JP2020148228A

JP2020148228A - 車両用回転軸のバランスウェイト

Info

Publication number: JP2020148228A
Application number: JP2019044317A
Authority: JP
Inventors: 阿部　晋; Susumu Abe; 晋阿部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: JP7099375B2

Abstract

【課題】車両用回転軸の外周面に取り着けられる場合に、車両用回転軸の外周面の形状に沿って変形し易い車両用回転軸のバランスウェイトを提供する。【解決手段】プロペラシャフト１２の周方向において、所定の間隔を隔てた位置に複数の溝部２０が形成され、複数の溝部２０の溝深さＶは、周方向における中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃに向かうに従ってそれぞれ大きくなっている。これにより、中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃに向かうに従って溝深さＶが大きくなっているため、中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃ側に離れた任意の位置Ｘの応力σｘを比較的大きな値で均一にすることができるので、中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃ側に離れた位置においてバランスウェイト１０がより変形し易くなる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用回転軸のバランスウェイトに関し、特に動力を伝達する車両用回転軸の外周面に取り着けられる車両用回転軸のバランスウェイトに関するものである。

動力を伝達する車両用回転軸の外周面に取り着けることにより、車両用回転軸の重心の偏りを小さくして車両用回転軸の回転振れまわりを抑制する車両用回転軸のバランスウェイトが知られている。たとえば特許文献１に記載の車両用回転軸のバランスウェイトがそれである。特許文献１に記載のバランスウェイトは、車両用回転軸の外周面に押付冶具により押し付けられて、接着剤を介して車両用回転軸に取り着けられている。これにより、車両用回転軸の回転振れまわりが抑制されて、たとえば車両用回転軸のＮＶ性能を向上させている。

特開平６−２４９２９１号公報

ところで、上記特許文献１に記載のバランスウェイトは、車両用回転軸の外周面に取り着けられる際に、車両用回転軸の径方向内側に向かう押付力がたとえば円弧状の押付冶具により入力されて、車両用回転軸の外周面の形状すなわち外周面の曲率半径の曲面に沿うように変形させられる。しかしながら、押付冶具により入力された押付力に基づきバランスウェイトに発生する応力は、押付冶具との当接面において、当接面の長手方向の中心から長手方向の両端に向かうに従って小さくなる。すなわちバランスウェイトに発生する応力は、押付冶具により入力される押付力の押付中心から長手方向に離れるに従って小さくなる。そのため、上記特許文献１に記載のバランスウェイトでは、長手方向において応力が均一に発生しないため押付力に対するバランスウェイトの変形量に差異が生じて、たとえば押付中心から長手方向に離れた位置では車両用回転軸の形状に沿うような変形が成されない可能性があった。これにより、上記特許文献１に記載のバランスウェイトでは、バランスウェイトと車両用回転軸とが十分に接着されない可能性があった。

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、車両用回転軸の外周面に取り着けられる場合に、車両用回転軸の外周面の形状に沿って変形し易い車両用回転軸のバランスウェイトを提供することにある。

本発明の要旨とするところは、動力を伝達する車両用回転軸の外周面に取り着けられる車両用回転軸のバランスウェイトであって、前記車両用回転軸の周方向において、所定の間隔を隔てた位置に複数の溝部が形成され、前記複数の溝部の溝深さは、前記周方向における中心線から両側端面に向かうに従ってそれぞれ大きくなることにある。

本発明の車両用回転軸のバランスウェイトによれば、前記車両用回転軸の周方向において、所定の間隔を隔てた位置に複数の溝部が形成され、前記複数の溝部の溝深さは、前記周方向における中心線から両側端面に向かうに従ってそれぞれ大きくなっている。これにより、前記中心線から前記両側端面側に離れた位置でバランスウェイトに発生する応力が低下することを抑制できるので、前記中心線から前記両側端面側に離れた位置においてバランスウェイトを変形し易くすることができる。また、前記中心線から前記両側端面に向かうに従って前記溝深さが大きくなっているため、たとえばバランスウェイトに発生する応力を比較的大きな値で均一にすることができるので、前記中心線から前記両側端面側に離れた位置においてバランスウェイトがより変形し易くなる。そのため、バランスウェイトを前記車両用回転軸に取り着ける場合に、バランスウェイトは前記車両用回転軸の形状に沿って変形し易くなり、前記車両用回転軸との接着性を向上させることができる。

