JP2007170422A - Fixed constant velocity universal joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固定式等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に関する。 The present invention relates to a fixed type constant velocity universal joint, and more particularly to a fixed type constant velocity joint that is used in a power transmission system of an automobile or various industrial machines and allows only angular displacement between two axes of a driving side and a driven side. It relates to a universal joint.
近年、自動車の乗車空間拡大の観点からホイールベースを長くすることがあるが、それに伴って車両回転半径が大きくならないようにするため、自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用されている固定式等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大が求められている。 In recent years, the wheelbase may be lengthened from the viewpoint of expanding the riding space of automobiles, but in order to prevent the vehicle turning radius from increasing accordingly, the fixed type used as a coupling joint for automobile drive shafts, etc. There is a need to increase the steering angle of the front wheels by increasing the angle of the constant velocity universal joint.
一般的に、固定式等速自在継手は、図13に示すように内球面1に複数のトラック溝2を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端3に向けて形成した外方部材としての外輪5と、外球面6に外輪5のトラック溝2と対をなす複数のトラック溝7を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内方部材としての内輪8と、外輪5のトラック溝2と内輪8のトラック溝7との間に介在してトルクを伝達する複数のボール9と、外輪5の内球面1と内輪8の外球面6との間に介在してボール9を保持するケージ10とを備えている。複数のボール9は、ケージ10に形成されたポケット4に収容されて円周方向等間隔に配置されている。
In general, as shown in FIG. 13, the fixed type constant velocity universal joint is an outer member in which a plurality of
この等速自在継手を自動車のドライブシャフトに使用する場合、外輪5を従動軸に連結し、内輪8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5と内輪8との間に作動角が付与されると、ケージ10に収容されたボール9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 constant velocity universal joint is used for a drive shaft of an automobile, the
前述した高角化のニーズに対する固定式等速自在継手は、大きな作動角を取り得る構造とするため、外輪5のトラック溝2を開口端3に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に内輪8のトラック溝7を反開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状とすることにより、高角域の作動を実現している(例えば、特許文献1〜3参照)。
ところで、前述した固定式等速自在継手では、ケージ10への内輪8の組み込みを以下の要領でもって行っている。
By the way, in the fixed type constant velocity universal joint described above, the
まず、図14に示すようにケージ10の軸線に対して内輪8をその軸線が垂直になるように配置した状態(ケージ10に対して内輪8を90°回転)でその内輪8をケージ10に挿入するようにしている。この内輪8の挿入は、ケージ10の軸方向端部のどちらか一方、つまり、図14に示すように外輪5の反開口端側(奥側)に配置される薄肉の軸方向端部11、もしくは図16に示すように開口端側(入口側)に配置される厚肉の軸方向端部16から行われる。
First, as shown in FIG. 14, the
この内輪8のケージ10への組み込み時、ケージ10内に内輪8を容易に挿入することができるように、内輪8の外球面12の軸方向端部に切欠き13〔図15(a)参照〕を設けたり、ケージ10の内球面14の軸方向端部にインロー部15,17〔図15(b)参照〕を設けたりしている。
When the
内輪8をケージ10に組み込むに際しては、ケージ10の軸線に対して内輪8をその軸線が垂直になるように配置した状態(ケージ10に対して内輪8を90°回転)で挿入し、その内輪8の外球面12をケージ10のポケット4に落とし込んだ上で、その内輪8を90°回転させてケージ10の軸線に内輪8の軸線を一致させて正規の姿勢に配置する方法が一般的である。
When the
この内輪8のケージ10への組み込みに際して、その組み込み性をより向上させるためには、図15(a)に示すように内輪8の外球面12の切欠き13(軸方向寸法X)を大きくしたり、図15(b)に示すようにケージ10のインロー部15,17の内径、つまり、インロー径Y1,Y2を大きくする方法が容易である。
When the
しかしながら、内輪8における切欠き13の軸方向寸法Xやケージ10における薄肉の軸方向端部11のインロー径Y1を大きくすると、内輪8あるいはケージ10の軸方向端部での肉厚を小さくすることになり、内輪8あるいはケージ10の強度および耐久性、ひいては継手の強度および耐久性を低下させてしまうという問題がある。従って、これら内輪8の切欠き13の軸方向寸法Xやケージ10のインロー径Y1は可能な限り小さい方が望ましい。
However, increasing the pilot diameter Y 1 of the thin
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、内輪の切欠きやケージのインロー径を可能な限り小さくした上で、内輪のケージを組み込みを容易にし得る固定式等速自在継手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 make it easy to incorporate the inner ring cage after making the inner ring notch and cage spigot diameter as small as possible. It is to provide a fixed type constant velocity universal joint.
