JP2013194765A - Differential unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車のディファレンシャルユニットに関し、特に、円すいころ軸受で回転可能に支持されるピニオン軸を有するディファレンシャルユニットに関する。 The present invention relates to an automobile differential unit, and more particularly, to a differential unit having a pinion shaft that is rotatably supported by a tapered roller bearing.
自動車の動力伝達系の途中に設けて、プロペラシャフトの回転を減速すると同時に、回転方向を直角に変換するディファレンシャルギヤを含むディファレンシャルユニットは、一般的に図1に示すように構成される。 A differential unit including a differential gear that is provided in the middle of a power transmission system of an automobile and decelerates the rotation of the propeller shaft and simultaneously changes the rotation direction to a right angle is configured as shown in FIG.
ケーシング1の内側前寄り(図1の右寄り)部分にはピニオン軸2を配設している。このピニオン軸2の前端部(図1の右端部)で上記ケーシング1の前端開口部から突出した部分に固設した結合フランジ3には、図示しないプロペラシャフトの後端部を連結自在で
ある。又、上記ピニオン軸2の後端部(図1の左端部)には減速小歯車4を固定し、この減速小歯車4と減速大歯車5とを互いに噛合させている。
A
この減速大歯車5は、上記ケーシング1の後部(図1の左部)内側に、回転のみ自在に支持されている。又、上記ピニオン軸2の中間部前後2個所位置は、前後1対の円錐ころ軸受6a、6bにより、上記ケーシング1に対して回転自在に支持している。
The reduction gear 5 is supported on the inside of the rear portion (left portion in FIG. 1) of the
これら各円錐ころ軸受6a、6bは、それぞれ1個ずつの外輪7a、7b及び内輪8a、8bと、それぞれ複数個ずつの円錐ころ9a、9bとから構成されている。外輪7a、7bの内周面には円錐凹面状の外輪軌道10a、10bが、内輪8a、8bの外周面には円錐凸面状の内輪軌道11a、11bが、それぞれ形成されている。
Each of these
上記外輪7a、7bは上記ケーシング1の一部に内嵌固定し、上記内輪8a、8bは上記ピニオン軸2の中間部前後2個所位置に外嵌固定している。この構成及び予圧付与のための構成について図2を用いて説明する。
The
図2は、各円錐ころ軸受6a、6bの位置決めと、各円錐ころ軸受6a、6bへの予圧付与における従来からの構成を説明するための図である。ケーシング1に円錐ころ軸受収容部として設けられた段部1bに上記外輪7a、7bを内嵌固定し、ケーシング1の段部1a、1bと上記外輪7a、7bの端面を突き当てている。
FIG. 2 is a diagram for explaining a conventional configuration in positioning of the
内輪8aと8bは上記の通りピニオン軸2に外嵌固定されている。更に、内輪8aと8bとの間には、スペーサ12が介在している。スペーサ12は図示の通り、円筒管形状の中央部に半径方向に膨出した部分を有している。
The
円錐ころ軸受6a、6bへの予圧は、ピニオン軸2の軸端に設けられているねじ部に装着されたナット15を所定の位置まで回転させることにより付与される。ナット15を締め付けることにより、前記スペーサ12の膨出した部分が圧縮方向に変形する。このときの反力により、円錐ころ軸受6a、6bの内輪8a、8bが所定の位置に位置決めされる。すなわち、ケーシング1の段部1a、1bの位置との兼ね合いにより所定の予圧が付与された状態で円錐ころ軸受6a、6bが位置決めされる。
The preload to the
ところで、近年、自動車の燃費向上の要求が更に強くなっており、これに対応するため、ディファレンシャルユニットにおいても、いわゆるトルク損失の低減が要求されてきている。 By the way, in recent years, the demand for improving the fuel efficiency of automobiles has become stronger, and in order to meet this demand, reduction of so-called torque loss has been demanded also in differential units.
