DE112012001288T5

DE112012001288T5 - Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk

Info

Publication number: DE112012001288T5
Application number: DE112012001288.7T
Authority: DE
Inventors: Mika Kohara; Natsuhiko Mori; Takahiro Okuno; Hajime Asada; Hiroyuki Noda; Tatsuro Sugiyama
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2014-01-09
Also published as: CN103429922A; CN103429922B; WO2012127995A1; US9133886B2; US20140038732A1

Abstract

Ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk (1, 31, 61) umfasst: ein äußeres Gelenkglied (2, 32, 62), ein inneres Gelenkglied (3, 33, 63), das innerhalb des äußeren Gelenkglieds (2, 32, 62) angeordnet ist, und Drehmomentübertragungsglieder (4, 34, 64). Das äußere Gelenkglied (2, 32, 62) und/oder das innere Gelenkglied (3, 33, 63) umfassen Laufrillen (7, 9, 37, 39, 66), die in Rollflächen der Drehmomentübertragungsglieder (4, 34, 64) eingreifen. Wenigstens eine der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks (1, 31, 61) ist aus einem Metallsinterkörper ausgebildet. Der Metallsinterkörper weist eine relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% auf. Der Metallsinterkörper umfasst eine gehärtete Schicht, die auf einer Oberfläche desselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet ist. Unter den aus einem Metallsinterkörper ausgebildeten Komponenten wird eine ringförmige Komponente einem Kaltwalzprozess unterworfen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk, das in Kraftübertragungssystemen für Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe und verschiedene Industriemaschinen verwendet wird und insbesondere in einer Antriebswelle, einer Propellerwelle und ähnlichem wie etwa in Fahrzeugen mit einem Vierradantrieb eingebaut ist und eine Winkelverschiebung zwischen zwei Wellen auf einer Antriebsseite und einer angetriebenen Seite gestattet.
Stand der Technik
Es gibt zwei Typen von Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenken, die in einer Antriebswelle, einer Propellerwelle oder ähnlichem eingebaut sind, um eine Drehkraft mit einer konstanten Geschwindigkeit zum Beispiel von einem Motor eines Kraftfahrzeugs auf ein Rad zu übertragen, nämlich ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs und ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Tauchtyps. Diese Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenke weisen jeweils einen Aufbau auf, der die zwei Wellen auf der Antriebsseite und auf der angetriebenen Seite miteinander verbinden kann und ein Drehmoment auch dann mit einer konstanten Geschwindigkeit übertragen kann, wenn die beiden Wellen einen Betriebswinkel bilden.
Die Antriebswelle zum Übertragen von Kraft von dem Motor eines Kraftfahrzeugs auf ein Antriebsrad muss eine Winkelverschiebung und eine Axialverschiebung aufgrund von Änderungen in der relativen Positionsbeziehung zwischen einem Differential und den Rädern tolerieren, sodass die Antriebswelle allgemein einen Aufbau aufweist, in dem das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Tauchtyps auf der Differentialseite (inneren Seite) montiert ist, das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs auf der Antriebsradseite (äußeren Seite) montiert ist und beide Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenke durch die Welle miteinander verbunden sind. Ein typisches Beispiel für das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs ist ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Rzeppa-Typs, und typische Beispiele für das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Tauchtyps sind ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des doppelten Versatztyps und ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Dreibeintyps.
Die oben genannten Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenke müssen eine hervorragende Festigkeit und Beständigkeit aufweisen, sodass allgemein solide Metallmaterialien (Ingot-Materialien) für die Komponenten der Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenke verwendet werden. Die Komponenten werden zu fertigen Produkten verarbeitet, indem zum Beispiel Schritte zum Durchführen eines Schmiedeprozesses und ähnlichem für das Erhalten einer Vorform, zum Durchführen eines Drehprozesses auf einer Außenfläche, einer Innenfläche und ähnlichem, zum Durchführen einer Wärmebehandlung wie etwa eines Abschreckens und zum Durchführen eines Schleifprozesses auf Teilen, für die eine hohe Genauigkeit erforderlich ist, ausgeführt werden. Deshalb sind der Arbeitsaufwand und der Materialverlust groß, wodurch einer Reduktion der Herstellungskosten Grenzen gesetzt werden.
Im Gegensatz dazu umfasst das in der Patentliteratur 1 beschriebene Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk einen Käfig, der aus einem gesinterten Material ausgebildet ist. Es müssen jedoch Maßnahmen zum Sicherstellen einer erforderlichen Festigkeit und einer erforderlichen Beständigkeit des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks und Maßnahmen hinsichtlich der Herstellung wie etwa für eine Massenproduktion des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks getroffen werden.
Wenn das Kraftfahrzeug in einem extrem kalten Gebiet über einen langen Zeitraum hinweg genutzt wird, ist die Temperatur eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks, das für den Antrieb eines Vorderrads verwendet wird, so niedrig wie die Außentemperatur (zum Beispiel –20°C oder weniger) und ist auch die Temperatur des darin eingeschlossenen Fetts niedrig. Wenn in diesem Fall ein Drehmoment an dem Gelenk mit einem großen Betriebswinkel eingegeben wird, kann unmittelbar nach der Eingabe des Drehmoments ein Haft-Gleit-Effekt aufgrund einer vorübergehend mangelnden Schmierung an Teilen an einer Innenseite des Gelenks wie etwa an Teilen zwischen den Laufrillen und den Kugeln, zwischen einer sphärischen Innenfläche eines äußeren Gelenkglieds und einer sphärischen Außenfläche des Käfigs und zwischen einer sphärischen Außenfläche eines inneren Gelenkglieds und einer sphärischen Innenfläche des Käfigs auftreten. Ein Haft-Gleit-Effekt kann ein unangenehmes und anormales Geräusch für die Ohren des Fahrers verursachen (dieses anormale Geräusch wird hier als „anormales Geräusch bei einer niedrigen Temperatur” bezeichnet). Das anormale Geräusch bei einer niedrigen Temperatur wird sofort unterdrückt, weil sich die Temperatur des Universalgelenks aufgrund einer Wärmeerzeugung in Verbindung mit der Drehung des Gelenks erhöht. Das anormale Geräusch bei einer niedrigen Temperatur ist also ein Problem, das nur am Beginn einer Fahrt und anschließend nicht mehr auftritt. Es ist jedoch wünschenswert, dieses Problem zu beseitigen.
Dokumente aus dem Stand der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Offen gelegte japanische Gebrauchsmustermodellanmeldung (JP-U) Nr. 3-105726

Zusammenfassung der Erfindung
Problemstellung der Erfindung
Angesichts der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk anzugeben, das eine erforderliche Leistung, eine erforderliche Festigkeit, eine erforderliche Beständigkeit und eine hohe Materialausbeute aufweist, mit einer hohen Verarbeitungsfähigkeit massenproduziert werden kann und eine Kostenreduktion ermöglicht.
Das Patentdokument 1 beschreibt kein Verfahren zum Sintern eines Käfigs, der aus einem Metallsinterkörper ausgebildet ist, wobei ein kaltisostatisches Pressverfahren (CIP-Verfahren) und ein heißisostatisches Pressverfahren (HIP-Verfahren) durchgeführt werden müssen, um mechanische Eigenschaften des Käfigs sicherzustellen. In derartigen Verfahren wird ein Stahlstab aus einem gesinterten Material ausgebildet, zu einer vorbestimmten Länge geschnitten und dann unter Verwendung eines Verarbeitungsprozesses zu einem Käfig mit einer vorbestimmten Form verarbeitet. Dabei muss ein Endbearbeitungsprozess durchgeführt werden, wodurch sich das Problem ergibt, dass die Materialausbeute gering ist und die durch das Ausbilden des Käfigs mit dem Metallsinterkörper erzielte Kostenreduktion weniger vorteilhaft ist.
Weiterhin erfordern das CIP-Verfahren und das HIP-Verfahren eine umfangreiche Ausstattung, sodass sie nicht für eine Serienproduktion geeignet sind. Keines dieser Verfahren ist also praktisch als ein Verfahren zum Herstellen des Käfigs, der eine in Masse zu produzierende Komponente ist.
Angesichts der vorstehend geschilderten Probleme ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk einschließlich einer darin enthaltenen und für eine Serienproduktion geeigneten ringförmigen Komponente anzugeben, das eine erforderliche Leistung, eine erforderliche Festigkeit, eine erforderliche Beständigkeit und eine hohe Materialausbeute aufweist, mit einer hohen Verarbeitbarkeit massenproduziert werden kann und eine Kostenreduktion ermöglicht.
Problemlösung
Im Verlauf von verschiedenen Untersuchungen dazu, wie die oben genannten Aufgaben gelöst werden können, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die folgenden zwei neue Konzepte entwickelt, nämlich die Verwendung von hochdichten Metallsinterkörpern für die Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks und das Ausbilden von gehärteten Schichten an den Oberflächen der Metallsinterkörper mittels einer Wärmebehandlung. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben diese beiden Konzepte miteinander kombiniert und dadurch die vorliegende Erfindung geschaffen. Weiterhin haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung das Konzept entwickelt, dass eine ringförmige Komponente aus dem Metallsinterkörper mittels eines allgemeinen pulvermetallurgischen Pressens und eines allgemeinen Kaltwalzprozesses in Reihe produziert werden kann, wobei sie dieses Konzept mit den oben genannten zwei Konzepten kombiniert haben, um die vorliegende Erfindung zu schaffen.
Um die oben genannten Aufgaben zu erfüllen, ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk angegeben, das umfasst: ein äußeres Gelenkglied; ein inneres Gelenkglied, das innerhalb des äußeren Gelenkglieds angeordnet ist; und Drehmomentübertragungsglieder; wobei das äußere Gelenkglied und/oder das innere Gelenkglied Laufrillen umfassen, die in Rollflächen der Drehmomentübertragungsglieder eingreifen; wobei wenigstens eine der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks aus einem Metallsinterkörper ausgebildet ist; wobei der Metallsinterkörper eine relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% aufweist; und wobei der Metallsinterkörper eine gehärtete Schicht aufweist, die auf einer Oberfläche desselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet ist.
Der Metallsinterkörper der wenigstens einen Komponente des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks weist eine relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% auf. Die relative Dichte wird hier durch den folgenden mathematischen Ausdruck ausgedrückt: relative Dichte = (Dichte des Metallsinterkörpers/wahre Dichte) × 100[%]
In diesem Ausdruck ist unter der „wahren Dichte [g/cm³]” eine theoretische Dichte eines Materials ohne internen Poren wie etwa eines Vorformlings aus einem Ingot-Material zu verstehen und kann aus den folgenden mathematischen Ausdrücken erhalten werden.
