于摩擦的耐久性、花键嵌合的强度和耐久性、以及杆强度。

在上述的高频热处理前，实施如下所述的调质处理。在此，将未形成有表面硬化层的部分称为铁心部。此外，在冷锻的情况下，通常在锻造完成时，在需要加工精度的情况下进一步进行车削。调质处理可以在该车削加工前进行，或者，考虑加工的容易性，也可以在车削加工后进行调质处理。

通过调质处理，使外环10的组织从混有铁素体的普通的组织变化为托氏体或索氏体组织，使组织细微化，提高硬度。具体来说，利用冷锻制造的外环的硬度为维氏硬度HV270～340左右，但是通过实施调质处理将硬度形成为HV320以上。

如已述的那样，调质处理是一种回火(tempering)，加热到800～900℃后进行骤冷(淬火)，再加热(回火)到450～650℃，得到所希望的回火组织。如果举出调质处理的具体例子，则如下所示。淬火是在间歇式淬火炉中在淬火温度850℃下保持约1.5小时后，使用冷却液(例：COSMO QUENCH A212)进行骤冷。炉内气氛为CP(碳势)0.5％。回火是在回火炉中在回火温度500～550℃下保持约两小时后进行风冷。

由于实施了调质处理的外环10的组织成为托氏体或索氏体而被细微化，进而硬度也提高，因此外环10的抗拉强度得到改善，破损强度提高。而且，相对于交变应力，也利用强度的提高与组织的细微化来改善疲劳强度。

对结束了调质处理的外环10实施高频热处理。即，如已叙述的那样，在与笼40接触的内周面14、与球30接触的沟槽16、以及杆部18，局部地实施高频淬火，形成由马氏体组织构成的表面硬化层。

此外，以底切自由(Undercut-free)型等速万向接头(UJ)的情况为例进行了图示、说明，但是本发明也可以适用于球笼型(BJ)等其它的固定式等速万向接头。

Claims

1.一种固定式等速万向接头，其中，

具有：外环，其在球面状的内周面沿圆周方向以等间隔形成有沿轴向延伸的沟槽；内环，其在球面状的外周面沿圆周方向以等间隔形成有沿轴向延伸的沟槽；球，其夹设在成对的外环的沟槽与内环的沟槽之间；笼，其沿圆周方向以规定间隔形成有用于收容球的凹部，

所述外环是利用热锻制造的部件并被实施调质处理。

2.一种固定式等速万向接头，其中，

所述外环是通过对棒钢进行车削而制造的部件并被实施调质处理。

3.根据权利要求1或2所述的固定式等速万向接头，其中，

所述外环的铁心部的硬度为HV270～350。

4.根据权利要求1、2或3所述的固定式等速万向接头，其中，

所述外环由含有碳0.40～0.60w t％的中碳钢构成。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的固定式等速万向接头，其中，

在所述外环的所述内周面、所述沟槽以及杆部形成有局部的表面硬化层。

6.一种固定式等速万向接头的外环的制造方法，其中，

当制造权利要求1～5中的任一项所述的固定式等速万向接头中的外环时，在利用热锻或车削从钢材成形后，进行调质处理。

7.根据权利要求6所述的固定式等速万向接头的外环的制造方法，其中，

所述调质处理在淬火温度800～900℃、回火温度450～650℃下进行。