JP3562180B2 - Propeller shaft for vehicles - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両前方側に配置された変速機の出力側に第一自在継手を介して接続した第一シャフトと、車両後方側に配置された終減速機の入力側に第二自在継手を介して接続した第二シャフトとの隣り合う端部を第三自在継手を介して接続した車両用プロペラシャフトに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
エンジン前置き・後輪駆動車(FR車)のプロペラシャフトは、車両の前後方向を貫くように配置されるため、例えば、「新型車解説書 NISSAN シルビア S14型系車の紹介」(日産自動車株式会社1993年10月発行)に記載のように、変速機の出力側に第一自在継手を介して接続した第一シャフトと、終減速機の入力側に第二自在継手を介して接続した第二シャフトとの隣り合う端部を第三自在継手を介して接続し構成する。
【0003】
しかし、こうしたプロペラシャフトは、その構造上、振動を発生しやすいという問題がある。特に、連結部材として用いた自在継手では、内部フリクションに起因する自励的な振れ回り振動を発生しやすい。また、自在継手の内部フリクションは、プロペラシャフトへの入力トルクに比例して大きくなるため、発進等の加速を伴う走行などでは、振動の問題が顕著である。
【0004】
ところで、振れ回り振動の原因となる内部フリクションは、継手部分での折れ角が小さくなると急激に増加する傾向にあることが知られているから、振れ回り振動を防止するためには、継手部分での折れ角を大きくすることが好ましい。
【0005】
そこで従来から、例えば、図10に示すように、第一及び第二シャフトP1 ,P2 を自在継手C3 で連結したプロペラシャフトでは、終減速機3をオフセットさせる等して継手部分(C1 ,C2 ,C3 )に積極的に折れ角(θ1 ,θ2 , θ3 )を付け、自励的な振れ回り振動によるプロペラシャフトの振動を防止している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプロペラシャフトにあっては、車両空間を考慮して継手部分に折れ角を付けるに過ぎないため、内部フリクションを軽減させて振れ回り振動を防止するのに十分ではない、というのが実情であった。
【0007】
従って本発明である、請求項1または2に記載の車両用プロペラシャフトは、自在継手の内部フリクションによる自励的な振れ回り振動を防止することにより、プロペラシャフトで発生する振動、特に、入力トルクの大きくなる走行状態での振動を軽減させることを目的し、
さらに、請求項3乃至5のいずれか一項に記載の車両用プロペラシャフトは、請求項1または2において、自在継手を選択することにより、プロペラシャフトで発生する振動を一層軽減させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的から、本発明である、請求項1に係る、車両用プロペラシャフトは、車両前方側に配置された変速機の出力側に第一自在継手を介して接続した第一シャフトと、車両後方側に配置された終減速機の入力側に第二自在継手を介して接続した第二シャフトとの隣り合う端部を第三自在継手を介して接続した車両用プロペラシャフトにおいて、
第一自在継手の中心から第三自在継手の中心までの間の第一軸長寸法を、第三自在継手の中心から第二自在継手の中心までの間の第二軸長寸法よりも大きくし、車両上方から観たとき、前記第一シャフト及び第二シャフトが、第三自在継手を頂点として車両前方向に対して左側へ凸となる交角を持つように配置したことを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明である、請求項2に係る、車両用プロペラシャフトは、車両前方側に配置された変速機の出力側に第一自在継手を介して接続した第一シャフトと、車両後方側に配置された終減速機の入力側に第二自在継手を介して接続した第二シャフトとの隣り合う端部を第三自在継手を介して接続した車両用プロペラシャフトにおいて、
第一自在継手の中心から第三自在継手の中心までの間の第一軸長寸法を、第三自在継手の中心から第二自在継手の中心までの間の第二軸長寸法よりも小さくし、車両上方から観たとき、前記第一シャフト及び第二シャフトが、第三自在継手を頂点として車両前方向に対して右側へ凸となる交角を持つように配置したことを特徴とするものである。
【0010】
さらに、本発明である、請求項3に係る、車両用プロペラシャフトは、請求項1または2において、前記自在継手を等速自在継手にしたことを特徴とするものである。
【0011】
加えて、本発明である、請求項4に係る、車両用プロペラシャフトは、請求項3において、前記等速自在継手をクロスグルーブ型等速自在継手にしたことを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明である、請求項5に係る、車両用プロペラシャフトは、請求項3において、前記等速自在継手をダブルオフセット型等速自在継手にしたことを特徴とするものである。
【0013】
【発明の効果】
