CN104937298A - 十字轴接头以及使用该十字轴接头的用于车辆的转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种十字轴接头(10)，包括：十字轴(1)，该十字轴(1)包括呈十字状布置的四个轴部(3)；多个滚针(6)，该多个滚针(6)在相应的轴部(3)的外周面上滚动；轴承杯(5)，该轴承杯(5)各自具有圆筒部(5a)和底部(5b)，该底部(5b)用于封闭位于圆筒部(5a)的一端的开口，轴承杯(5)经由滚针(6)装配至轴部(3)的外部；以及轭状件(21、23)，该轭状件(21、23)设置有轴承孔(22、24)，该轴承杯(5)插入该轴承孔(22、24)中。滚针(6)维持于在轴部(3)与轴承杯(5)之间的紧密配合状态。在该十字轴接头(10)中，圆筒部(5a)中的每个圆筒部在其内周侧处设置有呈弯曲状朝向所述圆筒部(5a)的径向内部突出的突出部(5d)，并且突出部(5d)的顶点在沿滚针(6)的轴向方向的、包含滚针(6)的沿轴向方向的轴向中心的范围内与滚针(6)相接触。

Description

十字轴接头以及使用该十字轴接头的用于车辆的转向装置
技术领域
本发明涉及十字轴接头以及使用该十字轴接头的用于车辆的转向装置。
背景技术
已经存在用于导引汽车等的车轮转向的用于车辆的转向装置，其包括安装有转向盘的转向柱轴、用于借助于比如转向齿轮箱的转向机构来使用于转向的车轮转向的转向轴，以及用于使转向柱轴和转向轴以能够倾斜的方式彼此联接的十字轴接头。
在用于车辆的转向装置中使用的十字轴接头包括十字轴、多个滚针和轴承杯，该十字轴具有从其本体部的侧周面沿四个方向呈十字状突出的四个轴部，所述多个滚针在轴部的外周面上滚动，轴承杯呈有底圆筒状并且装配在这些滚针的外部。轴承杯插入分别设置在转向柱轴和转向轴中的轭状件中的轴承孔中，从而允许轴部相对于轭状件旋转。通过使两个轴的轭状件借助于十字轴彼此联接，如上所述，该十字轴接头以能够倾斜的方式将两个轴联接。
在如上所述的十字轴接头中，在一些情况下，存在以下问题，即，当传递的扭矩变大时，滚针发生滑动，并且出现诸如反冲、脉动的错误的扭矩传递，这对相关的用于车辆的转向装置的转向感觉有恶劣影响。鉴于以上情况，在下面提到的专利文献1中公开了以下技术，轴承杯中的每个轴承杯设置有在其圆筒部的沿轴向方向的中央部以径向向内突出的方式弯曲的弯曲部，并且该弯曲部弹性地径向向内按压滚针中的每个滚针使得滚针相对于轴部维持于紧密配合状态(负间隙状态)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2007-327590
发明内容
本发明解决的问题
在以上描述的专利文献1的技术中，轴承杯的弯曲部的弹性变形将滚针压靠至轴部。因此，当有过多载荷施加至十字轴接头时，弯曲部沿径向方向向外弯曲从而减轻应力。因此，能够有利地抑制耐久性的劣化。
然而，如图5中所示，轴承杯的弯曲部101相对于滚针102为大致点接触的状态，并且点接触的位置P从滚针的沿轴向方向(纵向方向)的中心位置X移位。因此，在围绕点接触位置P的滚针102中很可能出现歪斜，并且该歪斜是十字轴接头中扭矩波动的原因。此外，随着滚针的径向间隙减小，由歪斜引起的扭矩波动增加。
鉴于以上描述的情况做出了本发明，并且本发明的目的是提供能够抑制歪斜的发生、同时能够充分地减小滚针在轴承杯内侧的径向间隙(负间隙)的十字轴接头，以及提供使用该十字轴接头的用于车辆的转向装置。
解决问题的方法
(1)根据本发明，提供了十字轴接头，包括：十字轴，该十字轴包括呈十字状布置的四个轴部；多个滚针，所述多个滚针在相应的轴部的外周面上滚动；轴承杯，该轴承杯各自具有圆筒部和底部，该底部用于封闭位于圆筒部的一端侧的开口；轴承杯经由滚针装配至轴部的外部；以及轭状件，该轭状件设置有轴承孔，轴承杯插入该轴承孔中，其中，滚针维持于在轴部与轴承杯之间的紧密配合状态，其特征在于，圆筒部中的每个圆筒部在其内周侧处设置有呈弯曲状朝向圆筒部的径向内部突出的突出部，并且突出部的顶点在沿滚针的轴向方向的、包含滚针的沿轴向方向的轴向中心的范围内与滚针相接触。
