JP2018128130A - Differential device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用ディファレンシャル装置において、ドライブピニオン軸をデフキャリアに回転可能に支持する一対のスラスト軸受の耐久性を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a technique for improving the durability of a pair of thrust bearings that rotatably support a drive pinion shaft on a differential carrier in a vehicle differential apparatus.
ドライブピニオン軸をデフキャリアに支持する一対のスラスト軸受の間に筒状スペーサが介在させられ、前記筒状スペーサに回転軸心方向の予荷重が付与されると同時に前記一対のスラスト軸受間に回転軸心方向の予荷重が付与される車両用ディファレンシャル装置が知られている。たとえば、特許文献1の車両用ディファンレンシャル装置がそれである。特許文献1の車両用ディファレンシャル装置では、ドライブピニオン軸のリングギヤと噛み合うドライブピニオンが一体に形成された側とは反対側の軸端部にプロペラシャフトなどの駆動軸をドライブピニオン軸に連結するためのコンパニオンフランジがスプライン結合されている。コンパニオンフランジは、ドライブピニオン軸の上記軸端部に設けられた雄ネジに螺合されたナットが締められることにより、一対のスラスト軸受のうちのコンパニオンフランジ側の一方のスラスト軸受のインナーレースに押し付けられて固定されている。これにより、一対のスラスト軸受のインナーレース間にそれ等が互いに接近する方向の予荷重が付与されることにより、その予荷重の一部が一対のスラスト軸受の間に設けられた筒状スペーサにより支えられるとともに、その予荷重の他の一部が一対のスラスト軸受のアウターレースが嵌合されているデフキャリアによって支持されている。この状態では、筒状スペーサには回転軸心方向のスペーサ予荷重が付与され、一対のスラスト軸受のアウターレースには互いに接近する方向のアウターレース間予荷重が付与されている。 A cylindrical spacer is interposed between a pair of thrust bearings that support the drive pinion shaft on the differential carrier, and a preload in the direction of the rotation axis is applied to the cylindrical spacer, and at the same time, the cylindrical spacer rotates between the pair of thrust bearings. 2. Description of the Related Art A vehicle differential apparatus to which an axial preload is applied is known. For example, the differential apparatus for vehicles of patent document 1 is it. In the differential apparatus for a vehicle of Patent Document 1, a drive shaft such as a propeller shaft is connected to the drive pinion shaft at the shaft end opposite to the side where the drive pinion that meshes with the ring gear of the drive pinion shaft is integrally formed. The companion flange is splined. The companion flange is pressed against the inner race of one thrust bearing on the companion flange side of the pair of thrust bearings by tightening a nut screwed to a male screw provided at the end of the drive pinion shaft. Being fixed. As a result, a preload in the direction in which they approach each other is applied between the inner races of the pair of thrust bearings, and a part of the preload is caused by the cylindrical spacer provided between the pair of thrust bearings. While being supported, another part of the preload is supported by a differential carrier to which an outer race of a pair of thrust bearings is fitted. In this state, a spacer preload in the direction of the rotational axis is applied to the cylindrical spacer, and a preload between outer races in a direction approaching each other is applied to the outer races of the pair of thrust bearings.
ところで、一対のスラスト軸受のインナーレース間に介在させられた筒状スペーサがその塑性域において塑性変形させられた状態となるまで一対のスラスト軸受のインナーレース間に所定の予荷重が付与された車両用ディファレンシャル装置において、たとえば車両走行中にドライブピニオン軸に対して筒状スペーサを更に圧縮させるほどの回転軸心方向の過大な外部荷重が加わる場合が考えられる。このような回転軸心方向の過大な外部荷重が加わると、筒状スペーサは、更に回転軸心方向に圧縮方向へ塑性変形させられる。そして、過大な外部荷重の解放後の筒状スペーサに作用するスペーサ予荷重は、筒状スペーサの弾性係数および筒状スペーサの圧縮方向への塑性変形量に基づいて、過大な外部荷重が加わる前の値から減少する。この筒状スペーサのスペーサ予荷重の減少は、一対のスラスト軸受のアウターレースに付与されていた互いに接近する方向のアウターレース間予荷重を増大させるので、一対のスラスト軸受の耐久性が低下する可能性があった。 By the way, a vehicle in which a predetermined preload is applied between the inner races of the pair of thrust bearings until the cylindrical spacer interposed between the inner races of the pair of thrust bearings is plastically deformed in the plastic region. In the differential apparatus for a vehicle, for example, an excessive external load in the direction of the rotation axis that may further compress the cylindrical spacer with respect to the drive pinion shaft during vehicle travel may be considered. When such an excessive external load in the rotational axis direction is applied, the cylindrical spacer is further plastically deformed in the compression direction in the rotational axis direction. The spacer preload acting on the cylindrical spacer after the release of the excessive external load is based on the elastic coefficient of the cylindrical spacer and the amount of plastic deformation in the compression direction of the cylindrical spacer before the excessive external load is applied. Decrease from the value of. This reduction in the spacer preload of the cylindrical spacer increases the preload between the outer races in the direction of approaching each other, which has been applied to the outer race of the pair of thrust bearings, so that the durability of the pair of thrust bearings can be reduced. There was sex.
