JP3194049B2 - シャフト／ハブユニット - Google Patents

シャフト／ハブユニット

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JP3194049B2
JP3194049B2 JP50014899A JP50014899A JP3194049B2 JP 3194049 B2 JP3194049 B2 JP 3194049B2 JP 50014899 A JP50014899 A JP 50014899A JP 50014899 A JP50014899 A JP 50014899A JP 3194049 B2 JP3194049 B2 JP 3194049B2
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ジー・ケー・エヌ・オートモーティヴ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、トルクを伝達するための歯部組立体を有す
るシャフト／ハブユニットであって、シャフト歯部を有
するシャフトと、ハブ歯部を有するハブとを備え、前記
歯部の歯列が互いに係合し、トルクが、シャフト歯部を
端部に備えたシャフトシャンクにより導入され、前記シ
ャフト歯部の歯の外郭が、長手方向に沿って変化してい
るシャフト／ハブユニットに関する。
上述した型のシャフト／ハブユニットは、特に、車軸
と自動車の動力伝達装置内の自在継手の部品との間のし
っかりとした回転接続のために使用される。
〔従来技術〕
独国特許第4415033号公報は、前記シャフト歯部の歯
外郭が長手方向に可変であり、前記シャフト歯部の歯高
が心振れ部で連続的に減少するようなシャフト／ハブユ
ニットを記載している。前記シャフト歯部がインボリュ
ート歯部として構成され、前記ハブ歯部が直線状側面歯
部として構成される場合、２つの歯列の間には線接触部
が存在する。その結果、前記線接触部の上下に歯面の遊
びが生じる。前記シャフト歯部の歯高が前記線接触部の
高さより短い心振れ部では、前記シャフト歯部の各歯と
前記ハブ歯部の各歯とは互いに接触しない。トルクを導
入すると、前記心振れ部ではシャフト捩れが生じ、前記
シャフト歯部の歯面が前記ハブ歯部の歯面とシャフト線
方向に増加しながら接触していく。これにより、前記歯
部組立体のシャフトシャンク端部で通常生じる応力ピー
クは減少し、高応力値の部分が前記歯部組立体の長手方
向に延伸する。前記シャフト／ハブユニットの欠点は、
前記心振れ部が別途のチップ形成機械加工によってのみ
しか製造できないことである。
仏国特許第1581658号公報は、基部径および外径が長
手方向で円錐上に位置決めされ、歯高が前記歯部組立体
の全長にわたり一定であるシャフト／ハブユニット用
の、一連のシャフト歯部を備えたシャフトを開示してい
る。前記基部径および前記外径は、前記トルクが導入さ
れる前記シャフト端部に向けて増加する。しかしなが
ら、前述の型の歯部は、ブローチ削りや絞り成形等の送
り方向がシャフト線方向の既存の製造法によっても、あ
るいは、平行転造手段を用いた転造によっても製造する
ことができない。更に、前記シャフト上の前記ハブのシ
ャフト線方向位置は、円錐の許容誤差に応じて変化す
る。前記外側円錐面の開口角度が平坦な場合、角度の僅
かなずれでも前記ハブの前記シャフト線方向位置に大き
く作用する。多くの用途において、それを許容すること
はできない。
〔発明の開示〕
本発明の目的は、所与のトルクを与えた場合に前記歯
部組立体の前記シャフトシャンク端部における応力がで
きるだけ小さくなるようにすると共に、単純な製造法に
より製造可能なシャフト／ハブユニットを提供すること
である。
この目的は、前記シャフト歯部が、長手方向に沿って
一定の外径を有し、前記ハブ歯部が、長手方向に沿って
一定の基部径を有し、前記歯部組立体が、シャフト歯部
の各基部径が各々長手方向に沿って一定に延びていると
同時に前記ハブ歯部の各内径が、各々長手方向に沿って
一定に延びている、少なくとも第１及び第２の部分を備
