JP3111131U

JP3111131U - 自在継手

Info

Publication number: JP3111131U
Application number: JP2005002080U
Authority: JP
Inventors: 秀紀川村; 剛志加藤; 剛佐川; 怜二斎藤
Original assignee: 株式会社中村自工
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2015-04-08

Abstract

【課題】軸受寿命を改善すると共に、十字軸およびヨークの機械強度との関係を最適化した圧延機駆動用の自在継手を実現する。
【解決手段】十字軸１６の４つの軸部１７を４つのフォークアーム部２にそれぞれ軸受４を介して回転自在に取り付けることにより、２つのヨーク１を連結し、十字軸１６には、直径ｄが自在継手の直径Ｄの０.２５〜０.３０倍となる４つの軸部１７を形成し、さらに、これらの各軸部１７には、開口部における軸部１７の外周壁面と油溜部１８の内周壁面間の壁厚Ｔ_ｊ１が外輪６の壁厚Ｔ_ｇの２倍以上、底部における軸部１７の外周壁面と油溜部１８の内周壁面間の壁厚Ｔ_ｊ２が外輪６の壁厚Ｔ_ｇの６倍以下、深さＬ_ａが複数列（本実施形態において４列）の転動体５ａ〜５ｄの全幅Ｌ_ｔの０.７〜０.８倍、内周壁面の傾きθが２０度〜３０度となる逆円錐台形の油溜部１８を形成する。
【選択図】図２

Description

本考案は、中間軸あるいは取付フランジに連結する２つのヨークから、それぞれ突設した４つのフォークアーム部に、十字軸の軸部を軸受を介して回転自在に取り付け、２つのヨークを連結した構成の自在継手に係り、特に重荷重用の自在継手に関するものである。

図６は従来の自在継手の部分断面図であり、１は中心線方向と平行に突設した２つのフォークアーム部２と中間軸（図示せず）あるいは取付フランジ（図示せず）に連結するフランジ部（図示せず）とからなる２つのヨーク、３は４つのフォークアーム部（４つの内の１つを図示）２にヨーク１の中心線と直交する方向に設けられた軸受穴、４は複数列（第１乃至第４）の転動体５ａ〜５ｄを有底円筒状の外輪６の周壁に沿って環状に内装した軸受であって、この軸受４は外輪６が軸受穴３に嵌め付けられている。

７は外輪６の底部に取り付けられた給脂栓、８は４つの軸部９が十字状に突設された十字軸、１０は十字軸８の各軸部９における中心線上に形成された油溜部、１１は環状に配設された転動体５ａ〜５ｄの内側に嵌め込まれた軸部９の先端面と外輪６の底部間に挟み込まれたリング状の底板、１２は転動体５に嵌め込まれた軸部９と外輪６間に嵌め付けられたオイルシールである。

このように構成された自在継手の２つのヨーク１は、十字軸８の軸部９を各フォークアーム部２に、それぞれ軸受４を介して回転自在に取り付けることにより連結されている。

ところで、十字軸８の軸部９に設けた油溜部１０の形状が円柱状（図６に示す例では油溜部１０の底部には十字軸８の加工のためのテーパーが設けられている）である場合、自在継手の回転時に複数列の転動体５ａ〜５ｄに加わる荷重は、外側の第１の転動体５ａが最大で、第２の転動体５ｂ，第３の転動体５ｃへと内側になるに従って漸次低減し、第４の転動体５ｄが最小となる。

このため、外側の第１の転動体５ａの磨耗が内側の第２〜第４の転動体５ｂ〜５ｄよりも激しい上、十字軸８の軸部９の先端部に圧縮疲労剥離が頻発して、自在継手の寿命が短くなってしまう。

そこで、開口部から底部の方に進むに従って内径が漸次縮小する逆円錐台部を開口側に設け、かつ内径が一定の円筒部を底部側に設けられた油溜部１０を、軸部９の外周壁面と油溜部１０の内周壁面との間の壁厚が外輪６の壁厚以上から外輪６の壁厚の３倍以下、逆円錐台部から円筒部までの深さが外輪６の深さと同一、逆円錐台部の傾斜角が０.５度以上から５度以下、円錐台部と円筒部との節点の深さがフォークアーム部２の軸受穴３から軸部９が突き出る長さとなるように十字軸８の軸部９に形成し、自在継手の回転時に軸部９が弾性変形するようにして、荷重が複数列の転動体５に均一に加わるようにすることにより、自在継手の寿命の向上を図るようにした構成のものがある（特許文献１参照）。
特開昭５６−３５８１９号公報

ところで、前記従来の自在継手において、自在継手の回転時におけるフォークアーム部および十字軸の曲げ剛性は、各部断面寸法の概略４乗に比例するため、軽荷重用の自在継手と重荷重用の自在継手とでは曲げ剛性が極端に相違する（自在継手を荷重別，同一直径の伝達トルク及び用途で分類した（表１）参照）。

