CN104235211A - 轴承杯和十字轴接头 - Google Patents

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小林正典
草野裕次
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Abstract

本发明涉及轴承杯和十字轴接头。在一个方面中，提供一种十字轴接头(6)，其包括轴承杯(24)、十字轴(23)和接头叉(20)。轴承杯包括：圆筒部(48)，在该圆筒部中用于接纳轴部(46)的开口部(50)形成在轴承杯的轴向方向上的一端中；以及底部(49)，该底部闭合圆筒部的轴向方向上的另一端。轴承杯压配合至配合孔(31、42)中并且经由滚动元件(53)而支撑轴部使得轴部能够旋转。轴承杯在配合孔内配合在轴部上并且与轴部一起保持滚动元件。在轴承杯压配合至配合孔中之前的自由状态下，圆筒部的内周表面(48A)的直径在开口部侧比在底部侧更小。

Description

轴承杯和十字轴接头
技术领域
本发明涉及一种用于十字轴接头的轴承杯以及一种具有该轴承杯的十字轴接头。
背景技术
例如，日本特许申请公报No.11-148518(JP11-148518A)中描述的万向接头由第一叉和第二叉以及十字轴构成,该十字轴将叉接合至彼此使得叉被自由地移位。叉中的每个叉中形成有圆孔，并且轴承杯配合到圆孔的内侧中并固定至圆孔的内侧。轴承杯形成为具有圆筒部和封闭圆筒部的一端的底部的带底圆筒形形状。十字轴的轴部被轴承杯的内侧从圆筒部的另一端的开口接纳，其中，轴承杯配合到圆孔中并固定至圆孔。在轴承杯的内周表面与十字轴的轴部的外周表面之间设置了多个针。由于针中的每个针均在由轴承杯的内周表面与十字轴的轴部的外周表面形成的滚道上滚动，因此十字轴以及叉中的每个叉彼此自由地摆动。
发明内容
当组装万向接头时，轴承杯压配合至叉的圆孔。在组装的轴承杯中，底部以及底部侧上的圆筒部部分地压配合至圆孔，但圆筒部的开口侧上的部分可以从圆孔突出。在这种情况下，轴承杯的用作用于针的滚道的内周表面可以具有在底部与开口之间的收缩形状，或直径从底部朝向开口增大的类似于角状体的形状。即使轴承杯的内周表面具有这种形状，在通常使用中仍不存在问题。然而，在十字轴的轴部压配合至轴承杯的开口(确切地讲，内周表面上的针)以消除轴承杯与针之间的侧隙的情况下(在所谓的负间隙产生的情况下)，会发生仅仅轴承杯的内周表面的具有小内径的部分与针不均匀地接触的情形(所谓的局部接触情形)。这过度地增大了轴承杯的内周表面与位于轴承杯的具有小内径的部分处的针之间的接触压力。这然后使轴承杯的内周表面与针之间的摩擦增加，并且在十字轴和叉彼此摆动时摆动扭矩比所需的大。另外，难以提高轴承杯的耐用性。
本发明提供了一种轴承杯以及一种十字轴接头，其能够减小轴承杯的内周表面与滚动元件之间的摩擦。
根据本发明的方面的用于十字轴接头的轴承杯包括：十字轴，该十字轴具有以十字形状布置的四个轴部；以及接头叉，该接头叉具有其中分别配合轴部的配合孔。轴承杯包括：圆筒部，在该圆筒部中用于接纳轴部的开口部形成在圆筒部的轴向方向上的一端中；以及底部，该底部封闭圆筒部的轴向方向上的另一端。轴承杯压配合至配合孔中并且经由滚动元件支撑轴部使得轴部能够旋转。轴承杯在配合孔内配合在轴部上并且与轴部一起保持滚动元件。在轴承杯压配合至配合孔中之前的自由状态下，圆筒部的内周表面的直径在开口部侧比在底部侧更小。
根据以上方面，在处于压配合之前的自由状态的轴承杯中，圆筒部的内周表面的直径在开口部侧比在底部侧更小。因此，当轴承杯压配合至配合孔使得圆筒部的开口部侧从接头叉的配合孔突出时，开口部侧(未压配合至配合孔中的部分)上的圆筒部的直径增大直到圆筒部的内周表面的直径变得在底部侧和开口部侧大致相同为止。因此，圆筒部的内周表面在轴向方向上的整个区域中变得平坦。因此，圆筒部的内周表面与滚动元件不彼此局部接触，并且能够沿轴向方向在圆筒部的内周表面的整个区域中几乎均匀地接触。因此，在轴承杯中，可以减小轴承杯的内周表面与滚动元件之间的摩擦。
