JP2008536737A - 駆動可能な車輪ボス用端面歯切り部 - Google Patents

Abstract

本発明は、駆動可能な車輪ボス（２）用車輪軸受装置（１）にあって回転軸線（１ａ）の周りに周方向に延びる歯環の端面歯切り部（９）に関し、端面歯切り部（９）が、端面歯切り部（９）の方へ向く対向歯切り部（１０）に遊隙なくかみ合うようになっており、端面歯切り部（９）の幾何学的直線（１４，１５，１６）が、中心で回転軸線（１ａ）上の共通な点に集まり、従って歯（１３）が半径方向に回転軸線（１ａ）の方へ延びるように、端面歯切り部（９）の歯（１３）が楔状に形成されている。

Description

本発明は、駆動可能な車輪ボス用車輪軸受装置にあって回転軸線の周りに周方向に延びる歯環の端面歯切り部であって、端面歯切り部が、端面歯切り部の方へ向く対向歯切り部に遊隙なくかみ合うようになっており、端面歯切り部の幾何学的直線が、中心で回転軸線の共通な点に集まり、従って歯が半径方向に回転軸線の方へ延びるように、端面歯切り部の歯が楔状に形成されているものに関する。

このような端面歯切り部はドイツ連邦共和国特許第３１１６７２０号明細書に詳細に記載されている。対向歯切り部は、一般に同速回転継手の鐘状体又は鐘状体の基部に形成されている。

駆動素子を車輪ボス装置に取付ける際、駆動素子と車輪ボスとが、セレーション歯切り部の幾何学的構成のため回転軸線に関して互いに心出しされる。従って走行作動中における結合部の高い同心回転精度が保証されている。ボスへの継手部分の取付けは、一方では自動心出しのため簡単であるが、他方では大きい軸線方向締付け力を必要とする。

端面歯切り部のすべての歯の側面は、対向歯切り部のすべての歯の両方の側面とかみ合っている。両方の歯切り部は１つ又は複数のボルト素子により軸線方向に締付けられている。トルクは、面圧から生じる摩擦及びはまり合いにより車輪ボスへ伝達される。

特に駆動装置から車輪へ又は場合によっては逆のトルク流れでも大きいトルクを伝達しようとする時、継手部分と車輪ボスとの結合が有利である。通常使用される内歯切り部と外歯切り部から成る対は、しばしば構造技術的に従って剛性を高められているので、端面歯切り部は構造空間を節約する代案である。過負荷の場合車輪ボスの破壊が最も好ましくない場合車輪の損傷を引起こす時、車輪へ大きいトルクを伝達するための強固な設計が不利になることがある。

従って本発明の課題は、前記の欠点を回避する端面歯切り部を提供することである。

この課題は、端面歯切り部の歯のかみ合いのために設けられる側面が、回転軸線から出て２０°より大きくかつ３０°より小さい側面角で傾斜していることによって解決される。側面角は、対称に構成される歯切り部の場合、歯角の半分である。側面の側面角は、回転軸線から出る仮想分割面に対して傾斜している。

端面歯切り部の寸法及び寸法変化には、車輪軸受における構造空間の理由から限界が課されている。歯切り部のピッチ円直径（回転軸線の周りにおける端面歯切り部の平均円周）は、従って非常に狭い限界内に規定されている。従って例えば駆動トルクによる負荷に対する歯切り部の特性は、歯切り部のピッチ円の変化によって殆ど又は全く影響されない。本発明により歯切り部の個々の歯の幾何学的形状は、取付け及びトルクによる負荷に関して最適な数の歯を所定の円周上に規定できるように、側面角を介して影響を受ける。遊隙なしに対向歯切り部にかみ合っている有効側面の側面角は、なるべく２２．５°である。この構成により、取付けの際締付け力は、歯切り部における比較的小さい軸線方向力成分のため、小さく保たれている。歯元における各歯の断面は、端面歯切り部が定格作動において大きいトルクを伝達するけれども、所定の極限トルクでは撓むように、設計されている。

