JP2007139094A - Constant speed universal joint - Google Patents
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Description
本発明は、等速自在継手に関し、例えば自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用される等速自在継手に関する。 The present invention relates to a constant velocity universal joint, for example, a constant velocity universal joint used in a power transmission system of an automobile or various industrial machines.
例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手の一種に固定式等速自在継手がある。この固定式等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。一般的に、前述した固定式等速自在継手としては、バーフィールド型(BJ)やアンダーカットフリー型(UJ)が広く知られている。 For example, there is a fixed type constant velocity universal joint as a kind of constant velocity universal joint used as means for transmitting rotational force from an engine of an automobile to wheels at a constant speed. This fixed type constant velocity universal joint has a structure in which two shafts on the driving side and the driven side are connected and the rotational torque can be transmitted at a constant speed even if the two shafts have an operating angle. In general, as the above-mentioned fixed type constant velocity universal joint, a Barfield type (BJ) and an undercut free type (UJ) are widely known.
例えば、BJタイプの固定式等速自在継手は、球面状内周面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材としての外輪と、球面状外周面に外輪のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材としての内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外輪の内周面と内輪の外周面との間に介在してボールを保持するケージとを備えている。複数のボールは、ケージに形成されたポケットに収容されて円周方向等間隔に配置されている。 For example, the BJ type fixed type constant velocity universal joint has an outer ring as an outer member in which a plurality of track grooves are formed along the axial direction at equal intervals in the circumferential direction on the spherical inner circumferential surface, and the spherical outer circumferential surface. A plurality of track grooves paired with the track grooves of the outer ring are formed along the axial direction at equal intervals in the circumferential direction, and interposed between the inner ring as the inner member and the track groove of the outer ring and the track groove of the inner ring Thus, a plurality of balls for transmitting torque and a cage for holding the balls interposed between the inner peripheral surface of the outer ring and the outer peripheral surface of the inner ring are provided. The plurality of balls are accommodated in pockets formed in the cage and arranged at equal intervals in the circumferential direction.
外輪は、一般的に以下の要領でもって製作されている。まず、円柱状ビレットを冷間鍛造で外輪の概略形状に形成し、この外輪素材の外周面、内周面および端面を旋削する。その後、熱処理を行い、内周面とトラック溝を研磨や焼入れ鋼切削などで仕上げ加工することにより、外輪を製作している。 The outer ring is generally manufactured in the following manner. First, a cylindrical billet is formed into a schematic shape of an outer ring by cold forging, and the outer peripheral surface, inner peripheral surface and end surface of the outer ring material are turned. Then, heat treatment is performed, and the outer ring is manufactured by finishing the inner peripheral surface and the track groove by polishing or quenching steel cutting.
この外輪のトラック溝は、軸方向に沿う縦断面が所定の曲率中心を持つ単一の円弧面形状を有し、その横断面形状は、トラック溝とボールがアンギュラ接触する曲面形状となっている。また、トラック溝のボール接触点を越える部位からトラック溝の肩部までの間には、トラック溝の曲率半径面から後退する逃げ部を形成している(例えば、特許文献1参照)。 The track groove of the outer ring has a single circular arc surface shape having a predetermined center of curvature in the longitudinal section along the axial direction, and the cross-sectional shape thereof is a curved surface shape in which the track groove and the ball are in angular contact. . Further, an escape portion that recedes from the radius of curvature of the track groove is formed between the portion of the track groove beyond the ball contact point and the shoulder of the track groove (see, for example, Patent Document 1).
