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Technisches Gebiet
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Die Erfindung dieser Offenbarung, welche in der Beschreibung offenbart ist, betrifft eine Welle.
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Hintergrund
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Gewöhnlich ist eine Welle, welche in einem Automatikgetriebe verwendet wird und ein Schmierloch hat, das sich radial von einem Innenabschnitt erstreckt und in eine Außenumfangsfläche öffnet, als diese Art von Welle vorgesehen (z.B.
US 8187133 ). Die Welle hat das längliche Schmierloch, welches sich entlang einer um 45 Grad von einer axialen Richtung der Welle versetzten Richtung erstreckt. Das Schmierloch ist im Allgemeinen kreisförmig an einer Innenradialseite in einer radialen Richtung der Welle und durch einen Kegel (abgeschrägte Form) ausgeformt, so dass sich das Loch im Allgemeinen, wenn es sich von der Innenradialseite erstreckt, in die Richtung der Außenradialseite längt. Somit kann eine durch die Torsion der Welle, die bei der Drehmomentübertragung auftritt, verursachte Spannungskonzentration verringert werden und die Lebensdauer kann verbessert werden.
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Zusammenfassung
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Die herkömmliche Welle wird anerkannt, um im Vergleich zu einem kreisförmigen Schmierloch die durch Torsion der Welle verursachte Spannungskonzentration effektiv zu verringern. Die Spannungskonzentration kann jedoch abhängig von der abgeschrägten Form nicht ausreichend verringert werden, weshalb die Welle weiter verbessert werden sollte.
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Die Hauptaufgabe der Erfindung der Offenbarung ist, die Festigkeit gegen Torsion, welche durch eine Welle mit einem Loch, das sich von einem Innenabschnitt radial nach außen erstreckt und in eine Außenumfangsfläche öffnet, verursacht wird, weiter zu erhöhen.
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Die Erfindung der Offenbarung nimmt die folgenden Mittel, um die vorstehend beschriebene Hauptaufgabe zu erreichen.
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Eine Welle der Offenbarung ist eine Welle, die durch eine externe Kraft rotiert wird, mit: einem Loch, das sich von einem Innenabschnitt radial nach außen erstreckt und in eine Außenumfangsfläche öffnet, wobei eine Öffnung des Lochs bei Betrachtung in einer radialen Richtung der Welle eine Außenform hat, welche eine erste Krümmung und eine zweite Krümmung hat, die kleiner als die erste Krümmung ist, und wobei das Loch in der radialen Richtung der Welle einen Außenlochabschnitt, der sich bei Beibehaltung der Außenform von einem offenen Ende für eine vorgeschriebene Länge radial nach innen erstreckt, einen rohrförmigen Innenlochabschnitt, der einen kleineren Lochdurchmesser als der Außenlochabschnitt hat, und einen Durchmesserverringerungsabschnitt hat, in welchem der Durchmesser von dem Außenlochabschnitt hin zu dem Innenlochabschnitt verringert wird, wobei der Außenlochabschnitt, der Durchmesserverringerungsabschnitt und der Innenlochabschnitt ausgeformt sind, um in dieser Reihenfolge von einer radialen Außenseite hin zu einer Innenseite der Welle angeordnet zu sein.
