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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung zur drehbaren Lagerung eines Rads bezüglich einer Fahrzeugkarosserie in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Automobil.
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Stand der Technik
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Als eine Art Lagervorrichtung, in welcher ein zweireihiges Wälzlager (Radlager) und ein universelles Gleichlaufgelenk vereinheitlicht werden, ist eine Lagervorrichtung bekannt, in welcher ein Drehmoment zwischen einem Nabenrad und einem äußeren Gelenkelement des universellen Gleichlaufgelenks über Stirnverzahnungen übertragen wird, die jeweils an einer Endfläche des Nabenrads und einer Endfläche des äußeren Gelenkelements bereitgestellt sind (7 der Patentliteratur 1). In dieser Radlagervorrichtung werden das äußere Gelenkelement und das Nabenrad verbunden, indem ein Schraubenelement durch das Nabenrad eingesetzt wird und das Schraubenelement in eine Gewindebohrung, die in einem Bodenabschnitt eines becherförmigen Teils des äußeren Gelenkelements bereitgestellt ist, in einem Zustand geschraubt wird, in welchem sich die Sitzfläche des Schraubenelements im Eingriff mit der Endfläche des Nabenrads befindet.
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In einer Radlagervorrichtung, die Stirnverzahnungen wie vorangehend beschrieben verwendet, sind bekannt: eine Lagervorrichtung, in der, wenn die Stirnverzahnungen im Eingriff miteinander stehen, Zähne von beiden Stirnverzahnungen zuerst in Kontakt miteinander an der radial äußeren Seite gebracht werden und die Zähne selbst an der radial inneren Seite in Kontakt miteinander gebracht werden, wenn ein Anziehen verstärkt wird (Patentliteratur 2); und eine Lagervorrichtung, in welcher die Zähne zuerst in Kontakt miteinander an der radial inneren Seite gebracht werden und die Zähne in Kontakt miteinander auch an der radial äußeren Seite gebracht werden, wenn ein Anziehen verstärkt wird (Patentliteratur 3).
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Zitierliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 2009-115292 A
- Patentliteratur 2: JP 5039048 B2
- Patentliteratur 3: US 2015/0,021,973 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technische Probleme
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Patentliteratur 2 beschreibt, dass ein erster Zahn und ein zweiter Zahn in Kontakt miteinander über die gesamte Länge der Zahnflächen beider Zähne kommen, wenn beide Zähne fast 75 % einer normalen Anzugskraft erreichen (Absatz 0028). Ein Bearbeitungsfehler kann jedoch während der Bearbeitung der Stirnverzahnung nicht vermieden werden und damit kann die Form der Zahnfläche nicht ideal hergestellt werden. Daher kann es theoretisch möglich sein, ist aber praktisch schwierig, die Zahnflächen in Kontakt miteinander über die gesamte radiale Länge der Zahnflächen beider Zähne zu bringen, nachdem eine vorgegebene Anzugskraft aufgebracht wird, und die Zahnflächen von beiden Stirnverzahnungen können in Kontakt miteinander lediglich in einem Teil eines Eingriffsbereichs gebracht werden.
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Wenn die Stirnverzahnungen miteinander in Eingriff gebracht werden, ist ein Abschnitt, der in Kontakt mit der gepaarten Seite in der ersten Hälfte des Eingriffs-Arbeitsvorgangs kommt, oft ein Kontaktbereich zwischen den Zahnflächen zum Zeitpunkt einer Drehmomentübertragung. Danach ist, nachdem die Anzugskraft aufgebracht wird, in der Konfiguration der Patentliteratur 2 die Außendurchmesserseite des Eingriffsbereichs in der radialen Richtung zwischen den Zahnflächen hauptsächlich der Kontaktbereich zwischen den Zahnflächen, während in der Konfiguration der Patentliteratur 3 die Innendurchmesserseite hauptsächlich der Kontaktbereich zwischen den Zahnflächen ist.
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Wenn ein Drehmoment in einem Zustand übertragen wird, in welchem das universelle Gleichlaufgelenk der Radlagervorrichtung einen Betriebswinkel aufweist, wirkt ein Biegemoment wiederholt an einem Verbindungabschnitt zwischen dem äußeren Gelenkelement des universellen Gleichlaufgelenks und dem Nabenrad. Daher befinden sich in einem Fall, in welchem der Kontaktbereich zwischen den Zahnflächen an der Außendurchmesserseite besteht, wie in der Patentliteratur 2, die Zahnflächen nicht in Kontakt miteinander an der Außendurchmesserseite des Eingriffsbereichs zwischen den Stirnverzahnungen durch die Verformung des Schraubenelements in einem Teilbereich in der Umfangsrichtung des Eingriffsbereichs (einem Bereich, der konvex gebogen wird, wenn das Biegemoment aufgebracht wird). Als Folge davon nimmt die Fläche des Kontaktbereichs in dem Eingriffsbereich stark ab und damit kann der Eingriff zwischen den Stirnverzahnungen losgelassen werden. Insbesondere wirkt in dem Eingriffsbereich zwischen den Stirnverzahnungen eine Kraftkomponente Fa in der Richtung entlang der Zahnfläche einer Drehmoment-Übertragungskraft F, die zwischen Zahnflächen 151a und 152a wirkt, in der Richtung des Loslassens des Eingriffs zwischen den Zähnen während der Drehmomentübertragung, wie in 10 dargestellt ist, und damit ist es wahrscheinlicher, dass der Eingriff zwischen den Stirnverzahnungen losgelassen wird. Daher besteht in der Konfiguration der Patentliteratur 2 ein Problem dahingehend, dass die Biegesteifigkeit der Radlagervorrichtung abnimmt.
