JP2010100247A

JP2010100247A - 車軸ケース

Info

Publication number: JP2010100247A
Application number: JP2008275633A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sato; 弘幸佐藤
Original assignee: Press Kogyo Co Ltd
Current assignee: Press Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: JP5432496B2

Abstract

【課題】軸ケース本体の円筒部にブレーキ装着用の環状板部材を隅肉溶接した車軸ケースにおいて、ブレーキ制動時のトルク保持力を減少させることなく、車軸曲げ荷重に対する隅肉溶接部の応力集中を緩和でき、耐久性を向上させた車軸ケースを提供する。
【解決手段】車軸ケース本体２の左右の円筒部３は、環状板部材４が嵌合される嵌合部分７と、嵌合部分７の車軸方向両脇に位置する嵌合近傍部分８とを備え、円筒部３は、嵌合部分７がその最下端を中心とした少なくとも９０度の範囲において、嵌合近傍部分８と比べて径方向内方に板厚ｔの半分以内で凹まされて、嵌合近傍部分８が嵌合部分７に向けて傾斜した形状となっており、環状板部材４が嵌合近傍部分８に、上記９０度の範囲の少なくとも一部を含むように隅肉溶接された。
【選択図】図３

Description

本発明は、車軸ケース本体の左右の円筒部に、ブレーキ装着用の環状板部材を隅肉溶接した車軸ケースに関する。

図１は車軸ケースの斜視図である。

この車軸ケース１は、略上下対称に形成された板金製の上側部材２ａと下側部材２ｂとを突合溶接してなる車軸ケース本体２と、車軸ケース本体２の左右の円筒部３に嵌合されて隅肉溶接された環状板部材４とを備える（特許文献１参照）。環状板部材４には、ブレーキが取り付けられる。

図２は従来の車軸ケース１の円筒部３の下側部分における環状板部材４の溶接部を示す断面図である。図中３ｘは、円筒部３の中心線である。

従来の円筒部３は、軸方向に径が一定であり、その外周面に環状板部材４が挿通され、環状板部材４の車軸方向の両脇が円筒部３に隅肉溶接されている。この結果、円筒部３と環状板部材４との溶接部６の継手形状は、図３にて略Ｔ字型となる。この継手形状おいては、円筒部３の外側には環状板部材４や溶接ビード５が存在するのに対して内側には何も存在せず円筒部３の内面が面一となっているため、円筒部３の板厚ｔの中心線３ｙに対して、円筒部３の径方向の内外（表裏）で非対称となる。

特開２００７−６２５３７号公報

このため、車軸ケース１にタイヤからの反力等が入力されて上下方向の曲げモーメント（下に凸の曲げモーメント）が作用し、車軸ケース１の下面に引張応力が発生した際に、円筒部３と環状板部材４との溶接部６における応力の流れ（応力線）が、円筒部３の板厚ｔの中心線３ｙに対して円筒部３の径方向の内外（表裏）で不均一となり、溶接ビード５の車軸ケース本体側の止端部５ａに、大きな応力集中が発生する。

この応力集中を緩和する対策としては、隅肉溶接部６の溶接ビード５を図２に仮想線５ｂで示すように車軸方向に長く且つ円筒部３の径方向に小さくすることで、前記応力線の前記中心線３ｙに対する表裏での不均一を小さくすることが考えられるが、この場合、溶接ビード５ののど厚の減少が不可避であり、ブレーキの制動トルク保持能力の低下を招く。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、車軸ケース本体の円筒部にブレーキ装着用の環状板部材を隅肉溶接した車軸ケースにおいて、ブレーキ制動時のトルク保持力を減少させることなく、車軸曲げ荷重に対する隅肉溶接部の応力集中を緩和でき、耐久性を向上させた車軸ケースを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、車軸ケース本体の左右の円筒部に、ブレーキが取り付けられる環状板部材を嵌合して隅肉溶接した車軸ケースであって、上記円筒部は、上記環状板部材が嵌合される嵌合部分と、該嵌合部分の車軸方向両脇に位置する嵌合近傍部分とを備え、上記円筒部は、上記嵌合部分がその最下端を中心とした少なくとも９０度の範囲において、上記嵌合近傍部分と比べて径方向内方に板厚の半分以内で凹まされて、上記嵌合近傍部分が上記嵌合部分に向けて傾斜した形状となっており、上記環状板部材が上記嵌合近傍部分に、上記９０度の範囲の少なくとも一部を含むように隅肉溶接されたものである。