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In der Welle der Offenbarung, welche das Loch hat, das sich von dem Innenabschnitt radial nach außen erstreckt und in die Außenumfangsfläche öffnet, hat die Öffnung des Lochs bei Betrachtung in der radialen Richtung der Welle die Außenform, die die erste Krümmung und die zweite Krümmung hat, welche kleiner als die erste Krümmung ist. In der radialen Richtung der Welle hat das Loch den Außenlochabschnitt, der sich bei Beibehaltung der Außenform von dem offenen Ende für die vorgeschriebene Länge radial nach innen erstreckt, den rohrförmigen Innenlochabschnitt, der einen kleineren Lochdurchmesser als der Außenlochabschnitt hat, und den Durchmesserverringerungsabschnitt, in welchem der Durchmesser von dem Außenlochabschnitt hin zu dem Innenlochabschnitt verringert wird. Der Außenlochabschnitt, der Durchmesserverringerungsabschnitt und der Innenlochabschnitt sind ausgeformt, um in dieser Reihenfolge von einer radialen Außenseite hin zu einer Innenseite der Welle angeordnet zu sein. Wenn somit die Fläche in der Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts (Außenlochabschnitt) des Lochs, auf welcher die Zugbeanspruchung wirkt, wenn in der Torsionsrichtung der Welle Kraft aufgebracht wird, durch die Fläche mit der zweiten Krümmung, die kleiner als die erste Krümmung ist, ausgeformt ist, ist es möglich, die Zugbeanspruchung durch die Fläche mit der zweiten Krümmung zu verteilen, um eine Spannungskonzentration zu vermeiden. Zusätzlich ist es möglich, eine Spannungskonzentration zwischen dem Öffnungsabschnitt (Außenlochabschnitt) und dem Innenlochabschnitt durch gleichmäßiges Verbinden des Öffnungsabschnitts (Außenlochabschnitt) und des Innenlochabschnitts mit dem Durchmesserverringerungsabschnitt (gekrümmte Fläche) zu vermeiden. Demzufolge kann die Festigkeit der Welle gegen Torsion erhöht werden. Die zweite Krümmung beinhaltet hier eine Krümmung von Null, d.h. eine ebene Fläche (gerade Linie) anders als die gekrümmte Fläche (gekrümmte Linie).
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine Außenansicht einer Welle 20 gemäß der Ausführungsform.
- [2] 2 ist eine Schnittansicht der Welle 20 entlang der Linie A-A in 1.
- [3] 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Bereichs B der Welle 20 in 1.
- [4] 4 ist eine Schnittansicht der Welle 20 entlang der Linie C-C in 1.
- [5] 5 ist eine erklärende Ansicht der Form eines Öffnungsabschnitts 241 und eines Durchmesserverringerungsabschnitts 243 eines Öllochs 24.
- [6A] 6A ist eine erklärende Ansicht eines Beispiels eines Formschrittes des Öllochs 24.
- [6B] 6B ist eine erklärende Ansicht des Beispiels eines Formschrittes des Öllochs 24.
- [6C] 6C ist eine erklärende Ansicht des Beispiels eines Formschrittes des Öllochs 24.
- [6D] 6D ist eine erklärende Ansicht des Beispiels eines Formschrittes des Öllochs 24.
- [7A] 7A ist eine erklärende Ansicht von Drehmoment, welches in die Welle 20 eingegebenen wird.
- [7B] 7B ist eine erklärende Ansicht von Drehmoment, welches in die Welle 20 eingegebenen wird.
- [8A] 8A ist ein Verteilungsdiagramm von von-Mises-Spannungen, in welchem eine um 45 Grad zu einer Achse des Öllochs der Welle in der Ausführungsform geneigte Fläche eine Wirkebene ist.
- [8A] 8A ist ein Verteilungsdiagramm von von-Mises-Spannungen, in welchem eine um 45 Grad zu einer Achse des Öllochs der Welle in einer vergleichbaren Ausführungsform geneigte Fläche die Wirkebene ist.
- [9] 9 ist eine erklärende Ansicht einer Welle 20B gemäß einer anderen Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Ausführungsformen der Erfindung der Offenbarung werden nachstehend mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. Die Cr und φ usw. in den Figuren und dem Text werden als Symbole verwendet und repräsentieren nicht die tatsächliche Krümmung und Radius usw.
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1 ist eine Außenansicht einer Welle 20 gemäß der Ausführungsform. 2 ist eine Schnittansicht der Welle 20 entlang der Linie A-A in 1. 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Bereichs B der Welle 20 in 1. 4 ist eine Schnittansicht der Welle 20 entlang der Linie C-C in 1. 5 ist eine erklärende Ansicht der Form eines Öffnungsabschnitts 241 und eines Durchmesserverringerungsabschnitts 243 eines Öllochs 24.
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Die Welle 20 der Ausführungsform wird als Getriebewelle zur Verlagerung der Energie von einer Energiequelle wie z.B. einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor, welche in einem Fahrzeug eingebaut ist, und zur Übertragung der Energie an eine mit Antriebsrädern gekoppelte Achse verwendet. Beispiele der Getriebewelle beinhalten eine Eingangswelle, an welche Energie von einer Energiequelle eingegeben wird, verschiedene Wellen, an welche Energie von der Eingangswelle übertragen wird (eine Zwischenwelle usw.) und eine Ritzelwelle, welche durch einen Planetenträger eines in dem Getriebe vorgesehen Planetengetriebe gestützt wird.
