JP2014101984A - Constant velocity universal joint - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は等速自在継手に関する。 The present invention relates to a constant velocity universal joint.
等速自在継手は、角度変位だけが可能な固定式と、角度変位と軸方向変位(プランジング)が可能なしゅう動式とに大別され、用途に応じて適宜使い分けるようにしている。たとえば自動車のドライブシャフトの場合、車輪側(アウトボード)に固定式等速自在継手を使用し、ディファレンシャルギヤ側(インボード)にしゅう動式等速自在継手を使用する。 Constant velocity universal joints are roughly classified into a fixed type capable of only angular displacement and a sliding type capable of angular displacement and axial displacement (plunging), and is appropriately used depending on the application. For example, in the case of an automobile drive shaft, a fixed type constant velocity universal joint is used on the wheel side (outboard), and a sliding type constant velocity universal joint is used on the differential gear side (inboard).
しゅう動式等速自在継手の一例としてトリポード型等速自在継手が知られている。しかし、トリポード型等速自在継手は、部品点数が多い、内側継手部材と結合するシャフトの径寸法の割に継手の外径寸法が大きい、外側継手部材の内壁面の形状が複雑である、といった問題点を有する。これらの問題点を解消するため、特許文献1では、内側継手部材と外側継手部材の2部品からなり、トリポード型等速自在継手に比べて部品点数を大幅に減少させた等速自在継手が提案されている。その等速自在継手は、内側継手部材と、外側継手部材とからなり、内側継手部材は外側継手部材の内側に収容されている。外側継手部材の内壁面は、回転軸線に対して垂直な断面で見ると正六角形状で、回転軸線を含む断面で見ると回転軸線と平行な平坦面である。内側継手部材は、外側継手部材の内壁面を構成する各平坦面に対応した凸球面状の外周面を有する。このような構造であるため、内側継手部材と外側継手部材の相互間では、軸線方向の変位と角度変位(屈曲)が可能であるが、円周方向での相対移動は阻止され、したがってトルク伝達が可能である。 A tripod type constant velocity universal joint is known as an example of a sliding type constant velocity universal joint. However, the tripod type constant velocity universal joint has a large number of parts, the outer diameter of the joint is large relative to the diameter of the shaft coupled to the inner joint member, and the shape of the inner wall surface of the outer joint member is complicated. Has a problem. In order to solve these problems, Patent Document 1 proposes a constant velocity universal joint that consists of two parts, an inner joint member and an outer joint member, with a significantly reduced number of parts compared to the tripod type constant velocity universal joint. Has been. The constant velocity universal joint includes an inner joint member and an outer joint member, and the inner joint member is accommodated inside the outer joint member. The inner wall surface of the outer joint member has a regular hexagonal shape when viewed in a cross section perpendicular to the rotation axis, and is a flat surface parallel to the rotation axis when viewed in a cross section including the rotation axis. The inner joint member has a convex spherical outer peripheral surface corresponding to each flat surface constituting the inner wall surface of the outer joint member. Because of this structure, axial displacement and angular displacement (bending) are possible between the inner joint member and the outer joint member, but relative movement in the circumferential direction is prevented, and therefore torque transmission Is possible.
しかしながら、特許文献1のものでは、内側継手部材の凸球面状の外周面と、外側継手部材の内壁面の平坦面とが接触する。したがって、両者の接触部は点接触となる。そのため、接触部の面圧が非常に高くなり、接触部に損傷が生じやすい。かかる問題点を除去するため、特許文献2では、内側継手部材と外側継手部材との間に別途、トルク伝達部材を介在させることを提案している。これにより、特許文献1のものに比べて部品点数は増えるものの、接触部の面圧が低下し、継手寿命が向上する。 However, in the thing of patent document 1, the convex spherical outer peripheral surface of an inner joint member and the flat surface of the inner wall surface of an outer joint member contact. Therefore, the contact part of both becomes a point contact. Therefore, the surface pressure of the contact portion becomes very high, and the contact portion is easily damaged. In order to eliminate such a problem, Patent Document 2 proposes that a torque transmission member be separately provided between the inner joint member and the outer joint member. Thereby, although the number of parts increases compared with the thing of patent document 1, the surface pressure of a contact part falls and a joint lifetime improves.
特許文献2の等速自在継手は、内側継手部材と外側継手部材の間にトルク伝達部材を介在させることにより、特許文献1のものよりも接触部の面圧は低下するものの、その接触の形態は滑り接触であるため、依然、継手が作動角をとった状態で回転するときのスライド抵抗は転がり接触の場合に比較して大きい。とりわけ自動車のドライブシャフトやプロペラシャフトに用いる等速自在継手の場合、継手の耐久性およびNVH特性の改善といった観点から、スライド抵抗を減少させる必要がある。 In the constant velocity universal joint of Patent Document 2, the surface pressure of the contact portion is lower than that of Patent Document 1 by interposing a torque transmission member between the inner joint member and the outer joint member. Because of the sliding contact, the sliding resistance when the joint rotates at the operating angle is still larger than that of the rolling contact. In particular, in the case of a constant velocity universal joint used for an automobile drive shaft or propeller shaft, it is necessary to reduce slide resistance from the viewpoint of improving the durability of the joint and NVH characteristics.
