JP2012087847A - Fixed type constant velocity universal joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固定型等速自在継手に関し、特に、連結した駆動側と従動側の2軸間での角度変位にのみ許容するタイプであって、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用される8個のトルク伝達ボールを備えたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手に関する。 The present invention relates to a fixed type constant velocity universal joint, and in particular, is a type that allows only angular displacement between two connected drive and driven shafts, and is used in power transmission systems of automobiles and various industrial machines. The present invention relates to an undercut-free type fixed type constant velocity universal joint including eight torque transmission balls.
固定型等速自在継手には、ツェッパ型(BJ)(例えば特許文献1)やアンダーカットフリー型(UJ)等がある。ツェッパタイプの固定型等速自在継手は、図13に示すように、内球面1に複数のトラック溝2が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材3と、外球面4に外側継手部材3のトラック溝2と対をなす複数のトラック溝5が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材6と、外側継手部材3のトラック溝2と内側継手部材6のトラック溝5との間に介在してトルクを伝達する複数のボール7と、外側継手部材3の内球面1と内側継手部材6の外球面4との間に介在してボール7を保持するケージ8とを備えている。ケージ8には、ボール7が収容される窓部9が周方向に沿って複数配設されている。
The fixed type constant velocity universal joint includes a Rzeppa type (BJ) (for example, Patent Document 1) and an undercut free type (UJ). As shown in FIG. 13, the Rzeppa type fixed type constant velocity universal joint includes an outer joint member 3 in which a plurality of
ケージ8は外側継手部材3の内球面及び内側継手部材6の外球面とそれぞれ球面接触している。外側継手部材3と内側継手部材6のトラック溝2,5のボール中心軌跡線の曲率中心(O2,O1)はそれぞれ継手中心Ojに対して対称な位置にある。言い換えれば、曲率中心O1と曲率中心O2は継手中心Ojから互いに逆方向に等距離、軸方向にオフセットしている。すなわち、外側継手部材3のトラック溝2を継手中心Ojから継手中心軸線Xに沿って継手開口側に所定距離だけオフセットさせ、内側継手部材6のトラック溝5を継手中心Ojから継手中心軸線Xに沿って継手奥部側に所定距離だけオフセットさせている。ここで、継手中心軸線Xは、継手の作動角が0°の状態で、外側継手部材3の軸線と内側継手部材6の軸線とを含む直線、継手中心面は、トルク伝達ボール7の中心を含み、継手中心軸線と直交する平面、継手中心Ojは、継手中心面と継手中心軸線との交点である。
The cage 8 is in spherical contact with the inner spherical surface of the outer joint member 3 and the outer spherical surface of the
このため、外側継手部材3のトラック溝2と内側継手部材6のトラック溝5とで形成されトルク伝達ボールトラックは、軸方向の一方から他方へ向かって徐々に広がったくさび形状を呈する。各ボール7はこのくさび状のトルク伝達ボールトラック内に収容され、外側継手部材3と内側継手部材6との間でトルクを伝達する。すべてのボール7を継手平面(作動角の二等分線に垂直な平面)に保持するためケージ8が組み込まれている。
For this reason, the torque transmission ball track formed by the
また、ツェッパタイプの固定型等速自在継手には、6個のトルク伝達ボールを備えた構造のものが技術標準として長年にわたって使用され、性能・信頼性等の面で多くのユーザの支持を得てきたが、本出願人は、この技術標準としての6個ボールのゼッパジョイントと同等以上の強度、負荷容量および耐久性を確保しつつ、高効率で抜本的な軽量・コンパ
クト化を図った8個ボールのゼッパジョイントを開発し、既に提案した(例えば下記の特許文献1)。
Also, the fixed-type constant velocity universal joint of the Rzeppa type has a structure with six torque transmission balls that has been used for many years as a technical standard, and has gained the support of many users in terms of performance and reliability. However, the present applicant has achieved a high-efficiency, drastic light weight and compactness while ensuring strength, load capacity and durability equivalent to or better than the six-ball zeppa joint as the technical standard. A single ball zeppa joint has been developed and already proposed (for example,
次に、UJタイプの固定型等速自在継手は、図14に示すように、内径面11に複数のトラック溝12が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材13と、外径面14に外側継手部材13のトラック溝12と対をなす複数のトラック溝15が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材16と、外側継手部材13のトラック溝12と内側継手部材16のトラック溝15との間に介在してトルクを伝達する複数のボール17と、外側継手部材13の内径面11と内側継手部材16の外径面14との間に介在してボール17を保持するケージ18とを備えている。ケージ18には、ボール17が収容される窓部19が周方向に沿って複数配設されている。
Next, as shown in FIG. 14, the UJ type fixed type constant velocity universal joint includes an
この場合、外側継手部材13のトラック溝12は、トラック溝ボール中心軌跡線が円弧部となる奥側トラック溝12aと、トラック溝ボール中心軌跡線が外側継手部材軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝12bとからなる。奥側トラック溝12aは、その曲率中心O2を継手中心Ojから軸方向に外側継手部材13の開口側にずらしている。また、内側継手部材16のトラック溝15は、トラック溝ボール中心軌跡線が内側継手部材軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝15aと、トラック溝ボール中心軌跡線が円弧部となる開口側トラック溝15bとからなる。開口側トラック溝15bの曲率中心O1を継手中心Ojから軸方向に外側継手部材13の奥側トラック溝12aの曲率中心O2と反対側の奥側に等距離Fだけ離して設けている。
In this case, the
このように、全域を円弧形状としているツェッパタイプに対して、UJタイプの外側継手部材13のトラック形状は、開口側がストレート形状のアンダーカットフリーとなっている。このため、BJタイプに比べて開口部でボール位置が外径側にあるためシャフト(内側継手部材に嵌入されるシャフト)と外側継手部材13のトラック溝12との干渉角が大きくなり、UJタイプはBJタイプに比べてより大きい作動角がとれる。また、UJタイプの外側継手部材13のトラック形状は、開口側においてストレート形状となっているために、ボール17の半径方向の移動量が外径側方向に大きくなり、それに対応してボール17を保持するためケージ18の外径も大きくすることになる。このことから外側継手部材13の内球面径は大きくなる。
Thus, the track shape of the outer
しかしながら、UJタイプは、外側継手部材13の内径面(内球面)を大きくすることで、外側継手部材13の円弧トラック溝が開口側にオフセットしていることによって、奥側のトラック深さは浅くなる。このため、前記したように外側継手部材13の内球面を大きくすると奥側トラック溝深さは更に浅くなる。ここで、トラック深さとは、回転状態でジョイント内部力解析を行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角方向に移動するボールの接触楕円が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離として現した。
However, in the UJ type, by increasing the inner diameter surface (inner spherical surface) of the
また、ボール7,17のケージ8,18での保持とトラック深さの確保から、同じサイズにおいてUJタイプはツェッパタイプに比べてボール径を大きく、またボールのピッチ円PCD、延いては外側継手部材外径も大きくしている。
Also, because the
図14に示すUJタイプでは、外側継手部材奥側トラック深さの確保に効果のあるケージオフセット形状としている。すなわち、継手中心Ojに対して、ケージ18の外球面18aの中心O4を軸方向開口側へfcだけオフセットさせ、ケージ18の内球面18bの中心O3を軸方向奥側へfcだけオフセットさせている。このようなケージオフセットタイプを、トラック方向ケージオフセットと呼ぶ。なお、図14において、faは、トラック溝12の曲率中心O2と外側継手部材13の内径面の曲率中心との軸方向距離、又は、トラック溝15の曲率中心O1と内側継手部材16の外径面の曲率中心との軸方向距離である。
The UJ type shown in FIG. 14 has a cage offset shape that is effective in securing the outer joint member back side track depth. That is, with respect to the joint center Oj, the center O4 of the outer
近年、6個ボールタイプに比べ外径がコンパクト化された8個ボールのUJタイプの継手も提案されている(特許文献1)。8個ボールのUJタイプの継手は、6個ボールよりも小さいボール径としているため、ボールの大きさ,個数によらずPCR(外側継手部材のトラック溝の円弧中心または内側継手部材のトラック溝の円弧中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さ)とオフセット量とで決まる前記の半径方向移動量に相当するケージの半径方向寸法(厚み)を確保できるようにオフセット量を小さく設定するとともに、図14に示すように、ケージオフセットを採用している。 In recent years, an 8-ball UJ type joint having a reduced outer diameter compared to the 6-ball type has also been proposed (Patent Document 1). The 8-ball UJ type joint has a ball diameter smaller than that of the 6-ball. Therefore, regardless of the size or number of balls, PCR (the center of the arc of the track groove of the outer joint member or the track groove of the inner joint member). The offset amount is set to be small so that the radial dimension (thickness) of the cage corresponding to the radial movement amount determined by the offset amount and the length of the line segment connecting the arc center and the ball center can be secured. As shown in FIG. 14, a cage offset is employed.