根据以上描述的本发明的结构，在轴承杯的圆筒部中形成的突出部的顶点在包含滚针的轴向中心的轴向方向范围内与滚针相接触。因此，能够有利地抑制滚针的歪斜，并且也能够抑制由于这些歪斜导致的扭矩波动。
(2)在根据本发明的十字轴接头中，优选的是突出部在沿轴向方向的如下范围内的高度h被设定为0<h≤0.005mm，该范围以突出部的顶点为中心并且对应于滚针的长度的60％至70％。
通过采用这样的结构，能够使滚针与轴承杯的圆筒部之间的接触表面压力均衡，并且同时抑制接触表面压力的峰值。因此，能够抑制滚针和轴承杯的磨损和损坏，并且能够增强耐久性。
(3)在根据本发明的十字轴接头中，优选的是在轴承杯内侧的滚针的径向间隙s被设定为-0.03mm≤s<0。
在滚针的径向间隙非常小(例如，-0.03mm至-0.02mm)的情况下，常规十字轴接头中扭矩波动急剧增加，因而不适合实际使用。然而，在本发明中，即使在这样的小径向间隙的情况下，也能够有利地抑制滚针的歪斜。
(4)根据本发明，提供了用于车辆的转向装置，该转向装置包括：转向柱轴，转向盘安装至该转向柱轴；转向轴，该转向轴用于借助于转向机构来使用于转向的车轮转向；以及十字轴接头，该十字轴接头介于转向柱轴与转向轴之间，用于使转向柱轴和转向轴以能够倾斜的方式彼此联接，其特征在于，该十字轴接头为如以上项
(1)至项(3)中的任一项中所描述的十字轴接头。
本发明的优点
根据本发明，能够抑制滚针歪斜的发生，同时能够充分地减小滚针的径向间隙。
附图说明
图1是示出了根据本发明的实施方式中的用于车辆的转向装置的主要部分的结构的侧视图。
图2是沿图1中的线II-II上的箭头的方向观察的截面图。
图3是图2中圈出部分A中轴承杯的放大视图。
图4(a)和图4(b)是示出了在滚针与轴承杯之间表面压力的分布的曲线图。
图5是示出了现有技术的说明图。
具体实施方式
现在，将参照附图对本发明的实施方式进行描述。
图1是示出了根据本发明的实施方式中的用于车辆的转向装置的主要部分的结构的侧视图。
用于车辆的转向装置S为用于使车辆——比如汽车——转向的转向盘的装置。转向装置S包括转向柱轴32、转向轴31、中间轴33以及十字轴接头10，车辆的转向盘(未示出)以一体的且能够旋转的方式安装至转向柱轴32，转向轴31用于借助于转向齿轮箱等来使用于转向的车轮转向，中间轴33介于两个轴31与32之间，十字轴接头10分别设置在转向轴31与中间轴33之间以及转向柱轴32与中间轴33之间，以便使这些轴以能够倾斜的方式联接。简言之，十字轴接头10介于转向轴31与转向柱轴32之间，并且使两个轴31、轴32以能够倾斜的方式联接。
下面将对如上所述的十字轴接头10进行描述。
设置在转向轴31与中间轴33之间的十字轴接头10具有一对轭状件21、一对轭状件23以及十字轴1，该一对轭状件21彼此相对并且固定至转向轴31的端部，该一对轭状件23组装至这些轭状件21并且固定至中间轴33的端部，该十字轴1经由轴承杯5等安装以用于联接轭状件21和轭状件23，这将在下文进行描述。
此外，设置在转向柱轴32与中间轴33之间的十字轴接头10同样以如上所述相同的方式具有一对轭状件21、一对轭状件23以及十字轴1，该一对轭状件21彼此相对并且固定至转向柱轴32的端部，该一对轭状件23固定至中间轴33的端部，该十字轴1用于经由轴承杯5联接轭状件21和轭状件23。
图2是沿图1中的线II-II上的箭头的方向观察的截面图。固定至转向轴31的一对轭状件21的各个端部中设置有具有相同轴线的轴承孔22。此外，固定至中间轴33的一对轭状件23的各个端部中也设置有具有相同轴线的轴承孔24。
十字轴1具有本体部2和四个轴部3，四个轴部3从该本体部2的侧周面沿四个方向呈十字状突出。十字轴1由钢形成，并且本体部2和四个轴部3通过锻造等一体地模制成形。多个滚针6沿着十字轴1的轴部3的外周面3a设置成在相关的外周面3a上滚动。另外，呈有底圆筒状的轴承杯5经由滚针6装配在轴部3的外部。
