JP2005214335A

JP2005214335A - 推進軸のバランスウェイト

Info

Publication number: JP2005214335A
Application number: JP2004023535A
Authority: JP
Inventors: Masashi Uchikura; 正士内倉; Takatomo Kimura; 孝知木村; Shin Emi; 森江見
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】推進軸に溶接接合するバランスウェイトの溶接部の板厚を減少させることなくバランスウェイトの捻り剛性を低下させて推進軸の捻り疲労寿命を向上させるようにした推進軸のバランスウェイトを提供する。
【解決手段】高張力鋼管１の両端に継手部材２、３を溶接した推進軸４の高張力鋼管の表面に周方向に間隔を存して２つの溶接部１２、１２で２点溶接される推進軸のバランスウェイト１１の前記溶接する２点間に孔１３を設け、バランスウェイトの捻り剛性を低下させ、応力集中による高張力鋼管の溶接部の発生応力を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高張力鋼管の両端に継手部材が溶接された推進軸の前記高張力鋼管の表面に溶接接合されて回転の不釣り合いを調整するバランスウェイトに関し、特に捻り疲労強度特性に優れた推進軸のバランスウェイトに関する。

自動車のエンジンの駆動力を変速機から終減速装置に伝達する推進軸（プロペラシャフト）は、例えば、図３に示すように鋼管１の一側端に継手部材としてのジョイント２が、他側端に滑り継手（スプライン）３が溶接されて２継手形推進軸４が構成されている。推進軸４は、鍛造品であるジョイント２、滑り継手３の重量バランス、溶接部の肉盛りの不均一等に起因する不釣り合いや取付部の偏心により振れ回り運動をしており、不釣り合いに起因する車体振動やこもり音、各部共振による破損の防止のため不釣り合いを極力少なくすることが必要であり、特に、高速回転時に振動が少ないことが重要である。不釣り合いの修正は、図示のような２継手形推進軸４では２箇所で行われ、鋼管１のジョイント２側端部近傍及び滑り継手３側端部近傍の表面に夫々バランスウェイト５、６を取り付けて周方向の重量バランス調整が行われる。

バランスウェイト５、６は、矩形状をなし、鋼管１の周方向に沿って間隔を存して設けられた２つの溶接部としてのプロジェクション部（突起部）５ａ、５ａ、６ａ、６ａが鋼管１の表面に加圧された状態でプロジェクション溶接、スポット溶接等の電気抵抗溶接により溶接される。バランスウェイトは、鋼管に１点で溶接する場合と２点で溶接する場合とがあるが、溶接強度からすると２点で溶接する方が剥離強度が高くなり優れている。

推進軸４は、軽量化（薄肉化）、コストの低減を図るために鋼管１の材料として高張力鋼管（ハイテン材）が採用されているが、薄肉化により捻り疲労の最弱部がバランスウェイト５、６の溶接部となり、捻り疲労強度が低下して鋼管１の溶接部に亀裂７が発生することがある。鋼管１の捻れ応力は、最外周部が最も高くなり、この最外周面にバランスウェイト５、６を溶接しているので溶接部に応力集中を起こすこととなる。特に、２点溶接の場合には溶接部間（２点間）の板厚が構造上厚くなるので接合の際に応力集中を起こすことになる。捻り疲労強度の低下の原因としては、他にバランスウェイトを溶接するときに溶接部の急加熱、急冷による引張残留応力等の影響によるものがある。

そこで、捻り疲労改善対策として、バランスウェイトの溶接（２点）接合部の板厚を、鋼管部分の板厚の７５％以下とすること、または、更にバランスウェイトの重量を減らすことなく溶接接合部分の板厚を減らすために接合部分以外の部分を、接合部に対して２０％以上厚肉とすることによりバランスウェイト剛性が低下するため、溶接部の応力集中を低減させることができ、捻り疲労特性に優れた軽量駆動軸が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−３５２００号公報

しかしながら、特開平７−３５２００号公報に開示されている駆動軸は、バランスウェイトの溶接部の板厚を減じるため、バランスウェイトの剥離強度が低下し高回転にてトルクを伝達した場合、バランスウェイトが剥離し、駆動軸がアンバランスとなり、最悪の場合共振を起こして破壊に至る場合がある。
また、溶接時に、溶接部の板厚が溶融状態により変化するため板厚の管理が困難（バラツキが大きい）であり、鋼管の捻り疲労寿命にも影響して推進軸の寿命のバラツキが大きくなる。更に、バランスウェイトの溶接部に段差を設けた複雑な加工が必要であり、コストが高くなる等の問題がある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、推進軸に溶接接合するバランスウェイトの溶接部の板厚を減少させることなくバランスウェイトの捻り剛性を低下させて推進軸の捻り疲労寿命を向上させるようにした推進軸のバランスウェイトを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、高張力鋼管の両端に継手部材を溶接した推進軸の前記高張力鋼管の表面に周方向に間隔を存して２点で溶接される推進軸のバランスウェイトの前記溶接する２点間に孔を設けたことを特徴としている。
離隔した２つの接合部により溶接接合するバランスウェイトの前記２つの接合部間の間の部分に孔を設けることで、バランスウェイトの２つの接合部間が断ち切られることとなり、捻れに対する剛性が低下する。これにより、鋼管の捻り疲労寿命が向上する。

