CN102859219A

CN102859219A - 三球销型等速万向接头

Info

Publication number: CN102859219A
Application number: CN2010800655465A
Authority: CN
Inventors: 板垣卓; 杉山达朗; 黑田正幸
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2013-01-02
Also published as: WO2011114505A1; US20120329564A1; DE112010005406T5

Abstract

本发明提供一种仅由外圈(10)、三球销(20)和球面滚子(30)这三种构件构成的三球销型等速万向接头，其中，耳轴(26)与球面滚子(30)直接接触。外圈(10)在内周具有与轴线平行的三条滚道槽(14)，在各滚道槽(14)的两侧壁形成有滚子引导面(16)。三球销(20)插入到外圈(10)的内部，且由凸台(22)和从凸台(22)向半径方向突出的三条耳轴(26)构成。球面滚子(30)由耳轴(26)支承为旋转自如，在外圈(10)的滚道槽(14)内沿着滚子引导面(16)滚动并同时沿外圈(10)的轴线方向移动。

Description

三球销型等速万向接头

技术领域

本发明涉及三球销型等速万向接头，可以利用于机动车或各种工业机械等的动力传递装置。

背景技术

通常，等速万向接头构成为，外侧接头构件与主动轴或从动轴连接，内侧接头构件与从动轴或主动轴连接，在外侧接头构件与内侧接头构件之间夹设转矩传递构件，从而即使在主动轴与从动轴存在角度的状态下也能传递转矩，因此等速万向接头大致分为仅能够进行角度变位的固定式和不仅能够进行角度变位还能够进行轴向变位(plunging)的滑动式。三球销型等速万向接头属于滑动式，如图4所示，主要构成要素为作为外侧接头构件的外圈110、作为内侧接头构件的三球销120、作为转矩传递构件的球面滚子130。

外圈110由嘴部112和未图示的杆部构成，通过形成在杆部上的花键(或锯齿，下同)轴部与主动轴或从动轴连接成能够传递转矩。嘴部112呈杯状，在内周沿圆周方向等间隔地形成有沿轴向延伸的三条滚道槽114。在滚道槽114的两侧壁形成有滚子引导面116。

三球销120由凸台122和三条耳轴126构成，通过形成在凸台122上的花键孔124与从动轴或主动轴连接成能够传递转矩。三条耳轴126在凸台122的圆周方向上等间隔地配置，且分别从凸台122向半径方向突出。各耳轴126呈圆筒形状，在前端附近形成有环状槽128。

在各耳轴126上安装有球面滚子130。多个针状滚子132以满滚子状态夹设在球面滚子130与耳轴126之间。因而，球面滚子130相对于耳轴126旋转自如。在针状滚子132的轴向的两端侧配置有内垫圈134和外垫圈136。内垫圈134落座在耳轴126的根部的肩上。在耳轴126的环状槽128安装有簧环138，来限制外垫圈136向耳轴126的前端侧的移动。因而，针状滚子132的向耳轴126的前端侧的移动受到限制(防脱)。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利第3615987号公报

现有的三球销型等速万向接头除了外圈110和三球销120之外，还需要球面滚子130、针状滚子132、内垫圈134、外垫圈136、簧环138这么多部件。这样，从成本等观点来说存在部件件数多的课题。

发明内容

因此，本发明的目的在于削减三球销型等速万向接头的部件件数。

本发明通过实施为转矩传递构件仅由球面滚子构成且耳轴的外周面与球面滚子的内周面直接接触这种方式来解决上述课题。即，本发明的三球销型等速万向接头的特征在于具备：外圈，其在内周具有沿轴线方向延伸的三条滚道槽，且在各滚道槽的两侧壁上形成有滚子引导面；三球销，其包括凸台和从该凸台沿半径方向突出的三根耳轴；球面滚子，其由各耳轴支承为能够进行旋转及轴向移动，且插入到滚道槽内，耳轴与球面滚子直接接触，在三球销的凸台的轴线方向上，在耳轴与球面滚子之间设有空处。由此，构成三球销型等速万向接头的部件仅由外圈(外侧接头构件)、三球销(内侧接头构件)和球面滚子(转矩传递构件)这三种部件构成，能够实现部件件数的大幅削减。