そして、このような8個のUJタイプではさらなる耐久性向上には、高角時の向上が重要な課題とされている。 And in such eight UJ types, the improvement at the time of a high angle is regarded as an important subject for the further improvement in durability.
ところで、従来には、6個ボールのツェッパタイプにおいて、トラック溝の中心を継手中心軸線から該トラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットさせることが開示されている(特許文献2、特許文献3、及び特許文献4)。
By the way, conventionally, in the six-ball Rzeppa type, it is disclosed that the center of the track groove is offset from the joint central axis to a position spaced away from the track groove in the radial direction opposite to the track groove (
特許文献2では、外側継手部材のトラック溝を、継手中心を中心とする開口側第1案内溝と、継手中心から半径方向反対側にオフセットされた点を中心とする奥側第2案内溝とで形成している。また、内側継手部材のトラック溝を、継手中心から継手中心軸線に沿って奥側にオフセットされた点を中心とする奥側第2トラック溝と、この奥側第2案内溝の中心からさらに半径方向反対にオフセットされた点を中心とする開口側第2案内溝とで形成している。
In
このような構成とすることにより、外側継手部材の奥側第1案内溝の溝深さが大きくなり、また、内側継手部材の開口側第2案内溝の部分で内側継手部材の肉厚が大きくなるので、継手が高作動角を取ったとき、ボールが外側継手部材の奥側第1案内溝に乗り上げて該溝のエッジ部分が欠けてしまうことがなくなり、また、ボールからの負荷によって内側継手部材が損傷してしまうことがなくなる。 With such a configuration, the depth of the back side first guide groove of the outer joint member is increased, and the thickness of the inner joint member is increased at the opening side second guide groove portion of the inner joint member. Therefore, when the joint takes a high operating angle, the ball does not ride on the back side first guide groove of the outer joint member and the edge portion of the groove is not chipped. The member will not be damaged.
特許文献3では、外側継手部材のトラック溝の中心と内側継手部材のトラック溝の中心を、それぞれ、直径方向面(継手中心面)から軸方向両側に等距離だけ離間し、かつ、継手中心軸線から半径方向反対側に所定量だけ離間した位置にオフセットさせている。このような構成とすることにより、継手が最大作動角を取り、ボールが外側継手部材のトラック溝の入口縁部に極めて接近した状態において、ボールとトラック溝との接触力が小さくなり、トラック溝の入口縁部の損傷が防止される。 In Patent Document 3, the center of the track groove of the outer joint member and the center of the track groove of the inner joint member are spaced apart from each other by an equal distance from the diameter direction surface (joint center surface) in the axial direction. Is offset to a position spaced apart by a predetermined amount on the opposite side in the radial direction. With such a configuration, the contact force between the ball and the track groove is reduced when the joint takes the maximum operating angle and the ball is extremely close to the entrance edge of the track groove of the outer joint member. Damage to the inlet edge of the is prevented.
特許文献4では、外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝の溝中心線の曲率中心が、継手中心面の両側に偏心され、かつ溝中心線と軸心とを含む平面上でこの軸心を越えた反対側にあるように設定している。これによって、継手角の最大許容角度を大きくでき、外側継手部材の外径を大きくすることなく強度を確保するようにしている。
In
また、従来には、走行特性等に影響を与えることなく最大屈曲角度を増大できるようにするものがある(特許文献5)。すなわち、特許文献5では、走行路の基底と継手回転軸線との間の距離を、最大値を取る点から出発して、軌跡曲線の接線と継手回転軸線との間の交差角が単調に増加するようにしたものである。
Conventionally, there is one that allows the maximum bending angle to be increased without affecting running characteristics or the like (Patent Document 5). That is, in
ツェッパタイプの等速自在継手において、トラック溝の中心の軸方向オフセット量(トラック溝の中心と継手中心面との軸方向距離)を小さくし、あるいは、半径方向オフセット量(トラック溝の中心と継手中心軸線との半径方向距離)を設けると、継手回転中のトラック荷重(トルク伝達ボールとトラック溝との接触部に作用する荷重)のピーク値が上昇する傾向がみられる。引用文献2、3では、6個ボールのゼッパジョイントについて、トラック溝の中心に半径方向オフセットを設けているが、これは最大作動角又はその近傍の高作動角域でのトラック溝側壁部分の損傷防止に配慮したものであり、低作動角域及び中作動角域での耐久性確保の課題は全く考慮されていない。
For Rzeppa type constant velocity universal joints, reduce the axial offset of the center of the track groove (the axial distance between the center of the track groove and the joint center plane) or the radial offset (track groove center and joint center) When the radial distance from the axis is provided, the peak value of the track load during the joint rotation (the load acting on the contact portion between the torque transmission ball and the track groove) tends to increase. In Cited
特に、前記特許文献2〜特許文献4に記載のものでは、いずれも6個ボールであり、しかも、トラック溝が単一の円弧部から構成されるものである。また、特許文献5においても、6個ボールであり、しかも、トラック溝のストレート部を有さないものである。このため、8個ボールでのUJタイプの等速自在継手において、低作動角時の耐久性を確保しつつ、高作動角でのトルク容量の向上を図ることが可能なものは従来には存在しなかった。
In particular, in the ones described in
そこで、低作動角時の耐久性を確保しつつ、高作動角でのトルク容量の向上を図ることが可能な8個ボールでのアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手が提案された(特許文献6)。 Therefore, an undercut-free type fixed constant velocity universal joint with 8 balls that can improve the torque capacity at a high operating angle while ensuring durability at a low operating angle has been proposed ( Patent Document 6).
