JP2008539369A - 軸方向ガイドを備えた自在継手 - Google Patents

Abstract

本発明は、互いにずらして配置された４つのピン（３）を備えた十字軸を有する自在継手（１）に関する。各ピン（３）にそれぞれ１つの十字軸ソケット（４）が対応配置されており、この十字軸ソケット（４）はラジアル軸受（７）の他にアキシャル軸受（１１）を有している。アキシャル軸受（１１）は転動体（１２）を包囲しており、この転動体（１２）は、ピン（３）の端面（１０）と十字軸ソケット（４）の底部（９）との間にガイドされている。

Description

本発明は、所定の折れ角に調整された２つの軸間に配置された、カルダンシャフトの自在継手（ユニバーサルジョイント）に関する。このために各シャフトは、片側でジョイントフォークを備えている。十字軸（クロススパイダ）は互いに９０°ずらして配置された４つのピンでもってジョイントフォークに接続され、この場合、それぞれ２つのピンが１つのジョイントフォークに対応配置されている。これらのピンは１対で、それぞれ十字軸ソケットを介して、ラジアル軸受としての針状ころ軸受と共にジョイントフォーク内に挿入されている。

発明の背景
カルダンシャフト内に挿入されている今日の十字軸のためには、十字軸ソケットと十字軸との間のできるだけ遊びのない伝達が必要とされる。製造技術的に、かつ組み込み技術的に限定されている、十字軸のピンと十字軸ソケットとの間の軸方向の遊びを補償するために、十字軸ソケットを、十字軸のピンに対してプリロード（予備荷重）をかけて押し込むことが公知である。

カルダンジョイントとも称呼される自在継手の機能及び品質は、特に雑音発生、安定的な回転並びに振動特性に関連して評価される。このために、十字軸のピンとそれぞれの十字軸ソケットとの間の軸方向の遊びがないことが重要である。軸方向の遊びは、特に自在継手のピンの端面に対する、互いに向き合う２つの十字軸ソケットの底部間の寸法の狭い公差によって規定される。

冒頭に述べた形式の自在継手は、ドイツ連邦共和国特許第２１２２５７５号明細書により公知の十字軸ソケットにおいては、押圧力を加えながら組み立てられる、壁厚の薄い底部を備えた十字軸ソケットによって制限されて、比較的フラットなばね特性曲線しか得られない。このばね特性曲線は、前記底部の中心で前記ピンに向かって突き出すベアリングレースと組み合わせて、まず遊びのない押し付け条件を満たすようになっている。このような押し付け力は、ベアリングレースの不都合に作用してベアリングレースの湾曲を生ぜしめ、ひいては、ピンの端面がまずもっぱら、前記ベアリングレースの外側縁部に沿って走行することになる。慣らし運転後に、つまりベアリングレースの湾曲が摩耗によってなくなった後で、ピンの端面と底部との間のフラットなベアリングレースが形成されるようになっている。これは押し付け力の低下を招くことになり、このように押し付け力が低下すると、ピンと十字軸ソケットとの間の軸方向遊びの補償が不十分となり、不都合である。

発明の課題
本発明の課題は、安価に実現可能な手段によって、遊びのない状態が持続的に得られるような自在継手を提供することである。

発明の要約
前記課題は、本発明によれば請求項１の特徴部に記載した構成によって解決された。本発明の自在継手は、十字軸のすべてのピンが、アンギュラ玉軸受として構成されたアキシャル軸受を介して、十字軸ソケットの底部に支えられていて、ここでガイドされている。アンギュラショルダ軸受（Schraegschulterlager）とも称呼されているアンギュラ玉軸受は、十字軸のピンと十字軸ソケットの底部との間の閉じた円形の支持接触を形成している。有利な形式で、アンギュラ玉軸受として使用された、少なくとも２つの転動体を有するアキシャル軸受は、ピンの端面側と十字軸ソケットの底部との間で、十字軸ソケットに対して十字軸を確実に効果的にセンタリングすることができるように、構成されている。