本発明が適用された車両用回転軸のバランスウェイトが動力を伝達する車両用回転軸に取り着けられた状態を示す概略図である。図１の車両用回転軸のバランスウェイトの要部を示す拡大図である。押付冶具により押付力が入力された車両用回転軸のバランスウェイトの状態を算出するための計算モデルを示す図である。図３の計算モデルの断面図であり、図３のIV−IV視断面図である。従来の車両用回転軸のバランスウェイトの幅方向における中心線からの長さと応力比との関係を示す図である。図１の車両用回転軸のバランスウェイトの幅方向における中心線からの長さと応力比との関係を示す図である。図１の車両用回転軸のバランスウェイトの幅方向における中心線からの長さと溝深さとの関係を示す図である。

本発明は、走行用の駆動力源としてエンジンを備えるエンジン駆動車両、走行用の駆動力源としてエンジンの他に走行用回転機すなわち駆動用電動機を有するハイブリッド車両や、電気自動車等に適用される。また、本発明は、駆動力源として電動モータのみを備えている電気自動車などにも適用され得る。

以下、本発明の一実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が適用されたバランスウェイト１０が動力を伝達する車両用の回転軸１２の外周面１２ａ、たとえばプロペラシャフト１２の外周面１２ａに取り着けられた状態を示す概略図である。図２は、バランスウェイト１０の要部を示す拡大図である。プロペラシャフト１２は、たとえば図示しないエンジンから出力される動力を図示しない駆動輪に伝達するために車両に設けられた動力伝達回転軸である。

バランスウェイト１０は、矩形ブロック状に形成されている。バランスウェイト１０の厚さ方向の内側面１０ａすなわちバランスウェイト１０がプロペラシャフト１２に取り着けられた状態におけるプロペラシャフト１２の径方向内側の内側面１０ａには、図示しない接着剤が塗布されている。バランスウェイト１０は、図１に示す押付冶具１４によりプロペラシャフト１２の径方向内側に向かって加圧されることによって、接着剤を介してプロペラシャフト１２に貼り着けられている。バランスウェイト１０は、押付冶具１４によって加圧させられることによりプロペラシャフト１２の外周面１２ａの形状すなわち図１に示すプロペラシャフト１２の外周面１２ａの曲率半径Ｒの曲面に沿って変形させられる。バランスウェイト１０がプロペラシャフト１２に取り着けられる場合には、バランスウェイト１０の内側面１０ａは接着剤を介してプロペラシャフト１２の外周面１２ａに当接させられ、バランスウェイト１０の外側面１０ｂは押付冶具１４に当接させられる。図１の点Ｃは、プロペラシャフト１２の回転中心軸Ｃを示している。図１の矢印Ａは、バランスウェイト１０に対する押付冶具１４の加圧方向すなわち押付冶具１４によってバランスウェイト１０に入力される入力荷重Ｐである押付力Ｐの入力方向を示している。バランスウェイト１０は、後述する幅方向すなわち長手方向の中心線Ｃｂｗに対して対称に押付力Ｐが入力される。

たとえばバランスウェイト１０の接着設備としての押付冶具１４は、被取付物としてのプロペラシャフト１２の回転中心軸Ｃに同心に設定されている。そのため、バランスウェイト１０をプロペラシャフト１２に取り着ける場合のバランスウェイト１０のセンタリングが不要となっている。