すなわち、特許文献6に記載の等速自在継手は、8個ボールでのアンダーカットフリータイプであって、外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされたものとする。そして、FとRtとの比R1(=F/Rt)やfrとRtとの比R3(=fr/Rt)等の数値限定から耐久性と高角強度を向上させるものである。Fは外側継手部材のトラック溝の中心と継手中心面との間の軸方向距離であり、Rtは外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離であり、frは外側継手部材のトラック溝の中心継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量である。
That is, the constant velocity universal joint described in
また、従来には、外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされたものにおいて、継手中心面と前記継手中心軸線との交点を継手中心、前記外側継手部材の案内溝の中心と前記継手中心とを含む直線が前記継手中心面となす角度をβ(°)としたとき、15°≦β<24°としたものがある(特許文献7)。これによって、継手の耐久性の向上を図っている。 In addition, conventionally, the center of the track groove of the outer joint member and the center of the track groove of the inner joint member are offset to a position spaced away from the joint center axis in the radial direction opposite to the track groove. , The intersection point between the joint center plane and the joint center axis is the joint center, and the angle between the straight line including the guide groove center of the outer joint member and the joint center and the joint center plane is β (°) And 15 ° ≦ β <24 ° (Patent Document 7). Thereby, the durability of the joint is improved.
しかしながら、前記特許文献6では、特許文献2〜特許文献5に記載の等速自在継手が具備する課題を解決することができた。しかしながら、特許文献6に記載の等速自在継手において、解放角(又はR1)を小さく設定し高作動角をとった場合、ケージが継手中心線においてトルクバランスが均衡不可能な位置が生じる場合がある。このような位置が生じれば、高作動角における強度面において重大な欠点となりうる。また、前記特許文献7に記載の等速自在継手であっても、同様に不安定な位置が生じるおそれがある。
However, in the said
本発明の課題は、高作動角時においてケージに作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られることが可能なアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an undercut-free type fixed type constant velocity universal joint capable of obtaining a more balanced and balanced state of loads acting on a cage at a high operating angle. It is in.
本発明の固定型等速自在継手は、内径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックにそれぞれ配されたトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、継手の作動角が0°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をFとしたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をfrとし、最大作動角をθmaxとしたときに、Fとfrとの比R4(=F/fr)がR4≧tan[(θmax)/2]であるものである。すなわち、最大作動角を50degとしたときに、Fとfrとの比R4(=F/fr)がR4≧0.466とする。また、R4≦0.521とする。 The fixed type constant velocity universal joint of the present invention includes an outer joint member in which a track groove extending in the axial direction is formed on the inner diameter surface, an inner joint member in which a track groove extending in the axial direction is formed on the outer diameter surface, and an outer joint member. A torque transmission ball disposed in each of the torque transmission ball tracks formed by cooperation of the track groove and the corresponding track groove of the inner joint member, and a cage having a pocket for holding the torque transmission ball, An undercut free type fixed constant velocity universal joint having a curved portion and a straight portion on the track groove bottom surface of the outer joint member and the track groove bottom surface of the inner joint member, wherein the joint operating angle is 0 °, A straight line including the axis of the outer joint member and the axis of the inner member is a joint center axis, and a plane that includes the center of the torque transmission ball and is orthogonal to the joint center axis is a joint. When the center surface is used, the center of the track groove of the outer joint member and the center of the track groove of the inner joint member are spaced apart from the joint center surface in the axial direction, respectively, and the track grooves are separated from the joint center axis. The axial distance between the center of the track groove of the outer joint member or the center of the track groove of the inner joint member and the joint center plane is F. When the radial offset amount, which is the distance between the center of the track groove of the outer joint member or the center of the track groove of the inner joint member and the joint center axis, is fr and the maximum operating angle is θmax, F And fr ratio R4 (= F / fr) is R4 ≧ tan [(θmax) / 2]. That is, when the maximum operating angle is 50 deg, the ratio R4 (= F / fr) between F and fr is R4 ≧ 0.466. Further, R4 ≦ 0.521.
最大作動角(50度程度)を取ったときであっても、この等速自在継手では、R4≧[tan(θmax)/2]に設定しているので、外側継手部材の最も奥側に位置するボール37のくさび角(開放角)が継手開口側を向くことになる。このため、ケージの回転力が抑制され釣り合った状態となって、安定した状態を維持できる。また、R4を増加させると球面力が増加する関係がある。球面力の増加は発熱量の増加につながり、高角度の耐久性の低下につながる。したがって、R4は出来る限り小さく設定することが好ましく、また、R4≧tan[(θmax)/2]と設定するのが好ましいことから、R4=tan(θmax/2)が最適である。これに対して、R4<tan[(θmax)/2]の場合、高作動角においてケージに回転力が作用して、不安定な状態となる。
Even when the maximum operating angle (about 50 degrees) is taken, in this constant velocity universal joint, since R4 ≧ [tan (θmax) / 2] is set, it is positioned at the innermost side of the outer joint member. The wedge angle (open angle) of the
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが6本であるようにできる。 The number of torque transmitting ball tracks formed by the cooperation of the track grooves of the outer joint member and the corresponding track grooves of the inner joint member may be six.
また、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが8本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが一致し、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をRt、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をFとしたとき、FとRtとの比R1(=F/Rt)が0.061≦R1≦0.087であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をfrとしたとき、frと前記Rtとの比R3(=fr/Rt)が0.07≦R3≦0.19であるものであってもよい。 Further, there are eight torque transmitting ball tracks formed by cooperation of the track groove of the outer joint member and the corresponding track groove of the inner joint member, and the center of the outer spherical surface of the cage and the inner spherical surface of the cage. Rt is the distance between the center of the track groove of the outer joint member or the center of the track groove of the inner joint member and the center of the torque transmitting ball, and the center of the track groove of the outer joint member. Or, when the axial distance between the center of the track groove of the inner joint member and the joint center plane is F, the ratio R1 (= F / Rt) of F and Rt is 0.061 ≦ R1 ≦ 0. When the radial offset amount, which is the distance from the center of the track groove of the outer joint member or the center of the track groove of the inner joint member to the joint center axis line, is fr, the ratio of fr to the Rt R3 = Fr / Rt) may be those which are 0.07 ≦ R3 ≦ 0.19.
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが8本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、そのケージオフセットの量R2が0.1以上で、かつ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をRt、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をFとしたとき、FとRtとの比R1(=F/Rt)が0.044≦R1≦0.087であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をfrとしたとき、frと前記Rtとの比R3(=fr/Rt)が0.07≦R3≦0.19であるものであってもよい。 There are eight torque transmitting ball tracks formed by cooperation of the track groove of the outer joint member and the corresponding track groove of the inner joint member, and the center of the outer spherical surface of the cage and the center of the inner spherical surface of the cage Are offset from the joint central axis to positions spaced radially opposite to the track grooves, the cage offset amount R2 is 0.1 or more, and the center of the track groove of the outer joint member Alternatively, the distance between the center of the track groove of the inner joint member and the center of the torque transmission ball is Rt, the center of the track groove of the outer joint member or the center of the track groove of the inner joint member and the center surface of the joint F1 is a ratio R1 (= F / Rt) of F and Rt is 0.044 ≦ R1 ≦ 0.087, and the center or front of the track groove of the outer joint member When the radial offset amount, which is the distance from the center of the track groove of the inner joint member to the joint central axis, is fr, the ratio R3 (= fr / Rt) of fr to Rt is 0.07 ≦ R3 ≦ 0. .19 may be used.
最大作動角°のトラック深さは、R3値が大きいほど深くなり、またR1値については小さいほど深くなる。R1値0.087では、R3値が0.07になると従来と同等の深さとなる。 The track depth at the maximum operating angle is deeper as the R3 value is larger, and the track depth is deeper as the R1 value is smaller. At the R1 value of 0.087, when the R3 value is 0.07, the depth is the same as the conventional depth.
