JP2007162875A - Constant velocity universal joint and its internal member - Google Patents
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Description
本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、例えば4WD車やFR車などで使用されるドライブシャフトやプロペラシャフトに組み込まれる固定式あるいは摺動式の等速自在継手及びその等速自在継手の一部を構成する内方部材に関する。 The present invention is used in power transmission systems of automobiles and various industrial machines, for example, fixed or sliding constant velocity universal joints incorporated in drive shafts and propeller shafts used in 4WD vehicles, FR vehicles, and the like. The present invention relates to an inner member that constitutes a part of a quick universal joint.
自動車や各種産業機械の動力伝達系、例えば前輪駆動車や独立懸架方式の後輪駆動車の駆動軸には、角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手が使用されている。この摺動式等速自在継手には、トルク伝達要素としてボールを用いたボールタイプのダブルオフセット型等速自在継手(DOJ)がよく知られている。 Sliding constant velocity universal joints that allow both angular displacement and axial displacement are used in the power transmission systems of automobiles and various industrial machines, such as the drive shafts of front-wheel drive vehicles and independent-suspension-type rear-wheel drive vehicles. ing. As this sliding type constant velocity universal joint, a ball type double offset constant velocity universal joint (DOJ) using a ball as a torque transmission element is well known.
この種のダブルオフセット型の摺動式等速自在継手は、外方部材としての外輪と、内方部材としての内輪と、外輪および内輪の間に組み込まれてトルクを伝達する複数のボールと、外輪と内輪との間に介在してボールを保持するケージとを主要な構成要素としている(例えば、特許文献1参照)。この等速自在継手では、前述した駆動側の軸が外輪に連結され、従動側の軸としてシャフトが内輪に連結される。 This type of double offset type sliding constant velocity universal joint includes an outer ring as an outer member, an inner ring as an inner member, and a plurality of balls incorporated between the outer ring and the inner ring to transmit torque. A cage that holds the ball interposed between the outer ring and the inner ring is a main component (see, for example, Patent Document 1). In this constant velocity universal joint, the drive-side shaft described above is connected to the outer ring, and the shaft as the driven-side shaft is connected to the inner ring.
外輪は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝が内径面に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。また、内輪は、外輪のトラック溝と対応させて軸線に平行な複数の直線状トラック溝が外径面に形成されている。この外輪のトラック溝と内輪のトラック溝とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボールが配されている。各ボールは、外輪の内径と内輪の外径面との間に介装されたケージのポケットに収容されている。 The outer ring has a cylindrical shape in which a plurality of linear track grooves parallel to the axis are formed on the inner diameter surface at equal intervals in the circumferential direction. The inner ring is formed with a plurality of linear track grooves parallel to the axis on the outer surface corresponding to the track grooves of the outer ring. A ball for transmitting torque is arranged on a ball track formed by cooperation between the track groove of the outer ring and the track groove of the inner ring. Each ball is accommodated in a cage pocket interposed between the inner diameter of the outer ring and the outer diameter surface of the inner ring.
この等速自在継手を構成する内輪は、その軸孔にトルク伝達用のスプラインを形成した構成を有し、そのスプラインは、内輪に圧入されるシャフトの外径面に形成されたスプラインと係合され、両スプラインの係合部においてトルク伝達が行われる。この内輪は、強度が要求されることから、通常、焼入れなどの熱処理を施して硬度を高めるようにしている。 The inner ring constituting the constant velocity universal joint has a configuration in which a spline for torque transmission is formed in the shaft hole, and the spline is engaged with a spline formed on the outer diameter surface of the shaft press-fitted into the inner ring. Then, torque transmission is performed at the engaging portion of both splines. Since the inner ring is required to have strength, the inner ring is usually subjected to a heat treatment such as quenching to increase the hardness.
一方、他の摺動式等速自在継手としては、トリポード型等速自在継手(TJ)がある(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, as another sliding type constant velocity universal joint, there is a tripod type constant velocity universal joint (TJ) (for example, see Patent Document 2).
一般的に、トリポード型等速自在継手は、内径面に三本のトラック溝が軸方向に形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面を有する外方部材としての外輪と、半径方向に突出した三本の脚軸を有する内方部材としてのトリポード部材と、そのトリポード部材の脚軸と外輪のローラ案内面との間に回転自在に収容されたローラとを主要な構成要素としている。この等速自在継手では、前述した駆動側の軸が外輪に連結され、従動側の軸としてシャフトがトリポード部材に連結される。 Generally, a tripod type constant velocity universal joint has three track grooves formed on the inner diameter surface in the axial direction, and an outer ring as an outer member having an axial roller guide surface on each side of each track groove; A main component is a tripod member as an inner member having three leg shafts protruding in the radial direction, and a roller rotatably accommodated between the leg shaft of the tripod member and the roller guide surface of the outer ring. It is said. In this constant velocity universal joint, the drive side shaft described above is connected to the outer ring, and the shaft as the driven side shaft is connected to the tripod member.
