CN1178571A - 三通型等速万向联轴节 - Google Patents

Abstract

一种三通型等速万向联轴节,这种三通型等速万向联轴节具有三通部件(4),该三通部件4具有沿半径方向凸出的三根脚轴5;各脚轴5经由滚动体6支承着滚轮7,而滚轮7可自由回转;脚轴5的外周面由正球面(m)或者正球面(m₁)和曲率半径比前述正球面要大的中间曲面(m₂、m_3g)的组合所构成,其中,正球面(m)为其中心在脚轴5的轴线上的正球面,正球面(m₁)位于脚轴5的轴向两端部上且其中心在脚轴的轴线上,而中间曲面(m₂、m_3g)位于前述正球面(m₁)之间。

Description

三通型等速万向联轴节

该发明涉及一种适用于前轮驱动式汽车等的三通型等速万向联轴节。

作为将前轮驱动汽车的驱动轴的回转动力等速地传达到前轮上的等速万向联轴节有如图8A及图8B所示的三通型的联轴节。这种三通型等速万向联轴节是将滚轮13插入到滚轮槽2上而构成的，其中，在其外轮1的内周面的外轮轴方向上形成3个圆筒形的滚轮槽2，在插入外轮1内的三通部件4的沿半径方向上凸设着的3个脚轴11的圆筒状的外周面上，滚轮13介由转动体12自外部可回转地嵌套着。各滚轮13与滚轮导向面3相粭且可以一边以脚轴为中心回转一边沿滚轮槽移动，其中滚轮导向面3在各滚轮13的相对应的滚轮槽2的外轮圆周方向上，互相相对。

如图9所示，当外轮1和三通部件4在处于工作角θ的状态下传达回转力时，各滚轮13和滚轮导向面3如图10所示成相互斜交的关系。此时，滚轮13有沿图9中箭头a所示方向滚动移动的趋势。但与此相对，由于滚轮槽2为与外轮轴方向平行的圆筒形，所以滚轮13会在受到滚轮槽2的限制下进行移动。其结果，滚轮导向面3和滚轮13相互之间就会由于产生滑动而发热，进而该滑动还会在轴向上产生感应轴向力。由于这样的轴向感应力会成为车体振动和发生噪音的原因，所以最好是尽可能地使其降低。

作为使上述感应轴向力降低的三通型等速万向联轴节，我们知道有把滚轮由内环和外环的组合而成的双层结构的联轴节(美国特许第4,786,270号说明书)。该联轴节，例如如图11及图12所示，将内环18介由转动体12自外部可回转地嵌套在三通部件4的脚轴11的圆筒外周面上，将外环19自外部可回转地嵌套在内环18的外周上，从而构成双层构造。内环18具有其中心在脚轴11的轴线上的正球形的外周面18a上，在该正球外周面18a上可以回转地外嵌着外环19的圆筒内周面19a。外环19被装在外轮1的滚轮槽2内，可一边在该滚轮槽2的滚轮导向面3上滚动一边沿外轮轴轴向移动。如图12所示，当在外轮1和三通部件4在处于工作角的状态下传达回转力时，内环18相对于外环19就会倾斜，此时，内环18会在外环19的圆筒形内周面19a上向图12的下方做相对移动。由于该内、外两环18、19发生相对移动，所以外环19为了保持与外轮1的轴线相平行的状态，就会被外轮1的滚轮导向面3所导向，在滚轮导向面3上进行正确的滚动。因此，滑动阻力被降低，感应轴向力的发生就被抑制。

另外，作为降低上述感应轴向力的另一种三通型等速万向联轴节，我们知道还有把滚轮支承在三通部件的脚轴的外周面上，并使之可以摇摆的联轴节(美国专利第4,379,706号说明书)。该联轴节，例如如图13及图14所示，其特征为将三通部件4的脚轴21的外周面22做成曲率和缓的曲面。在这种情况下，1个滚轮24的圆筒形内周面自外部介由转动体23嵌套在脚轴21的曲率和缓的外周面22上，并可以摇摆。滚轮24被装在外轮1的滚轮槽2内，并可以沿滚轮槽2移动。即使对于图13的联轴节，也如图14所示，当在外轮1和三通部件4处于工作角θ的状态下传达回转力时，滚轮24的圆筒形内周面相对于脚轴21的外周面22会倾斜；相对于脚轴21滚轮24多少总要摆头、摇动，利用该摇动，滚轮24被外轮1的滚轮槽2的两侧的滚轮导向面3所导向，而使其在一定程度上与外轮1的轴线相平行。这样，滚轮24在滚轮导向面3上沿外轮轴万向滚动，从而实现降低滚轮24的滑动阻力，降低感应轴向力的意图。

对于图11的双层滚轮构造的联轴节，已知道它降低工作角状态下运转时发生的感应轴向力的效果是可以稳定地实现的。但它有如下缺点，由于是由内环和外环的组合构成滚轮，因此滚轮部分的部件的个数，组装工时就增多了，产品成本也就提高了。另外，图13的联轴节，由于其滚轮是和基本的图8A、8B同样的简单(一层)结构，所以有产品成本较低的优点。但是，在该联轴节的情况下，如图14所示，即使外环1和三通部件4取工作角θ，通常为了使滚轮24能与滚轮槽2平时保持平行的姿态，需要预先在脚轴21的外周面22和转动体23之间设定好所希望的径向间隙g(图中无显示)。也就是说，如图15A所示，设定在脚轴21的曲率和缓的外周面22的中央部分上的曲率半径(近似值)为R，外径为2r。当该脚轴21，如图15B所示，以工作角θ倾斜时，外周面22在和点画线b、点画线c相交的部位c、c上与转动体23相接触。由于该2个点c、c位于此中央部分的半径r要大的半径为(R-(R-r)cosθ)的扩径了的位置上，所以，为了使脚轴21相对于滚轮24顺畅地摇动，就需要把作为两者间的摇动角度吸收量的径向间隙g设为所定值，即：

g＝2((R-(R-r)cosθ)-r)