在球面滚子的内周面形成为圆筒形状，且耳轴的外周面也形成为圆筒形状，在两者的圆筒面间设置所期望的间隙而将球面滚子嵌在耳轴上的结构中，耳轴的外周面与球面滚子的内周面的接触面积大，且对耳轴与球面滚子的相对旋转的摩擦阻力大。另外，在耳轴上嵌入球面滚子所需的最低限度的间隙中，耳轴的外周面与球面滚子的内周面之间的润滑脂填充性也不好。因此，可能会阻碍顺畅的球面滚子的滚动。因此，在三球销的凸台的轴线方向上，在耳轴的外周面与球面滚子的内周面之间设置空处。通过采用这样的结构，由此能够在上述空处中填充润滑脂来促进球面滚子的滚动。

由于在耳轴与球面滚子之间设置空处，因此例如可以将耳轴的圆筒形状的外周面形成为在包括朝向凸台的轴线方向的部分在内的规定的整个区域上切除而成的形状。

优选球面滚子的纵截面的外周面形状是在球面滚子的旋转轴线上具有曲率中心的圆弧。这种情况下，球面滚子的外周面成为部分球面，容易在滚子引导面内进行旋转。

耳轴的横截面的至少除了切除部以外的部分即与球面滚子的内周面接触的部分可以形成为正圆的一部分即正圆形状。或者，耳轴的横截面的至少与球面滚子的内周面接触的部分可以形成为非正圆形状。作为非正圆形状的例子，可以举出在从耳轴的轴线离开的位置处具有中心的圆弧或椭圆形状。在椭圆形状的情况下，椭圆的长轴方向外周面与球面滚子内径接触。

通过将耳轴的横截面形状形成为非正圆，由此耳轴与球面滚子之间的间隙从耳轴与球面滚子的接触部朝向空处而逐渐扩大，因此容易引入润滑脂，此外由于耳轴与球面滚子的接触宽度变小，因此球面滚子容易摆动。因而，能够促进球面滚子的滚动，实现更低振动的等速万向接头。

优选耳轴的至少与球面滚子的内周面接触的部分通过磨削或淬火钢切削来完成。尤其在淬火钢切削的情况下，通过进行所谓的干式切削，由此不需要使用磨削所需的磨削油剂(冷却剂)，因此在环境方面优越。

优选在耳轴设置通过表面热处理而形成的硬化层。由于耳轴与球面滚子接触，且耳轴起到传递转矩的作用，因此要求强度和耐久性。表面硬化处理已知有各种方法，例如可以选择渗碳淬火、渗碳氮化、高频淬火中的任一种。

在通过高频淬火进行表面硬化处理的情况下，优选在耳轴的至少根部和外周面设置硬化层。高频淬火能够对所需的部位局部地实施淬火，在这点上有利。

【发明效果】

根据本发明，作为仅由外圈、三球销和球面滚子这三种部件构成的三球销型等速万向接头，能够实现三球销型等速万向接头的大幅的部件件数削減。另外，通过在三球销的凸台的轴线方向上，在耳轴与球面滚子之间设置空处，由此能够提高润滑脂填充性而促进球面滚子的滚动。因而，在三球销型等速万向接头的轴向移动时，球面滚子沿着滚子引导面顺畅地滑动，有助于减少滑动阻力且降低感应推力。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的三球销型等速万向接头的横剖视图。

图2是带有动作角的状态下的图1的三球销型等速万向接头的纵剖视图。

图3A是表示耳轴的横截面形状为正圆形状的情况的图，是与图1的III-III剖视图相当的图。

图3B是表示耳轴的横截面形状为非正圆形状的情况的图，是与图1的III-III剖视图相当的图。

图3C是耳轴的椭圆形横剖视图。

图4是现有的三球销型等速万向接头的横剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1及图2所示的三球销型等速万向接头由作为外侧接头构件的外圈10、作为内侧接头构件的三球销20、作为转矩传递构件的球面滚子30这三种构件构成。从图1明确可知，该三球销型等速万向接头仅由外圈10、三球销20、球面滚子30这三种部件构成。此外，球面滚子30的总数当然为三个。