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Auf der anderen Seite gibt es in der Konfiguration, in der der Kontaktbereich zwischen den Zahnflächen während der Drehmomentübertragung an der Innendurchmesserseite ist, wie in Patentliteratur 3, keinen Kontaktbereich an der Außendurchmesserseite, so dass der Einfluss des Biegemoments auf die Biegesteifigkeit der Radlagervorrichtung verringert ist. Der Rotationsradius des Kontaktbereichs ist jedoch klein und daher sinkt die Tragfähigkeit zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung, und es besteht ein Problem, dass es schwierig ist, ein höheres Drehmoment zu übertragen.
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Angesichts des obigen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Radlagervorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Biegesteifigkeit aufweist und eine Tragfähigkeit zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung erhöhen kann.
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Lösungen der Probleme
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Radlagervorrichtung bereit, die umfasst: ein Radlager, das ein Innenelement umfasst, das zweireihige innere Laufflächen aufweist und einen Flanschabschnitt zur Anbringung an ein Rad, ein Außenelement, das zweireihige äußere Laufflächen aufweist, und eine Vielzahl von Wälzelementen, die zwischen den inneren Laufflächen und den äußeren Laufflächen, die einander zugewandt sind, angeordnet sind; und ein universelles Gleichlaufgelenk, das ein äußeres Gelenkelement aufweist, wobei das äußere Gelenkelement und das Innenelement so verbunden sind, dass sie ein Drehmoment übertragen können, indem Stirnverzahnungen im Eingriff stehen, die jeweils in dem äußeren Gelenkelement und dem Innenelement bereitgestellt sind und eine Anzugskraft in einer axialen Richtung zwischen beiden Stirnverzahnungen aufgebracht wird, wobei Formen der Zahnflächen beider Stirnverzahnungen so bestimmt sind, dass bei einem Vorgang, in dem beide Stirnverzahnungen in der axialen Richtung nahe zueinander gebracht werden und in Eingriff miteinander gebracht werden, die Zahnflächen beider Stirnverzahnungen, von einem Außendurchmesserabschnitt eines Eingriffsbereichs zwischen beiden Stirnverzahnungen, einem Innendurchmesserabschnitt und einem Zwischenabschnitt, der zwischen dem Außendurchmesserabschnitt und dem Innendurchmesserabschnitt angeordnet ist, zuerst in einem von dem Außendurchmesserabschnitt und dem Innendurchmesserabschnitt in Kontakt miteinander geraten und dann die Zahnflächen beider Stirnverzahnungen in dem anderen in Kontakt miteinander geraten.
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Bei dem Vorgang, in welchem beide Stirnverzahnungen in der axialen Richtung nahe aneinander gebracht werden und miteinander in Eingriff gebracht werden, werden in einem Bereich, in welchem die Zahnflächen in dem frühen Stadium in Kontakt miteinander kommen, beide Zahnflächen mit Fortschreiten des Eingriffs elastisch verformt und der Kontaktzustand wird aufrechterhalten. Deshalb ist der Bereich, in welchem die Zahnflächen in dem frühen Stadium in Kontakt miteinander geraten, ein Kontaktbereich, in welchem sich die Zahnflächen in Kontakt miteinander während einer Drehmomentübertragung befinden, selbst wenn es einen geringfügigen Bearbeitungsfehler in den Zahnflächen gibt. Gemäß der obigen Konfiguration ist der Kontaktbereich zwischen beiden Zahnflächen mindestens in dem Außendurchmesserabschnitt und dem Innendurchmesserabschnitt ausgebildet, so dass ein Biegemoment während der Drehmomentübertragung durch das universelle Gleichlaufgelenk wirkt, welches einen Betriebswinkel aufweist, und damit ist es wahrscheinlich, dass der Eingriff zwischen beiden Stirnverzahnungen an der Außendurchmesserseite losgelassen wird, während der Kontaktbereich zwischen beiden Zahnflächen in dem Innendurchmesserabschnitt beibehalten wird. Daher wird der Eingriff zwischen beiden Stirnverzahnungen nicht losgelassen. Wenn der Kontaktbereich zwischen beiden Zahnflächen in dem Außendurchmesserabschnitt existiert, ist der Rotationsradius des Kontaktbereichs im Allgemeinen erhöht, so dass es möglich ist, die Tragfähigkeit zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung ausreichend zu gewährleisten.