この発明は、トリポード型でも、ボールを用いるタイプでもない、上に述べた特許文献2に記載されたタイプの等速自在継手において、トルク伝達部材と内側継手部材との間およびトルク伝達部材と外側継手部材との間における滑り接触部分の摩擦抵抗を減少させることを目的とする。 The present invention relates to a constant velocity universal joint of the type described in Patent Document 2 described above, which is neither a tripod type nor a type using a ball, and between the torque transmission member and the inner joint member and between the torque transmission member and the outer side. It aims at reducing the frictional resistance of the sliding contact part between joint members.
この発明は、トルク伝達部材の表面のうち、すくなくとも内側継手部材または外側継手部材と接触する部分を、内側継手部材および/または外側継手部材に対する摩擦係数の低い金属で形成することによって課題を解決した。すなわち、この発明の等速自在継手は、回転軸線に垂直な断面が六角形状の穴を有し、前記穴の内壁面が回転軸線に平行な平坦面である外側継手部材と、前記穴に収容され、外周面が球面状である内側継手部材と、前記外側継手部材の前記内壁面と前記内側継手部材の前記外周面との間に介在させた複数のトルク伝達部材とを有し、前記トルク伝達部材の表面のうち、前記内側継手部材または前記外側継手部材と接触する部分を、降伏強度が100MPa以上で、前記内側継手部材もしくは前記外側継手部材または両方に対する摩擦係数の低い金属で形成したものである。 The present invention solves the problem by forming at least a portion of the surface of the torque transmission member that contacts the inner joint member or the outer joint member with a metal having a low coefficient of friction with respect to the inner joint member and / or the outer joint member. . That is, the constant velocity universal joint of the present invention includes an outer joint member having a hexagonal hole in a cross section perpendicular to the rotation axis, and an inner wall surface of the hole being a flat surface parallel to the rotation axis, and is accommodated in the hole. An inner joint member having a spherical outer peripheral surface, and a plurality of torque transmission members interposed between the inner wall surface of the outer joint member and the outer peripheral surface of the inner joint member, and the torque Of the surface of the transmission member, the portion that comes into contact with the inner joint member or the outer joint member is made of a metal having a yield strength of 100 MPa or more and a low friction coefficient with respect to the inner joint member or the outer joint member or both. It is.
簡略化のため、「内側継手部材もしくは外側継手部材または両方」を以下では「内側継手部材および/または外側継手部材」と表記する。トルク伝達部材は、内側継手部材と接触する側と、外側継手部材と接触する側の、二つの面を有する。そして、「内側継手部材および外側継手部材」というときはそれらの両面が対象であり、「内側継手部材または外側継手部材」というときはどちらか片面が対象であることを意味する。 For the sake of simplicity, “inner joint member or outer joint member or both” will hereinafter be referred to as “inner joint member and / or outer joint member”. The torque transmission member has two surfaces, a side in contact with the inner joint member and a side in contact with the outer joint member. And when it says "an inner joint member and an outer joint member", those both surfaces are object, and when it says "an inner joint member or an outer joint member", it means that either one side is object.
内側継手部材および/または外側継手部材に対する摩擦係数の低い金属であれば種類は問わないが、もちろん合金も含まれる。たとえば銅合金、好ましくは黄銅、より好ましくは高力黄銅であり、具体例としては高力黄銅鋳物1種CAC301(旧記号HBsC1)(JIS H 5120:97)を挙げることができる。これらの金属材料の摩擦係数は、通常内側継手部材と外側継手部材に用いられる炭素鋼に比べて十分低い。
トルク伝達部材の表面のみそのような金属材料で形成するほか、トルク伝達部材全体をそのような金属材料で形成してもよい。また、トルク伝達部材の表面から芯部に向かって2以上の層状とした多層構造としてもよい。
Any metal may be used as long as it has a low coefficient of friction with respect to the inner joint member and / or the outer joint member. For example, it is a copper alloy, preferably brass, more preferably high-strength brass, and specific examples thereof include high-strength brass casting type 1 CAC301 (old symbol HBsC1) (JIS H 5120: 97). The friction coefficient of these metal materials is sufficiently lower than that of carbon steel usually used for the inner joint member and the outer joint member.
In addition to forming only the surface of the torque transmission member with such a metal material, the entire torque transmission member may be formed with such a metal material. Moreover, it is good also as a multilayered structure made into two or more layers from the surface of a torque transmission member toward a core part.