前述の目的を達成するため、本発明は、内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端に向けて形成した外方部材と、外球面に外方部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内方部材と、外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外方部材の内球面と内方部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備え、外方部材のトラック溝を開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に内方部材のトラック溝を反開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、ケージの外球面中心と内球面中心を継手中心に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットさせた固定式等速自在継手において、内方部材のトラック溝のテーパ底にスリット溝を軸方向に沿って設けたことを特徴とする。 In order to achieve the foregoing object, the present invention provides an outer member in which a plurality of track grooves are formed on an inner spherical surface at equal intervals in the circumferential direction toward the opening end along the axial direction, and an outer member is formed on the outer spherical surface. Torque is transmitted via an inner member that is formed along the axial direction with a plurality of track grooves paired with the track grooves at equal intervals in the circumferential direction, and is interposed between the track grooves of the outer member and the track grooves of the inner member. And a cage for holding the ball interposed between the inner spherical surface of the outer member and the outer spherical surface of the inner member, and the track groove of the outer member is linearly directed toward the opening end. The taper is a taper with a diameter increased and the track groove of the inner member linearly expanded toward the opposite opening end, and the outer spherical center and inner spherical center of the cage are axially equal to the joint center. In a fixed constant velocity universal joint that is offset to the opposite side by the distance, the inner member Characterized in that provided along the slit grooves axially tapered bottom of the track grooves.
本発明では、内方部材のトラック溝のテーパ底にスリット溝を設けたことにより、内方部材をケージに組み込むに際して、ケージの軸線に対して内方部材をその軸線が垂直になるように配置した状態(ケージに対して内輪を90°回転)で挿入し、その内方部材の外球面をケージのポケットに落とし込んだ時、ケージのインロー部がスリット溝に嵌まり込むことから、内方部材の外球面をケージのインロー部に深く落とし込める。また、内方部材の外球面がケージのポケットに落とし込まれた位置の180°反対側では、ケージのインロー部から内方部材の外球面エッジ部までの余裕量が増加する。その結果、内方部材の切欠きやケージのインロー径を可能な限り小さくした上で、内方部材のケージへの組み込みが容易となる。 In the present invention, by providing a slit groove on the taper bottom of the track groove of the inner member, when the inner member is assembled into the cage, the inner member is arranged so that the axis is perpendicular to the cage axis. When the inner ring is inserted into the cage pocket and the outer spherical surface of the inner member is dropped into the pocket of the cage, the inner part of the cage fits into the slit groove. The outer spherical surface can be dropped deeply into the inlay part of the cage. Further, on the opposite side of the position where the outer spherical surface of the inner member is dropped into the pocket of the cage by 180 °, the margin from the cage spigot portion to the outer spherical edge portion of the inner member increases. As a result, it becomes easy to incorporate the inner member into the cage while reducing the notch of the inner member and the diameter of the cage in the cage as much as possible.
本発明では、外方部材および内方部材の両トラック溝をテーパ状とすることにより、外方部材の外径を大きくすることなく、作動角の高角化を容易に実現する上で、外方部材の肉厚を薄くしてもその外方部材の強度および加工性を低下させないように、この等速自在継手の内部諸元の中で、トラック溝をテーパ状にすることによる影響および傾向を検証し、前述のトラック溝のテーパ角度の最適値としてその上限値を12°に規定した。 In the present invention, both the outer member and the inner member are tapered so that the operating angle can be easily increased without increasing the outer diameter of the outer member. In order to prevent the strength and workability of the outer member from being reduced even if the thickness of the member is reduced, the influence and tendency of the track groove being tapered in the internal specifications of this constant velocity universal joint As a result of the verification, the upper limit value was defined as 12 ° as the optimum value of the taper angle of the track groove.