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Diese Funktion und Wirkung kann ähnlich selbst in einem Fall erhalten werden, in welchem die Formen der Zahnflächen beider Stirnverzahnungen so bestimmt werden, dass bei einem Vorgang, in dem beide Stirnverzahnungen in der axialen Richtung nahe zueinander gebracht werden und miteinander in Eingriff gebracht werden, die Zahnflächen beider Stirnverzahnungen zuerst und gleichzeitig, von dem Außendurchmesserabschnitt des Eingriffsbereichs zwischen beiden Stirnverzahnungen, dem Innendurchmesserabschnitt und dem Zwischenabschnitt, der zwischen dem Außendurchmesserabschnitt und dem Innendurchmesserabschnitt angeordnet ist, in dem Außendurchmesserabschnitt und dem Innendurchmesserabschnitt in Kontakt miteinander geraten.
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Es wird bevorzugt, dass unter der Annahme, dass von dem Eingriffsbereich zwischen beiden Stirnverzahnungen ein Innendurchmesserende eines Zahnkopfes einer der Stirnverzahnungen 0% ist und ein Außendurchmesserende 100% ist, ein Bereich von 70% bis 100% als der Außendurchmesserabschnitt definiert ist und ein Bereich von 0% bis 50% als der Innendurchmesserabschnitt definiert ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Radlagervorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Biegesteifigkeit aufweist und die Tragfähigkeit zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung erhöhen kann, wie oben beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine Querschnittsansicht einer Radlagervorrichtung, in einem Querschnitt entlang einer axialen Richtung gesehen.
- 2 ist eine Vorderansicht eines äußeren Gelenkelements, von einer Außenseite gesehen.
- 3 ist eine Querschnittsansicht, die in der in 1 dargestellten Radlagervorrichtung einen Vorgang darstellt, in welchem Stirnverzahnungen nahe zueinander in der axialen Richtung gebracht werden und miteinander eingreifen.
- 4 ist eine Querschnittsansicht eines Eingriffsbereichs zwischen Stirnverzahnungen, in einem Querschnitt entlang einer Umfangsrichtung gesehen.
- 5 ist eine Vorderansicht des Eingriffsbereichs zwischen den Stirnverzahnungen, aus der axialen Richtung gesehen.
- 6A ist eine Querschnittsansicht, die in einer vergrößerten Weise eine erste Stirnverzahnung der in 1 dargestellten Radlagervorrichtung darstellt.
- 6B ist eine Querschnittsansicht, die in einer vergrößerten Weise die erste Stirnverzahnung der in 1 dargestellten Radlagervorrichtung darstellt.
- 7A ist eine Querschnittsansicht, die in einer vergrößerten Weise die erste Stirnverzahnung der in 1 dargestellten Radlagervorrichtung darstellt.
- 7B ist eine Querschnittsansicht, die in einer vergrößerten Weise die erste Stirnverzahnung der in 1 dargestellten Radlagervorrichtung darstellt.
- 8A ist eine Querschnittsansicht, die in einer vergrößerten Weise die erste Stirnverzahnung der in 1 dargestellten Radlagervorrichtung darstellt.
- 8B ist eine Querschnittsansicht, die in einer vergrößerten Weise die erste Stirnverzahnung der in 1 dargestellten Radlagervorrichtung darstellt.
- 9A ist eine Querschnittsansicht, die in einer vergrößerten Weise die erste Stirnverzahnung der in 1 dargestellten Radlagervorrichtung darstellt.
- 9B ist eine Querschnittsansicht, die in einer vergrößerten Weise die erste Stirnverzahnung der in 1 dargestellten Radlagervorrichtung darstellt.
- 10 ist eine Querschnittsansicht eines Eingriffsbereichs zwischen Stirnverzahnungen, in einem Querschnitt entlang der Umfangsrichtung gesehen.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nachfolgend wird eine Radlagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 9A und 9B beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird eine Richtung nach außen in einer Fahrzeugbreitenrichtung bei Anbringung an einer Fahrzeugkarosserie als eine Außenseite bezeichnet und eine Richtung nach innen in der Fahrzeugbreitenrichtung wird als eine Innenseite bezeichnet.
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Wie in 1 dargestellt ist, weist eine Radlagervorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform einen Aufbau auf, in welchem ein Radlager 2 und ein universelles Gleichlaufgelenk 3 vereinheitlicht sind.
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Das Radlager 2 umfasst hauptsächlich ein Innenelement 7, welches doppelreihige innere Laufflächen 5 und 6 aufweist, ein Außenelement 12, das an der Außendurchmesserseite des Innenelements 7 angeordnet ist und doppelreihige äußere Laufflächen 10 und 11 aufweist, eine Vielzahl von Wälzelementen 13, die zwischen den in radialer Richtung zugewandten inneren Laufflächen 5 und 6 und äußeren Laufflächen 10 und 11 angeordnet sind und einen Käfig (nicht dargestellt) zum Halten der Wälzelemente 13 in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung.
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Das Innenelement 7 weist ein Nabenrad 16 und einen Innenring 17 auf, der an dem Außenumfang des Nabenrads 16 befestigt ist. Eine innere Lauffläche 5 der doppelreihigen inneren Laufflächen 5 und 6 ist an der Außenumfangsfläche des Nabenrads 16 ausgebildet und die andere innere Lauffläche 6 ist an der Außenumfangsfläche des Innenrings 17 ausgebildet.