バランスウェイト１０は、長手方向である幅方向に沿って所定の間隔を隔てた位置に複数の溝部２０が形成されている。すなわち複数の溝部２０は、バランスウェイト１０がプロペラシャフト１２に取り着けられた状態において、周方向に所定の間隔を隔てた位置に形成されている。複数の溝部２０は、バランスウェイト１０の外側面１０ｂから内側面１０ａに向かう厚さ方向に形成されている。

複数の溝部２０は、幅方向における中心線Ｃｂｗすなわちバランスウェイト１０の長さ寸法Ｌｂｗを二分する中心線Ｃｂｗに対して対称にバランスウェイト１０に形成されている。本実施例では、図１および図２に示すように、中心線Ｃｂｗから両端縁すなわち中心線Ｃｂｗからバランスウェイト１０の両側端面１０ｃにおいてそれぞれ３個、バランスウェイト１０の全体で合計６個の複数の溝部２０が形成されている。具体的には、中心線Ｃｂｗから長さ寸法Ｘａの位置において溝部２０ａがそれぞれ形成されており、中心線Ｃｂｗから長さ寸法Ｘｂの位置すなわち溝部２０ａよりも両側端面１０ｃ側に離れた位置において溝部２０ｂがそれぞれ形成されている。さらに、中心線Ｃｂｗから長さ寸法Ｘｃの位置すなわち溝部２０ｂよりも両側端面１０ｃ側に離れた位置において溝部２０ｃがそれぞれ形成されている。

バランスウェイト１０に形成された複数の溝部２０は、中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃに向かうに従って、溝深さＶ（ｍｍ）が大きくなるように形成されている。具体的には、溝部２０ｂの溝深さ寸法Ｖｂは、溝部２０ａの溝深さ寸法Ｖａよりも大きくなるように形成されており、溝部２０ｃの溝深さ寸法Ｖｃは、溝部２０ｂの溝深さ寸法Ｖｂよりも大きくなるように形成されている。複数の溝部２０の溝深さ寸法Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃは、バランスウェイト１０の厚さ寸法ｔ（ｍｍ）よりも小さくなるように形成されている。

図３は、押付冶具１４によって加圧されたバランスウェイト１０の状態を算出するための計算モデルを示している。本実施例では、バランスウェイト１０の幅方向の中央すなわち中心線部が梁の支持部になる片持ち梁３０を計算モデルとして用いている。すなわち片持ち梁３０に入力される入力荷重Ｐに対するたわみや応力などを計算することによって、入力荷重Ｐすなわち押付冶具１４によりバランスウェイト１０に入力される押付力Ｐに対するバランスウェイト１０の状態を算出する。図４は、図３のIV−IV視断面図であって、計算モデルである片持ち梁３０の断面図である。

図３に示すＬは、片持ち梁３０の全長Ｌ（ｍｍ）すなわち中心線Ｃｂｗからバランスウェイト１０の片側の端面１０ｃまでの長さＬ（ｍｍ）であって、たとえばバランスウェイト１０の幅方向の長さのＬｂｗの半分の長さを示している。図３に示すＰは、押付冶具１４によって入力される入力荷重Ｐ（Ｎ）すなわち押付力Ｐ（Ｎ）を示している。図３に示すＭは、たとえば片持ち梁３０における支持部の位置から任意の位置Ｘ（ｍｍ）におけるモーメントＭ（Ｎ・ｍｍ）すなわちバランスウェイト１０における中心線Ｃｂｗから長さＸ（ｍｍ）だけ離れた位置におけるモーメントＭ（Ｎ・ｍｍ）を示している。図３の示すδは、入力荷重Ｐによる片持ち梁３０のたわみδ（ｍｍ）すなわち押付力Ｐによるバランスウェイト１０のたわみδ（ｍｍ）を示している。図４に示すｈは、片持ち梁３０の高さ寸法ｈ（ｍｍ）を示している。図４に示すｂは、片持ち梁３０の幅寸法ｂ（ｍｍ）を示している。図４に示すｙ、−ｙ（ｍｍ）は、たとえば片持ち梁３０の高さ方向において、高さ方向における中心線Ｃｈから最も遠い断面の周辺までの距離を示す。