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、筒状スペーサを圧縮させる回転軸心方向の過大な外部荷重の入力によって、一対のスラスト軸受のアウターレース間に付与されていたアウターレース間予荷重が増加することによる、スラスト軸受の耐久性低下を抑制する車両用ディファレンシャル装置を提供することにある。 The present invention has been made against the background of the above circumstances, and its object is to provide an outer race for a pair of thrust bearings by the input of an excessive external load in the direction of the rotational axis that compresses the cylindrical spacer. An object of the present invention is to provide a vehicle differential apparatus that suppresses a decrease in the durability of a thrust bearing due to an increase in the preload between outer races applied between them.
本発明の要旨とするところは、差動機構を収容するデフキャリアと、前記デフキャリアに一対のスラスト軸受を介して回転可能に支持されて前記差動機構に動力を伝達するドライブピニオン軸と、前記一対のスラスト軸受のインナーレース間に介在させられた塑性変形可能な筒状スペーサとを備え、前記一対のスラスト軸受のアウターレースは相互に接近不能にそれぞれ前記デフキャリアに嵌め着けられ、前記一対のスラスト軸受のインナーレースが相互に接近する方向の予荷重が前記ドライブピニオン軸に嵌め着けられた前記一対のスラスト軸受のインナーレースに付与され、前記予荷重の一部が前記筒状スペーサにより支持されることでスペーサ予荷重が付与され、前記予荷重のうちの前記一部を除く他の一部が前記一対のスラスト軸受のアウターレースにより支持されることでアウターレース間予荷重が付与される型式の車両用ディファレンシャル装置であって、前記筒状スペーサには、周方向の寸法が前記回転軸心方向の寸法よりも長く、且つ前記予荷重の付与により前記回転軸心方向において密着する長手状切欠が形成されていることにある。 The gist of the present invention is that a differential carrier that houses a differential mechanism, a drive pinion shaft that is rotatably supported by the differential carrier via a pair of thrust bearings and transmits power to the differential mechanism, A plastically deformable cylindrical spacer interposed between the inner races of the pair of thrust bearings, and the outer races of the pair of thrust bearings are respectively fitted to the differential carriers so as to be inaccessible to each other. A preload in a direction in which the inner races of the thrust bearings approach each other is applied to the inner races of the pair of thrust bearings fitted on the drive pinion shaft, and a part of the preload is supported by the cylindrical spacer. Spacer preload is applied, and the other part of the preload excluding the part is the pair of thrust bearings. A differential device for a vehicle of a type in which a preload between outer races is applied by being supported by an outer race, wherein the cylindrical spacer has a circumferential dimension longer than a dimension in the rotational axis direction, In addition, a longitudinal notch that is in close contact with the rotation axis is formed by applying the preload.
本発明によれば、前記筒状スペーサには、周方向の寸法が前記回転軸心方向の寸法よりも長く、且つ前記予荷重の付与により前記回転軸心方向において密着する長手状切欠が形成されている。このため、筒状スペーサの回転軸心方向における弾性係数は、たとえば前記長手状切欠が形成されていない筒状スペーサと比較して低いことから、ドライブピニオン軸に対して入力された過大な外部荷重が解放された後の筒状スペーサに作用するスペーサ荷重の減少が、前記長手状切欠が形成されていない筒状スペーサと比較して抑制される。これにより、外部荷重解放後の一対のスラスト軸受のアウターレース間に付与されるアウターレース間予荷重の増加が抑制されることから、一対のスラスト軸受の耐久性の低下が抑制される。 According to the present invention, the cylindrical spacer is formed with a longitudinal notch that is longer in the circumferential direction than the dimension in the direction of the rotation axis, and that adheres in the direction of the rotation axis by the application of the preload. ing. For this reason, the elastic coefficient in the direction of the rotation axis of the cylindrical spacer is lower than, for example, the cylindrical spacer in which the longitudinal notch is not formed. Therefore, an excessive external load input to the drive pinion shaft The reduction of the spacer load acting on the cylindrical spacer after the release is reduced is suppressed as compared with the cylindrical spacer in which the longitudinal notch is not formed. Thereby, since the increase in the preload between the outer races applied between the outer races of the pair of thrust bearings after the release of the external load is suppressed, a decrease in the durability of the pair of thrust bearings is suppressed.
ここで、前記一対のスラスト軸受は、スラスト荷重をも受ける機能を有する軸受を意味する。前記一対のスラスト軸受としては、好適には、円錐ころ軸受が挙げられるが、たとえばラジアル荷重に加えてスラスト荷重を受けることができるボールベアリングなどであってもよい。また、前記筒状スペーサは、円形のみならず多角形や楕円形の断面形状を有するものであってもよい。 Here, the pair of thrust bearings means bearings having a function of receiving a thrust load. The pair of thrust bearings preferably includes a tapered roller bearing, but may be a ball bearing that can receive a thrust load in addition to a radial load, for example. The cylindrical spacer may have a cross-sectional shape that is not only circular but also polygonal or elliptical.