本出願人は、従来必要な基本性能である強度や耐久性を確保しながら、静的内部力解析、有限要素法(FEM)解析を用いて検討を進め、トラック溝のテーパ角度の範囲を絞り込んで最適設定した。そして、テーパ角度を変えたサンプルの評価結果と解析結果との整合性を確認した。 The present applicant will proceed with the study using static internal force analysis and finite element method (FEM) analysis while securing strength and durability, which are the basic performance required in the past, and narrow the range of the taper angle of the track groove. Was set optimally. And the consistency with the evaluation result and analysis result of the sample which changed the taper angle was confirmed.
前述の構成において、ケージの外球面中心と内球面中心とのケージオフセット量fと、作動角0°時における外方部材のトラック溝の曲率中心または内方部材のトラック溝の曲率中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さPCRとの比の値f/PCRが0.12以下であることが望ましい。このケージオフセット量fは、ケージの縦断面における肉厚差に関係するため、この点を考慮してケージオフセット量fを設定することが望ましい。 In the above-described configuration, the cage offset amount f between the outer spherical center and the inner spherical center of the cage and the center of curvature of the track groove of the outer member or the center of curvature of the track groove of the inner member at the operating angle of 0 ° and the ball It is desirable that the value f / PCR of the ratio of the length of the line segment connecting the centers to the PCR is 0.12 or less. Since the cage offset amount f is related to the thickness difference in the longitudinal section of the cage, it is desirable to set the cage offset amount f in consideration of this point.
例えば、ケージオフセット量fを大きく設定することにより、外方部材の開口端側にケージの厚肉側を位置させるようにすれば、外方部材の開口端側のケージの肉厚を増大させて強度向上を図ることができる利点を有する。また、外方部材の開口端側のケージの肉厚を増大させることによって、作動角をとった時、外方部材の開口端から飛び出そうとするボールをケージで拘束することができる。 For example, by setting the cage offset amount f to be large so that the thick side of the cage is positioned on the open end side of the outer member, the thickness of the cage on the open end side of the outer member is increased. There is an advantage that the strength can be improved. Further, by increasing the thickness of the cage on the opening end side of the outer member, the ball that is about to jump out from the opening end of the outer member can be restrained by the cage when the operating angle is taken.
ただし、ケージオフセット量fが大きすぎると、ケージのポケット内におけるボールの周方向移動量が大きくなり、ボールの適正な運動を確保するため、ケージのポケットの周方向寸法を大きくする必要が生じるので、ケージの柱部が細くなり、強度面が問題となる。また、ケージの入口側と反対側に位置する奥側の肉厚が小さくなり、強度面が問題となる。 However, if the cage offset amount f is too large, the amount of movement of the ball in the cage pocket in the circumferential direction increases, and it is necessary to increase the circumferential dimension of the cage pocket in order to ensure proper movement of the ball. The pillar portion of the cage becomes thin, and the strength becomes a problem. Moreover, the thickness of the back side located on the opposite side to the entrance side of the cage is reduced, and the strength is a problem.
以上より、ケージオフセット量fが過大であるのは好ましくなく、ケージオフセット量fを設ける意義と前述の強度面での問題との均衡を図り得る最適範囲が存在する。ただ、ケージオフセット量fの最適範囲は継手の大きさによって変わるので、継手の大きさを表わす基本寸法との関係において求める必要がある。そのため、ケージオフセット量fと、外方部材のトラック溝の曲率中心または内方部材のトラック溝の曲率中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さPCRとの比f/PCRを用いる。 From the above, it is not preferable that the cage offset amount f is excessive, and there exists an optimum range in which the significance of providing the cage offset amount f can be balanced with the above-described strength problem. However, since the optimum range of the cage offset amount f varies depending on the size of the joint, it needs to be determined in relation to the basic dimension representing the size of the joint. Therefore, the ratio f / PCR of the cage offset amount f and the length PCR of the line segment connecting the center of curvature of the track groove of the outer member or the center of curvature of the track groove of the inner member and the center of the ball is used.
そこで、前述の構成におけるケージオフセット量は、そのケージオフセット量fと、作動角0°時における外方部材のトラック溝の曲率中心または内方部材のトラック溝の曲率中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さPCRとの比f/PCRを0より大きく、かつ、0.12以下とすることが望ましい。 Therefore, the cage offset amount in the above-described configuration connects the cage offset amount f to the center of curvature of the track groove of the outer member or the center of curvature of the track groove of the inner member and the center of the ball when the operating angle is 0 °. It is desirable that the ratio f / PCR with the line segment length PCR is larger than 0 and not more than 0.12.