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Das Nabenrad 16 umfasst einen Flanschabschnitt 18, der an ein Rad eines Fahrzeugs anzubringen ist und einen zylindrischen Abschnitt 19, der eine zylindrische Form aufweist. Ein Schraubenmontageloch 20 ist in dem Flanschabschnitt 18 des Nabenrads 16 bereitgestellt. Eine Narbenschraube zur Befestigung des Rads und einer Bremsscheibe an dem Flanschabschnitt 18 wird an dem Schraubenmontageloch 20 befestigt. Ein Abschnitt 21 mit kleinem Durchmesser ist an einem innenseitigen Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 19 ausgebildet und der Innenring 17 ist an einer Außenumfangsfläche des Abschnitts 21 mit kleinem Durchmesser pressgepasst und befestigt. Ein Befestigungsteil 22, der durch Befestigung zur Außendurchmesserseite plastisch verformt wird, nach Presspassung in den Abschnitt 21 mit kleinem Durchmesser des Innenrings 17, ist an dem innenseitigen Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 19 des Nabenrads 16 ausgebildet. Der Befestigungsteil 22 befindet sich in engem Kontakt mit einer innenseitigen Endfläche des Innenrings 17. Der Innenring 17 wird durch den Befestigungsteil 22 positioniert und es wird eine vorgegebene Vorlast auf die Innenseite des Radlagers 2 aufgebracht. Ein Innenwandteil 23, der zur Innendurchmesserseite vorsteht, ist an der inneren Umfangsfläche an der Außenseite des zylindrischen Abschnitts 19 des Nabenrads 16 bereitgestellt. Der Innenwandteil 23 weist ein Durchgangsloch 24 in der axialen Richtung an seiner axialen Mitte auf. Ein Schraubenelement 26 wird in das Durchgangsloch 24 von der Außenseite eingesetzt.
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Das universelle Gleichlaufgelenk 3 wird von einem Gleichlauffestgelenk gebildet, welches lediglich einen Winkelversatz zulässt und keinen axialen Versatz zulässt. Das universelle Gleichlaufgelenk 3 umfasst hauptsächlich ein äußeres Gelenkelement 31, das einen becherförmigen Mundteil 30 aufweist, ein inneres Gelenkelement 32, das an der Innendurchmesserseite des Mundteils 30 des äußeren Gelenkelements 31 aufgenommen ist, und eine Kugel 33 als ein Drehmomentübertragungselement, das zwischen dem inneren Gelenkelement 32 und dem äußeren Gelenkelement 31 angeordnet ist. Eine Innenverzahnung 34 ist an einer inneren Umfangsfläche des Mittellochs des inneren Gelenkelements 32 ausgebildet und eine Außenverzahnung, die an einem Endabschnitt einer nicht dargestellten Zwischenwelle ausgebildet ist, wird in die Innenverzahnung 34 eingesetzt. Als Folge davon werden das innere Gelenkelement 32 und die Zwischenwelle so gekoppelt, dass sie ein Drehmoment übertragen können.
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Spurnuten 35, die sich in der axialen Richtung erstrecken, sind an einer Vielzahl von Positionen in der Umfangsrichtung der sphärischen Innenumfangsfläche des Mundteils 30 ausgebildet und Spurnuten 36, die sich in der axialen Richtung erstrecken, sind an einer Vielzahl von Positionen in der Umfangsrichtung der sphärischen Außenumfangsfläche des inneren Gelenkelements 32 ausgebildet. Die Spurnut 35 des äußeren Gelenkelements 31 und die Spurnut 36 des inneren Gelenkelements 32, die einander in der radialen Richtung zugewandt sind, bilden ein Paar und eine Kugel 33 ist in jeder einer Vielzahl von Kugelbahnen rollbar aufgenommen, die von den jeweiligen Paaren der Spurnuten 35 und 36 gebildet werden. Die jeweiligen Kugeln 33 werden in gleichen Positionen in der Umfangsrichtung von einem Käfig 37 gehalten. Die sphärische Außenumfangsfläche des Käfigs 37 befindet sich in Kontakt mit der sphärischen Innenumfangsfläche des äußeren Gelenkelements 31 und die sphärische Innenumfangsfläche des Käfigs 37 befindet sich in Kontakt mit der sphärischen Außenumfangsfläche des inneren Gelenkelements 32.
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In 1 ist der Nutboden der Spurnut 35 des äußeren Gelenkelements 31 in einer linearen Form an einem öffnungsseitigen Endabschnitt des Mundteils 30 ausgebildet und der Nutboden der Spurnut 36 des inneren Gelenkelements 32 ist in einer linearen Form an einem rückseitigen Endabschnitt des Mundteils 30 ausgebildet (hinterscheidungsfreier Typ). Es können jedoch die gesamten Nutböden beider Spurnuten 35 des äußeren Gelenkelements 31 und der Spurnuten 36 des inneren Gelenkelements 32 in einer gekrümmten Form ausgebildet sein.