請求項２に係る発明は、車軸ケース本体の左右の円筒部に、ブレーキが取り付けられる環状板部材を嵌合して隅肉溶接した車軸ケースであって、上記円筒部は、上記環状板部材が嵌合される嵌合部分と、該嵌合部分の車軸方向両脇に位置する嵌合近傍部分とを備え、上記円筒部は、上記嵌合近傍部分がその最下端を中心とした少なくとも９０度の範囲において、上記嵌合部分と比べて径方向外方に板厚の半分以内で膨らまされて、上記嵌合近傍部分が上記嵌合部分に向けて傾斜した形状となっており、上記環状板部材が上記嵌合近傍部分に、上記９０度の範囲の少なくとも一部を含むように隅肉溶接されたものである。

請求項３に係る発明は、上記環状板部材は、上記円筒部の嵌合部分の外周面に対向する部分が周方向に沿って１８０度以下の複数の環状板部材片から構成されたものである。

本発明によれば、車軸ケース本体の円筒部にブレーキ装着用の環状板部材を隅肉溶接した車軸ケースにおいて、ブレーキ制動時のトルク保持力を減少させることなく、車軸曲げ荷重に対する隅肉溶接部の応力集中を緩和でき、耐久性を向上させることができる。

本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。

本実施形態に係る車軸ケース１は、図１を用いて前述したものと同様に、略上下対称に形成された板金製の上側部材２ａと下側部材２ｂとを突合溶接してなる車軸ケース本体２と、車軸ケース本体２の左右の円筒部３に嵌合されて隅肉溶接された環状板部材４とを備える。環状板部材４には、ブレーキが取り付けられる。

図３は本実施形態に係る車軸ケース１の特徴部分、即ち円筒部３の下側部分における環状板部材４の溶接部６を示す断面図である。

車軸ケース１の円筒部３は、環状板部材４が嵌合される嵌合部分７と、嵌合部分７の車軸方向両脇に位置する嵌合近傍部分８とを備えている。

円筒部３は、その全周に亘って嵌合部分７が嵌合近傍部分８と比べて径方向内方に円筒部３の板厚ｔの半分以内で凹まされており、嵌合近傍部分８が、円筒部３の中心線３ｘと平行に凹まされた嵌合部分７に向けて、中心線３ｘに対し傾斜した形状となっている。このように、円筒部３を凹ますことで、円筒部３の外面が嵌合部分７にて窪むと共に、内面が嵌合部分７にて径方向内方に出っ張る。

環状板部材４は、嵌合部分７に対向するフランジ４ｘを備えており、そのフランジ４ｘが嵌合部分７に嵌合され、嵌合近傍部分８に円筒部３の全周に亘って隅肉溶接されている。図中、ドットで表す５は、溶接ビードである。

嵌合近傍部分８の長さＬは、溶接ビード５の軸方向脚長Ｗの半分以上で且つ脚長Ｗを超えない範囲が望ましい。これにより、傾斜された嵌合近傍部分８が、隅肉溶接の際、開先として機能し、且つ、図３の断面における溶接面積を図２のタイプと同等に維持しつつも、溶接ビード５の円筒部径方向脚長Ｈが見かけ上減少する。このため、溶接強度は図２のタイプと同等となり、溶接ビード５の止端部５ａが滑らかに円筒部３に繋がる。

以上説明した車軸ケース１によれば、円筒部３の外面に窪まされた嵌合部分７に環状板部材４のフランジ４ｘが嵌合されて嵌合近傍部分８に溶接される一方、この嵌合部分７における円筒部３の内面が出っ張っているので、円筒部３と環状板部材４との溶接部６の継手形状が、図２の従来タイプと比べると、円筒部３の板厚ｔの中心線３ｙに対して、円筒部３の径方向の内外（表裏）で対称な形状に近くなる。

このため、車軸ケース１にタイヤからの反力等が入力されて上下方向の曲げモーメントが作用し、車軸ケース１の下面に引張応力が発生した際に、円筒部３と環状板部材４との溶接部６における応力の流れ（応力線）が、図２の従来タイプと比べると、円筒部３の板厚ｔの中心線３ｙに対して円筒部３の径方向の内外（表裏）で均一に近くなり、溶接ビード５の車軸ケース本体側の止端部５ａにおける応力集中が緩和される。また、溶接ビード５の止端部５ａが滑らかに円筒部３に繋がるため、これも応力集中の緩和に寄与する。

本発明者の実験やシミュレーションによれば、上記止端部５ａにおける応力集中は図２の従来タイプと比べると１０％程緩和され、一般的な溶接部の疲労特性から同止端部５ａの曲げ寿命は５０％程度向上することが確認された。

