JP2007064404A - Fixed constant velocity universal joint - Google Patents
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Description
この発明は固定式等速自在継手に関するもので、たとえばステアリングジョイントのように常時高角使用でガタ詰め特性が必要な用途に利用することができる。 The present invention relates to a fixed type constant velocity universal joint, and can be used for applications such as a steering joint, which always use a high angle and require backlash filling characteristics.
等速自在継手は、入出力軸間の角度変位のみを許容する固定式と、角度変位および軸方向変位を許容するスライド式に大別され、それぞれ用途・使用条件等に応じて機種選定される。固定式等速自在継手としては、ツェッパ型(以下、「BJ」と称する)やアンダーカットフリー型(以下、「UJ」と称する)が広く知られている。 Constant velocity universal joints are roughly classified into fixed types that allow only angular displacement between the input and output shafts, and slide types that allow angular displacement and axial displacement. Each model is selected according to the application and usage conditions. . As a fixed type constant velocity universal joint, a Rzeppa type (hereinafter referred to as “BJ”) and an undercut free type (hereinafter referred to as “UJ”) are widely known.
BJおよびUJのいずれも、内周に複数の曲線状のボール溝を有する外輪と、外周に複数の曲線状のボール溝を有する内輪と、外輪のボール溝と内輪のボール溝との間に組み込まれたボールと、ボールを保持するケージとで構成される。外輪のボール溝中心は外輪内球面中心に対して外輪開口側、また、内輪のボール溝中心は内輪外球面中心に対して外輪奥側に位置し、軸方向で互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。したがって、外輪のボール溝と内輪のボール溝とで構成されるボールトラックは外輪の開口側に向けて拡開する楔形となっている。BJでは各ボール溝の全域が曲線状になっているが、UJでは各ボール溝の一方の端部が軸線と平行なストレート状になっている。 Both BJ and UJ are incorporated between an outer ring having a plurality of curved ball grooves on the inner periphery, an inner ring having a plurality of curved ball grooves on the outer periphery, and a ball groove of the outer ring and a ball groove of the inner ring. And a cage for holding the ball. The outer ring ball groove center is located on the outer ring opening side with respect to the outer ring inner spherical center, and the inner ring ball groove center is located on the outer ring rear side with respect to the inner ring outer spherical center, and is offset by an equal distance in the opposite direction in the axial direction. is doing. Therefore, the ball track constituted by the ball groove of the outer ring and the ball groove of the inner ring has a wedge shape that expands toward the opening side of the outer ring. In BJ, the entire area of each ball groove is curved, but in UJ, one end of each ball groove is in a straight shape parallel to the axis.
ステアリングシステムは、図8に示すように、ステアリングホイール62の回転運動を、一または複数のステアリングシャフト64からなるステアリングコラムを介してステアリングギヤ66に伝達することにより、タイロッド68の往復運動に変換するようにしたものである。車載スペース等との兼ね合いでステアリングシャフト64を一直線に配置できない場合、ステアリングシャフト64間に一または複数のステアリングジョイント60を配置し、ステアリングシャフト64を屈曲させた状態でもステアリングギヤ66に正確な回転運動を伝達できるようにしている。
As shown in FIG. 8, the steering system transmits the rotational motion of the
一般に、自動車用ステアリングジョイントにはカルダンジョイントを2個以上使用している。カルダンジョイントは、単体では不等速であることから、等速性を確保するために互いの変動成分を打ち消し合うように配置して使用している。このため車両の設計自由度が損なわれるという問題がある。任意の角度で等速性が確保できる等速自在継手をステアリングジョイントとして用いることで、車両の設計自由度を高めることは可能であるが、等速自在継手は回転方向ガタが大きいため、車両直進付近のステアリング操作感の悪化や、異音の原因となることが懸念される。 In general, two or more cardan joints are used for an automobile steering joint. Since the cardan joint is not uniform at a single unit, the cardan joint is arranged and used so as to cancel each other's fluctuation components in order to ensure constant velocity. For this reason, there exists a problem that the design freedom of a vehicle is impaired. It is possible to increase the design freedom of the vehicle by using a constant velocity universal joint that can ensure constant velocity at an arbitrary angle as a steering joint. However, the constant velocity universal joint has a large amount of play in the rotation direction, so the vehicle goes straight ahead. There is a concern that the steering operation feeling in the vicinity may deteriorate and noise may be caused.
