CN102119283A - 等速万向接头用的保持架及等速万向接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等速万向接头用的保持架及等速万向接头，通过在对由中碳素钢构成的原材料由裁剪冲压加工形成凹坑时，适当管理其剪切面上形成的二次断裂部的大小，而同时实现保持架的低成本化和强度提高。该保持架在由中碳素钢构成的圆筒状的原材料的周向上通过裁剪冲压加工形成收纳转矩传递滚珠的凹坑后，使原材料整体硬化淬火而成，在凹坑的至少一部分上残留由冲压加工形成的剪切面，并且在剪切面具有在冲压加工时形成且与剪切面正交的截面呈楔状的二次断裂部，其中，在二次断裂部中，在与剪切面正交的截面上，当以二次断裂前端部为A，以从二次断裂前端部落到剪切面的垂线的垂足为B时，线段AB为1.0mm以下。

Description

等速万向接头用的保持架及等速万向接头

技术领域

本发明涉及一种例如在机动车和各种产业机械的动力传递机构中使用的、在外圈与内圈的彼此间传递旋转转矩的等速万向接头及作为该等速万向接头的构成物件之一的保持架。

背景技术

等速万向接头作为主要的构成要素具有外圈、内圈、转矩传递滚珠以及保持架。在外圈的内周面以及内圈的外周面上分别形成有在轴向上延伸的轨道槽。转矩传递滚珠在装入成对的外圈的轨道槽与内圈的轨道槽之间的状态下滚动自如地收纳在保持架的周向上形成的凹坑内。

上述保持架一般使用由作为低碳素钢的表面硬化钢构成的筒状的原材料如以下进行制造。即、将原材料的外周面及内周面分别通过车削或滚压成形形成球形外周面及球形内周面后，对原材料通过裁剪冲压加工在周向上形成多个凹坑。接着，通过基于渗碳淬火的热处理使原材料的表面硬化，最后，作为精加工处理例如通过对热处理后的原材料的球形外周面及球形内周面进行磨削或对与凹坑的轴向对置的面进行磨削，从而该原材料完成保持架的加工。

如此制造的保持架的凹坑中沿轴向对置的一对面起到作为转矩传递滚珠的传送面的作用，所以需被实施如上述的精加工处理。另一方面，从加工成本降低等观点来看，通常对凹坑的沿周向对置的面不实施精加工处理。即、这种情况下，在保持架的凹坑的至少一部分上残存由冲压加工留下的剪切面。

但是，组装有这样的保持架的等速万向接头在高动作角下使用的情况下强度会降低。

因此，为了改善这样的保持架的强度降低，在下述的专利文献1中提出这样的方案：作为原材料使用中碳素钢，对该原材料由冲压加工形成凹坑后，通过淬火使原材料整体硬化。

专利文献1：日本专利特开2006-226412号公报

但是，本发明人发现在通过对由中碳素钢构成的原材料通过冲压加工形成凹坑后将该原材料整体硬化淬火的情况下，比使用由低碳素钢构成的原材料时在冲压加工中剪切面更容易产生二次断裂部。

即、这种情况下，由于上述的二次断裂部容易产生应力集中，所以不能充分确保保持架的强度的事态依然会发生。

这样的问题由于是因在凹坑的剪切面上形成的二次断裂部引起的，所以考虑到若能够例如通过将凹坑自身由切削加工形成则能够防止二次断裂部的发生，则该问题能够得以解决。但是，这种情况下，与由冲压加工形成保持架的凹坑的情况相比，保持架的制造工序要求麻烦且繁琐的作业，结果招致保持架的制造成本的不当高增，所以不是实用的对策。

因此，从实现保持架的低成本化的观点出发，对由中碳素钢构成的原材料通过裁剪冲压加工形成凹坑是重要的，另外，该冲压加工形成的剪切面尽可能地残存在完成品的保持架上，省略不需要的精加工变得重要。因此，要实现保持架的低成本化的情况下，在作为完成品的保持架上残存冲压加工时形成在凹坑的剪切面上的二次断裂部是前提。

