CN110291300A - 滑动式等速万向联轴器 - Google Patents

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Abstract

滑动式等速万向联轴器具有：外侧联轴器构件，其在圆筒状内周面沿着轴向形成有6条直线状滚道槽；内侧联轴器构件，其在球状外周面沿着轴向形成有与外侧联轴器构件的直线状滚道槽对置的6条直线状滚道槽，且在中心部形成有将轴连结的连结孔；6个转矩传递滚珠，它们装入外侧联轴器构件的直线状滚道槽与内侧联轴器构件的直线状滚道槽之间；以及保持器，其保持转矩传递滚珠，并具有由外侧联轴器构件的圆筒状内周面和内侧联轴器构件的球状外周面接触引导的球状外周面和球状内周面，将保持器的最小壁厚与转矩传递滚珠的直径之比为0.225～0.245，将转矩传递滚珠的直径与内侧联轴器构件的连结孔的花键大径之比设为0.79～0.85，将转矩传递滚珠的滚珠接触率设为1.08～1.12。

Description

滑动式等速万向联轴器
技术领域
本发明涉及在机动车、各种工业机械中使用的滑动式等速万向联轴器。
背景技术
当今的机动车越来越多样化。伴随于此，关于驱动轴，对附加有新功能的驱动轴、扩展使用区域的驱动轴的需求不断增加。
机动车用驱动轴通常构成为，在驱动车轮侧(也称为外盘侧)使用固定式等速万向联轴器，在差速器侧(也称为内盘侧)使用滑动式等速万向联轴器，并由中间轴将该两个等速万向联轴器连结。固定式等速万向联轴器采取较大的工作角但不沿轴向滑动。另一方面，滑动式等速万向联轴器能够沿轴向滑动，但不采取那么大的工作角。
具体而言，驱动车轮侧使用的固定式等速万向联轴器的联轴器的最大允许角度设定为46°～50°，以使得还能够应对方向盘全转时的角度。另一方面，差速器侧使用的滑动式等速万向联轴器的联轴器的最大允许角度设定为23°～30°，以使得能够吸收悬架的运动。在滑动式等速万向联轴器中，在悬架最为下沉的完全下沉状态以及悬架最为伸展的完全回弹状态时，成为最大工作角。
通常，车高比轿车高的SUV车(sport utility vehicle；运动型实用汽车)等的平地行驶状态下的驱动轴的角度(以下，称为常用角)较大，进而具有悬架的运动也变大的趋势。在全地形车即ATV(All Terrain Vehicle)中，还具有驱动轴的常用角变大的趋势。
关于作为滑动式等速万向联轴器的一种的双圈型滑动式等速万向联轴器(以下，有时简称为DOJ)，在市场上生产流通有转矩传递滚珠为6个和8个的DOJ。DOJ被大致分为最大工作角为25°以下、以及超过25°到32°左右的两个种类。最大工作角为25°以下的DOJ是滚珠为6个和8个的类型，8个的类型更为紧凑。
最大工作角超过25°到32°左右的DOJ为了确保高角时的联轴器负载容量和保持器柱部的强度而仅为6个的类型，外侧联轴器构件的外径与25°以下的类型相比大上一个尺寸(4～6％)左右。提出有一种最大工作角为超过25°到32°左右的高角度并实现了紧凑化的DOJ(专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：专利第5073190号公报
发明内容
发明要解决的课题
当今的机动车，不仅悬架的多样化，而且包含发动机在内的驱动系统部件整体的布局也有可能变大，若假定这些情况，则可预想滑动式等速万向联轴器的最大工作角需要扩大至40°左右。然而，若最大工作角成为40°左右，则成为固定式等速万向联轴器的工作角的区域，成为在现有的滑动式等速万向联轴器中无法到达的未知的区域。