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Die Welle 20 ist eine Stahlwelle, in welcher ein Ölkanal 22, der sich in der axialen Richtung erstreckt, und Öllöcher 24, 26, die sich von dem Ölkanal 22 radial nach außen erstrecken und in die Außenumfangsfläche öffnen, ausgeformt sind. Die Welle 20 leitet Arbeitsöl zur Schmierung und Kühlung von dem Ölloch 26 ein und entlädt Arbeitsöl von dem Ölloch 24 durch den Ölkanal 22.
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Der Öffnungsabschnitt (Außenlochabschnitt) 241 des Öllochs 24 hat eine nichtkreisförmige Innenumfangsfläche mit unterschiedlichen Krümmungen in der Umfangsrichtung, wie in 3 dargestellt. Dabei hat die Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts 241 eine erste gekrümmte Fläche 241a mit einer ersten Krümmung Cr1 an den vier Stellen in der axialen Richtung und einer zu der Achse orthogonalen Richtung. Die Innenumfangsfläche hat ebenso eine zweite gekrümmte Fläche 241b mit einer zweiten Krümmung Cr2, die kleiner als die erste Krümmung Cr1 ist, an den vier Stellen in Richtungen bei einem Winkel von 45 Grad zu der Achse der Welle 20. Die erste gekrümmte Fläche 241a und die zweite gekrümmte Fläche 241b, die in der Umfangsrichtung aneinandergrenzen, sind gleichmäßig verbunden. Das heißt, um die Dimensionen so zu setzen, dass Scherspannungen, welche in der ersten gekrümmten Fläche 241a auftreten, betragsmäßig gleich sind zu Druckspannungen und Zugspannungen, welche in der zweiten gekrümmten Fläche 241b auftreten, ist die Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts 241 bei Sicherstellung der maximalen Länge eines Bogenabschnitts der zweiten gekrümmten Fläche 241b durch gleichmäßiges/stufenloses Verbinden der zweiten gekrümmten Fläche 241b und der zweiten gekrümmten Fläche 241b, die aneinandergrenzen, mit der ersten gekrümmten Fläche 241a ausgeformt.
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Ein Innenabschnitt 242 des Öllochs 24 (Innenlochabschnitt) hat eine kreisförmige Innenumfangsfläche, bei welcher ein Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser (Innendurchmesser einer kurzen Seite) des Öffnungsabschnitts 241 (Außenlochabschnitt) ist. Zwischen dem Öffnungsabschnitt 241 und dem Innenabschnitt 242 ist, wie in 4 dargestellt, der Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 ausgeformt, in welchem der Durchmesser in einer Bogenform mit einer dritten Krümmung Cr3 von dem Öffnungsabschnitt 241 hin zu dem Innenabschnitt 242 ausgedehnt wird (Durchmesserverringerungsabschnitt, in welchem der Durchmesser in einer Bogenform in der Richtung von dem Öffnungsabschnitt 241 hin zu dem Innenabschnitt 242 verringert wird). Der Öffnungsabschnitt 241 und der Innenabschnitt 242 sind gleichmäßig/stufenlos mit dem Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 verbunden. Wie in 4 dargestellt, ist der Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 von einer konkaven Fläche ausgeformt, die sich in einer konkaven Form krümmt, so dass die Durchmesseränderungsrate schrittweise von der Innenumfangsfläche des Innenabschnitts 242 hin zu der Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts 241 abnimmt. Somit ist es möglich, Spannungen von einer Konzentration in dem Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 abzuhalten. In diesem Fall ist die Form eines Randes zwischen dem Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 und dem Innenabschnitt 242 unstetig und somit wird eine runde Fläche (R), die den Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 und den Innenabschnitt 242 gleichmäßig verbindet, vorgesehen, um eine Spannungskonzentration in dem Abschnitt zu vermeiden.