由此，为了同时实现保持架的低成本化和强度提高，需要适当管理冲压加工时形成在凹坑的剪切面上的二次断裂部，但是以往的实际情况是没有任何从这样的观点出发的对策。

发明内容

本发明是鉴于上述实际情况而研发的，其技术课题在于通过在对由中碳素钢构成的原材料由裁剪冲压加工形成凹坑时适当管理形成在其剪切面上的二次断裂部来同时实现保持架的低成本化和强度提高。

为了解决上述课题而提出的本发明的等速万向接头用的保持架，其在由中碳素钢构成的圆筒状的原材料的周向上通过裁剪冲压加工形成滚动自如地收纳转矩传递滚珠的多个凹坑后，使所述原材料整体通过基于淬火的热处理硬化而成，在所述凹坑的至少一部分上残留由冲压加工形成的剪切面，并且在该剪切面上在冲压加工时形成且在所述剪切面具有二次断裂部，其特征在于，在所述二次断裂部中，在与所述剪切面正交的截面上，当以二次断裂前端部为A，以从该二次断裂前端部落到所述剪切面的垂线的垂足为B时，线段AB为1.0mm以下。

根据这样的结构，从低成本化的观点来看，即使由冲压加工形成保持架的凹坑，在保持架上残存冲压加工形成的剪切面的情况下，也能够可靠地实现保持架的强度提高。这是基于以下理由。

即、本发明人等发现，在由裁剪冲压加工形成凹坑时，其剪切面上生成的二次断裂部以该二次断裂部的深度作为评价设定要素被进行管理，从而能够可靠地实现保持架的强度提高。详细地发现，如上所述，在以二次断裂部的前端部为A，从该前端部落到剪切面的垂线的垂足为B，由该线段AB的长度评价二次断裂部，将其管理在适当的范围内，从而能够可靠地实现保持架的强度提高。

具体地发现，若线段AB为1.0mm以下，则能够可靠地提高保持架的强度，则组装该保持架而成的等速万向接头在高动作角下使用时，也能够确保对于保持架充分的耐久性。因此，这种情况下，则能够在作为完成品的保持架的凹坑上残存由裁剪冲压加工留下的剪切面，实现低成本化的同时，确保保持架的充分强度。换言之，由二次断裂部的截面限定的线段AB只要限于上述数值范围内，就能够可靠地提高保持架的强度，若脱离上述的数值范围则不能够得到这样的优点。

在上述的结构中，优选在所述二次断裂部中，在与所述剪切面正交的截面上，当以从所述二次断裂前端部向两方向扩展而与所述剪切面相交的交点分别为C、D时，线段AC和线段AD的至少一个为1.3mm以下。

这样，二次断裂部能够进一步适当化，对于确保保持架的强度是有利的。

在上述的结构中，优选作为所述原材料使用在所述热处理前以质量％表示含有C：0.44～0.55％的材料，所述热处理后的芯部硬度为HRC45以上且表层部硬度以下。

即、原材料的碳含量小于0.44％质量的情况下，通过整体硬化淬火的热处理提高表面硬度变得困难，滚珠接触面的耐久性会显著降低。另外，原材料的碳含量超过0.55％质量的情况下，冲压加工显著降低。因此，作为原材料优选使用热处理前的碳含量处于上述数值范围内的材料。并且，使用该热处理前的原材料使热处理后的原材料(保持架)的芯部硬度变为HRC45以上是为了确保保持架的芯部所要求的必要强度，将该芯部硬度降低到表层部硬度以下是为了防止烧裂。

在上述的结构中，优选所述原材料在所述热处理前以质量％表示含有Si：0.02～0.12％、Mn：0.3～0.6％、Cr：0.04％以下、P：0.02％以下、S：0.025％以下、Ti：0.005～0.1％、B：0.0003～0.006％。

这样，由于Si、Mn、Cr的含量比机械构造用钢(JIS G4051：2005)少，所以加工性提高。因此，能够降低裁剪冲压加工形成的剪切面上产生二次断裂部的概率。另外，由于含有B，所以晶界强度提高，所以在实现保持架的强度提高上也是有利的。