トラック溝を半径方向にオフセットしている構造では、オフセットしていない従来品よりさらに小さいR1値まで作動性が良好となる。常用角(作動角6°)においては、前記R1値が小さいほどトラック深さが深くなり、R3値が小さいほどトラック深さが深くなる。ここで、トラック深さとは、回転状態でジョイント内部力解析を行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角方向に移動するボールの接触楕円が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離である。ボール接触点から球面部までの距離は大きいほど耐久性は良くなる。
In the structure in which the track grooves are offset in the radial direction, the operability is good up to an R1 value that is even smaller than the conventional product that is not offset. In the normal angle (operating
外側継手部材のトラック溝の中心(曲線部の曲率中心)に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボールがトラック溝の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大し、トラック溝の継手奥部側壁部でのエッジロードが減少する結果、高作動角域での継手の耐久性が向上する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝のエッジ線と重なるトルクである。 By providing a radial offset at the center of the track groove of the outer joint member (the center of curvature of the curved portion), the groove depth of the inner side of the joint of the track groove is relatively less than when no radial offset is provided. Become bigger. For this reason, the rigidity of the joint groove side wall of the track groove increases, so that the joint takes a high operating angle, and the torque is transmitted when the torque transmission ball is close to the joint groove deep side of the track groove. Deformation of the edge portion of the side wall of the groove at the back of the joint is suppressed, and the torsional strength of the joint at a high operating angle region is improved. In addition, the torque capacity in the high operating angle region is increased, and the edge load at the side wall of the joint in the track groove is reduced. As a result, the durability of the joint in the high operating angle region is improved. Here, the torque capacity is a torque at which the end of the contact ellipse of the contact portion between the torque transmission ball and the track groove overlaps with the edge line of the track groove when the torque is transmitted while taking a certain operating angle. is there.
R1の下限値は作動性の限界値であり、R1の上限値は、常用角耐久性及びトラック深さを従来品以上に確保できる範囲である。また、R2を0.01以下とすることによって、ケージの開口側の肉厚が薄くなるのを防止できる。R1値が小さいほどPV値(ボールとトラック間の滑り速度とトラック荷重を乗じたもの)が小さくなる。PV値が小さいほど耐久性は良くなる。 The lower limit value of R1 is a limit value of operability, and the upper limit value of R1 is a range in which the service angle durability and the track depth can be secured more than the conventional products. Moreover, by making R2 0.01 or less, it is possible to prevent the thickness on the opening side of the cage from being reduced. The smaller the R1 value, the smaller the PV value (multiplied by the sliding speed between the ball and the track and the track load). The smaller the PV value, the better the durability.
この固定型等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部を単一円弧とするのが好ましい。これは、加工が容易で製造コストが安価となるからである。また、FとRtとの比R1(=F/Rt)を0.070以下とするのが好ましく、frとRtとの比R3(=fr/Rt)を0.15以上とするのが好ましい。 In this fixed type constant velocity universal joint, it is preferable that the curved portion has a single arc on the track groove bottom surface of the outer joint member and the track groove bottom surface of the inner joint member. This is because processing is easy and the manufacturing cost is low. The ratio R1 (= F / Rt) between F and Rt is preferably 0.070 or less, and the ratio R3 (= fr / Rt) between fr and Rt is preferably 0.15 or more.
前記等速自在継手は、例えば自動車のドライブシャフトに用いられる。 The constant velocity universal joint is used for a drive shaft of an automobile, for example.
本発明によれば、高作動角時においてケージに作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られる。高作動角時において外側継手部材の奥側の許容負荷が増えるため、トラック壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。このため、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。 According to the present invention, the load acting on the cage at a high operating angle is in a more balanced and balanced state, and a stable high strength can be obtained. Since the allowable load on the back side of the outer joint member increases at a high operating angle, the rigidity of the track wall surface is improved, the deformation of the track edge portion is suppressed, and the torsional strength is improved. Since the track depth on the back side of the outer joint member increases at a high operating angle, the riding torque is improved, the edge load is reduced, and the durability at a high operating angle is improved. For this reason, since it can be applied to high durability requirements, the size can be reduced, the weight can be reduced, and the cost can be reduced.
また、外側継手部材のトラック溝の中心(曲線部の曲率中心)に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボールがトラック溝の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝のエッジ線と重なるトルクである。 In addition, by providing a radial offset at the center of the track groove of the outer joint member (the center of curvature of the curved portion), the groove depth of the inner part of the joint of the track groove can be reduced compared to the case where no radial offset is provided. It becomes relatively large. For this reason, the rigidity of the joint groove side wall of the track groove increases, so that the joint takes a high operating angle, and the torque is transmitted when the torque transmission ball is close to the joint groove deep side of the track groove. Deformation of the edge portion of the side wall of the groove at the back of the joint is suppressed, and the torsional strength of the joint at a high operating angle region is improved. Moreover, the torque capacity in the high operating angle region increases. Here, the torque capacity is a torque at which the end of the contact ellipse of the contact portion between the torque transmission ball and the track groove overlaps with the edge line of the track groove when the torque is transmitted while taking a certain operating angle. is there.
高作動角時において外側継手部材奥側のトルク容量が増えれば、トラック溝壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。常用角では、従来並みのトラック深さを確保でき、耐久性は従来と同等かそれ以上となる。特にR1=0.071以下とするとトラック深さはより深く、PV値も低くなり耐久性が向上する。このように、この固定型の等速自在継手では、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。また、R1=0.087以下として従来品より低い値とすると、軸方向のボールからケージへの荷重および、ボール37の半径方向移動量が減少するなどにより効率が向上する。このため、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト用に最適となる。
If the torque capacity on the back side of the outer joint member is increased at a high operating angle, the rigidity of the track groove wall surface is improved, the deformation of the track edge portion is suppressed, and the torsional strength is improved. Since the track depth on the back side of the outer joint member increases at a high operating angle, the riding torque is improved, the edge load is reduced, and the durability at a high operating angle is improved. With the regular angle, the track depth can be secured as usual, and the durability is equal to or higher than the conventional one. In particular, if R1 = 0.071 or less, the track depth is deeper, the PV value is lowered, and the durability is improved. As described above, the fixed type constant velocity universal joint can be applied to high durability requirements, so that the size can be reduced, the weight can be reduced, and the cost can be reduced. Further, when R1 = 0.087 or less and a value lower than that of the conventional product, the efficiency is improved by reducing the load from the ball in the axial direction to the cage and the amount of movement of the
特にボール個数に限定するものではないが、最適は8個ボールの固定式等速自在継手への適応である。 Although it is not particularly limited to the number of balls, the optimum is the adaptation to a fixed constant velocity universal joint of 8 balls.
このように、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト等に最適となる。 As described above, the fixed type constant velocity universal joint of the present invention is most suitable for a drive shaft of an automobile.