また、トルク伝達部材と内側継手部材との間およびトルク伝達部材と外側継手部材との間の接触は弾性変形の範疇であることが好ましく、そのためにトルク伝達部材を構成する金属材料は100MPa以上の降伏強さまたは降伏強度(塑性変形が始まる点すなわち降伏点における応力)を有するものとする。等速自在継手の入力トルクや内部部品の設計によってトルク伝達部材に作用する応力は変わってくるが、たとえばドライブシャフトとしての使用を想定した場合、100MPa以上の降伏強度がないと、高い入力トルクや高作動角を取ったときにトルク伝達部材が変形する可能性がある。 Further, the contact between the torque transmission member and the inner joint member and between the torque transmission member and the outer joint member is preferably in the category of elastic deformation, and for this purpose, the metal material constituting the torque transmission member is 100 MPa or more. It shall have yield strength or yield strength (stress at the point where plastic deformation begins, ie yield point). Although the stress acting on the torque transmission member varies depending on the input torque of the constant velocity universal joint and the design of the internal parts, for example, assuming use as a drive shaft, if there is no yield strength of 100 MPa or higher, The torque transmission member may be deformed when a high operating angle is taken.
この発明によれば、トルク伝達部材の表面を内側継手部材および/または外側継手部材に対する摩擦係数の低い金属で構成することにより、内側継手部材とトルク伝達部材との間および外側継手部材とトルク伝達部材との間の摩擦力が低減し、振動特性の面でも有利となる。
また、従来の等速自在継手では、高面圧であることから、少なくとも接触部位に熱処理による硬化層を形成する必要があるところ、この発明によれば、低面圧であるため、熱処理しなくても必要な降伏強度を有する限り、熱処理を省略することができる。
According to the present invention, the surface of the torque transmission member is made of a metal having a low coefficient of friction with respect to the inner joint member and / or the outer joint member, so that the torque is transmitted between the inner joint member and the torque transmission member and between the outer joint member and the torque transmission. The frictional force with the member is reduced, which is advantageous in terms of vibration characteristics.
In addition, since the conventional constant velocity universal joint has a high surface pressure, it is necessary to form a hardened layer by heat treatment at least at the contact portion. According to the present invention, since the surface pressure is low, no heat treatment is performed. However, as long as it has the required yield strength, the heat treatment can be omitted.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
ここで、図1は作動角0の状態における等速自在継手を、外側継手部材の開口端面側から見た図である。図2は、図1のII−II線に沿う、等速自在継手が最大作動角θmaxをとった状態の縦断面を示している。図2中の符号Oは継手中心を表し、符号P‐Pは外側継手部材の回転軸線すなわち、継手中心Oを通り図1の紙面に対して垂直な線を表す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Here, FIG. 1 is a view of the constant velocity universal joint in a state where the operating angle is 0 as viewed from the opening end face side of the outer joint member. FIG. 2 shows a longitudinal section of the constant velocity universal joint taken at the maximum operating angle θmax along the line II-II in FIG. The symbol O in FIG. 2 represents the joint center, and the symbol PP represents a rotation axis of the outer joint member, that is, a line perpendicular to the paper surface of FIG.
図1および図2に示すように、等速自在継手は、内側継手部材10と、外側継手部材20と、トルク伝達部材30を主要な構成要素としている。内側継手部材10は外側継手部材20の内側に位置し、両者間に複数のトルク伝達部材30が介在している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the constant velocity universal joint includes an
内側継手部材10は、軸心に軸方向の貫通孔12を有し、この貫通孔12にはセレーション孔14が形成してある(図4参照)。そして、このセレーション孔14にシャフト18のセレーション軸を挿入して両者をトルク伝達可能に結合するようになっている。周知のように、セレーションに代えてスプラインその他の凹凸結合を採用することも可能である。
The