轴承杯5由钢板通过冲压等形成。轴承杯5中的每个轴承杯5形成为呈有底圆筒状并且具有圆筒部5a和底部5b，轴部3经由设置在内周侧的多个滚针6插入至该圆筒部5a中，该底部5b用于封闭圆筒部5a的一端的开口。介于轴承杯5与轴部3之间的滚针6由轴承钢等形成并且设置成在轴承杯5与轴部3之间滚动，从而允许其外周面6a用作滚动接触表面。在圆筒部5a的端部中，形成有用于维持滚针6的轴向位置的折叠部5c，并且同时，设置有用于密封位于该折叠部5c与轴部3的外周面3a之间的开口的密封构件15。
轴承杯5在装配至轴部3的外部的状态下分别压配合到轭状件21、23的轴承孔22、24中。具体地，轴部3经由轴承杯5和设置成在轴承杯5的内周侧滚动的滚针6插入到轭状件21、23的轴承孔22、24中。轴部3相对于轭状件21、23以能够旋转的方式支承。
应指出的是，设置在转向柱轴32与中间轴33之间的十字轴接头10也具有如上所述的大致相同的结构，因此，省略了对它的描述。
图3是图2中圈出部分A中轴承杯的放大视图。应指出的是，为使说明书能够容易地被理解，在图3中以夸大的方式示出了将在下文描述的突出部5d的高度h。
如图3中所示，在轴承杯5的圆筒部5a的内周面上形成有呈弯曲状(呈弧形)径向向内突出的突出部5d。另一方面，圆筒部5a的外周面5a1形成为其截面呈大致直线状。因此，轴承杯5的圆筒部5a在沿轴向方向的大致中央部(突出部5d的顶点5d1)中具有最大的壁厚，并且在中央部的沿轴向方向的两侧处具有最小壁厚。然而，同样在本实施方式中，圆筒部5a的外周面5a1可以以与现有技术(参照专利文献1)相同的方式形成为凹形的弯曲形状。
突出部5d在以顶点5d1为中心的沿轴向方向的预定范围B中具有规定的高度h。该范围B对应于滚针6的长度L的60％至70％。突出部5d在相关范围B中的高度h被设定为0<h≤0.005mm。此外，在十字轴接头10已组装好的状态下，突出部5d的顶点5d1与滚针6的外周面6a相接触。
此外，滚针6相对于轴部3维持于紧密配合状态。具体地，滚针6相对于轴承杯5内侧的轴部3的外周面3a的径向间隙以及相对于突出部5d的内周面的径向间隙为负间隙。另外，由于滚针6和突出部5d的弹性变形，这两个构件以沿轴向方向保持一定宽度的方式彼此相接触(在图3的截面图中为线接触)。此外，滚针6的沿轴向方向的中心X包含在突出部5d与滚针6之间的接触范围内。应指出的是，突出部5d的顶点5d1的轴向位置与滚针6的沿轴向方向的中心X可以彼此对准或可以不对准。
滚针6的沿纵向方向(轴向方向)的两侧处设置有冠状部6c。在两个冠状部6c之间的沿纵向方向的中央部6b中的外周面形成为截面呈大致平坦的形状。形成在滚针6的各个侧部中的冠状部6c的长度L2被设定为例如滚针6的总长度L的大约1/4。此外，滚针6的沿纵向方向的中央部(平坦部)6b的长度L1被设定为滚针6的总长度L的大约1/2。形成在轴承杯5的圆筒部5a中的突出部5d被设定为具有如下形状：即使滚针6a在底部5b与折叠部5c之间沿轴向方向移动，仍然保持顶点5d1与滚针6a的平坦部6b相接触。
在以上描述的结构中，呈弯曲状径向向内突出的突出部5d设置在轴承杯5的圆筒部5a的内周侧处，并且滚针6在包含相关滚针6的沿轴向方向的中心X的轴向范围内与该突出部5d相接触。因此，即使是在滚针6的径向间隙(负间隙)减小的情况下，滚针6也不太可能歪斜，并且因此，能够抑制十字轴接头10的传递扭矩的波动。具体地，当有周向力施加在突出部5d与滚针6之间时，倘若突出部5d与滚针6之间的接触位置自滚针6的沿纵向方向(轴向方向)的中心X处轴向移位，则用于使滚针6围绕突出部5d与滚针6(歪斜力矩)之间的接触位置旋转的力变大。然而，在本实施方式中，由于突出部5d和滚针6在包含滚针6的沿纵向方向的中心的轴向范围内保持相接触，因此能够减小这样的歪斜力矩。
在现有技术(参照专利文献1)中，轴承杯5的圆筒部5a设置有沿径向方向向内弯曲的弯曲部，并且该弯曲部在圆筒部5a的外周面5a1上形成为呈凹形。因此，即使是在滚针6的径向间隙减小或施加至轴承杯5和滚针6的径向负载增大的情况下，弯曲部的整体会沿径向方向向外变形，滚针6与弯曲部之间的接触面积不会明显增大。因此，如上所述的歪斜的问题变得更值得注意。另一方面，在本实施方式中，圆筒部5a的外周面5a1的截面为直线形状，并且因此，当滚针6的径向间隙减小或施加于轴承杯5或滚针6的径向载荷增大时，圆筒部5a的整体几乎不沿径向方向向外变形。相反，突出部5d的内周面与滚针6的外周面6a之间的接触部的弹性变形量增大，并且两个面之间的接触面积增大。因此，能够有利地抑制滚针6的歪斜的发生。