トルク損失の低減に関する先行技術としては、特許文献1に開示されている技術がある。これは、円錐ころ軸受の回転トルクを低減するために、円錐ころ軸受のころの長さを比較的短くし、接触角を所定の範囲に規定するものである。
As a prior art regarding the reduction of torque loss, there is a technique disclosed in
ここで、特許文献1に開示されている技術では、円錐ころの長さが短くなった分、円錐ころ軸受の幅寸法も小さくなり、ディファレンシャルユニットが多少なりとも小型化して重量低減には貢献する。重量の減少は燃費の向上につながるものである。
Here, in the technique disclosed in
しかしながら、円錐ころ軸受の幅寸法、即ちピニオン軸2に円錐ころ軸受6a、6bの内輪8a、8bが嵌め合わされている部分の軸方向長さも小さくなるため、特に、円錐ころ軸受6bの内輪8bが嵌め込まれているピニオン軸2の減速小歯車4側の剛性が低下することになり、好ましくない現象の原因となる場合がある。
However, since the width of the tapered roller bearing, that is, the axial length of the portion where the
例えば、円錐ころ軸受6bの内輪大つば部8cとピニオンギヤとの突き当て面4aとの当接面でのフレッチングの発生が考えられる。すなわち、図1、2に示す減速小歯車(ピニオンギヤ)4には、減速大歯車5との噛み合い回転の際に一定もしくは不定の方向の接線力、離反力、スラスト力がかかる。これらの力により、減速小歯車4を備えるピニオン軸2がベンディングする力を受けることになる。
For example, fretting may occur at the contact surface between the inner ring
ピニオン軸2がベンディングする力を受けたとき、ピニオン軸2とピニオンギヤ4との接続部の剛性が弱いと、減速小歯車が短い周期で捩れることになる。そのため上記フレッチングの発生の原因となるが、円錐ころ軸受6bの内輪大つば部8cを含めて内輪8bが十分な軸方向長さを持っていれば、ピニオン軸2と減速小歯車4との接続部の剛性を高める効果があるため、前記フレッチングの発生は抑えられる。
When the
本発明は、前記問題の発生の可能性に鑑み、ディファレンシャルユニットを構成する円錐ころ軸受において、例えば、円錐ころ軸受のころの長さを比較的短くし、接触角を所定の範囲に規定する所謂低トルク仕様を採用した場合であっても、かかるフレッチング等の問題の発生を効果的に抑制することを課題とする。 In view of the possibility of occurrence of the above-mentioned problem, the present invention is a so-called tapered roller bearing that constitutes a differential unit, in which, for example, the length of a roller of a tapered roller bearing is relatively short and the contact angle is defined within a predetermined range. Even when the low torque specification is adopted, it is an object to effectively suppress the occurrence of such problems as fretting.
本発明は上記課題を解決するために、前端部をプロペラシャフトの後端部に連結自在とし、後端部に減速大歯車と噛合う減速小歯車を固定したピニオン軸の中間部前後2箇所位置をケーシングに対して回転自在に支持する円錐ころ軸受を有するディファレンシャルユニットにおいて、前記円錐ころ軸受は、少なくとも内輪、外輪、転動体である円錐ころを備えており、前記内輪は大つば側端面と小つば側端面を有するものであり、2個の円錐ころ軸受の前記小つば側端面同士はスペーサにより押圧されているものであって、前記スペーサは、少なくとも3箇所の円筒状部分を備えるコラプシブルスペーサであることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention has two front and rear positions of the pinion shaft in which the front end portion is freely connectable to the rear end portion of the propeller shaft and the reduction small gear meshing with the reduction large gear is fixed to the rear end portion. In the differential unit having a tapered roller bearing that rotatably supports the casing, the tapered roller bearing includes at least an inner ring, an outer ring, and a tapered roller that is a rolling element, and the inner ring has a small end face and a small end face. A collapsible spacer having a collar side end surface, wherein the small collar side end surfaces of the two tapered roller bearings are pressed by a spacer, and the spacer includes at least three cylindrical portions. It is characterized by being.
上記構成においては、所定形状のスペーサにより円錐ころ軸受の小つば同士が常時押圧されているため、ピニオン軸の減速小歯車の端面と円錐ころ軸受の内輪の大つば側端面の接触状態が良好となり、フレッチング等の発生を好適に抑制することができる。 In the above configuration, since the small flanges of the tapered roller bearing are constantly pressed by the spacer having a predetermined shape, the contact state between the end surface of the reduction pinion of the pinion shaft and the large collar side end surface of the inner ring of the tapered roller bearing becomes good. The occurrence of fretting and the like can be suitably suppressed.