この比f/PCRが0.12より大きいと前述の強度面での問題がある。逆に、0以下であるとケージオフセット量fを設ける意義がなくなる。すなわち、ケージオフセットの大きな目的は、外方部材と内方部材のトラック溝中心を軸方向にオフセットさせることにより、ボールの位置を安定させて二等分面上にボールを保持させることであり、このオフセットがないと、ボールの位置が定まらないことから、0以下の範囲では、その目的が達成できない。従って、ケージ強度の確保、耐久性の確保の点から、比f/PCRが0より大きく、かつ、0.12以下であることが、ケージオフセット量fの最適範囲である。 If this ratio f / PCR is larger than 0.12, there is a problem in the aforementioned strength. Conversely, if it is 0 or less, the significance of providing the cage offset amount f is lost. That is, a large purpose of the cage offset is to stabilize the position of the ball and hold the ball on the bisector by offsetting the track groove centers of the outer member and the inner member in the axial direction. Without this offset, the position of the ball cannot be determined, so the objective cannot be achieved within a range of 0 or less. Therefore, from the viewpoint of ensuring cage strength and durability, the optimum range of the cage offset amount f is that the ratio f / PCR is greater than 0 and 0.12 or less.
なお、本発明に係る等速自在継手では、ボールを6個とするもの以外に、8個ボールも可能である。ボールを8個とすることにより、等速自在継手のコンパクト化が実現容易となる。 In the constant velocity universal joint according to the present invention, eight balls can be used in addition to the six balls. By using eight balls, it becomes easy to realize a compact constant velocity universal joint.
本発明によれば、内方部材のトラック溝のテーパ底にスリット溝を軸方向に沿って設けたことにより、内方部材をケージに組み込むに際して、ケージのインロー部がスリット溝に嵌まり込むことから、内方部材の外球面をケージのインロー部に深く落とし込める。また、その落とし込み位置の180°反対側では、ケージのインロー部から内方部材の外球面エッジ部までの余裕量が増加する。その結果、内方部材の切欠きやケージのインロー径を可能な限り小さくした上で、内方部材のケージへの組み込みが容易となり、内方部材の切欠きやケージのインロー径を大きくすることによる等速自在継手の強度低下を未然に防止できる。 According to the present invention, since the slit groove is provided along the axial direction in the taper bottom of the track groove of the inner member, when the inner member is assembled into the cage, the inlay portion of the cage is fitted into the slit groove. Thus, the outer spherical surface of the inner member can be dropped deeply into the inlay portion of the cage. Further, on the opposite side of the dropping position by 180 °, the margin from the cage spigot to the outer spherical edge of the inner member increases. As a result, it is easy to incorporate the inner member into the cage while reducing the inner member notch and cage spigot diameter as much as possible, and increase the inner member notch and cage spigot diameter. It is possible to prevent the strength of the constant velocity universal joint from being lowered.
本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。 An embodiment of a fixed type constant velocity universal joint according to the present invention will be described in detail below.