本発明である、請求項1に係る、車両用プロペラシャフトは、第一軸長寸法を第二軸長寸法よりも大きくし、車両上方から観たとき、第一及び第二シャフトが、第三自在継手を頂点として車両前方向に対して左側へ凸となる交角を持つように配置することによって、入力トルクが大きくなるときに、プロペラシャフトが伝達する駆動トルクにより発生する2次モーメントを利用して、継手部分での折れ角、特に、第三自在継手での折れ角を大きくできるから、自在継手の内部フリクションによる自励的な振れ回り振動を防止し、プロペラシャフトで発生する振動や、振動に伴う騒音、特に、入力トルクの大きくなる走行状態での振動及び騒音を軽減することができる。
【0014】
また、本発明である、請求項2に係る、車両用プロペラシャフトは、第一軸長寸法を第二軸長寸法よりも小さくし、車両上方から観たとき、第一及び第二シャフトが、第三自在継手を頂点として車両前方向に対して右側へ凸となる交角を持つように配置することによって、プロペラシャフトが請求項1のように配置できない状況でも、請求項1と同様な効果を得ることができる。
【0015】
さらに、本発明である、請求項3に係る、車両用プロペラシャフトは、請求項1または2において、前記自在継手を等速自在継手とする。
等速自在継手ではない自在継手では、継手部分での折れ角が変化すると共に、入力側と出力側との間のトルクが変動し、しかも、その変動は、継手部分での折れ角が大きくなるほど大きくなり、振動や騒音の一因となる。
これに対して、等速自在継手は、継手部分での折れ角がどのように変化しても、入力側と出力側との間のトルクが変動しないため、継手部分での折れ角が増大しても、トルク変動による振動や騒音を発生させない。
このため、等速自在継手を採用した車両用プロペラシャフトでは、プロペラシャフトで発生する振動や騒音を一層軽減できる。
【0016】
また、本発明である、請求項4に係る、車両用プロペラシャフトは、請求項3において、前記等速自在継手をクロスグルーブ型等速自在継手とする。
クロスグルーブ型等速自在継手は、軸方向に摺動しない固定型の等速自在継手と異なり、軸方向に摺動するスライド型の等速自在継手であるから、他の等速自在継手と比べて、継手部分で駆動系の軸方向移動を吸収することができる。
このため、等速自在継手としてクロスグルーブ型等速自在継手を採用したプロペラシャフトでは、継手部分で駆動系の軸方向移動を吸収しつつ、プロペラシャフトで発生する振動や騒音を軽減することができる。
【0017】
また、本発明である、請求項5に係る、車両用プロペラシャフトは、請求項3において、前記等速自在継手をダブルオフセット型等速自在継手とする。
ダブルオフセット型等速自在継手も、軸方向に摺動するスライド型の等速自在継手であるから、請求項4と同等な効果が得られる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【0019】
図1は、本発明による車両用プロペラシャフトの第一実施形態を車両上方から観た平面図であって、同実施形態のプロペラシャフト1は、車両前方側に配置された変速機5の出力側に第一等速自在継手C1 を介して接続した第一シャフトP1 と、車両後方側に配置された終減速機3の入力側に第二等速自在継手C2 を介して接続した第二シャフトP2 との隣り合う端部を第三等速自在継手C3 を介して接続し構成する。このときプロペラシャフト1は、第三等速自在継手C3 付近に設けたセンターベアリングBc において、インシュレータを介して車体(共に図示せず)に固定されている。
【0020】
またプロペラシャフト1は、第一等速自在継手C1 の中心から第三等速自在継手C3 の中心までの間の第一軸長寸法L1 を、第三等速自在継手C3 の中心から第二等速自在継手C2 の中心までの間の第二軸長寸法L2 よりも大きくし、車両上方から観たとき、第一シャフトP1 及び第二シャフトP2 が、第三等速自在継手C3 を頂点として車両前方向に対して左側へ凸となる交角を持つように配置する。
【0021】
他方、図2は、本発明の第二実施形態を車両上方から観た平面図で、同実施形態のプロペラシャフト2は基本的に第一実施形態と同様の構成であり、同一部分の説明は同一符号を以て説明を省略する。
但し、プロペラシャフト2は、第一軸長寸法L1 を第二軸長寸法L2 よりも小さくし、車両上方から観たとき、第一シャフトP1 及び第二シャフトP2 が、第三等速自在継手C3 を頂点として車両前方向に対して右側へ凸となる交角を持つように配置する。
【0022】
ここで、第一及び第二実施形態における第一及び第二軸長寸法L1 ,L2 と、第一及び第二シャフトP1 ,P2 が第三等速自在継手C3 を頂点としてなす交角の向きとの設定方法を説明する。
【0023】
前述したように、プロペラシャフトで発生する振動の内、等速自在継手の内部フリクションによる自励的な振れ回り振動を防止するためには、継手部分での折れ角、特に、第三等速自在継手C3 での折れ角を大きく(第三等速自在継手C3 を頂点に第一及び第二シャフトP1 ,P2 がなす交角を大きく)する必要がある。このため、本発明では、プロペラシャフトへの入力トルクが大きくなるとき、プロペラシャフトの駆動トルクTにより発生する2次モーメントを利用して継手部分での折れ角を大きくさせる。
【0024】