この等速自在継手を構成するトリポード部材は、その軸孔にトルク伝達用のスプラインを形成した構成を有し、そのスプラインは、トリポード部材に圧入されるシャフトの外径面に形成されたスプラインと係合され、両スプラインの係合部においてトルク伝達が行われる。このトリポード部材は、強度が要求されることから、通常、焼入れなどの熱処理を施して硬度を高めるようにしている。
ところで、前述した特許文献1,2に開示されたダブルオフセット型等速自在継手やトリポード型等速自在継手では、内輪あるいはトリポード部材におけるスプライン形成が容易なように、焼入れなどの熱処理前に内輪あるいはトリポード部材の軸孔内径面にスプラインを形成しているのが通常である。
By the way, in the double offset type constant velocity universal joint and the tripod type constant velocity universal joint disclosed in
特に、特許文献2に開示されたトリポード型等速自在継手の場合、熱処理による軸孔の内径面の変形を見込んで、予め所定形状に加工した軸孔内径面にスプラインを形成するようにしている。これにより、スプラインが形成された熱処理後の軸孔内径面の形状を、シャフト形状に合致した真円形とすることにより、強度低下を未然に防止している。
In particular, in the case of the tripod type constant velocity universal joint disclosed in
しかしながら、熱処理による軸孔内径面の変形を見込んで、軸孔の内径面を所定形状に予め加工することはかなり困難であり、また、その加工時、加工工具に対する軸孔の位相を決めて位相ずれがないように位置決めする必要があり、作業に手間がかかって作業性の低下を招いている。 However, it is quite difficult to pre-process the inner diameter surface of the shaft hole into a predetermined shape in anticipation of deformation of the inner diameter surface of the shaft hole due to heat treatment, and the phase of the shaft hole relative to the processing tool is determined during the processing. It is necessary to perform positioning so that there is no deviation, and it takes time and effort to reduce workability.
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、熱処理による軸孔内径面の変形を見込んで行う熱処理前の軸孔内径面の加工を不要にすると共に、内方部材の強度を確保し得る等速自在継手及びその内方部材を提供することにある。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to eliminate the need for machining the inner diameter surface of the shaft hole before heat treatment in anticipation of deformation of the inner diameter surface of the shaft hole due to heat treatment. Another object is to provide a constant velocity universal joint that can secure the strength of the inner member and the inner member thereof.
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、外方部材との間で角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備され、内径に形成された軸孔にシャフトを挿入してスプライン嵌合する内方部材であって、スプラインが形成された熱処理後の軸孔内径面形状を多角形としたことを特徴とする。 As a technical means for achieving the above-mentioned object, the present invention is provided in a constant velocity universal joint that transmits torque while allowing angular displacement with an outer member, and in a shaft hole formed in an inner diameter. An inner member into which a shaft is inserted to be fitted into a spline, wherein the shape of the inner surface of the shaft hole after heat treatment in which the spline is formed is a polygon.
前述した構成における内方部材は、外方部材との間でボールトラックを形成する複数のトラック溝を外径面に有し、そのトラック溝を8個以上とすることが望ましい。 The inner member in the configuration described above preferably has a plurality of track grooves on the outer diameter surface that form a ball track with the outer member, and the number of the track grooves is eight or more.
本発明では、スプラインが形成された熱処理後の軸孔内径面形状を多角形、特に八角形以上とすることにより、その熱処理後の軸孔内径面形状をできるだけ真円に近似させる。これにより、内方部材がシャフトとスプライン嵌合してトルクを伝達する時にそのスプライン歯が均等に荷重を伝達することができ、内方部材およびシャフトの強度向上が容易に図れる。 In the present invention, the shaft hole inner diameter surface shape after heat treatment in which the spline is formed is made to be a polygon, particularly an octagon or more, so that the shaft hole inner diameter surface shape after the heat treatment is approximated to a perfect circle as much as possible. Accordingly, when the inner member is spline-fitted with the shaft to transmit torque, the spline teeth can transmit the load evenly, and the strength of the inner member and the shaft can be easily improved.
前述の構成からなる内方部材に、外方部材と、その外方部材と内方部材の間に介在してトルクを伝達するボールとを付加すれば、等速自在継手を構成することが可能となる。 A constant velocity universal joint can be constructed by adding an outer member and a ball for transmitting torque interposed between the outer member and the inner member to the inner member having the above-described configuration. It becomes.