在上述的结构中，优选由所述热处理产生的晶界氧化层的深度为10μm以下。另外在此所言“晶界氧化”是指沿晶界渗入氧，结果在晶界产生选择性氧化。

即、当由热处理产生的晶界氧化层的深度超过10μm时，容易变为表面裂化的起点，其晶界氧化层的深度越深则强度越低。因此，从保持架的强度提高的观点出发，由热处理产生的晶界氧化层的深度优选为上述数值范围内。

在上述的结构中，优选在所述剪切面的表层部上形成脱碳层。

这样，剪切面的表层部由于由脱碳层软化，所以能够缓和在剪切面上形成的二次断裂部的延展性。在此，脱碳层的厚度优选为0.05～0.15mm。若为该数值范围，则保持架的凹坑中与滚珠接触的接触面通过后续加工除去脱碳层，不会使耐久性降低。另外，同样地，若是该数值范围内的脱碳层，则即使是例如与外圈接触的保持架的外周面以及与内圈接触的内周面中，也能够由后续加工除去脱碳层，所以不会牵连到耐久性的下降。

在上述的结构中，也可以所述凹坑形成8个以上。

即、若凹坑的个数若增加，则分隔保持架周向上相邻的凹坑间的壁部截面积减少，所以保持架的强度提高变得更为重要。因此，这种情况下，本发明的上述作用效果变得更有用处。

为了解决上述课题而提出的本发明的等速万向接头，其特征在于，适当具有上述结构的保持架；在内周面形成有多个轨道槽的外圈；在外周面形成有多个轨道槽的内圈；在所述外圈与所述内圈之间进行转矩传递的多个转矩传递滚珠，并且通过在成对的所述外圈的轨道槽与所述内圈的轨道槽之间各装入一个所述转矩传递滚珠的状态下，将各转矩传递滚珠滚动自如地收纳在所述保持架的凹坑内而成。

根据这样的结构，能够同样地分享以上叙述的作用效果。

(发明效果)

如以上根据本发明，通过在对由中碳素钢构成的原材料由裁剪冲压加工形成凹坑时，适当管理形成在其剪切面上的二次断裂部的大小，所以能够同时实现保持架的低成本化和强度提高。

附图说明

图1是模式表示本发明的一实施方式的等速万向接头的含轴截面图。

图2(a)是图1的状态下、转矩传递滚珠收纳在凹坑中的保持架的俯视图。

图2(b)是在图1的状态下、转矩传递滚珠收纳在凹坑中的保持架的轴直角截面图。

图3是表示本实施方式的保持架的制造工序的流程图。

图4是本实施方式的保持架的轴直角截面图。

图5是图4的X区域的放大图。

图6是表示本发明的实施例的第一评价试验的结果的图示。

图7是表示本发明的实施例的第二评价试验的结果的图示。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是例示本发明的一实施方式的等速万向接头中球笼型等速万向接头(BJ)的图示。另外，本发明也能够适用于双偏心型等速万向接头(DOJ)或十字槽型等速万向接头(LJ)等其他类型的等速万向接头。

该等速万向接头1作为主要的构成要素具有外圈2、内圈3、转矩传递滚珠4、保持架5。

外圈2具有球形内周面2a，在该球形内周面2a上沿周向形成多个沿着轴向延伸的轨道槽2a1。

内圈3具有球形外周面3a，在其球形外周面3a上沿周向等间隔形成多个沿着轴向延伸的轨道槽3a1。

外圈2的轨道槽2a1与内圈3的轨道槽3a1相同数量，在成对的两个轨道槽2a1、3a1之间各组装一个转矩传递滚珠4。

保持架5呈具有球形外周面5a和球形内周面5b的圆筒状，在其周向上如图2(a)以及图2(b)所示形成多个凹坑5c。该保持架5配置在外圈2的球形内周面2a与内圈3的球形外周面3a之间，在该状态下，组装在成对的外圈2的轨道槽2a1与内圈3的轨道槽3a1之间的转矩传递滚珠4滚动自如地收纳在保持架5的凹坑5c内。这时在凹坑5c的轴向上对置的一对面5c1构成彼此平行的面，起到作为转矩传递滚珠4的滚动面的作用。