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6A, 6B, 6C und 6D sind erklärende Ansichten eines Beispiels eines Formschrittes des Öllochs 24. Die Ausformung jedes Öllochs 24 wird wie nachfolgend durchgeführt. Zuerst wird ein Bohren durchgeführt, bei welchem ein Loch mit einem Bohrer usw. ausgeformt wird, um die Welle 20 in der radialen Richtung zu durchdringen und die Achse der Welle 20 zu schneiden (siehe 6A). Dann wird ein Ansenken durchgeführt, bei welchem die Öffnungsfläche des durch das Bohren ausgeformten Lochs durch Drücken oder Schneiden usw. erweitert wird, um den Öffnungsabschnitt 241 und den Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 auszuformen (siehe 6B). Da der Durchmesservergrößerungsabschnitt 243, wie vorstehend beschrieben, eine konkave Fläche hat, ist es leicht möglich, den Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 durch Drücken usw. auszuformen. Zusätzlich wird ein Abschnitt des Durchmesservergrößerungsabschnitts 243, bei welchem die Durchmesservergrößerungsänderungsrate am größten ist, zu einem Rand zwischen dem Innenabschnitt 242 und dem Durchmesservergrößerungsabschnitt 243. Der Rand hat eine Wellenform zwischen der Innenumfangsfläche des Durchmesservergrößerungsabschnitts 243 und der Innenumfangsfläche des Innenabschnitts 242. Somit ist es leicht möglich, danach ein Abrunden durchzuführen. Dann wird das Abrunden durchgeführt, bei welchem eine gleichmäßig runde Fläche (R) durch Drücken oder Schneiden des Randes zwischen dem ausgeformten Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 und dem Innenabschnitt 242 vorgesehen ist (siehe 6C). Dann werden das Bohren und das Abrunden, wie vorstehend beschrieben, an der anderen Seite des Lochs durchgeführt (siehe 6D), und somit wird der Formschritt beendet. Wenn der Ölkanal 22 und das Ölloch 26, einschließlich des Öllochs 24, in der Welle 20 ausgeformt sind, wird die Welle 20 wärmebehandelt und die Außenumfangsfläche im Anschluss poliert. Auf diese Weise wird die Ausformung des Öllochs 24 vor der Wärmebehandlung ausgeführt, d.h. bevor die Welle 20 ausgehärtet ist. Das vorstehend beschriebene Bohren und Abrunden kann somit leicht und mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
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Ein Fall, bei welchem ein Drehmoment auf die Welle 20 angelegt wird, wird beschrieben. In diesem Fall werden Schubspannungen entlang des Querschnitts und des Längsschnitts des Öllochs 24 bezüglich der Achse der Welle 20 angelegt. In dem Öffnungsabschnitt des Öllochs treten Zugspannungen und Druckspannungen auf einer Fläche, welche um 45 Grad zu einer Fläche, auf welcher Schubspannungen auftreten, geneigt ist, auf und die Werte der Druckspannungen und Zugspannungen sind beide gleich dem Wert der Schubspannungen in dem Wellenradius. Druckspannungen wirken auf eine Fläche, welche um 90 Grad zu einer Fläche geneigt ist, auf welcher die größten Zugspannungen wirken. In der Innenumfangsfläche des Lochs 24 der Welle 20 gemäß der Ausführungsform wird eine Fläche, auf welcher Schubspannungen wirken, wenn Drehmoment angewendet wird, aus der ersten gekrümmten Fläche 241a mit der relativ großen ersten Krümmung Cr1 ausgeformt und eine Fläche, auf welcher Druckspannungen oder Zugspannungen wirken, wenn Drehmoment angewendet wird, wird aus der zweiten gekrümmten Fläche 241b mit der relativ kleinen zweiten Krümmung Cr2 ausgeformt. Somit kann die Festigkeit der Welle 20 gegen Torsion verbessert werden, da Zugspannungen, die an der Innenumfangsfläche des Öllochs wirken, durch die zweite gekrümmte Fläche 241b bezüglich der Torsion der Welle 20 verteilt werden können.