在以上方面中，圆筒部的内周表面的直径在自由状态下可以从底部向开口部逐渐减小。
根据以上方面，当处于自由状态的轴承杯中的圆筒部的内周表面的直径从底部向开口部逐渐减小时，可以确保圆筒部的内周表面的直径在轴承杯配合到配合孔中时在底部侧和开口部侧大致相同。
在以上方面中，在轴承杯配合到配合孔中的情况下，通过从开口部侧的内周表面的直径中减去底部侧的内周表面的直径而获得的值可以为0或更大但不超过21μm。
根据以上方面，在压配合至配合孔中的轴承杯中，当通过从开口部侧的内周表面的直径中减去底部侧的内周表面的直径而获得的值为0或更大但不超过21μm时，圆筒部的内周表面的直径在底部侧和开口部侧大致相同。在这种情况下，圆筒部的内周表面与滚动元件不彼此局部接触，并且能够沿轴向方向在圆筒部的内周表面的整个区域中彼此几乎均匀地接触。
在以上方面中，轴承杯的底部的内表面的一部分可以朝向圆筒部的内部空间凸出。
在以上结构的情况下，仅轴承杯的底部的内表面的朝向圆筒部的内部空间凸出的部分与轴部的远端的端部表面接触。因此，减小了底部与轴部之间的滑动摩擦。
另外，一种十字轴接头，其可以包括：十字轴，该十字轴具有布置成十字形状的四个轴部；接头叉，在该接头叉中形成有配合了轴部中的每个轴部的配合孔；以及根据以上方面的轴承杯。
根据以上结构，在轴承杯的十字轴接头中，减小了轴承杯的内周表面与滚动元件之间的摩擦。
附图说明
下面将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：
图1为示出了根据本发明的实施方式的转向系统1的概略结构的示意图；
图2为示出了转向系统1中的十字轴接头6以及十字轴接头6的周围区域的提取图；
图3为转向系统1的十字轴接头6周围的分解立体图；
图4为沿着图2中的线A-A截取的截面图；
图5A为处于压配合至接头叉20中之前的自由状态的轴承杯24以及轴承杯24的周围区域的示意图，并且图5B为压配合至接头叉20中的轴承杯24以及轴承杯24的周围区域的示意图；
图6为示出了在接头叉20摆动的情况下接头叉20的摆动角θ与接头叉20中产生的摩擦扭矩之间的关系的曲线图；以及
图7为示出了压配合的轴承杯24的形状的判定结果的视图。
具体实施方式
参照附图来说明本发明的优选实施方式。图1为示出了根据本发明的实施方式的转向系统1的概略结构的示意图。参照图1，根据该实施方式的转向系统1主要包括转向构件2、输入轴3、万向接头4、中间轴5、十字轴接头6、小齿轮轴7、齿条杆8和齿条罩9。
例如，方向盘可以用作转向构件2。输入轴3的一端与转向构件2连接。输入轴3的另一端与中间轴5的一端通过万向接头4彼此连接。中间轴5的另一端与小齿轮轴7的一端通过十字轴接头6彼此连接。简言之，中间轴5插置在输入轴3与小齿轮轴7之间并且将输入轴3与小齿轮轴7彼此连接。输入轴3、中间轴5和小齿轮轴7不存在于同一直线上。
小齿轮7A一体地设置在小齿轮轴7的另一端中。齿条杆8具有在车辆宽度方向上(在图1中的左右方向上)较长的杆状形状。齿条杆8中形成有与小齿轮7A啮合的齿条8A，并且小齿轮轴7和齿条杆8构成齿条及小齿轮机构。齿条罩9为在车辆宽度方向上较长的中空体，并且固定至车身(未图示)。齿条杆8插入穿过齿条罩9，并且由齿条罩9借助于轴承等(未图示)支撑。在这种状态下，齿条杆8能够沿车辆宽度方向滑动。齿条杆8的两个端部突出至齿条罩9的两个外侧，并且拉杆10与齿条杆8的每个端部连接。拉杆10与转向轮11通过转向节臂(未图示)连接。
在转向系统1中，由于转向构件2转向并且输入轴3旋转，因此小齿轮轴7旋转，并且小齿轮轴7的旋转通过小齿轮7A和齿条8A转变成齿条杆8沿着车辆宽度方向的滑动(线性运动)。因此，实现了齿条杆8的两侧上的转向轮11的转向。图2为示出了转向系统1中的十字轴接头6以及十字轴接头6的周围区域的提取图。图3为转向系统1的十字轴接头6周围的分解立体图。图4为沿着图2中的线A-A截取的截面图。