内側継手部材10の外周面には複数の内側トルク伝達面16が形成してある。図1、3、4の場合、合計6面の内側トルク伝達面16(a)〜16(c)がある。各内側トルク伝達面16は凸球面状である。内側継手部材10の回転軸線を含む断面すなわち縦断面(図2参照)で見ると、内側トルク伝達面16は継手中心Oを曲率中心とする円弧である。したがって、内側トルク伝達面16の曲率中心は回転軸線上にある。また、横断面(図3参照)で見ると、ピッチ円PC上に等間隔で配置した点C(a)〜C(c)のいずれかを曲率中心とする半径rの円弧である。ピッチ円PCは、継手中心面(継手中心Oを含み回転軸線に垂直な平面)上で継手中心Oを中心とする円であり、その半径r0は継手の使用条件(特に負荷条件)によって定まる。
A plurality of inner
より具体的に述べると、点C(a)を挟んで対向する一対の内側トルク伝達面16(a)は、点C(a)を曲率中心とする円弧であると同時に点C(a)を中心とする球面の一部でもある。同様に、点C(b)を挟んで対向する一対の内側トルク伝達面16(b)は、点C(b)を曲率中心とする円弧であると同時に点C(b)を中心とする球面の一部である。また、点C(c)を挟んで対向する一対の内側トルク伝達面16(c)は、点C(c)を曲率中心とする円弧であると同時に点C(c)を中心とする球面の一部である。このように、内側トルク伝達面16は、曲率中心(C(a)、C(b)またはC(c))を共通にするもの同士を一組として3組で構成される。
More specifically, the pair of inner torque transmission surfaces 16 (a) facing each other across the point C (a) is an arc having the center of curvature at the point C (a) and at the same time the point C (a). It is also part of the spherical surface at the center. Similarly, the pair of inner torque transmission surfaces 16 (b) facing each other across the point C (b) are arcs having the center of curvature at the point C (b) and at the same time spherical surfaces having the center at the point C (b). Is part of. Further, the pair of inner torque transmission surfaces 16 (c) facing each other across the point C (c) is a circular arc having the center of curvature at the point C (c) and at the same time a spherical surface having the center at the point C (c). It is a part. Thus, the inner
円周方向で隣り合った二つの内側トルク伝達面16は、大径端縁同士を突き合わせて稜線を形成している。図3に関して述べるならば、同図の下部に、内側トルク伝達面16(b)と内側トルク伝達面16(c)とで形成される稜(隣り合う二つの面が交わった所に生じる線分または半直線)が同図の上下方向に走る直線として現れており、そこから反時計方向に120度進んだ位置に内側トルク伝達面16(a)と内側トルク伝達面16(b)とで形成される稜があり、さらにそこから反時計方向に120度進んだ位置に内側トルク伝達面16(c)と内側トルク伝達面16(a)とで形成される稜がある。このようにして、3組の内側トルク伝達面16(b)(c)、16(a)(b)、16(c)(a)がそれぞれ稜を形成している。内側継手部材10の外周の、稜と稜の間の部分は、内側継手部材10の強度や加工上の配慮をした上で、任意の形状とすることができる。
Two inner torque transmission surfaces 16 adjacent to each other in the circumferential direction face each other with large-diameter end edges to form ridge lines. Referring to FIG. 3, a ridge formed by the inner torque transmission surface 16 (b) and the inner torque transmission surface 16 (c) (a line segment formed at the intersection of two adjacent surfaces is shown at the bottom of the figure. Or a half straight line) appears as a straight line running in the vertical direction in the figure, and is formed by the inner torque transmission surface 16 (a) and the inner torque transmission surface 16 (b) at a position advanced 120 degrees counterclockwise therefrom. There is a ridge formed by the inner torque transmission surface 16 (c) and the inner torque transmission surface 16 (a) at a position advanced 120 degrees counterclockwise therefrom. In this way, the three sets of inner torque transmission surfaces 16 (b) (c), 16 (a) (b), 16 (c) (a) each form a ridge. A portion between the ridges on the outer periphery of the inner
外側継手部材20は、図1および図2に示すように、カップ状のマウス部22と、マウス部22の底から延びたステム部28とからなり、ステム部28に形成したセレーション軸で他のシャフト(図示せず)とトルク伝達可能に結合するようになっている。ここでも、セレーションに代えてスプラインその他の凹凸結合を採用することも可能である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the outer
外側継手部材20のマウス部22は一端で開口した穴24を有し、その穴24の内壁面は、図1からわかるように、外側継手部材20の回転軸線P‐Pに垂直な断面で見て、正多角形状(図示例では正六角形)である。穴24の内壁面を構成するそれぞれの面26は外側継手部材20の回転軸線P‐Pと平行な平坦面である。この面26を、上述の内側トルク伝達面16に対して外側トルク伝達面と呼ぶこととする。なお、外側トルク伝達面26は、外側継手部材20の回転軸線P‐Pに垂直な断面で見て、文字どおり平坦(ストレート)とするほか、大きな曲率半径の円弧としてもよい。その場合、外側トルク伝達面26は回転軸線P‐Pと平行な部分円筒面となる。
The
図2に示すように、外側トルク伝達面26には、軸方向の2箇所に、クリップ25を装着するための周方向の溝が形成してある。なお、図1ではその溝を破線で示し、クリップ25は省略してある。ここではクリップ25の輪郭も正六角形で、弾性変形を利用して取り付け、取り外しができるように、周方向の一ヶ所で分断してある。図1はクリップ25を取り外した状態を示している。クリップ25は後に述べるトルク伝達部材30のしゅう動範囲を規定する役割を果たす。