以下、本発明の車両用ディファレンシャル装置の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a differential device for a vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10を水平方向から視た部分視断面を例示する図である。車両用ディファレンシャル装置10は、プロペラシャフトから伝達される駆動力(トルク)を左右1対の車軸に配分すると共に、それら左右1対の車軸の差動回転を許容する差動歯車装置である。図1に示すように、上記車両用ディファレンシャル装置10は、差動機構11と、差動機構11に取り付けられたリングギヤ22と、差動機構11に動力を伝達するドライブピニオンシャフト16と、差動機構11およびドライブピニオンシャフト16を収容する非回転部材であるデフキャリア12と、ドライブピニオンシャフト16を上記デフキャリア12に対して回転軸心Cまわりの回転(自転)可能に支持する1対の軸受すなわちフロント軸受(フロントベアリング)18及びリア軸受(リアベアリング)20と、たとえば弾性変形および塑性変形可能な金属製であって、一対のフロント軸受18およびリア軸受20のインナーレース18a,20a間に介在させられた筒状スペーサ24と、を備えている。ドライブピニオンシャフト16は、リングギヤ22と噛み合わされるドライブピニオン14を備えている。差動機構11は、リングギヤ22の内周側に配設された1対のピニオンと、その1対のピニオンと噛み合わされる1対のサイドギヤと、リングギヤ22がボルト等により取り付けられたデフケースを備えている。リングギヤ22は、デフケースに固定され、デフケースはデフキャリア12との間に設けられた軸受を介してデフキャリア12に回転可能に支持されている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a partial cross-sectional view of a vehicle
上記ドライブピニオンシャフト16は、図示しないプロペラシャフトと一体的に回転させられるようにコンパニオンフランジ26およびユニバーサルジョイントを介してプロペラシャフトと連結されたものであり、前記車両用ディファレンシャル装置10の入力回転部材に相当する。コンパニオンフランジ26は、内周面にスプラインが形成された円筒状部28を備えている。ドライブピニオンシャフト16は、ドライブピニオン14が設けられた軸端部とは反対側の軸端部において、その外周面にスプラインを備えるとともに、そのスプラインよりもドライブピニオン14とは反対側に雄ねじ30を備えている。コンパニオンフランジ26は、円筒状部28がドライブピニオンシャフト16のドライブピニオン14とは反対側の軸端部にスプライン嵌合により嵌め合わされるとともに、雄ねじ30に螺合されたナット32によるドライブピニオン14側への締付力によってフロント軸受18のインナーレース18aに円板状部材19を介して押し付けられた状態で、ドライブピニオンシャフト16に連結されている。
The
ここで、相互に噛み合わされた上記ドライブピニオン14及びリングギヤ22は、たとえばそれぞれの軸心が互いに交差しないハイポイドギヤ対であり、上記ドライブピニオン14の回転軸心が上記リングギヤ22の回転軸心よりも下側(鉛直下方)となる相対位置関係とされている。また、差動機構11の前記1対のピニオンは、上記リングギヤ22の内周側に軸心まわりの自転可能に設けられると共にその軸心が上記リングギヤ22の回転に伴い一体的に回転させられるように構成されている。また、差動機構11の前記1対のサイドギヤは、それら前記1対のピニオンと噛み合わされると共にそれぞれ1対の車軸に同軸に連結されており、それら車軸と一体的に回転させられる出力回転部材に相当する。また、上記フロント軸受18及びリア軸受20は、好適には、何れも前記ドライブピニオンシャフト16の外周面に固定されたインナーレース18a,20aとデフキャリア12に固定されたアウターレース18b,20bとの間に転動体として複数の円錐ころ18c,20cが配設された円錐ころ軸受(テーパドローラベアリング)であり、本発明の一対のスラスト軸受に対応する。ドライブピニオンシャフト16は、そのドライブピニオン14側の外周面の直径がそれ以外の部位の外周面の直径よりも大きいため、リア軸受20のインナーレース20aの内周面の直径はフロント軸受18のインナーレース18aの内周面の直径よりも大きい。
Here, the
リア軸受20のインナーレース20aは、ドライブピニオン14側の環状端面がドライブピニオン14に当接させられ、コンパニオンフランジ26側の環状端面が筒状スペーサ24の後述する大径部38(図2に示す)の環状端面に当接させられている。リア軸受20のアウターレース20bは、コンパニオンフランジ26側の環状端面が円板状部材35を介してデフキャリア12から内向きに突き出した環状の内周側突出部34に当接させられている。フロント軸受18のアウターレース18bは、ドライブピニオン14側の環状端面がデフキャリア12から内向きに突き出した環状の内周側突出部36に当接させられている。フロント軸受18のインナーレース18aは、コンパニオンフランジ26側の環状端面が円板状部材19を介してコンパニオンフランジ26の円筒状部28に当接させられ、ドライブピニオン14側の環状端面が筒状スペーサ24の後述する小径部40(図2に示す)の環状端面に当接させられている。内周側突出部34,36により、フロント軸受18のアウターレース18bおよびリア軸受20のアウターレース20bは相互に接近不能にそれぞれデフキャリア12に嵌め着けられている。
In the