図3は、本発明の構成を説明する図である。基本的な構成は図2に示した構造と同様であるため、一般的な構造部分に関する詳細な説明は省略する。 FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the present invention. Since the basic configuration is the same as the structure shown in FIG. 2, a detailed description of a general structural portion is omitted.
本発明のディファレンシャルユニットの円錐ころ軸受6a、6bの内輪8a、8bの小つば側端面8f、8gは、相互にコラプシブルスペーサ13により常時押圧されている。すなわち、相互に軸力を与えている。
The small collar side end faces 8f, 8g of the
コラプシブルスペーサ13は、第一円筒部13a、第二円筒部13b、第三円筒部13cを有する。第一円筒部13aと第二円筒部13b、第二円筒部13bと第三円筒部13cは滑らかな曲線あるいは、滑らかな曲線と直線の組み合わせにより接続されている。
The
コラプシブルスペーサ13における第一円筒部13aの外径寸法は、減速小歯車4側の円錐ころ軸受の内輪8bの小つば側端面部8eの外径寸法より小さく、第一円筒部13aの内径寸法は内輪8bの小つば側端面部8eの内径寸法と同等か大きいことが好ましい。
The outer diameter of the first
また、コラプシブルスペーサ13における第三円筒部13cの外径寸法は、ピニオン軸2の軸端側円錐ころ軸受の内輪8aの小つば側端面部8hの外形寸法より小さく、第三円筒部13cの内径寸法は、ピニオン軸2の軸端側円錐ころ軸受の内輪8aの小つば側端面部8hの内径寸法と同等か大きいことが好ましい。
Further, the outer diameter dimension of the third cylindrical portion 13c in the
また、コラプシブルスペーサ13における第二円筒部13bの外形寸法は、第一円筒部13a、第三円筒部13cよりも大きいことが好ましい。
Moreover, it is preferable that the external dimension of the 2nd cylindrical part 13b in the
更に、コラプシブルスペーサ13における第二円筒部13bの軸方向長さは、第一円筒部13a、第三円筒部13cよりも短いことが好ましい。
Furthermore, it is preferable that the axial direction length of the 2nd cylindrical part 13b in the
また、コラプシブルスペーサ13の第一円筒部13aと第二円筒部13bとの接続部13dにおける曲げ部分の曲率は、軸方向で第一円筒部13a側の曲率が第二円筒部13b側の曲率よりも大きいことが好ましい。
Moreover, the curvature of the bending part in the
また、コラプシブルスペーサ13の第二円筒部13bと第三円筒部13cとの接続部13eにおける曲げ部分の曲率は、軸方向で第二円筒部13b側の曲率が第三円筒部13c側の曲率よりも小さいことが好ましい。
Further, the curvature of the bent portion in the connecting
前記コラプシブルスペーサ13の好適な形状により、コラプシブルスペーサ13が軸方向に圧縮された場合、もしくは、軸方向に伸張された場合においても、安定した荷重で円錐ころ軸受6a、6bの内輪8a、8bの小つば側端面同士を常時押圧することができる。そのため、例えば、ケーシング1の段部1b、1a間の距離が多少ばらついたとしても、2つの円錐ころ軸受に適正な予圧を付与した上で、円錐ころ軸受6a、6bの内輪8a、8bの小つば側端面同士を安定して押圧することができる。
Due to the preferred shape of the
前記コラプシブルスペーサ13としては、いわゆるばね鋼等の金属材料が好適に使用できる。また、前記した好ましい形態とするために、コラプシブルスペーサ13は、円錐ころ軸受6a、6bの内輪8a、8bの小つば側端面部の径方向厚さより薄い厚さを有する円筒状材料から成形することが好ましい。
As the
更に、前記コラプシブルスペーサ13の形状は、特に、小つば側端面同士に比較的高荷重をかける場合に好適である。すなわち、第一円筒部13aと第二円筒部13bとの接続部、及び、第二円筒部13bと第三円筒部13cとの接続部という、大まかに2つの変曲可能部を有しているため、高荷重にも好適である。また、前記構造は、荷重変化への追従性にも優れている。さらに、構造が簡単なため製造コストも低く抑えることが可能であり、耐久性にも優れる。
Furthermore, the shape of the
好ましくは、2つの円錐ころ軸受6a、6bの小つば側端面同士を3.5〜7トン、より好ましくは、4〜7トンの荷重で抑える。これにより、減速小歯車4の当接面4aと、減速小歯車4側の円錐ころ軸受6bの内輪8bの端面8dを好適に接触させ、かつ、ピニオン軸2におけるピニオン軸2と減速小歯車4との接続部分の剛性を強化することが可能となる。そのため、減速小歯車4と減速大歯車5の噛合いによる一定もしくは不定の方向の接線力、離反力、スラスト力がかかった場合においても、減速小歯車4を備えるピニオン軸2がベンディングすることを効果的に抑制できる。
Preferably, the small flange side end surfaces of the two tapered
更には、少なくとも円錐ころ軸受6a、6bの一方、好ましくは円錐ころ軸受6bの内輪8bとピニオン軸2との嵌めあいによる応力よりも大きい荷重で2つの円錐ころ軸受の小つば側端面同士を押圧することが好ましい。これにより、後に述べるいわゆる追従性が良好なものとなる。
Furthermore, at least one of the tapered
これらの効果により、前記したように、ディファレンシャルユニット稼動時におけるピニオン軸2のベンディングを効果的に抑制することができる。そのため、ピニオン軸2の当接面4aと端面8dとの間でのフレッチングの発生を抑制することができる。
Due to these effects, as described above, bending of the
