JP2009514729A - 端面歯と車輪支承装置とを有する車輪ハブ−回転ジョイント−装置 - Google Patents

端面歯と車輪支承装置とを有する車輪ハブ−回転ジョイント−装置 Download PDF

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Abstract

本発明は回転軸線(A)を有する車輪ハブ−回転ジョイント−装置であって、車輪を接続するための車輪フランジ(15)とスリーブ区分(14)とを備えた車輪ハブ(11);車輪ハブ(11)とは個別に構成され、スリーブ区分(14)に構成されかつ変形された鍔によって軸方向に緊締された支承内レースを備えた、車輪ハブ(11)を回転可能に支承するための車輪支承装置(13);ジョイント外部分(22)とジョイント内部分(23)とトルクを伝達する球(26)とを備え、ジョイント外部分(22)が車輪ハブ(11)に向いた端部に第1の端面歯(38)を有し、該端面歯(38)がトルクの伝達のためにスリーブ区分(14)の鍔(35)に設けられた第2の端面歯(39)に相対回動不能に係合している等速回転ジョイント(12);車輪ハブ(11)とジョイント外部分(22)とを軸方向に緊締するために一方では車輪ハブ(11)にかつ他方ではジョイント外部分(22)に軸方向で支えられた複数の緊締手段(17);を有しており、車輪支承装置(13)の軸方向の長さBと端面歯の中央直径Dとの比が0.63よりも小さく、つまりB/D<0.63である車輪ハブ−回転ジョイント−装置に関する。

Description

本発明は自動車のラテラル軸の車輪側の回転ジョイントを、自動車側の車輪保持体により受容された車輪ハブに結合するための車輪ハブ−回転ジョイント−装置に関する。この場合、車輪ハブは車輪保持体に保持された車輪支承装置を受容するためのスリーブ区分と車輪をねじ結合するための車輪フランジとを有している。
DE3636243A1号明細書から公知である車輪ハブ−回転ジョイント−装置においては、車輪ボスは車輪支承装置の支承内リングを軸方向に固定する縁曲げ鍔を有するスリーブ区分を有している。縁曲げ鍔は等速回転ジョイントに向いた端部に端面歯を有し、該端面歯はジョイント外部分における対応する端面歯にトルク伝達のために係合する。これにより、端面歯の直径は支承装置の大きさとは無関係に、必要なトルクキャパシティに適合させることができるようにすることを目的としている。半径方向でコンパクトで、容易に構成できる車輪支承装置を達成するためには、車輪支承装置はその支承球で、ほぼ等速回転ジョイントの球の高さに位置している。
本発明の課題は良好な軸方向の緊締と共に、改善されたねじり強度と曲げ強度とを有する車輪ハブ−回転ジョイント−装置を提供することである。
本発明の課題は回転軸線Aを有する車輪ハブ−回転ジョイント−装置であって、車輪を接続するための車輪フランジとスリーブ区分とを備えた車輪ハブ;車輪ハブとは個別に構成され、スリーブ区分に構成された、変形された鍔によって軸方向に緊締された支承内レースを備えた、車輪ハブを回転可能に支承するための複列の車輪支承装置;ジョイント外部分とジョイント内部分とトルクを伝達する球とを有し、ジョイント外部分が車輪ハブに向いた端部に第1の端面歯を有し、該端面歯がトルク伝達のためにスリーブ区分の鍔に設けられた第2の端面歯に相対回動不能に係合する等速ジョイント;一方では車輪ハブにかつ他方ではジョイント外部分に軸方向で支えられ、車輪ハブとジョイント外部分とを軸方向に緊締するための複数の緊締手段;を有しており、車輪支承装置の軸方向の長さBと端面歯の中央直径Dとの比が0.63よりも小さく、つまりB/D<0.63である車輪ハブ−回転ジョイント−装置によって解決された。
利点は車輪支承装置が等速回転ジョイントに対し全体的に大きな直径上に位置していることである。車輪支承装置の直径の方が大きいことで、周方向に多くの支承球を配置でき、各支承球に比較的に小さな力しか作用しなくなる。支承球の直径は縮小されることができるので、支承外レース及び支承内レースは半径方向で薄く構成されることができる。端面歯の中央直径に対する車輪支承装置の軸方向の長さの比が先きのように設定されることは、端面歯の中央直径に関して−車輪支承装置の支持力を維持するか又は改善して−軸方向で短く構成された車輪支承装置を可能にする。車輪支承装置の良好な支持は支承装置の長い寿命をもたらす。別の利点は、車輪支承装置を保持する車輪ハブのスリーブ区分も大きな直径を有し、ひいては高い面慣性モーメントを有していることである。全体的に本発明による車輪ハブ−回転ジョイント−装置は高いねじり剛性と高い曲げ剛性とを有する。運転に際して発生する変形は減じられ、これは騒音の発生に関し良好に作用するか、トルク容量の増大をもたらす。