 ＝2(R-r)(1-cosθ)在此，由于径向间隙g由于是与万向联轴节的圆周方向的间隙量(ガタ)成比例的，所以最好是尽量小一些。因此，对于图13的联轴节，只要间隙量不允许增加，就不能在所要求的所有的工作角θ下使滚轮24相对于滚轮槽2维持平行的姿态，这是其缺点。

本发明的主要目的是提供一种高性能的三通型等速万向联轴节该联轴节确实地降低了其在工作角状态下运转时的间隙量、和感应轴向力。

作为本发明的一个方面，三通型等速万向联轴节是如下构成的：使滚轮装在3个滚轮槽内，而该3个滚轮槽沿外轮轴的方向形成于外轮的内圆上，该滚轮被介由圆柱状转动体被可以回转地支持在三通部件的3个脚轴上，滚轮可以一边在滚轮槽的两侧的外轮轴方向的滚轮导向面上滚动，一边沿外轮轴方向移动；将上述滚轮的内周面做成圆筒状；由位于脚轴轴向两端的构成其中心在脚轴轴线上的正圆的一部分的圆弧和位于前述圆弧之间的与前述圆弧平滑连接的且其曲率半径比前述圆弧的曲率半径要大的曲线的组合而形成上述脚轴的外周面的母线。

在此，说到“曲线”时，也包括相当于曲率半径为无限大时的直线。另外，当把脚轴的外周面的母线中的轴向的中央部分形成为如文字所述的真正“曲线”时，除了形成的具有单一曲率中心和单一曲率半径的圆弧外，还可以形成的由曲率中心和曲率半径不同的多段圆弧的组合。当形成为多段圆弧的组合时，通过使这些圆弧越接近于轴向两端部的构成正圆的一部分的圆弧时其曲率中心越接近于该正圆的曲率中心，就可以得到平滑、连续的脚轴的外周面母线。

在此，形成于作为脚轴外周面的正球面的轴向中间部分的中间曲面是其曲率比正球面要和缓的曲面，另外，当中间曲面的曲率半径无限大时，就成为平行于脚轴轴线方向的圆筒面。滚动体平时接触着含有这种圆筒面的中间曲面时的最大面压，与正球面相接触时的最大面压相比有所降低，由此增大了负荷容量提高了耐久性。

当脚轴的外周面的母线为具有单一的曲率中心和单一的曲率半径的圆弧时，该外周面为其中心在脚轴轴线上的正球面。在此，由于自外面嵌套在脚轴的正球外周面上的滚轮是1个的即所谓一层构造的滚轮，所以脚轴的正球外周面介由数个转动体被嵌插在该滚轮的圆筒内周面上。此时，由于脚轴外周面为正球面，所以不需要在它和转动体之间设定如在叙述有关目前的技术时所说的径向间隙。也就是说脚轴相对于滚轮是倾斜乃至自由摆动的，与其倾斜角度的大小无关，脚轴外周面和转动体之间的尺寸关系总是一定的。

因此，通过把脚轴外周面做成正球面，当联轴节取工作角状态时，由于相对于被嵌插在外轮的滚轮槽上的滚轮的圆筒内周面，三通部件的脚轴的正球形外周面以其曲率中心为中心作相对回转移动，使滚轮沿滚轮槽的轴向做相对移动，所以可以提供一种高品质、高性能的三通型等速万向联轴节，它可以与目前的双层滚轮结构的联轴节同等程度地抑制感应轴向力的产生，减少发热、振动和噪音。同时，由于在联轴节取工作角状态下运转时，感应轴向力的降低是由简单的一层滚轮结构的三通部件来实现的，因此可以谋求高品质高性能的三通型等速万向联轴节的低成本化。

联轴节在处于工作角的状态下运转时，由于滚轮的姿态要由外轮的轴线方向使其确实地稳定住，因此，最好是以斜角接触的方式使外轮的滚轮槽的滚轮导向面和滚轮外周面相接触，或者在滚轮导向面上形成肩部，该肩部与滚轮槽相平行，并卡合在滚轮端面上，它用于限制滚轮的滚动方向，使其与滚轮槽的方向相平行。这样，由于外轮的滚轮槽的滚轮导向面和滚轮外周面的斜角接触以及滚轮导向面上的肩部，会限制滚轮使其在联轴节处于工作角时的滚轮的外轮轴线方向上稳定的进行移动，因此可以更可靠地抑制住稳定了的感应轴向力的发生。

关于三通型等速万向联轴节的强度，滚轮的强度和滚动体的强度具有决定性的意义，但是，通过把(滚轮的断面二次力矩/PCD⁴)设定为在0.0281×10^-3以上1.39×10^-3以下，且把(滚动体直径/PCD)设定为在0.0417以上0.378以下，就可以充分满足在汽车驱动系统上使用时所要求的强度。这样可以确切地求出为满足所需强度而应有的尺寸规格，从而可以提供一种充分满足在汽车驱动系统上使用时所要求的强度的三通型等速万向联轴节。

脚轴的横断面，通常为正圆形，但也可以设计为其短轴面向负荷一侧的椭圆。此时的椭圆，把其短轴和长轴的差设计为例如数10-100μ的程度，且在垂直于脚轴的轴线的所有断面上把其椭圆量都做成一致，是制造上所希望的。这样，由于使脚轴的外周面的负荷侧为短轴方向的椭圆面，因此，对于与该面相接触而承受负荷的滚动体的应力集中就被缓和，最大面压和耐久性又被进一步改善。另外，也可以使脚轴的纵断面上的外周面的形状，由位于脚轴轴向两端的构成其中心在脚轴轴线上的正圆的一部分的圆弧和位于前述圆弧之间的与前述圆弧平滑连接的且其曲率半径比前述圆弧的曲率半径要大的曲线的组合而形成；该曲线可以由曲率中心和曲率半径不同的多段圆弧的组合而成，或做成相当于曲率半径无限大时的直线。这样，由于与滚动体(转动体)以最大面压相接触的脚轴的轴向中央部分，由其曲率半径比曲率中心在脚轴轴线上的正球面的曲率半径要大的和缓的曲面所形成，因此，可以使滚动体的面压进一步降低。