Material mit einer einzelnen Zusammensetzung: wahre Dichte = 100/(100/Dichte des Elementmaterials) = Dichte des Elementmaterials
Material mit einer Vielzahl von Zusammensetzungen (es werden hier drei Typen von Zusammensetzungen A bis C beschrieben) wahre Dichte = 100/{Mischverhältnis des Elements A/Dichte des Elements A) + (Mischverhältnis des Elements B/Dichte des Elements B) + (Mischverhältnis des Elements C/Dichte des Elements C)}
Zum Beispiel weisen bei einem Edelstahl mit einer chemischen Zusammensetzung, die Fe und Cr mit jeweils 87,0 [Gewichtsprozent] und 13,0 [Gewichtsprozent] enthält, diese Elemente jeweils Dichten von 7,87 [g/cm³] und 7,15 [g/cm³] auf, sodass die wahre Dichte wie folgt berechnet werden kann: wahre Dichte = 100/{87,0/7,87) + (13,0/7,15)} ≈ 7,78
Das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist aus dem Metallsinterkörper mit einer hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% ausgebildet, wobei auf seiner Oberfläche eine gehärtete Schicht unter Verwendung einer Wärmebehandlung ausgebildet wird. Dadurch können eine erforderliche mechanische Festigkeit und eine erforderliche Beständigkeit sichergestellt werden. Der Metallsinterkörper wird durch das Sintern eines Grünlings erhalten, der in Übereinstimmung mit der Form wenigstens einer der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks geformt ist. Dann wird die gehärtete Schicht auf der Oberfläche desselben unter Verwendung einer Wärmebehandlung ausgebildet. Dadurch kann der Metallsinterkörper mit einer noch größeren Oberflächenhärte versehen werden. Es kann eine Härte auf der Rockwell C-Skala (HRC) von 55 oder mehr und vorzugsweise von 57 oder mehr erhalten werden, was eine Voraussetzung für Laufrillen ist, und es kann eine sphärische Fläche des Metallsinterkörpers sichergestellt werden. Als Wärmebehandlung können ein Abschrecken durch Eintauchen, ein Aufkohlen und Abschrecken und verschiedene andere Behandlungen verwendet werden, die in Übereinstimmung mit den Materialien und Produktspezifikationen ausgewählt werden können. Auf diese Weise können Komponenten mit einer vorbestimmten Genauigkeit und einer vorbestimmten mechanischen Festigkeit erhalten werden, sodass die Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks mit den erforderlichen Funktionen mit einer hohen Verarbeitbarkeit massenproduziert werden können. Es können also auch komplizierte Formen der Komponenten ohne eine Materialverschwendung ausgebildet werden. Auf diese Weise kann eine Kostenreduktion des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks erzielt werden. Was die Leistung betrifft, weist der Metallsinterkörper trotz der hohen Dichte eine entsprechende Anzahl von Poren auf, sodass ein Kontaktzustand erzielt werden kann, in dem ein Haft-Gleit-Effekt zwischen den Oberflächen der Laufrillen und der Kugeln und an Kontaktteilen in dem Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs weniger wahrscheinlich ist. Außerdem können aufgrund der hohen Haltefähigkeit des als Schmiermittel verwendeten Fetts ein Haft-Gleit-Effekt und ein anormales Geräusch bei einer niedrigen Temperatur unterdrückt werden. Das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist also als ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk für die Montage an einer Antriebswelle oder einer Propellerwelle geeignet.
Als das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zum Beispiel ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk angegeben, in dem das äußere Gelenkglied die Laufrillen aufweist, in dem das innere Gelenkglied die Laufrillen aufweist und in dem die Drehmoment-Übertragungsglieder Kugeln sind, die in die Laufrillen eingreifen, wobei die Kugel durch einen Käfig gehalten werden. Insbesondere umfasst das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs wie etwa ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Rzeppa-Typs oder ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des unterschnittenen freien Typs sowie weiterhin ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Tauchtyps wie etwa ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des doppelten Versatztyps oder ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Kreuzrillentyps. Bei diesen Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenken liegt die angemessene Anzahl von Kugeln bei ungefähr drei bis zehn. Ein weiteres Beispiel für das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Dreibeintyps, in dem das innere Gelenkglied ein Dreibeinglied ist, wobei das Dreibeinglied sphärische Rollen umfasst, die frei drehbar an demselben montiert sind, und wobei die sphärischen Rollen in die Laufrillen des äußeren Gelenkglieds eingreifen. Das innere Gelenkglied, das äußere Gelenkglied, der Käfig, die Rollen usw., die jeweils Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks sind, können aus einem Metallsinterkörper ausgebildet werden. Die vorliegende Erfindung kann also nicht nur auf einen Fall angewendet werden, in dem eine der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks aus einem Metallsinterkörper ausgebildet wird, sondern auch auf einen Fall, in dem alle Komponenten aus einem Metallsinterkörper ausgebildet werden.
Der oben beschriebene Metallsinterkörper kann durch das Sintern (Erhitzen auf eine Sintertemperatur oder höher) eines Grünlings aus einem Rohmaterialpulver ausgebildet werden, das ein legiertes Pulver ist, das enthält: ein Metallpulver aus einer Eisen-basierten Legierung als eine Hauptkomponente; und 0,5 bis 20 Massenprozent Chrom und/oder 3 Massenprozent oder weniger Molybdän. Insbesondere kann der Metallsinterkörper durch das Sintern eines Grünlings aus einem legierten Pulver ausgebildet werden, das zum Beispiel 1,5 Massenprozent Chrom und 0,2 Massenprozent Molybdän sowie ansonsten eine Eisen-basierte Legierung und unvermeidliche Verunreinigungen enthält. Es ist zu beachten, dass das legierte Pulver konzeptuell sowohl ein teilweise legiertes Pulver als auch ein vollständig legiertes Pulver sein kann.
Der oben beschriebene Metallsinterkörper kann durch das Sintern eines Grünling-Granulats aus einem Rohmaterialpulver ausgebildet werden, das ein Metallpulver aus einer Eisen-basierten Legierung als eine Hauptkomponente enthält.
In dem oben beschriebenen Aufbau werden poröse Strukturen der Laufwegflächen und/oder der Laufrillen durch eine plastische Verarbeitung in einem höheren Grad verdichtet als andere Bereiche. Wenn die Laufwegflächen oder die Laufrillen verdichtet werden, wird die Anzahl von Poren, die eine Spannungskonzentration verursachen, kleiner, sodass eine Rissbildung weniger wahrscheinlich ist. Als eine plastische Verarbeitung kann ein Brünierungsprozess verwendet werden.
Es ist wünschenswert, dass das für die Ausbildung des Grünlings verwendete Rohmaterialpulver ein Schmiermittel zum Reduzieren der Reibungskraft zwischen Partikeln des Rohmaterialpulvers und zwischen den Partikeln und dem Formsatz und insbesondere ein Schmiermittel enthält, das sich bei Einwirkung einer Presskraft während des Ausbildens des Grünlings verflüssigt, sodass es dispergiert und zwischen den Partikeln des Rohmaterialpulvers eindringt. Der Metallsinterkörper kann durch das Erhitzen eines Grünlings ausgebildet werden, in dem das Rohmaterialpulver mit einem festen Schmiermittel gemischt ist. Dabei kann der Grünling problemlos aus dem Formsatz entnommen werden, sodass der Metallsinterkörper mit einer größeren Genauigkeit erhalten werden kann.
Der oben beschriebene Metallsinterkörper kann zum Beispiel durch das Sintern des Grünlings bei 1150°C oder mehr und 1300°C oder weniger ausgebildet werden, wobei der Grünling durch das Pressen des Rohmaterialpulvers mit einem Presskraft von 800 MPa oder mehr und 1100 MPa oder weniger ausgebildet wird. Um in diesem Fall eine Oxidation des Rohmaterialpulvers (Metallpulvers) und damit des Metallsinterkörpers möglichst zu verhindern, ist wünschenswert, dass der oben beschriebene Metallsinterkörper durch das Sintern des Grünlings in einer Edelgasatmosphäre oder unter Vakuum ausgebildet wird.
Unter den Komponenten, die durch den oben beschriebenen Metallsinterkörper ausgebildet werden, wird eine ringförmige Komponente einem Kaltwalzprozess unterworfen. Poröse Strukturen einer Innenfläche und einer Außenfläche werden mit einem höheren Grad verdichtet als andere Bereiche. Auf diese Weise kann der Metallsinterkörper nicht durch ein CIP-Verfahren oder ein HIP-Verfahren, sondern durch ein allgemeines pulvermetallurgisches Pressen hergestellt werden, sodass er für eine Serienproduktion geeignet ist. Außerdem wird der Metallsinterkörper durch den Kaltwalzprozess geformt, wodurch die Materialausbeute erhöht wird. Es kann eine dimensionale Genauigkeit erzielt werden, die derjenigen eines fertiggestellten Produkts nahe kommt. Weiterhin wird der poröse Aufbau der Oberfläche der ringförmigen Komponente, die dem Kaltwalzprozess unterworfen wird, mit einem höheren Grad verdichtet als die anderen Bereiche, wodurch ihre Festigkeit erhöht werden kann.
Die oben genannte ringförmige Komponente umfasst den Käfig des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks, in dem das äußere Gelenkglied die Laufrillen umfasst, in dem das innere Gelenkglied die Laufrillen umfasst und in dem die Drehmoment-Übertragungsglieder Kugeln sind, die in die Laufrillen eingreifen, wobei die Kugeln durch einen Käfig gehalten werden. Weiterhin umfasst die ringförmige Komponente Rollen des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks des Dreibeintyps, in dem das innere Gelenkglied das Dreiglied aufweist, wobei das Dreibeinglied die frei daran montierten Rollen umfasst und wobei die Rollen in die Laufrillen des äußeren Gelenkglieds eingreifen. Auf diese Weise kann die Festigkeit des zu verschiebenden und einzupassenden Käfigs und der zu rollenden Rollen erhöht werden. Insbesondere umfasst das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk mit dem oben genannten Käfig ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Rzeppa-Typs und ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des unterschnittenen freien Typs und umfasst ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Tauchtyps ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des doppelten Versatztyps und ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Kreuzrillentyps. Bei diesen Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenken liegt die angemessene Anzahl von Kugeln zwischen drei und zehn.
Effekte der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks mit einer hohen Verarbeitbarkeit massenproduziert werden. Dieser Vorteil trägt zu einer Kostenreduktion des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks mit einer erforderlichen Leistung, einer erforderlichen Festigkeit und einer erforderlichen Lebensdauer bei.
Und wenn der Kaltwalzprozess auf der ringförmigen Komponente untern den jeweils aus einem Metallsinterkörper ausgebildeten Komponenten durchgeführt wird, kann der Metallsinterkörper durch ein allgemeines pulvermetallurgisches Pressen hergestellt werden, sodass er für eine Serienproduktion geeignet ist. Und wenn der Metallsinterkörper durch den Kaltwalzprozess ausgebildet wird, wird die Materialausbeute erhöht. Es kann eine dimensionale Genauigkeit erhalten werden, die derjenigen eines fertiggestellten Produkts nahe kommt. Weiterhin wird die poröse Struktur der Oberfläche der ringförmigen Komponente, die dem Kaltwalzprozess unterworfen wird, mit einem höheren Grad verdichtet als die anderen Bereiche, sodass ihre Festigkeit erhöht werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2a ist eine weitere Teilvertikalschnittansicht des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der ersten Ausführungsform.
2b ist eine Vorderansicht des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks.
3a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines äußeren Gelenkglieds des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks.
3b ist eine Horizontalschnittansicht entlang der Linie D-D von 3a.
4a ist eine Vertikalschnittansicht entlang der Linie E-E von 4b und zeigt ein inneres Gelenkglied des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks.
4b ist eine Vorderansicht des inneren Gelenkglieds.
5a ist eine Vertikalschnittansicht entlang der Linie G-G von 5b und zeigt einen Käfig des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks.
5b ist eine Horizontalschnittansicht entlang der Linie F-F von 5a.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Herstellungsfluss eines Metallsinterkörpers zeigt.
7a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7b ist eine Vorderansicht des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der zweiten Ausführungsform.
8a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8b ist eine Vorderansicht des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der dritten Ausführungsform.
9a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9b ist eine Vorderansicht des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der vierten Ausführungsform.
10 ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Ansicht einer Rolle des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der fünften Ausführungsform.
12 ist eine Ansicht eines Dreibeinglieds des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der fünften Ausführungsform.
13 ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Flussdiagramm, das einen anderen Herstellungsfluss für einen Metallsinterkörper zeigt.
16a ist eine Vertikalschnittansicht eines Sinterkörpers eines Käfigs des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der siebten Ausführungsform.
16b ist eine Vertikalschnittansicht einer Form des Käfigs des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der siebten Ausführungsform, die durch einen Kaltwalzprozess erhalten wird.
17 ist eine Ansicht, die schematisch den auf dem Käfig durchzuführenden Kaltwalzprozess zeigt.
18a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18b ist eine Vorderansicht des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der achten Ausführungsform.
19a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19b ist eine Vorderansicht des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der neunten Ausführungsform.
20 ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine Ansicht einer Rolle des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß der zehnten Ausführungsform.