有利には車輪支承装置のピッチ円直径TKDはジョイント球セットのピッチ円直径よりも大きい。さらに支承外レースは有利な構成ではその外側の球溝でジョイント外部分の最大直径よりも大きい。これは装置の剛性にポジティブな作用を有している。緊締部材はジョイント外部分の中央の開口内で軸方向に固定されている中実のピンの形又は中空ねじの形に構成されることができる。
特に有利であることは、車輪支承装置のピッチ円直径TKDと端面歯の中央直径Dとの比が1.26よりも小さく、つまり、TKD/D<1.26であることである。この比はトルク伝達の認定数を表す。前記比では車輪ハブへのトルクの導入は半径方向で車輪支承装置のピッチ円直径の比較的に近くで行なわれるので、装置の大きなねじり剛性が達成される。
さらに支承装置中央と端面歯の中央平面との間の中央間隔MLVと、車輪支承装置の軸方向の長さBとの比が0.67よりも小さく、つまり、MLV/B<0.67であると有利である。これによって同様に、車輪支承装置に近いジョイントの結合が得られる。この比はジョイント軸もしくはジョイントに対する場合によって存在する製作不精度の影響の尺度である。
さらに端面歯の中央平面とジョイント中央との間の中央間隔MGVとジョイント球セットのピッチ円直径PCDとの比が0.74よりも小さく、つまりMGV/PCD<0.74であると有利である。これによって歯対偶に近いジョイントの取付けが得られる。この比はジョイント軸もしくはジョイントの軸受に対する場合によって存在する製作不精度の影響の尺度である。
さらに端面歯の半径方向の寸法Bと中央直径Dとの間の比が0.22よりも小さいと、つまりB/D<0.22であると有利である。これによって軸方向で比較的に幅の狭い歯対偶が達成されるので、端面歯はその半径方向の寸法の全体に亙って一様に支持する。
さらに端面歯の中央直径Dと貫通開口の内径Dとの間の比が1.5よりも小さく、つまりD/D<1.5であると有利である。この比はジョイント外部分から車輪ハブへのトルク導入の尺度を成す。この場合、前述の領域は特に高いねじり剛性をもたらす。
緊締ねじとして中空ねじを使用した場合には端面歯の中央直径Dと中空ねじとジョイント外部分との間のねじの直径Dとの比が1.6よりも小さいと、つまりD/D<1.6であると有利である。この比は車輪ハブに対する等速回転ジョイントの直接的な結合を示している。有利には貫通開口の内径と中空ねじとジョイント外部分との間のねじの直径との比は1.2よりも小さいと、つまりD/D<1.2であると有利である。
さらにジョイント中央と支承装置中央との間の間隔MLGと、ジョイント球セットのピッチ円直径PCDと支承装置の長さBとの和との比が0.7よりも小さく、つまり(MLG)/(PCD+B)<0.7であると有利である。
以下、有利な実施例を図面に基づき説明する。
図1には車輪ハブ11、等速回転ジョイント12、車輪支承装置13とを構成グループとして有している車輪ハブ−回転ジョイント−装置が示されている。車輪ハブ11は車輪支承装置13を受容するためのスリーブ区分14と図示されていない車輪の車輪円板をねじ結合するための車輪フランジ15とを有している。スリーブ区分14は貫通開口16を形成し、この貫通開口16を通して、車輪ハブ11と等速回転ジョイント12とを軸方向で緊締するための緊締部材17が差込まれている。
等速回転ジョイント12は外側の球軌道24を有するジョイント外部分22と、内側の球軌道25を有するジョイント内部分23と、互いに向き合った外と内の球軌道24,25との対偶に配置された、トルクを伝達する球26と、球26を角度半割平面にて保持する球ケージ27とを有している。ここに図示された等速回転ジョイントはバックカットのない弯曲した球軌道24,25を有する固定ジョイントとして構成されている。この場合には球軌道24,25は車輪ハブ11から離れる方向に開口18に向かって拡開させられている。ジョイント内部分23は図示されていないラテラル軸が回転不能に差込まれる長手方向歯を有する中心孔を有している。さらにジョイント外部分22は第1の開口18とは反対の車輪ハブ側に、緊締部材17が係合する内ねじ21を備えた第2の開口20を有している。