外圈10由嘴部12和未图示的杆部构成，通过形成在杆部上的花键轴部与主动轴或从动轴连接成能够传递转矩。嘴部12呈杯状，在内周具有三条滚道槽14。滚道槽14在嘴部12的圆周方向上等间隔地形成，与嘴部12的轴线X平行地延伸。在各滚道槽14的两侧壁形成有滚子引导面16。滚子引导面16为圆筒面的一部分，与轴线X垂直的截面为正圆的一部分。

三球销20由凸台22和三条耳轴26构成，通过凸台22的花键孔24与从动轴或主动轴连接成能够传递转矩。三条耳轴26在凸台22的圆周方向上等间隔地配置，分别向凸台22的半径方向突出。在各耳轴26上安装有球面滚子30，使耳轴26与球面滚子30直接接触。另外，球面滚子30收容在滚道槽14中，通过外周面32与滚子引导面16直接接触。

球面滚子30呈环状，具有部分球面状的外周面32和圆筒形状的内周面34。对于球面滚子30的外周面32而言，由于在接头的动作角为θ时机构上来说球面滚子30也需要追随而倾斜(参照图2)，因此球面滚子30的外周面32形成为在球面滚子30的旋转轴线上具有曲率中心的球面的一部分即部分球面状。换言之，球面滚子30的纵截面中的外周面32的形状为在球面滚子30的旋转轴线上具有曲率中心的圆弧。球面滚子30的外周面32的曲率半径与滚子引导面16的曲率半径大致相同，或者小于滚子引导面16的曲率半径。需要说明的是，球面滚子30的纵截面中的外周面32的形状也可以为在从球面滚子30的旋转轴线离开的位置具有曲率中心的圆弧。这种情况下，球面滚子30的外周面32为环面(圆环)的一部分。

从图2明确可知，耳轴26具有与凸台22的轴线Y正交的面部分28。该面部分28从耳轴26的假想圆筒面向轴心侧后退。并且，在凸台22的轴线Y方向上，在耳轴26的面部分28与球面滚子30的内周面34之间形成有空处36。这里，面部分28为平坦面，因此空处36形成为月牙形状的截面。通过设置这样的空处36，由此能够期待改善耳轴26与球面滚子30之间的润滑剂(润滑脂)的填充性并促进球面滚子30的滚动。

在图示的实施例中，面部分28平坦，但并不一定要平坦，只要在面部分28与球面滚子30的内周面之间形成所期望的空处36即可，也可以形成为平坦面以外的例如凸曲面或凹曲面。另外，在图示的实施例中，面部分28遍及耳轴26的全长而存在，且与凸台22的端面成为同一面，但并不一定要与凸台22的端面成为同一面。然而，当面部分28平坦且与凸台22的端面成为同一面时，加工比较容易，因此在制造方面有利。就三球销20而言，通常在通过锻造来成形整体后，通过机械加工来形成花键孔24和耳轴26的外周面。面部分28可以在锻造的过程中同时地成形，也可以在锻造成形为圆筒形状后实施切削加工而成。

参照图3A，特别用符号26a来表示耳轴。并且，耳轴26a的与轴线Z(图2)垂直的截面即横截面的至少与球面滚子30的内周面34接触的区域为正圆的一部分即正圆形状。该正圆在耳轴26a的轴线Z上具有中心。

参照图3B，特别用符号26b来表示耳轴。并且，耳轴26b的横截面的至少与球面滚子30的内周面34接触的区域可以为非正圆形状。图3B是表示耳轴26b的横截面的外周面形状形成为在从耳轴26b的轴线Z离开的位置处具有曲率中心的圆弧、换言之在耳轴26b的轴线Z上不具有曲率中心的圆弧的示例。圆弧的曲率半径用符号R表示。