以下、変速機5の出力軸における中心軸線Oに対して第一シャフトP1 の中心軸線O1 がなす角を折れ角θ1 、第一シャフトP1 の中心軸線O1 に対して第二シャフトP2 の中心軸線O2 がなす角を折れ角θ3 、第二シャフトP2 の中心軸線O2 に対して終減速機3の中心軸線O3 がなす角を折れ角θ2 とする。
【0025】
図3,4は、プロペラシャフト1について、駆動トルクTに起因する2次モーメントMを説明するための模式図であり、図1と同一部分は同一符号を以て説明するが、参照符号4は、プロペラシャフト1をセンターベアリングBc の部分で車体に固定するために介在したインシュレータであって、変速機5、等速自在継手C1 ,C2 及び終減速機3は省略してある。
【0026】
図1の模式図である図3では、プロペラシャフト1が変速機5からの出力を終減速機3に伝達するとき、プロペラシャフト1は、車両前方から観て時計回り(右回り)方向に回転し、第三等速自在継手C3 における力のやりとりは、第一シャフトP1 と第二シャフトP2 との二等分面上の着力点Fで行われる。
【0027】
着力点Fで第二シャフトP2 から第一シャフトP1 にかかる力をfとすると、駆動トルクTは、
T=2×f×t×cos(θ3 /2) ・・・・(1)
で表される。ここで、tは、第三自在継手C3 の中心から着力点Fまでの距離であって、着力点Fは、第一シャフトP1 の直交断面に対してオフセットしているため、車両側面からプロペラシャフト1を観た図4に示すように、第一シャフトP1 には、図面から観て反時計回り(左回り)の2次モーメントMが発生する。
この2次モーメントMは、
第二シャフトP2 についても同様の計算を行うと、
M=T×tan(θ3 /2)
で、第一シャフトP1 と同じ、反時計回り(左回り)のモーメントとなる。
【0028】
従って、車両上方から観たとき、第三等速自在継手C3 を頂点として車両前方向に対して左側へ凸となるプロペラシャフト1の場合、第一及び第二シャフト P1 ,P2 にはそれぞれ、左回りの2次モーメントMが発生し、この2次モーメントMによるプロペラシャフト1の力関係は、図5に示すようになる。
【0029】
ところで、終減速機3は一般に、プロペラシャフトを側面から観た図6に示すように、プロペラシャフト1から駆動トルクTを伝達されたときに上向きにワインドアップする傾向があり、しかも、このワインドアップは、駆動トルクTが大きくなるほど顕著に現れる。そこで、このワインドアップに併せて第三等速自在継手C3 を下向きに変位させれば、自在継手での折れ角を大きくして、自在継手の内部フリクションを減少させることができる。
このため、内部フリクションによる自励的な振れ回り振動を防止するためには、駆動トルクTに起因する2次モーメントMによって、第三等速自在継手C3 が下向きに変位するようにプロペラシャフトを構成することが好ましい。
【0030】
図5から、2次モーメントMによるプロペラシャフト1での力関係をみるとき、第三等速自在継手C3 の中心からインシュレータ4(センターベアリングBc の中心付近)までの寸法をLo 、第一シャフトP1 の変速機5側端部に加わる力をf1 、第二シャフトP2 の終減速機3側端部に加わる力をf2 、センターベアリングBc の中心付近に加わる力をf3 とすると、
第一シャフトP1 のつり合いより、
M=L1 ×f1 ・・・・(3)
第二シャフトP2 のつり合いより、
M=f1 ×L2 −f3 ×(L2 −Lo ) ・・・・(4)
これら(3)及び(4)式から、センターベアリングBc 付近での力f3 は、
f3 =−〔(L1 −L2 )×M〕/〔(L2 −Lo )×L1 〕・・・・(5)
で表せる。
【0031】
式(5)では、寸法L1 、L2 及び(L2 −Lo )と、2次モーメントMとが正であるから、センターベアリングBc に加わる力f3 の向きは、右辺分子における(L1 −L2 )の大小関係で決定される。
【0032】
まず、(L1 −L2 )<0となるときは、f3 >0であるから、センターベアリングBc が、図に示すように、このベアリングBc を支持するインシュレータ4から下向きの力を受ける。
しかし、その下向きの力f3 は、プロペラシャフト1のセンターベアリング Bc 部分、つまり、第三等速自在継手C3 付近が上向きに変位したときのインシュレータ4からの反力を示す。
従って、L1 <L2 を満たすように第一及び第二軸長寸法L1 、L2 を決定すると、終減速機3がワインドアップすると共に第三等速自在継手C3 部分は上向きに変位して、各継手部分での折れ角を小さくしてしまう。
【0033】
逆に、(L1 −L2 )>0となるときは、f3 <0であるから、センターベアリングBc が、図とは反対に、インシュレータ4から上向きの力を受ける。
この上向きの力f3 は、プロペラシャフト1のセンターベアリングBc 部分、つまり、第三等速自在継手C3 付近が下向きに変位したときのインシュレータ4からの反力を示す。
従って、車両上方から車両前方向に観たとき、プロペラシャフト1が第三等速自在継手C3 を頂点として左側へ凸となる場合、
L1 >L2 を満たすように第一及び第二軸長寸法L1 、L2 を決定すると、終減速機3がワインドアップすると共に、駆動トルクTに起因する2次モーメントによって、第三等速自在継手C3 付近が下向きに変位するから、継手部分での折れ角、特に、第三自在継手C3 の折れ角θ3 を大きくでき、自在継手における内部フリクションの軽減に効果がある。
