JP2007247848A - Cross groove type constant velocity universal joint - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、自動車、鉄道車両、各種産業機械等における動力伝達装置に使用されるクロスグルーブ型等速自在継手に関する。 The present invention relates to a cross groove type constant velocity universal joint used for a power transmission device in automobiles, railway vehicles, various industrial machines and the like.
クロスグルーブ型等速自在継手は、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝が軸線に対して互いに逆方向に傾いており、また、隣接するボール溝はそれぞれ逆方向に傾いており、両ボール溝の交差部にトルク伝達要素としてボールが組み込んである(非特許文献1)。このような構造であるため、ボールとボール溝との間のがたつきを少なくすることができ、とくに、がたつきを嫌う自動車のドライブシャフトやプロペラシャフトに多く用いられている。 In the cross groove type constant velocity universal joint, the ball groove of the outer ring and the ball groove of the inner ring that make a pair are inclined in opposite directions with respect to the axis, and the adjacent ball grooves are inclined in opposite directions. A ball is incorporated as a torque transmitting element at the intersection of the ball grooves (Non-Patent Document 1). Because of such a structure, rattling between the ball and the ball groove can be reduced, and in particular, it is often used for drive shafts and propeller shafts of automobiles that do not like rattling.
非特許文献1には最も基本的なクロスグルーブ型等速自在継手が記載されている。そこでは、ボールの数は4以上、一般的には6で、軸線に対するボール溝の交差角は、継手が最大作動角をとった状態で、外輪と内輪の対向するボール溝が平行にならないような角度に設計するものとされ、一般的には13〜19°であると記載されている。 Non-Patent Document 1 describes the most basic cross groove type constant velocity universal joint. There, the number of balls is 4 or more, generally 6 and the ball groove crossing angle with respect to the axis is such that the ball grooves facing the outer ring and the inner ring do not become parallel when the joint is at the maximum operating angle. The angle is designed to be a wide angle, and is generally described as 13 to 19 °.
特許文献1には、軸線に対するボール溝の傾きを小さくしたときに最大作動角が小さくなてしまうことを避けるために、ボール溝を軸線に対して傾けるだけでなく軸線を含む平面内においても傾けることが提案されている。
クロスグルーブ型等速自在継手は車両の取付けタイプによりディスクタイプがよく知られている(図4および図5参照)。ディスクタイプのクロスグルーブ型等速自在継手はボルト締結を用いており、外輪にはボルト穴が円周方向に等配であけてある。このボルト穴は、外輪外径を拡大せず、かつ、ボール溝位置とのバランスをとって、隣り合うボール溝間に配置してある。そのため、ボール溝から外径に向かう半径方向の肉厚が厚くなり、重量増加の原因となっている(図9参照)。 The cross-groove type constant velocity universal joint is well known as a disk type depending on the vehicle mounting type (see FIGS. 4 and 5). The disk-type cross groove type constant velocity universal joint uses bolt fastening, and the outer ring has bolt holes equally spaced in the circumferential direction. This bolt hole is arranged between adjacent ball grooves without increasing the outer diameter of the outer ring and in balance with the ball groove position. For this reason, the thickness in the radial direction from the ball groove toward the outer diameter is increased, which causes an increase in weight (see FIG. 9).
この発明の主要な目的は、クロスグルーブ型等速自在継手の外輪を軽量化することにある。 The main object of the present invention is to reduce the weight of the outer ring of the cross groove type constant velocity universal joint.
この発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、外周面にボール溝を有する内輪と、内周面にボール溝を有するディスク型外輪と、対をなす内輪のボール溝と外輪のボール溝との間に組み込んだボールと、すべてのボールを同一平面内に保持するケージとを具備し、前記外輪の隣り合うボール溝間にボルト穴を配置するとともに、少なくとも隣り合うボルト穴間で、かつ、軸方向の片端部を除いた部分の外径を縮小したことを特徴とするものである。 The cross groove type constant velocity universal joint of the present invention includes an inner ring having a ball groove on the outer peripheral surface, a disk type outer ring having a ball groove on the inner peripheral surface, and a ball groove of a pair of inner ring and a ball groove of the outer ring. And a cage for holding all the balls in the same plane. Bolt holes are arranged between the adjacent ball grooves of the outer ring, and at least between the adjacent bolt holes and in the axial direction. This is characterized in that the outer diameter of the portion excluding the one end portion is reduced.