其主要理由在于，DOJ是外侧联轴器构件和内侧联轴器构件具有沿轴向延伸的直线状的滚道槽的结构，因此若采取接近40°的高工作角，保持器的球袋内的滚珠的半径方向的移动量变得非常大，在现有的认知中，技术常识是，紧凑且能够实用的DOJ不成立。本申请发明挑战解决该技术常识。
本发明鉴于上述问题，其目的在于，提供一种如下那样的滑动式等速万向联轴器：在确保滑动式等速万向联轴器的紧凑化的同时大幅扩大工作角，由此，驱动轴的角度的可使用区域扩大，并且，驱动系统部件的布局的自由度提高，能够为多样化的机动车的设计作出较大贡献。
用于解决课题的手段
本发明人为了达成上述的目的而进行了各种研究、验证，结果发现，滚珠直径与保持器的壁厚的比率、滚珠直径与花键大径的比率、以及滚珠与滚道槽的接触率这样的有机结合的内部规格成为关键，并通过将这些有机结合的内部规格设为与现有技术本质不同的设定这样的新的设想，从而提出了本发明。
作为达成前述目的的技术手段，本发明是一种滑动式等速万向联轴器，其具有：外侧联轴器构件，其在圆筒状内周面沿着轴向形成有6条直线状滚道槽；内侧联轴器构件，其在球状外周面沿着轴向形成有与所述外侧联轴器构件的直线状滚道槽对置的6条直线状滚道槽，并且在中心部形成有将轴连结的连结孔；6个转矩传递滚珠，它们装入所述外侧联轴器构件的直线状滚道槽与所述内侧联轴器构件的直线状滚道槽之间；以及保持器，其保持所述转矩传递滚珠，并具有由所述外侧联轴器构件的圆筒状内周面和所述内侧联轴器构件的球状外周面接触引导的球状外周面和球状内周面，所述保持器的球状外周面的曲率中心和球状内周面的曲率中心相对于联轴器中心向轴向的相反侧偏置，其特征在于，将所述保持器的最小壁厚TCAGE与所述转矩传递滚珠的直径DBALL之比TCAGE/DBALL设为0.225～0.245，将所述转矩传递滚珠的直径DBALL与所述内侧联轴器构件的连结孔的花键大径DS之比DBALL/DS设为0.79～0.85，将所述转矩传递滚珠的滚珠接触率ψ设为1.08～1.12。
根据上述结构，能够实现如下一种创新的滑动式等速万向联轴器：在确保滑动式等速万向联轴器的紧凑化的同时大幅扩大工作角，由此，驱动轴的角度的可使用区域扩大，并且，驱动系统部件的布局的自由度提高，能够为多样化的机动车的设计作出较大贡献。
具体而言，通过将上述的滑动式等速万向联轴器的最大工作角设为39°以上，从而适合于常用角具有增大化趋势的SUV、ATV。
通过将与上述的保持器的球状外周面连接的限动面的倾斜角度S设为19.5°以上，从而对允许最大工作角为39°以上的上述滑动式等速万向联轴器的最大允许角度进行限制。
发明效果
根据本发明的滑动式等速万向联轴器，能够实现如下一种创新的滑动式等速万向联轴器：在确保滑动式等速万向联轴器的紧凑化的同时大幅扩大工作角，由此，驱动轴的角度的可使用区域扩大，并且，驱动系统部件的布局的自由度提高，能够为多样化的机动车的设计作出较大贡献。
附图说明
图1a是本发明的一实施方式的滑动式等速万向联轴器的图1b的D-N-D线处的纵剖视图。
图1b是图1a的A-A线处的横剖视图。
图2a是图1a的外侧联轴器构件的纵剖视图。
图2b是图2a的A-A线处的横剖视图。
图3a是图1a的内侧联轴器构件的右侧视图。
图3b是图3a的B-N-B线处的纵剖视图。