As shown in FIG. 2, the outer
内側トルク伝達面16と外側トルク伝達面26は対をなし、図示した例では6対存在する。各対の内側トルク伝達面16と外側トルク伝達面26は、互いに対向して相互間にくさび空間36を形成する。内側継手部材10と外側継手部材20との間に介在させるトルク伝達部材30は、上記くさび空間36に配置する。図5に例示したトルク伝達部材30は略円形(図5(B)参照)のボタン状である。内側継手部材10と接触する面を内側面32、外側継手部材20と接触する面を外側面34と呼ぶこととする。内側面32は凹球面状で、内側継手部材10の凸球面状の内側トルク伝達面16と球面接触する。図1および図2では両者の曲率半径は同じであるかのように示してあるが、必ずしも同じである必要はなく、たとえばトルク伝達部材30の内側面32の曲率半径を内側トルク伝達面16の曲率半径よりも小さくしてもよい。また、両者の曲率中心を適宜オフセットさせてもよい。
The inner
トルク伝達部材30の外側面34は、外側継手部材20の平坦面状の外側トルク伝達面26と接触する。なお、図1では簡略化のため外側トルク伝達面34は平坦面であるかのように示してある。図5(A)は外側面34を凸球面とした例を示し、符号SRは外側面34の凸球面の曲率半径を表している。この場合、外側面34と外側トルク伝達面26との接触関係が点接触となるため、外周に向かってくさび状に開口したすきまが形成される。したがって、周囲の潤滑剤を引き込んで、接触部に潤滑剤を潤沢に供給することができる。
The
外側面34の凸球面の曲率半径SRを小さくするほど面圧が高くなる。そのため、面圧があまり高くならないようにしつつ、外周に向かってくさび状に開口したすきまを形成させる必要がある。しかも、外側継手部材20の外側トルク伝達面26のうちの対向する2面間の距離は、正六角形の内壁面に内接する円の直径に相当するため、当該2面間距離の半分よりも曲率半径SRを小さくすると、内側継手部材10と外側継手部材20の相対回転を許容してしまうおそれがある。しかし、それではトルク伝達という等速自在継手の基本的な機能を達成することができない。このような観点から、外側面34の凸球面の曲率半径SRは、外側継手部材20の外側トルク伝達面26のうちの対向する2面、具体的には、点C(a)、C(b)またはC(c)を挟んで対向する一対の外側トルク伝達面26(a)、26(b)または26(c)の対向する2面間の距離の半分よりも大きくするのが好ましく、より好ましくは、上記2面間距離の半分の5倍以上とする。
The surface pressure increases as the radius of curvature SR of the convex spherical surface of the
外側面34の凸球面の曲率半径SRは、上述のとおり外側継手部材20の外側トルク伝達面26のうちの対向する2面間の距離の半分よりも大きくすることにより、必然的に、内側トルク伝達面16の曲率半径よりも大きくなる。そのため、内側継手部材10と外側継手部材20との角度変位は内側トルク伝達面とトルク伝達部材との球面接触部分で行われることになる。したがって、継手の角度変位を内側継手部材10とトルク伝達部材30との間で許容し、継手の軸方向変位を外側継手部材20とトルク伝達部材30との間で許容する、といった分担が成り立ち、トルク伝達部材30の偏当たりによる偏摩耗を防ぎ、また、スライド抵抗の低減に寄与することができる。
As described above, the curvature radius SR of the convex spherical surface of the
一方、外側面34の凸球面の曲率半径SRは、最大負荷下で生じる接触円がトルク伝達部材30の外周からはみ出さないような設定、言い換えれば、接触円がトルク伝達部材30の外径よりも小さくなるような設定とするのが好ましい(接触円とは接触面の形状を意味する。転がり軸受の分野では玉軸受の軌道と玉との接触面が楕円形となることから接触楕円と呼ばれているが、トルク伝達部材30の外側面34が凸球面の場合、平坦面状の外側トルク伝達面26との接触面の形状は円となるため接触円という)。そのような設定のための具体的な条件を例示するならば、SR/r0<350とする。ここに、SRは凸球面の曲率半径、r0は内側継手部材10の内側トルク伝達面16の曲率中心C(a)〜C(c)を配置するピッチ円PCの半径を表す。
On the other hand, the curvature radius SR of the convex spherical surface of the
図5(C)に、トルク伝達部材30の凸球面状の外側面34の高さHを測定する方法を示す。想像線で示す円は、トルク伝達部材30の外周面と外側面34を滑らかにつなぐ丸みを表している。この円と外側面34の接線との交点38を求め、交点38から外側面34の頂点までの距離を高さHとする。この場合、高さHは、トルク伝達部材30の外周に向かってくさび状に開口するすきの開口部高さをも意味する。このすきまの開口部高さを例示するならば、グリース潤滑の場合、20〜300μm、好ましくは40〜80μmである。
FIG. 5C shows a method for measuring the height H of the convex spherical
図6はトルク伝達部材30の外側面34を凸円筒面とした例を示す。同図において、符号Rは凸円筒面状の外側面34の曲率半径を表す。この場合、凸円筒面状の外側面34と平坦面状の外側トルク伝達面26との接触関係は線接触となるため、周囲の潤滑剤を引き込んで、接触部に潤滑剤を潤沢に供給することができるという点で、上述の点接触の場合と同様の作用効果が得られる。
FIG. 6 shows an example in which the
凸曲面の例として上に挙げた凸球面や凸円筒面はいずれも回転体の一部であって、対称形であるが、必ずしもそのような対称形とする必要はない。また、いわゆるクラウニング形状とすることもできる。要するに、トルク伝達部材30の外側面34と外側継手部材20の外側トルク伝達面26との間に、トルク伝達部材30の外周に向かってくさび状に開口したすきまを形成することができる限り、任意の形状とすることができる。トルク伝達部材30の外形も、円形に限らず、多角形、矩形その他の任意の形状とすることができる。この意味で、ボタン状と称しても何ら外形を特定するものではない。
The convex spherical surface and the convex cylindrical surface mentioned above as examples of the convex curved surface are both a part of the rotating body and are symmetrical, but it is not always necessary to have such a symmetrical shape. Moreover, it can also be set as what is called a crowning shape. In short, as long as a clearance that opens in a wedge shape toward the outer periphery of the