え、シャフトシャンクに近い前記第２の部分では、シャ
フト歯部の基部径とハブ歯部の内径が共に第１の部分の
各径より大きくかつシャフト歯部における歯の横断面
が、前記第１の部分における歯の歯先断面と一致してお
りかつ該歯先断面がその外径と基部径との間に位置する
径から前記外径までの断面形状であることにより達成さ
れる。
前記シャフトシャンクに近い部分の基部径を増加させ
ることにより、前記シャフトの抵抗モーメントは大きく
なる。その結果、前記歯部組立体の前記シャフトシャン
ク端部における応力は小さくなる。なぜならば、各２つ
の隣接した第１及び第２の部分のうち、前記シャフトシ
ャンクに近い第２の部分は、第１の部分の歯断面の上部
を形成する先端部に対応した前記シャフト歯部の歯断面
を含むと共に、歯列が前記歯部組立体の全体に亘りいず
れかの円直径上に位置して同じ歯深さを有するので、前
記シャフト歯部および前記ハブ歯部の両者とも送り方向
がシャフトの軸線方向である製造法により製造すること
が可能であるからである。
１つの実施形態において、部分の数は無限に展開して
いくので、実際上、前記シャフト歯部の基部径及び前記
ハブ歯部の内径は、長手方向で円錐上に成形される。
有利な１つの実施形態によれば、第１の部分における
第２の部分に隣接したシャフト歯部の歯断面が、第２の
部分の歯断面に一致する上部を有しかつその下部が段差
を介して基部径に向かって拡がっていると同時に前記段
差の下部でのみハブ歯部の歯面と接触していることが提
案される。
歯部組立体のシャフトシャンク端部に位置決めされた
部分を除けば、全ての部分がシャフト歯部の歯厚段差を
備えている。歯断面の下部を形成するシャフトシャンク
から最も離れた第１の部分のシャフト歯部の基部のみ
が、遊び無しでハブ歯部に係合する。残りの部分は全て
シャフト歯部の歯面がハブ歯部の歯面に対して遊びを有
する。その結果、トルクが導入されると、シャフトはシ
ャフト歯部の歯面とハブ歯部の歯面とが接触していない
全部分で、歯面が互いに接触するまで捩れることが可能
となる。すなわち、シャフト歯部の歯面が、ハブ歯部の
歯面とシャフト線方向に増加して接触してくるので、ト
ルク伝達に関与する部分は歯部組立体の長手方向に延長
される。シャフト歯部の基部径およびハブ歯部の内径
が、歯部組立体の全長にわたり一定な歯部組立体と比較
すると、本実施形態は、最大応力が低い点を特徴とす
る。
別の有利な実施形態によれば、第１の部分と第２の部
分との間に移行部分が形成されており、該移行部分にお
けるシャフト歯部の基部径及びハブ歯部の内径が、長手
方向に沿って一方の部分から他方の部分に向かって連続
関数に従って変化していることが提案される。これによ
り、各部分間に鋭く尖った段差が生じるのを避けること
ができる。これは、切欠き効果による不利な応力ピーク
を回避すると共に、前記歯部の製造を容易にする。
もう１つの実施形態によれば、前記シャフト歯部の基
部径および前記ハブ歯部の内径の両方の前記移行部分が
円錐上で延びることが可能である。
別の実施形態によれば、前記第１の部分に、ハブ歯部
とシャフト歯部とが、それぞれ、シャフト軸線方向に相
対移動不能に固定するための環状の固定要素を収容する
円周方向溝を備えていることが提案される。歯高が短す
ぎるために前記止め輪が不意に脱落するのを防ぐべく、
前記環状溝は、前記シャフト線方向シャンクから最も離
れた第１の部分に配設されている。これにより、環状の
固定要素は前記環状溝の歯面上に確実に支持される。前
記シャフトに対する前記ハブのシャフト線方向位置は、
前記環状溝の許容差とシャフト線方向固定手段との許容
差にのみ影響される。
上記した実施形態に関連して、前記固定要素が、円形
横断面を有する止め輪であることが提案される。
〔発明を実施するための最良の形態〕
図１には、シャフト１とハブ２と円形横断面を有する
止め輪３とからなる本発明のシャフト／ハブユニットの
縦断面の一部を示す。シャフト１は、トルクをシャフト
／ハブユニットに導入するためのシャフトシャンク４を
備えている。更に、シャフト１は、シャフトシャンク４