横断面で見た外輪の外径を縮小させる範囲は、請求項2の発明のようにボルト穴部分を除いてもよいし、請求項3の発明のようにボルト穴部分を含めて全周にわたり外径を縮小してもよい。 The range of reducing the outer diameter of the outer ring as seen in the cross section may exclude the bolt hole portion as in the invention of the second aspect, or cover the entire circumference including the bolt hole portion as in the third aspect of the invention. The outer diameter may be reduced.
縦断面で見た外輪の外径を縮小させる範囲は、請求項4の発明のようにエンドキャップ側の片端部を除いた部分、または、請求項5の発明のようにブーツ側の片端部を除いた部分である。
The range of reducing the outer diameter of the outer ring as viewed in the longitudinal section is the portion excluding one end portion on the end cap side as in the invention of
この発明はボール個数によらず適用可能であり、たとえば従来一般的であった6個のボールを使用するもののほか、6を越える数のボールを使用するクロスグルーブ型等速自在継手にも同様に適用することができる。 The present invention can be applied regardless of the number of balls. For example, in addition to the conventional six balls, a cross-groove type constant velocity universal joint using more than six balls is also used. Can be applied.
この発明によれば、少なくとも隣り合うボルト穴間で、かつ、軸方向の片端部を除いた部分の、ボール溝から外径にかけての半径方向寸法すなわち肉厚が薄くなり、外輪重量が減少する。したがって、この発明によれば、外輪の、ひいてはクロスグルーブ型等速自在継手全体の軽量化が実現する。 According to the present invention, the radial dimension from the ball groove to the outer diameter, that is, the thickness, is reduced at least between the adjacent bolt holes and excluding one end portion in the axial direction, and the outer ring weight is reduced. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the weight of the outer ring, and thus the entire cross groove type constant velocity universal joint.
まず、従来の技術を示す図4〜図9を参照してクロスグルーブ型等速自在継手の基本的構成を説明する。図4および図5に示すように、クロスグルーブ型等速自在継手は、外輪10と内輪20とボール30とケージ40を主要な構成要素として成り立っている。外方継手部材としての外輪10はディスク型で内周面12にボール溝14a,14bが形成してある。同様に、内方継手部材としての内輪20は外周面22にボール溝24a,24bが形成してある。
First, a basic configuration of a cross groove type constant velocity universal joint will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 4 and 5, the cross groove type constant velocity universal joint includes an
図6に示すように、外輪10の軸線に対して傾いたボール溝14aと、外輪10の軸線に対して前記ボール溝14aとは逆方向に傾いたボール溝14bとが、円周方向に交互に配置してある。同様に、内輪20の軸線に対して傾いたボール溝24aと、軸線に対して前記ボール溝24aとは逆方向に傾いたボール溝24bとが、円周方向に交互に配置してある。
As shown in FIG. 6, the ball grooves 14 a inclined with respect to the axis of the
軸線に対する各ボール溝14a,14b;24a,24bの交差角が符号βで表してある。互いに逆方向に傾いた外輪10のボール溝14aと内輪20のボール溝24aとが対をなし、両者のなす角が2βで表してある。同様に互いに逆方向に傾いた外輪10のボール溝14bと内輪20のボール溝24bとが対をなし、両者のなす角が2βで表してある。
The crossing angle of each
対をなす外輪10のボール溝14aと内輪20のボール溝24aとの交差部および外輪10のボール溝14bと内輪20のボール溝24bとの交差部にそれぞれトルク伝達要素としてのボール30が組み込まれる。
A
図7に示すように、外輪10および内輪20のボール溝14a,14b;24a,24bは一般的にゴシックアーチまたは楕円の断面形状をしており、ボール30とボール溝14a,14b;24a,24bとの接触関係はアンギュラコンタクトとなっている。アンギュラコンタクトの接触角αを例示するならば30〜50°の範囲である。ボール30とボール溝14a,14b;24a,24bの関係を模式的に示すならば図8のとおりで、ボール径dと溝径Dの比の値(D/d)を接触率と呼ぶ。
As shown in FIG. 7, the
図9に示すように、従来のクロスグルーブ型等速自在継手では外輪10の外形は円形であった。また、図4から分かるように外輪10の外周面は円筒形で、一方の端部にグリースを封入するためのエンドキャップ52が被せてあり、もう一方の端部にブーツを構成するブーツアダプタ54が被せてある。そのため、図9に符号tで示すように、ボール溝から外径に向かう半径方向の肉厚が厚くなり、重量増加の原因となっていた。
As shown in FIG. 9, in the conventional cross-groove type constant velocity universal joint, the
次に、この発明の実施の形態を説明する。図1は、6個のボールを用いるクロスグルーブ型等速自在継手に適用した実施の形態における外輪の端面を示す。この場合、外輪10Aのボール溝14a,14bも合計6本ある。そして、隣り合ったボール溝14a,14b間に位置するようにして、ボルト穴16が円周方向に等配してある。外輪10Aは、軸方向の片端部、図1(b)では左側の端部を除いた部分の外径を縮小して小径部18が形成してある。図1(a)から分かるように、ここでは小径部18は外輪10Aの全周にわたって存在している。この場合の小径部18は、たとえば旋削により簡単に形成することができる。外径を縮小することなく残した軸方向の片端部は、エンドキャップまたはブーツの取付け部となる。
Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an end face of an outer ring in an embodiment applied to a cross groove type constant velocity universal joint using six balls. In this case, the ball grooves 14a and 14b of the
図1の実施の形態ではボール30の、したがって外輪10Aのボール溝14a,14bの数は6であるが、図2に、ボールの数を10とした実施の形態における外輪10Aの端面を示す。
In the embodiment of FIG. 1, the number of
図3に示す実施の形態は、外輪10Bのボルト穴16部分を除いて、言い換えれば、隣り合ったボルト穴16間部分にのみ、小径部18を設けたものである。このように、小径部18は全周にわたって連続している必要はなく、円周方向に断続的に配置してもよい。この場合の小径部18は、鍛造の過程で成形するか、あるいは鍛造後にミーリングにより形成することができる。
In the embodiment shown in FIG. 3, except for the
図1〜3から明らかなように、これらの実施の形態では、外輪10A,10Bの外周に小径部18を設けた分だけ、従来の外周面が円筒形の外輪に比べて外輪の軽量化が達成される。軽量化の観点から見る限り、小径部18の形状は特に問わない。たとえば、図3(a)に例示したような角ばった断面形状に限らず、曲線状の断面形状であってもよい。
As apparent from FIGS. 1 to 3, in these embodiments, the outer ring is reduced in weight compared to the conventional outer ring having a cylindrical outer peripheral surface by the amount of the
ところで、クロスグルーブ型等速自在継手は基本的には作動角を大きくとることができないとされている。それは、内輪および外輪のボール溝で構成されるくさび角が、継手が作動角をとることによって、反転する角度(限界角度)があるからである。継手の作動角が限界角度を越えると、ケージは力の釣り合いが保てなくなって不安定となり、等速自在継手としての機能を失ってしまうと考えられている。この現象は、一般的な6個のボールをもつものでは確認されており、限界角度がボール溝の接触角と交差角で決定されることも知られている。特許文献1では、軸線を含む平面内でもボール溝を傾けることによって、限界角度を大きくすることができることを定式化している。ただし、製造および品質管理上、非常に難しい形状となる。 By the way, it is said that the cross groove type constant velocity universal joint basically cannot have a large operating angle. This is because there is an angle (limit angle) where the wedge angle formed by the ball grooves of the inner ring and the outer ring is reversed when the joint takes an operating angle. When the operating angle of the joint exceeds the limit angle, the cage cannot maintain the balance of force and becomes unstable, and it is considered that the function as a constant velocity universal joint is lost. This phenomenon has been confirmed for a general ball having six balls, and it is also known that the limit angle is determined by the contact angle and the crossing angle of the ball groove. In Patent Document 1, it is formulated that the limit angle can be increased by tilting the ball groove even in the plane including the axis. However, it becomes a very difficult shape in terms of manufacturing and quality control.
クロスグルーブ型等速自在継手では、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝との交差部にくさび角が形成され、このくさび角の作用でボールがケージのポケット面に押しやられる。これにより、ボールは常にボール溝の交差部に保持され、内輪および外輪間に角度変位が生じたときでも常に作動角の二等分面内に維持される。このように、クロスグルーブ型等速自在継手は、等速性があり、しかも、がたつきが少ないという点で優れている。 In the cross groove type constant velocity universal joint, a wedge angle is formed at the intersection between the ball groove of the outer ring and the ball groove of the inner ring, and the ball is pushed to the pocket surface of the cage by the action of the wedge angle. As a result, the ball is always held at the intersection of the ball grooves, and is always maintained in the bisection plane of the operating angle even when an angular displacement occurs between the inner ring and the outer ring. As described above, the cross-groove type constant velocity universal joint is excellent in that it has a constant velocity and less rattling.