計算モデルである片持ち梁３０のたわみδは、次式（１）に示すような予め定められた計算式から算出する。片持ち梁３０の断面二次モーメントＩ（ｍｍ^４）は、次式（２）に示すような予め定められた計算式から算出する。片持ち梁３０のモーメントＭは、次式（３）に示すような予め定められた計算式から算出する。片持ち梁３０のたわみ角θ（度）は、次式（４）に示すような予め定められた計算式から算出する。片持ち梁３０の応力σ（Ｐａ）は、次式（５）に示すような予め定められた計算式から算出する。なお、次式（１）および次式（４）に示すＥは、縦弾性係数Ｅ（Ｐａ）である。

さらに、上記計算式から算出された値を用いて、バランスウェイト１０に形成される任意の位置Ｘにおける複数の溝部２０の好適な溝深さＶを計算する。任意の位置Ｘにおける好適な溝深さＶは、次式（６）に示すような予め定められた計算式から算出する。次式（６）に示すαは、応力集中係数αである。

式（６）によって求められる任意の位置Ｘにおける好適な溝深さＶは、押付冶具１４により押付力Ｐがバランスウェイト１０に入力された場合に、バランスウェイト１０がプロペラシャフト１２に十分に接着して取り着けられるようにバランスウェイト１０を変形させるための溝深さＶである。式（６）によって求められる溝深さＶは、具体的には、任意の位置Ｘが零すなわち中心線Ｃｂｗからの長さＸが零である片持ち梁３０の支持部における応力σｒを基準として、任意の位置Ｘにおける応力σｘが応力σｒと同値になるようにバランスウェイト１０を変形させるために形成する複数の溝部２０の溝深さＶである。応力σｒは、押付冶具１４により入力される押付力Ｐの中心であって最も値が大きくなっている。

図５および図６は、任意の位置Ｘすなわちバランスウェイト１０の幅方向における中心線Ｃｂｗからの長さＸ（ｍｍ）と応力比Ｓとの関係を示している。図５および図６に示す応力比Ｓは、応力σｒと応力σｘとの比（σｘ／σｒ）で示される。

図５の実線ｆｃは、比較例における長さＸ（ｍｍ）と応力比Ｓとの関係を示している。上記比較例は、たとえば複数の溝部２０が形成されていない従来のバランスウェイトに押付力Ｐが入力された場合の、長さＸ（ｍｍ）と応力比Ｓとの関係を示している。図５に示すように、長さＸが大きくなるに従って応力比Ｓが小さくなっている。すなわち従来のバランスウェイトは、幅方向において中心線Ｃｂｗから外側すなわち両側端面側に離れるに従って任意の位置Ｘにおける応力σｘが小さくなり、応力比Ｓが小さくなっている。

図６の実線ｆｂｗ１は、複数の溝部２０が形成されている本実施例のバランスウェイト１０に押付力Ｐが入力された場合の、長さＸ（ｍｍ）と応力比Ｓとの関係を示している。複数の溝部２０は、中心線Ｃｂｗから長さＸａ、Ｘｂ、Ｘｃの位置においてそれぞれ形成されている。バランスウェイト１０は、長さＸａ、Ｘｂ、Ｘｃの位置に溝部２０ａ、２０ｂ、２０ｃがそれぞれ形成されている。図６に示すように、バランスウェイト１０は、複数の溝部２０ａ、２０ｂ、２０ｃが形成されていることによって、長さＸａ、Ｘｂ、Ｘｃの位置において応力比Ｓが１、すなわち長さＸａ、Ｘｂ、Ｘｃの位置におけるそれぞれの応力σａ、σｂ、σｃが応力σｒと同値になっている。