更に、使用条件等により、ピニオン軸2のベンディングが発生した場合においても、前記したコラプシブルスペーサ13の構造は荷重変化への追従性に優れるため、ベンディングの発生に素早く追従しての内輪8bの押圧が可能である。そのため、ピニオン軸2の当接面4aと端面8dとの接触状態を安定したものとすることができ、結果的にフレッチングの発生を効果的に抑制できる。
Further, even when bending of the
更に、上記したコラプシブルスペーサ13を使用することにより、円錐ころ軸受6bの内輪の大つば部8cの軸方向長さ、さらには内輪8bの軸方向幅を、ピニオン軸2と減速小歯車4との接続部分に必要な剛性を確保した上で小さくすることも可能である。
Further, by using the
これにより、ユニットとしての軸方向寸法を大きくすることなく、あるいは、円錐ころ軸受の幅寸法を小さくしたうえで、円錐ころ軸受6bのころ9bを相対的に短くすることが可能となり、円錐ころ軸受のトルク(回転トルク)の低減ができる。言い換えれば、フレッチング等の発生を抑制しつつ、低トルク仕様の円錐ころ軸受の使用が可能となる。これらの構成は、当然であるが、円錐ころ軸受6aにも適用できる。
This makes it possible to relatively shorten the
ここで、上記好ましい実施形態について、いわゆる低トルク仕様の円錐ころ軸受を使用する場合も含めてまとめる。 Here, the preferred embodiment will be summarized including the case where a so-called low torque specification tapered roller bearing is used.
(I)前端部をプロペラシャフトの後端部に連結自在とし、後端部に減速大歯車と噛合う減速小歯車を固定したピニオン軸の中間部前後2箇所位置をケーシングに対して回転自在に支持する円錐ころ軸受を有するディファレンシャルユニットにおいて、前記円錐ころ軸受は、少なくとも内輪、外輪、転動体である円錐ころを備えており、前記内輪は大つば側端面と小つば側端面を有するものであり、2個の円錐ころ軸受の前記小つば側端面同士はスペーサにより常時押圧されて軸力が与えられているものである。これにより円錐ころ軸受の内輪8bの当接面8dと減速小歯車4の当接面4aとの間のフレッチングの発生を抑制できる。
(I) The front end portion can be freely connected to the rear end portion of the propeller shaft, and the two positions before and after the middle portion of the pinion shaft fixed to the rear end portion with a reduction gear that meshes with the reduction large gear can be rotated with respect to the casing. In the differential unit having a tapered roller bearing for supporting, the tapered roller bearing includes at least an inner ring, an outer ring, and a tapered roller as a rolling element, and the inner ring has a large collar side end surface and a small collar side end surface. The small flange side end surfaces of the two tapered roller bearings are always pressed by a spacer to be given an axial force. Thereby, generation | occurrence | production of the fretting between the
(II)前端部をプロペラシャフトの後端部に連結自在とし、後端部に減速大歯車と噛合う減速小歯車を固定したピニオン軸の中間部前後2箇所位置をケーシングに対して回転自在に支持する円錐ころ軸受を有するディファレンシャルユニットにおいて、前記円錐ころ軸受は、少なくとも内輪、外輪、転動体である円錐ころを備えており、前記内輪は大つば側端面と小つば側端面を有するものであり、2個の円錐ころ軸受の前記小つば側端面同士はスペーサにより押圧されているものであって、前記スペーサは、少なくとも3箇所の円筒状部分を備えるコラプシブルスペーサである。これにより、更に効果的に上記フレッチングを抑制できる。 (II) The front end portion can be freely connected to the rear end portion of the propeller shaft, and the position of two positions before and after the middle portion of the pinion shaft in which the reduction small gear meshing with the reduction large gear is fixed to the rear end portion is rotatable with respect to the casing. In the differential unit having a tapered roller bearing for supporting, the tapered roller bearing includes at least an inner ring, an outer ring, and a tapered roller as a rolling element, and the inner ring has a large collar side end surface and a small collar side end surface. The end surfaces on the small brim side of the two tapered roller bearings are pressed by a spacer, and the spacer is a collapsible spacer having at least three cylindrical portions. Thereby, the fretting can be more effectively suppressed.