图3B的情况与上述那样耳轴26b的横截面形状形成为正圆形状的情况相比，球面滚子30容易以负载点为支点而进行摆动。在图3A、3B中，与滚子引导面16垂直的单点划线表示转矩负载方向。并且，该单点划线与滚子引导面16的交点成为负载点。需要说明的是，图3A、3B示出如下情况：在反负载侧形成为微小的间隙a，由此可知，在从外圈10传递转矩时，从该图的右侧向左侧作用有力。

对耳轴26的横截面形状而言，作为非正圆形状的其它例，还可以是椭圆形。这种情况下，成为与图3B所示的长圆形类似的截面形状，因而，对于图3B的结构，可以期待与关于球面滚子30的摆动所叙述的效果同样的效果。

因而，例如在搭载有该三球销型等速万向接头的车辆的停车时(怠速时)，可以期待吸收从发动机向主动轴传递的产生在接头轴向上的振动来抑制振动这样的效果(滑动阻力的降低)。另外，在接头带有动作角而进行旋转时，通过球面滚子30的摆动运动而使球面滚子30更容易滚动，因此可以期待产生在接头轴向上的力(感应推力)的降低。

现有的三球销型等速万向接头通常如图4所示那样构成为将球面滚子隔着多个针状滚子而安装在耳轴的外周的结构，但在外圈与三球销带有动作角地传递转矩时，随着耳轴的倾斜而使各球面滚子和滚子引导面成为相互倾斜交叉的状态，因此存在如下问题：在球面滚子与滚子引导面之间产生滑动，球面滚子的顺畅的滚动受阻而使感应推力变大。另外，存在因各球面滚子与滚子引导面之间的摩擦力而使外圈与三球销在轴向上相对变位时的滑动阻力变大这样的问题。

这里，感应推力是指，等速万向接头在旋转中被以某角度施加转矩时，因其接头内部的摩擦而产生的接头的轴向上的力，在为三球销型的情况下，主要强烈表现为三维成分。另外，滑动阻力是指，在像三球销型等速万向接头这样的滑动式接头中，外圈与三球销相互滑动时产生的轴向摩擦力的大小。感应推力和滑动阻力成为车体的振动或噪声的产生原因，对机动车的NVH特性造成影响，降低车辆的行走部分的设计自由度，因此期望尽可能地降低感应推力和滑动阻力。NVH意味着噪声(noise)、振动(vibration)、声振粗糙度(harshness)，是车辆的振动噪声减少的总称。

总之，在这种三球销型等速万向接头中，以带有角度的状态传递转矩时，因内部部件间的相互摩擦而在旋转中产生感应推力，另外，当在停止状态下强制地沿轴向伸缩时，会产生滑动阻力。作为与上述感应推力和滑动阻力相关的机动车的代表性的NVH现象，已知有与感应推力相关的行驶中的车体的侧倾、与滑动阻力相关的AT车中的停止时D档的怠速振动现象。

机动车的NVH问题的解决点在于减小接头的感应推力或滑动阻力的大小。通常，接头的感应推力或滑动阻力存在依存于动作角的大小的倾向。因此，在适用于机动车的主动轴的情况下，存在无法增大动作角这样的设计上的制约。因而，为了提高机动车的行走部分设计的自由度，感应推力或滑动阻力的低位稳定化成为课题。

耳轴26通过实施表面硬化处理来设置硬化层。表面硬化处理已知有各种方法，例如可以选择渗碳淬火、渗碳氮化、高频淬火中的任一种。需要说明的是，在高频淬火的情况下，至少在耳轴26的根部和外周面设置硬化层即可。

渗碳淬火是如下述的方法：使用低碳的碳钢或合金钢，通常在900～930℃间使碳从钢材表面渗透，将表面附近的碳量提高至大约0.8％为止，之后进行淬火，在低的温度、例如180℃左右下进行回火，在表面形成硬的马氏体且在内部形成韧性马氏体。渗碳已知有固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳等。

渗碳氮化是使碳和氮同时向钢的表面层扩散，接着利用淬火仅使表面硬化的方法。已知有在渗碳性的载气中添加HNO₃来进行的气体渗碳氮化法、在氰化碳酸钠等盐浴中进行的液体氮化(渗碳)法。由于温度越高碳越容易浸入，而温度越低氮越容易浸入，因此在800～900℃下进行。