すなわち、特許文献１に記載された自在継手のフォークアーム部と十字軸との曲げ剛性は、軽荷重用あるいは中荷重用（ただし、中荷重用でも軽荷重用に近い程度の極めて小さい曲げ剛性しか得らない）であり、一般的な中荷重用、あるいは重荷重用の自在継手には適用できないという課題があった。

本考案は、前記従来技術の課題を解決し、軸受寿命を改善すると共に、十字軸およびヨークの機械強度との関係を最適化して、重荷重用に適用される自在継手を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の考案は、それぞれが十字軸の軸部を回転可能に支持する軸受部を有する一対のフォークアームを備えたヨークから構成され、前記十字軸の軸端から前記十字軸の中心に向って口径が徐々に小さくなる油溜部を具備した自在継手において、前記油溜部の壁厚を前記軸受部の外輪の壁厚に対して２倍乃至６倍とし、前記油溜部の深さを前記軸受部の複数列からなる転動体の全長に対して０．７倍乃至０．８倍とし、前記油溜部の内径の概略傾きを２０度乃至３０度とし、前記転動体の列数を２列以上としたことを特徴とする。

請求項２に記載の考案は、請求項１に記載の自在継手において、十字軸の軸径を当該自在継手の直径に対して０．２５倍乃至０．３０倍としたことを特徴とする。

本考案によれば、自在継手の各部材の関係を請求項に記載のように設定したことにより、十字軸とヨークの疲労強度がバランスすると同時に、軸受寿命と十字軸およびヨークの疲労強度との関係が最適になり、高強度・高寿命の重荷重用として適用される自由継手を提供することができる。

以下、本考案に係る自在継手の実施形態を図面を参照して説明する。なお、図６にて説明した部材に対応するものには同一符号を付した。

図１は本考案の実施形態である自在継手の部分断面図、図２は図１の自在継手におけるフォークアーム部および十字軸の部分断面図であり、１は中心線方向と平行に突設した２つのフォークアーム部２と中間軸（図示せず）あるいは取付フランジ（図示せず）に連結するフランジ部１３とからなる２つのヨーク、３は４つのフォークアーム部（４つの内の１つを図示）２にヨーク１の中心線と直交する方向に設けた軸受穴、１４はフランジ部１３において中間軸あるいは取付フランジとの接合面に設けた嵌合部、１５はフランジ部１３と中間軸あるいは取付フランジとを連結するボルト（図示せず）を挿通するためにフランジ部１３の外周端部に設けたボルト穴、４は複数列（本例では第１乃至第４）の転動体５ａ〜５ｄを有底円筒状の外輪６の周壁に沿って環状に内装した軸受であって、この軸受４は外輪６が軸受穴３に嵌め付けられている。

７は外輪６の底部に取り付けた給脂栓、１６は４つの軸部１７を十字状に突設した十字軸、１８は、十字軸１６の各軸部１７の中心線上に、開口部から底部方向に向うに従って内径が漸次縮小するように略逆円錐台形状に形成した油溜部、１１は、環状に配設された転動体５ａ〜５ｄの内側に嵌め込んだ軸部１７の先端面と外輪６の底部間に挟み込んだリング状の底板、１２は転動体５ａ〜５ｄに嵌め込んだ軸部１７と外輪６間に嵌め付けられているオイルシールである。

このように構成された本実施形態の自在継手は、十字軸１６の各軸部１７を４つのフォークアーム部２にそれぞれ軸受４を介して回転自在に取り付けることにより、２つのヨーク１を連結したものであり、図２に示すように、十字軸１６には、直径ｄが自在継手の直径Ｄの０.２５〜０.３０倍となる４つの軸部１７が形成され、また、これらの各軸部１７には、開口部における軸部１７の外周壁面と油溜部１８の内周壁面間の壁厚Ｔ_ｊ１が外輪６の壁厚Ｔ_ｇの２倍以上、底部における軸部１７の外周壁面と油溜部１８の内周壁面間の壁厚Ｔ_ｊ２が外輪６の壁厚Ｔ_ｇの６倍以下、深さＬ_ａが複数列（本実施形態では４列）の転動体５ａ〜５ｄの全幅Ｌ_ｔの０.７〜０.８倍、内周壁面の傾きθが２０度〜３０度となる逆円錐台形の油溜部１８が形成されている。

そこで、本実施形態の自在継手と、図６に示す従来の自在継手との実体試験を行ったところ、各列の転動体５ａ〜５ｄに加わる荷重は（表２）に示したように、本実施形態の自在継手の転動体５ａ〜５ｄに作用する総荷重が、従来の自在継手の転動体５に作用する総荷重よりも低減できると共に、各転動体５ａ〜５ｄに作用する荷重をより平均的に分散できるという結果が得られた。

このため、加速劣化軸受寿命試験における破損確率１０％(Ｌ１０)の軸受寿命は、（表３）に示したように、本実施形態の自在継手の方が従来の自在継手よりも１.４５倍程度長くなった。