この場合には緊締部材17は中空ねじとして構成され、車輪ハブ11の半径方向の支持面41に軸方向で支持されるリングフランジ28と、ジョイント外部分22の内ねじ21へねじ込まれる外ねじ29とを有している。ねじ込みかつ車輪ハブ11と等速回転ジョイント12とを軸方向に緊締するためには中空ねじ17はフランジ側にスプライン軸歯30を有し、このスプライン軸歯30に図示されていないスパナが対応するスプライン歯で差込まれることができる。中空ねじ17は貫通開口16に対し遊び嵌合を有しているので、軸方向の緊締を行なう場合に、ねじ力を除いて、付加的なねじり力が中空ねじ17に不都合に作用することはない。中空ねじ17の内横断面には外ねじ29の近くに、等速回転ジョイント12を周辺環境に対しシールするためのカバー31が挿入されている。軸側で等速回転ジョイント12は通常の形式で図示されていない折畳みベローでシールされている。
車輪支承装置13は傾斜球軸受として構成され、2列の軸受球32,33を有している。2列の軸受球32,33のうち、ジョイント側の軸受球32は、スリーブ区分14の外方へ変形された折曲げ鍔35によって軸方向に確保された個別の軸受内レース34内を転動する。車輪ハブ側の軸受球33は車輪ハブ11の外面に形成された軸受内レース36内を転動する。車輪支承装置13はさらに共通の軸受外レース37を有し、該外レース37は軸受球32,33の両方の列を受容し、ここでは図示されていない車輪保持体に挿入されている。車輪支承装置13は0−構造を有している。この場合、軸受球の作用線は互いに開いた円錐面の上に位置している。これにより車輪ハブ11に作用する曲げモーメントの良好な支持が得られる。
等速回転ジョイント12と車輪ハブ11との間のトルク伝達のためにはジョイント外部分22は外側で開口20を取囲む端面に第1の端面歯38を有し、該端面歯38はスリーブ区分14の折曲げ鍔35に形成された対応する第2の端面歯39と軸方向の緊締で噛合わされている。軸方向の緊締には中空ねじ17が用いられる。端面歯38,39の構成についてはあとで詳細に説明する。
図1には本発明の車輪ボス−回転ジョイント装置の特徴的な特性値が記入されている。この場合、使用された略語は以下の意味を有する。
PCDはジョイントが曲げられていない場合のジョイント球セットのピッチ円直径(pitch circle diameter)、
TKDは車輪支承装置のピッチ円直径、
は車輪支承装置の幅、
は端面歯の半径方向の寸法、
は端面歯の中央歯直径、
は貫通開口の孔直径、
はねじ山直径、
LGはジョイント中央平面(E)に対する車輪支承装置の中央平面(E)の間隔、
LVは端面歯の中央平面(E)に対する車輪支承装置の中央平面(E)の間隔、
GVはジョイント中央平面(E)に対する端面歯の中央平面(E)の間隔、
車輪支承装置13のピッチ円直径TKDは、ジョイント球セットのピッチ円直径PCDよりも明らかに大きい。さらに軸受外レース37は外側の球溝51でジョイント外部分22の最大直径よりも大きい直径上に位置している。全体として車輪支承装置13は全体として等速回転ジョイント12に対して大きい直径上に位置し、したがって車輪支承装置13を保持する車輪ハブ11のスリーブ区分14も大きい直径を有している。これによってスリーブ区分14は高い面慣性モーメントを有している。この高い慣性モーメントは装置全体の高いねじり強度と高い曲げ強度をもたらし、その結果、運転に際して発生する変形を減少させ、騒音特性に好適な作用をもたらすかもしくはより高いトルクの伝達を可能にする。本発明による車輪ハブ−回転ジョイント装置の好適な寸法比並びにその利点は既に上記の記述並びに請求項に記載されているのでこれを参照されたい。