以下，关于上述的等速万向接头1中构成特征结构的保持架5及其制造方法进行详述。

本实施方式的保持架5的制造工序如图3所示包含以下工序：车削由中碳素钢构成的圆筒状的原材料6的外周面及内周面，而形成球形外周面6a及球形内周面6b的车削加工工序S1；对原材料6进行裁剪冲压，在周向上形成多个(例如8个以上)凹坑6c的冲压剃齿加工工序S2；对形成凹坑6c的原材料6的整体进行淬火、退火的热处理工序S3；磨削热处理后的原材料6的球形外周面6a及球形内周面6b，并磨削沿原材料轴向对置的一对面6c1的精加工工序S4。另外，在精加工工序S4中，对原材料6的凹坑6c中沿原材料周向对置的一对面6c2不实施磨削，该面6c2保持冲压加工留下的剪切面。另外，也可以代替车削加工工序S1，执行将原材料6的外周面及内周面通过滚压成形加工成球形外周面6a及球形内周面6b的滚压成形加工工序。

如图4所示，这样制造的保持架5通常是对凹坑5c的保持架轴向上对置的一对面5c1实施磨削，而对凹坑5c的保持架周向上对置的一对面5c2不实施作为精加工的磨削。这是为了实现将精加工抑制到必要最小限，实现保持架5的低成本化。

其结果，凹坑5c中在保持架周向上对置的一对面5c2上残存冲压加工形成的剪切面。在该剪切面5c2上，如图5放大所示，存在冲压加工时产生的二次断裂部7。该二次断裂部7与剪切面5c2正交的截面呈楔形，且与冲压加工时使用的冲头的行进方向垂直(沿保持架轴向)延伸，构成保持架5的强度降低的主要原因。

因此，本实施方式中，该二次断裂部7的大小如以下所示管理。即、如图5所示，在与剪切面5c2正交的截面上，当以二次断裂部7的前端部为A，以从该二次断裂前端部落到剪切面5c2的垂线的垂足为B，以二次断裂部7从二次断裂前端部向两方向扩展与剪切面5c2相交的交点分别为C、D的情况下，进行管理，使得线段AB为1.0mm以下，且线段AC与线段AD的至少一个为1.3mm以下。

另外，二次断裂部7与剪切面5c2的连结部，如图5所示不是尖锐的，由缺口等形成圆弧状等的情况下，在与剪切面5c2正交的截面上，分别假想延长二次断裂部7和剪切面5c2，以其延长线的交点为二次断裂部7与剪切面5c2的交点C、D如上所述进行管理。

并且，若向这样管理二次断裂部7，则能够可靠地防止以二次断裂部7为起点的保持架5的破损，将组装该保持架5而成的等速万向接头1在高动作角下使用时，也能够确保保持架5所需的充分耐久性。因此，这种情况下，在作为完成品的保持架5的凹坑5c上能够残存裁剪冲压加工留下的剪切面5c2而实现低成本化并同时充分确保保持架5的强度。另外，这样的作用效果虽然仅在线段AB为上述的数值范围内时分享受用，但是在该条件的基础上，只要线段AC和线段AD的至少一个在上述的数值范围内，则更能够可靠地分享受用，所以满足上述两条件的方案在实用中更理想。

作为这样的二次断裂部7的具体管理手段从同一条件制造的保持架5中选择一个或多个保持架5，将该选择的保持架5由与剪切面5c2正交的截面切断，实际测量形成在该凹坑5c上的剪切面5c2的二次断裂部7的大小(线段AB、线段AC、线段AD)。并且，在该测量的线段AB、线段AC、线段AD满足上述的条件的情况下，将与该保持架5相同条件制造的保持架5作为合格品处理。另一方面，测量的二次断裂部7在不满足上述的条件的情况下，变更调整冲压加工条件等制造条件。具体地，例如变更调整通过调整冲压加工中使用的冲模和冲头之间的间隙，或者更换成刚性更高的冲头等制造条件。

另外，在本实施方式中，作为原材料6采用以质量％表示含有C：0.44～0.55％的材料，使热处理工序S3后的芯部硬度为HRC45以上、表层部硬度以下。由此，能够提高原材料6的加工性，并防止热处理时的热裂。