また、繰返し荷重を受けても疲労破損を生じないヨーク１の強度をヨークの疲労強度（ＫＮｍ）とし、繰返し荷重を受けても、疲労破損を生じない十字軸１６の強度を十字軸の疲労強度（ＫＮｍ）とし、軸受４の（動定格荷重×荷重作用半径×２）を軸受の動トルク容量（ＫＮｍ）とし、十字軸の疲労強度（ＫＮｍ），ヨークの疲労強度（ＫＮｍ），軸受の動トルク容量（ＫＮｍ）の全体を１００％としたときの自在継手の強度および寿命のバランス状態を求めると、（表４）に示したようになり、これをグラフに表すと図３に示すようになる。

ところで、ラジアルコロ軸受の寿命は、破損確率１０％の軸受寿命をＬ_１０，軸受の動定格荷重をＣ，ラジアル荷重をＰとすると、ＪＩＳ−Ｂ１５１８に規定される（数１）の式によって求めることができる。

そこで、軸受の動定格荷重Ｃを６００,０００Ｎ，転動体５に作用する荷重（ラジアル荷重）Ｐを（表２）に示した荷重の最大値としたときの従来の自在継手と本実施形態の自在継手との破損確率１０％の軸受寿命を（数１）の式から求めると、（表５）に示したようになる。

（表５）から明らかなように、直径ｄがフォークアーム部２の直径Ｄの０.２５〜０.３０倍である４つの軸部１７に、それぞれ、開口部における壁厚Ｔ_ｊ１が外輪６の壁厚Ｔ_ｇの２倍以上、底部における壁厚Ｔ_ｊ２が外輪６の壁厚Ｔ_ｇの６倍以下で、深さＬ_ａが４列の転動体５ａ〜５ｄの全幅Ｌ_ｔの０.７〜０.８倍で、内周壁面の傾きθが２０度〜３０度の逆円錐台形の油溜部１８を設けた十字継手１６によって、４つのフォークアーム部２を連結した本実施形態の自在継手によれば、軸受の寿命は、従来の自在継手の軸受寿命よりも約１.４倍向上させることができる。

なお、図４（ａ）〜（ｃ）は本実施形態における油溜部の変形例を示す断面図であり、図４（ａ）に示す例では油溜部１８−１の内周壁面における傾斜面部分を流線形状にしてあり、図４（ｂ）に示す例では油溜部１８−２の内周壁面における傾斜面部分を逆流線形状にしてあり、図４（ｃ）に示す例では油溜部１８−３の内周壁面を、径の異なる複数の円形部にて階段状に形成し、全体として傾斜を持たせたものである。このように油溜部における内周壁面の傾きθを形成する構成は、図１，図２に示したものに限定されない。

また、図５に示すように、各十字軸１６の油溜部１８を油穴２０により連通する構成にすることも考えられる。

本考案は、重荷重用の自在継手に適用され、特に軸受の転動体への最大負荷の低減化、および軸受寿命の改善が要求されている圧延機駆動用の自在継手に実施して有効である。

本考案の実施形態である自在継手の部分断面図、図２は図１の自在継手におけるフォークアーム部および十字軸の部分断面図本実施形態の自在継手におけるフォークアーム部および十字軸の部分断面図本実施形態における十字軸の疲労強度とヨークの疲労強度と軸受の動トルク容量の比率の説明図（ａ）〜（ｃ）は本実施形態における油溜部の変形例を示す断面図本実施形態において油溜部を油穴により連通した構成例を示す断面図従来の自在継手の部分断面図

符号の説明

１ヨーク
２フォークアーム部
３軸受穴
４軸受
５ａ〜５ｄ転動体
６外輪
７給脂栓
１１底板
１２オイルシール
１３フランジ部
１４嵌合部
１５ボルト穴
１６十字軸
１７軸部
１８，１８−１，１８−２，１８−３油溜部
２０油穴

Claims

それぞれが十字軸の軸部を回転可能に支持する軸受部を有する一対のフォークアームを備えたヨークから構成され、前記十字軸の軸端から前記十字軸の中心に向って口径が徐々に小さくなる油溜部を具備した自在継手において、
前記油溜部の壁厚を前記軸受部の外輪の壁厚に対して２倍乃至６倍とし、前記油溜部の深さを前記軸受部の複数列からなる転動体の全長に対して０．７倍乃至０．８倍とし、前記油溜部の内径の概略傾きを２０度乃至３０度とし、前記転動体の列数を２列以上としたことを特徴とする自在継手。
それぞれが十字軸の軸部を回転可能に支持する軸受部を有する一対のフォークアームを備えたヨークから構成され、前記十字軸の軸端から前記十字軸の中心に向って口径が徐々に小さくなる油溜部を具備した自在継手において、
前記油溜部の壁厚を前記軸受部の外輪の壁厚に対して２倍乃至６倍とし、前記油溜部の深さを前記軸受部の複数列からなる転動体の全長に対して０．７倍乃至０．８倍とし、前記油溜部の内径の概略傾きを２０度乃至３０度とし、前記転動体の列数を２列以上とし、前記十字軸の軸径を当該自在継手の直径に対して０．２５倍乃至０．３０倍としたことを特徴とする自在継手。