JP2008089021A - Constant velocity universal joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手に関し、特にトリポード型等速自在継手に関するものである。 The present invention relates to a constant velocity universal joint used for a power transmission device of an automobile or various industrial machines, and more particularly to a tripod type constant velocity universal joint.
例えば自動車のエンジンから車輪に回転動力を等速で伝達するために、摺動式のトリポード型等速自在継手が用いられている。この摺動式トリポード型等速自在継手は、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、しかも、軸方向の相対変位をも許容することができる構造を備えている。 For example, a sliding tripod type constant velocity universal joint is used to transmit rotational power from an automobile engine to wheels at a constant speed. This sliding tripod type constant velocity universal joint connects two shafts on the drive side and the driven side, transmits rotational torque at a constant speed even if the two shafts have an operating angle, and has a relative axial displacement. It has an acceptable structure.
この摺動式トリポード型等速自在継手は、一般に、内周部に軸方向の3本のトラック溝が形成され、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側継手部材と、半径方向に突出した3本の脚軸を有するトリポード部材と、このトリポード部材の各脚軸の外周面に複数の針状ころを介して回転自在に外嵌されたローラとを主体として構成される(例えば、特許文献1参照)。 This sliding tripod type constant velocity universal joint generally has an outer joint member in which three track grooves in the axial direction are formed on the inner peripheral portion, and an axial roller guide surface is provided on each side of each track groove; A tripod member having three leg shafts projecting in the radial direction and a roller externally fitted to the outer peripheral surface of each leg shaft of the tripod member via a plurality of needle rollers are mainly configured. (For example, refer to Patent Document 1).
上記構成の摺動式トリポード型等速自在継手は、以下のように動作する。すなわち、トリポード部材の脚軸と外側継手部材のローラ案内面とがローラを介して回転方向に係合することにより、駆動側から従動側に回転トルクが等速で伝達される。また、各ローラが脚軸に対して回転しながらローラ案内面上を転動することにより、外側継手部材とトリポード部材との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収される。また、外側継手部材とトリポード部材とが作動角を取りつつ回転トルクを伝達する際の、回転方向位相の変化に伴う、各脚軸のローラ案内面に対する軸方向変位が吸収される。
しかしながら、上記構成のトリポード型等速自在継手は、外側継手部材とトリポード部材の間で回転力を伝達するとき、脚軸と針状ころの間に転がりと滑りが同時に発生する。そのため、脚軸と針状ころの接触部で摩耗が発生し易く、特に脚軸の表面にピーリングやスミアリングが発生し易く、トリポード部材の転動疲労寿命の短縮や、割れ等の表面起点型損傷を招来する可能性が有る。 However, in the tripod type constant velocity universal joint having the above-described configuration, when a rotational force is transmitted between the outer joint member and the tripod member, rolling and slip occur simultaneously between the leg shaft and the needle roller. For this reason, wear is likely to occur at the contact portion between the leg shaft and the needle roller, in particular, peeling or smearing is likely to occur on the surface of the leg shaft, shortening the rolling fatigue life of tripod members, There is a possibility of causing damage.
そこで、本発明の目的は、トリポード部材の脚軸の転動疲労寿命を延長でき、また、表面起点型損傷に対する強度を高めることができる等速自在継手を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a constant velocity universal joint capable of extending the rolling fatigue life of the leg shaft of a tripod member and increasing the strength against surface-origin damage.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、内周部に軸方向の三本のトラック溝が形成され、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側継手部材と、半径方向に突出した三本の脚軸を有するトリポード部材と、上記トリポード部材の各脚軸に複数の針状ころを介して回転自在に装着された状態で上記トラック溝に挿入されたローラとを備え、上記ローラがローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能に形成された等速自在継手において、上記トリポード部材に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しで形成された表層部が設けられていることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
本発明によれば、トリポード部材に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しによる表層部(高濃度浸炭層)を形成する。この高濃度浸炭層は、マルテンサイト基地中に炭化物が分散した組織を有し、高い耐摩耗性、耐表面損傷性及び疲労強度を有する。したがって、トリポード部材に、転動疲労に対する高い耐性や割れ等に対する高い強度を与えることができる。 According to the present invention, the surface layer portion (high concentration carburized layer) is formed on the tripod member by high concentration carburizing and quenching and tempering. This high-concentration carburized layer has a structure in which carbides are dispersed in a martensite matrix, and has high wear resistance, surface damage resistance, and fatigue strength. Therefore, the tripod member can be given high resistance against rolling fatigue and high strength against cracking.