内側継手部材10、外側継手部材20、トルク伝達部材30は、いずれも鋼等の金属材料で形成される。内側継手部材10の内側トルク伝達面16および外側継手部材20の外側トルク伝達面26には、高周波焼入れその他の表面硬化処理を施して耐摩耗性を向上させるのが望ましい。継手が作動角をとった状態で回転すると、トルク伝達部材30は外側継手部材20の回転軸線P‐P方向に外側トルク伝達面26上をしゅう動する。このとき、外側トルク伝達面26とトルク伝達部材30との間で滑りが生ずる。そのため、外側トルク伝達面26のうち、少なくともトルク伝達部材30がしゅう動する領域に、表面硬化処理による硬化層を設けることにより、外側トルク伝達面26の摩耗抑制に加えて、外側継手部材20の捩り強度を確保することができる。
The inner
等速自在継手は、内側継手部材10と外側継手部材20との間の空間にグリース等の潤滑剤を充填して使用する。そして、潤滑剤のもれ防止と、水その他の異物の侵入防止のため、ブーツを装着する。そのような等速自在継手用ブーツは周知であるため、詳細な説明は省略する。
The constant velocity universal joint is used by filling the space between the inner
上述の構成において、内側継手部材10と外側継手部材20は、角度変位と、軸方向変異と、両者が複合した変位とが可能である。角度変位は、縦断面(図2参照)における継手中心Oを中心として屈曲する内側継手部材10と外側継手部材20の相対運動である。軸方向変位は、内側継手部材20が外側継手部材10の回転軸線P‐P方向に移動する相対運動である。
In the above-described configuration, the inner
トルク伝達部材30の外側面34は外側トルク伝達面26に沿って外側継手部材20の軸線方向にしゅう動可能であるため、等速自在継手のプランジングも可能となる。プランジング量は図2に符号Aで示してある一対のクリップ25間の距離に相当する。つまり、トルク伝達部材30は、クリップ25と当接するとそれ以上の軸方向移動を阻止される。クリップ25間の距離Aを小さくして、トルク伝達部材30の軸方向両側をクリップ25で拘束すれば、プランジングを許容しない固定式の等速自在継手として使用することが可能となる。
Since the
そして、図2に示すように作動角θをとった状態で継手が回転すると、トルク伝達部材30を介して内側継手部材10の内側トルク伝達面16と外側継手部材20の外側トルク伝達面26との間でトルク伝達が行われる。トルク伝達中のトルク伝達部材30は、作動角に応じた一定ストロークで外側自在継手20の回転軸線P‐P方向に往復移動する。その際発生する摩擦によって、トルク伝達部材30をその中心線を中心として回転(自転)させる力が作用する。トルク伝達部材30が自転することにより、偏当たりによる偏摩耗の進行といった問題が生じないばかりでなく、潤滑剤を引き込むうえでも有利に作用する。
When the joint rotates with the operating angle θ taken as shown in FIG. 2, the inner
トルク伝達部材30の内側面32と内側トルク伝達面16は球面接触するため、当該接触部での面圧は高くない。トルク伝達部材30の外側面34と外側トルク伝達面26は点接触または線接触となるが、すでに述べたように、外側面34の曲率半径を適宜設定することにより、面圧があまり高くならないようにしつつ、トルク伝達部材30の外周に向かってくさび状に開口したすきまを形成することができる。このようにして形成されたすきまによる潤滑剤の引き込み作用で、滑り接触部に潤沢な潤滑剤が供給される。したがって、滑り接触部での摩耗を抑制して等速自在継手の長寿命化を達成するとともに低トルク化を図ることが可能となる。また、振動や異音の発生も防止することができ、車両搭載時のNVH特性の改善を図ることができる。
Since the
次に、トルク伝達部材30の材質について述べる。トルク伝達部材30の材料一般としては、鋼、黄銅、アルミ合金などを挙げることができるが、トルク伝達部材30の少なくとも表面を構成する材料としては、内側継手部材10および/または外側継手部材20に対する摩擦係数の低い金属を採用する。また、摩耗を防ぐ観点から、トルク伝達部材30の少なくとも表面を構成する金属は、内側継手部材10および/または外側継手部材20とは異種のものとし、「ともがね」を避けるのが好ましい。
Next, the material of the
そのような金属材料の一例として、すでに例示した黄銅が挙げられる。高力黄銅鋳物1種CAC301の主要成分(質量%)は、Al:0.5〜1.5、Fe:0.5〜1.5、Mn:0.1〜1.5、Zn:33.0〜42.0、残余がCuである。高力黄銅鋳物1種CAC301の場合、その降伏強度は400MPa程度である。降伏強度が400MPaの場合、ヘルツ接触の最大接触面圧が降伏強度を0.6で除した667MPa以下であれば、マクロ的には塑性変形は生じない。さらに、接触面表層の降伏強度を向上させる手段としては、たとえばECAP(Equal Channel Angular Pressing)法などが挙げられる。ECAP法は比較的大きな材料を均一に強塑性変形させて結晶粒径をサブミクロンからナノメトリック領域まで微細化することのできる塑性加工法であり、加工前後で材料の断面形状が同一であるのが特徴である。たとえばトルク伝達部材を最終的なボタン状に加工する前の棒状の素材にECAPを施すことができる。 As an example of such a metal material, the already exemplified brass can be cited. The main components (mass%) of the high strength brass casting type 1 CAC301 are Al: 0.5 to 1.5, Fe: 0.5 to 1.5, Mn: 0.1 to 1.5, Zn: 33. 0 to 42.0, the balance is Cu. In the case of the high-strength brass casting type 1 CAC301, the yield strength is about 400 MPa. When the yield strength is 400 MPa, if the maximum contact surface pressure of Hertz contact is 667 MPa or less obtained by dividing the yield strength by 0.6, plastic deformation does not occur macroscopically. Furthermore, as means for improving the yield strength of the contact surface layer, for example, an ECAP (Equal Channel Angular Pressing) method can be cited. The ECAP method is a plastic processing method in which relatively large materials can be uniformly and plastically deformed to refine the crystal grain size from submicron to nanometric range, and the cross-sectional shape of the material is the same before and after processing. Is a feature. For example, ECAP can be applied to a rod-shaped material before the torque transmission member is processed into a final button shape.