下面详细说明转向系统1中的十字轴接头6以及十字轴接头6的周围区域。在图2中，示出了中间轴5的一部分、整个十字轴接头6以及小齿轮轴7的一部分。参照图3，中间轴5为细长金属柱，并且中间轴5的外径根据需要在轴向方向上的任意部分处减小及增大。在图3中，为便于说明，输入轴3和转向构件2由虚线附加地表示。在中间轴5中，锯齿状齿15形成在与十字轴接头6连接的端部5A的外周表面的整个圆周上。在端部5A中形成有定位凹槽16。该定位凹槽16具有呈U形凹进的圆环形状并且沿端部5A的周向方向延伸。该定位凹槽16将形成在端部5A中的锯齿状齿15沿中间轴5的轴向方向分成两部分。
十字轴接头6设置有一对接头叉20、十字轴23以及轴承杯24。在下文中，在所述一对接头叉20中，有时将把叉20中的一个叉(图3中的右侧上的接头叉20)称为第一接头叉21，并且有时将把另一叉(图3中的左侧上的接头叉20)称为第二接头叉22。
第一接头叉21例如通过金属的铸造或锻造形成。第一接头叉21一体地包括图3中中间轴5附近的基部25、一对臂部26以及一对凸缘28。基部25为中空体，并且在该实施方式中为大致圆筒形的。在图3中，中间轴5和大致圆筒形基部25的中心轴线定位在同一直线上。通孔29在基部25中形成在基部25的中心轴线穿过的位置处。通孔29为穿过基部25的圆状孔，并且通孔29构成基部25的中空部。圆状通孔29的中心轴线(轴线)以及基部25的中心轴线平行于彼此延伸。在基部25中，锯齿状齿30形成在限定通孔29的内周表面的整个区域中。
所述一对臂部26中的每个臂部均定形成类似于在基部25的轴向方向上薄且长的薄板，并且与基部25一体地设置。臂部26分别设置在图3中基部25的距中间轴5的较远侧上的端部(图3中的左端部)中的沿周向方向彼此间隔180°的位置处。臂部26朝向远离基部25的方向(图3中的左侧)延伸。因此，在从基部25的径向外侧观察的第一接头叉21的视图中，第一接头叉21形成为大致U形。在基部25中，通孔29暴露在所述一对臂部26之间的位置处。所述一对臂部26平行于彼此延伸，并且配合孔31在长度方向上的相同位置处形成在臂部26中的每个臂部中。配合孔31为沿基部25的径向方向穿过臂部26的圆状孔，并且形成在臂部26的远离基部25的远端部中。
基部25中形成有狭缝27。该狭缝27通过将基部25的周部上的一个部位从基部25的轴向方向上的一端25A侧(图3中的中间轴5附近的右端侧)切割来形成。在该实施方式中，周部上的一个部位与所述一对臂部26中的任一臂部(图3中的上侧上的臂部26)在周向方向上位于相同的位置(或可以为不相同的位置)处。狭缝27沿着通孔29(换句话说，沿着基部25的中心轴线)延伸，并且切割基部25的沿周向方向的一个部位。因此，狭缝27的整个区域与通孔29连通。狭缝27没有到达臂部26的位于周向方向上的相同位置处的配合孔31(与臂部26的配合孔31不连通)。与一端25A相关，附图标记25B用于基部25的另一端。臂部26从另一端25B延伸。
所述一对凸缘28为由于狭缝27在基部25中的形成而必须形成的部分。换句话说，所述一对凸缘28为基部25的两侧上的通过狭缝27面向彼此的部分。所述一对凸缘28定形成类似于沿着基部25的轴向方向平行于彼此延伸的板。在下文中，有时将会把所述一对凸缘28中的一个凸缘(在图3中的前侧上)称为凸缘28A，并且有时将会把另一凸缘区分为凸缘28B。凸缘28中的每个凸缘中均形成有螺栓孔33。螺栓孔33中的每个螺栓孔均沿与通孔29延伸的方向(通孔29的轴向方向)正交的正交方向(所述一对凸缘28面向彼此的方向)延伸。
第二接头叉22由金属制成，并且通过类似于第一接头叉21的铸造或锻造形成。第二接头叉22包括基部40和一对臂部41。基部40具有沿与小齿轮轴7正交的方向延伸的杆状形状。臂部41分别设置在基部40的沿纵向方向的两个端部上，并且具有沿与基部40正交的方向(在图3中第一接头叉21侧)延伸的板状形状。所述一对臂部41平行于彼此延伸，并且配合孔42在臂部41的长度方向上形成在相同的位置处。配合孔42为沿基部40的纵向方向穿过臂部41的圆状孔，并且形成在臂部41的远离基部40的远端部中。第二接头叉22的配合孔42的尺寸与第一接头叉21的配合孔31的尺寸相同。