高频淬火的如下述的方式：主要使用具有0.3～0.5％的碳量的中碳钢，先进行淬火、回火来使钢材整个截面充分地具有强度和韧性，之后利用基于高频电流的感应加热来快速地加热，仅表面被从奥氏体化了的状态淬火，从而仅使表面硬化。通过对高频加热所使用的线圈的形状进行研究，由此能够仅对所需的部分局部地进行加热。

进而，耳轴26的至少与球面滚子30的内周面34接触的部分通过磨削或淬火钢切削来完成。淬火钢切削是使用像CBN(立方晶氮化硼)烧结体工具这样的高硬度的工具来对淬火后的工件进行切削的方法。在淬火钢切削的情况下，通过进行所谓的干式切削，由此不需要使用磨削所需的磨削油剂(冷却剂)，因此在环境方面优越。

【符号说明】

10 外圈(外侧接头构件)

12 嘴部

14 滚道槽

16 滚子引导面

20 三球销(内侧接头构件)

22 凸台

24 花键孔

26、26a、26b 耳轴

28 面部分

30 球面滚子(转矩传递构件)

32 外周面

34 内周面

36 空处

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种三球销型等速万向接头，其具备：

外圈，其在内周具有与轴线平行的三条滚道槽，且在各滚道槽的两侧壁上形成有滚子引导面；

三球销，其包括凸台和从该凸台沿半径方向突出的三根耳轴；

球面滚子，其由各耳轴支承为能够进行旋转及轴向移动，且插入到滚道槽内，

所述球面滚子的内周面为圆筒形状，

所述耳轴具有从假想圆筒面向轴心侧后退的面部分，

耳轴与球面滚子直接接触，在三球销的凸台的轴线方向上，在耳轴与球面滚子之间设有空处。

2.根据权利要求1所述的三球销型等速万向接头，其中，

耳轴的横截面的至少与球面滚子的内周面接触的部分为正圆形状。

3.根据权利要求1所述的三球销型等速万向接头，其中，

耳轴的横截面的至少与球面滚子的内周面接触的部分为非正圆形状。

4.根据权利要求3所述的三球销型等速万向接头，其中，

所述非正圆形状是椭圆形状。

5.根据权利要求3所述的三球销型等速万向接头，其中，

所述非正圆形状是在从耳轴轴线离开的位置处具有曲率中心的圆弧。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的三球销型等速万向接头，其中，

球面滚子的纵截面的外周面形状是在球面滚子的轴线上具有曲率中心的圆弧。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的三球销型等速万向接头，其中，

耳轴的至少与球面滚子的内周面接触的部分通过磨削或淬火钢切削来完成。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的三球销型等速万向接头，其中，

在耳轴设有通过表面热处理而形成的硬化层。

9.根据权利要求8所述的三球销型等速万向接头，其中，

在耳轴的至少根部及外周面上设有通过高频淬火而形成的硬化层。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

根据PCT 19条修改的声明

为了明确以下两点，对权利要求1进行了修改。

(1)球面滚子的内周面为圆筒形状。

(2)耳轴具有从假想圆筒面向轴心侧后退的面部分。

上述(1)的修改事项基于说明书第[0022]段中的“球面滚子30呈环状，具有部分球面状的外周面32和圆筒形状的内周面34”这样的记载。上述(2)的修改事项基于说明书第[0023]段中的“从图2明确可知，耳轴26具有与凸台22的轴线Y正交的面部分28。该面部分28从耳轴26的假想圆筒面向轴心侧后退”这样的记载。

本申请通过使内周面为圆筒形状的球面滚子与具有从假想圆筒面向轴心侧后退的面部分的耳轴直接接触，由此实现在三球销的凸台的轴线方向上，在耳轴与球面滚子之间设有空处的三球销型等速万向接头。

对比文件1～5均没有公开使内周面为圆筒形状的球面滚子与具有从假想圆筒面向轴心侧后退的面部分的耳轴直接接触这样的结构，也没有给出启示。

Claims

1.一种三球销型等速万向接头，其具备：