特に、トリポード部材の脚軸に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しによる表層部を形成することにより、脚軸の表面にピーリングやスミアリングが発生し難くできて、転動疲労に対する耐性や割れ等に対する強度を増大できる。 In particular, by forming a surface layer portion by high-concentration carburizing quenching and tempering on the leg shaft of the tripod member, peeling and smearing are less likely to occur on the surface of the leg shaft, and resistance to rolling fatigue and strength against cracking, etc. Can increase.
また、トリポード部材の脚軸の基端部は、トルク伝達時に捩り応力が集中し、しかも、通常非研削の状態で残されるため、捩り疲労が問題となる。これに対して、トリポード部材の表層部に高濃度浸炭層を形成することにより、表面硬さが増大し、捩り疲労強度を向上できる。 Further, the torsional fatigue becomes a problem because the torsional stress is concentrated at the base end portion of the leg shaft of the tripod member at the time of torque transmission and is usually left in an unground state. On the other hand, by forming a high-concentration carburized layer on the surface layer portion of the tripod member, the surface hardness increases and the torsional fatigue strength can be improved.
高濃度浸炭処理は、炭化物の高密度な微細分散組織を鋼表層に生成させる処理であり、耐磨耗性、耐表面損傷性、疲労強度が重要視される部位に適用されている。
高濃度浸炭処理では、鋼中の浸炭分布と炭化物の析出を制御する必要がある。その炭化物の大きさと量を制御するために、浸炭処理後に冷却を行う工程を数回繰り返し、鋼へのCの拡散とその浸炭層での炭化物の析出を繰り返す。炭化物が多く析出した鋼表面は、耐磨耗性、耐表面損傷性に優れることが知られている。また、その炭化物が高密度に微細分散析出しているほど、その部分の疲労強度が向上することが知られている。
ここでの高濃度浸炭処理とは、炭化物及びマルテンサイト中のC濃度の合計が1.5%以上になっており、その処理部における応力集中源である炭化物が平均直径で7.5μm以下、望ましくは、5μm以下である浸炭処理を高濃度浸炭処理とする。
The high-concentration carburizing treatment is a treatment for forming a high-density fine dispersion structure of carbide on the steel surface layer, and is applied to a site where wear resistance, surface damage resistance, and fatigue strength are important.
In high-concentration carburizing treatment, it is necessary to control the carburization distribution and carbide precipitation in steel. In order to control the size and amount of the carbide, the cooling process after the carburizing treatment is repeated several times to repeat the diffusion of C into the steel and the precipitation of the carbide in the carburized layer. It is known that a steel surface on which a large amount of carbide is precipitated is excellent in wear resistance and surface damage resistance. Further, it is known that the fatigue strength of the portion is improved as the carbide is finely dispersed and precipitated.
The high-concentration carburizing treatment here means that the total concentration of carbon in the carbide and martensite is 1.5% or more, and the carbide that is a stress concentration source in the treated portion has an average diameter of 7.5 μm or less, preferably Carburizing treatment of 5 μm or less is designated as high-concentration carburizing treatment.