作为本发明的另一个方面，三通型等速万向联轴节是如下构成的：使滚轮装在3个滚轮槽内，而该3个滚轮槽沿外轮轴的方向形成于外轮的内圈上，该滚轮被介由圆柱状转动体自外部被可以回转地嵌套在三通部件的3个脚轴上，滚轮可以一边在滚轮槽的两侧的外轮轴方向的滚轮导向面上滚动，一边沿外轮轴方向移动；在三通部件的滚轮的内周面上为防止圆柱状滚动体的轴向脱落设置了挡块。

在此，挡块如果被设计为成一体地凸设在滚轮内周面轴向两端的环状凸台或装着在形成于滚轮内周面的轴向两端部上的环状槽里的垫圈的形态，则在简化结构方面是理想的。通过把这样的挡块设在滚轮内周面上，在三通部件的脚轴上就不需要防止滚动体脱落用的部件和结构，从而可以减少三通部件的部件个数，降低组装工时，同时还可以采用如下的三通部件的组装方法。也就是说，在三通型等速万向联轴节的制造过程中，在三通部件的滚轮的内周面上设计上为防止圆柱状滚动体的轴向脱落用的挡块，在沿着该挡块把多个滚动体用黄油暂时粘放在滚轮内周面上的状态下，把滚轮和滚动体一起嵌插到脚轴上。或者，在三通部件的滚轮的内周面上设计上为防止圆柱状滚动体的轴向脱落用的挡块，沿着该挡块在滚轮内周面上先将除1个之外的多个滚动体成一列排好，然后把剩下的1个流动体压入该成列排列着的滚动体的两端的2个之间的间隙中，由此将规定数量的滚动体暂时放置在滚轮内周面上，再在这样的状态下，把滚轮和滚动体一起嵌插到脚轴上。在上述前者的制造方法中，当滚动体被用黄油暂时粘放在滚轮内周面，并把该滚轮和滚动体一起嵌插到三通部件的脚轴上时，滚轮的挡块就会防止滚动体脱落。另外，后一个制造方法，即把滚动体成一列挨着摆列在滚轮内周面上的方法，被称作不使用粘结剂的拱顶方法，所以此时，当把滚轮和滚动体一起嵌插到三通部件的脚轴上时，滚轮的挡块也会防止滚动体的脱落。这样的两种制造方法由于是把滚轮和滚动体一体化后，再同时被组装在脚轴上的，所以降低了三通部件的组装工时，提高了其组装性能，使生产速度提高，因此，可以制造低成本的三通型等速万向联轴节。