固定式等速自在継手には機能および加工面から、外輪のボール溝と内輪のボール溝との間にはボールを介してすきま(ボール溝間すきま)があり、また、外輪の内球面とケージ外球面との間、内輪の外球面とケージ内球面との間にもすきまが存在する。これらのすきまは、継手の中立状態で内輪または外輪のどちらか一方を固定して他方をラジアル方向またはアキシアル方向に移動させたときの移動量として現われ、移動の方向によって、ラジアルすきま、アキシアルすきまのように呼ばれる。これらのすきまは、内・外輪間の円周方向のガタツキ(回転バックラッシ)に大きく影響を与え、とくにボール溝間すきまが大きいほど回転バックラッシも大きくなる。このため、一定以上の回転バックラッシは避けられない。 The fixed constant velocity universal joint has a gap between the ball groove of the outer ring and the ball groove of the inner ring through the ball (clearance between the ball grooves) in terms of function and processing surface. There is also a clearance between the outer spherical surface and between the outer spherical surface of the inner ring and the inner spherical surface of the cage. These clearances appear as the amount of movement when either the inner ring or the outer ring is fixed in the neutral state of the joint and the other is moved in the radial direction or the axial direction. Depending on the direction of movement, the radial clearance and the axial clearance So called. These clearances greatly affect the circumferential play (rotational backlash) between the inner and outer rings, and the greater the clearance between the ball grooves, the greater the rotational backlash. For this reason, a rotation backlash exceeding a certain level is inevitable.
そこで、これを解決するため、固定式等速自在継手のボール溝間すきまを詰めることにより回転バックラッシをなくすることが提案されている(特許文献1)。 In order to solve this problem, it has been proposed to eliminate the rotational backlash by reducing the clearance between the ball grooves of the fixed type constant velocity universal joint (Patent Document 1).
一方、一対の固定式等速自在継手の外輪同士を一体化し、その外輪(ハウジング)の中央部に設けたセンタリングプレートと各固定式等速自在継手の軸部先端に設けたパイロットレバーとを協働させて、双方の固定式等速自在継手の折り曲げ角が等しくなるように制御するセンタリング機構を構成させることにより、高角対応可能な固定式等速自在継手を提供することが提案されている(特許文献2)。
特許文献2の提案は、(1)ガタ詰め機構を有しない、(2)センタリングプレートを用いることから外輪外径が大きくなる、(3)軸部先端にパイロットレバーが設けてあることから単位継手当たりの折り曲げ角が大きく取れない、といった問題がある。
The proposals in
この発明の主要な目的は、従来の技術における上記問題点を除去することにあり、より具体的には、一層の高角仕様で、かつ、回転バックラッシの少ない固定式等速自在継手を提供することにある。 The main object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems in the prior art, and more specifically, to provide a fixed type constant velocity universal joint having a higher angle specification and less rotating backlash. It is in.