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8 ist ein Diagramm, welches eine Verteilung von von-Mises-Spannungen zeigt, wenn eine um 45 Grad zu der Achse des Öllochs der Welle geneigte Fläche als eine Wirkebene dient. 8A zeigt die Verteilung in dem Ölloch 24 der Ausführungsform. 8B zeigt die Verteilung in einem Ölloch eines vergleichbaren Beispiels. In dem vergleichbaren Beispiel ist der Öffnungsabschnitt des Öllochs abgeschrägt (Kegelfläche ist vorgesehen), wobei der Abschrägwinkel 45 Grad ist und die Krümmung in der Umfangsrichtung konstant ist (Kreisform). In dem Beispiel von 8 wird eine geteilte Welle, die sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung des Öllochs erstreckt und die durch eine Fläche geteilt ist, die die Achse der Welle beinhaltet, verwendet und ein Ende der geteilten Welle ist befestigt, während ein Drehmoment von 500 Nm auf das andere Ende entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung angewendet wird. Eine Simulation wurde durch Messen der in der Wirkebene des Öllochs erzeugten Spannungen für jeden Abstand von der Wellenoberfläche (Außenumfangsfläche) hin zu der Innenradialseite durchgeführt. Wenn, wie in den Zeichnungen gezeigt, der Maximalwert der von-Mises-Spannungen in der Wirkebene des Öllochs in der Ausführungsform σ1 ist und der Maximalwert der von-Mises-Spannungen in der Wirkebene des Öllochs in der vergleichbaren Ausführungsform σ2 ist, ist der Wert von σ1 kleiner als der Wert von σ2. Auf diese Weise wurde bestätigt, dass durch Torsion verursachte Spannungen angemessen verteilt werden und eine hohe Festigkeit in der Welle 20, welche das Ölloch 24 der Ausführungsform hat, im Vergleich zu der Welle, welche das Ölloch des vergleichbaren Beispiels hat, sichergestellt wird. Speziell in dem Ölloch der Welle des vergleichbaren Beispiels ist der Abschnitt, in welchem die von-Mises-Spannungen den Maximalwert σ2 annehmen, gleich dem Wurzelabschnitt der Schräge und eine hohe Festigkeit der Welle 20 gegen Torsion kann durch Ersetzen der Schräge (Kegelfläche) mit dem Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 (gekrümmte Fläche) erhalten werden.
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Hier wird ein Fahrzeug betrachtet, in welchem der mit der Eingangswelle des Automatikgetriebes über die Kupplung verbundene Verbrennungsmotor und der mit der Eingangswelle verbundene Elektromotor vorgesehen sind und die Welle 20 beispielsweise als die Eingangswelle oder die Zwischenwelle eingerichtet ist. In dem Fahrzeug ist die Torsionsrichtung der Welle 20, wenn während des Antreibens des Fahrzeugs (während Beschleunigung) Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor oder dem Elektromotor ausgegeben wird, entgegengesetzt zu dem, wenn Bremsdrehmoment (Regenerationsdrehmoment) von dem Motor während Anwenden der Bremsen (während Verzögerung) an das Fahrzeug ausgegeben wird. In der Welle 20 der Ausführungsform hat der Öffnungsabschnitt 241 des Öllochs 24, wie in 7A und 7B gezeigt, die zweite gekrümmte Fläche 241b mit der zweiten Krümmung Cr2, die kleiner als die erste Krümmung Cr1 ist, bei einem Offset von 45 Grad in der Richtung, in welcher sich die Welle aufgrund des Antriebsdrehmoments windet, bezüglich der axialen Richtung der Welle (in 7A, +45 Grad) und bei einem Offset von 45 Grad in der Richtung, in welcher sich die Welle 20 aufgrund des Bremsdrehmoments windet (in 7B, -45 Grad). Wenn somit ein relativ großes Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor oder dem Elektromotor während des Antreibens des Fahrzeugs ausgegeben wird, kann eine hohe Festigkeit (Lebensdauer) der Welle 20 gegen die durch das Antriebsdrehmoment verursachte Torsion sichergestellt werden. Wenn zusätzlich ein relativ großes Bremsdrehmoment (Regenerationsdrehmoment) von dem Motor während Anwenden der Bremsen an das Fahrzeug ausgegeben wird, kann eine hohe Festigkeit (Lebensdauer) der Welle 20 gegen die durch das Bremsdrehmoment verursachte Torsion sichergestellt werden.