【0034】
他方、図7,8は、第二実施形態のプロペラシャフト2について、駆動トルクTに起因する2次モーメントを説明するための模式図であり、図2と同一部分は同一符号を以て説明する。
【0035】
プロペラシャフト2を車両上方から観たとき、第一シャフトP1 及び第二シャフトP2 が第三等速自在継手C3 を頂点として車両前方向に対して右側へ凸となる場合、プロペラシャフト2が駆動トルクTを終減速機3に伝達するとき、プロペラシャフト2は、車両前方から観て時計回り(右回り)に回転し、駆動トルクTは、第一実施形態と同様に、
T=2×f×t×cos(θ3 /2) ・・・・(6)
で表される。ここで、tは、第三自在継手C3 の中心から着力点Fまでの距離であって、着力点Fは、第一シャフトP1 の直交断面に対してオフセットしているため、車両側面からプロペラシャフト2を観た図8に示すように、第一シャフトP1 には、図面から観て時計回り(右回り)の2次モーメントMが発生する。
この2次モーメントMは、
第二シャフトP2 についても同様の計算を行うと、
M=T×tan(θ3 /2)
で、第一シャフトP1 側と同じ、時計回り(右回り)のモーメントとなる。
【0036】
従って、車両上方から観たとき、プロペラシャフト2が第三等速自在継手C3 を頂点として車両前方向に対して右側へ凸となる場合、第一シャフトP1 及び第二シャフトP2 の側面にはそれぞれ、右回りのモーメントMが発生し、2次モーメントMによるプロペラシャフト2の力関係は、図9に示すようになる。
【0037】
このときも同様に、終減速機3は、図6に示すように、プロペラシャフト2から駆動トルクTを伝達されたときに上向きにワインドアップする傾向があるため、内部フリクションによる自励的な振れ回り振動を防止するためには、終減速機3のワインドアップに併せ、第三等速自在継手C3 を下向きに変位させ、継手での折れ角を大きくすることが好ましい。
【0038】
そこで、図9から、2次モーメントMによるプロペラシャフト1での力関係をみると、第一実施形態と同様に、
第一シャフトP1 のつり合いより、
M=L1 ×f1 ・・・・(8)
第二シャフトP2 のつり合いより、
M=f1 ×L2 +f3 ×(L2 −Lo ) ・・・・(9)
これら(8)及び(9)式から、センターベアリングBc 付近での力f3 は、
f3 =〔(L1 −L2 )×M〕/〔(L2 −Lo )×L1 〕・・・・(10)
で表せる。
【0039】
式(10)から、センターベアリングBc に加わる力f3 の向きは、右辺分子における(L1 −L2 )の大小関係で決定される。
【0040】
(L1 −L2 )>0となるときは、f3 >0であるから、センターベアリングBc では、このベアリングBc を支持するインシュレータ4から、図に示すように、下向きの力f3 を受ける。
しかし、その下向きの力f3 は、プロペラシャフト2のセンターベアリング Bc 部分、つまり、第三等速自在継手C3 付近が上向きに変位したことを示す。
従って、L1 >L2 を満たすように第一及び第二軸長寸法L1 、L2 を決定すると、終減速機3がワインドアップすると共に、第三等速自在継手C3 部分は上向きに変位して、各継手部分での折れ角を小さくしてしまう。
【0041】
逆に、(L1 −L2 )<0となるときは、f3 <0であるから、センターベアリングBc が、図と反対に、インシュレータ4から上向きの力を受ける。
この上向きの力f3 は、プロペラシャフト2のセンターベアリングBc 部分、つまり、第三等速自在継手C3 付近が下向きに変位したことを示す。
従って、車両上方から観たとき、プロペラシャフト2が第三等速自在継手C3 を頂点として車両前方向に対して右側へ凸となる場合、
L1 <L2 を満たすように第一及び第二軸長寸法L1 、L2 を決定すると、終減速機3がワインドアップすると共に、駆動トルクTに起因する2次モーメントによって、第三等速自在継手C3 付近が下向きに変位するから、継手部分での折れ角、特に、第三等速自在継手C3 での折れ角θ3 を大きくでき、自在継手における内部フリクションの軽減に効果がある。
【0042】
以上のことから、第一実施形態におけるプロペラシャフト1は、第一軸長寸法L1 が第二軸長寸法L2 よりも大きくなるように、第一及び第二軸長寸法L1 ,L2 がL1 >L2 の関係を、また、車両上方から観たとき、第一及び第二シャフトP1 ,P2 が第三等速自在継手C3 を頂点として車両前方向に対して左側へ凸となるように、第三等速自在継手C3 での折れ角θ3 がθ3 <0(θ1 >0, θ2 >0)の関係を満たすようにする。
このことにより、プロペラシャフト1への入力トルクが大きくなるときに、駆動トルクTにより発生する2次モーメントを利用して、継手部分での折れ角、特に、第三等速自在継手C3 での折れ角θ3 を大きくできるから、自在継手の内部フリクションによる自励的な振れ回り振動を防止し、プロペラシャフト1で発生する振動や、この振動による騒音、特に、入力トルクが大きくなる、例えば、発進時などの加速走行状態で発生する振動及び騒音を軽減できる。
【0043】