しかしながら、クロスグルーブ型等速自在継手には、内輪および外輪に軸方向に形成した円弧状ボール溝の中心をオフセットさせることによってボールを制御するタイプの等速自在継手に比べて、作動角をあまり大きくとることができない。これは、作動角を大きくとると上記くさび角が反転してしまい、ボールからケージに作用する力のバランスが崩れてしまうからである。その結果、ケージは力の釣り合いが保てなくなって不安定になる。 However, the cross-groove type constant velocity universal joint has a smaller operating angle than the constant velocity universal joint that controls the ball by offsetting the center of the arc-shaped ball groove formed in the axial direction on the inner ring and the outer ring. I can't take it big. This is because when the operating angle is increased, the wedge angle is reversed, and the balance of the force acting on the cage from the ball is lost. As a result, the cage becomes unstable because it cannot balance the force.
なお、内輪および外輪のボール溝の交差角を大きくとることによってくさび角の反転を防止することが考えられる。しかし、内輪および外輪は、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に配列する必要上、隣り合うボール溝どうしの干渉を避ける必要があり、交差角を大きくすることには限界がある。 Note that it is conceivable to prevent the wedge angle from being reversed by increasing the angle of intersection of the ball grooves of the inner ring and the outer ring. However, the inner ring and the outer ring need to alternately arrange ball grooves inclined in opposite directions with respect to the axis in the circumferential direction, and it is necessary to avoid interference between adjacent ball grooves, and the crossing angle should be increased. Has its limits.
クロスグルーブ型等速自在継手の内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角2βは、また、継手の摺動ストロークにも関係しており、ストローク量をかせぐためにはボール溝のなす角2βを小さくしていくことが有効となる。 The angle 2β formed by the ball groove of the inner ring and the outer ring of the cross groove type constant velocity universal joint is also related to the sliding stroke of the joint. To increase the stroke amount, the angle 2β formed by the ball groove is 2β. It is effective to reduce the size.
ところが、継手の摺動ストロークをかせぐために内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角を小さくすると、継手の最大作動角が小さくなってしまう。この最大作動角とは、回転しない状態で、継手を折り曲げてさらに戻す操作を行ったときに、極大なトルクが作用してしまう状況が現れる角度である。最悪の場合、角度がついたまま戻らなくなる、つまり、ひっかかる現象が起きる。このような折り曲げ時のひっかかりは、継手の自動車への組み付け時に問題となる。 However, if the angle formed by the ball groove of the inner ring and the ball groove of the outer ring is made small in order to increase the sliding stroke of the joint, the maximum operating angle of the joint becomes small. The maximum operating angle is an angle at which a maximum torque appears when an operation of bending and returning the joint is performed without rotating. In the worst case, it does not return with an angle, that is, a catching phenomenon occurs. Such catching at the time of bending becomes a problem when the joint is assembled to an automobile.
継手を自動車に組み付けるときには、一旦折り曲げた後に戻す作業が必要になる。そのため、作動角が小さく、折り曲げ時にひっかかりが生じると、継手の自動車への組み付け作業の作業性が悪い。 When assembling the joint to the automobile, it is necessary to return it after bending it once. For this reason, if the operating angle is small and a catch occurs at the time of bending, the workability of assembling the joint to the automobile is poor.
このように、クロスグルーブ型等速自在継手は、最大作動角および摺動量に自由度が少ないことがわかる。そこで、クロスグルーブ型等速自在継手の最大作動角を小さくすることなく摺動ストロークをかせぐことが望ましい。言い換えれば、軸線に対するボール溝の交差角を小さくして摺動ストロークをかせいでも最大作動角が小さくならず、折り曲げ時にひっかかりの少ない優れた折り曲げ特性が得られて、車両組み立て時の組み立て性を向上させることができ、かつ、内輪および外輪で軸線に対する交差角が同じ場合は、等速性、折り曲げ特性が共にすぐれたものとできるクロスグルーブ型等速自在継手を提供することが求められる。 Thus, it can be seen that the cross groove type constant velocity universal joint has a small degree of freedom in the maximum operating angle and the sliding amount. Therefore, it is desirable to increase the sliding stroke without reducing the maximum operating angle of the cross groove type constant velocity universal joint. In other words, even if the crossing angle of the ball groove with respect to the axis is reduced and the sliding stroke is increased, the maximum operating angle is not reduced, and excellent folding characteristics with less catching at the time of folding are obtained, improving the assemblability during vehicle assembly When the inner ring and the outer ring have the same crossing angle with respect to the axis, it is required to provide a cross-groove type constant velocity universal joint that has both excellent constant velocity and bending characteristics.