に近接した部分からシャフト端部にかけてシャフト歯部
５を備えかつ端部に近い部分に止め輪３を嵌挿するため
の環状溝６を備えている。ハブ２は、ハブ歯部７の端部
には止め輪３を嵌挿するための環状溝８を備えている。
シャフト歯部５およびハブ歯部７からなる歯部組立体
は、シャフトシャンク４から長手方向に離れた第１の部
分９とシャフトシャンク４に近接した第２の部分10とこ
れらの中間に位置する移行部分11とを備えている。シャ
フト歯部５の外径は、３つの部分全てにわたり一定の値
Dwを有する。ハブ歯部７の基部径もまた、３つの部分全
てに亘って一定の値dnを有する。シャフトシャンク４か
ら端部側に離れた第１の部分９は長さL1を有し、そのシ
ャフト歯部５が値dw1の基部径を有すると共にハブ歯部
７が値Dn1の内径を有する。
第２の部分10は長さL2を有しており、シャフトシャン
ク４に近接して位置付けられている。この第２の部分10
において、シャフト歯部５は、第１の部分９の基部径の
値dw1より大きい値dw2の基部径を有する。第２の部分10
のハブ歯部７は、第１の部分９の内径の値Dn1より大き
い値Dn2の外径を有する。第１及び第２の部分9,10の間
には、長さL3を有する移行部分11が位置付けられてお
り、この部分11において、シャフト歯部５の基部径とハ
ブ歯部７の内径は長手方向に沿って第１の部分９から第
２の部分10にかけて共に増加し、この基部径が長手方向
に値dw1からdw2まで延び、ハブ歯部の内径が値Dn1から
値Dn2にまで増加している。第１の部分９には、シャフ
ト１に対してハブ２をシャフトの軸線方向に固定するた
めの円形の止め輪３嵌挿された環状溝6,8が設けられて
いる。
図２は、図１に係る第１の部分９における本発明のシ
ャフト／ハブユニットの横断面の一部を示す。シャフト
歯部５の各歯14は、凸状の歯面12を備える一方、ハブ歯
部７の各歯15は、直線状の歯面13を備えている。歯面1
2,13は、ピッチ円直径ＤTの部分で互いに接触する。シ
ャフト歯部５は、値dw1の基部径および値Dwの外径を有
する。ハブ歯部７は、値dnの基部径および値Dn1の内径
を有する。
図３は、図１に示された第２の部分10における、本発
明のシャフト／ハブユニットの横断面の一部を示す。シ
ャフト歯部５は、ピッチ円直径ＤTと一致する値dw2の基
部径を有しており、このシャフト歯部５における歯16の
歯面23は、ハブ歯部７における歯17の内径Dn2によって
画成された歯面24の先端部分と接触する。各歯16,17の
歯丈は、図１における第１の部分９における歯丈より小
さい。シャフト歯部５の外径Dwとハブ歯部７の基部径dn
とがそれぞれ同じである場合、シャフト歯部５の基部径
dw2およびハブ歯部７の内径Dn2は、それぞれ図２に示さ
れた第１の部分９における比較円直径より大きい値を有
することとなる。シャフト歯部５の各歯16は、ピッチ円
直径ＤTと外径Dwとの間で、図２に示された各歯14と部
分的に同じ横断面を有する。ピッチ円直径ＤTとハブ歯
部７の基部径dnの間で、ハブ歯部７の各歯17は、図２に
示された各歯15と部分的に同じ横断面を有する。
図４は、図１における移行部分11の第１の部分９に近
接した部分におけるシャフト／ハブユニットの横断面を
示す。ハブ歯部７は、図２におけるハブ歯部と同一であ
る。しかしながら、シャフト歯部５の各歯18は、外径か
ら基部径に向かう途中に段差21が形成されており、この
段差21を介して拡大した横断面を有し、当該段差21は歯
18のピッチ円直径ＤTの部分に位置する。ピッチ円直径
ＤTと基部径dw1との間の各歯18の横断面は図２の各歯14
のピッチ円直径の内側部分の横断面の一致する。これに
より、シャフト歯部５の各歯18の歯面20は、ピッチ円直
径ＤTの部分、即ち段差21の部分においてハブ歯部７の
歯面13と接触する。なお、ピッチ円直径ＤTと外径Dwと
によって規定される歯18の先端部分の歯面19は、ハブ歯
部７の各歯15の歯面13とは接触しない。
図５は、図１における移行部分11の第２の部分10に近
接した部分におけるシャフト／ハブユニットの横断面を
