CN111133211B - 等速万向联轴器及其隔圈 - Google Patents

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Abstract

等速万向联轴器A的隔圈(9)夹设在内圈(3)的外球面(2)与外圈(6)的内球面(5)之间，具有收容滚珠(7)的窗部(8)，在除与滚珠(7)接触的接触面以外的窗部(8)或其周围实施局部热处理，设置硬度比与滚珠(7)接触的接触面的硬度低的软质部(10)，利用其延展性提高韧性来抑制针对动态载荷的裂纹的产生及裂纹的发展。

Description

等速万向联轴器及其隔圈
技术领域
本发明涉及等速万向联轴器及用于该等速万向联轴器的隔圈。
背景技术
通常，传递旋转运动的等速万向联轴器(也被称为等速万向节。)是例如用于汽车的车轮、车轴的连接部分，即使改变工作角度也能够等速地进行转矩传递的连接部件。
利用图1、2来对代表性的等速万向联轴器的主要构造进行说明，等速万向联轴器具备：内圈3，其具备形成有多个引导槽1的外球面2；外圈6，其具备形成有多个引导槽4的内球面5；多个滚珠7，它们夹设在内圈3的引导槽1与外圈6的引导槽4之间来传递转矩；以及隔圈9，其夹设在内圈3的外球面2与外圈6的内球面5之间来保持滚珠7，等速万向联轴器具备如下机构，即：即使存在内圈3与外圈6的旋转轴所成的角度，滚珠7也能够在引导槽1、4内移动，并夹设在上述两槽的对置的位置而等速地传递旋转速度。
此外，上述构造的等速万向联轴器的隔圈在由低/中碳钢等构成的短圆筒状铸件的圆周方向，通过冲压加工进行冲裁来形成收容转矩传递滚珠且使转矩传递滚珠转动自如的多个兜部(也被称为窗部。)，并为了提高其强度，在实施了气体渗碳之后，进行淬火、回火，由此尽可能地使表面整体变硬，对中心部赋予延展性。
作为关于等速万向联轴器的隔圈的改良技术，已知一种固定式等速万向联轴器的隔圈，在淬火后对兜部在隔圈周向上对置的一对端面进行切削，由此使其表面硬度比兜部在隔圈轴向上对置的一对侧面的表面硬度低，使兜部间的柱部具有韧性，从而提高柱部的拉伸强度及扭转强度(专利文献1)。
另外，关于通过淬火使坯料整体硬化的隔圈，已知一种等速万向联轴器用的隔圈，在兜部的轴向上对置的一对滚珠滚动面(接触面)，通过冲压加工形成剪切面，并进一步形成基于热处理后的切削的精加工面，从而提高了隔圈的强度(专利文献2)。
进一步，还已知一种隔圈，为了使隔圈(保持器)的横截面的整体形成为相同的延展性及硬度，进行所谓的全硬化淬火，对碳含量0.3～0.5％的碳钢进行无心淬火及回火，由此使隔圈整体为500～650Hv的硬度(专利文献3)。
专利文献1：日本特开2001-153148号公报
专利文献2：日本特开2006-226412号公报
专利文献3：日本专利第4708430号公报
等速万向联轴器的隔圈需要在提高隔圈的滚珠接触表面硬度来确保耐磨损性的同时，提高隔圈的靭性，使得不易产生由于在隔圈反复引起扭转变形而产生的兜部(窗部)的周缘部表面的裂纹。
如专利文献1所记载那样，将兜部在隔圈周向上对置的一对端面作为淬火后进行切削的面，即使其表面硬度低于兜部在隔圈轴向上对置的一对侧面的表面硬度，但由于兜部的周缘部分由被渗碳淬火的渗碳钢构成而为硬质，因此无法避免裂纹的产生。
