CN117881904A - 滑动式等速万向联轴器 - Google Patents

滑动式等速万向联轴器 Download PDF

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CN117881904A CN202280056536.8A CN202280056536A CN117881904A CN 117881904 A CN117881904 A CN 117881904A CN 202280056536 A CN202280056536 A CN 202280056536A CN 117881904 A CN117881904 A CN 117881904A
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小林正纯
杉山达朗
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Abstract

在具备6个转矩传递滚珠(4)、且保持器(5)的球状外周面(11)的曲率中心(O1)与球状内周面(12)的曲率中心(O2)相对于联轴器中心(O)向轴向的相反侧偏置的滑动式等速万向联轴器(1)中，滑动式等速万向联轴器(1)以8°～12°的常用工作角使用，将转矩传递滚珠(4)的直径(DBALL)与内侧联轴器构件(3)的连结孔(13)的花键节圆直径(DSPCD)之比(DBALL/DSPCD)设为0.80～0.86，将转矩传递滚珠(4)与直线状滚道槽(7、9)的接触角(α)设为32°～35°，将转矩传递滚珠(4)与直线状滚道槽(7、9)的接触率(ψ)设为1.05～1.08。

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
近年来，伴随着SUV(运动型多用途车辆)等4轮驱动车的市场人气，关于用于此的等速万向联轴器，最大工作角的进一步的高角度化(30°以上，例如35°)以及为了提高通过性而将差速器的位置设定得高的等速万向联轴器也增加。由此，联轴器的车辆安装角度变大，常用工作角也高角度化(8°以上，例如10°)。
机动车用驱动轴通常构成为，在驱动车轮侧(也称为外方侧)使用固定式等速万向联轴器，在差速器侧(也称为内方侧)使用滑动式等速万向联轴器，并利用中间轴连结上述两个等速万向联轴器。固定式等速万向联轴器能够取较大的工作角但在轴向上不滑动。另一方面，滑动式等速万向联轴器能够在轴向上滑动，但无法取那么大的工作角。
在驱动车轮侧使用的固定式等速万向联轴器将联轴器的最大容许角度设定为46°～50°左右以使得也能够应对完全转向时的角度。另一方面，在差速器侧使用的滑动式等速万向联轴器将联轴器的最大容许角度设定为23°～30°左右，以使得能够吸收悬架的动作。在滑动式等速万向联轴器中，通常，在悬架最大左右伸长的完全回弹状态时，成为最大工作角。另一方面，关于常用工作角，当前的乘用车等的驱动轴的以往的常用工作角比较小，通常以6°左右使用。
一般而言，车高比乘用车高的SUV等的平地行驶状态下的驱动轴的角度(以下，也称为常用工作角。常用工作角的定义后述。)较大，并且悬架的动作也具有变大的倾向。提出了实现最大工作角超过25°到达30°左右的高角度以及小型化的DOJ(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-85488号公报
发明内容
发明要解决的课题
在DOJ型的等速万向联轴器中，当工作角变高时，施加于转矩传递滚珠的载荷增大，由此，施加于外侧联轴器构件、内侧联轴器构件的滚道槽的面压也增大。但是，在成为最大工作角的完全回弹状态下，车轮不与地面接触，不对车轮施加转矩负载，因此所述的面压不会成为问题。
另一方面，当滑动式等速万向联轴器的车辆安装角度变大，通常使用的角度(常用工作角)高角度化时，等速万向联轴器的耐久性明显变差。即，在常用工作角时，车辆高速行驶，对等速万向联轴器负载的转矩较大。
鉴于上述的问题，本发明的目的在于提供针对要求最大工作角的高角度化以及常用工作角的高角度化的使用条件而确保强度、耐久性的滑动式等速万向联轴器。
用于解决课题的方案
本发明人们为了达成上述的目的而进行了各种研究、验证的结果是，最终摸索到与以往的常用工作角(例如，6°左右)时同等地确保较高的常用工作角(例如，10°左右)下的耐久性这样的方针。并且，作为用于滑动式等速万向联轴器的内部规格设定的要点而着眼于最大工作角的高角度化以及常用工作角的高角度化这两个重要因素，通过使上述两重要因素融合而设定内部规格这样的新的构思，形成了本发明。