以下，参照附图说明本发明的具体例子。另外，在所有的图中同一部分或者相当的部分使用了同一符号，并避免了重复说明。

图1A是三通型等速万向联轴节的部分剖开正面图；

图1B是图1A的联轴节主要部分横断面图；

图2是图1B中的滚轮和滚轮导向面的扩大断面图；

图3是取工作角状态时的图1联轴节的主要部分断面略图；

图4是为说明图3中的滚轮和脚轴的相对移动的略图；

图5是和显示滚轮导向面变形例的图2相类似的扩大断面图；

图6是和显示滚轮导向面变形例的图1B相类似的横断面图；

图7是和显示滚轮变形例的图1B相类似的横断面图；

图8A是目前的三通型等速万向联轴节的纵断面图；

图8B是图8A的联轴节横断面图；

图8C是图8B的联轴节中的三通部件的部分剖开的扩大正面图；

图9是取工作角状态时的图8A的联轴节的部分剖开正面图；

图10是显示图9的联轴节中的滚轮的滚动状态的斜视图；

图11是目前其他的三通型等速万向联轴节的纵断面图；

图12是取工作角状态时的图11的联轴节的纵断面图；

图13是目前其他的三通型等速万向联轴节的主要部分概略断面图；

图14是取工作用状态时的图13的联轴节的主要部分概略断面图；

图15A是图13的联轴节的脚轴的正面图；

图15B是图14的联轴节的脚轴的正面图；

图16是用于说明尺寸规格的联轴节主要部分横断面图；

图17是显示强度试验结果的图表；

图18是显示耐久试验结果的图表；

图19A是图1A的联轴节的部分放大图；

图19B是图19A的B-B断面图；

图20A是三通部件的部分正面图；

图20B是把图20A的三通部件组装后的等速万向联轴节的部分纵断面图；

图21A是三通部件的部分正面图；

图21B是图21A中显示的脚轴的部分放大图；

图22A是三通部件的部分正面图；

图22B是图22A的X-X断面图；

图23A是三通部件的部分正面图；

图23B是装有滚动体和滚轮的图23A的三通部件的部分断面图；

图24是显示相对于联轴节工作角的感应轴向力的实验数据的曲线图；

图25是三通部件的包含部分断面的正面图；

图26A是图25的三通部件中的滚轮和滚动体的扩大断面图；

图26B是图25的三通部件中的其他结构的滚轮和滚轮体的扩大断面图；

图27是显示图25的三通部件的组装要领的图；

图28是显示图25的三通部件的基于其它方法的组装要领的图；

图29A是显示图28的滚轮的滚动体组装要领的图；

图29B是图29A的部分放大图；

图30是和三通部件的包含部分断面的图25相类似的正面图；

图31是和三通部件的包含部分断面的图25相类似的正面图；

图32是和显示把脚轴中心和滚轮中心错开的变形例的与图16相类似的断面图；

如图1A及图1B所示三通型等速万向联轴节具有外轮1和三通部件4，其中，外轮1与该三通型等速万向联轴节应该连接的两个轴中的一个相连接，三通部件4与另一个轴相连接。外轮1大致呈杯状外观，在由内周面上沿圆周方向等间隔地设有沿轴向延伸的3个轮槽。三通部件4在圆周方向等间隔地具有沿半径方向凸出的3个脚轴5，各脚轴5支承有滚轮7，滚轮7经由滚动体6自外部嵌套在各脚轴5上，可以自由回转。滚轮7被装在外轮1的滚轮槽2上。脚轴5的外周面m为其中心P在脚轴5的轴线上的正球面，在该正球面m上介由多个转动体6自外部嵌套有滚轮7的圆筒内周面n。滚动体6如图示一样其转动面为圆筒面直径比较大，且与直径相比其长度不太长，这一点与直径比较小且与直径比长度较长的滚轮(针状滚轮)形成对照。由被装在滚轮7圆筒内周面n的开口两端部的垫圈8防止滚动体6的脱落。

如由图1B及图2所知，滚轮7的外周面的母线为以自滚轮中心P_R向半径方向的外侧离开的点P为中心的圆弧。装有滚轮7的滚轮槽2与外轮1的轴线平行地延伸着，沿外轮1的圆周方向相对的一堆侧壁形成与滚轮7的外轴面相接的滚轮导向面3。在图1B和图2中，各滚轮导向面3为其轴线通过自滚轮7的中心P_R向半径方向外侧离开的点P的圆筒面。这样，使滚轮7的外周面的母线形成为其中心在自滚轮中心离开的点上的圆弧，因而，由联轴节的纵断面(图1A)来看，滚轮7相对于滚轮导向面3就不易倾斜。因此，滚轮7的姿势被保持为与滚轮导向面3的延伸的方向即外轮1的轴向平行相平行，滚轮7就可以在滚轮导向面3上进行正确滚动。这也适用于联轴节为取工作角的状态时的情况。也就是说如图3所示，当由联轴节所连接的两个轴形成角度时，联轴节就会取工作角θ。相对于外轮1三通部件4只倾斜角度θ，此时，脚轴5的正球外周面m(介由滚动体6)在滚轮7的圆筒内周面n内做相对回转移动；滚轮7在滚轮槽2内，在维持与外轮轴线相平行的姿势的同时，沿滚轮导向面3滚动；此时各部位的滑动阻力被减轻，感应轴向力被抑制。在取该工作角的状态下降低运转时的感应轴向力的机理，基本上与图11及图12的两层滚轮结构的联轴节的场合的相同。若按图4说明，则如下所述。

如图4中的双点画线所示，假定不取工作角时的三通部件4的中心为A，则该中心A位于外轮轴线X上，滚轮7和脚轴5的正球外周面M的中心P位于滚轮导向面3的轴线B上。如图4的实线所示，若联轴节取工作角θ则三通部件4的中心A向A移动，自轴线X向图4的下方偏离。其结果，脚轴5的轴线只倾斜角度θ，正球外周面m的中心P就会自滚轮导向面3的轴线B向图4的下方位置P′相对移动。利用该相对移动和脚轴5的倾斜，脚轴5的正球外周面m就会成为在滚轮7的圆筒内周面n上以其中心P为中心，边回转边移动的状态，而且，该移动由于介由滚动体6(在图4中省略，参照图3)而得以顺畅地进行。随着这样的脚轴5的移动，滚轮7沿滚轮导向面3而滚动，如图中向右的箭头所示，向与滚轮导向面3的轴线B平行的外轮的轴线X的方向移动。这样，脚轴5和滚轮7之间的相对移动，以及滚轮7和导向面3之间的相对移动，两者都只由极少的滑动摩擦而实现，因而，感应轴向力的发生被抑制。

滚轮7保持与外轮1的轴线相平行的姿势而确实的保证了其在滚轮导向面3上以较小的阻力进行滚动，进一步，如果在外轮的滚轮导向面3的上方形成沿着滚轮导向面3向外轮1的轴线方向延伸的肩部3a，则是很有利的。由于滚轮7在其端面上通常与肩部3a相触接，因此不会破坏共与外轮1的轴线相平行的姿态，且即使在滚轮导向面3上滚动时，也会由于肩部3a而被导向滚轮1的轴线方向。因此，可以更加有效的实现在联轴节处于工作角的状态下运转时的对轮7的姿势的限制乃至其稳定化。

滚轮导向面3，除上述的圆筒面之外，还可以形成种种形状。在图5所示的变形例中，采用了一种滚轮7的外周面1和滚轮导向面3在沿轴向上分开的两点Q、Q′处相接触的所谓的斜角接触结构。此时，滚轮7的姿势也被保持着与滚轮导向面3延伸的方向及外轮轴方向相平行。另外，滚轮导向面3和滚轮外周面的两点Q、Q′之间的间隙，用于放入黄油而得到有效利用。为了实现斜角相接触，作为滚轮导向面3的母线形状，可举例出：哥德式尖弓、椭圆、抛物线、双曲线等。滚轮7的外周面的母线形状，也可以由曲率中心在滚轮7的轴线上的圆弧、曲率中心在自滚轮7的轴线沿半径方向离开的点上的圆弧、以及中心在沿滚轮7的轴向离开的点的圆弧的组合等而形成。

图6所示的变形例为如下的结构：构成各滚轮槽2的侧壁的一对滚轮导向面3为互相平行的平面，在各滚轮导向面3的上下两侧设有肩部3a、3b；在这些肩部3a、3b之间插入有滚轮7的周缘部，使滚轮7的圆筒外周面被卡合在平面状的滚轮导向面3上。这时，滚轮7的两端面与肩部3a、3b相卡合，使滚轮7的姿势被稳定地被限制为与外轮1的轴线相平行。