このように逃げ部を形成したことにより、トラック溝の肩部とボールとの隙間を大きくすることができるので、トラック溝でのボールの転動時、トラック溝の肩部に打ち傷による変形やバリが万一存在していても、それら打ち傷による変形やバリがボールと干渉することを抑制でき、また、トルクが負荷された時のボールとトラック溝との接触楕円が小さくなることから、トラック溝の肩部へのボール乗り上げを抑制して折り曲げトルクの安定化を図ることができる。 Since the clearance portion is formed in this manner, the clearance between the shoulder portion of the track groove and the ball can be increased. Therefore, when the ball rolls in the track groove, the shoulder portion of the track groove is deformed or burrs due to scratches. Can be prevented from deforming due to scratches and burrs from interfering with the ball, and the contact ellipse between the ball and the track groove when torque is applied is reduced. It is possible to stabilize the bending torque by restraining the ball from riding on the shoulder of the ball.
この種の等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪を従動軸に連結し、内輪に車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸をスプライン嵌合で連結した構造としている。この等速自在継手では、外輪と内輪との間に作動角が付与されると、ケージに収容されたボールは常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。
ところで、前述した従来の等速自在継手の構成部品である外輪は、冷間鍛造、旋削および熱処理を経て、最終的にトラック溝に研削などの仕上げ加工を施すことにより製作されている。このように、冷間鍛造、旋削および熱処理の後、トラック溝の仕上げ加工を行っていると、トラック溝を仕上げ加工するための設備、工具などの費用が嵩むと共に、仕上げ加工に時間を要することや、材料の歩留まりも悪いという不都合があった。 By the way, the outer ring, which is a component of the conventional constant velocity universal joint described above, is manufactured by cold forging, turning, and heat treatment, and finally finishing the track groove such as grinding. In this way, if track groove finishing is performed after cold forging, turning and heat treatment, the cost of equipment and tools for finishing track grooves is increased, and the finishing process takes time. In addition, the material yield was inconvenient.
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、外輪の製作を容易にし得る等速自在継手を提供することにある。 The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a constant velocity universal joint that can facilitate the production of an outer ring.
本発明では、外方部材のトラック溝および逃げ部を鍛造で仕上げたことにより、その外方部材のトラック溝について研削などの仕上げ加工が不要となることから、その仕上げ加工に必要としていた設備や工具が不要となり、また、加工時間の短縮化を図ることができ、外方部材を効率的に製作することができ、製品のコスト低減化が図れる。 In the present invention, by finishing the track groove and the relief portion of the outer member by forging, finishing processing such as grinding is unnecessary for the track groove of the outer member, No tool is required, the processing time can be shortened, the outer member can be efficiently manufactured, and the cost of the product can be reduced.
ここで、「接触点を越える部位」は、ゴシックアーチ部と逃げ部との境界部位であり、ゴシックアーチ部とボールの接触点とトラック溝の肩部との間に位置し、その位置は打ち傷による変形やバリの大きさと、トルク負荷時のボールとトラック溝との接触楕円の大きさにより決定される。また、「ゴシックアーチ部の曲率半径面から後退する」とは、逃げ部でのトラック溝面が、ゴシックアーチ部の曲率半径による溝面を仮想的に形成した場合、その仮想的な溝面の場合よりも、ボールとのすきまが大きくなるように形成されていることを意味する。 Here, the “part beyond the contact point” is a boundary part between the Gothic arch part and the relief part, and is located between the Gothic arch part, the contact point of the ball and the shoulder of the track groove, and the position is a scratch. And the size of the burr and the size of the contact ellipse between the ball and the track groove when a torque is applied. In addition, “retreat from the curvature radius surface of the Gothic arch portion” means that if the track groove surface at the relief portion virtually forms a groove surface by the curvature radius of the Gothic arch portion, the virtual groove surface This means that the gap with the ball is larger than the case.
また、本発明における逃げ部は、接触点を越える部位でゴシックアーチ部の曲率半径面と連続的に繋がり、鍛造時に成形された形状を有することが望ましい。ここで、「連続的に繋がり」とは、ゴシックアーチ部と逃げ部との境界において、両方の溝面が滑らかに繋がっていることを意味する。 Moreover, it is desirable that the relief portion in the present invention is continuously connected to the curvature radius surface of the Gothic arch portion at a portion beyond the contact point and has a shape formed at the time of forging. Here, “continuously connected” means that both groove surfaces are smoothly connected at the boundary between the Gothic arch portion and the relief portion.