作为达成前述的目的的技术方案，本发明为一种滑动式等速万向联轴器，其包括：外侧联轴器构件，其在圆筒状内周面沿着轴向形成有6个直线状滚道槽；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个直线状滚道槽并且在中心部形成有用于连结轴的连结孔；6个转矩传递滚珠，其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，并具有被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与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，所述滑动式等速万向联轴器的特征在于，所述滑动式等速万向联轴器以8°～12°的常用工作角使用，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节圆直径(DSPCD)之比DBALL/DSPCD设为0.80～0.86，将所述转矩传递滚珠与所述直线状滚道槽的接触角(α)设为32°～35°，将所述转矩传递滚珠与所述直线状滚道槽的接触率(ψ)设为1.05～1.08。通过上述的结构，能够实现针对最大工作角的高角度化以及常用工作角的高角度化的使用条件而确保强度、耐久性的滑动式等速万向联轴器。
具体而言，优选的是，将上述的直线状滚道槽的节圆直径(DTPCD)与上述的花键节圆直径(DSPCD)之比DTPCD/DSPCD设为2.25～2.40。由此，能够抑制外侧联轴器构件的外径，并且抑制滚道面压。
优选的是，将上述的保持器的球状外周面的曲率中心以及球状内周面的曲率中心的偏置量(F)与上述的花键节圆直径(DSPCD)之比F/DSPCD设为0.18～0.19。由此，能够抑制滚珠的接触椭圆从滚道槽伸出并且抑制滚道面压。
通过上述的滑动式等速万向联轴器的最大工作角为30°～35°，从而对于SUV等用途是优选的。
提高构成在内方侧装配有上述的滑动式等速万向联轴器并在外方侧装配有具有8个转矩传递滚珠的固定式等速万向联轴器的驱动轴，从而对于SUV等用途是优选的。
发明效果
根据本发明的滑动式等速万向联轴器，能够实现针对要求最大工作角的高角度化以及常用工作角的高角度化的使用条件而确保强度、耐久性的滑动式等速万向联轴器。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的滑动式等速万向联轴器的纵剖视图，且是图2的B-N-B线的纵剖视图。
图2是发明的第一实施方式的滑动式等速万向联轴器的横剖视图，且是图1的A-A线的横剖视图。
图3是将图2的一个转矩传递滚珠与滚道槽扩大了的横剖视图。
图4是对本实施方式的滑动式等速万向联轴器与以往的滑动式等速万向联轴器的横截面进行对比的图。
图5是示出本实施方式的滑动式等速万向联轴器取最大工作角的状态的纵剖视图。
图6是示出装配有本实施方式的滑动式等速万向联轴器以及具有8个转矩传递滚珠的固定式等速万向联轴器的驱动轴的纵剖视图。
图7是对较高的常用工作角的状态与以往的常用工作角的状态进行对比的示意图。
图8是示出本发明的第二实施方式的滑动式等速万向联轴器取最大工作角的状态的纵剖视图。
具体实施方式
基于图1～图7来说明本发明的第一实施方式的滑动式等速万向联轴器。图1是本实施方式的滑动式等速万向联轴器的纵剖视图，且是图2的B-N-B线的纵剖视图。图2是本实施方式的滑动式等速万向联轴器的横剖视图，且是图1的A-A线的横剖视图。图3是将图2的上侧的一个转矩传递滚珠与滚道槽扩大了的横剖视图，图4是对本实施方式的滑动式等速万向联轴器与以往的滑动式等速万向联轴器的横截面进行对比的图。图5是示出本实施方式的滑动式等速万向联轴器取最大工作角的状态的纵剖视图，图6是示出装配有本实施方式的滑动式等速万向联轴器以及具有8个转矩传递滚珠的固定式等速万向联轴器的驱动轴的纵剖视图。图7是对较高的常用工作角的状态与以往的常用工作角的状态进行对比的示意图。
如图1、图2所示那样，滑动式等速万向联轴器1是所谓的双偏置型滑动式等速万向联轴器(也有时简称为DOJ。)，以外侧联轴器构件2、内侧联轴器构件3、转矩传递滚珠4以及保持器5为主要的结构。在外侧联轴器构件2的圆筒状内周面6，沿圆周方向以等间隔并且沿着轴向呈直线状地形成有6个滚道槽7。在内侧联轴器构件3的球状外周面8，沿圆周方向以等间隔并且沿着轴向呈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。在外侧联轴器构件2的滚道槽7与内侧联轴器构件3的滚道槽9之间一对一地组装有6个转矩传递滚珠(以下，也单称为滚珠)4。滚珠4收容于保持器5的凹槽5a。