22 ist eine Teilvertikalschnittansicht einer Antriebswelle, die durch das Koppeln mit den Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenken gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Mit Bezug auf 1 bis 5 wird ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das in 1 gezeigte Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 1 ist ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Rzeppa-Typs, das ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs ist, wobei 1 ein Beispiel zeigt, in dem das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 1 auf eine Kraftfahrzeug-Antriebswelle angewendet ist. Das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 1 umfasst ein äußeres Gelenkglied 2, ein inneres Gelenkglied 3, Kugeln 4 und einen Käfig 5. Das äußere Gelenkglied 2 weist eine sphärische Innenumfangsfläche 6 auf, die mit sechs Laufrillen 7 versehen ist, die mit gleichen Winkeln entlang einer Axialrichtung ausgebildet sind. Das innere Gelenkglied 3 weist eine sphärische Außenumfangsfläche 8 auf, die mit Laufrillen 9 versehen ist, die mit gleichen Winkeln entlang der Axialrichtung ausgebildet sind, sodass sie den Laufrillen 7 des äußeren Gelenkglieds 2 zugewandt sind. Sechs Kugeln 4 für eine Drehmomentübertragung sind zwischen den Laufrillen 7 des äußeren Gelenkglieds 2 und den Laufrillen 9 des inneren Gelenkglieds 3 angeordnet. Der Käfig 5 zum Halten der Kugeln 4 ist zwischen der sphärischen Innenumfangsfläche 6 des äußeren Gelenkglieds 2 und der sphärischen Außenumfangsfläche 8 des inneren Gelenkglieds 3 angeordnet. Die Laufrillen 7 und 9 und die Kugeln 4 werden normal in Kontakt miteinander mit einem Kontaktwinkel (ungefähr 30° bis 45°) gehalten, sodass die Laufrillen 7 und 9 und die Kugeln 4 tatsächlich an Positionen auf einer Seitenflächenseite der Laufrillen 7 und 9, die etwas von den Rillenböden der Laufrillen 7 und 9 beabstandet sind, in Kontakt miteinander gehalten werden. Das innere Gelenkglied 3 weist ein Innenumfangsloch auf, das mit weiblichen Keilen 12 versehen ist, die in männliche Keile 13 gepasst sind, die an einem axialen Ende einer Zwischenwelle 10 ausgebildet sind und in der Axialrichtung durch einen Stoppring 14 fixiert sind. Das äußere Gelenkglied 2 ist einstückig mit einem Halteteil 15 ausgebildet, der mit einer Radlagereinrichtung (nicht gezeigt) zu verbinden ist. Beide Enden einer Muffe 11 sind an einem Außenumfang des äußeren Gelenkglieds 2 und an einem Außenumfang der Zwischenwelle 10 montiert und durch Muffenbänder 16 und 17 fixiert, sodass das Innere des Gelenks abgedichtet ist. Fett ist als ein Schmiermittel in das Innere des Gelenks gefüllt.
Wie in 1 gezeigt, ist die Krümmungsmitte der sphärischen Innenumfangsfläche 6 des äußeren Gelenkglieds 2 und der sphärischen Außenumfangsfläche 8 des inneren Gelenkglieds 3 an einer Gelenkmitte O ausgebildet. Weiterhin sind die Krümmungsmitte A der Laufrillen 7 des äußeren Gelenkglieds 2 und die Krümmungsmitte B der Laufrillen 9 des inneren Gelenkglieds 3 mit gleichen Distanzen in der Axialrichtung von der Gelenkmitte O versetzt. Die Laufrillen 7 und 9 des äußeren Gelenkglieds 2 und des inneren Gelenkglieds 3 weisen also eine keilartige Form auf, die zu einer Öffnungsseite hin breiter wird, wobei eine Herausdrückkraft zu der Öffnungsseite hin auf die Kugeln 4 ausgeübt wird, die zwischen den beiden Laufrillen 7 und 9 angeordnet sind. Die Herausdrückkraft erzeugt Taschenlasten zwischen den Kugeln 4 und den Taschenflächen des Käfigs 5 sowie Kontaktkräfte zwischen einer sphärischen Außenumfangsfläche 21 des Käfigs 5 und der sphärischen Innenumfangsfläche 6 des äußeren Gelenkglieds 2 und zwischen einer sphärischen Innenumfangsfläche 22 des Käfigs 5 und der sphärischen Außenumfangsfläche 8 des inneren Gelenkglieds 3. Der Käfig 5 weist also eine hervorragende mechanische Festigkeit auf. Wenn bei diesem Aufbau das Gelenk einen Betriebswinkel bildet, werden die Kugeln 4 konstant in eine Ebene geführt, die durch die Zweiteilung eines Winkels zwischen den beiden Axiallinien des äußeren Gelenkglieds 2 und des inneren Gelenkglieds 3 gebildet wird. Daraus resultiert, dass ein Drehmoment zwischen den zwei Achsen mit einer konstanten Geschwindigkeit übertragen wird.
2 zeigt separat einen Teil des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1. 2a ist eine Teilvertikalschnittansicht des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1, und 2b ist eine entsprechende Vorderansicht. In dieser Ausführungsform sind das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und der Käfig 5 des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 jeweils aus einem Metallsinterkörper ausgebildet. Eine Muffenmontagevertiefung 18 ist entlang des Außenumfangs auf der Öffnungsseite des äußeren Gelenkglieds 2 ausgebildet, und der Wellenteil 15 umfasst männliche Keile 19, die auf ein Nabenrad der Radlagereinrichtung (nicht gezeigt) gepasst sind, wobei ein Befestigungs-/Fixierungs-Gewindeteil 20 an einem axialen Ende des Wellenteils 15 ausgebildet ist. Wie in 2b gezeigt, sind die weiblichen Keile 12 entlang des Innenumfangslochs des inneren Gelenkglieds 3 ausgebildet und auf die männlichen Keile 13 an dem axialen Ende der Zwischenwelle 10 von 1 gepasst.
3 bis 5 zeigen die Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1. Die Ansichten von 3 zeigen nur das äußere Gelenkglied 2. 3a ist eine Vertikalschnittansicht, und 3b ist eine Horizontalschnittansicht entlang der Linie D-D von 3a. In diesen Figuren wird ein Grünling des äußeren Gelenkglieds 2 durch das Bezugszeichen 2' angegeben und wird ein Metallsinterkörper desselben durch das Bezugszeichen 2'' angegeben. Der Grünling 2' und der Metallsinterkörper 2'' unterscheiden sich in ihrer Form etwas von dem fertiggestellten Produkt des äußeren Gelenkglieds 2, wobei jedoch auf eine Darstellung des Unterschieds verzichtet wird, um die Beschreibung zu vereinfachen. Dasselbe gilt für die folgenden Ansichten, die jeweils nur die Komponenten zeigen. Die Ansichten von 4 zeigen nur das innere Gelenkglied 3. 4b ist eine Vorderansicht, und 4a ist eine Vertikalschnittansicht entlang der Linie E-E von 4b. Ein in 4a gezeigter ausgeschnittener Teil 23 ist derart konfiguriert, dass ein inneres Gelenkglied 3 in Taschen 20 (siehe 5) des Käfigs 5 eingesteckt und in denselben montiert werden kann, während das innere Gelenkglied 3 in dem Käfig 5 montiert wird. Die Ansichten von 5 zeigen nur den Käfig 5. 5a ist eine Vertikalschnittansicht einer Mittenebene der Taschen 20 (entlang der Linie G-G von 5b), und 5b ist eine Horizontalschnittansicht entlang der Linie F-F von 5a.
Wie in 3 bis 5 gezeigt, werden das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und der Käfig 5 aus den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5'', die durch das Sintern eines Grünlings aus einem Rohmaterialpulver mit einem darin als Hauptkomponente enthaltenen Metallpulver gebildet werden, ausgebildet und weisen jeweils eine gehärtete Schicht (nicht gezeigt) auf, die auf den Oberflächen derselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet werden. Das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und der Käfig 5 mit der oben beschriebenen Konfiguration werden jeweils wie in 6 gezeigt durch einen Rohmaterialpulvervorbereitungsschritt S1, einen Pulverausbildungsschritt S2, einen Entfettungsschritt S3, einen Sinterschritt S4, einen plastischen Verarbeitungsschritt S5, einen Wärmebehandlungsschritt S6 und einen Endbearbeitungsschritt S7 ausgebildet. Der Herstellungsfluss ist im Wesentlichen identisch für das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und den Käfig 5, sodass diese drei Glieder in der folgenden Beschreibung gemeinsam beschrieben werden.
In dem Rohmaterialpulvervorbereitungsschritt S1 wird ein Rohmaterialpulver als ein Formmaterial für das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und den Käfig 5, die aus einem Metallsinterkörper auszubilden sind, vorbereitet und erzeugt. Das Rohmaterialpulver kann ein teilweise legiertes Pulver oder ein vollständig legiertes Pulver sein, das zum Beispiel Eisen (Fe) als eine Hauptkomponente und 0,5 Massenprozent bis 20 Massenprozent Chrom (Cr) und/oder 3 Massenprozent oder weniger Molybdän (Mo) enthält. Es wird hier ein vollständig legiertes Pulver verwendet, das nicht nur 1,5 Massenprozent Chrom und 0,2 Massenprozent Molybdän, sondern auch 0,3 Massenprozent Kohlenstoff (C) und ansonsten Eisen enthält.
Bei Bedarf kann das Rohmaterialpulver mit Zusätzen wie zum Beispiel mit soliden Schmiermitteln wie etwa Kupfer, Molybdändisulfid, Graphit oder ähnlichem oder mit Schmiermitteln für ein einfacheres Formen wie etwa Zinkstearat und Etyhlenbissteraamid als einem nicht-metallischen Schmiermittel gemischt werden.
In dem Pulverausbildungsschritt S2 wird das oben beschriebene Rohmaterialpulver verdichtet, um die Grünlinge 2', 3' und 5' jeweils mit den Formen des äußeren Gelenkglieds 2, des inneren Gelenkglieds 3 und des Käfigs 5 (siehe 3 bis 5) zu bilden. Die Grünlinge 2', 3' und 5' werden durch eine Verdichtung gebildet, sodass die durch ein Erhitzen auf eine Sintertemperatur oder höher ausgebildeten Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' eine relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% und vorzugweise von 90% oder mehr und weniger als 100% aufweisen. Das in dieser Ausführungsform verwendete Rohmaterialpulver enthält Eisen als eine Hauptkomponente, wobei das Eisen eine Dichte von ungefähr 7,8 g/cm³ aufweist. Die Grünlinge 2', 3' und 5' werden durch eine Verdichtung zu den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5'' geformt die jeweils eine Dichte von 7,3 g/cm³ bis 7,5 g/cm³ aufweisen.
Insbesondere werden die Grünlinge 2', 3' und 5' geformt, indem ein Formsatz, der einen Hohlraum in Entsprechung zu der Form eines Grünlings aufweist, in eine CNC-Pressmaschine, die zum Beispiel einen Servomotor als Antriebsquelle aufweist, gesetzt wird, das oben beschriebene Rohmaterialpulver in den Hohlraum geladen wird und das Rohmaterialpulver mit einer Presskraft von 800 MPa bis 1100 MPa unter Druck gesetzt wird. Während des Ausbildens der Grünlinge 2', 3' und 5' kann der Formsatz auf 70°C oder mehr erhitzt werden. Die Laufrillen 7 und die sphärische Innenumfangsfläche 6 des Grünlings 2' des äußeren Gelenkglieds und die Laufrillen 9 und die sphärische Außenumfangsfläche 8 des Grünlings 3' des inneren Gelenkglieds weisen jeweils eine Form auf, die in der Gelenk-Axialrichtung gekrümmt ist. Der Formsatz mit dem darin vorgesehenen Hohlraum kann Formen umfassen, die in einer Umfangsrichtung geteilt sind.