図2は、車両用ディファレンシャル装置10において、筒状スペーサ24のフロント軸受18とリア軸受20との間への組付前の状態を模式的に示す斜視図である。また、図3は、車両用ディファレンシャル装置10において、フロント軸受18とリア軸受20との間へ組み付けられた組付状態における筒状スペーサ24の状態を模式的に示す側面図である。ここで、組付状態では、筒状スペーサ24は回転軸心C方向の圧縮方向の荷重により塑性域において塑性変形させられている。図2において、筒状スペーサ24は、筒状であって、その両端面がリア軸受20のインナーレース20aのコンパニオンフランジ26側の環状端面或いはフロント軸受18のインナーレース18aのドライブピニオン14側の環状端面にそれぞれ当接させられるように、リア軸受20側の内周面の直径がフロント軸受18側の内周面の直径よりも大きくされている。すなわち、筒状スペーサ24は、円筒状の大径部38をリア軸受20側に備え、円筒状の小径部40をフロント軸受18側に備えている。筒状スペーサ24は、周方向の寸法が回転軸心C方向の寸法よりも長くなるように大径部38のリア軸受20側端から回転軸心C回りの周方向に切り欠かれた1つの長手状切欠42を備えている。また、ドライブピニオンシャフト16の軸端部に設けられた雄ねじ30に螺合されたナット32の締付力により筒状スペーサ24が少なくとも塑性域で変形させられる組付状態にある場合には、長手状切欠42の回転軸心C方向に互いに対向する対向面44同士が密着して、長手状切欠42が潰される。長手状切欠42の回転軸心C方向に互いに対向する対向面44同士が密着した密着面は円筒状の大径部38において螺旋状であり、図3において、その密着面が実線および破線で示されている。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a state before the
また、図1には、車両用ディファレンシャル装置10の静的な組付状態において、コンパニオンフランジ26、フロント軸受18、筒状スペーサ24、リア軸受20、ドライブピニオンシャフト16およびドライブピニオン14にそれぞれ作用する荷重が黒い矢印で示されている。ここで、車両用ディファレンシャル装置10の静的な組付状態とは、回転軸心C方向に筒状スペーサ24を圧縮する圧縮方向の過大な外部荷重Fが加えられていない状態である。ナット32が締められることにより、回転軸心C方向に互いに反対方向に作用するドライブピニオンシャフト引張荷重(D/P引張荷重)FDP0に等しい荷重が、コンパニオンフランジ26からフロント軸受18のインナーレース18aに作用するとともに、ドライブピニオン14からリア軸受20のインナーレース20aに作用する。つまり、ドライブピニオンシャフト16に嵌め付けられたフロント軸受18のインナーレース18aおよびリア軸受20のインナーレース20aにそれらが相互に接近する方向の予荷重FDP0が付与される。インナーレース18a,20aを相互に接近させる方向の前記予荷重FDP0の一部が筒状スペーサ24により支持されることで、筒状スペーサ24はその長手状切欠42の回転軸心C方向に互いに対向する対向面同士が互いに密着した状態で塑性域において変形し、筒状スペーサ24にはスペーサ予荷重FS0が付与される。また、インナーレース18a,20aを相互に接近させる方向の前記予荷重FDP0のうちの前記一部を除く他の一部が、フロント軸受18のアウターレース18bに当接する内周側突出部36およびリア軸受20のアウターレース20bに当接する内周側突出部34に支持されることで、アウターレース18b,20bには相互に接近する方向のアウターレース間予荷重FB0が付与される。
In FIG. 1, the static
図4は、車両用ディファレンシャル装置10に備えられる筒状スペーサ24のタワミ−荷重特性線図である。図4の筒状スペーサ24のタワミ−荷重特性線図は、筒状スペーサ24の回転軸心C方向の圧縮方向の変位量(タワミ量)xs(mm)を表す横軸と、スペーサ荷重fs(kN)を表す縦軸とから構成されている。また、図4において、筒状スペーサ24の圧縮方向の変位量xsとスペーサ荷重fsとの関係(タワミ−荷重特性線)は、変位量xsが後述する組付範囲の下限値Xs1よりも小さい範囲において一点鎖線で、変位量xsが組付範囲の下限値Xs1以上の範囲において太い実線でそれぞれ示されている。ここで、組付範囲は、ナット32の締付力により筒状スペーサ24に入力されるスペーサ荷重fsが塑性域荷重Fsyとなり、静的な組付状態における筒状スペーサ24の塑性域での圧縮方向への塑性変形を保証するのに適切な筒状スペーサ24の変位量xsの設定範囲である。ここで、塑性域とは、スペーサ荷重fsの増加を伴わずに筒状スペーサ24の変位量xsのみ増加が生じる領域であり、塑性域荷重Fsyは、塑性域でのスペーサ荷重fsである。つまり、図4において、筒状スペーサ24のタワミ−荷重特性線は、スペーサ荷重fsが塑性域荷重Fsyよりも小さく、筒状スペーサ24の変位量xsとスペーサ荷重fsとの間に比例関係のある弾性域が一点鎖線で示され、スペーサ荷重fsが塑性域荷重Fsyにおいて変化しない塑性域が太い実線で示されている。なお、図4では、後述する比較例の車両用ディファレンシャル装置110の筒状スペーサ112のタワミ−荷重特性線図が、弾性域および塑性域を共に太い実線で示すことで、本実施例の筒状スペーサ24のタワミ−荷重特性線図に併せて示されている。
FIG. 4 is a deflection-load characteristic diagram of the
ここで、比較例の車両用ディファレンシャル装置110の筒状スペーサ112を図5を用いて説明する。車両用ディファレンシャル装置110の筒状スペーサ112は、本実施例の筒状スペーサ24と同じ材料で同様に構成されているが、図5に示されるように、筒状スペーサ112は、大径部114あるいは小径部116に、回転軸心Cまわりの周方向の寸法が回転軸心C方向の寸法よりも長い長手状切欠を有していない。
Here, the