十字轴23通过例如金属块的金属铸造和机加工形成。十字轴23的远端在需要的情况下可以被倒角或部分地锥形化。十字轴23一体地包括：块状中央部45，该块状中央部45形成近似球体的大致立方体；以及四个轴部46，所述四个轴部46从中央部45径向延伸。轴部46中的每个轴部均具有柱状形状。所述四个轴部46中的一对轴部46A位于同一直线上，并且剩余对轴部46B位于沿与轴部46A正交的方向延伸的同一直线上。因此，四个轴部46布置成类似于十字。在轴部46中的每个轴部中，与中央部45连接的部分为根部，并且距中央部45最远的部分为远端部。在图3中，轴部46中的每个轴部的远端部的端表面46C沿着与轴部46的轴向方向(轴部46延伸的方向)正交的方向是平坦的。
轴承杯24具有带底圆筒形形状，并且由金属形成。根据第一接头叉21的两个臂部26的配合孔31以及第二接头叉22的两个臂部41的配合孔42，对于整个十字轴接头6，一共设有四个轴承杯24。轴承杯24中的每个轴承杯一体地包括圆筒部48和底部49。圆筒部48具有圆筒形形状。通过其暴露圆筒部48的内部空间的圆形开口部50形成在圆筒部48的在圆筒部48的轴向方向X上的一个端部中。圆筒部48的该一个端部以大致直角横跨整个圆周向圆筒部48的圆的中央侧(径向内侧)弯折，从而形成圆形凸缘51。由凸缘51的内周缘限定的区域为开口部50。
参照位于图4中的最上位置处的轴承杯24(具有影线的部分)，凹槽52形成在圆筒部48的内周表面48A的位于开口部50侧上的端部中。底部49具有形成轴承杯24的底部的盘形状，并且封闭圆筒部48的在轴向方向X上的另一端(位于与开口部50相反的那一侧的端部)。在底部49中，面向圆筒部48的内部空间的表面被称为内表面49A，并且位于与内表面49A相反的那一侧的表面被称为外表面49B。通过使外表面49B以两级/两台阶向内表面49A侧凹进，在内表面49A中形成第一突出表面49C和第二突出表面49D。第一突出表面49C具有圆形形状，该圆形形状具有比底部49的直径稍微更小的直径，并且凸出向圆筒部48的内部空间。第二突出表面49D具有圆形形状，该圆形形状具有比第一突出表面49C的直径更小的直径，并且进一步地在第一突出表面49C的圆的中心处朝向圆筒部48的内部空间凸出。
沿着轴向方向X延伸的多个针状滚动元件53(在需要的情况下包括通过凸面加工的针状滚动元件)布置在圆筒部48的内周表面48A上。滚动元件53在内周表面48A的周向方向上排成行，并且整体地形成圆形形状。滚动元件53中的每个滚动元件均沿轴向方向X夹在凸缘51与第一突出表面49C的外周部之间，并且因此被保持为使得不与圆筒部48脱离。轴承杯24以及保持在轴承杯24中的滚动元件53构成轴承组件70。
对在组装上述十字轴接头6的同时将中间轴5与小齿轮轴7彼此连接的步骤进行说明。参照图3，在十字轴23中的所述一对轴部46A中，轴部46中的一个轴部首先从所述一对臂部26之间配合到臂部26中的一个臂部的配合孔31中，并且另一轴部46从所述一对臂部26之间配合到另一臂部26的配合孔31中。简言之，在第一接头叉21中，轴部46(46A)中的一个轴部配合到配合孔31中的每个/相应配合孔中。
然后，使轴承杯24从外侧面向臂部26中的每个臂部的配合孔31。此时，轴承杯24的开口部50首先面向配合孔31。在这种状态下，使轴承杯24更靠近配合孔31并且配合到配合孔31中。此时，轴承杯24压配合至配合孔31中。由于轴承杯24压配合至配合孔31中，因此对应的(配合到配合孔31中的)轴部46A被轴承杯24的圆筒部48的开口部50接纳并且从开口部50插入到圆筒部48中。
如图4所示，在完成了轴承杯24的压配合的情况下，对应的轴部46A插入至配合到配合孔31中的每个配合孔中的轴承杯24的内侧(确切地讲，圆环形地布置的多个滚动元件53的内侧)。圆环形地布置的多个滚动元件53布置在轴部46A中的每个轴部的外周表面46D与轴承杯24的圆筒部48的内周表面48A之间，使得滚动元件53能够滚动。轴部46A的外周表面46D与圆筒部48的内周表面48A用作用于滚动元件53的滚道。