Wenn das Rohmaterialpulver verdichtet wird, um die Grünlinge 2', 3' und 5' zu erhalten, die zu den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5'' mit jeweils den hohen relativen Dichten innerhalb des oben genannten Bereichs geformt werden sollen, können die Oberflächen der Grünlinge 2', 3' und 5' unter Umständen an einer Innenwandfläche des Hohlraums haften. Dabei ergibt sich die Gefahr, dass die Grünlinge 2', 3' und 5' nicht glatt aus dem Formsatz gelöst werden können. Deshalb wird in dieser Ausführungsform das solide Schmiermittel in das Rohmaterialpulver gemischt. Dabei kann das solide Schmiermittel während der Ausbildung der Grünlinge 2', 3' und 5' aufgrund der oben genannten hohen Presskraft verflüssigt werden, wobei das verflüssigte solide Schmiermittel dispergieren und zwischen Partikeln des Rohmaterialpulvers eindringen kann. Trotz ihrer Sprödigkeit können die Grünlinge 2', 3' und 5' glatt gelöst werden, wobei eine Verformung der Grünlinge 2', 3' und 5' während der Lösung vermieden werden kann.
In dem Entfettungsschritt S3 werden das Schmiermittel und ähnliches aus den Grünlingen 2', 3' und 5' entfernt. Die Entfettung kann unter denselben Bedingungen wie für das Erzeugen von allgemeinen Sintermetallprodukten durchgeführt werden.
In dem Sinterschritt S4 werden die entfetteten Grünlinge 2', 3' und 5' zu der Sintertemperatur oder höher erhitzt, um benachbarte Partikeln des Rohmaterialpulvers zu sintern und miteinander zu verbinden. Auf diese Weise werden die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' ausgebildet. Das Rohmaterialpulver enthält Eisen als eine Hauptkomponente. Um also die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' auszubilden und dabei eine Oxidation möglichst zu vermeiden, werden die Grünlinge 2'', 3'' und 5'' zum Beispiel in einer gemischten Gasatmosphäre aus einem Stickstoffgas und einem Wasserstoffgas angeordnet und sechzig Minuten lang auf eine Temperatur zwischen 1150°C und 1300°C (zum Beispiel 1250°C) erhitzt. Es ist zu beachten, dass das Sintern der Grünlinge 2'', 3'' und 5'' nicht nur wie oben beschrieben in einer Edelgasatmosphäre, sondern auch unter einem Vakuum durchgeführt werden kann.
In dem plastischen Verarbeitungsschritt S5 werden die Laufrillen 7 und 9 und die sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 der wie oben beschrieben geformten Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' einer plastischen Verarbeitung wie etwa einem Brünierungsprozess unterworfen, sodass sie mit einer höheren Dichte ausgebildet werden können. Es ist zu beachten, dass es angesichts der Gestaltungsfähigkeiten des Formsatzes für die Grünlinge wünschenswert ist, dass der Gewindeteil 20 an dem axialen Endteil des äußeren Gelenkglieds 2 (siehe 2a) durch einen Walzprozess an dem Metallsinterkörper 2'' ausgebildet wird. Weiterhin ist zu wünschen, dass die Muffenmontagevertiefung 18 des äußeren Gelenkglieds 2 (siehe 2a) und die helischen Ölrillen eines Schaftteils 76 eines äußeren Gelenkglieds 62 (siehe 10) durch einen Drehprozess oder einen Walzprozess auf dem Metallsinterkörper 2'' ausgebildet werden.
Die Grünlinge 2', 3' und 5' werden unter den oben beschriebenen Bedingungen gesintert, und dann wird die plastische Verarbeitung auf den Laufrillen 7 und 9 und den sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 durchgeführt. Dabei werden die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' jeweils mit einer relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% ausgebildet. Weiterhin werden durch die plastische Verarbeitung auf den Laufrillen 7 und 9 und den sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 poröse Strukturen der einer plastischen Verarbeitung unterworfenen Teile im Vergleich zu anderen Bereichen verdichtet. Das heißt also, dass an den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5'', die dem plastischen Verarbeitungsschritt S5 unterworfen werden, wenigstens die Bereiche der Laufrillen 7 und 9 und der sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 weiter verdichtet werden (mit einer höheren Dichte ausgebildet werden). Dadurch können eine höhere mechanische Festigkeit und eine längere Lebenszeit erzielt werden. Wenn die Laufrillen 7 und 9 und die sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 verdichtet werden, ist der Vorteil gegeben, dass die Anzahl von Poren, die eine Spannungskonzentration verursachen, vermindert werden kann und deshalb weniger Risse entstehen. In der vorliegenden Erfindung ist unter einer Erhöhung der Dichte der einer plastischen Verarbeitung unterworfenen Teile zu verstehen, dass die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' mit den der plastischen Verarbeitung unterworfenen Teilen eine relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% aufweisen. Der plastische Verarbeitungsschritt S5 muss jedoch nicht durchgeführt werden und wird nur bei Bedarf durchgeführt.
Der Wärmebehandlungsschritt S6 ist ein Schritt zum Durchführen einer Wärmebehandlung wie etwa einer Abschreckbehandlung auf den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5'' zum Ausbilden von gehärteten Schichten (nicht gezeigt) auf deren Oberflächen. Dabei können die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' jeweils mit einer noch größeren Oberflächenhärte versehen werden. Dadurch kann eine Härte auf der Rockwell C-Skala (HRC) von 55 oder mehr und vorzugsweise von 57 oder mehr sichergestellt werden, die für jede der Laufrillen 7 und 9 und die sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 der Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' erforderlich ist. Als Verfahren zum Abschrecken kann ein Tauchabschrecken oder ein Aufkohlen und Abschrecken verwendet werden, wobei diese Verfahren in Übereinstimmung mit den Materialien und Produktspezifikationen ausgewählt werden können.
Der Endbearbeitungsschritt S7 ist ein Schritt zum Durchführen eines Endbearbeitungsprozesses wie etwa eines Schleifprozesses auf vorbestimmten Teilen der Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'', um gewünschte Teile der Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' mit einer größeren Genauigkeit zu verarbeiten. Weiterhin kann eine Porendichtungsbehandlung auf gewünschten Teilen der Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' durchgeführt werden. Der Endbearbeitungsschritt S7 muss jedoch nicht durchgeführt werden und wird nur bei Bedarf durchgeführt.
Wie oben beschrieben, werden das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und der Käfig 5 des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5'' ausgebildet, die jeweils die hohe relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% aufweisen. Dadurch können eine erforderliche mechanische Festigkeit und eine erforderliche Lebensdauer sichergestellt werden. Und indem eine Wärmebehandlung wie etwa eine Abschreckbehandlung auf den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5'' durchgeführt wird, um gehärtete Schichten auf deren Oberflächen auszubilden, können die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' jeweils mit einer noch größeren Oberflächenhärte versehen werden. Auf diese Weise kann eine Härte auf der Rockwell C-Skala (HRC) von 55 oder mehr und vorzugsweise von 57 oder mehr sichergestellt werden, die für die Laufrillen 7 und 9 und die sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 der Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' erforderlich ist. Außerdem werden die porösen Strukturen durch die plastische Verarbeitung auf den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5'' verdichtet, sodass eine höhere mechanische Festigkeit und eine längere Lebensdauer der Laufrillen 7 und 9 und der sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 erzielt werden. Das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und der Käfig 5, die Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 mit entsprechenden Funktionen sind, können also mit einer hohen Verarbeitbarkeit massenproduziert werden, wobei auch komplizierte Formen derselben ohne eine Materialverschwendung ausgebildet werden können. Auf diese Weise kann eine Kostenreduktion des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 erzielt werden. Und trotz der hohen Dichte weisen die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' jeweils eine entsprechende Anzahl von Poren auf, sodass ein Kontaktzustand erzielt werden kann, in dem ein Haft-Gleit-Effekt zwischen den Oberflächen der Laufrillen 7 und 9 und den Kugeln 4 sowie der sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 in dem Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs weniger wahrscheinlich auftritt. Und wegen der hohen Haltefähigkeit des als Schmiermittels verwendeten Fetts können ein Haft-Gleit-Effekt und ein anormales Geräusch bei einer niedrigen Temperatur unterdrückt werden.
Vorstehend wurde ein Metallsinterkörper gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind die spezifischen Mittel zum Erhalten der Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' mit jeweils einer hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% nicht auf die hier beschriebenen Mittel beschränkt. Zum Beispiel können die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' auch erhalten werden, indem ein Grünling durch ein Pressen eines durch eine Granulierung aus einem Rohmaterialpulver erhaltenen Granulats ausgebildet wird und der Grünling dann durch Sintern und Erhitzen gebunden wird. In diesem Fall werden die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' durch die im Folgenden beschriebene Prozedur erhalten.
Zuerst wird ein Rohmaterialpulver mit einer darin als einer Hauptkomponente enthaltenen Eisen-basierten Legierung und mit dazu gemischten Partikeln aus Kupfer, Nickel, Molybdändisulfid, Graphit oder ähnlichem erzeugt. Zum Beispiel ist ein Rohmaterialpulver zu bevorzugen, das Eisen als Hauptkomponente und 0,3 Massenprozent oder mehr Kohlenstoff enthält. Dabei ist die Pulverpartikelgröße (D50) des Rohmaterialpulvers vorzugsweise auf 20 μm oder weniger und noch besser auf 10 μm oder weniger gesetzt. Der Grund hierfür ist, dass bei einer großen Pulverpartikelgröße des Rohmaterialpulvers große Poren zwischen Partikeln des Rohmaterialpulvers zum Ausbilden eines Grünlings gebildet werden, die auch durch ein Erhitzen des Grünlings zum Ausbilden eines Metallsinterkörpers nicht geschlossen werden können. Daraus resultiert, dass es schwierig ist, die Dichte zu erhöhen. Wenn im Gegensatz dazu die Pulverpartikelgröße (D50) des Rohmaterialpulvers auf 20 μm oder weniger gesetzt ist, können die Poren während des Sinterns geschlossen werden, sodass also die Dichte erhöht werden kann.
Dann wird das oben genannte Rohmaterialpulver granuliert, um ein Granulat zu bilden. Wenn das Rohmaterialpulver auf diese Weise granuliert wird, wird das Fließvermögen des Rohmaterialpulvers im Inneren des Formsatzes für das Formen von Grünlingen erhöht, sodass die Formbarkeit sichergestellt werden kann. Zum Beispiel ist das Granulat ein Aggregat aus den Partikeln des oben genannten Rohmaterialpulvers, zu dem Schmiermittel zum Reduzieren eines Reibungsverlusts während des Formens, ein Formlösungsmittel und ein Granulierungsmittel, das als ein Kleber zum Vorsehen einer entsprechenden Festigkeit für das Granulat dient, zugesetzt sind. Als Schmiermittel können Zinkstearat, das ein metallisches Schmiermittel ist, oder Ethylenbisstearamid, das ein nicht-metallisches Schmiermittel ist, verwendet werden. Das Granuliermittel ist eine organische Substanz.
Die Pulverpartikelgröße (D50) des Granulats ist vorzugsweise auf 500 μm oder weniger gesetzt. Der Grund hierfür ist, dass bei einem Pulverpartikeldurchmesser von mehr als 500 μm die Ladefähigkeit in Bezug auf den Hohlraum beeinträchtigt ist, sodass das Granulat nicht mit einer erforderlichen und ausreichenden Menge geladen werden kann. Daraus kann es unter Umständen schwierig sein, einen Grünling mit einer hohen Dichte zu erhalten, wodurch das Erhalten eines Sinterkörpers erschwert wird. Es ist zu beachten, dass es hinsichtlich des Fließvermögens zu bevorzugen ist, wenn das Granulat eine sphärische Form aufweist.
Dann werden der Pulverausbildungsschritt für das Formen eines Grünlings durch das Pressen des in den Hohlraum des Formsatzes geladenen Granulats und der Entfettungsschritt zum Entfetten des Granulats, des Granuliermittels usw. aus dem Grünling durchgeführt. Danach wird der Sinterschritt mittels eines Erhitzens des Grünlings auf eine Sintertemperatur oder höher durchgeführt. Auf diese Weise können die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' mit jeweils der hohen relativen Dichte innerhalb des oben genannten Bereichs erhalten werden.