如图7所示的变形例那样，也可以在滚轮7的圆筒内周面的两端成一体地形成环状凸缘部9，用该凸缘部9支撑滚动体6，从而可以省去防止滚动体脱落用的垫圈8，减少滚轮部分的零件个数。

但是，为了把等速万向联轴节在汽车的驱动系上使用，就要有能够承受驱动力矩的强度，一般的说，在等速万向联轴节中作为基准的强度由与该等速万向联轴节连接的轴的强度等而决定。因此，如上所述，对脚轴5为具有正球外周面M的类型的三通形等速万向联轴节(参照图16)，为决定满足强度条件的尺寸规格，进行了强度实验。根据试验的结果，我们得知，成问题的是滚轮7的强度和转动体6的强度这两点。评价时用轴的静扭曲强度除以所得到的实验结果(等速万向联轴节的强度)而得到的值C(式1)为基准，把通过的条件设定为C大于0.93。

       C＝联轴节的强度÷轴的静扭曲强度...式1

滚轮7的强度受到滚轮7的断面2次力矩的很大的影响，滚动体6的强度受到滚动体直径的影响。由于把尺寸大小(联轴节的型号)的影响除外，所以把各尺寸用PCD除而使其无因次化，得到由式2、式3所表的条件式。a＝(滚轮的断面二次力矩÷PCD⁴)...式2b＝滚动体直径÷PCD…式3

图17是将a、b的值不同的多个试验用联轴节的实验数据以图表来显示的情况，横轴表示a纵轴表示b。各实验数据由显示评价情况记号的和a、b、c的值所构成，在显示评价情况的记号中，○表示“强度OK”即指满足c＞0.93条件时的情况，◇表示“滚动体NG”即指滚动体出现不正常时的情况，◆表示“滚轮NG”即指滚动体出现不正常时的情况，●表示“滚轮·滚动体NG”即指滚轮、滚动体同时出现不正常时的情况，×表示“未试验NG”即指不用做实验就清楚其强度不够。

由图17可知，有关滚轮7的条件式a(式2)的值的范围用符号A表示，其下限为0.0281×10^-3。而其上限当使外轮外径固定，将滚轮外径增大到最大限度，使脚轴(耳轴轴颈)直径及滚动体外径最小，并使滚轮壁厚最大时，由计算得出为1.39×10^-3。因此，a的范围为0.0281×10^-3＜a＜1.39×10^-3。另一方面，有关滚动体的条件式b(式3)的值的范围用符号B表示，其下限为0.0417。而其上限，当使外轮外径固定，而将滚轮外径增大到最大限度，使脚轴直径及滚轮壁厚最小，并使滚动体直径最大时，由计算得出为0.378。所以b的范围为0.0417＜b＜0.378。因此，通过把a和b分另设定在上述范围内，作为汽车驱动系用等速万向联轴节，其滚轮及滚动体乃至联轴节整体就会具有足够的强度。

另外，为了提高接触部的润滑性能，以防止耳轴轴颈部的磨损和起皮的发生这一目的，在滚动体6的表面上随机地形成无数独立的微小凹坑。作为为得到如上所述的表面粗糙条件的  表面加工处理可以利用特殊的滚磨而得到所希望的加工面。上述滚动体的粗糙面的面粗糙度为R_max0.6～2.50μm，表面粗糙度的参数sk值为-1.6以下。另外，上述微小粗糙面的微小凹坑的平均面积为35～180μm²，凹坑的全部表面积所占的比例为10～40％。前述参数sk值指表面粗糙度分布曲线的畸变度(SKEWNESS)；对如高斯分布那样的对称形分布，其sk值为零；把参数SK的值无论在圆周方向还是轴向都设定为-1.6以下的设定值是表面凹部的形状、分布根据加工条件有利于油膜形状的范围。

以脚轴外轴面为正球面的三通型等速万向联轴节为对象，将使用进行了上述表面加工处理的滚动体的和使用目前的将表面进行了超精加工的滚动体的联轴节分别进行耐久实验，其结果显示于图18。该图中的实验条件A、B分别如表1所示。

实验条件	轴承部荷重	联轴节转数	润滑剂
				A	1438kgf	200rpm	黄油
B	902kgf	500rpm	黄油

正如由图18试验结果所知，在试验条件B的情况，现有的三通型等速万向联轴节在运转了96小时后问题就加大了，而本发明的三通型穿联轴节与现有的联轴节相比，即使运转时间超过160小时以上也没有发生不适合的情况。在试验条件A的情况下，也显示了本发明的三通型万向联轴节与现有的联轴节相比有200％以上的寿命。这样，通过对滚动体进行上述表面加工处理，可以有利于滚动体表面的油膜形成，使润滑性变好，提高滚轮的回转性，使转动体和滚轮之间、转动体和耳轴轴颈之间的滑动性变好，最大限度地减少各接触部的磨损和起皮的发生。

其次，经过为使已叙述的图A1及图1B的联轴节更加高性能化而做的探索，结果得到了如下的见识。即，在图1A及图1B的联轴节中，使脚轴5的正球外周面m和转动体6之间因为点接触，使处于面压增高，负荷容量减小的倾向，作为该对策，考滤了将脚轴5的外径加大的方案，但这样会使联轴节整体大径化。另外，与工作角的大小无关，承受负荷的滚动体6的个数为一定，但如图19A及图19B的箭头所示，在滚轮7上会产生介由多个滚动体6而来自脚轴5的矢量M转动力矩，这将使滚轮7的姿势不稳定，使感应轴向力的进一步降低变得困难。进一步，与工作角的大小无关，随负荷的滚动体6上易产生应力集中，这会影响到了滚动体等的耐久性。