另外，专利文献2所记载的装置由于提高了隔圈整体的硬度，因此耐磨损性是充分的，但未对兜部的周缘部分的表面赋予韧性。
进一步，对于由碳含量为规定范围的碳钢构成并使全硬化(无心)淬火后的隔圈(保持器)的整体回火成500～650Hv的专利文献3所记载的隔圈，不易产生兜部的周缘部分的裂纹，但隔圈的滚珠接触面的硬度较低，耐磨损性不充分。
另外，对于等速万向联轴器而言，工作角变化越大，由滚珠对隔圈施加的负荷(面压)变化也越大，从而需要也能够尽可能地应对使工作角度变化较大的使用状态的等速万向联轴器。
发明内容
因此，本发明的课题为：通过抑制上述的问题亦即兜部的周缘部分的裂纹的产生及裂纹的发展，由此对等速万向联轴器的隔圈确保所需强度，并且确保隔圈与滚珠接触的接触面的耐磨损性。并且，通过使用保持由这样较高的强度和耐久性的隔圈，能够进行等速万向联轴器的轻量化、小型化，而且即使在较大的工作角度下使用也能够具有所需强度，这也成为了课题。
为了解决上述的课题，在本发明中，等速万向联轴器具备：内圈，其具备形成有多个引导槽的外球面；外圈，其具备形成有多个引导槽的内球面；多个滚珠，它们夹设在上述内圈的引导槽与上述外圈的引导槽之间，并传递转矩；以及隔圈，其夹设在上述内圈的外球面与上述外圈的内球面之间，具有收容上述滚珠的窗部，该隔圈由全硬化淬火的钢材构成，在上述隔圈的除与上述滚珠接触的接触面以外的上述窗部或该窗部周围设置有软质部，上述软质部的硬度比上述隔圈的与上述滚珠接触的接触面的硬度低。
像上述那样构成的本发明的等速万向联轴器若被施加转矩，则内圈及外圈的引导槽与滚珠接触，产生使滚珠从这些接触点沿轴向移动的力、即沿轴向按压隔圈的力，但此时，由于对由全硬化淬火的钢材构成的隔圈的与滚珠接触的接触面充分赋予较高的硬度，因此能够以充分的耐磨损性与机械强度承受上述滚珠的面压。
此时，在上述隔圈的上述窗部或该窗部的周围、例如上述窗部的周缘部(以下，称为窗部的周缘部等。)，产生应变、即拉伸、收缩、扭转等变形，但由于上述周缘部等局部具有硬度比上述隔圈的滚珠接触面的硬度低的软质部，因此通过其延展性提高了韧性，即使针对反复载荷等动态载荷也充分抑制了裂纹的产生、发展。
为了充分发挥上述作用，优选上述软质部为厚度0.05mm以上的软质部。
另外，为了实现隔圈的耐磨损性以及防止窗部的周缘部等的裂纹的产生，优选上述隔圈的滚珠接触面的硬度(维氏硬度)超过Hv650，上述软质部的硬度为Hv650以下。
另外，为了使隔圈的与滚珠接触的接触面的耐磨损性充分，优选为由碳含量为0.45％以上的钢构成的隔圈。
若使用上述那样的较高的强度的隔圈，则等速万向联轴器即使在较大的工作角度下使用也具有所需强度，且具有充分的耐用性。另外，等速万向联轴器通过提高隔圈的强度，从而即使减小隔圈的壁厚也能够获得相同强度，从而能够使包括隔圈的部件、进一步使等速万向联轴器整体实现轻量化、小型化。
为了有效地形成上述的结构的等速万向联轴器的隔圈，优选采用如下制造工序来制造等速万向联轴器的隔圈，即：在除与上述滚珠接触的接触面以外的上述窗部的周缘部等，通过局部热处理形成硬度比上述隔圈的与滚珠接触的接触面的硬度低的软质部。
这样的等速万向联轴器的隔圈的制造方法是为了高效地制造高强度的隔圈而优选的基于局部加热与退火的热处理，是由此形成层状或筋状的软质部的热处理。