Es ist zu beachten, dass die Metallsinterkörper mit jeweils der hohen relativen Dichte innerhalb des oben genannten Bereichs wie in dem im Folgenden beschriebenen spezifischen Beispiel erhalten werden können. Ein Rohmaterialpulver, das eine Eisen-basierte Legierung als eine Hauptkomponente enthält und eine auf 10 μm gesetzte Pulverpartikelgrößer (D50) aufweist, wird granuliert, um ein Granulat mit einer Pulverpartikelgröße (D50) von 120 μm zu bilden. Dann wird das Granulat mit 800 MPa gepresst, um einen Grünling zu bilden, der bei 750°C dreißig Minuten lang entfettet wird. Dann wird der entfettete Grünling sechzig Minuten lang auf 1200°C erhitzt. Daraus resultiert, dass die aus dem Granulat erhaltenen Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' jeweils eine relative Dichte innerhalb des oben genannten Bereichs aufweisen, der wesentlich höher als derjenige eines Metallsinterkörpers ist, der durch das Verdichten und Sintern eines Pulvers ohne ein Granulat erhalten wird.
Die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' mit der hohen Dichte können durch die oben beschriebene Prozedur wahrscheinlich aus dem folgenden Grund erhalten werden. Vor allem wird die Verwendung eines Rohmaterialpulvers mit einem kleinen Partikeldurchmesser (eines feinen Pulvers) als ein Beispiel für ein effektives Vorgehen zum Erhalten der Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' mit der hohen Dichte betrachtet. Wenn jedoch das feine Pulver so wie es ist gepresst wird, wird die Formbarkeit durch einen Reibungsverlust beeinträchtigt. Deshalb kann dieses Vorgehen nicht verwendet werden. Im Gegensatz dazu wird unter Verendung des Granulats, das durch das Granulieren des Rohmaterialpulvers zu einem entsprechenden Partikeldurchmesser wie oben beschrieben erhalten wird, der Reibungsverlust trotz der Verwendung des feinen Pulvers reduziert und kann das Fließvermögen des Rohmaterialpulvers in dem Formsatz erhöht werden. Dadurch kann die Formbarkeit verbessert werden, sodass das feine Pulver verwendet werden kann. Auf diese Weise kann die Oberfläche der Partikeln des Rohmaterialpulvers vergrößert werden, sodass die Sintereigenschaften der fest aneinander zu bindenden Partikeln des Rohmaterialpulvers verbessert werden können. Daraus resultiert, dass die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' mit der hohen Dichte erhalten werden können.
Und durch die Verwendung des Rohmaterialpulvers mit der Pulverpartikelgröße (D50) von 20 μm oder weniger und vorzugsweise von 10 μm oder weniger wurden eine größere Anzahl von Poren während des Sinterns geschlossen. Außerdem wurde durch die Verwendung des Granulats mit der Pulverpartikelgröße (D50) von 500 μm oder weniger die Ladefähigkeit des Granulats in Bezug auf den Formsatz für die Grünlinge verbessert. Es ist davon auszugehen, dass diese Faktoren zu einer Erhöhung der Dichte der Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5'' beitragen.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 7 beschrieben. 7a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß dieser Ausführungsform, und 7b ist eine entsprechende Vorderansicht. Teile mit gleichen Funktionen wie in der ersten Ausführungsform werden durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Teile verzichtet wird. Dasselbe gilt für eine weiter unten beschriebene dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dem Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ist nur der Käfig 5 aus einem Metallsinterkörper ausgebildet, während das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und die Kugeln 4 aus einem allgemein verwendeten Ingot-Material ausgebildet sind. Die internen Formen der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 gemäß dieser Ausführungsform, d. h. also die Laufrillen 7 und die sphärische Innenumfangsfläche 6 des äußeren Gelenkglieds 2, die Laufrillen 9 und die sphärische Außenumfangsfläche 8 des inneren Gelenkglieds 3, die sphärische Außenumfangsfläche 21 und die sphärische Innenumfangsfläche 22 des Käfigs 5 sowie die Kugeln 4, sind identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird. Die sphärische Außenumfangsfläche 21 des aus einem Metallsinterkörper ausgebildeten Käfigs 5 wird in einem sphärischen Kontakt mit der sphärischen Innenumfangsfläche 6 des äußeren Gelenkglieds 2 gehalten, und die sphärische Innenumfangsfläche 22 desselben wird in einem sphärischen Kontakt mit der sphärischen Außenumfangsfläche 8 des inneren Gelenkglieds 3 gehalten. Der Metallsinterkörper des Käfigs 5 weist ebenfalls die hohe relative Dichte von 80% oder mehr und von weniger als 100% auf, wobei eine gehärtete Schicht (nicht gezeigt) auf einer Oberfläche desselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet ist. Auf diese Weise können eine erforderliche mechanische Festigkeit und eine erforderliche Lebensdauer sichergestellt werden. Die Zusammensetzung, die Eigenschaften und der Herstellungsfluss des Metallsinterkörpers sind identisch mit den oben für die erste Ausführungsform beschriebenen, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
Im Folgenden wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 beschrieben. 8a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß dieser Ausführungsform, und 8b ist eine entsprechende Vorderansicht. In dieser Ausführungsform sind das äußere Gelenkglied 2 und das innere Gelenkglied 3 des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 jeweils aus einem Metallsinterkörper ausgebildet, während die Kugeln 4 und der Käfig 5 aus einem allgemein verwendeten Ingot-Material ausgebildet sind. Die Kugeln 4 sind zwischen dem äußeren Gelenkglied 2 und dem inneren Gelenkglied 3, die jeweils aus einem Metallsinterkörper ausgebildet sind, und insbesondere zwischen den Laufrillen 7 und den Laufrillen 9 derselben angeordnet. Die sphärische Innenumfangsfläche 6 des äußeren Gelenkglieds 2 und die sphärische Außenumfangsfläche 8 des inneren Gelenkglieds 3 werden in einem sphärischen Kontakt mit jeweils der sphärischen Außenumfangsfläche 21 und der sphärischen Innenumfangsfläche 22 des Käfigs 5 gehalten. Die Metallsinterkörper des äußeren Gelenkglieds 2 und des inneren Gelenkglieds 3 weisen die hohe relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% auf, wobei eine gehärtete Schicht (nicht gezeigt) auf einer Oberfläche derselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet ist. Dadurch können eine erforderliche mechanische Festigkeit und eine erforderliche Lebensdauer für die Laufrillen 7 und 9, die sphärische Innenumfangsfläche 6 und die sphärische Außenumfangsfläche 8 sichergestellt werden. Die Zusammensetzung, die Eigenschaften und der Herstellungsfluss des Metallsinterkörpers sind identisch mit denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 9 beschrieben. In dem in dieser Ausführungsform gezeigten Beispiel ist ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des doppelten Versatztyps (DOJ), das ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk eines Tauchtyps ist, auf eine Kraftfahrzeug-Antriebswelle wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angewendet. 9a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 31 dieser Ausführungsform, und 9b ist eine entsprechende Vorderansicht. Das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 31 umfasst ein äußeres Gelenkglied 32, ein inneres Gelenkglied 33, Kugeln 34 und einen Käfig 35. Das äußere Gelenkglied 32 weist eine zylindrische Innenumfangsfläche 36 auf, die mit sechs Laufrillen 37 versehen ist, die mit gleichen Winkeln und linear in der Axialrichtung ausgebildet sind. Das innere Gelenkglied 33 weist eine sphärische Außenumfangsfläche 38 auf, die mit Laufrillen 39 versehen ist, die mit gleichen Winkeln und linear in der Axialrichtung derart ausgebildet sind, dass sie den Laufrillen 37 des äußeren Gelenkglieds 32 zugewandt sind. Sechs Kugeln 34 für eine Drehmomentübertragung sind zwischen den Laufrillen 37 des äußeren Gelenkglieds 32 und den Laufrillen 39 des inneren Gelenkglieds 33 angeordnet. Auch in dem Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 31 des Tauchtyps werden wie in dem Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Laufrillen 37 und 39 und die Kugeln 34 normal in einem Kontakt miteinander mit einem Kontaktwinkel (ungefähr zwischen 30° und 45°) gehalten. Die Laufrillen 37 und 39 und die Kugeln 34 werden also tatsächlich an Positionen auf einer Seitenflächenseite der Laufrillen 37 und 39, die etwas von den Rillenböden der Laufrillen 37 und 39 beabstandet sind, in Kontakt miteinander gehalten. Der Käfig 35 zum Halten der Kugeln 34 ist zwischen der zylindrischen Innenumfangsfläche 36 des äußeren Gelenkglieds 32 und der sphärischen Außenumfangsfläche 38 des inneren Gelenkglieds 33 angeordnet. Der Käfig 35 umfasst Taschen 40 zum Aufnehmen der Kugeln 34 und weist eine sphärische Außenumfangsfläche 41 auf, die auf die zylindrische Innenumfangsfläche 36 des äußeren Gelenkglieds 32 gepasst ist, und eine sphärische Innenumfangsfläche 42, die auf die sphärische Außenumfangsfläche 38 des inneren Gelenkglieds 33 gepasst ist. Obwohl nicht gezeigt, weist das innere Gelenkglied 33 ein Innenloch 43 auf, in das ein Axialendteil einer Zwischenwelle keilgepasst und in der Axialrichtung mit einem Stopperring fixiert ist. Dann wird eine Muffe an einem Außenumfang eines Öffnungsendteils 44 des äußeren Gelenkglieds 32 und einem Außenumfang der Zwischenwelle montiert und wird Fett als ein Schmiermittel in das Innere des Gelenks gefüllt. Ein Wellenteil 45 ist einstückig mit einem unteren Teil auf einer Tiefenseite des äußeren Gelenkglieds 32 ausgebildet und mit einem Seitenzahnrad eines Differentials (nicht gezeigt) gekoppelt.
Die sphärische Außenumfangsfläche 41 des Käfigs 35 weist eine Krümmungsmitte H auf, und die sphärische Innenumfangsfläche 42 des Käfigs 35 weist eine Krümmungsmitte I auf. Die Krümmungsmitten H und I sind durch gleiche Abstände in der Axialrichtung in Bezug auf die Gelenkmitte O versetzt. Wenn also das Gelenk einen Betriebswinkel bildet, werden die Kugeln 34 konstant in eine Ebene geführt, die durch die Zweiteilung eines Winkels zwischen den beiden Axiallinien des äußeren Gelenkglieds 32 und des inneren Gelenkglieds 33 gebildet wird. Daraus resultiert, dass eine Drehung zwischen den zwei Achsen mit einer konstanten Geschwindigkeit übertragen wird.