図2は車輪ハブ−回転ジョイント装置の第2実施例が示されている。この第2実施例の配置は図1の第1実施例の配置にほぼ相応している。したがって図1の第1実施例の記述を参照されたい。同じ構成部分は同じ符号で示されかつ、変更された構成部分はダッシュの付けられた符号で示されている。以下、相違点を説明する。この等速回転ジョイント12′は自体公知のVL−ジョイントの形式で構成されている。このVL−ジョイントは回転軸線Aと交差する球軌道24′を有している。前述の実施例に対する別の相違は、等速回転ジョイント12′と車輪ハブ11′との軸方向の緊締である。この実施例ではジョイント外部分24′は車輪ハブ側に内ねじ21′を備えた中央の開口20′を有する底48を備えている。緊締手段17′はピンの形に構成され、外ねじ29′でジョイント外部分24′の内ねじ21′にねじ込まれている。ピン17′は車輪ハブ側のヘッド49で緊締円板50に軸方向で支えられ、緊締円板50自体は車輪ハブ11′の半径方向の支持面41に支えられている。さらに示された特性値の有利な比は、中空ねじに関する特性値を除いて、先きに述べた比に相当するのでこの車輪ハブ−回転ジョイント−装置に対しても同じ利点が与えられる。
以下、図3を援用して先きに述べた両方の車輪ハブ−回転ジョイント−装置の両方の端面歯38,39によって形成された歯対偶40について記述する。以下、第1の歯と呼ぶ第1の端面歯38の歯42と、以下、第2の歯と呼ぶ第2の端面歯39の歯43とは回転軸線Aに対し半径方向に延びている。端面歯38,39は第1と第2の歯42,43が装置を緊締する場合にまず半径方向外で互いに接触し、緊締が増すにつれて半径方向内方で互いに接触するように構成されている。図3aからは、第1の歯42の歯頭線44と歯元線45とが回転軸線Aの上の交点S1で交わり、第2の歯43の歯頭線46と歯元線47とが回転軸線Aの上の第2の交点S2で交わっていることが判る。この場合には両交点S1,S2は図3aに示した緊締開始時には軸方向の間隔を有し、該間隔は緊締度が増すにつれて縮小する。図3bでは歯対偶40は完全に軸方向に緊締した状態で示されている。いまや第1の端面歯38の歯頭線44が第2の端面歯39の歯元線47に対し平行に延び、第1の端面歯38の歯元線45が第2の端面歯39の歯頭線46に対して平行に延びている。前述の構成は第1と第2の歯42,43が軸方向に緊締された状態でその全長に亙って一様に支持するという利点を有している。これによって等速回転ジョイント12と車輪ハブ11との間に特に高いねじり剛性と曲げ剛性とが得られる。
本発明の車輪ハブ−回転ジョイント−装置の第1実施例の縦断面図。 本発明の車輪ハブ−回転ジョイント−装置の第2実施例の縦断面図。 図1と図2とからのジョイント外部分と車輪ハブとの間の歯対偶を詳細に示した縦断面図(3aは緊締されていない状態、3bは緊締状態を示している)。
符号の説明
11 車輪ハブ
12 等速回転ジョイント
13 車輪支承装置
14 スリーブ区分
15 車輪フランジ
16 貫通開口
17 緊締部材
18 第1の開口
19 孔
20 第2の開口
21 内ねじ
22 ジョイント外部分
23 ジョイント内部分
24 外側の球軌道
25 内側の球軌道
26 球
27 球ケージ
28 リングフランジ
29 外ねじ
30 スプラインねじ歯
31 カバー
32 軸受球
33 軸受球
34 軸受内レース
35 縁曲げ鍔
36 軸受内レース
37 軸受外レース
38 第1の端面歯
39 第2の端面歯
40 歯対偶
41 支持面
42 第1の歯
43 第2の歯
44 歯頭線
45 歯元線
46 歯頭線
47 歯元線
48 底
49 頭
50 緊締円板
A 回転軸線

Claims (13)

  1. 回転軸線(A)を有する車輪ハブ−回転ジョイント−装置であって、車輪を接続するための車輪フランジ(15)とスリーブ区分(14)とを備えた車輪ハブ(11);車輪ハブ(11)とは個別に構成され、スリーブ区分(14)に構成されかつ変形された鍔によって軸方向に緊締された支承内レース(34)を備えた、車輪ハブ(11)を回転可能に支承するための複列の車輪支承装置(13);ジョイント外部分(22)とジョイント内部分(23)とトルクを伝達する球(26)とを備え、ジョイント外部分(22)が車輪ハブ(11)に向いた端部に第1の端面歯(38)を有し、該端面歯(38)がトルクの伝達のためにスリーブ区分(14)の鍔(35)に設けられた第2の端面歯(39)に相対回動不能に係合している等速回転ジョイント(12);車輪ハブ(11)とジョイント外部分(22)とを軸方向に緊締するために一方では車輪ハブ(11)にかつ他方ではジョイント外部分(22)に軸方向で支えられた複数の緊締手段(17);を有し、車輪支承装置(13)の軸方向の長さBと端面歯(38,39)の中央直径Dとの比が0.63よりも小さく、つまりB/D<0.63であることを特徴とする、車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  2. 