図1に示す実施形態の等速自在継手は、内球面21に複数のトラック溝22を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端23に向けて形成した外方部材としての外輪25と、外球面26に外輪25のトラック溝22と対をなす複数のトラック溝27を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内方部材としての内輪28と、外輪25のトラック溝22と内輪28のトラック溝27間に介在してトルクを伝達する複数のボール29と、外輪25の内球面21と内輪28の外球面26との間に介在して各ボール29を保持するケージ30とを備えている。複数のボール29は、ケージ30に形成されたポケット24に収容されて円周方向等間隔に配置されている。
The constant velocity universal joint of the embodiment shown in FIG. 1 includes an
この等速自在継手では、大きな作動角を取り得る構造とするため、外輪25の各トラック溝22を外輪25の開口端23に向けて直線的に拡径させたテーパ状としている。つまり、トラック溝22は、反開口端側である底側の円弧底22aと開口側のテーパ底22bとを有する。一方、内輪28の各トラック溝27も外輪25の反開口端に向けて直線的に拡径させたテーパ状としている。つまり、トラック溝27は、開口端側の円弧底27aと底側のテーパ底27bとを有する。
This constant velocity universal joint has a taper shape in which each
このようにして、高角化した固定型等速自在継手におけるケージ30は、後述するようにケージオフセットを設けることにより、外輪25の開口端側に向けて厚肉で、その奥側に向けて薄肉となった形状を有する。
Thus, the
一方、ケージ30への内輪28の組み込みは、通常、ケージ30の軸線に対して内輪28をその軸線が垂直になるように配置した状態(ケージに対して内輪を90°回転)でその内輪28をケージ30に挿入するようにしている。この内輪28の挿入は、ケージ30に軸方向端部のどちらか一方、つまり、図5に示すように外輪25の反開口端側(奥側)に配置される薄肉の軸方向端部31、もしくは図6に示すように開口端側(入口側)に配置される厚肉の軸方向端部37から行われる。
On the other hand, the
この内輪28のケージ30への組み込み時、ケージ30内に内輪28を容易に挿入することができるように、図2(a)に示すように内輪28の外球面26の軸方向端部に切欠き33を設け、また、図2(b)に示すようにケージ30の内球面34の軸方向端部にインロー部35,38を設けている。
When the
この実施形態の等速自在継手では、図3に示すように内輪28のトラック溝27のテーパ底27bにスリット溝36を例えば鍛造成形により軸方向に沿って形成する。ここで、図4に示すように内輪28のトラック溝27はゴシックアーチ形状をなすことから、そのトラック溝27にボール29が二点でアンギュラ接触する。これら二つの接触点は、図示のような接触楕円mとなることから、スリット溝36の幅tの上限値としては、ボール29とトラック溝27との接触楕円mにかかならない程度とする。これは、スリット溝36が、ボール29とトラック溝27との接触楕円mにまでかかるようであれば、継手の作動性に悪影響を及ぼす可能性があるためである。
In the constant velocity universal joint of this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また、図2(a)に示すようにスリット溝36の深さdの上限値は、内輪28の肉厚が同一サイズのアンダーカットフリー型等速字自在継手(UJ)と同等レベルになるように設定している。このアンダーカットフリー型等速自在継手における内輪のトラック溝は、この実施形態の継手におけるテーパ底27bに対応する部位が軸線に平行なストレート底となっている。このことから、実施形態の継手におけるスリット溝36の深さdの上限値は、アンダーカットフリー型等速自在継手における内輪のトラック溝のストレート底に相当する位置までとする。
Further, as shown in FIG. 2A, the upper limit value of the depth d of the
この実施形態では、図5および図6に示すように内輪28のトラック溝27のテーパ底27bにスリット溝36を設けたことにより、内輪28をケージ30に組み込むに際して、ケージ30の軸線に対して内輪28をその軸線が垂直になるように配置した状態(ケージ30に対して内輪28を90°回転)で挿入し、その内輪28の外球面26をケージ30のポケット24に落とし込んだ時、ケージ30のインロー部35,38がスリット溝36に嵌まり込むことから、内輪28の外球面26をケージ30のインロー部35,38に深く落とし込める(図中C1,C2部位参照)。また、内輪28の外球面26がケージ30のポケット24に落とし込まれた位置の180°反対側(図中D1,D2部位参照)では、ケージ30のインロー部35,38から内輪28の外球面エッジ部までの余裕量が増加する。
In this embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the
その結果、内輪28における切欠き33の軸方向寸法A〔図2(a)参照〕やケージ30における薄肉の軸方向端部31のインロー径B1〔図2(b)参照〕を可能な限り小さくした上で、内輪28のケージ30への組み込みが容易となり、内輪28の切欠き33やケージ30のインロー径を大きくすることによる等速自在継手の強度低下を未然に防止できる。
As a result, the axial dimension A of the
なお、このスリット溝36は、内輪28のトラック溝27のテーパ底27bに軸方向に沿って並行に形成されているため、内輪28の肉厚が薄くなり強度が低下することはなく、内輪28の強度を確保することができる。また、組み込み性の向上のほかにグリース潤滑性の向上やスリット溝36を鍛造成形時に形成することによって鍛造時の加工負荷を減らし、金型の寿命向上などが期待できる。