如上所述，圆筒部48在配合孔31内配合在轴部46A上并且与轴部46A一起保持滚动元件53。因此，十字轴23的轴部46A中的每个轴部均由第一接头叉21的臂部26中的每个臂部的轴承杯24借助于滚动元件53支撑，使得轴部46A能够旋转。在完成了轴承杯24的压配合的情况下，配合到配合孔31中的每个配合孔中的轴承杯24的圆筒部48的在底部49侧上的部分(被称为底侧部480)在周向方向上完全容置在配合孔31中。然而，圆筒部48的在开口部50侧的部分(被称为“开口侧部481”)从配合孔31朝向十字轴23的中央部45侧在周向方向上完全突出。简言之，轴承杯24仅在底侧部480中部分地压配合至配合孔31。
参照图3，在与第一接头叉21的步骤相同的步骤中，十字轴23的剩余对轴部46B的轴部46中的一个轴部从所述一对臂部41之间配合到臂部41中的一个臂部的配合孔42中，并且另一轴部46从所述一对臂部41之间配合到另一臂部41的配合孔42中。简言之，在第二接头叉22中，轴部46中的一个轴部配合到配合孔42中的每个/相应配合孔中。
然后，在与第一接头叉21的步骤相同的步骤中，轴承杯24通过压配合配合到臂部41中的每个臂部的配合孔42中。由于轴承杯24压配合至配合孔42中，因此对应的(配合到配合孔42中的)轴部46B被轴承杯24的圆筒部48的开口部50接纳，并且从开口部50插入到圆筒部48中。在完成了轴承杯24的压配合的情况下，对应的轴部46B插入至配合到配合孔42中的每个配合孔中的轴承杯24的内侧(确切地讲，沿着圆筒部48的内周表面48A圆环形地布置的多个滚动元件53的内侧)。所述多个圆环形地布置的滚动元件53布置在轴部46B中的每个轴部的外周表面46D与轴承杯24的圆筒部48的内周表面48A之间，使得滚动元件53能够滚动。轴部46B的外周表面46D与圆筒部48的内周表面48A形成用于滚动元件53的滚道。如上所述，圆筒部48在配合孔42内配合到轴部46B上并且与轴部46B一起保持滚动元件53。因此，如图4所示，十字轴23的轴部46B中的每个轴部均由第二接头叉22的臂部41中的每个臂部的轴承杯24借助于滚动元件53支撑，使得轴部46B能够旋转。
在完成了轴承杯24的压配合的情况下，配合到配合孔42中的每个配合孔中的轴承杯24的圆筒部48中的前述底侧部480在周向方向上完全容置在配合孔42中。然而，圆筒部48中的前述开口侧部481从配合孔42朝向十字轴23的中央部45侧在周向方向上完全突出。简言之，在第二接头叉22中，轴承杯24也仅在底侧部480中部分地压配合至配合孔42中。
当如上所述完成了轴承杯24到配合孔31和42中的压配合时，十字轴接头6被完成。在轴承杯24中的每个轴承杯的底部49的内表面49A中，仅定位在圆的中心中的第二突出表面49D与轴部46的远端的端表面46C接触。因此，减小了底部49与轴部46之间的滑动摩擦。如之前所述，轴承杯24部分地压配合至配合孔31和42中的每个配合孔中。因此，在轴承杯24的圆筒部48中，压配合至配合孔31和42中的每个配合孔中的底侧部480接受来自接头叉20的压力，而几乎没有来自接头叉20的压力作用在从配合孔31和42中的每个配合孔突出的开口侧部481上。因此，在压配合的轴承杯24中，开口侧部481变形成使直径扩大。包括具有扩大的直径的开口侧部481的圆筒部48的整个形状具有围绕开口侧部481与底侧部480之间的边界的收缩形状，或直径从底部49朝向开口部50扩大的类似角状体的形状。
在圆筒部48具有这种形状的情况下，十字轴23的轴部46中的每个轴部有时压配合至轴承杯24的内侧(圆形地/圆环形地布置的多个滚动元件53的内侧)以消除轴承杯24和滚动元件53周围的侧隙。在这种情况下，由于轴部46的直径大于相对于多个滚动元件53的内切圆的直径，因此在轴部46压配合至轴承杯24的内侧时形成所谓的负间隙。在形成负间隙的情况下，仅圆筒部48的内周表面48A的具有最小直径的部分与滚动元件53中的每个滚动元件接触。当内周表面48A与如上所述的滚动元件53中的每个滚动元件局部接触时，内周表面48A与滚动元件53中的每个滚动元件之间的表面压力(摩擦)增大，并且因此摆动扭矩在十字轴23与接头叉20彼此摆动时增大。