なお、上記表層部は、トリポード部材の針状ころとの少なくとも接触面の直下に形成すれば良く、接触面の直下にのみ表層部を形成した構成、接触面およびその周辺の表面の直下に表層部を形成した構成、及び、構成部品の全表面の直下に表層部を形成した構成のいずれも含む。 The surface layer portion may be formed at least directly below the contact surface with the needle roller of the tripod member. The structure in which the surface layer portion is formed only directly below the contact surface, the surface layer immediately below the contact surface and the surrounding surface. Both the configuration in which the portion is formed and the configuration in which the surface layer portion is formed immediately below the entire surface of the component are included.
他の側面の発明は、請求項1の等速自在継手において、上記トリポード部材の表層部は、上記針状ころとの接触部直下における厚みが0.2mm以上であることを特徴としている。
According to another aspect of the invention, in the constant velocity universal joint according to
上記構成の等速自在継手によれば、表層部の厚みを0.2mm以上とすることにより、針状ころとの接触による摩耗が生じても、ピーリングやスミアリングの早期の発生を防止し、これらを起点とする割れ等の発生を防止できる。したがって、表層部の転動疲労に対する耐性や表面起点型損傷に対する強度を効果的に向上することができる。また、高濃度浸炭層の厚みを十分に確保することにより、表面硬さを効果的に増大できて、捩り疲労強度を向上することができる。 According to the constant velocity universal joint having the above configuration, by making the thickness of the surface layer portion 0.2 mm or more, even if wear due to contact with the needle rollers occurs, the early occurrence of peeling or smearing can be prevented. Occurrence of cracks and the like starting from can be prevented. Therefore, it is possible to effectively improve the resistance to rolling fatigue of the surface layer portion and the strength against surface-origin damage. Moreover, by ensuring a sufficient thickness of the high-concentration carburized layer, the surface hardness can be effectively increased and the torsional fatigue strength can be improved.
なお、上記表層部の厚みは、脚軸の靭性の確保や、高濃度浸炭層の形成効率の観点から、1.6mm以下とするのが好ましい。 The thickness of the surface layer is preferably 1.6 mm or less from the viewpoint of securing the toughness of the leg shaft and the formation efficiency of the high-concentration carburized layer.
請求項2の発明は、請求項1に記載の等速自在継手において、上記トリポード部材が炭素含有量0.15〜0.40wt%の鋼で形成されたことを特徴としている。
The invention according to
請求項2の等速自在継手によれば、表層部は高濃度浸炭層によって、転動疲労に対する耐久性に優れた組織になる一方、芯部は靭性をもった組織になる。従って、長い転動疲労寿命と高い割れ強度を兼ね備えたトリポード部材が得られる。
According to the constant velocity universal joint of
本発明によれば、等速自在継手のトリポード部材に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しで形成された表層部を設けたので、トリポード部材の転動疲労寿命を延長できる。これにより、現状のサイズを維持したまま、より耐久性や強度に優れた等速自在継手を提供することができ、また、現状品と同等以上の耐久性や強度を確保しつつ、より小型の等速自在継手を提供することができる。 According to the present invention, since the surface layer portion formed by high concentration carburizing and quenching and tempering is provided on the tripod member of the constant velocity universal joint, the rolling fatigue life of the tripod member can be extended. As a result, it is possible to provide a constant velocity universal joint that is more durable and strong while maintaining the current size, and more durable and strong than the current product while maintaining a smaller size. A constant velocity universal joint can be provided.
以下、本発明の等速自在継手を図示の実施形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the constant velocity universal joint of the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
図1(A)は本発明の実施形態としてのトリポード型等速自在継手を示す横断面図であり、図1(B)は作動角θをとった状態の継手を示す縦断面であり、図1(C)はローラとローラ案内面とを取り出して示した斜視図である。 FIG. 1A is a cross-sectional view showing a tripod type constant velocity universal joint as an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a vertical cross-section showing the joint in an operating angle θ. 1 (C) is a perspective view showing a roller and a roller guide surface taken out.