逆に、第二実施形態におけるプロペラシャフト2は、第一軸長寸法L1 が第二軸長寸法L2 よりも小さくなるように、第一及び第二軸長寸法L1 ,L2 がL1 <L2 の関係を、また、車両上方から観たとき、第一及び第二シャフトP1 ,P2 が第三等速自在継手C3 を頂点として車両前方向に対して右側へ凸となるように、第三等速自在継手C3 での折れ角θ3 がθ3 >0(θ1 <0,θ2 <0)の関係を満たすようにする。
従って、プロペラシャフトが上記のように配置できない状況でも、上記と同様な作用効果を得ることができる。
【0044】
また、等速自在継手ではない自在継手では、継手部分での折れ角が変化すると共に、入力側と出力側との間のトルクが変動し、しかも、その変動は、継手部分での折れ角が大きくなるほど大きくなり、振動や騒音の一因となる。 これに対して、等速自在継手は、継手部分での折れ角がどのように変化しても、入力側と出力側との間のトルクが変動しないため、継手部分での折れ角が増大しても、トルク変動による振動や騒音を発生させない。
このため、等速自在継手を採用したことによって、プロペラシャフト1または2で発生する振動や騒音を一層軽減できる。
【0045】
ところで、等速自在継手には、クロスグルーブ型等速自在継手と言われるものがある。クロスグルーブ型等速自在継手は、例えば、特開昭60−222622号、実開昭63−57821号、特開昭58−156722号に示すように、円筒形状の内径部材及び外径部材を有し、これら内径部材の外周面及び外径部材の内周面それぞれに、軸線方向に対して傾斜したボール溝を設け、内径及び外径部材とのボール溝を合わせてボール部材で軸受するとき、内径及び外径部材のボール溝が互いに交差する構成の継手である。
即ち、クロスグルーブ型等速自在継手は、軸方向に摺動しない固定型の等速自在継手と異なり、軸方向に摺動するスライド型の等速自在継手であるから、他の等速自在継手と比べて、継手部分で駆動系の軸方向移動を吸収することができる。
このため、等速自在継手としてクロスグルーブ型等速自在継手を採用したプロペラシャフト1または2では、継手部分で駆動系の軸方向移動を吸収しつつ、プロペラシャフトで発生する振動や騒音を軽減することができる。
【0046】
また、等速自在継手には、ダブルオフセット型等速自在継手と言われるものがある。このダブルオフセット型等速自在継手とは、円筒形状の内径部材及び外径部材を有し、これら内径部材の外周面及び外径部材の内周面それぞれに、軸線方向に対して平行なボール溝を設け、これらボール溝間にボール部材を介在させた構成の継手である。
即ち、ダブルオフセット型等速自在継手も、軸方向に摺動するスライド型の等速自在継手であるから、継手部分で駆動系の軸方向移動を吸収することができる。
このため、等速自在継手としてダブルオフセット型等速自在継手を採用したプロペラシャフトも、前記クロスグルーブ型等速自在継手を採用したと同等な効果が得られる。
【0047】
上述したところは、本発明の好適な実施形態を示したにすぎず、当業者によれば、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。例えば、他の等速自在継手としては、トリポート型等速自在継手などであってもよい。また、変速機については、手動変速機であっても、自動変速機であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態を車両上方から観たときの平面図である。
【図2】本発明の第二実施形態を車両上方から観たときの平面図である。
【図3】図1に示したプロペラシャフトの模式図である。
【図4】図1のプロペラシャフトに発生する2次モーメントを側面から示した模式図である。
【図5】図4の2次モーメントによる力関係を示した模式図である。
【図6】終減速機がワインドアップしたときのプロペラシャフトを示す側面図である。
【図7】図2に示したプロペラシャフトの模式図である。
【図8】図2のプロペラシャフトに発生する2次モーメントを側面から示した模式図である。
【図9】図8の2次モーメントによる力関係を示した模式図である。
【図10】従来のプロペラシャフトを車両上方から観たときの平面図である。
【符号の説明】
1, 2 プロペラシャフト
3 終減速機
4 インシュレータ
5 変速機
Bc センターベアリング
C1 第一等速自在継手
C2 第二等速自在継手
C3 第三等速自在継手
P1 第一シャフト
P2 第二シャフト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a first shaft connected to an output side of a transmission arranged on the vehicle front side via a first universal joint, and a second universal joint on an input side of a final reduction gear arranged on the vehicle rear side. The present invention relates to a vehicle propeller shaft in which an end adjacent to a second shaft connected via a third universal joint is connected via a third universal joint.