以下，说明不通过大径化且不增加联轴节的部件个数而解决图1A及1B的联轴节的上述问题的实施例。

在图20A及图20B所示的实施例中，三通部件4的3个(图中只显示了1个)脚轴5的外周面，由曲率中心在脚轴5的轴线上的正球面m₁和位于脚轴5的轴方向中央部分的具有比正球面m₁的曲率半径R₁要大的曲率半径R₂的中间曲面m₂所构成。使滚轮7的圆筒内周面n自外部介由滚动体6可以回转地嵌套在该脚轴5的外周面上。滚轮7被装载在滚轮槽2上，可以在外轮1的在圆周方向相对的滚轮槽2的滚轮导向面3上，一边转动一边沿外轮轴方向移动。此时，换句话说，脚轴5的外周面的母线，由位于脚轴5的轴方向两端部的形成为其曲率中心在脚轴轴线上的正圆的一部分的圆弧(m₁)和曲率半径比该圆弧要大的圆弧(m₂)的组合而成。

脚轴5的中间曲面m₂为滚动体6总是以最大面压相接触的区域。也就是说，在三通部件4相对于外轮1以常用工作角(约2～10deg)而进行回转力的传达时，要以主要承受负荷的滚动体6接触在中间曲面m₂上的方式，来设定m₂的宽度(轴向尺寸)。中间曲面m₂为比正球面m₁的曲率要和缓的曲面，其曲率半径R₂，理想的情况是为正球面m₁的曲率半径R₁的约2～5倍左右，该中间曲面m₂的最大外径设定为比正球面m₁的外径小。

因此，当联轴节在工作角状态下运转时，滚动体6接触在曲面m₂上，这时的最大面压比滚动体6接触在曲率半径小的正球面m₁上时的最大面压要小。总之，滚动体6相对于具有小的曲率半径R₁的正球面m₁形成更接近于点接触的接触，而相对于具有大的曲率半径R₂的中间曲面m₂则形成更接近于线接触的接触，使最大面压的降低和负荷容量的增大成为可能，不必使联轴节整体大径化就可以抑制感应轴向力和提高耐久性。

在图21A和图21B所示的变形例中，其特征为在上述脚轴5的正球面m₁的中间部分形成有圆筒面m₃。换句话说，使脚轴5的外周面的母线由形成为其曲率中心在脚轴5的轴线上的正圆的一部分的圆弧(m₁)和直线(m₁)的组成而构成。该情况时的直线(m₃)，相当于使图20A所示的上述曲线(m₂)的曲率半径无限大了的情况。圆筒面m₃由于与脚轴5的轴线平行，和同为圆筒状的滚动体6为线接触，所以可以进一步降低最大面压。另外正球面m₁和圆筒面m₃相组合的形状与上述中间曲面m₂相比，有加工性能好，更易形成的优点。

其次，图22A及22B所示的变形例，其特征为三通部件4的脚轴5的外周面在纵断面上看为其中心在轴线上的圆弧m₄(图22A)，且在横断面上看为其短轴向着负荷侧的椭圆m₅(图22B)。图22B中的点画线显示正圆的情况。在图22B中，为了便于理解显示的是极端的椭圆，实际上椭圆m₅的椭圆度设定为短轴(负荷侧)和长轴(非负荷侧)的差为10～100μ的程度，而且，在垂直于脚轴5的轴线上的所有的断面上都一样。这样把通过把脚轴5的横断面形状做成以负荷侧为其短轴的椭圆m₅，与图A1以及1B的联轴节相比，与脚轴5的负荷侧的外周面相接的滚动体6的应力集中就被缓和，因而降低了最大面压，提高了耐久性。

在图20A、20B的实施例中，由于在三通部件的脚轴的轴方向中央部存在有其曲率比两端部的正球面要和缓的面，介于脚轴和滚轮之间的滚动体主要接触在脚轴的该具有和缓曲率的面上，从而可以提高滚动体的最大面压的降低效果和增大感应轴向力的抑制效果，提供振动少的高耐久性的三通型等速万向联轴节。作为曲率和缓的面部分的形态，当选择相当于具有无限大的曲率半径的圆筒面时(图21A、21B)，则可以谋求进一步降低面压，而且由于脚轴的外周面是正球面和圆筒面的组合，所以便于加工，容易降低等速万向联轴节的制作成本。另外，通过使三通部件的脚轴的横断面形状形成为其短轴面向负荷侧的椭圆(图22A、22B)，可以缓和与脚轴相接触的滚动体的应力集中，提供一种感应轴向力小和耐久性优异的三通型等速万向联轴节。

另外，虽然省略了图示，但在图22A和图22B中的脚轴5的轴向中央部分也可以附加其结构在图20A、20B及图21A21B中做过有关叙述的中间曲面、圆筒面等，这样，利用基于各种结构相乘效果耐久性。

图23A及23B显示了把脚轴5的外周面做成所谓的圆环面m₆的变形例。该圆环面m₆以半径为R₃的圆弧为母线，且脚轴5的轴向中央部为最大外径(2R₁)，其中，半径为R₃的圆弧的中心在自脚轴5向外径侧离开的点上。图23A及23B中所示的结构虽然与面压降低的意愿相违背，但脚轴5的圆环面m₆以比正球面(为了比较，在脚轴5的轴线上具有曲率中心R₁的圆弧用虚线示于图23B上。)要小的摩擦阻力与滚动体6相接触，从而更容易抑制感应轴向力。进一步，当联轴节在工作角状态下运转时，对应于圆环面m₆的半径差(R₁-R₃)，承受负荷的滚动体6的个数减少；这样，与图19A及图19B的正球面的情况相比，由于作用在滚轮7上的来自脚轴5的矢量M扭转力矩减少，使滚轮7的姿势稳定，结果可使感应轴向力降低。另外，为使面压不会太高，需要把圆环面m₆的半径差(R₁-R₃)设定在较小的1～2mm的程度。