また、トルク伝達部材30は内側継手部材10および外側継手部材20に対してしゅう動する部品であるため、ヤング率(縦弾性係数)は35GPa以上であることが望ましい。ヤング率が35GPa未満であると、しゅう動部に大きな摩擦力が働いたときに変形するおそれがある。周知のとおり、ヤング率は垂直応力(断面に垂直な方向に生ずる応力)と縦ひずみ(材料の軸方向に荷重が加わったときに生じる軸方向の変形量ともとの長さとの比)との比をいう。
Further, since the
トルク伝達部材30の全体を、内側継手部材10および/または外側継手部材20に対する摩擦係数の低い金属で形成してもよいし、内側継手部材10または外側継手部材20に対してしゅう動する表面のみを内側継手部材10および/または外側継手部材20に対する摩擦係数の低い金属で形成してもよい。さらに、そのような表面の全部または一部のみを内側継手部材10および/または外側継手部材20に対する摩擦係数の低い金属で形成してもよい。たとえば、トルク伝達部材30の一部を内側継手部材10および/または外側継手部材20に対する摩擦係数の低い金属で形成し、しゅう動に関わらない部分は別の、たとえば安価な金属とすることができる。
The entire
トルク伝達部材30の表面のみをそのような金属で構成させる場合、一例として、トルク伝達部材30の母材表面に当該金属を被覆する方法がある。被覆の具体的な手段としては、めっき、溶射、化学蒸着、物理蒸着などが挙げられる。めっきの例としてはニッケル(合金)めっきやクロム(合金)めっきが挙げられる。溶射に用いる金属の例としては、ニッケル合金やニッケル−クロム合金といった金属のほか、酸化クロムや炭化クロムといった非金属が挙げられる。
When only the surface of the
あるいは、異種の材料を組み合わせる方法がある。組み合わせの例を図7および図8に示す。図7は、内側継手部材10とおよび外側継手部材20と接触する面(表面)のみ、内側継手部材10および/または外側継手部材20に対する摩擦係数の低い金属で形成し、内部はそれとは別の、安価な金属、たとえば機械構造用炭素鋼SCや一般構造用圧延鋼材SSとした例である。具体的には、内側継手部材10の内側トルク伝達面16と接触する内側面32と、外側継手部材20の外側トルク伝達面20と接触する面34に、内側継手部材10および外側継手部材20に対する摩擦係数の低い金属の層38aが表面に設けてある。したがって、図7のトルク伝達部材30は断面が3層になっている。図8は、トルク伝達部材30の中央のみを内側継手部材10および/または外側継手部材20に対する摩擦係数の低い金属38bで構成し、周囲はそれとは別の、安価な金属、たとえば機械構造用炭素鋼SCや一般構造用圧延鋼材SSとした例である。なお、図7、8に示すトルク伝達部材は削り出しや鍛造によって製造することができる。
Alternatively, there is a method of combining different materials. Examples of combinations are shown in FIGS. 7, only the surface (surface) that contacts the inner
サバン式摩擦摩耗試験機を用いて、摩擦を測定し、その経時的変化を確認する試験を行った(図9参照)。試験形態は平板状の試料を回転するリングの上部に押し付ける一方向すべりである。試料の材質は、高力黄銅鋳物1種CAC301(実施例)と非調質の機械構造用炭素鋼S30C(比較例)とである。リングは高炭素クロム軸受鋼SUJ2製で、転がり軸受の標準的な熱処理(焼入れ、焼戻し)を施した。潤滑方法は、粘度グレードVG2の潤滑油(Mobil Velocity Oil No. 3(VG2))を常温でフェルトパッドに浸み込ませ、それをリングの下部に押し付けた。表面粗さ(JIS B 0601:2001)は、試料が0.3μmRa、リングのしゅう動面(円筒面)は0.02μmRaとした。リングの回転方向は、試料の表面粗さに平行になるようにした。最大接触面圧は125MPa、リングの回転周速は3.8m/s、試験時間は10min(しゅう動距離2260m)とした。歪ケージにより試料の変位を検出し、動摩擦係数を算出した。 Using a Sabang friction and wear tester, the friction was measured, and a test for confirming the change with time was performed (see FIG. 9). The test form is a one-way slide in which a flat sample is pressed against the top of a rotating ring. The material of the sample is a high-strength brass casting type 1 CAC301 (Example) and a non-tempered carbon steel for mechanical structure S30C (Comparative Example). The ring was made of high carbon chrome bearing steel SUJ2 and subjected to standard heat treatment (quenching and tempering) of the rolling bearing. As a lubricating method, a viscosity grade VG2 lubricating oil (Mobil Velocity Oil No. 3 (VG2)) was immersed in a felt pad at room temperature and pressed against the lower part of the ring. The surface roughness (JIS B 0601: 2001) was 0.3 μmRa for the sample and 0.02 μmRa for the sliding surface (cylindrical surface) of the ring. The rotation direction of the ring was made parallel to the surface roughness of the sample. The maximum contact surface pressure was 125 MPa, the rotational peripheral speed of the ring was 3.8 m / s, and the test time was 10 min (sliding distance 2260 m). The displacement of the sample was detected by a strain cage, and the dynamic friction coefficient was calculated.