ボールが6個の場合と同じように8個の場合につき最大作動角を確認するため、折り曲げ角が±10°の場合の折り曲げ戻し操作時の抵抗トルクを解析によって求めたところ、ボール溝14a,14b;24a,24bの交差角βを小さくしていっても、交差角βが4.5°まではひっかかる現象が現れないことがわかった。 In order to confirm the maximum operating angle in the case of 8 balls as in the case of 6 balls, the resistance torque at the time of folding back operation when the bending angle is ± 10 ° was obtained by analysis. 14b; it was found that even when the crossing angle β of 24a, 24b was made small, the phenomenon of catching did not appear until the crossing angle β was 4.5 °.
図10は、ひっかかりのない条件とひっかかりが起きる条件とで折り曲げ操作に必要なトルクを対比して示したもので、横軸は折り曲げ角θ、縦軸は折り曲げトルクを表している。実線のトルク線図が示すように、ひっかかる条件の場合、破線で示すひっかからない条件の場合の折り曲げトルクと比較して、ある折り曲げ角においてトルクが過大なピークをもつ。このピークの有無によって、ひっかかるかどうかを判断することができる。 FIG. 10 shows the torque required for the folding operation in a condition where no catching occurs and a condition in which the catching occurs, in which the horizontal axis represents the bending angle θ and the vertical axis represents the bending torque. As shown by the solid torque diagram, in the case of the catching condition, the torque has an excessive peak at a certain bending angle as compared with the bending torque in the case of the non-scratching condition shown by the broken line. Whether or not it is caught can be determined based on the presence or absence of this peak.
表1に、ボールが6個のクロスグルーブ型等速自在継手と、ボールが8個のクロスグルーブ型等速自在継手のそれぞれについて、ボール溝の交差角βをどこまで小さくしていくと折り曲げ戻し操作時のひっかかりが起きるか実験した結果を示す。折り曲げ角θは±10°であった。ひっかかり現象の有無によってクロスグルーブ型等速自在継手の成立の可否を判断し、可は○、否は×で表してある。表1より、ボールが8個の場合、ボール溝の交差角βを4.5°まで小さくしてもひっかかりなし、つまり、クロスグルーブ型等速自在継手として成立することが確認された。ボールが6個の場合、交差角βが8.0°でひっかかりが発生した。 Table 1 shows how the cross groove type constant velocity universal joint with 6 balls and the cross groove type constant velocity universal joint with 8 balls each change the bending angle β of the ball groove as much as possible. The result of an experiment to see if time catching occurs. The bending angle θ was ± 10 °. Whether or not a cross groove type constant velocity universal joint is established is determined based on the presence or absence of a catching phenomenon. From Table 1, it was confirmed that in the case of eight balls, even if the ball groove crossing angle β was reduced to 4.5 °, there was no catch, that is, a cross groove type constant velocity universal joint was established. In the case of 6 balls, a catch occurred when the crossing angle β was 8.0 °.
なお、限界角度は軸線に対するボール溝の交差角によって定式化されていた。その式はボールの個数に関係なく成立する式である。つまり、ボールの個数が増えてもひっかかり現象は現れるはずである。しかしながら、表1に示したとおり、ボール8個以上では、対をなす内輪および外輪のボール溝によって構成されるくさび角効果によるひっかかり現象は起きていないことを確認した。このことは、ボールの個数を増やすことによって、ある位相にあるボールからケージに作用する力が、くさび角が0になる効果によって失われることを他のボールがカバーして、等速自在継手が不安定になることを回避しているものと推測される。 The limit angle was formulated by the crossing angle of the ball groove with respect to the axis. The formula is established regardless of the number of balls. In other words, even if the number of balls increases, the catching phenomenon should appear. However, as shown in Table 1, it was confirmed that the catching phenomenon due to the wedge angle effect constituted by the ball grooves of the inner ring and the outer ring forming a pair did not occur in eight or more balls. This is because by increasing the number of balls, the force acting on the cage from the balls in a certain phase is lost due to the effect that the wedge angle becomes 0, so that other constant velocity universal joints are covered. It is presumed that they are avoiding instability.