本发明具有如下优点，即：由于在由全硬化淬火的钢材构成的隔圈的除与滚珠接触的接触面以外的窗部或该窗部的周围，设置硬度比上述隔圈的滚珠接触面的硬度低的软质部，因此隔圈能够通过充分的耐磨损性承受上述滚珠的面压，具有具备上述窗部的周缘部等的延展性的韧性，即使针对反复载荷等动态载荷，也能够充分抑制裂纹的产生及其发展。
并且由此，等速万向联轴器具有如下优点，即：对隔圈确保充分的耐磨损性，并且能够充分抑制在包含与滚珠的非接触面的窗部的周缘部等的表面产生裂纹及裂纹的发展，因此能够通过将高强度的隔圈薄壁化来使等速万向联轴器轻量化或小型化，而且即使在较大的工作角度下使用也能够成为具有所需强度的等速万向联轴器。
附图说明
图1是切除实施方式的等速万向联轴器的一部分而示出的主视图。
图2是图1的外圈开口侧的端面图。
图3是第一实施方式的隔圈的主视图。
图4A是在第一实施方式的外径侧设置有软质部的隔圈的图3的a-a线剖视图。
图4B是在第一实施方式的外径侧设置有软质部的隔圈的图3的b-b线剖视图。
图5A是在第一实施方式的内径侧设置有软质部的隔圈的图3的a-a线剖视图。
图5B是在第一实施方式的内径侧设置有软质部的隔圈的图3的b-b线剖视图。
图6A是在第一实施方式的径向两侧设置有软质部的隔圈的图3的a-a线剖视图。
图6B是在第一实施方式的径向两侧设置有软质部的隔圈的图3的b-b线剖视图。
图7A是在第一实施方式的除滚珠接触部以外的径向整个区域设置有软质部的隔圈的图3的a-a线剖视图。
图7B是在第一实施方式的除滚珠接触部以外的径向整个区域设置有软质部的隔圈的图3的b-b线剖视图。
图8是第二实施方式的隔圈的主视图。
图9A是在第二实施方式的径向整个区域设置有软质部的隔圈的图8的a-a线剖视图。
图9B是在第二实施方式的径向整个区域设置有软质部的隔圈的图8的b-b线剖视图。
图10A是在第二实施方式的径向两侧设置有软质部的隔圈的图8的a-a线剖视图。
图10B是在第二实施方式的径向两侧设置有软质部的隔圈的图8的b-b线剖视图。
图11是第三实施方式的隔圈的主视图。
图12A是在第三实施方式的径向整个区域设置有软质部的隔圈的图11的a-a线剖视图。
图12B是在第三实施方式的径向整个区域设置有软质部的隔圈的图11的b-b线剖视图。
图13A是在第三实施方式的径向两侧设置有软质部的隔圈的图11的a-a线剖视图。
图13B是在第三实施方式的径向两侧设置有软质部的隔圈的图11的b-b线剖视图。
图14是第四实施方式的隔圈的主视图。
图15A是在第四实施方式的径向两侧设置有软质部的隔圈的图14的a-a线剖视图。
图15B是在第四实施方式的径向两侧设置有软质部的隔圈的图14的b-b线断面图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的实施方式进行说明。
如图1～图7B所示，第一实施方式的等速万向联轴器A为固定式等速万向联轴器，其具备：内圈3，其具备形成有多个引导槽(以下，有时称为滚道。)1的外球面2，外圈6，其具备形成有多个引导槽4的内球面5，多个滚珠7，它们夹设在内圈3的引导槽1与外圈6的引导槽4之间，并传递转矩，以及隔圈9，其为筒状，夹设在内圈3的外球面2与外圈6的内球面5之间，具有收容上述滚珠7的窗部8。
进而，在隔圈9的包含与滚珠7的非接触面在内的窗部8的周缘部设置有软质部10，软质部10的硬度低于隔圈9的滚珠接触面的硬度。