本実施例の筒状スペーサ24は、図3に示されるように、組付状態において長手状切欠42が潰れた状態とされることから、本実施例の筒状スペーサ24および比較例の筒状スペーサ112は塑性域荷重Fsyが等しい。したがって、図4において、比較例の筒状スペーサ112の塑性域のタワミ−荷重特性線は、本実施例の筒状スペーサ24の塑性域のタワミ−荷重特性線と共通であり、太い実線で表される。また、比較例の筒状スペーサ112は長手状切欠を有していないため、その弾性域における回転軸心C方向の剛性KSすなわち弾性係数は、本実施例の筒状スペーサ24の弾性域における回転軸心C方向の剛性KSすなわち弾性係数と比較して高い。図4において、弾性係数はタワミ−荷重特性線の弾性域での傾きとして表されるため、太い実線で示される比較例の筒状スペーサ112の弾性域のタワミ−荷重特性線の傾きは、一点鎖線で示される本実施例の筒状スペーサ24の弾性域のタワミ−荷重特性線の傾きと比較して大きい。なお、図4の横軸は、比較例の車両用ディファレンシャル装置110における組付前の筒状スペーサ112の圧縮方向の変位量xsを零値としており、本実施例の筒状スペーサ24のタワミ−荷重特性線は、その組付範囲が比較例の筒状スペーサ112の組付範囲と同じになるように、その弾性域が示されている。
As shown in FIG. 3, the
本実施例の筒状スペーサ24および比較例の筒状スペーサ112の回転軸心C方向の圧縮方向の変位量xsが組付範囲内となるようにドライブピニオンシャフト16に嵌め付けられたインナーレース18a、20aを相互に接近させる方向の予荷重FDP0が付与されるように、ナット32がたとえばトルクレンチなどを用いて所定の力で締め付けられる。これにより、本実施例の筒状スペーサ24および比較例の筒状スペーサ112は塑性域において塑性変形させられ、図4に示すように、本実施例の筒状スペーサ24および比較例の筒状スペーサ112には、相互に等しい塑性域荷重Fsyがスペーサ予荷重FS0としてそれぞれ付与される。図4には、車両用ディファレンシャル装置10および車両用ディファレンシャル装置110の静的な組付状態において、筒状スペーサ24および筒状スペーサ112に付与されるスペーサ荷重fsが塑性域荷重Fsyとなる組付範囲内での変位量xsの好適な例がI位置として示されている。また、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10および比較例の車両用ディファレンシャル装置110では、図1に示されるように、静的な組付状態において、次式(1)から求められる回転軸心C方向のアウターレース間予荷重(軸受プレロード)FB0(N)がフロント軸受18のアウターレース18bおよびリア軸受20のアウターレース20bにそれぞれ付与される。
FDP0=FB0+FS0・・・ (1)
The
FDP0 = FB0 + FS0 (1)
ところで、車両用ディファレンシャル装置10において、車両の走行中には、コンパニオンフランジ26およびドライブピニオン14を通じて回転軸心C方向(アキシャル方向)の筒状スペーサ24を圧縮させる圧縮方向の過大な外部荷重Fがフロント軸受18のインナーレース18aおよびリア軸受20のインナーレース20aに瞬時に加わる場合がある。図6は、車両用ディファレンシャル装置10を水平方向から視た部分視断面図であり、静的な組付状態においてコンパニオンフランジ26、フロント軸受18、筒状スペーサ24、リア軸受20、ドライブピニオンシャフト16およびドライブピニオン14にそれぞれ作用する荷重が黒矢印で示されるのに加えて、フロント軸受18およびリア軸受20に対して回転軸心C方向の上記過大な外部荷重Fが加えられたときのドライブピニオンシャフト引張荷重および軸受荷重が白抜矢印で示されている。
Meanwhile, in the vehicle
車両用ディファレンシャル装置10において、たとえばフロント軸受18のインナーレース18aまたはリア軸受20のインナーレース20aに回転軸心C方向の上記外部荷重Fが加えられると、筒状スペーサ24は外部荷重Fにより塑性変形させられる。このとき、図4に示されるように、筒状スペーサ24の回転軸心C方向の圧縮方向の変位量xsおよびスペーサ荷重fsは、静的な組付状態でのI位置から実線で示される塑性域のタワミ−荷重特性線に沿って、筒状スペーサ24の外部荷重Fによる塑性域での圧縮方向への変位量X(mm)すなわち筒状スペーサ24の追塑性量X(mm)だけ矢印方向に移動してJ位置に至る。外部荷重Fが加えられたときの静的な組付状態のスペーサ予荷重FS0からの変化量であるスペーサ予荷重変化量ΔFS0は塑性域であるため零と仮定できる。また、筒状スペーサ24の追塑性量Xは、次式(2)に基づいてドライブピニオンシャフト、軸受およびデフキャリアの合成ばね定数Kおよび外部荷重Fから算出される。
X=F/K・・・ (2)
In the
X = F / K (2)
上式(2)におけるドライブピニオンシャフト、軸受およびデフキャリアの合成ばね定数Kは、次式(3)に基づいて軸受およびデフキャリアの合成ばね定数KBおよびドライブピニオンシャフト16の回転軸心C方向の剛性KDPから算出される。
K=KB+KDP・・・ (3)
The combined spring constant K of the drive pinion shaft, the bearing and the differential carrier in the above equation (2) is calculated based on the following equation (3) in the direction of the rotational axis C of the combined drive spring pin KB and the
K = KB + KDP (3)
上式(3)における軸受およびデフキャリアの合成ばね定数KBは、次式(4)に基づいて、フロント軸受18の回転軸心C方向の剛性KBF、リア軸受20の回転軸心C方向の剛性KBRおよびデフキャリア12の回転軸心C方向の剛性KCから算出される。
KB=1/(1/KBF+1/KBR+1/KC)・・・ (4)