本発明の展開によれば、端面歯切り部の歯溝が、少なくとも歯溝の所で互いに向き合うそれぞれ２つの側面の間で、少なくとも１つの歯元半径で凹に丸められており、それぞれの歯の歯先が、それぞれの歯の１つの側面から他の側面へ、少なくとも１つの凸な歯先半径で丸められている。更に歯先半径が歯元半径より大きい。そのため対向歯切り部の歯先は端面歯切り部の歯溝の底に接触せず、端面歯切り部の歯先は対向歯切り部の歯溝の底に接触しない。有効側面の遊隙なしの当接が保証されている。端面歯切り部及び対向歯切り部は、本発明によれば同じに構成可能である。歯切り部がいわゆる丸頭ダイ工具による変形により無切削で形成されると、両方の歯切り部に対して同じ工具を使用することができる。

半径の大きさは、更に端面歯切り部の歯の高さ従って負荷に対する歯切り部の抵抗に影響を及ぼす。従って本発明の展開によれば、それぞれの歯の最大理論歯高と歯先半径との商が、少なくとも数５にかつ最大で数９に等しい。

対称面又は分割面における理論歯高が、歯先面にある第１の交差縁と歯元面にある第２の交差縁との間の最大軸線方向間隔である。対向歯切り部とかみ合う側面の少なくとも一部が、これらの面により描かれる。従って歯先側で２倍の側面角をなす歯の両側面の幾何学的面が、第１の交差縁において出会う。第２の交差縁において、互いに隣接する歯の歯溝の所で対向するそれぞれ２つの側面の幾何学的面が歯元側で交差している。

同時に又はその代わりに、それぞれの歯の最大理論歯高と歯元半径との商が、少なくとも数７にかつ最大で数１１に等しい。

同時に又はその代わりに、それぞれの歯の最大理論歯高と理論歯元幅との商が、少なくとも値０．９にかつ最大で値１．３に等しい。

理論歯元幅は、互いに隣接する２つの歯元側交差縁の間の間隔である。

前記の幾何学的形状により、推進軸と車輪との間のトルク結合部の車輪ボス軸受において、端面歯切り部の所定破断個所が形成されるが、この所定破断個所は、安全にとって重要な部分例えば車輪軸受から離れた所に設けられている。回転軸線の周りのトルクにより負荷される端面歯切り部の材料の全断面は、それにより変形に対して僅かな抵抗しか持たず、この僅かな抵抗は、トルクの過負荷により歯切り部の撓み変形を適切に生じる。端面歯切り部から離れておりかつ同じトククにより負荷される車輪ボスの材料のあらゆる他の断面は、一層大きい抵抗トルクを持っている。全断面は、そのつどの全トルクの作用でトルクにより割合に応じて同時に負荷される歯、歯元のすべての個別断面及び／又は歯への移行部における車輪ボスの材料の断面の和である。従って過負荷の際、歯かみ合い部の破壊により、最悪の場合車輪ボスへの駆動は中断されるが、車輪軸受は健全である。

その代わりに端面歯切り部の対は、安全滑りクラッチとして設計されている。車輪ボスと駆動素子とが少なくとも１つのボルトにより軸線方向に予荷重をもって互いに締付けられている。しかしボルトは、全体として又はその材料のあらゆる任意の部分／断面において、いずれにせよ（少なくとも１つの任意の断面の）最も弱い個所において、トルクの負荷による変形に対して、トルクにより又はトルクの結果生じる力により負荷される車輪軸受装置のあらゆる任意の部分より小さい抵抗を持っている。この手段は、特に端面歯切り部又はその対が大きいピッチ円直径のため剛性的に構成されて、所定破断個所として適していない場合、うまく作動する。