この発明の固定式等速自在継手は、一対の固定式等速自在継手からなり、各固定式等速自在継手が、内周面にボール溝をもった外輪と、外周面にボール溝をもった内輪と、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝とで形成されるくさび状のボールトラックに組み込んだボールと、ボールを収容するためのポケットをもったケージと、内輪とケージを相対的に軸方向に変位させて回転バックラッシをなくするためのガタ詰め機構とを有し、前記一対の固定式等速自在継手の外輪同士を一体化し、かつ、前記一対の固定式等速自在継手の折り曲げ角を略均等にするためのセンタリング機構を設けたことを特徴とするものである。 The fixed type constant velocity universal joint of the present invention comprises a pair of fixed type constant velocity universal joints, and each fixed type constant velocity universal joint has an outer ring having a ball groove on the inner peripheral surface and a ball groove on the outer peripheral surface. The inner ring, the ball incorporated in the wedge-shaped ball track formed by the ball groove of the outer ring and the ball groove of the inner ring, a cage having a pocket for accommodating the ball, and the inner ring and the cage And a backlash mechanism for eliminating rotational backlash by axially displacing, and integrating the outer rings of the pair of fixed type constant velocity universal joints, and the pair of fixed type constant velocity universal joints A centering mechanism is provided to make the bending angles of the two substantially equal.
請求項2の発明は、請求項1の固定式等速自在継手において、前記ガタ詰め機構が、内輪側に設けた押圧部材と、前記押圧部材を受けるためにケージに設けた受け部材とで構成され、内輪をボールトラックの拡開側に弾性的に押す作用をすることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the fixed type constant velocity universal joint according to the first aspect, the backlashing mechanism includes a pressing member provided on the inner ring side and a receiving member provided on the cage for receiving the pressing member. The inner ring is elastically pushed toward the expansion side of the ball track.
請求項3の発明は、請求項2の固定式等速自在継手において、前記センタリング機構が、一方の固定式等速自在継手のケージに設けたパイロットレバーと、前記パイロットレバーを受容するために他方の固定式等速自在継手のケージに設けた案内部材とで構成されることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the fixed type constant velocity universal joint according to the second aspect, the centering mechanism has a pilot lever provided in a cage of one fixed type constant velocity universal joint, and the other for receiving the pilot lever. And a guide member provided in the cage of the fixed type constant velocity universal joint.
請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれかの固定式等速自在継手において、一方の固定式等速自在継手のボール溝位相と他方の固定式等速自在継手のボール溝間位相を一致させたことを特徴とするものである。
The invention of
請求項5の発明は、請求項4の固定式等速自在継手において、一方の固定式等速自在継手のボール溝位相と他方の固定式等速自在継手のボール溝間位相とのずれ範囲を±20degとしたことを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fixed type constant velocity universal joint according to the fourth aspect, a deviation range between a ball groove phase of one fixed type constant velocity universal joint and a phase between the ball grooves of the other fixed type constant velocity universal joint is set. It is characterized by being ± 20 deg.
請求項6の発明は、請求項1ないし4のいずれかの固定式等速自在継手において、ステアリングシステムにおけるステアリングシャフトの連結に使用することを特徴とするものである。 A sixth aspect of the present invention is the fixed type constant velocity universal joint according to any one of the first to fourth aspects, wherein the fixed type constant velocity universal joint is used for coupling a steering shaft in a steering system.
この発明によれば、ガタ詰め機構を有する一対の固定型等速自在継手の外輪同士を一体化し、センタリング機構により一対の固定型等速自在継手の折り曲げ角を略均等にしたことにより、1ジョイントで高角かつガタ(回転バックラッシ)なしの固定式等速自在継手を提供することが可能となる。また、センタリング機構をケージ間に設けることにより、センタリング機構の1ジョイントあたりの作動範囲(角度)は従来の技術の半分(θ/2)の範囲で済む。さらに、センタリングプレートを使用しないセンタリング機構を採用したため、外輪外径を大きくする必要がない。 According to the present invention, the outer rings of a pair of fixed type constant velocity universal joints having a backlashing mechanism are integrated with each other, and the bending angles of the pair of fixed type constant velocity universal joints are made substantially uniform by a centering mechanism. Therefore, it is possible to provide a fixed type constant velocity universal joint having a high angle and no backlash (rotational backlash). Further, by providing the centering mechanism between the cages, the operation range (angle) per joint of the centering mechanism can be half of the conventional technology (θ / 2). Furthermore, since a centering mechanism that does not use a centering plate is adopted, it is not necessary to increase the outer diameter of the outer ring.