なお、本実施形態では、円筒部３の嵌合部分７の凹みは、円筒部３の全周に亘って形成したが、最下端（車軸ケース１が車両に装着された場合の最下端）を中心とした少なくとも９０度（両側４５度ずつ）であればよい。車軸ケースにタイヤからの反力等が入力されて上下方向の曲げモーメントが作用し、車軸ケース１に曲げ荷重が作用した際、上記９０度の範囲の引っ張り応力が最も大きく、溶接ビード５の止端部５ａにて亀裂が生じやすいからである。但し、本実施形態のように、嵌合部分７の凹みを円筒部３の全周に亘って形成すれば、上側部材２ａと下側部材２ｂとが同一形状となるので共用できる。

また、本実施形態では、環状板部材４のフランジ４ｘと円筒部３の嵌合近傍部分８とを、円筒部３の周方向の全周に亘って隅肉溶接したが、必ずしも全周に亘って隅肉溶接されている必要はなく、嵌合部分７が嵌合近傍部分８に比べて凹まされた範囲（最下端を中心とした少なくとも９０度の範囲）の一部又は全部を含むように隅肉溶接されていればよい。隅肉溶接された部分の限りにおいて、図３を用いて説明したように、円筒部３と環状板部材４との溶接部６の継手形状が、中心線３ｙに対して内外が対称に近付いて応力線が均一に近くなり、応力集中が緩和される効果が得られるからである。

また、本実施形態では、環状板部材４の、円筒部３の嵌合部分７に対向する部分には、フランジ４ｘが設けられているが、このフランジ４ｘは省略してもよい。フランジ４ｘを省略した場合、嵌合部分７の軸方向長さは短くなる。

図４は図３のIV−IV線断面図である。

本実施形態における環状板部材４は、円筒部３の嵌合部分７の外周面に対向する部分が周方向に沿って１８０度である２個の環状板部材片４ａ、４ｂから構成されている。これら環状板部材片４ａ、４ｂ同士は、周方向の両端部にて、左右０．５ｍｍ以内程度で合計１．０ｍｍ以内の僅かな隙間Ｃが形成されている。また、環状板部材片４ａ、４ｂのフランジ４ｘの内周面と、円筒部３の嵌合部分７の外周面との間にも、１．０ｍｍ以内の僅かな隙間Ｇが形成されている。

これにより、環状板部材片４ａ、４ｂのフランジ４ｘを円筒部３の嵌合近傍部分８に隅肉溶接した際、溶接ビード５が収縮するとき、環状板部材片４ａ、４ｂの径方向内方への移動が許容され、残留圧縮応力の発生が妨げられることはない。すなわち、上記溶接ビード５の収縮に伴って環状板部材片４ａ、４ｂが径方向内方に自由に移動するため、上記溶接ビード５の収縮が妨げられない。このため、車軸ケース本体２の円筒部３が目視できる量ではないが括れた形状に変形し、溶接ビード５及び溶接ビード５近傍の円筒部３の外周面には、強度上有利な軸方向の圧縮の残留応力が発生する。

これに対し、環状板部材４が、環状板部材片４ａ、４ｂを組み合わせたものではなく、一体のリング板から構成されている場合には、環状板部材４はブレーキトルクを考慮して車軸ケース本体２と比べ板厚が大きく十分な剛性を有しているので、かかる環状板部材４のフランジ４ｘを円筒部３の嵌合近傍部分８に隅肉溶接した際に溶接ビード５が収縮しようとすると、溶接ビード５の収縮がリング板状の環状板部材４によって抑制されてしまう。よって、車軸ケース本体２の円筒部３の括れ変形が抑制され、前記残留圧縮応力の形成が阻害される。

すなわち、環状板部材４をリング板状のままとすると、前記残留圧縮応力の発生が抑制されるため、車軸ケース本体２の上下曲げ耐久強度が悪化してしまう。このように、従来、環状板部材４をリング板状のまま高剛性化することによるブレーキ保持能力やブレーキトルク耐力の向上と、前記残留圧縮応力による車軸ケース本体２の上下曲げ耐久強度の向上とは、トレードオフの関係にあったが、本実施形態では、環状板部材４を複数の環状板部材片４ａ、４ｂから構成することで、前記トレードオフの問題を解消し、より自由な設計が可能となった。