中心ボルト又は回転軸線の周りに設けられる複数のボルトは、要求される破壊トルクの大きさに従って設計される全断面を持っている。過負荷の際歯切り部に作用するトルクは、歯切り部において、本発明による側面の幾何学的形状のため軸線方向力に変換され、この軸線方向力がボルトを軸線方向に伸張させて、歯側面が互いに上昇して最後には互いに開離するので、相対回転しない結合が解消される。ボルトは、少なくとも軸線方向における塑性変形及び弾性変形に対して、このボルトが軸線方向予荷重及びトルクにより同時に負荷される歯切り部の全断面より小さい抵抗を持つように、軸線方向に少なくとも弾性的にただし塑性的に撓んで変形可能である。抵抗は、ボルト結合部に作用する軸線方向力であり、互いにかみ合う歯切り部が予荷重力に抗して互いに開離し始める際の軸線方向力より小さいか又はこれに等しい。

端面歯切り部において、端面歯切り部にある所定破断個所と伸張素子ボルトとの組合わせを行うことも考えられる。

本発明における抵抗は、曲げ（抵抗モーメント、ねじり、引張り及び圧縮）から成る負荷に対して材料の面部分が抵抗する能力を意味する。負荷は、まず回転軸線の周りのモーメントとして導入され、それから歯切り部において軸線方向及び接線方向の力成分に変換される。

図１は、車輪ボス２、２列の転動体３及び車両フランジ４を持つ車輪軸受装置１を示している。車輪ボス２は、図示しない車輪を取付けるためフランジ５を持ち、転動体３を介して回転軸線１ａの周りに回転可能に、車両に固定した車両フランジ４に対して支持されている。車輪ボス２上には内レース６があり、この内レース上で１列の転動体３が転動する。内レース６は、フランジ７により車輪ボス２上に軸線方向に保持されている。更にアンギュラコンタクト玉軸受装置がフランジ７により予荷重をかけられている。フランジ７は車輪ボス２の中空部分８と一体に形成され、これから半径方向外方へ折曲げられている。

フランジ７の軸線方向に向く側へ、本発明による端面歯切り部９の実施例が、冷間押出し、圧印加工又は圧延により無切削で加工されている。端面歯切り部９は、それ以上は図示してない駆動素子１１にある対向歯切り部１０と対を成している。歯切り部９及び１０は互いに同じ数の歯１３を持ち、互いに軸線方向に向き合い、遊隙なしに互いにかみ合い、ボルト１２により軸線方向に互いに締付けられている。

歯切り部９及び１０の実施例が図２，２ａ及び３に簡単化して示されている。図２には歯切り部９が斜視図で示され、楔状に形成される個々の歯１３が、半径方向に向けられて交差点Ｐで出合う幾何学的直線１４，１５，１６により歯先側、歯元側及び側面側をどのように描かれているかを示している。交差点Ｐは、歯環の半径方向に延びるすべての幾何学的直線の共通な交差点である。歯側面角αの２倍である歯角βは、各歯１３のすべての半径方向範囲にわたって一定である。

特に図２ａからわかるように、歯側面は、仮想面Ｅに対して歯側面角αだけ傾斜した面によって描かれている。仮想面Ｅは、周方向に隣接する２つの歯溝１７に対して減少する間隔Ａを持つ方向に延びている。この間隔は、回転軸線１ａに近づくにつれて小さくなっている。仮想面Ｅは、点Ｐで，歯側面１８，１９の推移を描く面Ｚ１に出会う。直線１５は、最も高い歯高Ｈから始まって、内方へ点Ｐの方へ降下する。従って歯高Ｈは、外側から回転軸線１ａに対する半径方向距離の減少と共に減少する。