In dem Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 31 des Tauchtyps gemäß dieser Ausführungsform sind das äußere Gelenkglied 32, das innere Gelenkglied 33 und der Käfig 35 jeweils aus dem Metallsinterkörper mit der hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% ausgebildet, wobei gehärtete Schichten (nicht gezeigt) auf den Oberflächen derselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet sind. Dadurch können die erforderliche mechanische Festigkeit und die erforderliche Lebensdauer der Laufrillen 37 und 39, der zylindrischen Innenumfangsfläche 36 des äußeren Gelenkglieds 32, der sphärischen Außenumfangsfläche 38 des inneren Gelenkglieds 33 und der sphärischen Außenumfangsfläche 41 und der sphärischen Innenumfangsfläche 42 des Käfigs 35 sichergestellt werden. Die Zusammensetzung, die Eigenschaften und der Herstellungsfluss für die Metallsinterkörper sind identisch mit den oben für die erste Ausführungsform beschriebenen, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
Im Folgenden wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 10 beschrieben. In dem in dieser Ausführungsform gezeigten Beispiel wird ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Dreibeintyps, das ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk eines anderen Tauchtyps ist, auf eine Kraftfahrzeug-Antriebswelle angewendet. Ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 61 dieser Ausführungsform umfasst ein äußeres Gelenkglied 62, ein Dreibeinglied 63 als ein inneres Gelenkglied, Rollelemente 64 und sphärische Rollen 65. Das äußere Gelenkglied 62 weist einen Innenumfangsteil auf, der mit drei axialen Laufrillen 66 versehen ist, wobei axiale Rollenführungsflächen 67 auf beiden Seiten jeder der Laufrillen 66 ausgebildet sind. Das Dreibeinglied 63 umfasst einen Vorsprungsteil 63a, der radial mit drei Schenkelwellen 63b (siehe 12) versehen ist. Die sphärischen Rollen 65 sind jeweils auf die Schenkelwellen 63b gepasst, wobei dazwischen eine große Anzahl der Rollelemente 64 vorgesehen sind. Scheiben 68 und 69 sind an beiden Enden der Rollelemente 64 vorgesehen, wobei jede Scheibe 69 mit einem Stoppring 70 angeordnet ist. Dabei wird eine Folge von Rollelementen 64 entlang jeder der Schenkelwellen 63b geführt, wobei sich die sphärischen Rollen 65 frei entlang der Rollelemente 64 drehen und in Axialrichtungen der Schenkelwellen 63b bewegen können. Die sphärischen Rollen 65 werden frei drehbar zwischen den Rollenführungsflächen 67 der Laufrillen 66 des äußeren Gelenkglieds 62 aufgenommen.
Auf diese Weise greifen die Rollenführungsflächen 67 des äußeren Gelenkglieds 62 und die drei Schenkelwellen 63b des Dreibeinglieds 63 in Drehrichtungen mit dazwischen den sphärischen Kugeln 65 ineinander ein, sodass ein Drehmoment mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Antriebsseite zu der angetriebenen Seite übertragen wird. Weiterhin rollen die sphärischen Kugeln 65 auf den Rollenführungsflächen 67, wobei sie relativ zu den Schenkelwellen 63b gedreht werden, sodass eine relative Axialverschiebung und eine relative Winkelverschiebung zwischen dem äußeren Gelenkglied 62 und dem Dreibeinglied 63 absorbiert werden.
Wie in 10 gezeigt, weist der Vorsprungsteil 63a des Dreibeinglieds 63 ein Innenloch 72 auf, das mit weiblichen Keilen 73 versehen ist. Die weiblichen Keile 73 und die männlichen Keile 75 einer Zwischenwelle 71 sind aufeinander gepasst und in der Axialrichtung mit einem Stoppring 77 fixiert. Der Wellenteil 76 ist einstückig mit einem unteren Teil einer Tiefenseite des äußeren Gelenkglieds 62 ausgebildet und mit einem Seitenzahnrad eines Differentials (nicht gezeigt) gekoppelt.
Die Ansicht von 11 zeigt nur die sphärische Rolle 65, und die Ansicht von 12 zeigt nur das Dreibeinglied 63. Die sphärische Rolle 65 weist eine sphärische Außenfläche 65a und eine zylindrische Innenfläche 65b auf. Die sphärische Außenfläche 65a dient als eine Rollfläche und greift in die Laufrille 66 (in die Rollenführungsflächen 67) des äußeren Gelenkglieds 62 ein. Auf diese Weise wird eine Rollbewegung auf den Rollenführungsflächen 67 vollzogen. Die Rollenführungsflächen 67 sind jeweils mit einer kreisrunden Form in einem horizontalen Querschnitt ausgebildet. Die zylindrische Innenumfangsfläche 65b ist eine Rollfläche für die Rollelemente (Nadelrollen) 64. Wie in 12 gezeigt, umfasst das Dreibeinglied 63 die drei Schenkelwellen 63b, die mit gleichen Winkeln und radial von dem Vorsprungsteil 63a vorgesehen sind, wobei die sphärischen Rollen 65 frei drehbar um die Schenkelwellen 63b mit dazwischen den Rollelementen 64 gehalten werden. Das Innenloch 72 des Vorsprungsteils 63a ist mit den weiblichen Keilen 73 versehen, und die weiblichen Keile 73 sind auf die männlichen Keile 75 gepasst, die an einem axialen Ende der Zwischenwelle 71 ausgebildet sind.
In dieser Ausführungsform sind das äußere Gelenkglied 62, das Dreibeinglied 63 als ein inneres Gelenkglied und die sphärischen Rollen 65, die alle Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 61 des Dreibeintyps sind, jeweils aus einem Metallsinterkörper mit der hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% ausgebildet, wobei gehärtete Schichten (nicht gezeigt) auf Flächen derselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet sind. Auf diese Weise können die erforderliche mechanische Festigkeit und die erforderliche Lebensdauer der Laufrillen 66 (Rollenführungsflächen 67) des äußeren Gelenkglieds 62, der sphärischen Rollen 65 und der Schenkelwellen 63b des Dreibeinglieds 63 sichergestellt werden. Die Zusammensetzung, die Eigenschaften und der Herstellungsfluss des Metallsinterkörpers sind identisch mit den oben für die erste Ausführungsform beschriebenen, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
Im Folgenden wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 13 beschrieben. Ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk gemäß dieser Ausführungsform ist ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs, das auf eine Kraftfahrzeug-Propellerwelle angewendet ist. Ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 91 dieser Ausführungsform umfasst hauptsächlich ein äußeres Gelenkglied 92, ein inneres Gelenkglied 93, Kugeln 94 und einen Käfig 95. Die internen Formen der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 91 gemäß dieser Ausführungsform, d. h. also die Laufrillen 97 und eine sphärische Innenumfangsfläche 96 des äußeren Gelenkgliedes 92, die Laufrillen 99 und eine sphärische Außenumfangsfläche 98 des inneren Gelenkglieds 93, eine sphärische Außenumfangsfläche 101 und eine sphärische Innenumfangsfläche 102 des Käfigs 95 sowie die Kugeln 94 sind identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird. Eine Welle 104 umfasst einen Rohrteil 104a mit einem großen Durchmesser, wobei ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Tauchtyps oder ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs (nicht gezeigt) mit einem anderen Ende der Welle 104 verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Propellerwelle 105 erhalten. Eine Muffe 106 umfasst einen Dichtungsring 106a, der durch das Crimpen auf eine Außenumfangsfläche eines Öffnungsteils des äußeren Gelenkglieds 92 fixiert wird, und einen elastischen Muffenteil 106b, dessen eines Ende an dem Dichtungsring 106a fixiert ist und dessen anderes Ende mit einem Muffenband 108 an der Welle 104 montiert wird. Das äußere Gelenkglied 92 umfasst einen Montageflansch 111, der an einem Außenumfang vorgesehen ist und mittels Schrauben (nicht gezeigt) durch Schraubenlöcher 112 hindurch an einem komplementären Glied (nicht gezeigt) montiert wird.
In dieser Ausführungsform sind unter den Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 91 das innere Gelenkglied 93 und der Käfig 95 jeweils aus einem Metallsinterkörper ausgebildet und sind das äußere Gelenkglied 92 und die Kugeln 94 jeweils aus einem Ingot-Material ausgebildet. Die Metallsinterkörper des inneren Gelenkglieds 93 und des Käfigs 95 weisen jeweils die hohe relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% auf, wobei gehärtete Schichten (nicht gezeigt) an Oberflächen derselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet sind. Auf diese Weise kann das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 91 mit den erforderlichen Funktionen mit einer hohen Verarbeitbarkeit massenproduziert werden, wobei auch eine komplizierte Form ohne eine Materialverschwendung ausgebildet werden kann. Dadurch kann eine Kostenreduktion des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 91 erzielt werden, was eine Kostenreduktion der Propellerwelle 105 zur Folge hat. Die Zusammensetzung, die Eigenschaften und der Herstellungsfluss der Metallsinterkörper sind identisch mit denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
Im Folgenden wird ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 14 bis 17 beschrieben. Die internen Formen der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 gemäß dieser Ausführungsform, d. h. also die Laufrillen 7 und die sphärische Innenumfangsfläche 6 des äußeren Gelenkglieds 2, die Laufrillen 9 und die sphärische Außenumfangsfläche 8 des inneren Gelenkglieds 3, die sphärische Außenumfangsfläche 21 und die sphärische Innenumfangsfläche 22 des Käfigs 5 und die Kugeln 4, sind identisch mit denjenigen in der ersten Ausführungsform. Teile mit gleichen Funktionen wie in der ersten Ausführungsform werden durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Teile verzichtet wird. Dasselbe gilt für die weiter unten beschriebene achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 14 gezeigt, werden auch in dieser Ausführungsform wie in der ersten Ausführungsform das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und der Käfig 5 des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 jeweils aus einem Metallsinterkörper ausgebildet. Dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der aus einem Metallsinterkörper gebildete ringförmige Käfig einem Kaltwalzprozess (nicht gezeigt) unterworfen wird.
Ein Herstellungsfluss für jeden der Metallsinterkörper 2'' und 3'' des äußeren Gelenkglieds 2 und des inneren Gelenkglieds 3 dieser Ausführungsform umfasst dieselben Schritte wie oben mit Bezug auf 6 für die erste Ausführungsform beschrieben, d. h. den Rohmaterialpulvervorbereitungsschritt S1, den Pulverausbildungsschritt S2, den Entfettungsschritt S3, den Sinterschritt S4, den plastischen Verarbeitungsschritt S5, den Wärmebehandlungsschritt S6 und den Endbearbeitungsschritt S7. Weiterhin können die Metallsinterkörper mit der hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% durch dieselben spezifischen Mittel erhalten werden wie oben für die erste Ausführungsform beschrieben. Es wird also ein Grünling durch das Pressen eines Granulats aus einem Rohmaterialpulver gebildet, wobei der Grünling dann durch ein Sintern und Erhitzen gebunden wird. Es wird hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Vorgänge verzichtet.
Im Folgenden wird ein Herstellungsfluss für den Käfig 5 mit Bezug auf 15 beschrieben. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich der Herstellungsfluss für den Käfig 5 dadurch unterscheidet, dass ein Kaltwalzschritt S5' und ein Taschenverarbeitungsschritt S5'' anstelle des oben genannten plastischen Verarbeitungsschritts S5 von 6 durchgeführt werden.
Wie in 15 gezeigt, sind der Rohmaterialpulvervorbereitungsschritt S1, der Pulverausbildungsschritt S2, der Entfettungsschritt S3 und der Sinterschritt S4 mit Ausnahme der nachfolgend erläuterten Punkte identisch mit denjenigen von 6. Was den Käfig 5 betrifft, wird in dem Pulverausbildungsschritt S2 der Grünling 5' zu einer zylindrischen Ringform geformt, die wie in 16a gezeigt keine Taschen 20 (siehe 5) aufweist, und dann durch den Sinterschritt S4 zu dem Metallsinterkörper 5'' geformt. Danach wird durch den Kaltwalzschritt S5' ein Metallsinterkörper 5'' ausgebildet, der mit einer sphärischen Außenumfangsfläche 21'' und einer sphärischen Innenumfangsfläche 22'' wie in 16B gezeigt erhalten wird. Dann werden die Taschen 20 (siehe 5) durch den Taschenverarbeitungsschritt S5'' geformt.
Wie oben beschrieben ist der Kaltwalzprozess ein Verarbeitungsverfahren, das das Ausdünnen einer Vorform und das Vergrößern des Durchmessers derselben umfasst. Der für das Bilden der sphärischen Außenumfangsfläche und der sphärischen Innenumfangsfläche zu verwendende Metallsinterkörper 5'' wird also durch den Kaltwalzprozess mit einer größeren Dicke und einem kleinen Durchmesser ausgebildet als der durch den Walzprozess erhaltene Metallsinterkörper 5''a von 16.