保持器5具有球状外周面11以及球状内周面12，球状外周面11与外侧联轴器构件2的圆筒状内周面6嵌合而被接触引导，球状内周面12与内侧联轴器构件3的球状外周面8嵌合而被接触引导。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，并相对于联轴器中心O在轴向上以等距离F偏置。由此，在联轴器取工作角的情况下，滚珠4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被引导，两轴之间以等速旋转的方式传递。
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装配挡圈(省略图示)，而防止图1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的开口侧端部脱出。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。杆部(轴部)2b一体地形成于外侧联轴器构件2的开口相反侧，并与差速器(省略图示)连结。
在内侧联轴器构件3的球状外周面8形成有直线状的滚道槽9，因此随着从内侧联轴器构件3的轴向的中心向两端行进，滚道槽9的槽深度变浅。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，中间轴27(参照图5)的轴端部被花键嵌合，并通过中间轴27的肩部以及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，容许35°的最大工作角，因此内侧联轴器构件3的轴向宽度设定得比以往产品长。
在图1的A-A线所示的保持器5的轴向中心沿着圆周方向以等间隔设置有6个凹槽5a，相邻的凹槽5a间成为柱部5b(参照图2)。在保持器5的大径侧端部的内周设置有用于组装内侧联轴器构件3的缺口部5c。保持器5的限位面5d形成为作为切线而与球状外周面11连接的圆锥状。在联轴器取工作角的情况下，保持器5以外侧联轴器构件2与内侧联轴器构件3的两轴线所成的角度的一半倾斜，因此限位面5d的倾斜角度S设定为17.5°。由此，能够限制滑动式等速万向联轴器1的最大容许角度。
如图3所示那样，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，滚珠4相对于滚道槽7、9以各两个点C1、C2、C3、C4角接触。
在此，滚珠接触角α是指图3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2的B-N线对应。直线Lb是将滚道槽7、9的侧面处的滚珠4的接触点C1、C2、C3、C4与滚珠4的中心Ob连结的直线。
如图3所示那样，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上相比于滚珠中心Ob偏置。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。滚珠4的半径为R1。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。
图7是对本实施方式的滑动式等速万向联轴器1所使用的较高的常用工作角的状态与以往的常用工作角的状态进行对比的示意图。如图7所示那样，在驱动轴20中，外盘端的固定式等速万向联轴器21与车轮W连结，内盘端的滑动式等速万向联轴器1与差速器Df连结。图7的左半部分表示较高的常用工作角θ1的状态，右半部分表示以往的常用工作角θ2的状态。在较高的常用工作角θ1的情况下，差速器Df距地面的高度比以往的常用工作角θ2的情况高Δh，通过性提高。然而，由于常用工作角变高，因此施加于转矩传递滚珠的载荷增大。
在此，对技术方案以及本说明书中的常用工作角进行定义。常用工作角是指，在水平且平坦的路面上一人乘坐时的机动车中，在使转向器为直行状态时在驱动轴的滑动式等速万向联轴器中产生的工作角。当前的乘用车等的驱动轴的以往的常用工作角比较小，通常以6°左右使用。
接下来，对本发明的开发过程中的见解、构思进行说明。本发明人们为了应对要求最大工作角的高角度化以及常用工作角的高角度化的使用条件而进行了各种研究、验证的结果是，最终摸索到与以往的常用工作角(例如，6°左右)时同等地确保较高的常用工作角(例如，10°左右)下的耐久性这样的方针。并且，作为用于滑动式等速万向联轴器的内部规格设定的要点而着眼于最大工作角的高角度化以及常用工作角的高角度化这两个重要因素，通过使上述两重要因素融合而设定内部规格这样的新的构思，形成了本发明。
基于上述的方针以及构思，首先，通过以下那样的要领发现了决定滚珠与滚道槽之间的面压的根本的内部规格即转矩传递滚珠的滚珠直径。即，查明了如表1所示那样，滚珠直径的尺寸增大的影响程度在最大工作角的高角度化35°、常用工作角的高角度化10°时分别为50％左右。并且，发现了关于应对所要求的使用条件(最大工作角35°、常用工作角10°)的滑动式等速万向联轴器，将转矩传递滚珠的直径DBALL与内侧联轴器构件的连结孔的花键节圆直径DSPCD之比DBALL/DSPCD设为0.80～0.86。上述的要领对于本领域技术人员而言是首次的尝试。