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Wenn ein Betriebswinkel zwischen dem äußeren Gelenkelement 31 und dem inneren Gelenkelement 32 angelegt wird, wird die in dem Käfig 37 gehaltene Kugel 33 bei jedem Betriebswinkel stets innerhalb einer halbierenden Ebene des Betriebswinkels gehalten. Als Folge davon kann die konstante Geschwindigkeit zwischen dem äußeren Gelenkelement 31 und dem inneren Gelenkelement 32 gewährleistet werden. Ein Drehmoment wird zwischen dem äußeren Gelenkelement 31 und dem inneren Gelenkelement 32 über die Kugeln 33 in einem Zustand übertragen, in welchem die konstante Geschwindigkeit gewährleistet wird.
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Der Mundteil 30 weist einen Boden 39 auf, in welchem ein an der Achse zentrierter Innengewindeteil 38 ausgebildet ist. Wenn ein Außengewindeteil 27, der an der Spitze des Schraubenelements 26 ausgebildet ist, in den Innengewindeteil 38 geschraubt wird, wird eine Sitzfläche 26a des Schraubenelements 21 axial mit einer außenseitigen Endfläche 23a des Innenwandteils 23 in Eingriff gebracht. Wenn das Schraubenelement 26 weiter geschraubt wird, wird eine Anzugskraft zwischen dem äußeren Gelenkelement 31 und dem Nabenrad 16 in der axialen Richtung aufgebracht, welches eine Richtung ist, in der die zwei nahe aneinander gebracht werden.
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Ein Drehmomentübertragungsteil 50 ist zwischen dem Innenelement 7 des Radlagers 2 und dem Boden 39 des Mundteils 30 des äußeren Gelenkelements 31 bereitgestellt. Der Drehmomentübertragungsteil 50 wird durch Passung einer ersten Stirnverzahnung 51, die an der Seite des Gelenks 3 ausgebildet ist und einer zweiten Stirnverzahnung 52 gebildet, die an der Seite des Lagers 2 ausgebildet ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Stirnverzahnung 51 an der außenseitigen Endfläche des Bodens 39 des Mundteils 30 ausgebildet, während die zweite Stirnverzahnung 52 an der innenseitigen Endfläche des Befestigungsteils 22 des Nabenrads 16 ausgebildet ist. 2 ist eine Ansicht der ersten Stirnverzahnung 51 aus der axialen Richtung gesehen. Wie in 2 dargestellt ist, weist die ersten Stirnverzahnung 51 eine Form auf, in welcher eine Vielzahl sich in radialer Richtung erstreckender Rippen 53 und eine Vielzahl sich in radialer Richtung erstreckender Vertiefungen 54 abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Auch wenn es nicht dargestellt ist, weist die zweite Stirnverzahnung 52 ebenfalls eine Form auf, in welcher eine Vielzahl von sich in radialer Richtung erstreckender Rippen und eine Vielzahl von sich in radialer Richtung erstreckender Vertiefungen abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind, ähnlich zu der ersten Stirnverzahnung 51. Wenn die erste Stirnverzahnung 51 und die zweite Stirnverzahnung 52 miteinander im Eingriff stehen und wenn eine Anzugskraft in der axialen Richtung ferner zwischen beiden Stirnverzahnungen 51 und 52 aufgebracht wird, indem das Schraubenelement 26 in den Innengewindeteil 38 geschraubt wird, werden das äußere Gelenkelement 31 und das Nabenrad 16 so verbunden, dass sie ein Drehmoment übertragen können.
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Wenn sich die erste Stirnverzahnung 51 und die zweite Stirnverzahnung 52 im Eingriff miteinander befinden, werden beide Stirnverzahnungen 51 und 52 nahe zueinander in der axialen Richtung unter der Wirkung der Anzugskraft durch das Schraubenelement 26 gebracht (siehe 1), wie in 3 dargestellt ist. Ein schraffierter Bereich in 3 steht für einen Eingriffsbereich X, in welchem sich die Rippen einer der Stirnverzahnungen und die Vertiefungen der anderen der Stirnverzahnungen am Ende im Eingriff miteinander befinden. Nachfolgend wird von dem Eingriffsbereich X eine Ebene 55, die die Zahnspitze jeder Rippe umfasst, die in einer der Stirnverzahnungen bereitgestellt ist, als ein „Zahnkopf“ bezeichnet, ein Bereich, der das Außendurchmesserende des Zahnkopfes 55 des Eingriffsbereichs X umfasst, wird als ein Außendurchmesserabschnitt Ea bezeichnet, ein Bereich, der das Innendurchmesserende des Zahnkopfes 55 des Eingriffsbereichs X umfasst, wird als ein Innendurchmesserabschnitt Ec bezeichnet und ein Bereich, der zwischen dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec angeordnet ist, wird als ein Zwischenabschnitt Eb bezeichnet.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die Form von jeder der Zahnflächen von beiden Stirnverzahnungen 51 und 52 so bestimmt, dass in dem Vorgang, in welchem die erste Stirnverzahnung 51 und die zweite Stirnverzahnung 52 in der axialen Richtung nahe zueinander gebracht werden und miteinander in Eingriff gebracht werden, die Zahnflächen von beiden Stirnverzahnungen 51 und 52 in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec zuerst in Kontakt miteinander kommen.