Since the
また、この実施形態では、内輪28の全て(6個)のトラック溝27にスリット溝36を設けているが、内輪28をケージ30に組み込むに際しては、いずれか一つのトラック溝27にスリット溝36を設けておけばよい。しかしながら、この実施形態のように全てのトラック溝27にスリット溝36を設けておけば、内輪28の組み込み時に内輪28の方向性(位相)を考慮する必要がないので、その組み込みが簡易となる。
In this embodiment, the
この等速自在継手を自動車のドライブシャフトに使用する場合、前述の外輪25を従動軸に連結し、内輪28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することで、それら従動軸と駆動軸間で角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な構造としている。この等速自在継手では、外輪25と内輪28との間に作動角が付与されると、ケージ30のポケット24に収容されたボール29は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面に維持され、継手の等速性が確保される。
When this constant velocity universal joint is used for a drive shaft of an automobile, the aforementioned
図7は、外輪25および内輪28のそれぞれのトラック溝22,27の形状、トラックオフセットおよびケージオフセットを説明するため、図1の拡大断面(ハッチングは省略)を示す。
FIG. 7 shows an enlarged cross section (hatching is omitted) of FIG. 1 in order to explain the shapes of the
この等速自在継手では、大きな作動角を取り得る構造とするため、ケージ30の内球面34の曲率中心O3と、外球面32の曲率中心O4とは、継手中心Oを通る継手中心面Pに対して等距離fだけ軸方向に逆向きにオフセットされている(ケージオフセット)。なお、ケージ30の外球面32の曲率中心O4は、外輪25の内球面21の曲率中心と一致し、かつ、ケージ30の内球面34の曲率中心O3は、内輪28の外球面26の曲率中心と一致している(従って、以下の説明では、外輪25の内球面21の曲率中心もO4とし、内輪28の外球面26の曲率中心もO3とする)。さらに、外輪25のトラック溝22の曲率中心O1と、内輪28のトラック溝27の曲率中心O2とは、外輪25の内球面21の曲率中心O4と内輪28の外球面26の曲率中心O3のそれぞれに対して等距離Fだけ軸方向に逆向きにオフセットされている(トラックオフセット)。
Since this constant velocity universal joint has a structure capable of taking a large operating angle, the center of curvature O 3 of the inner
このようにして、一対のトラック溝22,27により、外輪25の奥側から開口端側に向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成されている。各ボール29は一対のトラック溝22,27間に転動可能に組み込まれており、外輪25と内輪28が作動角をとった状態でトルクを伝達するとき、楔状のボールトラックの間隔の広い方へ移動させようとする軸方向の力を受ける。
In this way, the pair of
外輪25と内輪28が最大作動角をとったとき、外輪25の開口端23からボール29が飛び出すことを防止するため、ケージ30のポケット24で拘束できるようにケージオフセット量fを従来のものよりも大きく設定する。すなわち、ケージオフセット量をf、作動角0°におけるボール29の中心軌跡半径値、すなわち、外輪25のトラック溝22の曲率中心O1または内輪28のトラック溝27の曲率中心O2とボール29の中心O5とを結ぶ線分の長さをPCRとした場合、f/PCRが0より大きく、かつ、0.12以下となるように設定する。
In order to prevent the
このように、外輪25および内輪28の両トラック溝22,27をテーパ状とすれば、最大作動角の高角化と共に、外輪25のトラック溝22におけるボール29との接触長さを確保することができるので、外輪25と内輪28との間で安定したトルク伝達を確保することができる。また、図8および図9に示すように作動角βをとった時にボール29が最も飛び出そうとする位相(位相角φ=0°)のトラック荷重およびポケット荷重を低減することができるので、外輪25と内輪28の高角域での作動において有利である。ここで、トラック荷重とポケット荷重とは、接触するボール29からトラック溝22,27またはポケット24が受ける荷重を意味する。
Thus, if both the
また、ケージ30の外球面32は外輪25の内球面21に接触案内され、ケージ30の内球面34は内輪28の外球面26に接触案内され、トルク伝達時にケージ30と外輪25または内輪28との間で球面力が作用するが、その球面力の最大値を低減することができ、継手内部での発熱を抑制できる。さらに、外輪25については、鍛造型が抜き易いことから冷間鍛造による加工性がよく、製造コストの低減も図れる。
Further, the outer
本出願人は、外輪25および内輪28の両トラック溝22,27をテーパ状とすることにより、前述したトラック荷重、ポケット荷重および球面力からなる内部力の影響および傾向を検証し、有限要素法(FEM)解析を実施することで、トラック溝22,27のテーパ角度α(図7参照)の範囲を絞り込んで最適設定した。
The present applicant verifies the influence and tendency of the internal force consisting of the track load, the pocket load and the spherical force described above by making both the