(III)前記(I)もしくは(II)の円錐ころ軸受の少なくとも一方、好ましくは減速小歯車(4)側の円錐ころ軸受は、その接触角が26度以上、より好ましくは26〜28度である。これにより、フレッチング防止効果に加えて、回転トルクの低減効果を得ることができる。 (III) At least one of the tapered roller bearings of (I) or (II), preferably the tapered roller bearing on the reduction gear (4) side, has a contact angle of 26 degrees or more, more preferably 26 to 28 degrees. is there. Thereby, in addition to the effect of preventing fretting, an effect of reducing rotational torque can be obtained.
(IV)前記(I)〜(II)の円錐ころ軸受の少なくとも一方、好ましくは減速小歯車(4)側の円錐ころ軸受は、内輪内径(DB)と内輪幅(WB)の比(DB)/(WB)が、5/9〜6/9である。これにより、フレッチング防止効果に加えて、回転トルクの低減効果、さらには、ユニットとしての小型化の効果が期待できる。(III)との組み合わせも好適に採用できる。 (IV) At least one of the tapered roller bearings (I) to (II), preferably the tapered roller bearing on the reduction gear (4) side, has a ratio (DB) of an inner ring inner diameter (DB) to an inner ring width (WB). / (WB) is 5/9 to 6/9. Thereby, in addition to the effect of preventing fretting, an effect of reducing rotational torque and an effect of miniaturization as a unit can be expected. Combinations with (III) can also be suitably employed.
(V)前記(I)〜(II)の円錐ころ軸受の少なくとも一方、好ましくは減速小歯車(4)側は、円錐ころの大径側端部の直径(DA)と円錐ころの長さ(L)の比(DA)/(L)が0.5〜1.0である。これにより、更なる低トルク化が期待できる。前記(III)、(IV)との組み合わせも好適に採用できる。
(V) At least one of the tapered roller bearings (I) to (II), preferably the reduction gear (4) side, has a diameter (DA) of a large diameter side end of the tapered roller and a length of the tapered roller ( The ratio (DA) / (L) of L) is 0.5 to 1.0. Thereby, further reduction in torque can be expected. Combinations with (III) and (IV) can also be suitably employed.
(VI)前記(I)〜(II)の円錐ころ軸受の少なくとも一方、好ましくは減速小歯車(4)側は、当接面(8d)の当接面積を広くするために、いわゆる最小限の面取りが施されている。これにより安定した当接をさせることができ、更にフレッチングを抑制できる。前記(III)〜(V)との組み合わせも好適に採用できる。 (VI) At least one of the tapered roller bearings (I) to (II), preferably the reduction gear (4) side, is a so-called minimum in order to increase the contact area of the contact surface (8d). Chamfered. As a result, stable contact can be achieved, and fretting can be further suppressed. Combinations with the above (III) to (V) can also be suitably employed.
本発明は、ディファレンシャルユニットとして自動車のみならず、広く車両に使用することができる。 The present invention can be widely used not only for automobiles but also for vehicles as a differential unit.
1 ケーシング
2 ピニオン軸
3 結合フランジ
4 減速小歯車
5 減速大歯車
1
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