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Dies wird speziell unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Es ist zu beachten, dass Reihen I bis III in 4 den Eingriffsvorgang von beiden Stirnverzahnungen 51 und 52 in Zeitfolge darstellen, wobei die Reihe I die Ausgangsstufe des Eingriffs darstellt, die Reihe II die Zwischenstufe darstellt und die Reihe III die Endstufe darstellt. In 4 stellt eine Linie A die Querschnittsform des Außendurchmesserabschnitts Ea dar, eine Linie B stellt die Querschnittsform des Zwischenabschnitts Eb dar und eine Linie C stellt die Querschnittsform des Innendurchmesserabschnitts Ec dar.
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In dem Ausgangszustand des Eingriffsvorgangs kommen eine Zahnfläche 51a der ersten Stirnverzahnung 51 und eine Zahnfläche 52a der zweiten Stirnverzahnung 52 in dem Außendurchmesserabschnitt Ea (I-A) und dem Innendurchmesserabschnitt Ec (I-C) in Kontakt miteinander, wie in 4 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt gibt es zwischen den Zahnflächen 51a und 52a in dem Zwischenabschnitt Eb (I-B) einen Spalt δ. Eine Tiefe von dem Zahnkopf 55 zu einem Abschnitt der Zahnfläche, der zuerst in Kontakt mit der gepaarten Zahnfläche kommt, wird als eine Kontaktstarttiefe bezeichnet. In 4 bezeichnet La eine Kontaktstarttiefe in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und Lc bezeichnet eine Kontaktstarttiefe in dem Innendurchmesserabschnitt Ec.
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Wenn der Eingriffsvorgang zu dem Zwischenzustand (Reihe II) voranschreitet, kommen die Zahnflächen 51a und 52a ebenfalls in dem Zwischenabschnitt Eb (II-B) in Kontakt miteinander. Eine Kontaktstarttiefe Lb in dem Zwischenabschnitt Eb ist tiefer als die Kontaktstarttiefe La in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und die Kontaktstarttiefe Lc in dem Innendurchmesserabschnitt Ec. Danach schreitet der Eingriffsvorgang weiter zur Endstufe (Reihe III). Bevor die Endstufe (Reihe III) erreicht wird, nachdem die Zahnflächen 51a und 52a in Kontakt miteinander kommen, werden die Zahnflächen 51a und 52a in einem beliebigen Teil des Außendurchmesserabschnitts Ea, des Zwischenabschnitts Eb und des Innendurchmesserabschnitts Ec elastisch verformt und der Kontaktzustand zwischen beiden Zahnflächen 51a und 52a wird aufrechterhalten. Zu diesem Zeitpunkt sind die Beträge der elastischen Verformung der Zahnflächen 51a und 52b in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Eb, wo die Zahnflächen zuerst in Kontakt miteinander geraten, größer als die Beträge der elastischen Verformung in dem anderen Abschnitt (Zwischenabschnitt Eb).
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Es wird bevorzugt, dass, angenommen, dass in 3 das Innendurchmesserende des Zahnkopfes 55 in dem Eingriffsbereich X 0 % beträgt und das Außendurchmesserende 100 % beträgt, ein Bereich von 70 % bis 100 % und ein Bereich von 0 % bis 50 % als der Außendurchmesserabschnitt Ea und der Innendurchmesserabschnitt Ec definiert werden, wo die Zahnflächen zuerst in Kontakt miteinander geraten. Es wird insbesondere bevorzugt, die Zahnflächen 51a und 52a zuerst in einem Bereich von 20 % bis 50 % des Außendurchmesserabschnitts Ea und einem Bereich von 20 % bis 50 % des Innendurchmesserabschnitts Ec in Kontakt miteinander zu bringen. Aus der obigen Konfiguration wird ein Kontaktbereich Y (siehe 9B) zwischen den Zahnflächen während der Drehmomentübertragung für gewöhnlich an der Außendurchmesserseite gebildet, so dass die Tragfähigkeit zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung erhöht werden kann.
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Die oben beschriebene Kontaktreihenfolge kann beispielsweise durch Bestimmung der Form der Zahnfläche 51a festgelegt werden, so dass in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec der Abstand zwischen den Zahnflächen (Zahnbreite) der Rippen 53 einer der Stirnverzahnungen (zum Beispiel der ersten Stirnverzahnung 51) größer ist als der Abstand zwischen den Zahnflächen mit idealen Umrissen (durch Zweipunkt-Strichlinien angezeigt), wie in 5 dargestellt ist. Auch wenn 5 den Zustand darstellt, in welchem die Vertiefung 54 zum Eingriff mit der Rippe 53 mit einem idealen Umriss ausgebildet ist (mit einer Strichlinie angezeigt), kann eine ähnliche Wirkung ebenfalls realisiert werden, indem die Form der Zahnfläche 52a so bestimmt wird, dass in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec der Abstand zwischen den Zahnflächen (Breite zwischen den Zahnlücken) der Vertiefungen 54 der anderen der Stirnverzahnungen (zum Beispiel der zweiten Stirnverzahnung 52) kleiner ist als der Abstand zwischen den Zahnflächen mit den idealen Umrissen. In Kombination davon kann der Abstand zwischen den Zahnflächen der Rippen 53 in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec erhöht werden und der Abstand zwischen den Zahnflächen der Vertiefungen 54 kann verringert werden. Hier bedeutet der ideale Umriss einen idealen Zahnprofil-Umriss ohne Bearbeitungsfehler, in welchem die Zahnflächen 51a und 52a beider Stirnverzahnungen 51 und 52 gleichzeitig in Kontakt miteinander in der gesamten radialen Richtung des Eingriffsbereichs X kommen.