(注)滚珠直径的1尺寸的差为1/32英寸(约0.8mm)。
[表1]
需要说明的是，接头的尺寸能够由内侧联轴器构件的连结孔(轴)的花键直径表示，因此上述的尺寸值以及后述的尺寸值利用与内侧联轴器构件的连结孔的花键PCD之比无量纲化而表示。
对于DOJ型滑动式等速万向联轴器的耐久性而言，使用工作角越高则耐久性越降低。在DOJ型滑动式等速万向联轴器中，当具有工作角时在旋转一周中对滚珠作用的力变动，在最大负载时，负载有从工作角0°时的百分之几起根据角度而到达几倍的载荷。例如，当常用工作角变高，常用工作角从当前的常用工作角的6°高角度化为10°时，对滚珠负载的最大载荷变高20～30％左右。
得到了如下确证：以前述的将转矩传递滚珠的直径DBALL与内侧联轴器构件的连结孔的花键节圆直径DSPCD之比DBALL/DSPCD设为0.80～0.86为基础，调整对滚珠与滚道槽之间的面压造成影响的各尺寸而缓和面压，从而能够与以往的常用工作角(例如，6°左右)时同等地确保较高的常用工作角(例如，10°左右)下的耐久性。
DOJ型滑动式等速万向联轴器的对滚珠与滚道槽之间的面压造成影响的各尺寸为(1)滚珠直径、(2)滚道槽的接触角、(3)滚道槽的接触率、(4)滚道PCD、(5)保持器偏置。在表2中示出上述(1)～(5)的各尺寸对滚珠与滚道槽之间的面压的影响。另外，也一并示出该情况的担心点。
[表2]
为了抑制滚珠与滚道槽之间的面压，仅通过单纯地增大滚珠直径无法应对，通过综合地设定滚道槽的接触角、滚道槽的接触率、滚道PCD、保持器偏置量等，而发现了各个项目的最佳值。在表3中示出本实施方式的滑动式等速万向联轴器1的内部规格。
[表3]
项目 本发明产品 以往产品
(1) 滚珠直径(DBALL)/花键PCD(DSPCD) 0.80～0.86 0.74～0.80
(2) 滚道槽的接触角α 32°～35° 30°～35°
(3) 滚道槽的接触率ψ 1.05～1.08 1.02～1.08
(4) 滚道PCD(DTPCD)/花键PCD(DSPCD) 2.25～2.40 2.10～2.25
(5) 保持架偏置量F/花键PCD(DSPCD) 0.18～0.19 0.17～0.18
对于上述的内部规格的设定，为了在视觉上进行补充，在图4中对比示出本实施方式的滑动式等速万向联轴器1与以往产品的横截面。图4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1，右半部分是以往产品。在与本实施方式的滑动式等速万向联轴器1对应的以往产品的构成构件中，在本实施方式所使用的的附图标记上分别加50，滚道槽PCD标注DT’PCD的附图标记，外圈外径标注D’OUTER的附图标记。本实施方式的滑动式等速万向联轴器1与以往产品相比，外侧联轴器构件1的外径、即外圈外径DOUTER大2尺寸(5～10％)左右，但能够实际使用。
在图5中示出本实施方式的滑动式等速万向联轴器1取最大工作角θmax的状态。保持器5的限位面5d抵接于外侧联轴器构件2的圆筒状内周面6，限制滑动式等速万向联轴器1的最大容许角度。最大工作角θmax为35°。
在图6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，并在另一端连结有本实施方式的滑动式等速万向联轴器1。双偏置型滑动式等速万向联轴器1的外侧联轴器构件2具有从杯部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8个滚珠的球笼型等速万向联轴器，且具备：外侧联轴器构件22，其具有从杯部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的杯部的内周；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，并保持滚珠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，通过使内方侧的花键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能够转矩传递地连结。另外，通过使外方侧的花键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能够转矩传递地连结。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。为了防止润滑脂的外部泄漏、来自联轴器外部的异物侵入，在双偏置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之间分别装配有波纹状的护罩29、30。