示す。ハブ歯部７は、図３のハブ歯部と同一である。シ
ャフト歯部５の各歯22は、ピッチ円直径ＤTと外径Dwと
の間で図４の各歯18の対応する部分と同じ横断面を有す
る。シャフト歯部５の歯22の歯面19とハブ歯部７の歯15
の歯面13とはトルク負荷無しでは互いに接触しないの
で、シャフト１が捩じれて一定のトルク値が歯22に導入
されて初めて、歯面19,13が互いに接触する。
図６は、歯部組立体の長さ方向の２本の応力曲線を示
す。曲線Ａは、図２及び図３に係る本発明のシャフト／
ハブユニットの応力曲線である。曲線Ｂは、ハブ歯部及
びシャフト歯部両者の外径と基部径が共に歯部組立体の
全長にわたり一定である形式の従来技術に係る歯部組立
体の応力曲線である。
いずれの応力曲線も、シャフトシャンクから離れた軸
方向位置の歯部組立体端部における低い値から始まって
最大値まで連続的に上昇した後で僅かに降下するという
ことが判る。本発明による構成の歯部組立体の結果、ト
ルク導入部分での最大応力値は、トルクの抵抗モーメン
トの増加のため、曲線Ｂの最大値より低くなる。
図７は、歯部組立体の長さ方向の２本の応力曲線を示
す。曲線Ｃは、図４及び図５に係るシャフト／ハブユニ
ットの応力曲線である。曲線Ｂは、図６に示した曲線Ｂ
と同じ、従来技術による歯部組立体の応力曲線である。
曲線Ｃは、シャフトシャンクと反対側の歯部組立体端部
における低い値から始まって連続的に第１の最大値まで
上昇した後で僅かに降下し、その後再び第２の最大値ま
で上昇する。２つの最大値は、図４及び図５に示された
移行部分11における２つの部分における応力をそれぞれ
表す。トルクの導入が前記２つの部分に分配されるの
で、２つの最大応力値は、図６の曲線Ａの最大応力値よ
りも小さくなる。
図面の簡単な説明 図１は、本発明に係るシャフト／ハブユニットの縦断
面図である。
図２は、図１のシャフトシャンクと反対側に位置する
第１の部分における本発明のシャフト／ハブユニットの
部分横断面図である。
図３は、図１のシャフトシャンクと近接して位置する
第２の部分における本発明のシャフト／ハブユニットの
部分横断面図である。
図４は、図１における移行部分11の第１の部分９に近
接した部分におけるシャフト／ハブユニットの部分横断
面を示す。
図５は、図１における移行部分11の第２の部分10に近
接した部分におけるシャフト／ハブユニットの部分横断
面を示す。
図６は、歯部組立体の長さ方向の２本の応力曲線を示
す。
図７は、歯部組立体の長さ方向の２本の応力曲線を示
す。
〔図中の符号〕
１…シャフト ２…ハブ ３…止め輪 ４…シャフトシャンク ５…シャフト歯部 ６…環状溝 ７…ハブ歯部 ８…環状溝 ９…第１の部分 10…第２の部分 11…移行部分 12,13,19,20,23,24,…歯面 14,15,16,17,18,22…歯 21…段差 Dw…外径 dw1,dw2…基部径 Dn1,Dn2…内径 dn…基部径 ＤT…ピッチ円直径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−301304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−113659（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−109557（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−69963（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−116017（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−57551（ＪＰ，Ｕ) 特表 平10−504882（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−512610（ＪＰ，Ａ) 英国特許出願公開2245048（ＧＢ，Ａ) 独国特許出願公開19523584（ＤＥ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16D 1/02 - 1/08