图4a示出图1a的保持器，且是图4b的C-C线处的纵剖视图。
图4b是图4a的E-E线处的横剖视图。
图5是将图1b的一个滚珠和滚道槽放大了的横剖视图。
图6是将本实施方式的滑动式等速万向联轴器与现有的滑动式等速万向联轴器的横截面对比而得的图。
图7是示出图1a的滑动式等速万向联轴器采取了最大工作角的状态的纵剖视图。
图8是示出应用了图1a的滑动式等速万向联轴器的驱动轴的纵剖视图。
具体实施方式
基于图1～图8对本发明的一实施方式的滑动式等速万向联轴器进行说明。图1a是本实施方式的滑动式等速万向联轴器的图1b的D-N-D线处的纵剖视图，图1b是图1a的A-A线处的横剖视图。图2a是图1a的外侧联轴器构件的纵剖视图，图2b是图2a的A-A线处的横剖视图，图3a是图1a的内侧联轴器构件的右侧视图，图3b是图3a的B-N-B线处的纵剖视图，图4a示出图1a的保持器，且是图4b的C-C线处的纵剖视图，图4b是图4a的E-E线处的横剖视图。
如图1a、图1b所示，滑动式等速万向联轴器1是所谓的双圈型滑动式等速万向联轴器，主要包括外侧联轴器构件2、内侧联轴器构件3、转矩传递滚珠4以及保持器5。在外侧联轴器构件2的圆筒状内周面6上，以在圆周方向上等间隔地且沿着轴向直线状地形成有6条滚道槽7。在内侧联轴器构件3的球状外周面8上，以在圆周方向上等间隔地且沿着轴向直线状地形成有与外侧联轴器构件2的滚道槽7对置的滚道槽9。6个转矩传递滚珠(以下，也简称为滚珠)4分别装入外侧联轴器构件2的滚道槽7与内侧联轴器构件3的滚道槽9之间。滚珠4收容于保持器5的球袋5a。
保持器5具有球状外周面11和球状内周面12，球状外周面11以与外侧联轴器构件2的圆筒状内周面6嵌合的方式被接触引导，球状内周面12以与内侧联轴器构件3的球状外周面8嵌合的方式被接触引导。保持器5的球状外周面11具有曲率中心O1，球状内周面12具有曲率中心O2。曲率中心O1、O2位于轴线N上，且相对于联轴器中心O在轴向上以等距离F偏置。由此，在联轴器采取了工作角的情况下，始终在将外侧联轴器构件2与内侧联轴器构件3的两轴线所成的角度二等分的平面上引导滚珠4，二轴之间以等速旋转进行传递。
接下来，说明滑动式等速万向联轴器1的构成构件。如图2a、图2b所示，在外侧联轴器构件2的圆筒状内周面6上，以在圆周方向上等间隔地且沿着轴向直线状地形成有6条滚道槽7。在外侧联轴器构件2的开口侧端部设置有挡圈槽15，在该挡圈槽15中装配有挡圈(省略图示)，以防止图1a所示的内侧联轴器构件3、滚珠4、保持器5的内侧组装体从外侧联轴器构件2的开口侧端部拔出。在外侧联轴器构件2的开口侧端部的外周设置有护罩装配槽16。
如图3a、图3b所示，在内侧联轴器构件3的球状外周面8上，以在圆周方向上等间隔地且沿着轴向直线状地形成有6条滚道槽9。由于在球状外周面8上形成有直线状的滚道槽9，因此随着从内侧联轴器构件3的轴向的中心去向两端而滚道槽9的槽深变浅。在内侧联轴器构件3的连结孔13形成有花键(包括锯齿，以下相同)14，与中间轴27(参照图8)的轴端部花键嵌合，并通过中间轴27的肩部和挡圈而在轴向上固定。在本实施方式的滑动式等速万向联轴器1中，允许接近40°的高工作角(以下，也称为超高工作角)，因此内侧联轴器构件3的轴向宽度设定得比现有产品长。