如图1、2所示，在内圈3的外球面2等间隔地形成的8条引导槽1沿内圈3的轴向延伸，同样地，关于在外圈6的内球面5等间隔地形成的8条引导槽4，也为沿外圈6的轴向分别延伸的圆槽状。形成于内圈3及外圈6的引导槽1、4的数量根据等速万向联轴器的种类、用途而进行增减，例如除6条或8条以外，能够采用任意的槽数。
进而，内圈侧的引导槽1与外圈侧的引导槽4成对地形成滚珠滚道，在各滚珠滚道装入用于传递转矩的8个滚珠7，这些滚珠7收容于在隔圈9的周向等间隔地形成的8个窗部8，并被保持为自由旋转。
在这样的等速万向联轴器A的内圈3与外圈6中，驱动侧的旋转轴与从动侧的旋转轴在连结的状态下工作。等速万向联轴器A在内圈3的旋转轴与外圈6的旋转轴为取得了所需的工作角的状态时，滚珠7以滚珠7的中心在将内圈3的旋转轴与外圈6的旋转轴所成的角度二等分的平面内排列的方式通过隔圈9配置。此时，滚珠7为嵌合于内圈侧的引导槽1与外圈侧的引导槽4双方的状态，能够在内圈3与外圈6之间双向传递转矩。
如图1～3所示，保持滚珠7的筒状的隔圈9由全硬化淬火的钢材构成，窗部8的内周面中的、占在隔圈9的轴向上对置的端面8a的大部分的与滚珠7接触的接触面为了能够确保耐磨损性而被热处理成所需的硬度。例如，为了确保充分的耐磨损性，优选的滚珠接触面的硬度为超过Hv650的硬度。
隔圈9的滚珠接触面为圆角的长方孔的窗部8的内周面中的、在筒状的隔圈9的轴向上对置的一对端面8a、8a的厚度的中间呈带状延伸的部分(参照图3、图6B)。换言之，隔圈9的滚珠非接触面为窗部8的内周面中的、在隔圈9的轴向上对置的一对端面8a、8a的隔圈9的内径侧与外径侧的两缘部分、在隔圈9的周向上对置的一对端面8b、8b、由作为上述端面8a、8b彼此接触的边界部分的圆曲面形成的四个角部8c、进一步是除窗部8的内周面以外的缘部、即隔圈9的内周面与外周面双面均为与滚珠7的非接触面。
如图3所示，第一实施方式的等速万向联轴器以在隔圈9的包含与滚珠7的非接触面的窗部8的周缘部的整周连续的方式设置有硬度比隔圈9的滚珠接触面的硬度低的软质部10。
软质部10通过淬火与退火这样的周知的热处理，呈层状或带状或筋状设置成距隔圈9的表面厚度为0.05mm以上的深度(例如0.05～0.5mm)，这是为了防止裂纹的产生及抑制裂纹的发展而优选的。
图3所示的软质部10以在隔圈9的除与滚珠7接触的接触面以外的窗部8的周缘部的整周连续的方式形成。软质部10能够通过伴随着上述的局部加热工序的退火处理形成，以使其为比隔圈9的滚珠接触面的硬度低的硬度，以距窗部8的内周面0.05mm以上的层厚形成的软质部10也存在于筒状的隔圈9的外周侧或内周侧或上述两侧的滚珠7的非接触面。
配置软质部10的隔圈9的直径(厚度)方向的位置优选根据等速万向联轴器的种类、用途而改变，例如在汽车的驱动轴的前部使用的情况下，等速万向联轴器的工作角变化较大，相应地滚珠相对于隔圈9的相对移动量变大，因此希望软质部10的范围较窄。
此外，优选在该情况下考虑到耐磨损性，而将隔圈9的滚珠接触面的硬度设为超过Hv650的硬度，并考虑到隔圈9的强度而将配置于与滚珠7的非接触面的软质部10的硬度设为Hv650以下。
另外，在将等速万向联轴器用于汽车的传动轴或驱动轴的后部的情况下，等速万向联轴器的工作角比较小，相应地滚珠相对于隔圈9的相对移动量变小，因此能够扩大该部分的软质部10。