[0002]
[Prior art]
Since the propeller shaft of the front-wheel drive and rear-wheel drive vehicles (FR vehicles) is arranged so as to penetrate in the front-rear direction of the vehicle, for example, "Introduction to the new model NISSAN Sylvia S14 type car" (NISSAN As described in (October 1993), a first shaft connected to the output side of the transmission via a first universal joint and a second shaft connected to the input side of the final reduction gear via a second universal joint. The end adjacent to the shaft is connected via a third universal joint.
[0003]
However, such a propeller shaft has a problem that vibration is easily generated due to its structure. In particular, in the universal joint used as the connecting member, self-excited whirling vibration due to internal friction is likely to occur. In addition, since the internal friction of the universal joint increases in proportion to the input torque to the propeller shaft, the problem of vibration is conspicuous in traveling with acceleration such as starting.
[0004]
By the way, it is known that the internal friction that causes whirling vibration tends to increase sharply as the bending angle at the joint decreases, so in order to prevent whirling vibration, the Is preferably increased.
[0005]
Therefore, conventionally, for example, as shown in FIG. 10, in a propeller shaft in which the first and second shafts P 1 and P 2 are connected by a universal joint C 3 , a joint portion (C 1 , C 2 , C 3 ) are positively angled (θ 1 , θ 2 , θ 3 ) to prevent self-excited whirling vibrations of the propeller shaft.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, with conventional propeller shafts, only the bends are made at the joints in consideration of the vehicle space, which is not enough to reduce internal friction and prevent whirling vibration. It was a fact.
[0007]
Therefore, the vehicle propeller shaft according to claim 1 or 2 of the present invention prevents the self-excited whirling vibration due to the internal friction of the universal joint, thereby preventing the vibration generated at the propeller shaft, particularly the input torque. With the aim of reducing vibrations in running conditions where
Further, the vehicle propeller shaft according to any one of claims 3 to 5 is intended to further reduce vibration generated in the propeller shaft by selecting a universal joint in
[0008]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the vehicle propeller shaft according to
The first shaft length from the center of the first universal joint to the center of the third universal joint is larger than the second shaft length from the center of the third universal joint to the center of the second universal joint. Wherein, when viewed from above the vehicle, the first shaft and the second shaft are arranged so as to have an intersection angle protruding leftward with respect to the vehicle front direction with the third universal joint as an apex. is there.
[0009]
The vehicle propeller shaft according to
The first axial length from the center of the first universal joint to the center of the third universal joint is smaller than the second axial length from the center of the third universal joint to the center of the second universal joint. When viewed from above the vehicle, the first shaft and the second shaft are arranged so as to have an intersection angle that is convex to the right with respect to the vehicle front direction with the third universal joint as a vertex. is there.
[0010]
Furthermore, a vehicle propeller shaft according to claim 3 of the present invention is characterized in that, in
[0011]
In addition, the propeller shaft for a vehicle according to
[0012]
Further, a propeller shaft for a vehicle according to claim 5, which is the present invention, is characterized in that in claim 3, the constant velocity universal joint is a double offset type constant velocity universal joint.
[0013]
【The invention's effect】
The propeller shaft for a vehicle according to
[0014]
Further, the propeller shaft for a vehicle according to
[0015]
Further, in the vehicle propeller shaft according to claim 3 of the present invention, in
In a universal joint that is not a constant velocity universal joint, the bending angle at the joint part changes, and the torque between the input side and the output side fluctuates, and the fluctuation increases as the bending angle at the joint part increases. It becomes large and contributes to vibration and noise.
On the other hand, the constant velocity universal joint increases the bending angle at the joint because the torque between the input side and the output side does not fluctuate regardless of the bending angle at the joint. However, vibration and noise due to torque fluctuation are not generated.
Therefore, in a vehicle propeller shaft employing a constant velocity universal joint, vibration and noise generated by the propeller shaft can be further reduced.