図9に摩擦係数の経時変化を示す。実施例は比較例に比べて、明らかに摩擦係数が終始小さかった。試験終了時の摩擦係数は、実施例が約0.002であったのに対して比較例は約0.025であった(約12.5倍)。この結果から、実施例は摩擦抵抗が小さく、したがって、しゅう動発熱が少なくなるといえる。 FIG. 9 shows the change over time in the friction coefficient. In the example, the friction coefficient was obviously smaller from the beginning than in the comparative example. The coefficient of friction at the end of the test was about 0.002 in the example, and about 0.025 in the comparative example (about 12.5 times). From this result, it can be said that the embodiment has a small frictional resistance, and therefore the sliding heat generation is reduced.
また、トルク伝達部材30に潤滑剤保持機構を設けることにより、接触部分の潤滑を促進し、摩耗や損傷の防止、摩擦力の低減を図ることができる。図10は、溝42の形態をした潤滑剤保持機構40の例を示す。溝42の本数は任意であるが、図10(A)は1条の例、図10(B)は直交2条の例を示す。もちろん3条以上の放射状の溝とすることも可能である。また、溝42に加えて潤滑剤溜まり44を設けてもよい。図10(C)は、直交した溝42の交差点に潤滑剤溜まり44を設けた例である。図10に示した潤滑剤保持機構40は、トルク伝達部材30の外側継手部材20と接触する外側面34に設けた場合の例であるが、内側継手部材10と接触する内側面32に設けてもよく、また、両面に設けてもよい。
Further, by providing the
図11は、微小凹み(ディンプル)46の形態をした潤滑剤保持機構40の例を示す。図示するように、深さ数10ミクロン程度の微小凹み46を無数にランダムに形成することにより、微小凹み46に潤滑剤が保持される。微小凹み46は、バレル加工、ショットブラスト、ショットピーニング等によって形成することができる。
FIG. 11 shows an example of the
この発明の等速自在継手は、自動車の駆動系におけるドライブシャフトやプロペラシャフトに使用できるほか、自動車のステアリング用シャフトにも使用できる。さらに、自動車用に限らず、各種産業機械機の動力伝達系にも広く用いることができる。 The constant velocity universal joint of the present invention can be used not only for a drive shaft and a propeller shaft in an automobile drive system, but also for an automobile steering shaft. Furthermore, it can be widely used not only for automobiles but also for power transmission systems of various industrial machines.
10 内側継手部材
12 貫通孔
14 セレーション孔
16 内側トルク伝達面
18 シャフト
20 外側継手部材
22 マウス部
24 穴
25 クリップ
26 外側トルク伝達面
28 ステム部
30 トルク伝達部材
32 内側面
34 外側面
36 くさび空間
38a、38b 低摩擦金属
40 潤滑剤保持機構
42 溝
44 微小凹み(ディンプル)
46 潤滑剤溜まり
DESCRIPTION OF
46 Lubricant pool
Claims (9)
前記穴に収容され、外周面が凸球面状である内側継手部材と、
前記外側継手部材の前記内壁面と前記内側継手部材の前記外周面との間に介在させた複数のトルク伝達部材と
を有し、前記トルク伝達部材の表面のうち、前記内側継手部材または前記外側継手部材と接する部分を構成する材料を、降伏強度が100MPa以上で、前記内側継手部材もしくは前記外側継手部材または両方に対する摩擦係数の低い金属とした等速自在継手。 An outer joint member in which a cross section perpendicular to the rotation axis has a hexagonal hole, and an inner wall surface of the hole is a flat surface parallel to the rotation axis;
An inner joint member housed in the hole and having an outer peripheral surface of a convex spherical shape;
A plurality of torque transmission members interposed between the inner wall surface of the outer joint member and the outer peripheral surface of the inner joint member, and the inner joint member or the outer side of the surfaces of the torque transmission member A constant velocity universal joint in which a material constituting a portion in contact with the joint member is a metal having a yield strength of 100 MPa or more and a low friction coefficient with respect to the inner joint member or the outer joint member or both.
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