前記手段によれば、雑音が最適化され、かつ振動のない自在継手を得るために、十字軸を遊びなしに配置することができる。相応のプリロードを伴う、アキシャル軸受の構造的な構成は、公差条件及び／又は組み込み条件に基づく半径方向の遊びが作用しないか、若しくは補償されることによって、得られる。運転状態で、自在継手への導入トルクが大きくなると、調節された力がまずアキシャル軸受から十字軸ソケットの底部に導入される。自在継手内に導入されるトルクが大きくなると、十字軸のピンが、ラジアル軸受、針状ころを介して支えられ、それによって有利な形式でアキシャル軸受の過剰な負荷は有利な形式で阻止される。

アキシャル軸受によって自在継手内の軸方向遊び避けるようにした、本発明の考え方は、製造非常を高めることもなく、また高価な組み付け費用を必要とすることもない。しかも本発明による手段は、最適な軸方向の遊び補償の他に、効果的なセンタリング、減少された雑音発生、並びに自在継手の減少された撓みトルクが得られる。

本発明のその他の有利な実施態様は、従属請求項２〜１１に記載されている。

本発明による自在継手の有利な構成によれば、アキシャル軸受の転動体が、ピンの端面内と、十字軸ソケットの底部とに形成されたベアリングレース（走行軌道）内でガイドされている。より強いセンタリング効果を得るために、ベアリングレースは、アキシャル軸受の転動体のために互いに半径方向でずらされた頭頂線（Scheitellinie；最高点から下方に若しくは最低点から上方に延ばした垂線）を有している。ピンの端面側におけるベアリングレースと十字軸ソケットの底部とを半径方向で所定にずらしたことによって、軸方向での所望の遊び補償を効果的に実現することができる、アンギュラ玉軸受若しくはアンギュラショルダ軸受が得られる。

転動体のためのベアリングレースの直径と、十字軸ソケットの底部及びピンの端面側における頭頂線の直径との間の寸法差が、本発明によれば≧０．５ｍｍである。

本発明によるアキシャル軸受は、有利な形式で球状の転動体を全体的に包囲している。また選択的に、転動体が別個のケージ内でガイドされているアキシャル軸受を使用してもよい。

転動体のためのベアリングレースの、互いに半径方向でずらされた頭頂点は、ピンの最適なセンタリングを得るための、本発明の主要な特徴を成している。これによって、互いにずらして配置されたベアリングレース間における、自在継手のピンの長手方向軸線に対して≧４５°の圧力角度を調節する、転動体の斜めに延びる線接触が得られる。

選択的に、十字軸ソケットの底部に対してピンを所望にセンタリングさせる構成に対して選択的に、本発明は、転動体の片側だけがベアリングレース内でガイドされているアキシャル軸受を包含している。この構成では、転動体は有利な形式で、ピンの端面側のベアリングレース内でガイドされ、他方では、十字軸ソケットの底部の平らに形成されたフラットな面に支えられている。このような手段は、ピンをセンタリングさせることなしに、自在継手の撓みトルク低下させる。ピンの端面側に相応に深く形成されたベアリングレース（例えば転動体の直径を越える）によって、十字軸ソケットの平らに構成された底部と相俟って、有利な形式で、ピンの端面側と十字軸ソケットの底部との間の、軸方向で小さい間隔が形成され、それによって最適な組み付けスペースを提供する自在継手が実現される。

本発明はさらに、種々異なる壁厚を有する、十字軸ソケットの構成を含んでいる。このために、転動体のためのベアリングレースを有する、十字軸ソケットの異形成形された底部の壁厚"Ｓ_１"を、十字軸ソケットの円筒形のセクションの壁厚"Ｓ_２"よりも小さく構成することが提案されている。このような手段によって、底部内にベアリングレースを、切削屑なしに簡単に成形することができる。ベアリングレースの輪郭形状に基づいて、底部が補強されているので、底部自体は、僅かな壁厚で十分な剛性若しくは強度を有している。