这种情况下，若原材料6为在热处理工序S3之前以质量％表示进一步含有Si：0.02～0.12％、Mn：0.3～0.6％、Cr：0.04％以下、P：0.02％以下、S：0.025％以下、Ti：0.005～0.1％、B：0.0003～0.006％，则加工性进一步提高，能够降低对凹坑6c(5c)裁剪冲压加工留下的剪切面6c2(5c2)上产生二次断裂部7的概率。另外，由于含有B，所以晶界强度提高，在保持架5的强度提高方面也是有利的。

另外，从防止低强度的保持架5的表面裂纹断裂的观点出发，在上述的热处理工序S3中，控制使得原材料6(保持架5)上产生的晶界氧化层的深度在10μm以下。

另外，也可以在热处理工序S3与精加工工序S4之间进行脱碳处理。这样，则由于原材料6的表层部软化，所以容易在短时间进行精加工工序S4的磨削。并且，在不进行精加工的凹坑5c的在保持架周向上对置的一对面5c2上依然残存脱碳层，所以能够缓和二次断裂部7的延展性。另外，由于在凹坑5c中构成转矩传递滚珠4的滚动面的一对面5c1上要求表面硬度，所以由脱碳处理形成的脱碳层的厚度优选能够由磨削除去的0.15mm以下。另外，从缓和保持架5的周向上对置的一对面5c2中二次断裂部7的延展性的观点出发，优选由脱碳处理形成的脱碳层的厚度为0.05mm以上。即、在作为完成品的保持架5中观察的情况下，优选在保持架5的沿周向上对置的一对面(剪切面)5c2的表面上形成具有0.05mm～0.15mm的范围内的厚度的脱碳层。

另外，在冲压剃齿加工工序S2与热处理工序S3之间，可以对原材料6的凹坑6c中沿原材料轴向对置的一对面6c1上实施软铣磨加工，在热处理硬化后的精加工工序S4中对该面6c实施硬铣磨加工。在此，软铣磨加工意味着热处理硬化前的部件的铣磨加工，硬铣磨加工意味着热处理硬化后的部件的铣磨加工。这样，则与例如在冲压剃齿加工工序S2与热处理工序S3之间实施刮磨(将冲压面由带凸缘状的刀刃的棒状的切削工具削取的加工)的情况相比，能够提高尺寸精度，且能够减小热处理时的尺寸变化的偏差，所以能够减小精加工工序S4中的硬铣磨中的加工余量，在实现低成本化上是有利的。当然，也可以不进行软铣磨加工，在精加工工序S4中仅进行硬铣磨加工，这种情况下，从低成本化的观点出发是非常有利的。

另外，在热处理工序S3中，优选对形成有凹坑6c的原材料6的整体进行淬火、退火时，在短时间内进行加热处理。具体地，优选以950℃进行50秒以内的加热处理。这样，则如进行通常的渗碳淬火等长时间加热的情况所示，能够防止结晶粒子粗大化而晶界强度降低的事态发生。

根据以上所示的本实施方式的保持架5及组装有该保持架5的等速万向接头1，从低成本化的观点出发，即使由冲压加工形成凹坑5c，使其剪切面5c2残存在完成品的保持架5的一部分上的情况下，也能够适当管理形成在其剪切面5e2上的二次断裂部7的大小，所以能够同时达成保持架5的低成本化和强度提高。因此，组装有该保持架5的等速万向接头1即使在高动作角下使用，也能够确保充分的强度。

〔实施例〕

为了证实本发明的有用性，进行以下的评价试验。另外，在以下内容中，为了方便，以线段AB为h，以线段AC和线段AD中最小者的值为t。

首先，在第一评价试验中，根据准静扭曲试验，评价h与t不同值的保持架的强度。详细地、以铣磨加工品(h＝0，t＝0)的准静扭曲试验的平均值为1，评价h、t的准静扭曲强度比的大小及其强度偏差。其结果示于图6。另外，在图中，由强度偏差为R(最大准静扭曲强度比与最小准静扭曲强度比之差)表示。