The combined spring constant KB of the bearing and the differential carrier in the above equation (3) is based on the following equation (4), the rigidity KBF of the
KB = 1 / (1 / KBF + 1 / KBR + 1 / KC) (4)
また、車両用ディファレンシャル装置10において、フロント軸受18およびリア軸受20に回転軸心C方向の筒状スペーサ24を圧縮させる外部荷重Fが加えられたときの静的な組付状態におけるアウターレース間予荷重FB0からの増加量であるアウターレース間予荷重増加量ΔFB0(N)および上記外部荷重Fが加えられたときの静的な組付状態におけるドライブピニオンシャフト引張荷重FDP0からの減少量であるドライブピニオンシャフト引張荷重減少量ΔFDP0(N)は、それぞれ次式(5)および次式(6)に基づいて求められる。また、アウターレース間予荷重増加量ΔFB0とドライブピニオンシャフト引張荷重減少量ΔFDP0との間には、次式(7)の関係がある。
ΔFB0=KB×X・・・ (5)
ΔFDP0=KDP×X・・・ (6)
ΔFB0+ΔFDP0=F・・・ (7)
Further, in the vehicle
ΔFB0 = KB × X (5)
ΔFDP0 = KDP × X (6)
ΔFB0 + ΔFDP0 = F (7)
また、比較例の車両用ディファレンシャル装置110および本実施例の車両用ディファレンシャル装置10においては、上式(3)および(4)から求められるドライブピニオンシャフト、軸受およびデフキャリアの合成ばね定数Kは同じ値である。このため、車両用ディファレンシャル装置10および車両用ディファレンシャル装置110において同じ外部荷重Fが加えられる場合には、外部荷重Fによる筒状スペーサの追塑性量Xは、車両用ディファレンシャル装置10,110において等しくなる。したがって、図4に示されるように、同様に、比較例の車両用ディファレンシャル装置110において外部荷重Fが加えられると、筒状スペーサ112の回転軸心C方向の変位量xsおよびスペーサ荷重fsは、塑性域でのタワミ−荷重特性線に沿って、I位置から筒状スペーサの追塑性量Xだけ黒矢印方向に移動してJ位置に至る。このため、比較例の車両用ディファレンシャル装置110での外部荷重Fが加えられたときの静的な組付状態におけるアウターレース間予荷重FB0からの増加量であるアウターレース間予荷重増加量ΔFB0は、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10での外部荷重Fによるアウターレース間予荷重増加量ΔFB0と等しい。
Further, in the vehicle
図7は、車両用ディファレンシャル装置10を水平方向から視た部分視断面図であり、フロント軸受18およびリア軸受20に対して回転軸心C方向に加えられていた外部荷重Fの解放後においてコンパニオンフランジ26、フロント軸受18、筒状スペーサ24、リア軸受20、ドライブピニオンシャフト16およびドライブピニオン14にそれぞれ作用する荷重が黒矢印で示されている。
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the vehicle
車両用ディファレンシャル装置10あるいは車両用ディファレンシャル装置110において外部荷重Fが解放されると、弾性変形(復帰)によってスペーサ荷重fSが減少するとともに、筒状スペーサ24,112の回転軸心C方向の圧縮方向への変位量xsが減少する。静的な組付状態でのスペーサ予荷重FS0からの減少量であるスペーサ予荷重減少量ΔFS(N)は、次式(8)に基づいて、筒状スペーサ24,112の回転軸心C方向の剛性KSすなわち筒状スペーサ24,112の弾性係数および筒状スペーサ24,112の追塑性量Xから求められる。また、外部荷重F解放後のスペーサ予荷重FSは、次式(9)から求められる。
ΔFS=KS×X・・・ (8)
FS=FS0−ΔFS・・・ (9)
When the external load F is released in the
ΔFS = KS × X (8)
FS = FS0−ΔFS (9)
また、筒状スペーサ24,112の外部荷重Fが加えられていたときの回転軸心C方向の変位量xsと外部荷重F解放後における回転軸心C方向の変位量xsとの差である圧縮方向とは反対方向への位置変化量Δxは、次式(10)に基づいて、スペーサ予荷重減少量ΔFSとドライブピニオンシャフト、軸受およびデフキャリアの合成ばね定数Kとから求められる。
Δx=ΔFS/K・・・ (10)
Further, the compression is a difference between the displacement amount xs in the rotation axis C direction when the external load F of the
Δx = ΔFS / K (10)
図4に示されるように、フロント軸受18およびリア軸受20に対して回転軸心C方向に加えられていた外部荷重Fが解放されると、筒状スペーサ24,112の回転軸心C方向の圧縮方向の変位量xsおよびスペーサ荷重fsは、静的な組付状態でのI位置から外部荷重Fにより追塑性量Xだけ黒矢印方向に推移したJ位置から、それぞれの弾性域でのタワミ−荷重特性線図と平行に引かれた破線で示される線に沿って、上式(8)から求められるスペーサ予荷重減少量ΔFSおよび上式(10)から求められる位置変化量Δxだけ推移して、それぞれR1位置およびR2位置となる。図4では、比較例の筒状スペーサ112におけるI位置からの外部荷重Fによる追塑性量Xの変形後のJ位置からR2位置への推移が黒矢印で示されている。また、図4においては、外部荷重F解放後の筒状スペーサ24のスペーサ予荷重減少量がΔFS1で、筒状スペーサ112のスペーサ予荷重減少量がΔFS2でそれぞれ示されている。このように、筒状スペーサ24の回転軸心C方向の剛性KSすなわち弾性係数は筒状スペーサ112の回転軸心C方向の剛性KSすなわち弾性係数よりも低いため、筒状スペーサ24のスペーサ予荷重減少量ΔFS1は、筒状スペーサ112のスペーサ予荷重減少量ΔFS2よりも小さくなる。これらスペーサ予荷重減少量ΔFS1,ΔFS2から、上式(9)に基づいて求められる筒状スペーサ24,112のR1位置,R2位置における外部荷重F解放後のそれぞれのスペーサ予荷重FS1,FS2が図4に示されている。外部荷重F解放後の筒状スペーサ24のスペーサ予荷重FS1は、外部荷重F解放後の筒状スペーサ112のスペーサ予荷重FS2よりも大きい。