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In 5 ist der Abstand zwischen den Zahnflächen in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec zum leichteren Verständnis übertrieben vergrößert, aber das tatsächliche Ausmaß der Vergrößerung ist ein Ausmaß, welches einen maximalen Bearbeitungsfehler überschreitet, der in den Zahnflächen 51a und 51b auftreten kann und ist ein Ausmaß, welches mit bloßem Auge schwer zu unterscheiden ist. Ein Bezugszeichen O in 5 bezeichnet den Rotationsmittelpunkt der Radlagervorrichtung 1.
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In 6A sind die Kontaktstarttiefen La, Lb und Lc zwischen den Zahnflächen 51a und 52a, wenn die Zahnflächen beider Stirnverzahnungen 51 und 52 mit idealen Umrissen gebildet sind, durch Strichlinien angezeigt. In diesem Fall kommen die Zahnflächen 51a und 52a gleichzeitig in Kontakt miteinander in der gesamten radialen Richtung des Eingriffsbereichs X und damit werden die Kontaktstarttiefen eine einheitliche Tiefe in der radialen Richtung. Daher ist die Breite des Kontaktbereichs Y (durch Schraffierung angezeigt) zwischen den Zahnflächen während der Drehmomentübertragung konstant, ohne Änderung in der radialen Richtung, wie in 6B dargestellt ist. Auf der anderen Seite ist ein Bearbeitungsfehler unausweichlich und damit ist es schwierig, solch eine einheitliche Kontaktstarttiefe und einen Kontaktbereich zu realisieren, der eine einheitliche Breite aufweist.
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Die 7A und 7B stellen die Kontaktstarttiefen La, Lb und Lc und den Kontaktbereich Y in einem Fall dar, in welchem die Zahnflächen ab dem Außendurchmesserabschnitt Ea, wie in Patentliteratur 2 beschrieben, in Kontakt miteinander gebracht werden. In diesem Fall dehnt sich der Kontaktbereich allmählich in Richtung der Innendurchmesserseite von dort aus, wo die Außendurchmesserenden des Eingriffsbereichs in Kontakt miteinander geraten und damit ist, wie in 7B dargestellt ist, der Kontaktbereich Y zwischen den Zahnflächen 51a und 52a während der Drehmomentübertragung an der Außendurchmesserseite breit und an der Innendurchmesserseite schmal. Wenn daher ein Biegemoment erzeugt wird, wenn das universelle Gleichlaufgelenk 3 den Betriebswinkel aufweist, um ein Drehmoment zu übertragen, verschwindet der Kontaktbereich Y an der Außendurchmesserseite in einem Teilbereich (einem gebirgsgefalteten Bereich) in der Umfangsrichtung des Drehmomentübertragungsteils 50 und die Gesamtfläche des Kontaktbereich Y nimmt stark ab und damit ist es wahrscheinlich, dass der Eingriff zwischen den Zahnflächen 51a und 52a losgelassen wird. Daher sinkt die Biegesteifigkeit der Radlagervorrichtung 1.
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Die 8A und 8B stellen die Kontaktstarttiefen La, Lb und Lc und den Kontaktbereich Y in einem Fall dar, in welchem die Zahnflächen ab dem Innendurchmesserabschnitt Ec, wie in Patentliteratur 3 beschrieben, in Kontakt miteinander gebracht werden. In diesem Fall weitet sich der Kontaktbereich allmählich in Richtung der Außendurchmesserseite von dort aus, wo die Innendurchmesserenden des Eingriffsbereichs in Kontakt miteinander kommen und damit ist, wie in 8B dargestellt ist, der Kontaktbereich Y zwischen den Zahnflächen 51a und 52a während der Drehmomentübertragung an der Innendurchmesserseite breit und an der Außendurchmesserseite schmal. In diesem Fall wird der Rotationsradius des Kontaktbereichs Y klein und damit wird die Tragfähigkeit zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung in der Radlagervorrichtung 1 unzureichend.