本発明の別の実施態様によれば、十字軸ソケットの底部の平らなセクションと、ベアリングレースによって規定された頭頂線との間の軸方向の余剰寸法について記載されている。この場合、余剰寸法は有利には寸法≦０．８ｍｍである。

本発明による自在継手は、有利な形式で、車両ステアリングのための所定のカルダンシャフトに使用されている。一方では効果的な遊び補償、また他方では有利な形式で低減された撓みモーメントによって、操舵快適性が改善された、ダイレクトな遅延のない操舵が得られ、それによって不都合なぎくしゃくした操舵感は避けられる。

本発明による自在継手のためにはさらに、十字軸ソケットを組み付ける（押し込む）ための装置が設けられており、この装置によって、それぞれ２つの十字軸ソケットがジョイントフォークの互いに向き合う孔内に押し込まれるようになっている。それと同時に、アキシャル軸受の転動体のためのベアリングレースを形成するために、十字軸ソケットの底部の所定の変形が行われる。この装置によって、次いで、圧刻突起がジョイントフォークの孔内に一体成形され、これらの圧刻突起によって、それぞれの十字軸ソケットの効果的な位置固定が得られる。十字軸ソケットの押し込み過程、及びそれと同時に行われる底部変形中に、変形若しくは組組み込み位置が、測定キーとして構成された測定装置によって監視される。

本発明の実施例が図面に示されていて、以下に説明されている。

図１は、アキシャル軸受が組み込まれている十字軸ソケット（クロススパイダソケット）が各ピンに配属されている自在継手、
図２は、断面で示された本発明による十字軸ソケットと組み合わせた、自在継手のピンの拡大図、
図３は、ジョイントフォークの孔内に十字軸ソケットを押し込む装置、
図４は、圧刻突起が一体成形されている、図３に示した装置の一部の拡大図である。

図１に示した自在継手１は、それぞれ互いに９０°ずらして配置された４つのピン３を備えた十字軸（クロススパイダ）２を有している。各ピン３に、十字軸ソケット４が配属されており、これらの十字軸ソケット４は、ピン３の端部側を包囲する、鋼板から切削加工なしで鉢状に成形された構成部分を成している。図３に示されているように、組み込み状態でそれぞれ２つの、互いに向き合って位置する十字軸ソケット４がジョイントフォーク６の孔５ａ，５ｂ内に押し込まれている。ジョイントフォーク６内に定置に押し込まれた十字軸ソケット４に対する十字軸２の調節若しくは旋回運動は、ラジアル軸受７によって可能である。このラジアル軸受７は、円筒形の針状ころを形成する転動体を有している。この場合、針状ころ８のための組み込みスペースは、内側がピン３の外周面によって制限され、外側が十字軸ソケット４の内側輪郭形状によって制限されている。

十字軸ソケット４の底部９とピン３の端面１０との間に、アンギュラ玉軸受として構成されたアキシャル軸受１１が設けられている。この場合、アキシャル軸受１１の転動体１２は、十字軸ソケット４の底部９及び端面１１に沿ってガイドされている。組み込んだ状態で十字軸２は、アンギュラ軸受として構成されたアキシャル軸受１１に基づいて軸方向に遊びなしでセンタリングされている。

例えば時計回り方向に作用するトルク"Ｍ_D"が自在継手１内に導入される運転状態で、調節された力"Ｆ_B1"及び"Ｆ_B2"は、それぞれ圧力角度αでまず、アキシャル軸受１１を介して支持される。ラジアル軸受７内に遊びが存在している場合は、この遊びが、十字軸２をセンタリングするプリロード（予備荷重）のかけられたアキシャル軸受１１に基づいて補正される。トルク"Ｍ_D"が大きくなると、ピン３はラジアル軸受７を介して支持されるので、アキシャル軸受１１の過負荷（オーバーロード）は避けられる。