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施形態の固定型等速自在継手は、例えば自動車のドライブシャフトの固定側(車輪側)に配置されるもので、図1に示すように、内径面31に複数(8個)のトラック溝32が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材33と、外径面34に外側継手部材33のトラック溝32と対をなす複数(8個)のトラック溝35が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材36と、外側継手部材33のトラック溝32と内側継手部材36のトラック溝35とが協働して形成される8本のボールトラックにそれぞれ配された8個のトルク伝達ボール37と、外側継手部材33の内径面31と内側継手部材36の外径面34との間に介在してボール37を保持するケージ38とを備えている。ケージ38には、ボール37が収容される窓部39が周方向に沿って複数配設されている。なお、内側継手部材36の内径面に軸部を連結するための歯型(セレーション又はスプライン)36aを形成している。
The fixed type constant velocity universal joint of this embodiment is arranged on the fixed side (wheel side) of the drive shaft of an automobile, for example, and as shown in FIG. 1, a plurality (eight) track grooves are formed on the
外側継手部材33のトラック溝32は、トラック溝ボール中心軌跡線が曲線部(円弧部)となる奥側トラック溝32aと、トラック溝ボール中心軌跡線が外側継手部材軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝32bとからなる。また、内側継手部材36のトラック溝35は、トラック溝ボール中心軌跡線が内側継手部材軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝35aと、トラック溝ボール中心軌跡線が曲線部(円弧部)となる開口側トラック溝35bとからなる。
The
なお、外側継手部材33のトラック溝32や内側継手部材36のトラック溝35は、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形したゴシックアーチ状である。図3に示すように、ゴシックアーチ状とすることによって、トラック溝32、35とボール37はアンギュラ接触となっている。すなわち、ボール37は、外側継手部材33のトラック溝32と2点C11,C12で接触し、内側継手部材36のトラック溝35と2点C21,C22で接触する形状となっている。ボール37の中心Obと継手中心Ojを通る線分P1に対するボール37の中心Obと各トラック溝32,35との接触点C11,C12,C21,C22とのなす角度が、接触角αである。各接触点C11,C12,C21,C22の接触角αはすべて等しく設定されている。
The
図1と図2においては、継手の作動角θが0°の状態を示しており、この状態では、外側継手部材33の軸線と内側継手部材36の軸線とが直線X上で一致し、また、全てのトルク伝達ボール37の中心Obを含む平面Pは直線Xと直交する。以下、直線Xを継手中心軸線X、平面Pを継手中心面P、継手中心面Pと継手中心軸線Xとの交点を継手中心Ojという。
1 and 2 show a state in which the operating angle θ of the joint is 0 °. In this state, the axis of the outer
図1に示すように、外側継手部材33のトラック溝32の奥側トラック溝32aの中心(曲率中心)O2は、継手中心面Pから継手開口側(図1で右側)に軸方向距離Fだけ離間し、かつ、継手中心軸線Xからこのトラック溝32に対して半径方向反対側に半径方向距離frだけ離間した位置にオフセットされている。また、内側継手部材36のトラック溝35の開口側トラック溝35bの中心O1は、継手中心面Pから継手奥部側(同図で左側)に軸方向距離Fだけ離間し、かつ、継手中心軸線Xからこのトラック溝35に対して半径方向反対側に半径方向距離frだけ離間した位置にオフセットされている。
As shown in FIG. 1, the center (curvature center) O2 of the inner
以下、トラック溝32,35の中心O2、O1と継手中心面Pとの軸方向距離(F)を軸方向オフセット量F、曲率中心O2、O1と継手中心軸線Xとの半径方向距離(fr)を半径方向オフセット量frという。尚、この実施形態において、外側継手部材33のトラック溝32と内側継手部材36のトラック溝35とは、軸方向オフセット量Fが相等しく、また、半径方向オフセット量frが相等しい。
Hereinafter, the axial distance (F) between the centers O2, O1 of the
また、この実施形態では、図1に示すように、ケージ38の外球面38aの中心O4、および、ケージ38の内球面38bの中心O3は、いずれも、継手中心Oj上にある。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the center O4 of the outer
図1に示すように、外側継手部材33のトラック溝32の中心(曲率中心)O2又は内側継手部材36のトラック溝35の中心(曲率中心)O1とトルク伝達ボール37の中心Obとの間の距離をRtとし、外側継手部材33のトラック溝32の中心O2又は内側継手部材36のトラック溝35の中心O1と継手中心面Pとの間の軸方向距離(前記軸方向オフセット量)をFとしたとき、FとRtとの比R1(=F/Rt)が0.061≦R1≦0.087であるように設定する。このため、このR1はオフセット(軸方向オフセット)の程度を表す値と呼ぶことができる。
As shown in FIG. 1, between the center (curvature center) O2 of the
また、外側継手部材33のトラック溝32の中心(曲率中心)O2又は内側継手部材36のトラック溝35の中心(曲率中心)O1と継手中心軸線Xまでの距離である半径方向オフセット量をfrとしたとき、frとRtとの比R3(=fr/Rt)が0.07≦R1≦0.19であるように設定する。このため、R3をオフセット(半径方向オフセット)の程度を表す値と呼ぶことができる。
The radial offset amount, which is the distance between the center (curvature center) O2 of the
次に、図3は本発明の第2の実施形態を示している。ケージ38の外球面中心O4が継手中心Ojよりも継手奥側に配置されるとともに、ケージ38の内球面中心O3が継手中心Ojよりも継手開口側に配置されている。すなわち、ケージ38の外球面中心O4とケージ38の内球面中心O3とが、継手中心Ojに対して軸線方向にそれぞれfcだけオフセットされている。このようなケージオフセットタイプのものを、トラック方向ケージオフセットと呼ぶのに対して、反トラック方向ケージオフセットと呼ぶ。図3において、faは、トラック溝32の曲率中心O2と外側継手部材33の内径面の曲率中心との軸方向距離、又は、トラック溝35の曲率中心O1と内側継手部材36の外径面の曲率中心との軸方向距離である。
Next, FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. The outer spherical center O4 of the
この場合も、外側継手部材33のトラック溝32の奥側トラック溝32aの中心(曲率中心)O2は、継手中心面Pから継手開口側に軸方向距離Fだけ離間し、かつ、継手中心軸線Xからこのトラック溝32に対して半径方向反対側に半径方向距離frだけ離間した位置にオフセットされている。また、内側継手部材36のトラック溝35の開口側トラック溝35bの中心O1は、継手中心面Pから継手奥部側に軸方向距離Fだけ離間し、かつ、継手中心軸線Xからこのトラック溝35に対して半径方向反対側に半径方向距離frだけ離間した位置にオフセットされている。
Also in this case, the center (curvature center) O2 of the inner
FとRtとの比R1(=F/Rt)が0.044≦R1≦0.087であるように設定するとともに、frとRtとの比R3(=fr/Rt)が0.07≦R1≦0.19であるように設定する。また、ケージ38の外球面中心O4(外側継手部材33の内径面中心)又はケージ38の内球面中心O3(内側継手部材36の外径面中心)と継手中心面Pまでの軸方向距離をfcとし、トルク伝達ボール37の中心Obから継手中心軸線Xまでの距離をRとしたとき、fcとRとの比R2(=fc/R)が0.01以下とする。なお、図3に示す固定型等速自在継手の他の構成は前記図1に示す固定型等速自在継手と同様であるので、それらの説明を省略する。
The ratio R1 (= F / Rt) between F and Rt is set to be 0.044 ≦ R1 ≦ 0.087, and the ratio R3 (= fr / Rt) between fr and Rt is 0.07 ≦ R1. Set so that ≦ 0.19. The axial distance between the outer spherical surface center O4 of the cage 38 (center of the inner surface of the outer joint member 33) or the inner spherical surface center O3 of the cage 38 (center of the outer surface of the inner joint member 36) and the joint center surface P is fc. When the distance from the center Ob of the
また、前記各固定型等速自在継手において、最大作動角をθmaxとしたときに、Fとfrとの比R4(=F/fr)は小さく設定することが好ましく、また、R4≧tan[(θmax)/2]とされる。さらには、R4≦tan[(θmax+5)/2]とされる。好ましくは、R4=tan[(θmax/2)]とされる。例えば、最大作動角θmaxが50degであれば、0.466≦R4≦0.521の範囲となる。 In each of the fixed type constant velocity universal joints, when the maximum operating angle is θmax, it is preferable to set the ratio R4 (= F / fr) between F and fr small, and R4 ≧ tan [(( θmax) / 2]. Furthermore, R4 ≦ tan [(θmax + 5) / 2]. Preferably, R4 = tan [(θmax / 2)]. For example, when the maximum operating angle θmax is 50 deg, the range is 0.466 ≦ R4 ≦ 0.521.