まず、トラック溝22,27のテーパ角度αを大きくすることによる内部力(トラック荷重、ポケット荷重および球面力)の傾向は、表1のとおりである。なお、表1において、ボール29が最も飛び出そうとする位相(位相角φ=0°)と内部力が最大値となるボール29の位相、つまり、ボール29が最も奥に入る位相(位相角φ=180°付近)について検証した(図8および図9参照)。また、球面力の変動幅とは、球面力の最大値と最小値との差を意味する。
上表から明らかなようにテーパ角度αを大きくすると、ポケット荷重の最大値が大きくなるが、ボール29が最も奥に入る位相(位相角φ=180°付近)で外輪25の肉厚を大きく、また、ケージオフセット量を大きくしてケージの肉厚を大きくすることにより強度を確保することができるので問題にはならない。
As is apparent from the above table, when the taper angle α is increased, the maximum value of the pocket load is increased, but the wall thickness of the
次に、テーパ角度αの上限値を決定するために、有限要素法(FEM)解析を実施した。テーパ角度αが大きくなれば、ボール29が最も飛び出そうとする位相(位相角φ=0°)では内部力(トラック荷重およびポケット荷重)が小さくなり、強度的に有利になるが、外輪25の開口端23でありその肉厚が小さくなるため、トラック溝22に発生する応力値を継手強度に換算して傾向を確認した。その結果は、図10に示すとおりである。同図に示す特性から明らかなようにテーパ角度αが12.9°で継手強度が必要強度を下回ることから、テーパ角度αの最適範囲としてその上限値を12°として規定した。
Next, in order to determine the upper limit value of the taper angle α, a finite element method (FEM) analysis was performed. When the taper angle α is increased, the internal force (track load and pocket load) is reduced at the phase (phase angle φ = 0 °) at which the
なお、前述の実施形態では、トラックオフセットを設けた場合について例示したが、本発明はこれに限定されることなく、そのトラックオフセットを設けずにトラックオフセット量Fを0にしてもよい。つまり、トラックオフセットを設けていると、外輪25の奥側に位置する円弧底22aがその奥側に向けて浅くなることから、作動角をとった時にトラック溝22の最奥部に位置するボール29の乗り上げが生じる可能性がある。
In the above-described embodiment, the case where the track offset is provided is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the track offset amount F may be set to 0 without providing the track offset. That is, when the track offset is provided, the
そこで、外輪25のトラック溝22の曲率中心O1をその内球面21の曲率中心O4に一致させ、かつ、内輪28のトラック溝27の曲率中心O2をその外球面26の曲率中心O3に一致させてトラックオフセット量Fを0とすることにより、外輪25の奥側に位置する円弧底22aが奥側に向けて浅くなることがなく均一な深さとなることから、作動角をとった時にトラック溝22の最奥部に位置するボール29の乗り上げを抑制することができる。
Therefore, the center of curvature O 1 of the
トラックオフセット量F、ケージオフセット量f、テーパ角度αの各因子を変動させて内部力解析を行った結果を次に述べる。ここで、トラックオフセットについては、高角域に入っても許容負荷トルクが落ちない超高角固定式等速自在継手の特性を考慮してトラックオフセット量F=0すなわち「トラックオフセットなし」とした。ケージオフセットについては、内部力の観点からはできるだけ小さい方がよいが、継手の機能確保のためにはある程度ケージオフセットをつけなくてはならないことから、0≦f/PCR≦0.150で変動させた。テーパ角度αについては、0°から12°までの範囲で変動させた。 The results of the internal force analysis performed by varying each factor of the track offset amount F, the cage offset amount f, and the taper angle α will be described below. Here, with respect to the track offset, the track offset amount F = 0, that is, “no track offset” is set in consideration of the characteristics of the ultra-high angle fixed type constant velocity universal joint in which the allowable load torque does not drop even when entering the high angle region. The cage offset should be as small as possible from the viewpoint of internal force. However, to ensure the function of the joint, a certain amount of cage offset must be provided, so that 0 ≦ f / PCR ≦ 0.150 is varied. It was. The taper angle α was varied in the range from 0 ° to 12 °.