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In der Welle 20 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist eine nichtkreisförmige Innenumfangsfläche, welche in der Umfangsfläche in Krümmungen variiert, in dem Öffnungsabschnitt 241 des Öllochs 24, das sich von dem Innenabschnitt radial nach außen erstreckt, ausgeformt. In der Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts 241 sind die in der axialen Richtung der Welle 20 gesetzten Flächen und die in der zu der Achse der Welle 20 orthogonalen Richtung gesetzten Flächen, d.h. die Flächen, auf welchen Schubspannungen wirken, wenn Drehmoment angewendet wird, durch die erste gekrümmte Fläche 241a mit der relativ großen ersten Krümmung Cr1 ausgeformt und die bei 45 Grad zu der Achse der Welle 20 gesetzten Flächen d.h. die Flächen, auf welchen Druckspannungen und Zugspannungen wirken, wenn Drehmoment angewendet wird, sind durch die zweite gekrümmte Fläche 241b mit der zweiten Krümmung Cr2, die kleiner als die erste Krümmung Cr1 ist, ausgeformt. Somit ist es möglich, Zugspannungen, welche an der Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts 241 des Öllochs 24 bei der Torsion der Welle 20 wirken, effektiv zu verteilen und die Festigkeit der Welle 20 zu erhöhen. Der Öffnungsabschnitt (Außenlochabschnitt) 241 und der Innenabschnitt (Innenlochabschnitt) 242 können gleichmäßig mit dem Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 (Durchmesserverringerungsabschnitt) verbunden werden. Somit ist es möglich, eine Spannungskonzentration zwischen dem Öffnungsabschnitt 241 und dem Innenabschnitt 242 zu vermeiden und die Festigkeit der Welle 20 zu erhöhen. Im Vergleich zu der herkömmlichen Welle, bei welcher in dem Öffnungsabschnitt des Öllochs eine kreisförmige Schräge vorgesehen ist, kann deshalb die Welle 20 der Ausführungsform eine größere Drehmomentübertragung verkraften. Wenn die Größenordnung des Drehmoments dieselbe ist, kann der Außendurchmesser der Welle 20 kleiner als bei der herkömmlichen Welle gemacht werden.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Innenumfangsfläche (erste gekrümmte Fläche 241a, zweite gekrümmte Fläche 241b) mit zwei unterschiedlichen Krümmungen (erste Krümmung Cr1, zweite Krümmung Cr2) in dem Öffnungsabschnitt 241 des Öllochs 24 ausgeformt. Eine Innenumfangsfläche mit drei oder mehr Krümmungen kann jedoch ebenso ausgeformt sein. Vorausgesetzt die Welle wird beispielsweise als eine Getriebewelle verwendet, die Energie von dem Verbrennungsmotor oder dem Elektromotor wandelt und Leistung an die Achse überträgt, und die Krümmungen werden als Krümmung A, Krümmung B, Krümmung C in der Reihenfolge von der kleinsten zu der größten betrachtet. In diesem Fall ist es in der Innenfläche des Öllochs möglich, mit einer gekrümmten Fläche (oder ebenen Fläche) mit der Krümmung A eine Fläche bei einem 45 Grad-Offset (bei +45°) in der Richtung, in welcher sich die Welle 20 durch das Antriebsdrehmoment (Drehmoment des Verbrennungsmotors oder Elektromotors) windet, bezüglich der axialen Richtung der Welle auszuformen, mit einer gekrümmten Fläche mit der Krümmung B eine Fläche bei einem 45 Grad-Offset (bei -45°) in der Richtung, in welcher sich die Welle 20 durch das Bremsdrehmoment (Bremsen des Verbrennungsmotors oder Regenerationsdrehmoment des Elektromotors) windet, bezüglich der axialen Richtung der Welle auszuformen und die gekrümmte Fläche mit der Krümmung A und die gekrümmte Fläche mit der Krümmung B gleichmäßig mit der gekrümmten Fläche mit der Krümmung C zu verbinden.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Fläche in der Richtung, welche 45 Grad zu der Achse der Welle 20 geneigt ist, durch die zweite gekrümmte Fläche 241b mit der zweiten Krümmung Cr2, die kleiner als die erste Krümmung Cr1 ist, ausgeformt. Wie jedoch durch eine Welle 20B einer anderen Ausführungsform in 9 gezeigt, kann die Fläche durch eine Fläche mit der Krümmung null als die zweite Krümmung Cr2 ausgeformt sein, d.h. eine ebene Fläche 241c. In diesem Fall kann die erste gekrümmte Fläche 241a so ausgeformt sein, dass sie sich gleichmäßig mit der ebenen Fläche 241c in der Umfangsrichtung verbindet.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind Bereiche, die jede der um 45 Grad zu der Achse der Welle 20 geneigten Richtungen (vier Stellen in 3) beinhalten, durch die zweite gekrümmte Fläche 241 b oder die ebene Fläche 241c ausgeformt. Zwei Stellen, nämlich, ein erster Bereich, welcher die um 45 Grad zu der Achse der Welle 20 geneigte Richtung beinhaltet, und ein Bereich, welcher die um 45 Grad geneigte Richtung, die dem ersten Bereich gegenübersteht, beinhaltet (entweder die Bereiche in 7A oder die Bereiche in 7B), können jedoch durch die zweite gekrümmte Fläche 241b oder die ebene Fläche 241c ausgeformt sein.