このように逃げ部を形成すれば、トラック溝の肩部とボールとの隙間を大きくすることができるので、トラック溝でのボールの転動時、トラック溝の肩部に打ち傷による変形やバリが万一存在していても、それら打ち傷による変形やバリがボールと干渉することを抑制でき、また、トルクが負荷された時のボールとトラック溝との接触楕円が小さくなることから、トラック溝の肩部へのボール乗り上げを抑制して折り曲げトルクの安定化を図ることができる。 If the relief portion is formed in this way, the clearance between the track groove shoulder and the ball can be increased, so that when the ball rolls in the track groove, the track groove shoulder is not deformed or burred by scratches. Even if they exist, deformation and burrs due to the scratches can be prevented from interfering with the ball, and the contact ellipse between the ball and the track groove when torque is loaded is reduced. It is possible to stabilize the bending torque by preventing the ball from riding on the shoulder.
なお、本発明は、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝を持つ外方部材および内方部材を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手(BJ)や、軸方向と平行なストレート底を有するトラック溝を持つ外方部材および内方部材を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手(UJ)のいずれにも適用可能である。また、これらバーフィールド型やアンダーカットフリー型以外のトラック溝形状を有する他の固定式等速自在継手にも適用可能である。さらに、ダブルオフセット型の摺動式等速自在継手(DOJ)やクロスグルーブ型の摺動式等速自在継手(LJ)にも適用可能である。 The present invention also relates to a barfield type fixed constant velocity universal joint (BJ) having an outer member and an inner member having track grooves each having a single circular arc surface in the longitudinal direction in the axial direction, The present invention is applicable to both an outer member having a track groove having a straight bottom parallel to the direction and an undercut free type fixed constant velocity universal joint (UJ) having an inner member. The present invention is also applicable to other fixed type constant velocity universal joints having track groove shapes other than these bar field type and undercut free type. Furthermore, the present invention can also be applied to a double offset type sliding constant velocity universal joint (DOJ) and a cross groove type sliding constant velocity universal joint (LJ).
本発明によれば、外方部材のトラック溝および逃げ部を鍛造で仕上げたことにより、その外方部材のトラック溝について研削などの仕上げ加工が不要となることから、その仕上げ加工に必要としていた設備や工具が不要となり、また、加工時間の短縮化を図ることができ、外方部材を効率的に製作することができ、製品のコスト低減化が図れる。 According to the present invention, by finishing the track groove and the relief portion of the outer member by forging, a finishing process such as grinding is unnecessary for the track groove of the outer member, which is necessary for the finishing process. Equipment and tools are not required, the processing time can be shortened, the outer member can be efficiently manufactured, and the cost of the product can be reduced.
また、鍛造時のスプリングバックなどを利用して所定の逃げ形状を得られるように逃げ形状を設定すれば、過大な鍛造荷重を必要としなくなることから、鍛造ダイスの長寿命化などが図れる。 Further, if the relief shape is set so that a predetermined relief shape can be obtained by using a spring back at the time of forging, an excessive forging load is not required, so that the life of the forging die can be extended.
本発明に係る等速自在継手の実施形態を詳述する。以下の実施形態では、バーフィールド型の固定式等速自在継手(BJ)を例示する。 An embodiment of a constant velocity universal joint according to the present invention will be described in detail. In the following embodiment, a Barfield type fixed constant velocity universal joint (BJ) is illustrated.