車輪支承装置(13)がピッチ円直径TKD上に位置する支承球(32,33)を有し、ピッチ円直径TKDが等速回転ジョイント(12)のジョイント球セットのピッチ円直径PCDよりも大きい、請求項1記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  3. 車輪支承装置(13)が外側の球溝(51)を有する支承外レース(37)を有し、外側の球溝(51)の最大直径がジョイント外部分(22)の最大直径よりも大きい、請求項1又は2記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  4. 車輪支承装置(13)のピッチ円直径TKDと端面歯(38,39)の中央直径Dとの比が1.26よりも小さく、つまりTKD/D<1.26である、請求項1から3までのいずれか1項記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  5. 車輪支承装置(13)と端面歯(38,39)との間の中央間隔MLVと、車輪支承装置(13)の軸方向の長さBとの比が0.67よりも小さく、つまりMLV/B<0.67である、請求項1から4までのいずれか1項記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  6. 端面歯(38,39)と等速回転ジョイント(12)との間の中央間隔MGVと、ジョイント球セットのピッチ円直径PCDとの比が0.74よりも小さく、つまりMGV/PCD<0.74である、請求項1から5までのいずれか1項記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  7. 端面歯(38,39)の半径方向の寸法Bと端面歯(38,39)の中央直径Dとの比が0.22よりも小さく、つまりB/D<0.22である、請求項1から6までのいずれか1項記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  8. スリーブ区分(14)が内径Dを有し、端面歯(38,39)の中央直径Dとスリーブ区分(14)の内径Dとの比が1.5よりも小さく、つまりD/D<1.5である、請求項1から7までのいずれか1項記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  9. 緊締部材(17)が中実のピンとして構成され、該ピンがジョイント外部分(22)の中央開口(20)に軸方向に固定されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  10. 緊締部材(17)が中空ねじの形で構成され、該中空ねじがジョイント外部分(22)の中央開口(20)内に軸方向で固定されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  11. 端面歯(38,39)の中央直径Dと、中空軸とジョイント外部分(22)との間のねじ(21)の直径Dとの比が1.6よりも小さく、つまりD/D<1.6である、請求項10記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
  12. スリーブ区分(14)の貫通開口(16)の内径Dと、中空ねじとジョイント外部分(22)との間のねじ(21)の直径との比が1.2よりも小さく、つまりD/D<1.2である、請求項10又は11記載の車輪ボス−回転ジョイント−装置。
  13. ジョイント中心Eと支承装置中心Eとの間の間隔MLGと、ジョイント球セットのピッチ円直径PCDと車輪支承装置の長さBとの和との比が0.7よりも小さく、つまり(MLG)/(PCD+B)<0.7である、請求項1から12までのいずれか1項記載の車輪ハブ−回転ジョイント−装置。
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