また、環状板部材片４ａ、４ｂは、円筒部３の嵌合部分７の外周面に対向する部分が周方向に沿って１８０度以下となっているので、円筒部３の嵌合部分７に径方向外方からアクセスして嵌合でき、溶接作業性が向上する。なお、本実施形態では、環状板部材４を２分割したが、３分割以上としてもよい。また、環状板部材片４ａ、４ｂのフランジ４ｘの内周面と、円筒部３の嵌合部分７の外周面との間に設定された隙間Ｇは、省略してもよい。

以上の実施形態は、環状板部材４の穴の部分の径を小さくすると共に、車軸ケース本体２の円筒部３の嵌合部分７を車軸中心側に凹ませたものを説明したが、環状板部材４の穴の部分の径を変化させずに、代わりに車軸ケース本体２の円筒部３の嵌合近傍部分８を径方向外方に膨らませてもよい。

かかる実施形態は、前実施形態と同様に、車軸ケース本体２の左右の円筒部３に、ブレーキが取り付けられる環状板部材４を嵌合して隅肉溶接した車軸ケース１であって、円筒部３は、環状板部材４が嵌合される嵌合部分７と、嵌合部分７の車軸方向両脇に位置する嵌合近傍部分８とを備えている。

円筒部３は、嵌合近傍部分８がその最下端を中心とした少なくとも９０度の範囲において、嵌合部分７と比べて径方向外方に板厚ｔの半分以内で膨らまされて、嵌合近傍部分８が嵌合部分７に向けて傾斜した形状となっている。そして、環状板部材４が嵌合近傍部分８に、上記９０度の範囲の少なくとも一部を含むように隅肉溶接されている。環状板部材４は、前実施形態と同様に分割されている。

この実施形態に係る車軸ケース１は、車軸ケース１の形状としては環状板部材４を分割することも含めて前実施形態と同様であるので、前実施形態と同様の作用効果を奏する上、円筒部３の嵌合近傍部分８が径方向外方に拡大されているので、溶接ビード５の止端部５ａの径が拡大すると共に嵌合近傍部分８の断面係数が増加し、強度が更に向上する。

ちなみに、車軸ケース本体２の外径がその板厚の１５倍程度の一般的な車軸ケース１では、円筒部３の嵌合近傍部分８の半径（及び径）をそれぞれ板厚ｔの４０％（及び８０％）程度増加させると、径は５％程度、断面係数は１０％程度増加し、先の応力集中低減効果と相俟って、寿命は約２倍に向上することになる。

車軸ケースの斜視図である。従来例を示す車軸ケースの円筒部の下側部分における環状板部材の溶接部を示す断面図である。本実施形態に係る車軸ケースの特徴部分、即ち円筒部の下側部分における環状板部材の溶接部を示す断面図である。図３のIV−IV線断面図である。

符号の説明

１車軸ケース
２車軸ケース本体
３円筒部
４環状板部材
４ａ環状板部材片
４ｂ環状板部材片
５溶接ビード
７嵌合部分
８嵌合近傍部分
ｔ板厚

Claims

車軸ケース本体の左右の円筒部に、ブレーキが取り付けられる環状板部材を嵌合して隅肉溶接した車軸ケースであって、
上記円筒部は、上記環状板部材が嵌合される嵌合部分と、該嵌合部分の車軸方向両脇に位置する嵌合近傍部分とを備え、
上記円筒部は、上記嵌合部分がその最下端を中心とした少なくとも９０度の範囲において、上記嵌合近傍部分と比べて径方向内方に板厚の半分以内で凹まされて、上記嵌合近傍部分が上記嵌合部分に向けて傾斜した形状となっており、
上記環状板部材が上記嵌合近傍部分に、上記９０度の範囲の少なくとも一部を含むように隅肉溶接されたことを特徴とする車軸ケース。
車軸ケース本体の左右の円筒部に、ブレーキが取り付けられる環状板部材を嵌合して隅肉溶接した車軸ケースであって、
上記円筒部は、上記環状板部材が嵌合される嵌合部分と、該嵌合部分の車軸方向両脇に位置する嵌合近傍部分とを備え、
上記円筒部は、上記嵌合近傍部分がその最下端を中心とした少なくとも９０度の範囲において、上記嵌合部分と比べて径方向外方に板厚の半分以内で膨らまされて、上記嵌合近傍部分が上記嵌合部分に向けて傾斜した形状となっており、
上記環状板部材が上記嵌合近傍部分に、上記９０度の範囲の少なくとも一部を含むように隅肉溶接されたことを特徴とする車軸ケース。
上記環状板部材は、上記円筒部の嵌合部分の外周面に対向する部分が周方向に沿って１８０度以下の複数の環状板部材片から構成された請求項１又は２に記載の車軸ケース。