本発明によれば、スプラインが形成された熱処理後の軸孔内径面形状を多角形、特に八角形以上とすることにより、その熱処理後の軸孔内径面形状をできるだけ真円に近似させる。これにより、内方部材がシャフトとスプライン嵌合してトルクを伝達する時にそのスプライン歯が均等に荷重を伝達することができ、内方部材およびシャフトの強度向上が容易に図れる。 According to the present invention, the shaft hole inner diameter surface shape after heat treatment in which the spline is formed is made to be a polygon, particularly an octagon or more, so that the shaft hole inner diameter surface shape after the heat treatment is approximated to a perfect circle as much as possible. Accordingly, when the inner member is spline-fitted with the shaft to transmit torque, the spline teeth can transmit the load evenly, and the strength of the inner member and the shaft can be easily improved.
その結果、製品寿命を向上させることができると共に製品の信頼性も大幅に向上させることができる。また、内方部材およびシャフトの強度を現状維持する場合であれば、等速自在継手のコンパクト化を図ることも可能となる。さらに、従来のように熱処理による軸孔内径面の変形を見込んで行う熱処理前の軸孔内径面の加工が不要となり、加工の手間が省けて作業性の改善が図れる。 As a result, the product life can be improved and the reliability of the product can be greatly improved. Also, if the strength of the inner member and the shaft is maintained as they are, the constant velocity universal joint can be made compact. Further, the machining of the shaft hole inner diameter surface before the heat treatment performed in anticipation of the deformation of the shaft hole inner diameter surface by the heat treatment as in the prior art becomes unnecessary, and the work efficiency can be improved by saving the labor of the processing.
本発明の実施形態として、ダブルオフセット型(DOJ)の摺動式等速自在継手について以下に詳述する。なお、本発明は、ボールタイプの等速自在継手であれば適用可能であることから、他の実施形態として、ツェパー型(BJ)やアンダーカットフリー型(UJ)の固定式等速自在継手、あるいはクロスグルーブ型(LJ)の摺動式等速自在継手にも適用可能である。 As an embodiment of the present invention, a double offset type (DOJ) sliding constant velocity universal joint will be described in detail below. Since the present invention is applicable to any ball type constant velocity universal joint, as another embodiment, a fixed type constant velocity universal joint of a Zepper type (BJ) or an undercut free type (UJ), Or it is applicable also to a cross groove type (LJ) sliding type constant velocity universal joint.
図3および図4は、一般的なダブルオフセット型の等速自在継手の基本構成を例示する。この等速自在継手は、同図に示すように外方部材としての外輪1と、内方部材としての内輪2と、外輪1および内輪2の間に組み込まれた複数のトルク伝達ボール3と、外輪1と内輪2との間に介在してボール3を保持するケージ4とを主要な構成要素としている。
3 and 4 illustrate a basic configuration of a general double offset type constant velocity universal joint. The constant velocity universal joint includes an
外輪1は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝5が内径面6に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。また、内輪2は、外輪1のトラック溝5と対応させて軸線に平行な複数の直線状トラック溝7が外径面8に形成されている。この外輪1のトラック溝5と内輪2のトラック溝7とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボール3が配されている。各ボール3は、外輪1の内径面6と内輪2の外径面8との間に介装されたケージ4のポケット9に収容されている。
The
ケージ4の外径面10および内径面11はそれぞれ部分球面で構成されている。内輪2の外径面8の曲率中心O1とケージ4の外径面10の部分球面の曲率中心O2とは、ボール3の中心O3を含む継手中心面Pに対して軸線方向に等距離fだけオフセットされている。なお、ケージ4の内径面11の部分球面は、内輪2の外径面8と一致した曲率中心O1を有する。
The
この等速自在継手では、外輪1と内輪2との間に作動角が付与された場合、ケージ4によりボール3を作動角の二等分面上に制御して継手の等速性が維持される構造となっている。また、外輪1と内輪2との間に角度変位がある状態でも内輪2の軸方向変位がスムーズになされる。
In this constant velocity universal joint, when an operating angle is given between the
この等速自在継手を構成する内輪2は、その軸孔12にトルク伝達用のスプライン13を形成した構成を有し、そのスプライン13は、内輪2に圧入されるシャフト(図示せず)の外径面に形成されたスプラインと係合され、両スプラインの係合部においてトルク伝達が行われる。この内輪2は、強度が要求されることから、通常、焼入れなどの熱処理を施して硬度を高めるようにしている。