[0016]
Further, in the vehicle propeller shaft according to
Unlike the fixed type constant velocity universal joints that do not slide in the axial direction, the cross groove type constant velocity universal joints are slide type constant velocity universal joints that slide in the axial direction. Thus, the axial movement of the drive system can be absorbed by the joint portion.
Therefore, in the propeller shaft employing the cross groove type constant velocity universal joint as the constant velocity universal joint, vibration and noise generated in the propeller shaft can be reduced while absorbing the axial movement of the drive system at the joint portion. .
[0017]
Also, in the vehicle propeller shaft according to claim 5 of the present invention, in claim 3, the constant velocity universal joint is a double offset type constant velocity universal joint.
Since the double offset type constant velocity universal joint is also a slide type constant velocity universal joint that slides in the axial direction, the same effect as in
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0019]
FIG. 1 is a plan view of a first embodiment of a vehicle propeller shaft according to the present invention, as viewed from above the vehicle. The
[0020]
The
[0021]
On the other hand, FIG. 2 is a plan view of a second embodiment of the present invention as viewed from above the vehicle. The
However, the
[0022]
Here, the first and second shaft lengths L 1 and L 2 and the first and second shafts P 1 and P 2 in the first and second embodiments form the third constant velocity universal joint C 3 as a vertex. A method of setting the direction of the intersection angle will be described.
[0023]
As described above, among the vibrations generated by the propeller shaft, in order to prevent self-excited whirling vibration due to internal friction of the constant velocity universal joint, the bending angle at the joint part, particularly, the third constant velocity universal increasing the bending angle at the joint C 3 (large first and second shaft P 1, the angle of intersection of P 2 forms a third constant velocity universal joint C 3 to the vertex) needs to be. Therefore, in the present invention, when the input torque to the propeller shaft increases, the bending angle at the joint portion is increased by using the secondary moment generated by the driving torque T of the propeller shaft.
[0024]
Hereinafter, the angle formed by the center axis O 1 of the first shaft P 1 with respect to the center axis O of the output shaft of the transmission 5 is a bending angle θ 1 , and the second shaft is formed with respect to the center axis O 1 of the first shaft P 1. P 2 of the central axis O 2 bending the angle is the angle theta 3, the central axis O 3 of the final reduction gear 3 is to bending angle theta 2 an angle relative to the central axis O 2 of the second shaft P 2.
[0025]
FIGS. 3 and 4 are schematic diagrams for explaining the secondary moment M caused by the driving torque T in the
[0026]
In FIG. 3, which is a schematic diagram of FIG. 1, when the
[0027]
The force applied from the second shaft P 2 to the first shaft P 1 When f in the force applied points F, drive torque T is
T = 2 × f × t × cos (θ 3/2) ···· (1)
It is represented by Here, t is a distance from the center of the third universal joint C 3 to the force applied points F, the force applied points F is, since the offset relative to the first cross section perpendicular to the shaft P 1, from the vehicle side as shown in FIG. 4 as viewed the
This second moment M is
When performing the same calculations for the second shaft P 2,
M = T × tan (θ 3 /2)
In the same as the first shaft P 1, the moment of the counter-clockwise (counterclockwise).
[0028]
Therefore, when viewed from above the vehicle, if the
[0029]
Incidentally, the final reduction gear 3 generally tends to wind up when the drive torque T is transmitted from the
Therefore, in order to prevent self-excited whirling vibration by internal friction is the second moment M due to the drive torque T, a propeller shaft to a third constant velocity universal joint C 3 is displaced downward It is preferable to configure.
[0030]
From Figure 5, when viewing the power relations in the
Than the balancing of the first shaft P 1,
M = L 1 × f 1 (3)
Than the balance of the second shaft P 2,
M = f 1 × L 2 −f 3 × (L 2 −Lo) (4)
These (3) and (4) from the equation, the force f 3 in the vicinity of the center bearing B c is
f 3 = − [(L 1 −L 2 ) × M] / [(L 2 −Lo) × L 1 ] (5)
Can be represented by
[0031]
In the equation (5), since the dimensions L 1 , L 2 and (L 2 −Lo) and the second moment M are positive, the direction of the force f 3 applied to the center bearing B c is (L 1− L 2 ).
[0032]
First, (L 1 -L 2) < 0 and when it comes in, f 3> because it is 0, the center bearing B c, as shown in FIG, a downward force from the
However, the downward force f 3 is a center bearing B c portion of the
Accordingly, when the first and second shaft lengths L 1 and L 2 are determined so as to satisfy L 1 <L 2 , the final reduction gear 3 winds up and the third constant velocity universal joint C 3 is displaced upward. As a result, the bending angle at each joint portion is reduced.