第1の実施形態や第2の実施形態のように、半径方向にオフセットしている構造は、従来品よりさらに小さいオフセット量まで作動性が良好となる。これは、主に隙間により発生する内側継手部材36の継手中心Ojからのズレ量が従来品に比べ小さいためである。このことは、本発明品は従来品よりトラック溝が継手中心軸線Xより半径方向外側に位置していることに起因して、作動角を取った状態での8個のトラック荷重の発生するトラックの箇所が従来品と開発品で異なっており、このことから内側継手部材36を支えるボールの位置関係の違いにより内側継手部材36のずれる方向及びずれる量が異なってくるためである。
As in the first embodiment and the second embodiment, the structure offset in the radial direction has good operability up to an offset amount smaller than that of the conventional product. This is because the amount of deviation from the joint center Oj of the inner
次に前記比R1(=F/Rt)の最適範囲について説明する。図4に示すように、捩りトルクなしとして作動角方向に作動角−20°から+20°までシャフトを折り曲げる。すなわち、折り曲げたときの作動角方向の折り曲げ抵抗トルク値に関して機構解析により算出した。 Next, the optimum range of the ratio R1 (= F / Rt) will be described. As shown in FIG. 4, the shaft is bent in the operating angle direction from the operating angle of −20 ° to + 20 ° with no torsional torque. That is, the bending resistance torque value in the working angle direction when bent was calculated by mechanism analysis.
この場合、継手内部隙間については、ボール37と内側継手部材36のトラック溝35及びボール37と外側継手部材33のトラック溝32の隙間量は、通常この種の固定型等速自在継手において量産されているものの隙間とした。なお、外側継手部材33の内球面(内径面)31とケージ外球面隙間は、実際より小さい隙間とし、内側継手部材36の外球面(外径面)34とケージ内球面38bとの隙間は通常のものより大きい隙間量とした。また、ケージ38の窓部39とボール37間についても通常の負の隙間よりも小さい負の隙間としている。すなわち、作動角方向の折り曲げ抵抗トルク値が発生し易い、作動性が悪くなる条件としている。
In this case, as for the joint internal clearance, the clearance between the
図5に半径方向にオフセットしていない従来構造の8個ボール(継手中心面Pからトラック中心方向にケージオフセットしている)の前記解析結果を示している。図5において、細線がR1を0.070とした場合を示し、太線がR1を0.078とした場合を示し、中線がR1を0.087とした場合を示している。この図5からわかるように、R1を0.070とした場合と、R1を0.078とした場合とにおいて、作動角が+7.5°付近からトルク値が立ち上がり+13°でピーク値が確認される。また、解析結果からR1値が0.087のときはトルクは発生しておらずスムースに作動しており、R1値が小さくなると折り曲げ抵抗トルクが増加する。すなわち、この解析条件の隙間の従来品は、R1値が0.087までは作動性が良好であるが、それより小さくなると作動性が悪くなる。 FIG. 5 shows the analysis result of eight balls having a conventional structure that is not offset in the radial direction (cage offset from the joint center plane P toward the track center). In FIG. 5, the thin line indicates the case where R1 is 0.070, the thick line indicates the case where R1 is 0.078, and the middle line indicates the case where R1 is 0.087. As can be seen from FIG. 5, when R1 is set to 0.070 and R1 is set to 0.078, the torque value rises from around + 7.5 ° and the peak value is confirmed at + 13 °. The Further, from the analysis result, when the R1 value is 0.087, no torque is generated and the motor operates smoothly, and when the R1 value becomes small, the bending resistance torque increases. In other words, the conventional product with the gap under the analysis condition has good operability until the R1 value is 0.087, but the operability is deteriorated when the value is smaller than that.
次に図6は、同じ隙間条件で本発明品についてR1値を可変し、R1値に対する前記解析から最大トルク値を従来品と比較した結果を示している。図6において、実線は従来品(半径方向にオフセットさせないトラック溝で、ケージオフセット形状のもの)を示し、1点鎖線は前記図1に示す本発明品(本発明品Aと呼ぶ)を示し、破線は図3に示す本発明品(本発明品Bと呼ぶ)を示している。従来品は図14に示すように、トラック方向ケージオフセットタイプであり、R2=0.0096とし、R3=0としている。また、発明品Aは図1に示すように、ケージオフセット無しタイプであって、R2=0とし、R3=0.167としている。発明品Bは図3に示すように、反トラック方向ケージオフセットタイプであり、R2=0.0095とし、R3=0.167としている。 Next, FIG. 6 shows the result of comparing the R1 value for the product of the present invention under the same gap condition and comparing the maximum torque value with the conventional product from the above analysis for the R1 value. In FIG. 6, the solid line indicates a conventional product (track groove that is not offset in the radial direction and has a cage offset shape), and the alternate long and short dash line indicates the product of the present invention (referred to as product A of the present invention) shown in FIG. The broken line indicates the product of the present invention (referred to as product B of the present invention) shown in FIG. As shown in FIG. 14, the conventional product is a track direction cage offset type, in which R2 = 0.996 and R3 = 0. Further, as shown in FIG. 1, the invention product A is a type without cage offset, and R2 = 0 and R3 = 0.167. As shown in FIG. 3, the invention product B is an anti-track direction cage offset type, and R2 = 0.0005 and R3 = 0.167.
このように、本発明品である半径方向にオフセットしている構造は、従来品よりさらに減少させたオフセット量まで作動性が良好となる。これは、主に隙間により発生する内側継手部材のジョイント中心からのズレ量が開発品は従来品に比べ減少するためである。このことは、発明品は従来品よりトラックが中心軸より半径方向外側に位置していることに起因して、作動角を取った状態での8個のトラック荷重の発生するトラックの箇所が従来品と開発品で異なっているためである。すなわち、内側継手部材を支えるボールの位置関係の違いにより内側継手部材のずれる方向及びずれる量が異なってくるためである。 Thus, the structure offset in the radial direction as the product of the present invention has good operability up to the offset amount further reduced as compared with the conventional product. This is because the amount of deviation from the joint center of the inner joint member generated mainly due to the gap is reduced in the developed product compared to the conventional product. This is because the track position where the track load is generated in the state where the working angle is taken is the conventional position because the track of the invention product is positioned radially outward from the center axis than the conventional product. This is because the product is different from the developed product. That is, this is because the direction and amount of displacement of the inner joint member differ depending on the positional relationship of the balls supporting the inner joint member.
解析結果からAタイプ(発明品A)よりもBタイプ(発明品B)のほうがより小さいR1値まで作動性が良好となることがわかる。そして、本発明品Aでは、R1として0.061以上が作動性良好ということができ、本発明品Bでは、R1として0.045以上が作動性良好ということができる。また、製作したサンプルにおいても同等な結果を確認できた。 From the analysis results, it can be seen that the B type (invention product B) has better operability up to the smaller R1 value than the A type (invention product A). In the product A of the present invention, 0.01 or more can be said to have good operability as R1, and in the product B of the present invention, 0.045 or more can be said to have good operability as R1. Moreover, the same result was confirmed also in the manufactured sample.