因此，处于压配合至配合孔31、42中的每个配合孔中之前的自由状态的轴承杯24具有考虑到由于压配合而引起的变形(尤其是开口侧部481的变形量)的形状。图5A为处于压配合至接头叉20中之前的自由状态的轴承杯24以及轴承杯24的周围区域的示意图，并且图5B为压配合至接头叉20中的轴承杯24以及轴承杯24的周围区域的示意图。前述凸缘51(参见图3)的图示在图5A和图5B中的轴承杯24中被省略。
在具体说明之前，在图5A中示出的圆筒部48中，沿圆筒部48的轴向方向X确定两个位置A、B。在轴向方向X上，位置A为底侧部480的任意部分，并且位置B为开口侧部481的任意部分。轴向方向X上存在位置A与位置B之间的给定高度(间隔)。该实施方式中的高度H在4与6mm之间。在处于自由状态的轴承杯24中，内周表面48A的位置A处的直径R被称为直径RA1，并且内周表面48A的位置B处的直径R被称为直径RB1。直径RB1设定为比直径RA1更小。
如由图5A中的轮廓箭头所示，将上述轴承杯24压配合至配合孔31、42中的每个配合孔中。在图5B中示出的压配合的轴承杯24中，内周表面48A的位置A(与压配合之前的位置A相同的位置)处的直径R被称为直径RA2，并且内周表面48A的位置B(与压配合之前的位置B相同的位置)处的直径R被称为直径RB2。如之前所述，在压配合的轴承杯24中，开口侧部481变形成使直径扩大。然而，在处于自由状态的轴承杯24中，由于直径RB1设定为比直径RA1更小(参见图5A)，因此直径RB2在开口侧部481的直径在压配合之后扩大时变得与直径RA2大致相同。
如到目前为止所述的，在处于压配合之前的自由状态的轴承杯24中，圆筒部48的内周表面48A在底部49侧上的直径R比在开口部50侧上的直径更小，如图5A所示。因此，如图5B所示，当轴承杯24压配合至配合孔31、42中的每个配合孔中使得开口部50侧上的圆筒部48从接头叉20的配合孔31、42中的每个配合孔突出时，开口部50侧的圆筒部48(没有压配合至配合孔31、42中的每个配合孔中的开口侧部481)的直径扩大直到圆筒部48的内周表面48A的直径R变得在底部49侧和开口部50侧大致相同为止。因此，用作用于圆筒部48中的滚动元件53的滚道的内周表面48A在沿轴向方向X的整个区域上变得平坦(沿着轴向方向X是直的)。因此，即使在形成负间隙的情况下，圆筒部48的内周表面48A与滚动元件53仍没有彼此局部接触，并且能够沿轴向方向X在圆筒部48的内周表面48A的整个区域中彼此几乎均匀地接触。因此，在轴承杯24中，可以减小轴承杯24的内周表面48A与滚动元件53之间的表面压力(摩擦)。这使得可以在十字轴23和接头叉20彼此摆动时使摆动扭矩稳定在低值处。因此，还可以提高轴承杯24、滚动元件53和接头叉20的耐用性。此外，通过减小轴承杯24的内周表面48A与滚动元件53之间的表面压力，可以扩大(适度地设定)影响轴承杯24至接头叉20的组装的尺寸公差(例如，配合孔31、42等的孔径的公差)。
如图5A所示，优选的是，处于自由状态的轴承杯24中的圆筒部48的内周表面48A的直径R从底部49朝向开口部50逐渐减小。因此，当轴承杯24压配合至配合孔31、42中的每个配合孔中时，确保圆筒部48的内周表面48A的直径R变得在底部49侧和开口部50侧大致相同，如图5B所示。
尽管优选的是直径RB2和直径RA2完全相同(无差异)，但是即使在直径RB2比直径RA2略微更大的情况下仍不存在问题。参照图6中示出的曲线图来说明该原因。十字轴接头6中的接头叉20中的一个接头叉围绕接头叉20的配合孔31或42中插入的(十字轴23的)轴部46摆动，并且摆动角θ(参见图2)以及接头叉20的摆动扭矩被测量。摆动扭矩与轴承杯24的内周表面48A与滚动元件53之间的摩擦对应，并且还可以被称为摩擦扭矩。测量条件为约0°至±45°的摆动角θ以及0.5rpm至15rpm的接头叉20的摆动速度(这里固定于2.8rpm)。