图24显示了对图1A及1B的实施例和图23A及23B的变形例的感应轴向力的测定结果。该情况的变形例是脚轴5的外周面为其最大半径R₁＝19.095mm、母线半径R₃＝17.85mm的环面m₆；而图1A及1B的实施例是脚轴的外周面为曲率半径为19.095mm的正球面。如图24所示，在为工作角状态下运转时的工作角大到6deg之前，感应轴向力呈实施例<变形例的关系；但在超过6deg的工作角的范围时，感应轴向力逆转为实施例>变形例的关系。

因此，在图23A及23B所示的结构下，如果使脚轴5的环形面m₆的在工作角为6deg以内的范围与转动体6相接触的中间部分的曲率缓和到正球面的曲率的程度，把该中间部分做成与图1A和1B及图2的各实施例中的中间曲面及圆筒面同样的面，则即使工作角在6deg以内，也可以把感应轴向力降低到和前述实施例相同的程度或在其之下。

目前，三通部件4的脚轴11的外周面，例如为图8C所示的圆筒面，在该圆筒面的根部嵌套有内侧垫圈14，在前端部嵌套有外侧垫圈15和挡圈16，在各垫圈14、15之间，保持有多个转动体12。多个转动体12被沿脚轴5的外周无缝地紧挨着配置。外侧垫圈15接触在转动体12的端面上，在限制转动体12的轴方向的位置的同时，防止其脱落。挡圈16嵌进形成于脚轴11的外周上的槽17里，把外侧垫圈15固定在脚轴11上。在组装图8C的三通部件4时，先在脚轴11的外周上挨着摆好多个转动体12，然后把滚轮13自外部嵌套上去；或者先把滚轮13嵌套在脚轴11上，然后把多个转动体12插入到两者之间的环状空间上。但两者都花费工时且又难以装配，这就使三通型等速万向联轴节的组装性能变差了。另外，被装在脚轴11上的防止转动体12的脱落用的外侧垫圈15还应该防止滚轮13的脱落，所以需要做成图示那样的特殊形状；并且，由于还要有把外侧垫圈15安装固定在脚轴11上的挡圈16，因此，存在三通部件4的部件数和组装工时增多，难于降低其制造成本的问题。

为此，参照图25-31说明解决了上述问题的组装性能良好的低成本的三通型等速万向联轴节的实施例。

图25所示的三通部件4是带有挡块10的部件，该挡块10用于防止滚动体6的脱落，它被设在滚轮7的内周面上，而滚轮7介由多个滚轮体6自外部嵌套在脚轴5的外周上。脚轴5的外周面例如为圆筒面，在该圆筒形外周面上相互无间隙地排列着多个圆柱状滚动体6，该圆柱状滚动体6为称作滚柱或针状滚轮。滚轮7的滚筒内周面自外部嵌套在这些滚动体6的周围。

在滚轮7的圆筒内周面上形成的挡块10的具体示于图26A及26B。图26A中，挡块10形成为一对环状凸台9的形式，该对的环状凸台9成一体地凸设在滚轮7的内周面的轴方向两端部上。在滚轮7的圆筒内周面的除轴向两端部之外的中央部上，设有用于嵌合滚动体6的周缘部的槽，而在该槽的轴向两端形成凸台部9。在图26B中，挡块10由一对垫圈8所形成，该一对垫圈8嵌在槽8a中，而槽8a设在滚轮7的圆筒内周面的轴向两端部上。该垫圈8自滚轮圆筒内周面上凸出的高度相当于图26A的凸台部9的台阶高度。

由于在滚轮7的圆筒内周面上设有防止滚动体脱落用的挡块10，所以，可以选择性地采用图27或图28所示的组装方法。

在把图26A的滚轮7组装在脚轴5上时，如图27所示，先用润滑脂10a把所有的滚动体6暂时粘在滚轮7的圆筒内周面上，在使它们紧挨着摆列的状态下，把滚轮7和滚动体6成一体装在脚轴5上。润滑脂10a是使滚动体6的回转顺畅已在用的东西，把它预先按所需厚度涂在滚轮7的圆筒内周面上，把滚动体6自其上面压进去，从而把多个滚动体6暂时粘住，之后，再把滚轮7和滚动体6一起自外部嵌套在脚轴5的圆筒外周面上，则滚轮7的环部10(9)就可以防止滚动体6的脱落，滚轮7和滚动体6就被确实、顺畅地装在脚轴5上。

图28是显示在把多个滚动体6以所谓拱顶方式暂时呈一列摆在滚轮7的圆筒内周面上的状态下，把滚轮7和滚动体6一起装在脚轴5上的方法。例如，如图29A及29B所示，先把全部的滚动体中除一个之处的其余的多个滚动体6呈一列摆在滚轮7的圆筒内周面上，然后把最后一个滚动体6压入在该一列滚动体6的两端的2个之间所形成的间隙g中。此时，把滚动体6的直径d₁和间隙g的最小间隔d₂之间的关系设定为d₁＞d₂，其差(d₁-d₂)设定为数μ～数10μ的挤紧量。这样，当把最后一个滚动体6压入间隙g时，所有的滚动体6就被呈一列地暂时挤紧在滚轮7的圆筒内周面上。在图28的情况下也一样，当把滚轮7和滚动体6一起自外部嵌套在脚轴5的圆筒外周面上时，滚轮7上的挡块10(9)就可以防止滚动体6的脱落，滚轮7和滚动体6被确实、顺畅地装在脚轴5上。另外，事先以拱顶方式被安装在滚轮7上的多个滚动体6，若为上述挤紧量，则就可以在脚轴5和滚轮7之间顺畅地回转。