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、図4(a)を参照してステアリングシステムについて簡単に説明する。ステアリングシステムは、ステアリングホイール2の回転運動を、複数のステアリングシャフト4からなるステアリングコラムを介してステアリングギヤ6に伝達する。ステアリングシャフト4間に2つの固定式等速自在継手8が配置してあり、ステアリングシャフト4が屈曲した状態でもステアリングギヤ6に正確な回転運動を伝達できるようになっている。図1(a)における符号αは継手の折り曲げ角度を表し、折り曲げ角度αが30°を越える大角度も設定可能である。
First, the steering system will be briefly described with reference to FIG. The steering system transmits the rotational motion of the
つぎに、固定式等速自在継手8について説明する。なお、UJその他の固定式等速自在継手であっても同様に適用することができ、同様の効果を奏するが、ここではBJを例にとって説明する。また、図1に示す実施の形態は、共通の外輪を有する一対の固定式等速自在継手8A,8Bで一つの固定式等速自在継手8を構成したものである。以下では一対の固定式等速自在継手8A,8Bを単位継手と呼ぶこともある。
Next, the fixed type constant velocity
各単位継手8A,8Bは、外側継手部材としての外輪10と、内側継手部材としての内輪20と、トルク伝達要素としてのボール30と、ケージ40とを主要な構成要素として成り立っている。外輪10は入力軸または出力軸と接続し、内輪20は出力軸または入力軸と接続する。ここでは内輪20はステアリングシャフト4とセレーション結合している。
Each of the unit joints 8A and 8B includes an
外輪10は一対の単位継手8A,8Bに共通である。言い換えれば、全体として単一の円筒状を呈し、一方の端部に単位継手8Aの外輪部分を、他方の端部に単位継手8Bの外輪部分を備えている。そして、各外輪部分は、内球面12の円周方向等配位置に、軸方向に延びるボール溝14が形成してある。内輪20は、外球面22の円周方向等配位置に、軸方向に延びるボール溝24が形成してある。対をなす外輪10のボール溝14と内輪20のボール溝24との間にボール30が組み込んである。ケージ40は外輪10の内球面12と内輪20の外球面22との間に摺動自在に介在し、ボール30を収容するためのポケット46を円周方向に複数有する。ケージ40はすべてのボール30を同一平面内に保持する。
The
ケージ40の外球面42は外輪10の内球面12と球面接触し、ケージ40の内球面44は内輪20の外球面22と球面接触している。そして、外輪10の内球面12の中心と、内輪20の外球面22の中心は、継手中心Oと一致している。外輪10のボール溝14の中心O1と、内輪20のボール溝24の中心O2は、軸方向で、互いに逆方向に等距離だけオフセットさせてある。このため、一対のボール溝14,24により形成されるボールトラックは、外輪10の開口側から奥部側に向かって縮小する、換言すれば外輪10の奥部側から開口側に向かって拡開するくさび状を呈している。
The outer
この固定式等速自在継手において、図1に示すように、外輪10と内輪20とが作動角θをとると、ボール30が作動角θの二等分線に垂直な平面内に維持され、継手の等速性が確保される。
In this fixed type constant velocity universal joint, as shown in FIG. 1, when the
図2に例示したガタ詰め機構50について説明する。このガタ詰め機構50は押圧部材52と受け部材54とで構成される。
The
押圧部材52はステアリングシャフト4の軸端に設けてあり、押圧部52aと弾性部材52bとケース52cとを含む。ここでは押圧部52aとしてボールが例示してあるが、一部に凸球状部分をもったその他の形状のものを採用することもできる。弾性部材52bとしては圧縮コイルばねが例示してあるが、押圧部52aにケース52cから突出する向きの弾性力を作用させ得るものであればよい。ケース52cの開口端部をかしめて押圧部52aが脱落しないようにしてある。したがって、押圧部52aと弾性部材52bとケース52cはユニットハンドリングが可能なサブアセンブリを構成する。ケース52cは、内輪20とセレーション結合により一体化したステアリングシャフト4の先端部に圧入あるいは接着剤等の適宜の手段で固定される。
The pressing
受け部材54はケージ40の、外輪10の奥側の端部に取り付けてある。この受け部材54は、ケージ40の端部開口を覆うキャップ状で、部分球面状の球面部54aとその外周に環状に形成された取付け部54bとからなる。球面部54aの内面つまりステアリングシャフト4と対向する面は凹球面で、押圧部52aからの押圧力を受ける受け部として機能する。取付け部54bは、ケージ40の開口端部に圧入、溶接等の適宜の手段で固定される。
The receiving