次に、常用角(6°)での耐久試験条件のときの外側継手部材33のトラック深さの値を図7と図8に示す。図7はR1と外側継手部材33のトラック深さとの関係を示し、この図7において、●はケージオフセット無しのAタイプであり、R2=0とし、R3=0.167とし、特に、○はR1=0.087である(つまり、A2タイプである)。■は反トラック方向ケージオフセットのBタイプであり、R2=0.0095とし、R3=0.167とし、特に、□はR1=0.071である。▲はケージオフセット無しのAタイプであり、R2=0とし、R3=0.221とし、特に、△はR1=0.096である(つまりA1タイプである)。*は従来品であり、R1=0.087であり、R2=0.0096であり、R3=0である。
Next, FIG. 7 and FIG. 8 show the values of the track depth of the outer
図8はR3と外側継手部材33のトラック深さとの関係を示し、この図7において、○はA2タイプであり、R3=0.167であり、R1=0.087であり、R2=0である。▲はAタイプであり、R3=0.221であり、R1=0.087であり、R2=0である。
FIG. 8 shows the relationship between R3 and the track depth of the outer
常用角(6°)においては、R1値が減少するほどトラック深さが深くなり、またR3値が減少するほどトラック深さが深くなる。尚、Bタイプ(ケージオフセット品)は、小さいR1値が採れることから有利である。ここでトラック深さとは、回転状態で継手内部力解析を、大きいトルクの常用角(作動角6°)耐久条件で行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角α方向に移動するボールの接触楕円51が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離L(図2参照)である。
At the common angle (6 °), the track depth increases as the R1 value decreases, and the track depth increases as the R3 value decreases. The B type (cage offset product) is advantageous because a small R1 value can be obtained. Here, the track depth is a ball that moves in the axial direction and the contact angle α direction in the track during one rotation by analyzing the internal force of the joint in a rotating state under a normal condition of a large torque (operating
常用角耐久試験では、特にトルクが大きい試験において、トラック上の荷重が増加することによりボール接触楕円51が増加し、外側継手部材33の内径面にこの接触楕円51がはみ出してエッジロードから剥離が発生しており、耐久性の向上にはボール接触点から球面部までの距離Lが増加するほど耐久性は良くなる。
In the normal angle endurance test, particularly in a test with a large torque, the
次に図9は、常用角(6°)耐久試験条件での解析結果からの外側継手部材のPV値を示す。PV値は、ボールとトラック間の滑り速度とトラック荷重を乗じたものである。このPV値が減少するほど耐久性は良くなる。解析結果からR1値が減少するほどPV値が減少する。しかし、R1値0.071以下ではPV値の減少は鈍化する。なお、Bタイプ(ケージオフセット品)は、小さいR1値が採れることから有利である。また、内側継手部材36のPV値は、R1値を減少することで外側継手部材とは逆に増加する関係がある、このため、内側継手部材36のPV値増加による内側継手部材耐久性の低下が懸念される。R1値0.071では、内側継手部材の不具合は認められていない。なお、図9における各■、□、▲、△、●、○の発明品は図7に示す各■、□、▲、△、●、○と同じタイプの固定型等速自在継手を示している。
Next, FIG. 9 shows the PV value of the outer joint member from the analysis result under the service angle (6 °) durability test condition. The PV value is obtained by multiplying the sliding speed between the ball and the track and the track load. As the PV value decreases, the durability improves. From the analysis results, the PV value decreases as the R1 value decreases. However, when the R1 value is 0.071 or less, the decrease in the PV value slows down. The B type (cage offset product) is advantageous because a small R1 value can be obtained. Further, the PV value of the inner
次に図10は、作動角46°でトルク250Nmを負荷したときの解析結果からのトラック深さを示している。図10において、□は反トラック方向ケージオフセットのBタイプであり、R1=0.071であり、R2=0.0095であり、R3=0.167である(つまり、B1タイプである)。●はケージオフセット無しのAタイプであり、R1=0.087とし、R2=0とし、特に、○はR3=0.167である(つまり、A2タイプである)。▲はケージオフセット無しのAタイプであり、R1=0.096、R2=0とし、特に、△はR3=0.221である(つまりA1タイプである)。 Next, FIG. 10 shows the track depth from the analysis result when a torque of 250 Nm is applied at an operating angle of 46 °. In FIG. 10, □ is the B type of the anti-track direction cage offset, R1 = 0.071, R2 = 0.0005, and R3 = 0.167 (that is, the B1 type). ● is A type without cage offset, R1 = 0.087, R2 = 0, in particular, ○ is R3 = 0.167 (that is, A2 type). ▲ is A type without cage offset, R1 = 0.996, R2 = 0, and in particular, △ is R3 = 0.221 (that is, A1 type).
このように、作動角46°においては、R3値が大きいほどトラック深さは深くなり、またR1値については小さいほどトラック深さは深くなる。R1値0.087では、R3値が0.07になると従来と同等の深さとなる。 Thus, at an operating angle of 46 °, the greater the R3 value, the deeper the track depth, and the smaller the R1 value, the deeper the track depth. At the R1 value of 0.087, when the R3 value is 0.07, the depth is the same as the conventional depth.
なお、従来品と前記各発明品のタイプ別のR1、R2、R3の値、およびケージオフセットの種類を表1に示した。また、従来におけるR1、R2、R3も、比R1(=F/Rt)であり、比R2(=fc/R)であり、比R3(=fr/Rt)である。
前記図5から図10から分かるように、R1の好適の範囲では、Aタイプでは、0.061〜0.087であり、Bタイプでは、0.044〜0.087である。この場合の下界値は、図6から分かるように、作動性の限界値である。上限値は、後述する常用角耐久試験結果及びトラック深さが従来品以上に確保できる範囲である。特に、Aタイプでは、0.061〜0.071とし、Bタイプでは、0.044〜0.071とするのがさらに好適な範囲となる。これは、図9から、PV値が従来品以下となる範囲としている。この上限範囲とすることでさらにトラック深さが大きくなりさらに耐久性が向上する。 As can be seen from FIGS. 5 to 10, in the preferred range of R1, the A type is 0.061 to 0.087, and the B type is 0.044 to 0.087. The lower bound value in this case is the limit value of operability, as can be seen from FIG. The upper limit is a range in which a normal angle durability test result and a track depth, which will be described later, can be secured more than the conventional products. In particular, 0.061 to 0.071 for the A type and 0.044 to 0.071 for the B type are more preferable ranges. This is a range in which the PV value is below the conventional product from FIG. By setting the upper limit range, the track depth is further increased and the durability is further improved.
R2としては0.01以下が好ましい。R2が0.01を越えると、ケージ38の開口側(継手開口側)の肉厚が薄くなり、強度が低下するおそれがあるからである。
R2 is preferably 0.01 or less. This is because if R2 exceeds 0.01, the wall thickness on the opening side (joint opening side) of the
R3としては0.07〜0.19が好ましい。すなわち、図10から分かるように、好適なR1値の0.087において、トラック深さを従来品なみに確保できる範囲の0.07以上とする。また、後述する常用角耐久時のトラック深さから従来品並みに確保できる0.19以下とする(図8参照)。特に、R3を0.15〜0.19とするのがより好ましい。0.15は、図10における本発明品A1のトラック深さのレベルをR1=0.087に対応するR3値としたものである。 R3 is preferably 0.07 to 0.19. That is, as can be seen from FIG. 10, at a suitable R1 value of 0.087, the track depth is set to 0.07 or more, which is assured as in the conventional product. In addition, it is set to 0.19 or less that can be secured to the level of the conventional product from the track depth at the time of normal angle durability described later (see FIG. 8). In particular, R3 is more preferably 0.15 to 0.19. 0.15 is the R3 value corresponding to R1 = 0.087 for the track depth level of the product A1 of the present invention in FIG.