针对在现有技术(参照专利文献1)和本实施方式两者中径向间隙和扭矩波动之间的关系进行了试验。在径向间隙是-24μm的情况下，在现有技术的十字轴接头中，扭矩波动的值为0.2N·m至0.3N·m。另一方面，在本实施方式的十字轴接头中，扭矩波动的值为0.1N·m或更小，并且已经发现能够获得足够的效果。
此外，在本实施方式中，在预定范围B内，圆筒部5a的突出部5d的高度h设定为0<h≤0.005mm，因此，能够抑制接触表面压力的峰值，同时使滚针6与圆筒部5a之间的接触表面压力均衡。将参照图4(a)和图4(b)对该效果进行描述。
图4(a)和图4(b)为示出了滚针6与轴承杯5(圆筒部5a)之间的表面压力的分布的曲线图。图4(a)示出了滚针6的径向间隙为-0.008mm的情况，而图4(b)示出了同一径向间隙为-0.030mm的情况。在这两种情况下，突出部5d的高度h设定为0mm、0.005mm(5μm)、0.010mm(10μm)和0.030mm(30μm)，并且在X轴上示出了距滚针6的纵向中心的距离，而在Y轴上示出了表面压力的大小。
如从图4(a)和图4(b)中显而易见的，在突出部5d的高度h是10μm和30μm的情况下，表面压力的峰值出现在滚针的纵向中央部，并且在突出部5d的高度h为0的情况下，表面压力的峰值出现在远离滚针6的纵向中央部的两侧位置处。相反，在突出部5d的高度h为5μm的情况下，发现表面压力在包含滚针6的纵向中央部的较宽范围内是均衡的并且其峰值比其他情况下的峰值低。因此，能够抑制滚针6和轴承杯5的磨损、滚针6的边缘载荷等，从而提高十字轴接头10的耐久性。
本发明并不限于以上描述的实施方式，并且能够在权利要求书所描述的本发明的范围内对本发明进行适当的修改。
本申请基于在2013年1月21日提交的日本专利申请(专利申请No.2013-008509)，该申请的内容通过参引并入本文。
工业实用性
根据本发明，能够实现在能够使滚针的径向间隙充分地减小的同时能够抑制滚针歪斜的发生的十字轴接头，并且能够实现使用十字轴接头的用于车辆的转向装置。
附图标记和符号的说明
1：十字轴，3：轴部，5：轴承杯，5a：圆筒部，5b：底部，5d：突出部，5d1：顶点，6：滚针，10：十字轴接头，21：轭状件，22：轴承孔，23：轭状件，24：轴承孔，S：用于车辆的转向装置。

Claims (4)

1.一种十字轴接头，包括：十字轴，所述十字轴包括呈十字状布置的四个轴部；多个滚针，所述多个滚针在相应的所述轴部的外周面上滚动；轴承杯，所述轴承杯各自具有圆筒部和底部，所述底部用于封闭位于所述圆筒部的一端侧的开口，所述轴承杯经由所述滚针装配至所述轴部的外部；以及轭状件，所述轭状件设置有轴承孔，所述轴承杯插入所述轴承孔中，其中，所述滚针维持于在所述轴部与所述轴承杯之间的紧密配合状态，
其特征在于，所述圆筒部中的每个圆筒部在其内周侧处设置有呈弯曲状朝向所述圆筒部的径向内部突出的突出部，并且所述突出部的顶点在沿所述滚针的轴向方向的、包含所述滚针的沿所述轴向方向的轴向中心的范围内与所述滚针相接触。
2.根据权利要求1所述的十字轴接头，其中，所述突出部在沿所述轴向方向的范围内的高度h设定为0<h≤0.005mm，所述范围的中心为所述突出部的所述顶点并且所述范围对应于所述滚针的长度的60％至70％。
3.根据权利要求1或2所述十字轴接头，其中，在所述轴承杯内侧的所述滚针的径向间隙s设定为-0.03mm≤s<0。
4.一种用于车辆的转向装置，所述转向装置包括：
转向柱轴，转向盘安装至所述转向柱轴；
转向轴，所述转向轴用于通过转向机构使用于转向的车轮转向；以及
十字轴接头，所述十字轴接头置于所述转向柱轴与所述转向轴之间以便使所述转向柱轴和所述转向轴以能够倾斜的方式彼此联接，
其特征在于，所述十字轴接头为根据权利要求1至3中的任一项所述的十字轴接头。
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