ケージオフセット量f=0(f/PCR=0)ならば、テーパ角度αが1.1°以上のとき、ボール29が最も飛び出そうとする位相(0°位相)のトラック荷重およびポケット荷重はゼロになる。一方、テーパ角度α=12°ならば、ケージオフセット量f=3.94(f/PCR=0.114)以下のとき、ボール29が最も飛び出そうとする位相(0°位相)のトラック荷重およびポケット荷重はゼロになる。
If the cage offset amount is f = 0 (f / PCR = 0), when the taper angle α is 1.1 ° or more, the track load and the pocket load at the phase (0 ° phase) at which the
つまり、ケージオフセット量fとテーパ角度αとの関係が図11の斜線領域内に設定されていれば、ボール29が最も飛び出そうとする位相(0°位相)のトラック荷重およびポケット荷重はゼロになる。ここで、図11は内部力解析により算出したデータに基づいて作図したもので、横軸がテーパ角度α(deg)、縦軸がf/PCRを表している。
That is, if the relationship between the cage offset amount f and the taper angle α is set within the hatched region in FIG. 11, the track load and the pocket load at the phase (0 ° phase) at which the
これより、ボール29が最も飛び出そうとする位相(0°位相)に負荷される荷重を極力小さくし、より高角作動域において有利となる内部仕様は次のようになる。
トラックオフセット:なし
ケージオフセット量f:0<f/PCR≦0.12(但し、作動角は0°とする。)
テーパ角度α:1°≦α≦12°
Thus, the internal specifications that are advantageous in a higher angle operating range are as follows, with the load applied to the phase (0 ° phase) at which the
Track offset: None Cage offset amount f: 0 <f / PCR ≦ 0.12 (however, the operating angle is 0 °)
Taper angle α: 1 ° ≦ α ≦ 12 °
また、この実施の形態では、ボール29が最も飛び出そうとする位相(0°位相)における荷重が低減する一方、ピークの荷重は従来の等速自在継手と比較して大きくなることから、強度を確保するため、ケージ30の肉厚部を外輪25の開口端側に向けた配置とするのが好ましい。
Further, in this embodiment, the load at the phase (0 ° phase) where the
前述の内部仕様で寸法を設定した本発明による固定式等速自在継手(実施例)と従来の固定式等速自在継手(比較例)について、ボール29が最も飛び出そうとする位相(0°位相)におけるトラック荷重およびポケット荷重を算出したところ、結果は図12に示すとおりであった。同図より、比較例に対して実施例が、トラック荷重とポケット荷重のいずれも8割以上減少していることが分かる。
For the fixed type constant velocity universal joint according to the present invention (example) and the conventional fixed type constant velocity universal joint (comparative example) according to the present invention whose dimensions are set according to the above-described internal specifications, the phase at which the
21 外方部材(外輪)の内球面
22 外方部材(外輪)のトラック溝
23 開口端
24 ポケット
25 外方部材(外輪)
26 内方部材(内輪)の外球面
27 内方部材(内輪)のトラック溝
28 内方部材(内輪)
29 ボール
30 ケージ
32 ケージの外球面
34 ケージの内球面
35,38 インロー部
36 スリット溝
f ケージオフセット量
F トラックオフセット量
O1 外方部材(外輪)のトラック溝の曲率中心
O2 内方部材(内輪)のトラック溝の曲率中心
O3 ケージの内球面中心
O4 ケージの外球面中心
α トラック溝のテーパ角度
21 Inner spherical surface of outer member (outer ring) 22 Track groove of outer member (outer ring) 23
26 Outer spherical surface of inner member (inner ring) 27 Track groove of inner member (inner ring) 28 Inner member (inner ring)
29
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005364946A JP2007170422A (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Fixed constant velocity universal joint |
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JP2005364946A JP2007170422A (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Fixed constant velocity universal joint |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2007170422A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10866500B2 (en) | 2019-04-12 | 2020-12-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Projection apparatus |
-
2005
- 2005-12-19 JP JP2005364946A patent/JP2007170422A/en not_active Withdrawn
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