As shown in FIG. 4, when the external load F applied to the
ここで、車両用ディファレンシャル装置10および車両用ディファレンシャル装置110において、外部荷重F解放後におけるフロント軸受18のアウターレース18bおよびリア軸受20のアウターレース20b間に作用する回転軸心C方向のアウターレース間予荷重FBの変化量(増加量)であるアウターレース間予荷重(軸受プレロード)増加量ΔFB(N)は、次式(11)に基づいて、筒状スペーサの位置変化量Δxと軸受およびデフキャリアの合成ばね定数KBとから求められる。
ΔFB=KB×Δx・・・ (11)
Here, in the
ΔFB = KB × Δx (11)
筒状スペーサ24の回転軸心C方向の剛性KSは筒状スペーサ112の回転軸心C方向の剛性KSよりも低いため、筒状スペーサ24のスペーサ荷重fsの減少量ΔFS1が筒状スペーサ112のスペーサ荷重fsの減少量ΔFS2よりも小さい。このため、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10では、比較例の車両用ディファレンシャル装置110と比較して、外部荷重Fが解放された後のアウターレース間予荷重増加量ΔFBを小さくすることができる。これにより、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10では、外部荷重F解放後のフロント軸受18のアウターレース18bおよびリア軸受20のアウターレース20b間に作用するアウターレース間予荷重FBの増加を、比較例の車両用ディファレンシャル装置110と比較して抑制することができる。
Since the rigidity KS of the
また、上式(3)、上式(8)、上式(10)および上式(11)から次式(12)が導かれる。次式(12)からも、筒状スペーサ24の回転軸心C方向の剛性KSが低いほど、外部荷重F解放後のアウターレース間予荷重増加量ΔFBが小さくなることが分かる。また、図8は、次式(12)におけるKB×KS/(KB+KDP)とKBとの間の関係を示す図である。図8に示されるように、軸受およびデフキャリアの合成ばね定数KBが小さくなればなるほど、KB×KS/(KB+KDP)が小さくなるので、軸受およびデフキャリアの合成ばね定数KBが小さくなるほど、外部荷重F解放後のアウターレース間予荷重増加量ΔFBが小さくなる。
ΔFB=KB×KS×X/(KB+KDP)・・・ (12)
Further, the following equation (12) is derived from the above equation (3), the above equation (8), the above equation (10), and the above equation (11). From the following expression (12), it can be seen that the lower the rigidity KS of the
ΔFB = KB × KS × X / (KB + KDP) (12)
なお、外部荷重F解放後におけるドライブピニオンシャフト引張荷重FDPの変化量(減少量)であるドライブピニオンシャフト引張荷重減少量ΔFDP(N)は、次式(13)から求められる。また、外部荷重F解放後のアウターレース間予荷重増加量ΔFBとドライブピニオンシャフト引張荷重減少量ΔFDPとスペーサ予荷重減少量ΔFSとの間には、次式(14)の関係がある。また、外部荷重F解放後の、アウターレース間予荷重FBとドライブピニオンシャフト引張荷重FDPとスペーサ予荷重FSとの間には、次式(15)の関係がある。
ΔFDP=KDP×Δx・・・ (13)
ΔFB+ΔFDP=ΔFS・・・ (14)
FDP=FB+FS・・・ (15)
The drive pinion shaft tensile load decrease amount ΔFDP (N), which is the change amount (reduction amount) of the drive pinion shaft tensile load FDP after the external load F is released, is obtained from the following equation (13). Further, the relationship between the outer race preload increase amount ΔFB, the drive pinion shaft tensile load decrease amount ΔFDP, and the spacer preload decrease amount ΔFS after release of the external load F is expressed by the following equation (14). Further, after the external load F is released, the relationship between the outer race preload FB, the drive pinion shaft tensile load FDP, and the spacer preload FS is expressed by the following equation (15).