如之前所述，直径RA2和直径RB2为压配合至配合孔31、42中的每个配合孔中的轴承杯24的主要尺寸(参见图5B)。准备轴承杯24的多种类型的样品，其中，通过从直径RB2中减去直径RA2所获得的值(被称为“B－A值”)彼此不同。样品中的每个样品中的摆动扭矩(摩擦扭矩)以上述不同的摆动角θ测量。然后，确认样品中的每个样品中的摆动扭矩的测量值是否处于目标摆动扭矩T(±0.1Nm或更大但不超过0.4Nm；这里为±0.1Nm)的范围(由图6中的两条虚线所夹的区域)内。
作为样品的多个测量的结果，在测量结果中的任一测量结果中判定具有目标摆动扭矩T内的摆动扭矩的测量值的样品表示为A(A意味着合格)。对于具有未能处于目标摆动扭矩T内至少一次的摆动扭矩的测量值的样品，该样品被判定为B(B意味着不合格)。在测量结果中的任一结果中，具有未能处于目标扭矩T内的摆动扭矩的测量值的样品被判定为C(C表示完全不合格)。
图7中示出了针对所有样品的判定结果。根据图7，具有21μm或更小的B－A值的所有样品均是合格的(合格率为99.3％或更高)。因此，在压配合至配合孔31、42中的每个配合孔中的轴承杯24中，通过从开口部50侧的内周表面48A的直径RB2中减去底部49侧的内周表面48A的直径RA2所获得的值(B－A值)需要为0或更大但是不超过21μm。
然后，在压配合至配合孔31、42中的每个配合孔中的轴承杯24中，圆筒部48的内周表面48A的直径R变得在底部49侧和开口部50侧大致相同，如图5B所示。在这种情况下，圆筒部48的内周表面48A与滚动元件53彼此不局部接触，并且沿轴向方向X在圆筒部48的内周表面48A的整个区域中能够彼此几乎均匀地接触。
对需要设定用于处于压配合之前的自由状态的轴承杯24的前述直径RA1和直径RB1以便具有为0或更大但是不超过21μm的B－A值的值进行说明。参照图5A和图5B，接头叉20的压配合轴承杯24之前的配合孔31、42的孔径(直径)为D。接下来，确定位置A、B中的每个位置处的轴承杯24的收缩系数。收缩系数为在轴承杯24的状态从自由状态改变至压配合状态时表示圆筒部48在位置A和B中的每个位置处收缩的程度的系数。如之前所述，由于轴承杯24被部分地压配合，因此位置A处的收缩系数α和位置B处的收缩系数β彼此不同。
通过使用到目前为止所述的D、RA1、RB1、RA2和RB2来定义收缩系数α和β，其结果为等式(1)和(2)。
α＝(RA1－RA2)/(RA1－D)…等式(1)
β＝(RB1－RB2)/(RB1－D)…等式(2)
除通过等式(1)和(2)限定α和β之外，α和β可以是根据实验提前获得的实验值。
由于B－A值为0或更大但不超过21μm，因此下列等式(3)成立。0≤RB2－RA2≤21μm…等式(3)
通过将等式(1)和(2)代入等式(3)中，获得下面等式(4)，并且从等式(4)获得等式(5)和(6)。
0≤RB1(1－β)－RA1(1－α)－D(α－β)≤21μm…等式(4)
RA1≤(RB1(1－β)－D(α－β))/(1－α)…等式(5)
RA1≥(RB1(1－β)－D(α－β)－21)/(1－α)…等式(6)
直径RA1和直径RB1可以基于等式(5)和(6)来设定。
在如上所述完成的十字轴接头6中，如图3所示，中间轴5的端部5A从基部25的一端25A侧插入到第一接头叉21的通孔29中。插入的中间轴5与通孔29同心，并且中间轴5中的端部5A的锯齿状齿15与基部25的通孔29的锯齿状齿30啮合。简言之，基部25锯齿配合至插入到通孔29中的中间轴5。此时，端部5A的定位凹槽16与第一接头叉21的凸缘28中的每个凸缘的螺栓孔33在中间轴5的轴向方向上位于相同的位置处。
接下来，螺栓61拧到凸缘28中，并且螺栓61配合到中间轴5的端部5A的定位凹槽16中然后穿过凸缘28B的螺栓孔33。因此，中间轴5在轴向方向上定位，并且不从基部25的通孔29脱出。因此，中间轴5与十字轴接头6的连接被完成(参见图2)。
参照图3，金属小齿轮轴7的一个端部7B与第二接头叉22的基部40的纵向方向上的中央部连接。第二接头叉22和小齿轮轴7可以类似于第一接头叉21的情况而锯齿配合至彼此，或者螺纹配合至彼此。因此，完成了小齿轮轴7与十字轴接头6的连接。代替锯齿配合或螺纹配合而彼此连接，第二接头叉22和小齿轮轴7可以是从一开始就一体模制的物体。