図３は、最高歯高Ｈを持つ個所における歯切り部の歯１３の断面を示す。端面歯切り部９の歯溝１７は対向歯切り部１０の歯により殆ど完全に満たされ、対向歯切り部１０の歯溝は端面歯切り部９の歯１３により殆ど完全に満たされている。歯先２２と歯溝の中央２３との間に軸線方向間隙が残っている。それぞれの歯１３の１つに共通な面Ｚ１は、歯先側で交差縁２０において互いに出合い、仮想面Ｅに対して角αで傾斜している。交差縁２０は互いに同じピッチＴで設けられている。歯元側で面Ｚ１は交差縁２１において互いに出合っている。交差縁２０又は２１は面Ｋ又はＦにある。半径方向歯先面Ｋと半径方向歯元面Ｆとの間の理論歯先高さＨ_ｔｈは、歯切り部９の一定の円周Ｕにおいて角αに関係している。図において垂直で端面歯切り部９において軸線方向の間隔Ｈは、不変な高さＨ_ｔｈで歯先半径Ｒ及び歯元半径ｒに関係している。Ｒはｒより大きい（Ｒ＞ｒ）。歯切り部９及び１０の遊隙のない対はこうして保証されている。なぜならば、歯溝１７には、歯先２２と歯溝１７の中央２３との間に常に間隔が残っているからである。回転軸線１ａの周りのトルクＭｄは、歯切り部に力成分ＦＲ，ＦＡ及びＦＵを生じる。ＦＡは、ボルト１２による歯切り部の締付けにより互いに予荷重をかけられている別の軸線方向力成分を重畳される。

車輪軸受装置の回転軸線を通る断面図を示す。 端面歯切り部を斜視図で示す。 端面歯切り部の１つの歯を半径方向外側から見た斜視図で示す。 端面歯切り部の複数の歯の断面を示す。

符号の説明

１ 車輪軸受装置
１ａ 回転軸線
２ 車輪ボス
３ 転動体
４ 車両フランジ
５ フランジ
６ 内レース
７ フランジ
８ 部分
９ 端面歯切り部
１０ 対向歯切り部
１１ 駆動素子
１２ ボルト
１３ 歯
１４，１５，１６ 幾何学的直線
１７ 歯溝
１８，１９ 歯側面
２０，２１ 交差縁
２２ 歯先
２３ 中央

Claims (9)