Eine in 17 gezeigte Verarbeitungsmaschine 80 umfasst eine Spindel 82, an deren Außenumfang ein Formteil 81 zum Formen der sphärischen Innenumfangsfläche 22'' ausgebildet ist und die durch eine Ausgabe aus einer Antriebsquelle (nicht gezeigt) gedreht wird, eine Formwalze 83, an deren Außenumfang ein Formteil 85 zum Formen der sphärischen Außenumfangsfläche 21'' ausgebildet ist und die durch eine Ausgabe aus einer Antriebsquelle (nicht gezeigt) (in einer Richtung, die derjenigen der Spindel 82 entgegengesetzt ist) gedreht wird, während sie in einem Kontakt mit einer Außenfläche des Metallsinterkörpers 5'' gehalten wird, und Halterollen 84 zum Halten von axialen Endteilen der Spindel 82. In dieser Verarbeitungsmaschine 80 wird der Metallsinterkörper 5'' in einer Radialrichtung zwischen der Spindel 82 und der Formwalze 83 eingeschlossen, die in einander entgegengesetzten Richtungen gedreht werden, während die Spindel 82, die durch einen Innenumfang des Metallsinterkörpers 5'' eingesteckt ist, durch die Halterollen 84 gehalten wird. Dabei werden eine Innenfläche und eine Außenfläche des Metallsinterkörpers 5'' jeweils in Übereinstimmung mit einer Außenfläche (einem Formteil 85) der Formrolle 83 und einer Außenfläche (einem Formteil 81) der Spindel 82 plastisch verformt, wobei sie verdünnt werden und ihr Durchmesser vergrößert wird. Auf diese Weise wird der dem Kaltwalzprozess unterworfene Metallsinterkörper 5'' verdünnt und wird sein Durchmesser vergrößert und werden seine Innenfläche und seine Außenfläche zu vorbestimmten Formen geformt.
Wie oben beschrieben, werden in dem Kaltwalzprozess die sphärische Außenumfangsfläche 21'' und die sphärische Innenumfangsfläche 22'' auf dem Metallsinterkörper 5'' ausgebildet. Gleichzeitig werden poröse Strukturen der Innen- und Außenflächen des durch den Kaltwalzprozess erhaltenen Metallsinterkörpers 5'' (Oberflächenschichtteile an einer Innenseite und einer Außenseite) im Vergleich zu einem mittleren Teil in einer Dickenrichtung des Metallsinterkörpers 5'' verdichtet. Dadurch wird die Festigkeit der sphärischen Außenumfangsfläche 21'' und der sphärischen Innenumfangsfläche 22'' erhöht.
Im Folgenden wird eine Situation beschrieben, in der die porösen Strukturen durch den Kaltwalzprozess verdichtet werden. Der Kaltwalzprozess wurde auf dem zu einer zylindrischen Ringform geformten Metallsinterkörper 5'' mit der glatten Innenfläche und der glatten Außenfläche wie in 16a gezeigt und einer Dichte von 7,4 g/cm³ durchgeführt, um den Metallsinterkörper 5'' zu dem Metallsinterköper 5''a mit der sphärischen Außenumfangsfläche 21'' und der sphärischen Innenumfangsfläche 22'' von 16b zu formen. Daraus resultiert, dass die Anzahl der Poren des durch den Kaltwalzprozess erhaltenen Metallsinterkörpers 5''a kleiner war als diejenige des Metallsinterkörpers 5'' vor dem Prozess. Insbesondere wurden die Poren in einem Bereich der Oberflächenschichtteile der sphärischen Außenumfangsfläche 21'' und der sphärischen Innenumfangsfläche 22'' des durch den Prozess erhaltenen Metallsinterkörpers 5''a im Wesentlichen beseitigt. Messungen ergaben, dass die Dichte in dem Bereich jedes der Oberflächenschichtsteile der sphärischen Außenumfangsfläche 21'' und der sphärischen Innenumfangsfläche 22'' des Metallsinterköpers 5''a bei 7,8 g/cm³ und damit im Wesentlichen bei derjenigen des Ingot-Materials lag, während die Dichte (durchschnittliche Dichte) des gesamten Metallsinterkörpers 5''a bei 7,6 g/cm³ lag.
Nach dem oben beschriebenen Kaltwalzprozess wird der Metallsinterkörper 5''a in dem Taschenverarbeitungsschritt S5'' von 15 mit den Taschen 20 (siehe 5) versehen. Die Taschenverarbeitung kann durch einen allgemeinen Pressprozess und einen allgemeinen Verarbeitungsprozess durchgeführt werden.
Nach dem Taschenverarbeitungsschritt S5'' werden der Wärmebehandlungsschritt S6 und der Endbearbeitungsschritt S7 durchgeführt. In dem Endbearbeitungsschritt S7 werden die Taschen durch einen Schleifprozess und einen Zuschneidungsprozess endbearbeitet. Ansonsten entsprechen diese Prozesse den weiter oben beschriebenen des Wärmebehandlungsschritts S6 und des Endbearbeitungsschritts S7 von 6, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
Wie oben beschrieben, sind das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und der Käfig 5 als Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5''a jeweils mit der hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% ausgebildet. Dadurch werden eine erforderliche mechanische Festigkeit und eine erforderliche Lebensdauer sichergestellt. Weiterhin wird eine Wärmebehandlung wie etwa eine Abschreckungsbehandlung auf den Metallsinterkörpern 2'', 3'' und 5''a durchgeführt, um gehärtete Schichten auf den Oberflächen derselben auszubilden. Dadurch können die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5''a jeweils mit einer noch höheren Oberflächenhärte versehen werden. Daraus resultiert, dass eine Härte auf der Rockwell C-Skala (HRC) von 55 oder mehr und vorzugsweise von 57 oder mehr, die für die Laufrillen 7 und 9 und die sphärischen Flächen 6, 8, 21'' und 22'' der Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5''a erforderlich ist, sichergestellt werden kann.
Außerdem werden wie oben mit Bezug auf 6 beschrieben die porösen Strukturen durch die plastische Verarbeitung auf den Metallsinterkörpern 2'' und 3'' verdichtet, wodurch eine höhere mechanische Festigkeit und eine längere Lebensdauer der Laufrillen 7 und 9 und der sphärischen Flächen 6 und 8 erzielt werden. Außerdem wird der Kaltwalzprozess (die plastische Verarbeitung) auf dem Metallsinterkörper 5'' durchgeführt, sodass die porösen Strukturen der sphärischen Außenumfangsfläche 21'' und der sphärischen Innenumfangsfläche 22'' (Oberflächenschichtteile auf einer Innenseite und einer Außenseite) des Metallsinterkörpers 5''a im Vergleich zu dem mittleren Teil in der Dickenrichtung des Metallsinterkörpers 5''a verdichtet werden. Dadurch wird die Festigkeit der sphärischen Außenumfangsfläche 21'' und der sphärischen Innenumfangsfläche 22'' erhöht. Das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und der Käfig 5 können also als Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 mit den erforderlichen Funktionen mit einer hohen Verarbeitbarkeit massenproduziert werden, wobei auch komplizierte Formen derselben ohne eine Materialverschwendung ausgebildet werden können. Auf diese Weise kann eine Kostenreduktion des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 erzielt werden. Der Metallsinterkörper des Käfigs 5 kann nicht nur durch ein CIP-Verfahren oder ein HIP-Verfahren, sondern auch durch ein allgemeines pulvermetallurgisches Pressen hergestellt werden und ist somit für eine Serienproduktion geeignet. Außerdem wird der Metallsinterkörper durch den Kaltwalzprozess geformt, wodurch die Materialausbeute erhöht wird. Daraus resultiert, dass eine dimensionale Genauigkeit nahe derjenigen des fertig gestellten Produkts erhalten werden kann. Weiterhin weisen die Metallsinterkörper 2'', 3'' und 5''a trotz der hohen Dichte eine entsprechende Anzahl von Poren auf, sodass ein Kontaktzustand erzielt werden kann, der weniger zu einem Haft-Gleit-Effekt zwischen den Oberflächen der Laufrillen 7 und 9 und den Kugeln 4 und den sphärischen Flächen 6, 8, 21 und 22 des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks des fixen Typs neigt. Außerdem können aufgrund einer hohen Haltefähigkeit des als eines Schmiermittels verwendeten Fetts ein Haft-Gleit-Effekt und ein anormales Geräusch bei einer niedrigen Temperatur unterdrückt werden.
Der Metallsinterkörper des Käfigs dieser Ausführungsform, der dem Kaltwalzprozess unterworfen wird, kann durch die gleichen Mittel wie in der weiter oben beschriebenen ersten Ausführungsform zu einer hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% geformt werden. Es kann also ein Grünling durch das Pressen eines durch das Granulieren eines Rohmaterialpulvers gebildeten Granulats ausgebildet werden, wobei der Grünling dann durch ein Sintern und Erhitzen gebunden wird. Dasselbe gilt für die nachfolgend beschriebenen achten und neunten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden wird eine achte Ausführungsform mit Bezug auf 18 beschrieben. 18a ist eine Teilvertikalschnittansicht eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks gemäß dieser Ausführungsform, und 18b ist eine entsprechende Vorderansicht. Teile mit gleichen Funktionen wie in der ersten Ausführungsform werden durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Teile verzichtet wird.
In dem Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 1 gemäß der achten Ausführungsform ist nur der Käfig 5 aus einem Metallsinterkörper ausgebildet, während das äußere Gelenkglied 2, das innere Gelenkglied 3 und die Kugeln 4 jeweils aus einem allgemein verwendeten Ingot-Material ausgebildet sind. Die internen Formen der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 gemäß dieser Ausführungsform, d. h. also die Laufrillen 7 und die sphärische Innenumfangsfläche 6 des äußeren Gelenkglieds 2, die Laufrillen 9 und die sphärische Außenumfangsfläche 8 des inneren Gelenkglieds 3, die sphärische Außenumfangsfläche 21 und die sphärische Innenumfangsfläche 22 des Käfigs 5 sowie die Kugeln 4, sind mit denjenigen der ersten Ausführungsform identisch, sodass hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird. Der Metallsinterkörper des Käfigs 5 weist die hohe relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% auf, wobei eine gehärtete Schicht (nicht gezeigt) auf einer Oberfläche desselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet ist. Weiterhin wird der Kaltwalzprozess auf dem Metallsinterkörper durchgeführt. Es können also eine erforderliche mechanische Stärke und eine erforderliche Lebensdauer sichergestellt werden. Die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Metallsinterkörpers für den Käfig sind identisch mit den oben für die erste Ausführungsform beschriebenen. Der Kaltwalzprozess und die Taschenverarbeitung in dem Herstellungsfluss sind identisch mit den oben für die siebte Ausführungsform beschriebenen. Deshalb wird hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet.