この等速自在継手は、図2に示すように球面状内周面21に複数のトラック溝22が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材としての外輪23と、球面状外周面24に外輪23のトラック溝22と対をなす複数のトラック溝25が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材としての内輪26と、外輪23のトラック溝22と内輪26のトラック溝25との間に介在してトルクを伝達する複数のボール27と、外輪23の球面状内周面21と内輪26の球面状外周面24との間に介在してボール27を保持するケージ28とを備えている。複数のボール27は、ケージ28に形成されたポケット29に収容されて円周方向等間隔に配置されている。
As shown in FIG. 2, the constant velocity universal joint includes an
この種の等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪23を従動軸に連結し、内輪26に車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸をスプライン嵌合で連結した構造としている。この等速自在継手では、図3に示すように外輪23と内輪26との間に作動角が付与されると、ケージ28に収容されたボール27は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。
When this type of constant velocity universal joint is used for a drive shaft of an automobile, for example, an
この実施形態の等速自在継手の一部を構成する外輪23は、その球面状内周面21に、軸方向に沿う縦断面が所定の曲率中心を持つ単一の円弧面形状を有するトラック溝22が形成された構造を具備する。図1は外輪23の球面状内周面21に形成されたトラック溝22を示す横断面図である。同図に示すように、トラック溝22の横断面形状は、ボール27とアンギュラ接触する接触点Yを越える部位Zまでゴシックアーチ状に形成し、そのボール接触点Yを越える部位Zからトラック溝22の肩部Xまでの間を、ゴシックアーチ部22aの曲率半径R1よりも大きな曲率半径R2で曲線状に連続的に形成することにより構成される。
The
このゴシックアーチ部22aは、半径rのボール27がトラック溝22とアンギュラ接触する接触点Yとボール中心Oとを結ぶ線分をボール中心側へ延長した線上に位置するトラック溝中心O1を有し、ボール半径rよりも大きな曲率半径R1を持つ。このようにゴシックアーチ状としたことにより、トラック溝22とボール27との接触は、ボール接触角αを有するアンギュラ接触となっている。ゴシックアーチ部22aの形成角度βは、ボール接触角αよりも大きく、接触点Yを越える部位Zまでとしている。
The
この接触点Yを越える部位Zからトラック溝16の肩部Xまでの間に、ゴシックアーチ部22aの曲率半径R1よりも大きな曲率半径R2で曲線状に形成した逃げ部22bを設けている。この逃げ部22bは、ゴシックアーチ部22aの曲率半径面から後退するように設けられ、ボール接触点Yとボール中心O、トラック溝中心O1とを結ぶ線分をトラック溝中心側へ延長した線上に位置する逃げ部中心O2により形成される。ここで、ボール接触角αとは、ボール27の中心Oを基準としてボール27とトラック溝22とが接触するボール接触点Yとトラック溝22の溝底中心Qとのなす角度を意味する。
From the site Z above this contact point Y until the shoulder X of the track groove 16 is provided with a
この逃げ部22bについては、ゴシックアーチ部22aの曲率半径R1よりも大きな曲率半径R2で形成したことにより、トラック溝22の肩部Xとボール27とのすきまが大きくなるので、トラック溝22でのボール27の転動時、トラック溝22の肩部Xに打ち傷による変形やバリが存在していても、それら打ち傷による変形やバリがボール27と干渉することを抑制することができる。また、トルクが負荷された時のボール27とトラック溝22との接触楕円Mを小さくすることができ、ボール27が肩部Xに乗り上げることも抑制できて折り曲げトルクの安定化を図ることができる。
This
一方、トルク負荷時の接触楕円Mが小さくなる反面、接触面圧が大きくなり、耐久性に影響を及ぼすため、この逃げ部22bの曲率半径R2は、その使用条件に応じて最適値に設定する必要がある。なお、接触楕円Mは、ボール接触中心Pを有し、そのボール接触中心Pからトラック溝底側とトラック溝開放側とで非対称な形状となっている。
Meanwhile, although the contact ellipse M during torque load decreases, the contact surface pressure is increased, to influence the durability, the radius of curvature R 2 of the