如图4a、图4b所示，保持器5具有球状外周面11和球状内周面12，球状外周面11的曲率中心O1和球状内周面12的曲率中心O2相对于联轴器中心(保持器的轴向中心)O在轴向以等距离F偏置。在用E-E线示出的保持器5的轴向中心，在圆周方向上等间隔地设置有6个球袋5a，相邻的球袋5a之间成为柱部5b。在保持器5的大径侧端部的内周设置有用于装入内侧联轴器构件3的切口5c。保持器5的限动面5d形成为以与球状外周面11相切的方式连接的圆锥状，且倾斜角度S被设定为19.5°以上。由此，能够限制超高工作角的滑动式等速万向联轴器的最大允许角度。
接下来，基于图1a、图1b以及图5对本实施方式的滑动式等速万向联轴器1的内部规格进行说明。在本实施方式中，表1所示的内部规格沿袭成熟的现有产品的内部规格。
[表1]
(滚珠直径D<sub>BALL</sub>)/(外轮外径D<sub>OUTER</sub>) 0.21～0.25
(滚珠的节圆直径PCD<sub>BALL</sub>)/(外轮外径D<sub>OUTER</sub>) 0.64～0.68
滚珠接触角α 30°～35°
(保持架偏置量F)/(滚珠的节圆直径PCD<sub>BALL</sub>) 0.07～0.09
在本实施方式的采取超高工作角的滑动式等速万向联轴器1中，即使实现紧凑化，与现有产品相比，外侧联轴器构件1的外径、即外轮外径DOUTER变大一个尺寸(4～6％)左右，滚珠直径DBALL、滚珠的节圆直径PCDBALL也变大，为了确保外侧联轴器构件1的壁厚且得到与现有产品同等的强度，DBALL/DOUTER的比率、PCDBALL/DOUTER的比率与现有产品同等。
另外，保持架偏置量F与滚珠4的节圆直径PCDBALL的比率F/PCDBALL以及滚珠接触角α也与成熟的现有产品同等。
外侧联轴器构件2的滚道槽7和内侧联轴器构件3的滚道槽9的横截面形成为将两个圆弧组合而成的尖拱形状、椭圆形状。因此，如图5所示，滚珠4与滚道槽7、9在各两个点C1、C2、C3、C4角接触。在本实施方式中，将相对于外侧联轴器构件2的滚道槽7和内侧联轴器构件3的滚道槽9的滚珠接触角α设为30°～35°。
在此，滚珠接触角α是指，图5中的直线La与直线Lb之间的角度α。直线La是滚道槽7、9的横截面的中心线，且与图1b的D-D线对应。直线Lb是将滚道槽7、9的侧面上的滚珠4的接触点C1、C2、C3、C4与滚珠4的中心Ob连结的直线。
本发明的滑动式等速万向联轴器的特征结构为，以上述的成熟的内部规格为基础，如表2所示那样，将滚珠直径与保持器的最小壁厚的比率、滚珠直径与花键大径的比率、以及滚珠接触率这样的有机结合的内部规格设为与现有产品本质不同的设定。
[表2]
作为本实施方式的特征结构之一，如表2的项目1所示那样，将保持架最小壁厚TCAGE与滚珠直径DBALL的比率TCAGE/DBALL设为0.225～0.245。这是因为，虽然通过加大保持器5的壁厚，从而在超高工作角时的保持器5的球袋5a内确保滚珠4的接触点，但比率TCAGE/DBALL的下限用于确保滚珠4的接触点，上限用于确保保持器5的柱部5b的球状内周面。在此，作为在超高工作角时的保持器5的球袋5a内确保滚珠4的接触点的指标，使用了保持架最小壁厚TCAGE，其理由在于，保持器5的外径侧的滚珠4的接触点由限动面5d确定，柱部5b的球状内周面的确保由球状内周面12的大小确定，因而用于表示限动面与球状内周面12的关系。