Im Folgenden wird eine neunte Ausführungsform mit Bezug auf 19 beschrieben. In dem in dieser Ausführungsform erläuterten Beispiel wird ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des doppelten Versatztyps (DOJ), das ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk eines Tauchtyps ist, auf eine Kraftfahrzeug-Antriebswelle wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angewendet. 19a ist eine Teilvertikalschnittansicht des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 31 dieser Ausführungsform, und 19b ist eine entsprechende Vorderansicht. Die internen Formen der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 31 gemäß dieser Ausführungsform, d. h. also die Laufrillen 37 und die zylindrische Innenumfangsfläche 36 des äußeren Gelenkglieds 32, die Laufrillen 39 und die sphärische Außenumfangsfläche 38 des inneren Gelenkglieds 33, die sphärische Außenumfangsfläche 41 und die sphärische Innenumfangsfläche 42 des Käfigs 35 sowie die Kugeln 34 sind identisch mit denjenigen der vierten Ausführungsform. Teile mit gleichen Funktionen wie in der vierten Ausführungsform werden durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
In dem Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 31 des Tauchtyps gemäß dieser Ausführungsform sind das äußere Gelenkglied 32, das innere Gelenkglied 33 und der Käfig 35 jeweils aus einem Metallsinterkörper mit der hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% ausgebildet, wobei gehärtete Schichten (nicht gezeigt) auf den Oberflächen derselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet sind. Weiterhin wird der Kaltwalzprozess auf dem ringförmigen Käfig 35 durchgeführt. Auf diese Weise können die erforderliche mechanische Festigkeit und die erforderliche Lebensdauer der Laufrillen 37 und 39, der zylindrischen Innenumfangsfläche 36 des äußeren Gelenkglieds 32, der sphärischen Außenumfangsfläche 38 des inneren Gelenkglieds 33 und der sphärischen Außenumfangsfläche 41 und der sphärischen Innenumfangsfläche 42 des Käfigs 35 sichergestellt werden. Der Metallsinterkörper des Käfigs 35 dieser Ausführungsform, der die sphärische Außenumfangsfläche 41 und die dazu versetzte sphärische Innenumfangsfläche 42 aufweist, wird ebenfalls zu einer zylindrischen Ringform geformt, die vor dem Kaltwalzprozess keine Taschen 40 aufweist, und wird dann durch den Kaltwalzprozess zu der sphärischen Außenumfangsfläche 41 und der sphärischen Innenumfangsfläche 42 geformt. Eine Außenfläche (ein Formteil) einer Formwalze und eine Außenfläche (ein Formteil) einer Spindel einer Walzverarbeitungsmaschine sind jeweils in Übereinstimmung mit der Form des oben beschriebenen Käfigs 35 geformt. Die Zusammensetzung, die Eigenschaften und der Herstellungsfluss jedes der Metallsinterkörper sind identisch mit denjenigen der weiter oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Der Kaltwalzprozess und die Taschenverarbeitung auf dem Käfig in dem Herstellungsfluss sind identisch mit den oben für die siebte Ausführungsform beschriebenen. Deshalb wird hier auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
Im Folgenden wird eine zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 20 und 21 beschrieben. Die internen Formen der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 61 gemäß dieser Ausführungsform, d. h. also das äußere Gelenkglied 62, das Dreibeinglied 63 als ein inneres Gelenkglied, die Rollelemente 64 und die sphärischen Rollen 65 sind identisch mit denjenigen der fünften Ausführungsform. Teile mit gleichen Funktionen wie in der fünften Ausführungsform werden durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
In dieser Ausführungsform sind das äußere Gelenkglied 62, das Dreibeinglied 63 als ein inneres Gelenkglied und die sphärischen Rollen 65 als Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 61 des Dreibeintyps jeweils aus einem Metallsinterkörper mit der hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% ausgebildet, wobei gehärtete Schichten (nicht gezeigt) auf den Oberflächen derselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet sind. Außerdem wird der Kaltwalzprozess auf der ringförmigen Rolle 65 von 21 durchgeführt. Obwohl nicht gezeigt, wird in diesem Fall der für die Rolle 65 zu verwendende Metallsinterkörper, der vor dem Kaltwalzprozess eine sphärische Außenumfangsfläche und eine zylindrische Innenumfangsfläche aufweist, mit einer größeren Dicke und einem kleineren Durchmesser vorgesehen als der durch den Walzprozess erhaltene Metallsinterkörper. Dann wird der Metallsinterkörper durch den Kaltwalzprozess mit einer kleineren Dicke und einem größeren Durchmesser fertiggestellt. Eine Außenfläche (ein Formteil) einer Formwalze und eine Außenfläche (ein Formteil) einer Spindel einer Walzverarbeitungsmaschine sind in Übereinstimmung mit den Formen der sphärischen Außenumfangsfläche und der zylindrischen Innenumfangsfläche der oben beschriebenen Walze 65 ausgebildet. Auf diese Weise können die erforderliche mechanische Festigkeit und die erforderliche Lebensdauer der Laufrillen 66 (der Rollenführungsflächen 67) des äußeren Gelenkglieds 62, der sphärischen Rollen 65 und der Schenkelwellen 63b des Dreibeinglieds 63 sichergestellt werden. Die Zusammensetzung, die Eigenschaften und der Herstellungsfluss jedes der Metallsinterkörper sind identisch mit den für die erste Ausführungsform beschriebenen. Der Kaltwalzprozess auf der sphärischen Rolle in dem Herstellungsfluss ist identisch mit dem in der siebten Ausführungsform beschriebenen. Es wird deshalb hier auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet. Weiterhin kann der Metallsinterkörper der sphärischen Rolle dieser Ausführungsform, der dem Kaltwalzprozess unterworfen wird, mit einer hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% durch dieselben spezifischen Mittel wie für die erste Ausführungsform beschrieben ausgebildet werden. Es wird also ein Grünling durch das Pressen eines durch die Granulierung eines Rohmaterialpulvers ausgebildeten Granulats geformt, wobei der Grünling dann durch ein Sintern und Erhitzen gebunden wird.
22 zeigt eine Kraftfahrzeug-Antriebswelle 25, die durch das Koppeln eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 1 gemäß der ersten Ausführungsform und des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks 61 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils mit den beiden Enden der Zwischenwelle 10 erhalten wird. Obwohl nicht gezeigt, ist das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 1 des fixen Typs mit einer Radlagereinrichtung gekoppelt und ist das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 61 des Tauchtyps mit einem Seitenzahnrad eines Differentials gekoppelt. Die äußeren Gelenkglieder 2 und 62, die inneren Gelenkglieder 3 und 63, der Käfig 5 und die sphärischen Walzen 65 sind als Komponenten der Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenke 1 und 61 jeweils aus einem Metallsinterkörper mit einer hohen relativen Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% ausgebildet, wobei gehärtete Schichten (nicht gezeigt) auf den Oberflächen derselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet sind. Auf diese Weise können die Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenke 1 und 61 jeweils mit den erforderlichen Funktionen mit einer hohen Verarbeitbarkeit massenproduziert werden, wobei auch komplizierte Formen derselben ohne eine Materialverschwendung ausgebildet werden können. Weiterhin können das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 1 des fixen Typs gemäß der siebten Ausführungsform und das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 61 des Tauchtyps gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei denen der Kaltwalzprozess auf den zu dem ringförmigen Käfig 5 und den ringförmigen Rollen 65 auszubildenden Metallsinterkörpern durchgeführt wurde, auf die Kraftfahrzeug-Antriebswelle 25 angewendet werden. Auf diese Weise kann eine Kostenreduktion der Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenke 1 und 61 erzielt werden, woraus eine Kostenreduktion der Antriebswelle 25 resultiert.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Rzeppa-Typs als ein Beispiel für ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs genommen und werden das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des doppelten Versatztyps und das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Dreibeintyps als Beispiele für ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Tauchtyps genommen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Beispielen kann das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des fixen Typs ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des unterschnittenen freien Typs und ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Gegenlauftyps umfassen und kann das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Tauchtyps ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk des Querrillentyps umfassen. Auch in diesen Fällen kann die vorliegende Erfindung entsprechend realisiert werden. In den gezeigten Beispielen werden die Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenke der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf eine Kraftfahrzeug-Antriebswelle angewendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, wobei die Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenke auch auf eine Propellerwelle und auf eine Kraftübertragungswelle für Flugzeuge, Schiffe oder verschiedene Industriemaschinen angewendet werden können.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auch durch verschiedene andere Ausführungsformen realisiert werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
Der Erfindungsumfang wird durch die folgenden Ansprüche definiert und umfasst verschiedene Äquivalente und Modifikationen innerhalb des durch die Ansprüche definierten Umfangs.
Bezugszeichenliste

1: Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk
2: äußeres Gelenkglied
3: inneres Gelenkglied
4: Drehmomentübertragungsglied (Kugel)
5: Käfig
7: Laufrille
9: Laufrille
10: Zwischenwelle
25: Antriebswelle
31: Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk
32: äußeres Gelenkglied
33: inneres Gelenkglied
34: Drehmomentübertragungsglied (Kugel)
35: Käfig
37: Laufrille
39: Laufrille
61: Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk
62: äußeres Gelenkglied
63: inneres Gelenkglied (Dreibeinglied)
64: Rollelement
65: Drehmomentübertragungsglied (sphärische Rolle)
66: Laufrille
67: Rollenführungsfläche
91: Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk
92: äußeres Gelenkglied
93: inneres Gelenkglied
94: Drehmomentübertragungsglied (Kugel)
95: Käfig
105: Propellerwelle
S1: Rohmaterialpulver-Vorbereitungsschritt
S2: Pulverausbildungsschritt
S3: Entfettungsschritt
S4: Sinterschritt
S5: plastischer Verarbeitungsschritt
S5': Kaltwalzschritt
S5'': Taschenverarbeitungsschritt
S6: Wärmebehandlungsschritt
S7: Endbearbeitungsschritt

Claims

Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk, das umfasst: ein äußeres Gelenkglied, ein inneres Gelenkglied, das innerhalb des äußeren Gelenkglieds angeordnet ist, und Drehmomentübertragungsglieder, wobei das äußere Gelenkglied und/oder das innere Gelenkglied Laufrillen aufweisen, die in Rollflächen der Drehmomentübertragungsglieder eingreifen, wobei wenigstens eine der Komponenten des Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks aus einem Metallsinterkörper ausgebildet ist, wobei der Metallsinterkörper eine relative Dichte von 80% oder mehr und weniger als 100% aufweist, und wobei der Metallsinterkörper eine gehärtete Schicht umfasst, die auf einer Oberfläche desselben durch eine Wärmebehandlung ausgebildet ist.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach Anspruch 1, wobei das äußere Gelenkglied die Laufrillen aufweist, wobei das innere Gelenkglied die Laufrillen aufweist, und wobei die Drehmomentübertragungsglieder Kugeln sind, die zwischen den Laufrillen angeordnet sind, wobei die Kugeln durch einen Käfig gehalten werden.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach Anspruch 1, wobei das innere Gelenkglied ein Dreibeinglied ist, wobei das Dreibeinglied Rollen umfasst, die frei drehbar an demselben montiert sind, und wobei die Rollen in die Laufrillen des äußeren Gelenkglieds eingreifen.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Metallsinterkörper aus einem legierten Pulver ausgebildet ist, das umfasst: ein Metallpulver aus einer Eisen-basierten Legierung als eine Hauptkomponente, und 0,5 bis 20 Massenprozent Chrom und/oder 3 Massenprozent oder weniger Molybdän.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Metallsinterkörper durch das Sintern eines Granulats aus einem Rohmaterialpulver, das ein Metallpulver aus einer Eisen-basierten Legierung als eine Hauptkomponente enthält, ausgebildet wird.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei poröse Strukturen von Laufwegflächen und/oder Laufrillen durch eine plastische Verarbeitung im Vergleich zu anderen Bereichen verdichtet werden.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Metallsinterkörper durch das Sintern eines Grünlings aus dem Rohmaterialpulver, das mit einem soliden Schmiermittel gemischt ist, ausgebildet wird.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Metallsinterkörper durch das Sintern des Grünlings bei 1150°C oder mehr und 1300°C oder weniger ausgebildet wird, wobei der Grünling durch das Pressen des Rohmaterialpulvers mit einer Presskraft von 800 MPa oder mehr und 1100 MPa oder weniger ausgebildet wird.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach Anspruch 7, wobei der Metallsinterkörper durch das Sintern des Grünlings in einer Edelgasatmosphäre oder unter Vakuum ausgebildet wird.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei unter den Komponenten, die jeweils durch einen Metallsinterkörper ausgebildet werden, eine ringförmige Komponente einem Kaltwalzprozess unterworfen wird.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach Anspruch 10, wobei eine poröse Struktur einer Oberfläche der ringförmigen Komponente, die dem Kaltwalzprozess unterworfen wird, mit einem höheren Grad verdichtet wird als andere Bereiche.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach Anspruch 10 oder 11, wobei die ringförmige Komponente den Käfig zum Halten der Kugeln umfasst.
Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach Anspruch 10 oder 11, wobei die ringförmige Komponente Rollen eines Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenks des Dreibeintyps umfasst.
Antriebswelle, die das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst, das mit wenigstens einem Ende der Antriebswelle gekoppelt ist.
Propellerwelle, die das Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst, das mit wenigstens einem Ende der Propellerwelle gekoppelt ist.