ゴシックアーチ部22aと逃げ部22bとの境界部分については、ゴシックアーチ部22aと逃げ部22bとの連続性が保持されて滑らかに繋がれており、ゴシックアーチ部22aの形成角度βは、ボール接触角αよりも大きく、かつ、トラック溝22の肩部Xまでの角度γよりも小さく設定されている。このゴシックアーチ部22aの形成角度βは、想定される打ち傷による変形やバリの大きさと、トルク負荷時のボール27とトラック溝22との接触楕円Mの大きさにより決定される。
The boundary portion between the
以上で説明したようにゴシックアーチ部22aと逃げ部22bで構成された複合ゴシックアーチ形状のトラック溝22は、曲線状の逃げ部22bに代えて、ボール接触点Yを越える部位Zからトラック溝16の肩部Xまでの間で、そのボール接触点Yを越える部位Zでの接線方向に延びる直線状の逃げ部とすることも可能である。
As described above, the compound gothic arch-shaped
このトラック溝および逃げ部は、鍛造により仕上げられている。つまり、トラック溝16を冷間鍛造によって形成する場合、ダイス形状を複合ゴシックアーチ形状に予め成形することによって、ゴシックアーチ部22aと逃げ部22bからなる複合ゴシックアーチ形状を形成することが容易である。
The track groove and the relief portion are finished by forging. That is, when the track groove 16 is formed by cold forging, it is easy to form a composite Gothic arch shape composed of the Gothic
前述の外輪23の鍛造は、ポンチを外輪素材の内面に押し付けてトラック溝22を形成すると共に内周面側に素材を塑性流動させて外輪23の形状に成形する。このため、内周面側への素材の充填は、特にトラック溝22が深い部分で行われ難くなる。一方で、トラック溝22の深い部分では浅い部分より逃げ量が大きな設定にしてもよい。逃げ部22bは、前述したポンチに逃げ部22bに相当する部分を設けてそれを転写することにより成形してもよいし、鍛造時のスプリングバック等を利用して逃げ部22bが成形されるようにその形状をコントロールすることで所定の逃げ部22bを成形してもよい。これにより、過大な鍛造荷重で鍛造することなく、所定の逃げ形状を得ることができる。
In the forging of the
このように外輪23のトラック溝22および逃げ部22bを鍛造で仕上げたことにより、その外輪23のトラック溝22について研削などの仕上げ加工が不要となることから、その仕上げ加工に必要としていた設備や工具が不要となり、また、加工時間の短縮化を図ることができ、外輪23を効率的に製作することができ、製品のコスト低減化が図れる。
Since the
なお、逃げ部は、前述した直線状または曲線状に限定されるものではなく、逃げ部でのトラック溝面が、ゴシックアーチ部22aの曲率半径R1による溝面を仮想的に形成した場合、その仮想的な溝面の場合よりも、ボール27とのすきまが大きくなるように形成されていればよい。また、外輪23のトラック溝22について説明したが、内輪26のトラック溝25の形状を前述したゴシックアーチ部22aと逃げ部22bからなる複合ゴシックアーチ形状としてもよいのは勿論である。
In the case relief unit is not limited to straight or curved described above, the track groove surfaces in the relief portion has a groove surface by the radius of curvature R 1 of the Gothic
なお、前述の実施形態では、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝22,25を持つ外輪23および内輪26を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手について適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、図4に示すように軸方向と平行なストレート底を有するトラック溝22’,25’を持つ外輪23’および内輪26’を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手にも適用可能である。さらに、これらバーフィールド型やアンダーカットフリー型以外のトラック溝形状を有する他の固定式等速自在継手にも適用可能である。さらに、ダブルオフセット型の摺動式等速自在継手(DOJ)やクロスグルーブ型の摺動式等速自在継手(LJ)にも適用可能である。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a barfield-type fixed constant velocity universal joint including an
21 球面状内周面
22 トラック溝
22a ゴシックアーチ部
22b 逃げ部
23 外方部材(外輪)
24 球面状外周面
25 トラック溝
26 内方部材(内輪)
27 ボール
28 ケージ
21 Spherical inner
24 Spherical outer
27
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