ΔFDP = KDP × Δx (13)
ΔFB + ΔFDP = ΔFS (14)
FDP = FB + FS (15)
上述のように、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10によれば、筒状スペーサ24には、周方向の寸法が回転軸心C方向の寸法よりも長く、且つドライブピニオンシャフト16に嵌め着けられたフロント軸受18およびリア軸受20のインナーレース18a,20aへのそれらを相互に接近させる回転軸心C方向の予荷重の付与により回転軸心C方向において対向する対向面同士が密着する長手状切欠42が形成されている。このため、筒状スペーサ24の回転軸心C方向における剛性KSすなわち弾性係数は、たとえば比較例の車両用ディファレンシャル装置110の長手状切欠が形成されていない筒状スペーサ112と比較して低いことから、フロント軸受18およびリア軸受20に対して加えられた、回転軸心C方向の筒状スペーサ24を圧縮させる過大な外部荷重Fの解放後において筒状スペーサ24に作用するスペーサ予荷重の減少量ΔFS1は、長手状切欠が形成されていない筒状スペーサ112の外部荷重Fの解放後のスペーサ予荷重の減少量ΔFS2と比較して小さい。これにより、上式(10)および上式(11)から、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10では、外部荷重F解放後のアウターレース間予荷重増加量ΔFBは、比較例の車両用ディファレンシャル装置110における外部荷重F解放後のアウターレース間予荷重増加量ΔFBよりも小さくなり、外部荷重F解放後のフロント軸受18のアウターレース18bおよびリア軸受20のアウターレース20bに付与されるアウターレース間予荷重FBの増加が比較例の車両用ディファレンシャル装置110よりも抑制されることから、フロント軸受18およびリア軸受20の耐久性の低下が抑制される。
As described above, according to the vehicle
また、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10によれば、筒状スペーサ24は、図3に示されるように、組付状態において長手状切欠42が潰れた状態とされることから、その塑性域荷重Fsyが比較例の筒状スペーサ112と等しい。このため、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10では、比較例の車両用ディファレンシャル装置110と同等のナット32の締付力(セット荷重)により、組付精度を確保することができる。
Further, according to the vehicle
また、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10は、筒状スペーサ24が長手状切欠42を備えている点で比較例の長手状切欠が形成されていない塑性スペーサを備えた車両用ディファレンシャル装置110と異なる。このため、本実施例の車両用ディファレンシャル装置10では、比較例の車両用ディファレンシャル装置110と同様の組付工程によって差動機構11およびドライブピニオンシャフト16を組み付けることができる。これにより、比較例の車両用ディファレンシャル装置110から設計変更するための費用を抑制することができる。
Further, the vehicle
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において、前記実施例と機能において実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, parts that are substantially the same in function as those of the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図9は、車両用ディファレンシャル装置50において、筒状スペーサ52のフロント軸受18およびリア軸受20の間への組付前の状態を模式的に示す側面図である。本実施例の筒状スペーサ52では、長手状切欠58が、前述の実施例の筒状スペーサ24に形成された長手状切欠42と異なる以外は、共通する。以下、筒状スペーサ52を図9を用いて説明する。
FIG. 9 is a side view schematically showing a state before assembly of the
図9において、筒状スペーサ52は、回転軸心C回りに約90度の角度範囲で周方向に切り欠かれ、周方向の寸法が回転軸心C方向の寸法よりも長い長手状切欠58を複数備えている。フロント軸受18のインナーレース18aおよびリア軸受20のインナーレース20aを相互に接近させる回転軸心C方向の予荷重により、長手状切欠58の開口縁が回転軸心C方向において密着して、筒状スペーサ52がその組付範囲において塑性変形させられるように、ナット32が締められる。この筒状スペーサ52は、たとえば比較例の車両用ディファレンシャル装置110の長手状切欠を有していない筒状スペーサ112と比較して、回転軸心C方向の剛性KSが低い。このため、車両用ディファレンシャル装置50では、比較例の車両用ディファレンシャル装置110と比較して、外部荷重F解放後のスペーサ予荷重減少量ΔFSを小さくすることができる。本実施例の車両用ディファレンシャル装置50によれば、前述の実施例1の車両用ディファレンシャル装置10と同様の効果を得ることができる。
In FIG. 9, the
以上、本発明を表及び図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail with reference to the table | surface and drawing, this invention can be implemented in another aspect, and can be variously changed in the range which does not deviate from the main point.
10、50:車両用ディファレンシャル装置
11:差動機構
12:デフキャリア
16:ドライブピニオンシャフト(ドライブピニオン軸)
18:フロント軸受(スラスト軸受)
20:リア軸受(スラスト軸受)
24、52:筒状スペーサ
42、58:長手状切欠
C:回転軸心
FDP0:ドライブピニオンシャフト引張荷重(予荷重)
FB0:アウターレース間予荷重
FS0:スペーサ予荷重
10, 50: Vehicle differential device 11: Differential mechanism 12: Differential carrier 16: Drive pinion shaft (drive pinion shaft)
18: Front bearing (thrust bearing)
20: Rear bearing (thrust bearing)
24, 52:
FB0: Outer race preload FS0: Spacer preload
Claims (1)
前記筒状スペーサには、周方向の寸法が前記回転軸心方向の寸法よりも長く、且つ前記予荷重の付与により前記回転軸心方向において密着する長手状切欠が形成されていることを特徴とする車両用ディファレンシャル装置。
A differential carrier that houses a differential mechanism, a drive pinion shaft that is rotatably supported by the differential carrier via a pair of thrust bearings and transmits power to the differential mechanism, and an inner race of the pair of thrust bearings An outer race of the pair of thrust bearings fitted on the differential carrier in an inaccessible manner, and an inner race of the pair of thrust bearings mutually A preload in the approaching direction is applied to the inner races of the pair of thrust bearings fitted on the drive pinion shaft, and a part of the preload is supported by the cylindrical spacer so that a spacer preload is applied. And the other part of the preload except the part is supported by the outer race of the pair of thrust bearings. A differential device for a vehicle of the type between outer race preload is applied by Rukoto,
The cylindrical spacer has a circumferential dimension longer than a dimension in the rotational axis direction, and is formed with a longitudinal notch that is in close contact with the rotational axis direction by applying the preload. A differential device for a vehicle.
Priority Applications (1)
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