このトリポード型等速自在継手は、外側継手部材1の内周面に、軸方向に延びる三本の円筒形トラック溝2が形成されている。外側継手部材1内には、トリポード部材4が挿入されている。このトリポード部材4は、半径方向に突設した三本の脚軸5を有し、この脚軸5の円筒状の外周面に、複数の針状ころ6を介して円環状のローラ7が回転可能に外嵌されている。トリポード部材4のローラ7は、外側継手部材1のトラック溝2に挿入されている。
In this tripod type constant velocity universal joint, three
各トラック溝2には、円周方向に対向する一対のローラ案内面3が、軸方向に平行な凹曲面によって形成されている。三本の脚軸5の各ローラ7の外周面は、上記ローラ案内面3に適合する凸曲面に形成されている。各ローラ7は、対応するトラック溝2のローラ案内面3に係合して脚軸5を中心に回転しながらトラック溝2に沿って移動可能である。このトリポード型等速自在継手において、駆動軸が外側継手部材1に連結され、従動軸がトリポード部材4に連結される。
In each
この等速自在継手は、トリポード部材4の脚軸5と外側継手部材1のローラ案内面3とがローラ7を介して二軸の回転方向に係合することにより、駆動側から従動側へ回転トルクを等速で伝達する。また、各ローラ7が脚軸5に対して回転しながらローラ案内面3上を転動することにより、外側継手部材1とトリポード部材4との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収される。
This constant velocity universal joint rotates from the driving side to the driven side by engaging the
ここで、図1(B)に示すように、継手が作動角θをとった状態で回転力を伝達するとき、ローラ7とローラ案内面3とは図1(C)に示すように互いに斜交する関係となる。この場合、ローラ7は図1(B)に矢印tで示す方向に転がり移動しようとするのに対して、トラック溝2は外側継手部材1の軸線と平行な円筒面の一部であるため、ローラ7はトラック溝2に拘束されながら移動することになる。トリポード部材4の脚軸5と針状ころ6との間には転がりと滑りが同時に発生し、トリポード部材4の軸脚5の外周面にピーリングやスミアリングが生じる原因となる。また、トルク伝達に伴い、トリポード部材4の脚軸5の基端部に捩り応力が集中し、捩り疲労が生じる原因となる。
Here, as shown in FIG. 1B, when the rotational force is transmitted with the joint at the operating angle θ, the
これに対して、本実施形態のトリポード型等速自在継手は、従来のトリポード型等速自在継手と異なり、トリポード部材4の脚軸5に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しで形成された表層部を設けている。なお、表層部は、脚軸5に限らず、トリポード部材4の他の部分に設けてもよい。
On the other hand, the tripod type constant velocity universal joint of the present embodiment is different from the conventional tripod type constant velocity universal joint in that the
このトリポード部材4は、炭素含有量0.15〜0.40wt%の鋼材料から、鍛造加工→機械加工→高濃度浸炭焼入れ焼戻し→研削加工という主要工程を経て製造される。高濃度浸炭焼入れ焼戻し工程では、例えば浸炭用鋼材を使用し、所定の加熱温度と冷却温度との間で複数回の加熱及び冷却を行い、炭化物を粒界に網状に析出させることなく、微細化して均一に析出させる。このようにして形成された表層部(高濃度浸炭層)は、厚みが0.2mm以上1.6mm以下に形成されている。また、表層部の表面硬度は、HRC58以上に形成されている。
The
これにより、トリポード部材4の脚軸5に、炭化物の析出により高硬度の表層部が得られるので、転動疲労に対する高い耐性や表面起点型損傷に対する高い強度が得られる。また、高濃度浸炭層で形成された表層部によって脚軸5の表面硬さが上昇するので、非研削の状態で残された場合においても、トルク伝達に必要な捩り疲労強度が十分に得られる。さらに、表層部の厚みを0.2mm以上とすることにより、針状ころ6との接触による摩耗が生じても、ピーリングやスミアリングの早期の発生を防止し、これらを起点とする割れ等の発生を防止できる。したがって、トリポード部材4の脚軸5に対して、転動疲労に対する耐性や表面起点型損傷に対する強度を効果的に向上することができる。また、高濃度浸炭層の厚みを十分に確保することにより、脚軸5の表面硬さを効果的に増大できて、捩り疲労強度を向上することができる。
Thereby, since the surface layer part of high hardness is obtained by the precipitation of the carbide | carbonized_material on the
図1に示すトリポード型等速自在継手について、表層部を浸炭焼入れ焼き戻しで形成したトリポード部材A,B(比較例)と、表層部を高濃度浸炭焼入れ焼き戻しで0.1mmに形成したトリポード部材C(比較例)と、表層部を高濃度浸炭焼入れ焼き戻しで0.2mm以上に形成したトリポード部材D,E(実施例)について行った寿命試験について説明する(表1参照)。比較例のトリポード部材Aは表層部の厚みが0.1mmであり、比較例のトリポード部材Bは表層部の厚みが0.2mmである。また、実施例のトリポード部材Dは脚軸5の表面のみに厚み0.2mmの表層部を設け、実施例のトリポード部材Eは全体の表面に厚み0.2mmの表層部を設けた。トリポード部材A〜Eは、上述の表層部の熱処理と厚み以外は、いずれも互いに同一の材料を用いて同一の寸法に作製した。