継手が作動角θをとったとき、押圧部材52と受け部材54をスムーズに摺動させるため、図3に示すように、球面部54aの半径Roは押圧部52aの半径rよりも大きくしてある(Ro>r)。また、作動角θをとったとき受け部材54と内輪20とが干渉するのを防止するため、球面部54aの半径Roは内輪20の外球面22の半径Riよりも大きくしてある(Ro>Ri)。
To smoothly slide the pressing
以上の構成において、ステアリングシャフト4のセレーション軸部と内輪20をセレーション結合し、止め輪を装着して両者が完全に結合されると、押圧部材52の押圧部52aと受け部材54の球面部54aとが互いに当接し、弾性部材52bが圧縮される。これにより、ステアリングシャフト4と一体化した内輪20が、弾性力により外輪10の開口側に軸方向変位し、この変位により、ボールとボール溝との間のすきまが詰まる方向に内輪が移動するため、ボール溝のアキシアルすきまが詰められ、回転バックラッシが防止される。
In the above configuration, when the serration shaft portion of the
続いてセンタリング機構60について説明する。図1の左側に現れている固定式等速自在継手8Aにおいては、受け部材54の球面部54aにパイロットレバー62が固定してある。パイロットレバー62は固定式等速自在継手8Aの中心軸線と同軸に延び、先端に球体64が固定してある。一方、図1の右側に現れている固定式等速自在継手8Bにおいては、受け部材54の球面部54aにパイプ66が固定してある。パイプ66は固定式等速自在継手8Bの中心軸線と同軸に延び、内部に孔68を有する。パイプ66は孔68内にパイロットレバー62の球体64をスライド自在に受容し、パイロットレバー62の案内部材として機能する。このようにして、センタリング機構60は、固定式等速自在継手8A,8Bの作動角θを略均等にする役割を果たす。
Next, the centering
図1から明らかなとおり、固定式等速自在継手8の作動角は符号αで示され、これは各単位継手8A,8Bの作動角θと比較して格段に高角である。
As is apparent from FIG. 1, the operating angle of the fixed type constant velocity
上述の固定式等速自在継手8において、単位継手8Aのボール溝14と単位継手8Bのボール溝14を同位相とした場合、ステアリングジョイントとして車両に取り付けるにあたっては、車両の直進状態でのステアリングシャフト4の折れ曲がり位相が等速自在継手8のボール溝14,24方向になるように合わせておくのが好ましい。言い換えれば、ステアリングシャフト4の折り曲げ方向がボール溝14,24方向となる回転方向位相と、車両の直進状態のステアリングホイール回転位相を一致させるのである。これにより、ヒステリシスの増加に伴う操安性の悪化を回避することができる。
In the fixed type constant velocity
車両に取り付けた状態すなわちステアリングコラムとステアリングギヤ間に取り付けたときの回転方向位相によっては、継手のトルク−捩れ角曲線のヒステリシスが変化することは知られている(特許文献2)。車両に取り付けたときのステアリングシャフトの折り曲げ方向が図4(b)に示すようにボール溝方向である場合には、ヒステリシスが小さい(図5)。しかし、ステアリングシャフトの折り曲げ方向が図4(c)に示すようにボール溝間方向である場合には、ヒステリシスが大きくなる(図6)。そして、このような傾向は、とくに設定継手角度(α:図4(a))が30°を越える大角度の場合に顕著である。 It is known that the hysteresis of the torque-torsion angle curve of the joint changes depending on the state of attachment to the vehicle, that is, the rotational direction phase when attached between the steering column and the steering gear (Patent Document 2). When the bending direction of the steering shaft when attached to the vehicle is the ball groove direction as shown in FIG. 4B, the hysteresis is small (FIG. 5). However, when the steering shaft is bent in the direction between the ball grooves as shown in FIG. 4C, the hysteresis becomes large (FIG. 6). Such a tendency is particularly noticeable when the set joint angle (α: FIG. 4A) is a large angle exceeding 30 °.