The
従って、この内輪2は、焼入れによる硬化処理が可能な鋼材、例えば機械構造用炭素鋼で製作されている。内輪2は、スプライン13の形成が容易なように、焼入れなどの熱処理前に軸孔12の内径面にスプライン13を形成し、その後、焼入れなどの熱処理を施すことにより強度を向上させている。
Therefore, the
図2は図3および図4の等速自在継手の構成要素の一部をなし、本発明の前提となる6個ボールの内輪2を示す。この内輪2は、その外径面8に6個のトラック溝7が円周方向等間隔に形成されている。シャフト(図示せず)がスプライン嵌合により圧入される内輪2の軸孔12について、熱処理前の内径面の形状が真円形の状態(図中破線m参照)で、焼入れなどの熱処理を施すと、その熱処理後の軸孔内径面の形状は六角形となる。
FIG. 2 shows a six-ball
つまり、この内輪2については、トラック溝7が形成された部位における径方向の肉厚が薄く、トラック溝7間の部位における径方向の肉厚が厚いことから、熱処理において焼入れ後の冷却過程で素材の収縮量が円周方向で均一にならず、トラック溝7が形成された薄肉部位の内径面が、トラック溝7間の厚肉部位の内径面よりも大きく内方へ変形する。これによって、熱処理前に真円形であった軸孔12の内径面形状は、その熱処理後に六角形となる。
That is, the
前述した図2の内輪2では、熱処理による軸孔内径面の変形量(歪み)が大きいことから、本発明では内輪のトラック溝を8個以上とする。図1は本発明の実施形態を例示するものであり、この実施形態における内輪22では、同図に示すようにその外径面28に8個のトラック溝27を円周方向等間隔に形成する。
In the
このように8個のトラック溝27を有する内輪22について、シャフトがスプライン嵌合により圧入される軸孔32の内径面にスプライン33を形成した後、焼入れなどの熱処理を施すと、前述の内輪2で説明したようにトラック溝27が形成された部位における径方向の肉厚が薄く、トラック溝27間の部位における径方向の肉厚が厚いことから、熱処理において焼入れ後の冷却過程で素材の収縮量が円周方向で均一にならず、トラック溝27が形成された薄肉部位の内径面がトラック溝27間の厚肉部位の内径面よりも大きく内方へ変形する。
As described above, when the
その結果、熱処理前に真円形であった軸孔32の内径面形状(図中破線n参照)は、その熱処理後に八角形となる。その八角形は、トラック溝27が形成された薄肉部位の内径面を一辺とし、かつ、トラック溝27間の厚肉部位の内径面を頂点とする。
As a result, the shape of the inner diameter surface of the shaft hole 32 (see the broken line n in the figure) that was a perfect circle before the heat treatment becomes an octagon after the heat treatment. The octagon has an inner diameter surface of the thin portion where the
ここで、前述した六角形の内径面形状を有する内輪2(図2参照)と比較した場合、八角形の内径面形状を有する内輪22(図1参照)の方が、熱処理による軸孔内径面の変形量が少なく(a>b)、その熱処理後の軸孔内径面の形状がより一層真円形に近似することになる。 Here, when compared with the inner ring 2 (see FIG. 2) having the hexagonal inner diameter surface shape described above, the inner ring 22 (see FIG. 1) having the octagonal inner diameter surface shape is the shaft hole inner diameter surface by heat treatment. The amount of deformation of (a> b) is small, and the shape of the inner diameter surface of the shaft hole after the heat treatment more closely approximates a perfect circle.
その結果、図1に示す内輪22では、シャフトとスプライン嵌合してトルクを伝達する時にそのスプライン歯が均等に荷重を伝達することができ、内輪22およびシャフトの強度向上が容易に図れる。また、図2の内輪2と同一の強度を維持する場合であれば、その強度を維持したままで等速自在継手のコンパクト化が図れる。さらに、従来のように熱処理による軸孔内径面の変形を見込んで行う熱処理前の軸孔内径面の加工が不要となる。
As a result, in the
なお、熱処理後の軸孔内径面の形状となる多角形は、内輪のトラック溝の個数に対応するものであり、そのトラック溝の個数を増加させればさせるほど、熱処理後の軸孔内径面形状の多角形の角数が増加することから、熱処理後の軸孔内径面の形状が真円形に近似することが顕著となる。 In addition, the polygon which becomes the shape of the inner diameter surface of the shaft hole after the heat treatment corresponds to the number of track grooves of the inner ring, and as the number of the track grooves is increased, the inner diameter surface of the shaft hole after the heat treatment is increased. Since the number of corners of the polygon increases, it becomes remarkable that the shape of the inner diameter surface of the shaft hole after heat treatment approximates a perfect circle.
1 外方部材(外輪)
3 ボール
22 内方部材(内輪)
27 トラック溝
28 外径面
32 軸孔
33 スプライン
1 Outer member (outer ring)
3
27
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JP2005362264A JP2007162875A (en) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Constant velocity universal joint and its internal member |
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