For the tripod type constant velocity universal joint shown in FIG. 1, tripod members A and B (comparative example) in which the surface layer portion is formed by carburizing and quenching and tempering, and the tripod member in which the surface layer portion is formed to be 0.1 mm by high concentration carburizing and quenching and tempering A life test conducted on C (comparative example) and tripod members D and E (examples) in which the surface layer portion is formed to be 0.2 mm or more by high-concentration carburizing and quenching and tempering will be described (see Table 1). The tripod member A of the comparative example has a surface layer part thickness of 0.1 mm, and the tripod member B of the comparative example has a surface layer part thickness of 0.2 mm. Further, the tripod member D of the example was provided with a surface layer portion having a thickness of 0.2 mm only on the surface of the
寿命試験は、互いに同じ回転トルク、作動角及び回転数で運転を行い、脚軸5の外周面の損傷(剥離、摩耗等)が所定割合を越えた運転時間を寿命とする。表1の転動疲労寿命欄に、目標運転時間を十分満足した場合に◎を、目標運転時間を満足した場合に○を、目標運転時間を満足しなかった場合に△を付している。
In the life test, the operation is performed with the same rotational torque, operating angle, and rotation speed, and the operation time in which damage (peeling, wear, etc.) of the outer peripheral surface of the
表1より、トリポード部材4の少なくとも脚軸5に、高濃度浸炭焼入れ焼き戻しで形成された表層部を設け、この表層部の厚みを0.2mm以上とすることにより、転動疲労寿命を十分に延長できるといえる。したがって、従来のサイズを維持したまま、より耐久性や強度に優れたトリポード型等速自在継手が得られる。また、従来と同等以上の耐久性や強度を確保しつつ、より小型のトリポード型等速自在継手が得られる。
From Table 1, at least the
1 外側継手部材
2 トラック溝
3 ローラ案内面
4 トリポード部材
5 脚軸
6 針状ころ
7 ローラ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記トリポード部材に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しで形成された表層部が設けられていることを特徴とする等速自在継手。 Tripod member having three axial track grooves formed on the inner periphery, outer joint members having axial roller guide surfaces on both sides of each track groove, and three leg shafts projecting in the radial direction And a roller inserted into the track groove in a state of being rotatably attached to each leg shaft of the tripod member via a plurality of needle rollers, the roller being an outer joint member along the roller guide surface In the constant velocity universal joint formed to be movable in the axial direction of
A constant velocity universal joint characterized in that a surface layer portion formed by high-concentration carburizing and quenching and tempering is provided on the tripod member.
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JP2006268195A JP2008089021A (en) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | Constant velocity universal joint |
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