つぎに、クロスグルーブ型等速自在継手の折り曲げ時のひっかかりにつき、解析結果に基づいて説明する。ひっかかりは、継手が作動角をとって戻そうとするときに、過大なトルクが必要となる現象である。図10は、ボールが6個の場合の折り曲げ角と折り曲げトルクの関係を示す。実線と破線のトルク曲線は、異なる位相における折り曲げトルクを示す。同図に示す実線のトルク曲線から分かるように、ひっかかりが生じる場合は、ある折り曲げ角度でトルクのピークが生じる。 Next, the hooking of the cross groove type constant velocity universal joint during bending will be described based on the analysis result. The catch is a phenomenon in which excessive torque is required when the joint attempts to return at an operating angle. FIG. 10 shows the relationship between the bending angle and the bending torque when there are six balls. The solid and dashed torque curves show the bending torque at different phases. As can be seen from the solid torque curve shown in the figure, when a catch occurs, a torque peak occurs at a certain bending angle.
解析モデルの主要寸法を説明すると、ボールが6個のモデルは、ボール径が7/8(22.225mm)、PCDが58.0mm、交差角が10°、T100トルクが748.5Nmである。ボールが10個のモデルは、ボール径が19/32(15.081mm)PCDが74.0mm、交差角が5°、T100トルクが741.3Nmである。 The main dimensions of the analysis model will be described. The model with six balls has a ball diameter of 7/8 (22.225 mm), a PCD of 58.0 mm, an intersection angle of 10 °, and a T100 torque of 748.5 Nm. The model with 10 balls has a ball diameter of 19/32 (15.081 mm), a PCD of 74.0 mm, an intersection angle of 5 °, and a T100 torque of 741.3 Nm.
図11は、図2の実施の形態のように10個のボールを用いるクロスグルーブ型等速自在継手の場合の折り曲げ角度と折り曲げトルクの関係を示す。同図に示すように、ボール数を10と多くした場合、ひっかかり時の折り曲げトルクが軽減される。ボールが10個の場合、6個の場合に比べて、同じすきま設定で、ひっかかり時の折り曲げトルクは約1/3となり、また、ひっかかりを生じる角度が異なる。なお、ボールが6個の継手では、3位相に最大のひっかかりが見られたのに対して、10個の継手では5位相で最大の引っ掛かりが見られた。 FIG. 11 shows the relationship between the bending angle and the bending torque in the case of a cross groove type constant velocity universal joint using 10 balls as in the embodiment of FIG. As shown in the figure, when the number of balls is increased to 10, the bending torque at the time of catching is reduced. When the number of balls is 10, compared to the case of 6 balls, the bending torque at the time of catching is about 1/3 with the same clearance setting, and the angle causing the catching is different. In the joint with 6 balls, the maximum catch was observed in 3 phases, whereas in 10 joints, the maximum catch was observed in 5 phases.
交差角と作動角の関係を説明する。図12および図13は、ボールを10個とし、交差角を種々変えた場合の作動角と折り曲げトルクの関係の解析結果を示し、図12はドライブシャフト用、図13はプロペラシャフト用の場合である。以下ではプロペラシャフト用に該当する数値を括弧内に示す。これらの図に、ボールを6個として交差角を16°(10°)とした場合の曲線を合わせて示す。図中の交差角の単位は度である。 The relationship between the crossing angle and the operating angle will be described. 12 and 13 show the analysis results of the relationship between the operating angle and the bending torque when the number of balls is 10 and the crossing angle is variously changed. FIG. 12 shows the case for the drive shaft and FIG. 13 shows the case for the propeller shaft. is there. In the following, the numerical values corresponding to the propeller shaft are shown in parentheses. These figures also show curves when the number of balls is six and the crossing angle is 16 ° (10 °). The unit of the crossing angle in the figure is degrees.
同図によると、交差角が10°(5°)以上の各例では、作動角が25°(15°)になっても折り曲げトルクは低い値を保っている。これに対し、ボールが6個の継手では、交差角が16°(10°)と大きなものであっても、作動角が18°(12°)付近から大きくなるに従って、折り曲げトルクが急激に上昇している。これより、ボールを10個とした継手は、交差角が10°(5°)以上であれば、ボールが6個のものより折り曲げ特性が改善されることがわかる。より好ましくは、交差角が11°(6°)以上である。 According to the figure, in each example where the crossing angle is 10 ° (5 °) or more, the bending torque is kept low even when the operating angle is 25 ° (15 °). In contrast, with a joint with six balls, even when the crossing angle is as large as 16 ° (10 °), the bending torque increases rapidly as the operating angle increases from around 18 ° (12 °). is doing. From this, it can be seen that the bending characteristic of the joint with 10 balls is improved as compared with that with 6 balls if the crossing angle is 10 ° (5 °) or more. More preferably, the crossing angle is 11 ° (6 °) or more.