請求項２の発明は、前記孔は、前記２点間の距離の２０％〜７２％の大きさであることを特徴としている。
孔径を大きくすることにより発生応力低減効果が増大するが、２点間の距離の２０％以下では発生応力の低減効果が小さく、７２％以上にすると溶接部の孔側の溶接代が少なくなり、バランスウェイトを鋼管に溶接することが困難となる。

請求項１の発明によれば、バランスウェイトの２つの溶接部の間に孔を開けることで、バランスウェイトの捻り剛性が低下し、応力集中による鋼管の溶接部の発生応力が低減されて、推進軸の捻り疲労寿命が向上する。また、バランスウェイトの溶接部の板厚を減じないため、接合強度が確保され剥離強度の低下が防止される。また、プロジェクション溶接、スポット溶接等の全てのバランスウェイトの溶接工法に対し鋼管の捻り疲労強度の向上の効果が得られる。更に、バランスウェイトの形状が単純であり、コストの低下を図ることができる。

請求項２の発明によれば、バランスウェイトの溶接部の２点間距離に対し孔径を２０％とした場合応力集中による溶接部の発生応力を約５％低減することができ、孔径を７２％とした場合応力集中による溶接部の発生応力を約１８％低減することができる。従って、バランスウェイトの溶接部の２点間距離に対し孔径を２０％〜７２％の範囲とすることで捻り疲労寿命に優れた推進軸を得ることができる。

図１は本発明に係るバランスウェイトの平面図を示し、バランスウェイト１１は、矩形状をなし、上縁部１１ａ、下縁部１１ｂの中央位置が溶接点としての溶接部（プロジェクション部）１２、１２とされ、図中裏側に突出されている。これらの２つの溶接部１２、１２は、１点鎖線で示す同一直線上に位置している。そして、バランスウェイト１１には２つの溶接部１２、１２間の中心位置に孔１３が設けられている。

孔１３は、バランスウェイト１１の捻り剛性を低下させ、応力集中による溶接部の発生応力を低減させるためのものである。従って、バランスウェイト１１は、孔１３の径を大きくすることにより発生応力の低減効果が増大する。この場合、孔１３が小さいと前記効果が小さく、大きすぎると溶接部１２の溶接代が少なくなり溶接が困難となる。また、２つの溶接部１２、１２間の中心に孔１３を設け、これら２つの溶接部１２から孔１３までの距離を同じにして２つの溶接部１２に発生する応力が均等になるようにしている。

バランスウェイト１１は、接合すべき推進軸の高張力鋼管（図示せず）の外周面に当接し、且つ２つの溶接部１２、１２の中心を結ぶ１点鎖線で示す直線が前記高張力鋼管の軸方向と直交する周方向と一致するように図中上下方向に沿って湾曲されている。このバランスウェイト１１は、図３に示すように高張力鋼管の外周面に２つの溶接部１２、１２が加圧された状態でプロジェクション溶接、スポット溶接等の電気抵抗溶接により溶接（２点）接合される。

図２は、上記バランスウェイトを推進軸に適用した場合における孔１３による応力低減効果の一例を示し、２つの溶接部１２間の距離（２点間距離）Ｌを２４ｍｍとし、孔１３の径Ｐを３ｍｍ（Ａ点）、６ｍｍ（Ｂ点）、１２ｍｍ（Ｃ点）、１８ｍｍ（Ｄ点）とし、横軸に溶接間距離と孔寸法の（Ｐ／Ｌ）比率（％）を、縦軸に発生応力低減効果（％）をとった場合を示す。

図２から明らかなように２点間距離Ｌに対し孔径が７２％の径の場合発生応力を約１８％低減することができる。２点間距離Ｌに対し孔径が２０％の径以下の場合、発生応力の低減が５％以下となり余り発生応力低減効果を期待することができない。また、２点間距離Ｌに対して孔径が７２％以上の径の場合、溶接部１２の孔１３側の溶接代が少なくなり、溶接が困難となる。従って、実用上発生応力低減効果のある孔径は、２点間距離Ｌに対して２０％〜７２％の径の範囲とすることが好ましい。

尚、上記実施例では孔１３を円形としたがこれに限るものではなく、長円（楕円）形状でもよく、或いは他の形状でもよい。また、孔径に代えて面積で規定することも可能である。この場合、２点の溶接部における発生応力のバランスを取り、且つ応力集中を避ける上で角孔等の角のある孔は好ましくない。

本発明に係る推進軸のバランスウェイトの平面図である。図１のバランスウェイトを使用した場合の推進軸の応力低減効果の一例を示す特性図である。従来のバランスウェイトを溶接した推進軸の説明図である。

符号の説明

１高張力鋼管
２ジョイント（継手部材）
３滑り継手（継手部材）
４推進軸
５、６、１１バランスウェイト
１２溶接部（プロジェクション部）
１３孔
Ｌ溶接部間距離（２点間距離）
Ｐ孔径

Claims

高張力鋼管の両端に継手部材を溶接した推進軸の前記高張力鋼管の表面に周方向に間隔を存して２点で溶接される推進軸のバランスウェイトであって、
前記溶接する２点間に孔を設けたことを特徴とする推進軸のバランスウェイト。
前記孔は、前記２点間の距離の２０％〜７２％の大きさであることを特徴とする請求項１記載の推進軸のバランスウェイト。