アキシャル軸受１１の詳細は図２に示されている。アキシャル軸受１１の転動体１２のガイドは、ピン３の端面側１５並びに十字軸ソケット４の底部９に形成されたベアリングレース１３，１４を介して行われる。アンギュラ軸受として構成されたアキシャル軸受１１を示すために、ベアリングレース１４は、十字軸ソケット４の底部９内に、転動体１２の曲率半径よりも著しく大きい横断面プロフィールを有している。ベアリングレース１４は頭頂線１６を形成しており、この頭頂線１６の直径は、"ｄ_１"によって示されている。転動体１２の曲率半径に十分に合致する、ピン３の端面側１５における別のベアリングレース１３は、頭頂線１７を形成しており、この頭頂線１７の直径は、"ｄ_２"によって示されている。頭頂線１６，１７の直径差に基づいて、ベアリングレース１４内における転動体２の所望の傾き程度が調節され、それによって、ピン３が、十字軸ソケット４の底部９に向かう方向に軸方向負荷を受けると、自動的に十字軸２のセンタリングがアキシャル軸受１１を介して調節される。これによって同時に、軸方向に遊びのない、センタリングされた自在継手１が簡単に実現される。図１の力"Ｆ_B1"及び"Ｆ_B2"の矢印方向によって明らかなように、頭頂線１６，１７のオフセットは、同時にアキシャル軸受１１の圧力角度αに影響を与える。有利には深絞り法によって製作された、切削加工されていない十字軸ソケット４は、種々異なる壁厚を有している。例えば、底部９の壁厚"Ｓ_１"を、十字軸ソケット４の円筒形のセクション２３における壁厚"Ｓ_２"よりも小さく構成することが考えられる。寸法"Ｓ_３"は、底部９と十字軸ソケット４の頭頂線１６との間で調節された余剰寸法を規定する。

図３は、同時に２つの十字軸ソケット４をカルダンシャフト１９のジョイントフォーク６の孔５ａ，５ｂ内に挿入するための装置１８の概略図を示している。このために、ジョイントフォーク６は、プランジャ２１ａ，２１ｂがそれぞれ１つの十字軸ソケット４を同時にジョイントフォーク６の孔５ａ，５ｂ内に押し込む前に、拡開可能なホールドジョー（保持顎部）２０ａ，２０ｂによって位置固定される。このために、十字軸２は、前もってジョイントフォーク６に対して正確な位置にもたらされるので、押し込み過程中に、十字軸ソケット４は、十字軸２のピン３上に軸方向に被せ嵌められる。十字軸ソケット４には、前もって、ラジアル軸受７も、またアキシャル軸受１１も装着される。測定装置によって監視された押し込み過程は、所定の終端位置に達すると終了する。この所定の終端位置において、アキシャル軸受１１の所望のプリロードが十字軸ソケット４内に調節される。

図４に示されているように、十字軸ソケット４の押し込み過程後に続いて、プランジャ２１ａ，２１ｂによって、ジョイントフォーク６の孔５ａ，５ｂの領域内に部分的に圧刻突起２２が一体成形される。これらの圧刻突起２２は、ジョイントフォーク６内の十字軸ソケット４の位置固定された組み込み状態を保証する。

アキシャル軸受が組み込まれている十字軸ソケットが各ピンに配属されている自在継手の部分断面図である。 断面で示された本発明による十字軸ソケットと組み合わせた、自在継手のピンの拡大図である。 ジョイントフォークの孔内に十字軸ソケットを押し込む装置の概略図である。 圧刻突起が一体成形されている、図３に示した装置の一部の拡大図である。