1. 駆動可能な車輪ボス（２）用車輪軸受装置（１）にあって回転軸線（１ａ）の周りに周方向に延びる歯環の端面歯切り部（９）であって、端面歯切り部（９）が、端面歯切り部（９）の方へ向く対向歯切り部（１０）に遊隙なくかみ合うようになっており、端面歯切り部（９）の幾何学的直線（１４，１５，１６）が、中心で回転軸線（１ａ）上の共通な点に集まり、従って歯（１３）が半径方向に回転軸線（１ａ）の方へ延びるように、端面歯切り部（９）の歯（１３）が楔状に形成されているものにおいて、端面歯切り部（９）の歯（１３）のかみ合いのために設けられる側面（１８，１９）が、回転軸線（１ａ）がら出てそれぞれの歯（１３）を対称に分割する仮想分割面に対して、２０°より大きくかつ３０°より小さい側面角（α）で傾斜していることを特徴とする、端面歯切り部。
2. 端面歯切り部（９）の歯溝（１７）が、少なくとも歯溝（１７）の所で互いに向き合うそれぞれ２つの側面（１８，１９）の間で、少なくとも１つの歯元半径で凹に丸められていることを特徴とする、請求項１に記載の端面歯切り部。
3. それぞれの歯（１３）の歯先が、それぞれの歯（１３）の１つの側面（１８）から他の側面（１９）へ、少なくとも１つの凸な歯先半径で丸められ、歯先半径が歯元半径より大きいことを特徴とする、請求項２に記載の端面歯切り部。
4. それぞれの歯（１３）の最大理論歯高と歯先半径との商が、少なくとも数５にかつ最大で数９に等しく、分割面における理論歯高が、第１の交差縁（２０）と第２の交差縁（２１）との間の最大軸線方向間隔であり、交差縁（２０，２１）において、互いに向き合うそれぞれ２つの幾何学的面が交差し、これらの面の各々が側面（１８，１９）の１つを幾何学的に区画し、第１の交差縁（２０）において、歯（１３）の２つの側面（１８，１９）の幾何学的面が歯先側で交差し、第２の交差縁（２１）において、互いに隣接する歯（１３）の歯溝（１７）の所で対向するそれぞれ２つの側面（１８，１９）の幾何学的面が歯元側で交差していることを特徴とする、請求項１に記載の端面歯切り部。
5. それぞれの歯（１３）の最大理論歯高と歯元半径との商が、少なくとも数７にかつ最大で数１１に等しく、分割面における理論歯高が、第１の交差縁（２０）と第２の交差縁（２１）との間の最大軸線方向間隔であり、交差縁（２０，２１）において、互いに向き合うそれぞれ２つの幾何学的面が交差し、これらの面の各々が側面（１８，１９）の１つを幾何学的に区画し、第１の交差縁（２０）において、歯（１３）の２つの側面（１８，１９）の幾何学的面が歯先側で交差し、第２の交差縁（２１）において、互いに隣接する歯（１３）の歯溝（１７）の所で対向するそれぞれ２つの側面（１８，１９）の幾何学的面が歯元側で交差していることを特徴とする、請求項１に記載の端面歯切り部。
6. それぞれの歯（１３）の最大理論歯高と理論歯元幅との商が、少なくとも値０．９にかつ最大で値１．３に等しく、分割面における理論歯高が、第１の交差縁（２０）と第２の交差縁（２１）との間の最大軸線方向間隔であり、交差縁（２０，２１）において、互いに向き合うそれぞれ２つの幾何学的面が交差し、これらの面の各々が側面（１８，１９）の１つを幾何学的に区画し、第１の交差縁（２０）において、歯（１３）の２つの側面（１８，１９）の幾何学的面が歯先側で交差し、第２の交差縁（２１）において、互いに隣接する歯（１３）の歯溝（１７）の所で対向するそれぞれ２つの側面（１８，１９）の幾何学的面が歯元側で交差し、理論的歯元幅が、互いに隣接する２つの第２の交差縁（２１）の間隔であることを特徴とする、請求項１に記載の端面歯切り部。
7. 回転軸線（１ａ）の周りのトルクにより負荷される端面歯切り部（９）の材料の全断面が、トルクの結果による変形に対して、同じトルクにより負荷される車輪ボス（２）の材料のいかなる別の任意の断面より小さい抵抗を持ち、全断面が、車輪ボス（２）と一体に構成される端面歯切り部（９）の材料のトルクにより負荷されるすべての個別断面の和であることを特徴とする、請求項１に記載の端面歯切り部。
8. 請求項１に記載の端面歯切り部（９）を持つ車輪軸受装置であって、対向歯切り部（１０）が車輪ボス（２）に軸線方向に締付けられる駆動素子に形成され、車輪ボス（２）と駆動素子とが少なくとも１つのボルト（１２）により軸線方向に予荷重をもって互いに締付けられているものにおいて、軸線方向に締付けられるボルト（１２）の少なくとも１つの任意の伸張部分が、端面歯切り部（９）に作用するトルクによる変形に対して、車輪ボス（２）の材料の同じトルクにより負荷されるいかなる別の任意の断面より小さい抵抗を持っていることを特徴とする、車輪軸受装置。
9. 端面歯切り部（９）が車輪ボス（２）のフランジ（７）に形成され、車輪ボス（２）上にある少なくとも１列の転動体用内レースが、このフランジ（７）により車輪ボス（２）上に少なくとも軸線方向に保持され、フランジ（７）が車輪ボス（２）の中空部分から半径方向外方へ成形されていることを特徴とする、請求項８に記載の車輪軸受装置。

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