另外，如项目2所示那样，将滚珠直径DBALL与花键大径DS的比率DBALL/DS设为0.79～0.85。这虽然示出滚珠直径DBALL变大，但6个滚珠的类型的超高工作角的DOJ成立，并且，外侧联轴器构件2的外径、即外轮外径DOUTER变得紧凑。在比率DBALL/DS小于0.79的情况下，则无法使超高工作角的DOJ成立，若比率DBALL/DS超过0.85，则无法实现紧凑化。
此外，如项目3所示那样，将滚珠接触率ψ设为1.08～1.12。通过增大滚珠接触率ψ，从而针对根据超高角规格而变大了的滚珠4提高接触面压，通过减小滚道槽7、9的接触椭圆，从而抑制上升，防止滚珠直径DBALL的增大，能够使滚道槽7、9的槽深变浅。在滚珠接触率ψ小于1.08的情况下，则接触椭圆会引起滚道槽7、9上升。另一方面，当滚珠接触率ψ超过1.12时，接触面压变大而得不到与现有产品同等的耐老化性。
在此，滚珠接触率ψ是指，滚道槽7、9的横截面的曲率半径R2与滚珠4的半径R1(R1＝DBALL/2)的比率R2/R1。如图5所示，内侧联轴器构件3的滚道槽9的曲率半径R2的曲率中心在具有接触角α的直线Lb上从滚珠中心Ob偏置。虽省略图示，但外侧联轴器构件3的滚道槽7的曲率半径也与内侧联轴器构件3的滚道槽9同样地为R2。在本实施方式中，将相对于外侧联轴器构件2的滚道槽7和内侧联轴器构件3的滚道槽9的滚珠接触率ψ设为1.08～1.12。
如上所说明的那样，本实施方式的滑动式等速万向联轴器1将表2的项目1(滚珠直径与保持器的最小壁厚的比率)、项目2(滚珠直径与花键大径的比率)以及项目3(滚珠接触率)这样的有机结合的内部规格设为与现有技术本质不同的设定。由此，能够在确保外径的紧凑化的同时实现超高工作角的滑动式等速万向联轴器。
关于与上述的内部规格本质不同的设定，为了在视觉上进行补充，在图6中对比示出本实施方式的滑动式等速万向联轴器1与现有产品的横截面。图6的纸面的上下方向的中心线的左半部分是本实施方式的滑动式等速万向联轴器，右半部分是现有产品。对于现有产品的与本实施方式的滑动式等速万向联轴器对应的构成构件，标注对本实施方式中所使用的附图标记分别加上50而成的附图标记。如上所述，在采取超高工作角的本实施方式的滑动式等速万向联轴器1中，即使实现紧凑化，与现有产品相比，虽然外侧联轴器构件1的外径、即外轮外径DOUTER也变大一个尺寸(4～6％)左右，但能够使用。
在图7中示出本实施方式的滑动式等速万向联轴器1采取了最大工作角θmax的状态。保持器5的限动面5d与外侧联轴器构件2的圆筒状内周面6抵接，限制超高工作角的滑动式等速万向联轴器的最大允许角度。最大工作角θmax为39°，使得固定式等速万向联轴器的工作角的区域变为可能。在本实施方式中，例示了最大工作角θmax为39°的方式，但并不局限于此，最大工作角θmax能够以36°～42°左右进行实施。
在图8中示出应用了本实施方式的滑动式等速万向联轴器1的驱动轴20。该驱动轴20在中间轴27的一端连结有固定式等速万向联轴器21，在另一端连结有本实施方式的滑动式等速万向联轴器1。双圈型滑动式等速万向联轴器1的外侧联轴器构件2具有杯状部2a和从杯状部2a的底部沿轴向延伸的轴部2b。固定式等速万向联轴器21是使用了8个滚珠的球笼型等速万向联轴器，具备：外侧联轴器构件22，其具有杯状部22a和从杯状部22a的底部沿轴向延伸的轴部22b；内侧联轴器构件23，其收容于外侧联轴器构件22的杯状部22a的内周；作为转矩传递要素的滚珠24，其配置于外侧联轴器构件22与内侧联轴器构件23之间；以及保持器25，其配置于外侧联轴器构件22的球状内周面与内侧联轴器构件23的球状外周面之间，用于保持滚珠24。