図７は、任意の位置Ｘすなわち中心線Ｃｂｗからの長さＸ（ｍｍ）と溝深さＶ（ｍｍ）との関係を示している。図７の実線ｆｂｗ２は、本実施例における長さＸ（ｍｍ）と溝深さＶ（ｍｍ）との関係を示している。具体的には、図７は、任意の位置Ｘにおける応力σｘが応力σｒと同値になるように形成された溝部２０の溝深さＶを示している。図７に示すように、長さＸが大きくなるに従って溝深さＶが大きくなっている。中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃ側に比較的大きく離れた位置たとえば図７の破線で示す両側端面１０ｃの近傍では、面取り効果を有するように溝深さＶを大きくして押付冶具１４に形状を一致させる。バランスウェイト１０は、たとえば長さＸが零である中心線Ｃｂｗの位置に溝部を形成しないことによって、全体の溝深さＶが大きくなることを抑制している。

このように、本実施例のバランスウェイト１０によれば、プロペラシャフト１２の周方向において、所定の間隔を隔てた位置に複数の溝部２０が形成され、複数の溝部２０の溝深さＶは、周方向における中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃに向かうに従ってそれぞれ大きくなっている。これにより、たとえばバランスウェイト１０は、中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃ側に離れた任意の位置Ｘの応力σｘが低下することを抑制できるので、中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃ側に離れた位置において変形し易くなる。また、中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃに向かうに従って溝深さＶが大きくなっているため、たとえば中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃ側に離れた任意の位置Ｘの応力σｘを比較的大きな値で均一にすることができるので、中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃ側に離れた位置においてバランスウェイト１０がより変形し易くなる。そのため、バランスウェイト１０をプロペラシャフト１２に取り着ける場合に、バランスウェイト１０は、プロペラシャフト１２の外周面１２ａの形状に沿って変形し易くなりプロペラシャフト１２との接着性を向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。

たとえば、前述の実施例においては、バランスウェイト１０はプロペラシャフト１２の外周面１２ａに取り着けられているが、必ずしもこれに限らず、バランスウェイト１０はプロペラシャフト１２以外の車両用回転軸たとえばドライブシャフトに取り着けられるものであってもよい。

また、前述の実施例においては、中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃにおいてそれぞれ３個、バランスウェイト１０の全体で合計６個の複数の溝部２０がバランスウェイト１０に形成されているが、必ずしもこれに限らない。たとえば、バランスウェイト１０は、幅方向において中心線Ｃｂｗから両側端面１０ｃにおいて２個の複数の溝部２０が形成されていてもよいし、４個以上の複数の溝部２０が形成されていてもよい。また、複数の溝部２０は、中心線Ｃｂｗに対して対称にバランスウェイト１０に形成されているが、必ずしもこれに限らず、たとえば中心線Ｃｂｗに対して非対称であってもよい。すなわち、複数の溝部２０は、押付力Ｐによりプロペラシャフト１２の形状に沿ってバランスウェイト１０が変形し易くなるように形成されたものであればよい。

また、複数の溝部２０の開口幅すなわちバランスウェイト１０の外側面１０ｂにおける開口の幅方向の長さ寸法は、均一の長さ寸法であってもよいし、異なる長さ寸法であってもよい。すなわち、複数の溝部２０の開口幅は、押付力Ｐによりプロペラシャフト１２の形状に沿ってバランスウェイト１０が変形し易くなるような寸法であればよい。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：バランスウェイト
１０ｃ：端面（両側端面）
１２：プロペラシャフト（車両用回転軸）
１２ａ：外周面
２０：複数の溝部
Ｃｂｗ：中心線
Ｖ：溝深さ

Claims

動力を伝達する車両用回転軸の外周面に取り着けられる車両用回転軸のバランスウェイトであって、
前記車両用回転軸の周方向において、所定の間隔を隔てた位置に複数の溝部が形成され、
前記複数の溝部の溝深さは、前記周方向における中心線から両側端面に向かうに従ってそれぞれ大きくなる
ことを特徴とする車両用回転軸のバランスウェイト。