ドライブシャフト(プロペラシャフト)用のクロスグルーブ型等速自在継手の場合は、要求される作動角は一般的に20°(10°)程度であるため、作動角が25°(15°)までの範囲で見て折り曲げトルクが小さければよい。交差角が大きい場合は、折り曲げ特性上は有利であるが、前述したように、交差角が大きくなると、摺動ストロークを稼ぐことができなくなる。実用的な範囲で考慮すると、ドライブシャフト(プロペラシャフト)用のクロスグルーブ型等速自在継手の場合、ボール数が10の場合は交差角の最大は15°(9°)である。したがって、交差角βは、10°(5°)以上、15°(9°)以下の範囲であることが好ましい。 In the case of a cross groove type constant velocity universal joint for a drive shaft (propeller shaft), the required operating angle is generally about 20 ° (10 °), so the operating angle is up to 25 ° (15 °). It is sufficient that the bending torque is small when viewed in the range. When the crossing angle is large, it is advantageous in terms of bending characteristics. However, as described above, when the crossing angle becomes large, it becomes impossible to earn a sliding stroke. Considering in a practical range, in the case of a cross groove type constant velocity universal joint for a drive shaft (propeller shaft), when the number of balls is 10, the maximum crossing angle is 15 ° (9 °). Therefore, the crossing angle β is preferably in the range of 10 ° (5 °) or more and 15 ° (9 °) or less.
図14は、トルク伝達ボールを10個とした継手、および、6個とした継手において、それぞれ、ボール接触率を1.06と1.02との2種類(合計4種類)とした場合の、接触角αと折り曲げトルクの関係を示す。同図を参照して接触角と折り曲げトルクの関係を説明する。ボールを10個とした場合、ボール接触率の影響の傾向、つまり溝形状の影響の傾向は、ボールを6個とした場合と同様である。10個の継手の場合、接触角40°で接触率の影響はほぼなくなる。ボールを10個とした場合、ボール接触率が1.02では、接触率が30°であっても折り曲げトルクは低い値となる。そのため、接触角は30〜50°の範囲で適用可能である。しかし、ボール接触率を1.02よりも大きな値、たとえば1.06以上と高くする場合は、ボール接触率が折り曲げトルクに影響しなくなる値である40°以上の接触角とすることが好ましい。 FIG. 14 shows a joint with 10 torque transmitting balls and a joint with 6 torque balls when the ball contact ratio is two types of 1.06 and 1.02 (four types in total). The relationship between the contact angle α and the bending torque is shown. The relationship between the contact angle and the bending torque will be described with reference to FIG. When the number of balls is ten, the tendency of the influence of the ball contact rate, that is, the tendency of the influence of the groove shape is the same as when the number of balls is six. In the case of ten joints, the influence of the contact rate is almost eliminated at a contact angle of 40 °. When the number of balls is 10, when the ball contact rate is 1.02, the bending torque is low even if the contact rate is 30 °. Therefore, a contact angle is applicable in the range of 30-50 degrees. However, when the ball contact rate is higher than 1.02, for example, 1.06 or higher, it is preferable to set the contact angle to 40 ° or higher, which is a value at which the ball contact rate does not affect the bending torque.
図15は、ボールが10個のクロスグルーブ型等速自在継手において、横軸に交差角、縦軸に等速性をとり、各種の作動角の場合の交差角違いによる等速性の変化を示したものである。同図を参照して等速性について説明する。等速性は、(入力回転数−出力回転数)/(入力回転数)で表される。一般的に、作動角が小さいほど、また、交差角が大きくなるほど、等速性が優れる。ボールが6個の従来品では、交差角が16°(10°)のものにおいて、作動角をドライブシャフト(プロペラシャフト)用として要求される性能である20°(10°)とした場合、等速性は0.12(0.07)程度となる。これに対し、トルク伝達ボールが10個の例では、交差角を従来品と同じ16°(10°)とした場合、作動角が20°(10°)のときに0.012(0.006程度)となり、従来品よりも等速性が優れていることがわかる。作動角が20°(10°)の場合、ボールが10個の継手では、交差角を10°(5°)とすると、等速性は0.16(0.18)程度となり、上記従来品と同程度となり、交差角を11°(6°)とすると、等速性は0.08程度となって、上記従来品よりも優れたものとなる。 FIG. 15 is a cross-groove type constant velocity universal joint with 10 balls, in which the horizontal axis represents the crossing angle and the vertical axis represents the constant velocity, and the change in the constant velocity due to the difference in the crossing angle in the case of various operating angles. It is shown. The constant velocity property will be described with reference to FIG. The constant velocity is represented by (input rotation speed−output rotation speed) / (input rotation speed). In general, the smaller the operating angle and the larger the crossing angle, the more uniform. In the conventional product with six balls, when the crossing angle is 16 ° (10 °) and the operating angle is 20 ° (10 °), which is the performance required for the drive shaft (propeller shaft), etc. The speed is about 0.12 (0.07). On the other hand, in the case of 10 torque transmitting balls, when the crossing angle is 16 ° (10 °), which is the same as the conventional product, 0.012 (0.006) when the operating angle is 20 ° (10 °). It is understood that the constant velocity is superior to the conventional product. When the operating angle is 20 ° (10 °) and the joint has 10 balls, if the crossing angle is 10 ° (5 °), the constant velocity will be about 0.16 (0.18). If the crossing angle is 11 ° (6 °), the constant velocity is about 0.08, which is superior to the conventional product.