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】トルクを伝達するための歯部組立体を有す
    るシャフト／ハブユニットであって、シャフト歯部
    （５）を有するシャフト（１）と、ハブ歯部（７）を有
    するハブ（２）とを備え、前記歯部の歯列が互いに係合
    し、トルクが、シャフト歯部（５）を端部に備えたシャ
    フトシャンク（４）により導入され、前記シャフト歯部
    （５）の歯の外郭が、長手方向に沿って変化しているシ
    ャフト／ハブユニットにおいて、 前記シャフト歯部（５）が、長手方向に沿って一定の外
    径（Dw）を有し、 前記ハブ歯部（７）が、長手方向に沿って一定の基部径
    （dn）を有し、 前記歯部組立体が、シャフト歯部（５）の各基部径（dw
    1,dw2）が各々長手方向に沿って一定に延びていると同
    時に前記ハブ歯部（７）の各内径（Dn1、Dn2）が各々長
    手方向に沿って一定に延びている、少なくとも第１及び
    第２の部分（9,10）を備え、 シャフトシャンク（４）に近い前記第２の部分（10）で
    は、シャフト歯部（５）の基部径（dw2）とハブ歯部
    （７）の内径（Dn2）が共に第１の部分の各径より大き
    くかつシャフト歯部（５）における歯（16）の横断面
    が、前記第１の部分（９）における歯（14）の歯先断面
    と一致しておりかつ該歯先断面がその外径（Dw）と基部
    径（dw1）との間に位置する径から前記外径（Dw）まで
    の断面形状であることを特徴とするシャフト／ハブユニ
    ット。
  2. 【請求項２】第１の部分（９）における第２の部分（1
    0）に隣接したシャフト歯部（５）の歯断面が、第２の
    部分（10）の歯断面に一致する上部を有しかつその下部
    が段差（21）を介して基部径（dw1）に向かって拡がっ
    ていると同時に前記段差の下部でのみハブ歯部（７）の
    歯面（13）と接触していることを特徴とする請求の範囲
    第１項に記載のシャフト／ハブユニット。
  3. 【請求項３】第１の部分（９）と第２の部分（10）との
    間に移行部分（11）が形成されており、該移行部分にお
    けるシャフト歯部（５）の基部径（dw）及びハブ歯部
    （７）の内径（Dn）が、長手方向に沿って一方の部分か
    ら他方の部分に向かって連続関数に従って変化している
    ことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の
    シャフト／ハブユニット。
  4. 【請求項４】前記第１の部分（９）に、ハブ歯部（７）
    とシャフト歯部（５）とが、それぞれ、シャフト軸線方
    向に相対移動不能に固定するための環状の固定要素
    （３）を収容する円周方向溝（6,8）を備えていること
    を特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項
    に記載のシャフト／ハブユニット。
  5. 【請求項５】前記固定要素（３）が、円形横断面を有す
    る止め輪（３）であることを特徴とする請求の範囲第４
    項に記載のシャフト／ハブユニット。
JP50014899A 1997-05-31 1998-05-08 シャフト／ハブユニット Expired - Lifetime JP3194049B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19722917A DE19722917C1 (de) 1997-05-31 1997-05-31 Wellen-Naben-Einheit
DE19722917.4 1997-05-31
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