如该图所示，当h＞1.0mm的情况下，能够确认与铣磨加工品相比，强度降低较大，而且强度偏差也较大。另一方面，在h≤1.0mm的情况下，能够确认强度偏差约为一半，整体强度提高。另外，在h≤1.0mm且t≤1.3mm的情况下，能够确认该倾向尤为显著，强度及其偏差都变得更加理想。

根据以上，可以说优选管理保持架，使得二次断裂部的大小为h≤1.0mm，更优选管理保持架使得h≤1.0mm且t≤1.3mm。

接着，作为第二评价试验，关于由热处理产生的晶界氧化层的深度和保持架的强度的关系进行评价。在该评价试验中，以晶界氧化层的深度约为10μm时的准静扭曲强度为1，相对评价其他晶界氧化层的深度下的准静扭曲强度。其结果示于图7。

如该图所示，能够确认随着晶界氧化层的深度变深，强度有减小的倾向，但是晶界氧化层的深度若为10μm以下，则强度的减小倾向非常平滑。因此，从保持架的强度提高的观点出发，优选由热处理产生的晶界氧化层的深度为10μm以下。

附图标记说明

1等速万向接头

2外圈

3内圈

4转矩传递滚珠

5保持架

5c凹坑

5c1滚动面(凹坑中沿保持架轴向对置的面)

5c2剪切面(凹坑中沿保持架周向对置的面)

7二次断裂部

A二次断裂前端部

B从二次断裂前端部落到剪切面5c2的垂线的垂足

C、D二次断裂部与剪切面的交点

Claims (8)

1.一种等速万向接头用的保持架，其在由中碳素钢构成的圆筒状的原材料的周向上通过裁剪冲压加工形成滚动自如地收纳转矩传递滚珠的多个凹坑后，使所述原材料整体通过基于淬火的热处理硬化而成，在所述凹坑的至少一部分上残留由冲压加工形成的剪切面，并且在该剪切面上在冲压加工时形成且在所述剪切面具有二次断裂部，其特征在于，

在所述二次断裂部中，在与所述剪切面正交的截面上，当以二次断裂前端部为A，以从该二次断裂前端部落到所述剪切面的垂线的垂足为B时，线段AB为1.0mm以下。

2.如权利要求1所述的等速万向接头用的保持架，其特征在于，

在所述二次断裂部中，在与所述剪切面正交的截面上，当以从所述二次断裂前端部向两方向扩展而与所述剪切面相交的交点分别为C、D时，线段AC和线段AD的至少一个为1.3mm以下。

3.如权利要求1或2所述的等速万向接头用的保持架，其特征在于，

作为所述原材料使用在所述热处理前以质量％表示含有C：0.44～0.55％的材料，所述热处理后的芯部硬度为HRC45以上且表层部硬度以下。

4.如权利要求1～3中任一项所述的等速万向接头用的保持架，其特征在于，

所述原材料在所述热处理前以质量％表示含有Si：0.02～0.12％、Mn：0.3～0.6％、Cr：0.04％以下、P：0.02％以下、S：0.025％以下、Ti：0.005～0.1％、B：0.0003～0.006％。

5.如权利要求1～4中任一项所述的等速万向接头用的保持架，其特征在于，

由所述热处理产生的晶界氧化层的深度为10μm以下。

6.如权利要求1～5中任一项所述的等速万向接头用的保持架，其特征在于，

在所述剪切面的表层部形成有脱碳层。

7.如权利要求1～6中任一项所述的等速万向接头用的保持架，其特征在于，

所述凹坑形成8个以上。

8.一种等速万向接头，其特征在于，具有：

权利要求1～7中任一项所述的保持架；在内周面形成有多个轨道槽的外圈；在外周面形成有多个轨道槽的内圈；在所述外圈与所述内圈之间进行转矩传递的多个转矩传递滚珠，

并且通过在成对的所述外圈的轨道槽与所述内圈的轨道槽之间各装入一个所述转矩传递滚珠的状态下，将各转矩传递滚珠滚动自如地收纳在所述保持架的凹坑内而成。

Images