在十字轴23组装至第一接头叉21和第二接头叉22之前，中间轴5可以与第一接头叉21连接并且小齿轮轴7可以与第二接头叉22连接。参照图1，万向接头4可以具有与十字轴接头6(第一接头叉21、第二接头叉22、十字轴23和轴承杯24)相同的结构。
在中间轴5与小齿轮轴7利用十字轴接头6连接、并且输入轴3与中间轴5利用万向接头4连接的上述状态下，转向构件2被操作以沿给定方向旋转。然后，输入轴3与转向构件2一起旋转，转向构件2的转向扭矩通过万向接头4传递至中间轴5，并且中间轴5沿与转向构件2相同的方向旋转。因此，参照图3，与中间轴5连接的十字轴接头6的第一接头叉21沿与转向构件2相同的方向旋转。与第一接头叉21的旋转同步地，由十字轴23中的第一接头叉21的所述一对臂部26支撑的所述一对轴部46A围绕中央部45旋转。这使整个十字轴23沿与转向构件2相同的方向围绕中央部45旋转，并且支撑十字轴23的所述一对轴部46B的第二接头叉22沿与十字轴23相同的方向——换句话说，沿与转向构件2相同的方向——旋转，并且小齿轮轴7与第二接头叉22一体地旋转。
如之前所述，中间轴5和小齿轮轴7不处于同一直线上(参见图1)。因此，确切地讲，十字轴23三维地旋转，其中中间轴5和小齿轮轴7分别用作旋转中心。因此，参照图1，在转向系统1中，转向构件2的转向扭矩通过万向接头4从输入轴3传递至中间轴5，并且通过十字轴接头6从中间轴5进一步传递至小齿轮轴7，从而使小齿轮轴7旋转。因此，在转向系统1中，齿条杆8随着小齿轮轴7的旋转滑动，并且转向轮11中的每个转向轮均转向。
本发明不限于到目前为止所说明的实施方式，并且在不背离权利要求的范围的情况下可以做出各种改变。例如，在图3中示出的十字轴接头6中，第二接头叉22的结构可以与第一接头叉21的结构相同。十字轴接头6能够应用于除转向系统1之外的不存在于直线上的两个轴彼此连接的任何类型的装置。

Claims (5)

1.一种用于十字轴接头的轴承杯，所述十字轴接头包括：十字轴，所述十字轴具有以十字形状布置的四个轴部；以及接头叉，所述接头叉具有配合孔，所述轴部分别配合至所述配合孔中，所述轴承杯压配合至所述十字轴接头的配合孔中并且经由滚动元件而支撑所述轴部使得所述轴部能够旋转，所述轴承杯的特征在于，
所述轴承杯在所述配合孔(31、42)内配合在所述轴部(46)上并且与所述轴部(46)一起保持所述滚动元件(53)，
所述轴承杯包括圆筒部(48)以及底部(49)，在所述圆筒部(48)中用于接纳所述轴部(46)的开口部(50)形成在所述轴承杯的在轴向方向上的一端中，所述底部(49)封闭所述圆筒部(48)的在所述轴向方向上的另一端，在所述轴承杯压配合至所述配合孔(31、42)中之前的自由状态下，所述圆筒部(48)的内周表面(48A)的直径在开口部(50)侧比在底部(49)侧更小。
2.根据权利要求1所述的轴承杯，其中，
所述圆筒部(48)的内周表面(48A)的直径在所述自由状态下从所述底部(49)向所述开口部(50)逐渐减小。
3.根据权利要求1或2所述的轴承杯，其中，
在所述轴承杯压配合至所述配合孔(31、42)中的状态下，通过从所述内周表面(48A)的在所述开口部(50)侧的直径中减去所述内周表面(48A)的在所述底部(49)侧的直径而获得的值为0或更大但是不超过21μm。
4.根据权利要求1或2所述的轴承杯，其中，
所述底部(49)的内表面(49A)的一部分朝向所述圆筒部(48)的内部空间凸出。
5.一种十字轴接头，包括：
十字轴(23)，所述十字轴(23)具有布置成十字形状的四个轴部(46)；
接头叉(20)，所述接头叉(20)具有配合孔(31、42)，所述轴部(46)分别配合至所述配合孔(31、42)中；以及
根据权利要求1或2所述的轴承杯(24)。
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Application publication date: 20141224