符号の説明

１ 自在継手（ユニバーサルジョイント）、 ２ 十字軸（クロススパイダ）、 ３ ピン、 ４ 十字軸ソケット、 ５ａ，５ｂ 孔、 ６ ジョイントフォーク、 ７ ラジアル軸受、 ８ 針状ころ、 ９ 底部、 １０ 端面、 １１ アキシャル軸受、 １２ 転動体、 １３ ベアリングレース、 １４ ベアリングレース、 １５ 端面側、 １６，１７ 頭頂線、 １８ 装置、 １９ カルダンシャフト、 ２０ａ，２０ｂ ホールドジョー（保持顎部）、 ２１ａ，２１ｂ プランジャ、 ２２ 圧刻突起、 ２３ セクション

Claims (11)

1. 互いに９０゜ずらして配置された複数のピン（３）を備えた十字軸（２）を有する自在継手であって、前記複数のピン（３）がそれぞれ１つの十字軸ソケット（４）を介して針状ころ軸受（８）と一緒に、１対で２つのジョイントフォーク（６）のうちの一方に挿入されており、十字軸ソケット（４）の底部（９）とピン（３）の端面（１０）との間に転動体（１２）が配置されている形式のものにおいて、
   前記ピン（３）が、少なくとも２つの転動体（１２）を有する、アンギュラ玉軸受として構成されたアキシャル軸受（１１）を介して、十字軸ソケット（４）の底部（９）において支えられ、軸方向でガイドされ、かつセンタリングされていることを特徴とする、自在継手。
2. アキシャル軸受（１１）の転動体（１２）が、ピン（３）の端面（１０）内と、十字軸ソケット（４）の底部（９）とに形成されたベアリングレース（１３，１４）内でガイドされている、請求項１記載の自在継手。
3. アキシャル軸受（１１）の転動体（１２）のための、ピン（３）及び底部（９）のベアリングレース（１３，１４）が、互いに半径方向でずらされた頭頂線（１６，１７）を有している、請求項２記載の自在継手。
4. 前記ベアリングレース（１３，１４）の頭頂線（１６，１７）が、それぞれ異なる寸法の直径"ｄ_１"及び"ｄ_２"を有しており、この場合、直径の寸法差は、≧０．５ｍｍである、請求項３記載の自在継手。
5. 自在継手のアキシャル軸受（１１）が、転動体（１２）の球状の配置全体を包囲している、請求項１記載の自在継手。
6. 前記アキシャル軸受（１１）の転動体（１２）がケージ内でガイドされている、請求項１記載の自在継手。
7. 自在継手のアキシャル軸受（１１）が転動体（１２）を包囲しており、該転動体（１２）が、一方では十字軸ソケット（４）の底部（９）に対応配置されたベアリングレース（１４）内にガイドされていて、他方ではピン（３）の平らな端面（１０）で支えられている、請求項１記載の自在継手。
8. 十字軸ソケット（４）の底部（９）が、十字軸ソケット（４）の円筒形のセクション（２３）の壁厚"Ｓ_２"とは異なる壁厚"Ｓ_１"を有している、請求項１記載の自在継手。
9. 十字軸ソケット（４）が、ベアリングレース（１４）によって規定された頭頂線（１６）と底部（９）との間の余剰寸法"Ｓ_３"≦０．８ｍｍを有している、請求項１記載の自在継手。
10. 前記自在継手が、車両ステアリング内に嵌め込まれたカルダンシャフト（１９）に用いるために定められている、請求項１記載の自在継手。
11. それぞれ２つの十字軸ソケット（４）を、ジョイントフォーク（６）の互いに向き合う孔（５ａ，５ｂ）内に押し込む装置（１８）が設けられており、該装置（１８）によって２つの十字軸ソケット（４）を前記孔（５ａ，５ｂ）内に押し込むと同時に、しかも十字軸ソケット（４）を位置固定するための部分的な圧刻突起（２２）がジョイントフォーク（６）の孔（５ａ，５ｂ）内に形成される前に、十字軸ソケット（４）の底部（９）に、アキシャル軸受（１１）の転動体（１２）のためのベアリングレース（１４）が一体成形されるようになっている、請求項１記載の自在継手。

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