另外，图4A、图4B所示的例子示出了软质部10仅形成于窗部8的内周面的整周中的、隔圈9的外周面侧的缘部的情况。在隔圈9的窗部8的内周面的整周中，径向中央区域与内周面侧为高硬度(Hv650以上)。
图5A、图5B所示的例子示出了软质部10仅形成于窗部8的内周面的整周中的、隔圈9的内周面侧的缘部的情况。在隔圈9的窗部8的内周面的整周，径向中央区域和外周面侧为高硬度(Hv650以上)。
图6A、图6B所示的例子示出了软质部10仅形成于窗部8的内周面的整周中的、隔圈9的内周面侧与外周面侧的两缘部的情况。在隔圈9的窗部8的内周面的整周，仅径向中央区域为高硬度(Hv650以上)。
图7A、图7B所示的例子示出了软质部10形成于窗部8的内周面的整周中的、与滚珠7(参照图1)的非接触面全部的情况。在隔圈9的窗部8的内周面的整周中，仅与滚珠7接触的接触部为高硬度(Hv650以上)。
像上述那样构成的第一实施方式的等速万向联轴器由于将硬度比隔圈9的滚珠接触面的硬度低的软质部10以在窗部8的周缘部的整周连续的方式设置，因此无论隔圈9的窗部8的边缘是什么形状，均在所有周缘部具备弹性变形性及延展性，即使针对工作时的反复载荷等动态载荷也能够充分抑制裂纹的产生及裂纹的发展。
接下来，图8～图10B所示的第二实施方式如第一实施方式那样，除代替将软质部10以在窗部8的周缘部的整周连续的方式形成而仅在由在隔圈9的轴向上对置的一对端面8a、8a与在周向上对置的一对端面8b、8b接触的边界部分亦即圆曲面形成的四个角部8c配置软质部10以外，其余与第一实施方式相同地形成了软质部10。
在第二实施方式中也与第一实施方式的例子(图4A～图7B所示的例子)相同地，软质部10在隔圈9的径向(隔圈的厚度方向)上的配置能够根据等速万向联轴器的种类、用途而改变。
例如，如图8及图9A、图9B所示，形成于圆角的长方孔状的窗部8的四个角部8c的软质部10也可以遍及隔圈9的直径(厚度)方向的整个区域形成。在隔圈9的窗部8的内周面，一对端面8a、8a及一对端面8b、8b为高硬度(Hv650以上)。
另外，如图10A、图10B所示，形成于窗部8的四个角部8c的软质部10也可以仅形成于隔圈9的内周面侧与外周面侧的两缘部。在隔圈9的窗部8的内周面，一对端面8a、8a、一对端面8b、8b、以及四个角部8c的径向中央区域为高硬度(Hv650以上)。
作为其他例子省略了图示，但在第二实施方式中也能够采用如与第一实施方式的图4A、图4B、图5A、图5B所示的软质部10的配置相同的配置。
接下来，图11～图13B所示的第三实施方式除代替如第一实施方式那样将软质部10以在窗部8的周缘部的整周连续的方式形成，而是在将在筒状的隔圈9的周向上对置的一对端面8b、8b、和在隔圈9的轴向上对置的一对端面8a、8a同在周向上对置的一对端面8b、8b接触的边界部分亦即由圆曲面形成的四个角部8c、8c合在一起的部分配置软质部10以外，与第一实施方式同样地构成。
像这样构成的第三实施方式，与第一实施方式(图4A～图7B所示的例子)同样地，配置有软质部10的隔圈9的直径(厚度)方向的位置能够根据等速万向联轴器的种类、用途而改变。
例如如图11及图12A、图12B所示，形成于窗部8的一对端面8b、8b及四个角部8c的软质部10也可以遍及隔圈9的直径(厚度)方向的整个区域形成。在隔圈9的窗部8的内周面，一对端面8a、8a为高硬度(Hv650以上)。