如上所述，将在滚轮7上组装了滚动体6的部件单元装在脚轴5上而组装成三通部件4的组装作业，比之目前的组装作业，技术上要容易，且作业工时也少，组装性能得到很大提高。另外，当如图26A的滚轮7那样，在圆筒内周面上整体地设有挡块10(9)时，由于可以省去装在脚轴5上的防治滚动体脱落用的垫圈或挡圈，所以容易减少三通部件4的零件个数、和组装工时，降低其制造成本。

另外，即使是在图26B的滚轮7那样由垫圈8构成挡块10的结构时，利用图27的用润滑脂粘接的方式或图28的拱顶方式进行三通部件的组装也是可行的。在该图26B的滚轮7上，由于为防止滚动体脱落而使用了一对垫圈8，所以没有上述的减少零件个数的效果，但是，由于垫圈8可以使用只需凸出于滚轮7的圆筒形外周面的象平垫圈那样的形状简单、价格便宜的垫圈，因此由这一点可以降低三通部件的制造成本。

由图25至28、29A及29B所说明的三通部件的结构及其组装方法，也适用于图1A、图1B的实施例及其变形例以及图20A、20B的实施例及其变形例，且效果相同。例如图30所示的三通部件4的脚轴5的外周面，为其中心P₁在脚轴5的轴线上的半径为R₁的正球面，滚动体6可滑动地点接触在该正球面上，滚轮7被装在脚轴5上，且相对于脚轴5可以摆动。图31所示的三通部件4的脚轴5的外周面，其母线由半径R₂的圆弧所形成，该圆弧的中心P₂在偏离脚轴5的轴线的位置上；滚动体6与该外圆周面点接触，且可以滑动，滚轮7被装在脚轴5上，且可以相对脚轴5而摆动。

另外，例如，就图4及图16而言，显示了在联轴节不是工作角的状态下，脚轴5的中心和滚轮7的中心两者都处于同一点P上，但这些中心也可以沿脚轴5的轴向上相偏离。如果联轴节取工作角状态，则如图4所述的，脚轴5的中心会向外轮1的轴心X一侧，即自点P向P移动。因此在联轴节取工作角的状态下传递力矩时，脚轴5的中心和滚轮7的中心会沿脚轴的轴向相偏离。因此，如图32所示，通过预先把滚轮7的中心比之脚轴5的中心要向外轮1的轴心X一侧仅偏离所定的量，则当在连轴节为工作角的状态下传递力矩时，脚轴5的中心P向外轮1的轴心X一侧移动，从而与滚轮7的中心相一致或相接近。由于这种联轴节在取工作角的状态下使用反到是常态，所以，如上所述，这种考虑了在工作角状态下传递力矩时的行为的结构，其意义就很清楚了。

如上说明了本发明的理想的具体例子，但用于说明的该具体例的变形，只要不有饽于本发明的精神和范围，就应该理解为全部包含于保护范围之内。

Claims (12)

1.一种三通型等速万向联轴节，其结构如下：使其滚轮装在3个滚轮槽内，而该3个滚轮槽沿外轮轴的方向形成于外轮的内周上，该滚轮被介由圆柱状转动体被可以回转地支持在三通部件的3个脚轴上，滚轮可以一边在滚轮槽的两侧的外轮轴方向的滚轮导向面上滚动，一边沿外轮轴方向移动；

将上述滚轮的内周面做成圆筒状，由位于脚轴的轴向两端的构成其中心在脚轴轴线上的正圆的一部分的圆弧和位于前述圆弧之间的与前述圆弧平滑连接的且其曲率半径比前述圆弧的曲率半径要大的曲线的组合而形成上述脚轴的外周面的母线。

2.一种如权利要求1记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于：上述曲线由曲率中心和曲率半径不同的多个圆弧组合而成。

3.一种如权利要求1记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于：上述曲线由相当于曲率半径无限大时的直线所构成。

4.一种如权利要求1记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于：上述脚轴的外周面由中心在脚轴轴线上的正球面所构成。

5.一种如权利要求1、2、3或4记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于：上述外轮的滚轮槽的滚轮导向面和滚轮外周面呈斜角接触。

6.一种如权利要求1、2、3或4记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于：在上述外轮的的滚轮槽的滚轮导向面上，设有与滚轮的端面相卡合使滚轮的转动方向限制为与滚轮槽相平行的肩部。

7.一种如权利要求1、2、3、4、5或6记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于：把滚轮的断面二次力矩/PCD⁴设计成0.0281×10^-3以上1.39×10^-3以下，且把滚动体径/PCD设计成为在0.0417以上0.378以下。

8.一种如权利要求1～7的任一项中记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于：把上述脚轴的横断面做成其短轴面向负荷侧的椭圆。

9.一种如权利要求1～8的任一项中记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于：上述滚轮在其内周面上设有用于防止滚动体的轴向脱落的挡块。

10.一种如权利要求9记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于，上述挡块由设于滚轮内周面上的环状台部所构成。

11.一种如权利要求9记载的三通型等速万向联轴节，其特征在于，上述挡块由装卡在设于滚轮内周面上的环状槽中的垫圈所构成。

12.一种三通型等速万向联轴节的制造方法，该联轴节的结构如下：使滚轮装在3个滚轮槽内，而该3个滚轮槽沿外轮轴的方向形成于外轮的内圆上，该滚轮被介由圆柱状转动体被可以回转地自外部嵌套在三通部件的3个脚轴上，滚轮可以一边在滚轮槽的两侧的外轮轴方向的滚轮导向面上滚动，一边沿外轮轴方向移动；

其特征在于：在上述滚轮的内周面上设有用于防止圆柱状滚动体的轴向脱落用的挡块，在滚轮内周面上先沿着该挡块将除1个之外的多个滚动体成一列摆好，然后把剩下的一个滚动体压入该成一列排列着的滚动体的两端的2个之间的间隙；在暂时将规定个数的滚动体固定在滚轮内周面上的状态下，将滚轮与滚动体一起插入到脚轴中。

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