このように、ボールを10個とすると、ドライブシャフト(プロペラシャフト)用の継手として要求される作動角20°(10°)の場合に、6個ボールの従来品と交差角が同じ場合は、等速性にも優れたものとなる。また、交差角を10°(6°)まで小さくしても、従来品と同程度の等速性であり、等速性の観点からも、ボールを10個とした継手は、交差角を小さくして作動ストロークを稼ぐことが可能である。 Thus, when the number of balls is 10 and the crossing angle is the same as the conventional product of 6 balls when the operating angle is 20 ° (10 °) required as a joint for a drive shaft (propeller shaft), It is also excellent in isokineticity. Moreover, even if the crossing angle is reduced to 10 ° (6 °), the joint has the same speed as the conventional product. From the viewpoint of constant speed, the joint with 10 balls has a small crossing angle. It is possible to earn operating strokes.
なお、ボールを10個とすると、ボールが小さくなるため、個々のボールに負荷される荷重が同じであれば、トルク伝達ボールが6個の継手に比べて、ボール溝14a,14b;24a,24bとの接触部における面圧が高くなる。しかし、10個とすると、ボール個数が増えることで、個々のボールに負荷される荷重が小さくなるため、面圧の問題も解消した設計が可能である。
When the number of balls is ten, the balls become small. Therefore, if the load applied to each ball is the same, the torque transmission balls have the
また、ボールを10個としたクロスグルーブ型等速自在継手は、生産性にもすぐれたものとなる。すなわち、クロスグルーブ型等速自在継手において、ボールの個数を8としても、従来の6個の継手よりは折り曲げトルク特性に優れたものとなる。しかし、8個とすると、外輪あるいは内輪に設ける直径方向に対応した一対のボール溝の軸線に対する傾き方向が互いに逆方向となるため、これら一対のボール溝を同時加工することができなくて、加工性が悪く、生産性の低下、コスト増を招く。これに対してボールが10個であると、外輪あるいは内輪に設ける直径方向に対応した一対のボール溝の軸線に対する傾き方向が同じ方向となる。そのため、これら一対のボール溝を同時加工することができて、ボール溝の加工性がよく、生産性に優れ、コスト低下が図れる。 In addition, the cross groove type constant velocity universal joint having ten balls is excellent in productivity. That is, in the cross groove type constant velocity universal joint, even if the number of balls is eight, the bending torque characteristics are superior to the conventional six joints. However, if there are eight, the inclination directions with respect to the axis of the pair of ball grooves corresponding to the diameter direction provided on the outer ring or the inner ring are opposite to each other, so that the pair of ball grooves cannot be processed at the same time. Poor property, resulting in decreased productivity and increased cost. On the other hand, when the number of balls is ten, the inclination directions of the pair of ball grooves corresponding to the diameter direction provided on the outer ring or the inner ring are the same direction. Therefore, the pair of ball grooves can be processed simultaneously, the workability of the ball grooves is good, the productivity is excellent, and the cost can be reduced.
10 外輪(外方継手部材)
12 内周面
14 ボール溝
16 ボルト穴
18 小径部
20 内輪(内方継手部材)
22 外周面
24 ボール溝
30 ボール(トルク伝達要素)
40 ケージ
52 エンドキャップ
54 ブーツアダプタ
10 Outer ring (outer joint member)
12 Inner
22 outer
40
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