基于图8说明本发明的第二实施方式的滑动式等速万向联轴器。图8是示出本实施方式的滑动式等速万向联轴器1取最大工作角的状态的纵剖视图。本实施方式的滑动式等速万向联轴器与前述的第一实施方式的滑动式等速万向联轴器相比最大工作角的值不同。对于其他结构，由于与第一实施方式相同，因此对具有相同的功能的部位标注相同的附图标记，适用在第一实施方式中前述的内容。
在本实施方式的滑动式等速万向联轴器中，最大工作角θmax为32°，常用工作角为与第一实施方式的滑动式等速万向联轴器相同的10°。滚珠直径的1尺寸的尺寸差(尺寸间隔)为1/32英寸，因此本实施方式的滑动式等速万向联轴器1的由(1)滚珠直径(DBALL)/花键PCD(DSPCD)、(2)滚道槽的接触角α、(3)滚道槽的接触率ψ、(4)滚道PCD(DTPCD)/花键PCD(DSPCD)、(5)保持器偏置量F/花键PCD(DSPCD)构成的内部规格成为与第一实施方式的滑动式等速万向联轴器1的内部规格相同的值。需要说明的是，限位面5d的倾斜角度S设定为16°。
在以上的实施方式的滑动式等速万向联轴器中，例示了将最大工作角设为32°与35°的滑动式等速万向联轴器、将常用工作角设为10°的滑动式等速万向联轴器，但并不限定于此，能够在最大工作角为30°～35°左右以及常用工作角为8°～12°左右的情况下实际使用。
本发明丝毫不被前述的实施方式限定，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内进一步以各种方式实施，本发明的范围由技术方案示出，还包括技术方案所记载的等同的意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 凹槽
5d 限位面
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
20 驱动轴
21 固定式等速万向联轴器
DBALL 滚珠直径
DOUTER 外圈外径
DTPCD 滚道槽节圆径
DSPCD 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
α 滚珠接触角
θmax 最大工作角
ψ 滚珠接触率。

Claims (5)

1.一种滑动式等速万向联轴器，其包括：外侧联轴器构件，其在圆筒状内周面沿着轴向形成有6个直线状滚道槽；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个直线状滚道槽并且在中心部形成有用于连结轴的连结孔；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，并具有被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与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，
所述滑动式等速万向联轴器的特征在于，
所述滑动式等速万向联轴器以8°～12°的常用工作角使用，
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节圆直径(DSPCD)之比DBALL/DSPCD设为0.80～0.86，
将所述转矩传递滚珠与所述直线状滚道槽的接触角(α)设为32°～35°，
将所述转矩传递滚珠与所述直线状滚道槽的接触率(ψ)设为1.05～1.08。
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，
将所述直线状滚道槽的节圆直径(DTPCD)与所述花键节圆直径(DSPCD)之比DTPCD/DSPCD设为2.25～2.40。
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，
将所述保持器的球状外周面的曲率中心以及球状内周面的曲率中心的偏置量(F)与所述花键节圆直径(DSPCD)之比F/DSPcD设为0.18～0.19。
4.根据权利要求1～3中任一项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30°～35°。
5.一种驱动轴，其中，
所述驱动轴在内方侧装配有权利要求1～4中任一项所述的滑动式等速万向联轴器，并在外方侧装配有具有8个转矩传递滚珠的固定式等速万向联轴器。
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