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Die 9A und 9B stellen die Kontaktstarttiefen La, Lb und Lc und den Kontaktbereich Y in einem Fall dar, in welchem, wie in der vorliegenden Ausführungsform, die Zahnflächen ab dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec in Kontakt gebracht werden. In diesem Fall verbreitert sich der Kontaktbereich allmählich in Richtung des Zwischenabschnitts Eb von dort, wo die Zahnflächen in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec des Eingriffsbereichs in Kontakt miteinander geraten. In diesem Fall ist der Kontaktbereich Y während der Drehmomentübertragung über einen breiten Bereich in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec ausgebildet. Selbst wenn in diesem Fall ein Biegemoment an dem Drehmomentübertragungsteil 50 wirkt, wenn das universelle Gleichlaufgelenk 3 den Betriebswinkel zur Drehmomentübertragung aufweist, wird der Kontaktbereich Y mindestens des Innendurchmesserabschnitts Ec beibehalten, sodass die Gesamtfläche des Kontaktbereichs Y nicht übermäßig abnimmt und es kann verhindert werden, dass der Eingriff zwischen den Zahnflächen losgelassen wird. Zusätzlich wird der Rotationsradius des Kontaktbereichs Y im Allgemeinen erhöht, sodass es möglich ist, die Tragfähigkeit zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung ausreichend zu gewährleisten. Daher ist es möglich, die Radlagervorrichtung 1 bereitzustellen, die eine hohe Biegesteifigkeit und eine hohe Tragfähigkeit zum Zeitpunkt der Drehmomentübertragung aufweist.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden die Zahnflächen 51a und 52a zuerst in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec in Kontakt miteinander gebracht, wie oben beschrieben. Es wird bevorzugt, die Zahnflächen 51 a und 52a gleichzeitig in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec in Kontakt miteinander zu bringen, aber hinsichtlich eines Bearbeitungsfehlers in der Massenproduktion ist es schwierig, einen gleichzeitigen Kontakt zu realisieren. Daher ist es beim Vorgang, in dem beide Stirnverzahnungen in Eingriff gebracht werden, hinnehmbar, dass es einen geringfügigen Zeitversatz zwischen den Kontakten zwischen den Zahnflächen 51a und 52a im Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec gibt. Das heißt, es ist hinnehmbar, dass die Zahnflächen 51a und 52a zuerst in einem von dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec in Kontakt miteinander geraten und dann die Zahnflächen 51a und 52a in dem anderen in Kontakt miteinander geraten. In jedem Fall ist es erforderlich, dass der Kontakt zwischen den Zahnflächen 51 a und 52a in dem Außendurchmesserabschnitt Ea und dem Innendurchmesserabschnitt Ec beginnt, bevor der Kontakt zwischen den Zahnflächen 51a und 52a in dem Zwischenabschnitt Ec eröffnet wird. In der Patentliteratur 2 verschiebt sich der Kontakt zwischen den Zahnflächen allmählich von der Außendurchmesserseite zu der Innendurchmesserseite und in der Patentliteratur 3 verschiebt sich der Kontakt zwischen den Zahnflächen allmählich von der Innendurchmesserseite zu der Außendurchmesserseite. Daher unterscheiden sich die Kontaktzeitpunkte zwischen den Zahnflächen in den jeweiligen Abschnitten von denen der vorliegenden Ausführungsform.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf das obige beschränkt. Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben aber eine redundante Beschreibung derselben Punkte wie jene in der obigen Ausführungsform wird weggelassen.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die zweite Stirnverzahnung 52 an der Seite des Lagers 2 an der Endfläche des Befestigungsteils 22 des Nabenrads 16 bereitgestellt aber in einem Fall, in welchem das Radlager 2 ohne den Befestigungsteil 22 verwendet wird, kann die zweite Stirnverzahnung 52 ebenfalls an der außenseitigen Endfläche des Innenrings 17 gebildet werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, eine Arretierung, wie eine Kerbverzahnung, zwischen dem Innenring 17 und dem Nabenrad 16 bereitzustellen, um diese so zu verbinden, dass sie ein Drehmoment übertragen können.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist als ein Beispiel der Fall beschrieben worden, in welchem als ein Mechanismus zur Aufbringung einer Anzugskraft in der axialen Richtung zwischen dem Nabenrad 16 und dem äußeren Gelenkelement 31 der Innengewindeteil 38 in dem äußeren Gelenkelement 31 bereitgestellt ist und ein Element (Schraubenelement 26), das einen Außengewindeteil zur Verschraubung in den Innengewindeteil 38 aufweist, befindet sich im Eingriff mit dem Nabenrad 16 in der axialen Richtung. Der Aufbau zur Aufbringung einer Anzugskraft ist jedoch beliebig und zusätzlich zu obigem ist der Außengewindeteil 27 beispielsweise in dem äußeren Gelenkelement 31 bereitgestellt und ein Element (zum Beispiel ein Mutternelement), das einen Innengewindeteil zur Verschraubung mit dem Außengewindeteil aufweist, befindet sich axial im Eingriff mit dem Nabenrad 16, wodurch die Anzugskraft ebenfalls aufgebracht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radlagervorrichtung
- 2
- Radlager
- 3
- universelles Gleichlaufgelenk
- 5, 6
- innere Lauffläche
- 7
- Innenelement
- 10, 11
- äußere Lauffläche
- 12
- Außenelement
- 13
- Wälzelement
- 16
- Nabenrad
- 17
- Innenring
- 18
- Flanschabschnitt
- 26
- Schraubenelement
- 31
- äußeres Gelenkelement
- 51
- erste Stirnverzahnung
- 51a
- Zahnfläche
- 52
- zweite Stirnverzahnung
- 52a
- Zahnfläche
- Ea
- Außendurchmesserabschnitt
- Eb
- Zwischenabschnitt
- Ec
- Innendurchmesserabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009115292 A [0003]
- JP 5039048 B2 [0003]
- US 2015/0021973 A [0003]