中间轴27在其两端部外径具有转矩传递用的花键26。并且，通过使内盘侧的花键26与滑动式等速万向联轴器1的内侧联轴器构件3花键嵌合，从而将中间轴27与滑动式等速万向联轴器1的内侧联轴器构件3以能够传递转矩的方式连结。另外，通过使外盘侧的花键26与固定式等速万向联轴器21的内侧联轴器构件23花键嵌合，从而将中间轴27与固定式等速万向联轴器21的内侧联轴器构件23以能够传递转矩的方式连结。在两等速万向联轴器1、21的内部封入有作为润滑剂的润滑脂。为了防止润滑脂向外部泄漏、来自联轴器外部的异物侵入，在双圈型滑动式等速万向联轴器1的外侧联轴器构件2与中间轴27之间、以及在固定式等速万向联轴器21的外侧联轴器构件22与中间轴27之间，分别装配有蛇腹状的护罩29、30。
通过对驱动轴应用本实施方式的滑动式等速万向联轴器1，从而驱动轴的角度的可使用区域扩大，并且，驱动系统部件的布局的自由度提高，能够为多样化的机动车的设计作出较大贡献。
本发明不受前述的实施方式任何限定，无需言及在不脱离本发明的主旨的范围内，还能够以各种方式实施，本发明的范围由权利请求的范围示出，并且包括与权利请求的范围记载等同的含义以及范围内的全部变更。
附图标记说明：
1 滑动式等速万向联轴器
2 外侧联轴器构件
3 内侧联轴器构件
4 转矩传递滚珠
5 保持器
5a 球袋
5d 限动面
6 圆筒状内周面
7 滚道槽
8 球状外周面
9 滚道槽
11 球状外周面
12 球状内周面
13 连结孔
14 花键
DBALL 滚珠直径
DOUTER 外轮外径
DPCD 滚珠的节圆直径
DS 花键大径
F 偏置量
O 联轴器中心
O1 曲率中心
O2 曲率中心
S 倾斜角度
TCAGE 保持架最小壁厚
α 滚珠接触角
θmax 最大工作角
ψ 滚珠接触率。

Claims (3)

1.一种滑动式等速万向联轴器，其具有：
外侧联轴器构件，其在圆筒状内周面沿着轴向形成有6条直线状滚道槽；
内侧联轴器构件，其在球状外周面沿着轴向形成有与所述外侧联轴器构件的直线状滚道槽对置的6条直线状滚道槽，并且在中心部形成有将轴连结的连结孔；
6个转矩传递滚珠，它们装入所述外侧联轴器构件的直线状滚道槽与所述内侧联轴器构件的直线状滚道槽之间；以及
保持器，其保持所述转矩传递滚珠，并具有由所述外侧联轴器构件的圆筒状内周面和所述内侧联轴器构件的球状外周面接触引导的球状外周面和球状内周面，
所述保持器的球状外周面的曲率中心和球状内周面的曲率中心相对于联轴器中心向轴向的相反侧偏置，
其特征在于，
将所述保持器的最小壁厚(TCAGE)与所述转矩传递滚珠的直径(DBALL)之比(TCAGE/DBALL)设为0.225～0.245，
将所述转矩传递滚珠的直径(DBALL)与所述内侧联轴器构件的连结孔的花键大径(DS)之比(DBALL/DS)设为0.79～0.85，
将所述转矩传递滚珠的滚珠接触率(ψ)设为1.08～1.12。
2.根据权利要求1所述的滑动式等速万向联轴器，其特征在于，
所述滑动式等速万向联轴器的最大工作角为39°以上。
3.根据权利要求1或2所述的滑动式等速万向联轴器，其特征在于，
与所述保持器的所述球状外周面连接的限动面的倾斜角度(S)为19.5°以上。
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