另外，如图13A、图13B所示，形成于窗部8的一对端面8b、8b及四个角部8c的软质部10也可以仅形成于隔圈9的内周面侧与外周面侧的两缘部。
在隔圈9的窗部8的内周面，一对端面8a、8a的径向的整个区域、及一对端面8b、8b与四个角部8c的径向中央区域为高硬度(Hv650以上)。
作为其他例子，虽然省略了图示，但也能够在第三实施方式中采用与第一实施方式的图4A、图4B、图5A、图5B所示的软质部的配置相同的例子。
接下来，图14及图15A、图15B所示的第四实施方式除代替在第一实施方式中将软质部10以在窗部8的周缘部的整周连续的方式形成，而是在筒状的隔圈9的轴向上对置的一对端面8a、8a的基础上，配合上述的四个角部8c来配置软质部10以外，与第一实施方式同样地构成。
在第四实施方式中也与第一实施方式的例子(图4A～图7B所示的例子)相同地，配置由软质部10的隔圈9的直径(厚度)方向的位置能够根据等速万向联轴器的种类、用途而改变。
另外，如图14及图15A、图15B所示，软质部10也可以仅形成于窗部8的内周面中的、隔圈9的内周面侧与外周面侧的两缘部。在隔圈9的窗部8的内周面，一对端面8b、8b的径向的整个区域、及一对端面8a、8a与四个角部8c的径向中央区域为高硬度(Hv650以上)。
作为其他例子，虽然省略了图示，但也能够在第四实施方式中采用与第一实施方式的图4A、图4B、图5A、图5B所示的软质部10的配置相同的例子。
如上述那样构成的第二～第四实施方式的等速万向联轴器通过在隔圈9的易产生裂纹的部分适当改变软质部10来配置，从而在窗部具有所需的延展性，即使针对反复载荷等动态载荷也能够充分抑制裂纹的产生及裂纹的发展，在隔圈9的与滚珠7接触的接触面亦即一对端面8a、8a能够以充分的耐磨损性承受滚珠7的面压。另外，通过尽可能减少软质部10的范围而能够降低基于热处理的成本。
附图标记说明
1、4…引导槽；2…外球面；3…内圈；5…内球面；6…外圈；7…滚珠；8…窗部；8a、8b…端面；8c…角部；9…隔圈；10…软质部；A…等速万向联轴器。

Claims (5)

1.一种等速万向联轴器，其特征在于，具备：
内圈，其具备形成有多个引导槽的外球面；
外圈，其具备形成有多个引导槽的内球面；
多个滚珠，它们夹设在所述内圈的引导槽与所述外圈的引导槽之间，并传递转矩；以及
隔圈，其夹设在所述内圈的外球面与所述外圈的内球面之间，具有收容上述滚珠的窗部，
该隔圈由全硬化淬火的钢材构成，在所述隔圈的除与所述滚珠接触的接触面以外的所述窗部或其周围，设置有通过伴随着局部加热工序的热处理而形成的软质部，所述软质部的硬度为Hv650以下，比所述隔圈的与所述滚珠接触的接触面的硬度低，所述隔圈的滚珠接触面的硬度超过Hv650。
2.根据权利要求1所述的等速万向联轴器，其特征在于，
所述软质部设置于所述窗部的周缘部。
3.根据权利要求1或2所述的等速万向联轴器，其特征在于，
所述软质部为厚度在0.05mm以上的软质部。
4.根据权利要求1或2所述的等速万向联轴器，其特征在于，
所述隔圈为由碳含量在0.45％以上的钢构成的隔圈。
5.一种隔圈，其特征在于，所述隔圈为权利要求1～4中的任一项所述的等速万向联轴器的隔圈。
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