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 durch die konkave Fläche, die sich in einer konkaven Form krümmt, ausgeformt, so dass die Durchmesservergrößerungsänderungsrate schrittweise von der Innenumfangsfläche des Innenabschnitts 242 hin zu der Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts 241 abnimmt. Der Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 ist jedoch nicht drauf beschränkt und kann durch eine konvexe Fläche ausgeformt sein, die sich in einer konvexen Form krümmt, so dass die Durchmesservergrößerungsänderungsrate schrittweise von der Innenumfangsfläche des Innenabschnitts hin zu der Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts 241 zunimmt. Dies macht es ebenso möglich, eine Spannungskonzentration in dem Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 zu vermeiden. In diesem Fall ist die Form des Randes zwischen dem Durchmesservergrößerungsabschnitt 243 und dem Öffnungsabschnitt 241 unstetig. Somit kann eine runde Fläche (R) für eine gleichmäßige Verbindung vorgesehen sein, um eine Stresskonzentration in dem Abschnitt zu vermeiden.
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Wie vorstehend beschrieben ist die Welle gemäß der Offenbarung gleich der Welle (20), die durch eine externe Kraft rotiert wird und das Loch (24), das sich von dem Innenabschnitt radial nach außen erstreckt und in die Außenumfangsfläche öffnet. Die Öffnung des Lochs (24) hat bei Betrachtung in der radialen Richtung der Welle eine Außenform, welche die erste Krümmung (Cr1) und die zweite Krümmung (Cr2) hat, die kleiner ist als die erste Krümmung (Cr1). Das Loch hat in der radialen Richtung der Welle den Außenlochabschnitt (241), der sich bei Beibehaltung der Außenform von einem offenen Ende für eine vorgeschriebene Länge radial nach innen erstreckt, den rohrförmigen Innenlochabschnitt (242), der einen kleineren Lochdurchmesser als der Außenlochabschnitt hat, und den Durchmesserverringerungsabschnitt (243), in welchem der Durchmesser von dem Außenlochabschnitt (241) hin zu dem Innenlochabschnitt (242) verringert wird. Der Außenlochabschnitt (241), der Durchmesserverringerungsabschnitt (243) und der Innenlochabschnitt (242) sind ausgeformt, um in dieser Reihenfolge von der radialen Außenseite der Welle (20) hin zu der Innenseite der Welle (20) angeordnet zu sein.
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In der Welle gemäß der Offenbarung, welche das Loch hat, das sich von dem Innenabschnitt radial nach außen erstreckt und in die Außenumfangsfläche öffnet, hat die Öffnung des Lochs bei Betrachtung in der radialen Richtung der Welle die Außenform, die die erste Krümmung und die zweite Krümmung hat, welche kleiner als die erste Krümmung ist. Das Loch hat in der radialen Richtung der Welle den Außenlochabschnitt, der sich bei Beibehaltung der Außenform von dem offenen Ende für die vorgeschriebene Länge radial nach innen erstreckt, den rohrförmigen Innenlochabschnitt, der einen kleineren Lochdurchmesser als der Außenlochabschnitt hat, und den Durchmesserverringerungsabschnitt, in welchem der Durchmesser von dem Außenlochabschnitt hin zu dem Innenlochabschnitt verringert wird. Der Außenlochabschnitt, der Durchmesserverringerungsabschnitt und der Innenlochabschnitt sind ausgeformt, um in dieser Reihenfolge von der radialen Außenseite der Welle hin zu der Innenseite der Welle angeordnet zu sein. Wenn somit in der Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts (Außenlochabschnitt) die Fläche, auf welcher Zugspannungen wirken, wenn eine Kraft in der Torsionsrichtung der Welle angewendet wird, aus der Fläche mit der zweiten Krümmung, die kleiner als die erste Krümmung ist, ausgeformt ist, ist es möglich, die Zugspannungen durch die Fläche mit der zweiten Krümmung zu verteilen, um eine Spannungskonzentration zu vermeiden. Zusätzlich ist es möglich, eine Spannungskonzentration zwischen dem Öffnungsabschnitt (Außenlochabschnitt) und dem Innenlochabschnitt durch gleichmäßiges Verbinden des Öffnungsabschnitts (Außenlochabschnitt) und des Innenlochabschnitts mit dem Durchmesserverringerungsabschnitt (gekrümmte Fläche) zu vermeiden. Als ein Ergebnis kann die Festigkeit der Welle gegen Torsion erhöht werden. Die zweite Krümmung beinhaltet hier die Krümmung null, d.h. die ebene Fläche (gerade Linie) zusätzlich zu der gekrümmten Fläche (gekrümmte Linie).