最大作動角(50度程度)を取ったときであっても、この等速自在継手では、R4(F/fr)≧[tan(θmax)/2]に設定しているので、ケージの回転力が抑制され釣り合った状態となって、安定した状態を維持できる。また、R4を増加させると球面力が増加する関係がある。球面力の増加は発熱量の増加につながり、高角度の耐久性の低下につながる。したがって、R4は出来る限り小さく設定することが必要であり、この場合、R4(F/fr)≦tan[(θmax+5)/2)]と設定するのが好ましく、R4=tan(θmax/2)が最適である。 Even when the maximum operating angle (about 50 degrees) is taken, in this constant velocity universal joint, R4 (F / fr) ≧ [tan (θmax) / 2] is set, so the rotational force of the cage Is suppressed and balanced, and a stable state can be maintained. Further, there is a relation that the spherical force increases when R4 is increased. An increase in spherical force leads to an increase in the amount of heat generated, leading to a decrease in durability at high angles. Therefore, it is necessary to set R4 as small as possible. In this case, it is preferable to set R4 (F / fr) ≦ tan [(θmax + 5) / 2)], and R4 = tan (θmax / 2) is satisfied. Is optimal.
最大作動角(50度程度)を取ったときに、R4<tan[(θmax)/2]であれば、図11に示すように、ボール37からの力F1が作用し、ケージ38に回転力が作用して、不安定な状態となる。これに対して、最大作動角(50度程度)を取ったときに、[tan(θmax)/2]≦R4≦tan[(θmax+5)/2]であれば、外側継手部材33の最も奥側に位置するボール37のくさび角(開放角)が継手開口側を向くことになる。このため、図12に示すように、ボール37からの力F2が作用し、ケージ38の回転力が抑制され、釣り合った状態となる。
If R4 <tan [(θmax) / 2] when the maximum operating angle is taken (about 50 degrees), as shown in FIG. 11, a force F1 from the
本発明によれば、高作動角時においてケージ38に作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られる。高作動角時において外側継手部材の奥側の許容負荷が増えるため、トラック壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。このため、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。
According to the present invention, the load acting on the
また、外側継手部材33のトラック溝32の中心(曲線部の曲率中心)に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝32の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝32の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボール37がトラック溝32の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝32の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボール37とトラック溝32との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝32のエッジ線と重なるトルクである。
Further, by providing a radial offset at the center of the
常用角では、従来並みのトラック深さを確保でき、耐久性は従来と同等かそれ以上となる。特にR1=0.071以下とするとトラック深さはより深く、PV値も低くなり耐久性が向上する。このように、この固定型の等速自在継手では、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。また、R1=0.087以下として従来品より低い値とすると、軸方向のボール37からケージ38への荷重および、ボール37の半径方向移動量が減少するなどにより効率が向上する。このため、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト用に最適となる。
With the regular angle, the track depth can be secured as usual, and the durability is equal to or higher than the conventional one. In particular, if R1 = 0.071 or less, the track depth is deeper, the PV value is lowered, and the durability is improved. As described above, the fixed type constant velocity universal joint can be applied to high durability requirements, so that the size can be reduced, the weight can be reduced, and the cost can be reduced. Further, when R1 = 0.087 or less and a lower value than the conventional product, the efficiency is improved by reducing the load from the
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、軸方向オフセット量、径方向オフセット量、ケージオフセット量等は、R1、R2、及びR3が前記最適な値となる範囲で任意に設定できる。また、半径方向オフセットによる作動性の向上によりR1値を低く設定できることから、ケージ38の外球面中心O4を継手中心Ojよりも外側継手部材33のトラック溝32の中心O2側に配置するとともに、ケージ38の内球面中心O3が継手中心Ojよりも内側継手部材36のトラック溝35の中心O1側に配置するものであってもよい。本発明にかかる固定型等速自在継手は、ドライブシャフト用に限るものではなく、プロペラシャフト、さらには他の各種の産業機械の動力伝達系に使用できる。なお、図1に示す固定型等速自在継手であっても、図3に示す固定型等速自在継手であっても、トラック溝32,35の曲線部を単一円弧としているが、複数の円弧でもって形成してもよい。曲線部を単一円弧であれば、加工が容易で製造コストが安価となる利点がある。
As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the axial offset amount, the radial offset amount, the cage offset amount, etc. , R1, R2, and R3 can be arbitrarily set within a range where the optimum values are obtained. Further, since the R1 value can be set low by improving the operability due to the radial offset, the outer spherical surface center O4 of the
尚、これらのトラック溝形状は軸方向に垂直な平面に輪切りとし、円(P.C.D.)測定しP.C.D.と軸方向高さ寸法によって管理される。また、通常の量産時には、外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝のストレート部径を規定することで簡易的な管理が可能となる。 These track groove shapes are cut into a plane perpendicular to the axial direction, measured by a circle (PCD), and controlled by PCD and the axial height dimension. Further, during normal mass production, simple management is possible by defining the diameters of the straight portions of the track grooves of the outer joint member and the inner joint member.
31 内径面
32,35 トラック溝
32a 奥側トラック溝
32b 開口側トラック溝
33 外側継手部材
34 外径面
35 トラック溝
35a 奥側トラック溝
35b 開口側トラック溝
36 内側継手部材
37 トルク伝達ボール
38 ケージ
38a 外球面
38b 内球面
31 Inner diameter surfaces 32, 35
Claims (10)
継手の作動角が0°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、
前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、かつ、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をFとしたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をfrとし、最大作動角を50degとしたときに、Fとfrとの比R4(=F/fr)がR4≧0.466であることを特徴とする固定型等速自在継手。 An outer joint member formed with an axially extending track groove on the inner diameter surface, an inner joint member formed with an axially extending track groove on the outer diameter surface, an outer joint member track groove and an inner joint member corresponding thereto. A torque transmission ball disposed on each of the torque transmission ball tracks formed in cooperation with the track groove, and a cage having a pocket for holding the torque transmission ball, the track groove bottom surface of the outer joint member and the inner joint member An undercut-free type fixed constant velocity universal joint with a curved part and a straight part on the bottom of the track groove,
In a state where the operating angle of the joint is 0 °, a straight line including the axis of the outer joint member and the axis of the inner member is a joint center axis, a plane including the center of the torque transmission ball is perpendicular to the joint center axis. When using the joint center plane,
The center of the track groove of the outer joint member and the center of the track groove of the inner joint member are spaced apart from both sides of the joint center surface in the axial direction, and the radius from the joint center axis to the track grooves. When the distance in the axial direction between the center of the track groove of the outer joint member or the center of the track groove of the inner joint member and the joint center plane is F, When the radial offset amount, which is the distance from the center of the track groove of the joint member or the center of the track groove of the inner joint member to the joint center axis line, is fr, and the maximum operating angle is 50 deg, F and fr A fixed type constant velocity universal joint, wherein the ratio R4 (= F / fr) is R4 ≧ 0.466.
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