自動車の直進状態で、継手のトルク−捩れ角線図におけるヒステリシスの増大はハンドル操作性(ダイレクト感)に影響を与えることから、このヒステリシスは小さい方が望ましい。このため、自動車の直進状態でのステアリングシャフトの折れ曲がり位相がボール溝方向になるように合わせておくことで、ヒステリシスの増加に伴う操安性の悪化を回避することができる。 Since the increase in hysteresis in the torque-torsion angle diagram of the joint affects the steering wheel operability (direct feeling) in a straight traveling state of the automobile, it is desirable that the hysteresis is small. For this reason, by adjusting the bending phase of the steering shaft in the straight traveling state of the automobile so as to be in the ball groove direction, it is possible to avoid the deterioration of the operability due to the increase in hysteresis.
図4に示す実施の形態では、一方の単位継手8Aのボール溝位相(図4(b))と、他方の単位継手8Bのボール溝間位相(図4(c))とが一致するようにして、外輪10のボール溝14を加工してある。この場合、ボール溝位相とボール溝間位相との位相のずれをボール溝位相基準で±20°以下におさめるのが望ましい。
In the embodiment shown in FIG. 4, the ball groove phase of one unit joint 8A (FIG. 4B) and the phase between ball grooves of the other unit joint 8B (FIG. 4C) are made to coincide. Thus, the
図7に、ステアリングシャフト折り曲げ位相を、ボール溝方向からボール溝間方向に10°毎に変化させたときのガタ線図を示す。位相0°(図7(a))がボール溝方向の場合で、位相30°(図7(d))がボール溝間方向の場合である。これらより、ヒステリシスの変化はボール溝方向から20°位相でわずかに大きくなっていることがわかる。したがって、ステアリングシャフトの方向をボール溝方向基準で±20°以下とすることにより、ヒステリシスの増加に伴う操安性の悪化を回避ないしは緩和することができる。
FIG. 7 shows a backlash diagram when the steering shaft bending phase is changed every 10 ° from the ball groove direction to the ball groove direction. This is the case where the
なお、6個のボールを用いる固定式等速自在継手を例にとって説明したが、6個以外の多数個のボールを用いる場合にも同様に適用できる。 In addition, although the fixed type constant velocity universal joint using six balls has been described as an example, the present invention can be similarly applied to a case where many balls other than six are used.
2 ステアリングホイール
4 ステアリングシャフト
6 ステアリングギヤ
8 固定式等速自在継手
10 外輪(外側継手部材)
12 内球面
14 ボール溝
20 内輪(内側継手部材)
22 外球面
24 ボール溝
30 ボール(トルク伝達要素)
40 ケージ
42 外球面
44 内球面
46 ポケット
50 ガタ詰め機構
52 押圧部材
52a 押圧部
52b 弾性部材
52c ケース
54 受け部材
54a 球面部
54b 取付け部
60 センタリング機構
62 パイロットレバー
64 球体
66 パイプ(案内部材)
68 孔
2
12 inner
22 outer
40
52a Pressing part
52b Elastic member
54a Spherical surface
68 holes
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081104 |