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In der Welle gemäß der Offenbarung kann die Innenumfangsfläche des Außenlochabschnitts (241) die Fläche mit der zweiten Krümmung bei einem 45 Grad-Offset bezüglich der axialen Richtung der Welle (20) in der Richtung haben, in welcher sich die Welle (20) windet, und kann die Fläche mit der ersten Krümmung in der axialen Richtung der Welle (20) haben. Auf diese Weise ist die Fläche, in welcher Zugspannungen gegen die Torsion der Welle am größten werden, durch die Fläche mit der zweiten Krümmung ausgeformt, weshalb die Spannungen mit größerer Sicherheit verteilt werden können.
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In der Welle gemäß der Offenbarung kann die Innenumfangsfläche des Außenlochabschnitts (241) die Fläche mit der zweiten Krümmung bei einem +45 Grad-Offset und einem -45 Grad-Offset bezüglich der axialen Richtung der Welle haben. Auf diese Weise können Spannungen mit größerer Sicherheit verteilt werden, sogar wenn die Torsion der Welle entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung auftritt.
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In der Welle gemäß der Offenbarung kann sich der Außenlochabschnitt (241) für eine vorgeschriebene Länge von dem offenen Ende radial nach innen erstrecken, während er senkrecht zu der Achse der Welle (20) ist und die Außenform beibehält. Senkrecht zu der Achse der Welle zu sein bedeutet nicht nur Senkrechtsein in dem nächsten Sinn. Eine Neigung gewissen Ausmaßes ist erlaubt, wie z.B. eine Neigung eines Schergefälles, das auftritt, wenn das Loch durch Pressstanzverfahren ausgeformt ist, oder eines notwendigen Entwurfs.
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In der Welle gemäß der Offenbarung kann die Innenumfangsfläche des Durchmesserverringerungsabschnitts (243) durch eine konkave Fläche, die sich bezüglich der Erstreckungsrichtung des Lochs in einer konkaven Form krümmt, ausgeformt sein. Auf diese Weise ist es möglich, bei Beibehaltung der Schmierleistung und der Zufuhrleistung des Öls in den Innenabschnitt des Lochs auf einem ähnlichen Niveau als bei einem herkömmlichen Ölloch Spannungen davon abzuhalten, sich in einem Teil mit unterschiedlichen Durchmessern zwischen dem Außenlochabschnitt (Öffnungsabschnitt) und dem Innenlochabschnitt (Innenabschnitt) des Lochs zu konzentrieren, und die Festigkeit der Welle weiter zu erhöhen. Der Durchmesserverringerungsabschnitt kann einfach durch Pressverfahren usw. ausgeformt werden, da die Innenumfangsfläche des Durchmesserverringerungsabschnitts eine konkave Fläche ist.
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Die Ausführungsformen der Erfindung der Offenbarung wurden vorstehend diskutiert. Die Erfindung der Offenbarung ist jedoch in keiner Weise auf diese Ausführungsformen beschränkt und es ist eine Selbstverständlichkeit, dass die Erfindung der Offenbarung in verschiedenen Formen, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung der Offenbarung abzuweichen, implementiert sein kann.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die Erfindung der Offenbarung ist auf die Wellenherstellungsindustrie anwendbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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