[0033]
Conversely, when the (L 1 -L 2)> 0 , because it is f 3 <0, the center bearing B c, as opposed to the figure, receives an upward force from the
This upward force f 3 is a center bearing B c portion of the
Therefore, when viewed from above the vehicle in the vehicle front direction, when the
When the first and second axial lengths L 1 and L 2 are determined so as to satisfy L 1 > L 2 , the final reduction gear 3 winds up, and the second moment due to the driving torque T causes the third and the like to be reduced. since near constant velocity universal joint C 3 is displaced downward, bending angle at the joint portion, in particular, the third universal possible to increase the bending angle theta 3 of the joint C 3, is effective in reducing the internal friction in the joint.
[0034]
On the other hand, FIGS. 7 and 8 are schematic diagrams for explaining the secondary moment caused by the drive torque T in the
[0035]
When watching the
T = 2 × f × t × cos (θ 3/2) ···· (6)
It is represented by Here, t is a distance from the center of the third universal joint C 3 to the force applied points F, the force applied points F is, since the offset relative to the first cross section perpendicular to the shaft P 1, from the vehicle side as shown in FIG. 8 as viewed the
This second moment M is
When performing the same calculations for the second shaft P 2,
M = T × tan (θ 3 /2)
In the same as the first shaft P 1 side and the moment in the clockwise (right-handed).
[0036]
Therefore, when viewed from above the vehicle, if the
[0037]
At this time, similarly, the final reduction gear 3 tends to wind up upward when the driving torque T is transmitted from the
[0038]
Therefore, looking at the force relationship on the
Than the balancing of the first shaft P 1,
M = L 1 × f 1 (8)
Than the balance of the second shaft P 2,
M = f 1 × L 2 + f 3 × (L 2 −Lo) (9)
These (8) and (9), the force f 3 in the vicinity of the center bearing B c is
f 3 = [(L 1 −L 2 ) × M] / [(L 2 −Lo) × L 1 ] (10)
Can be represented by
[0039]
From equation (10), the direction of the force f 3 applied to the center bearing B c is determined by the magnitude of the right-hand side molecules (L 1 -L 2).
[0040]
When (L 1 −L 2 )> 0, f 3 > 0. Therefore, in the center bearing B c , a downward force f 3 is applied from the
However, the downward force f 3 is a center bearing B c portion of the
Therefore, when the first and second shaft lengths L 1 and L 2 are determined so as to satisfy L 1 > L 2 , the final reduction gear 3 winds up, and the third constant velocity universal joint C 3 portion faces upward. It is displaced, and the angle of bend at each joint is reduced.
[0041]
Conversely, when the (L 1 -L 2) <0 , because it is f 3 <0, the center bearing B c, as opposed to the figure, receives an upward force from the
This upward force f 3 is a center bearing B c portion of the
Therefore, when viewed from above the vehicle, if the
When the first and second shaft lengths L 1 and L 2 are determined so as to satisfy L 1 <L 2 , the final reduction gear 3 winds up, and the third moment and the like are generated by the secondary moment caused by the driving torque T. since near constant velocity universal joint C 3 is displaced downward, bending angle at the joint portion, in particular, a bending angle theta 3 in the third constant velocity universal joint C 3 can be increased, the effect in reducing the internal friction in the joint is there.
[0042]
From the above, the
Thus, when the input torque to the
[0043]
Conversely, the
Therefore, even in a situation where the propeller shaft cannot be arranged as described above, the same operation and effect as described above can be obtained.
[0044]
Also, in a universal joint that is not a constant velocity universal joint, the bending angle at the joint changes, and the torque between the input side and the output side fluctuates. The larger the size, the larger the size, which contributes to vibration and noise. On the other hand, the constant velocity universal joint increases the bending angle at the joint because the torque between the input side and the output side does not fluctuate regardless of the bending angle at the joint. However, vibration and noise due to torque fluctuation are not generated.
For this reason, by employing the constant velocity universal joint, vibration and noise generated in the
[0045]
Meanwhile, there is a constant velocity universal joint called a cross groove type constant velocity universal joint. The cross groove type constant velocity universal joint has a cylindrical inner diameter member and an outer diameter member as disclosed in, for example, JP-A-60-222622, JP-A-63-57821, and JP-A-58-156722. Then, on each of the outer peripheral surface of the inner diameter member and the inner peripheral surface of the outer diameter member, a ball groove inclined with respect to the axial direction is provided. This is a joint having a configuration in which ball grooves of an inner diameter member and an outer diameter member cross each other.
That is, unlike the fixed type constant velocity universal joint which does not slide in the axial direction, the cross groove type constant velocity universal joint is a slide type constant velocity universal joint which slides in the axial direction. In comparison with the above, the joint portion can absorb the axial movement of the drive system.
Therefore, in the
[0046]
Also, there is a constant velocity universal joint called a double offset type constant velocity universal joint. This double offset type constant velocity universal joint has a cylindrical inner diameter member and an outer diameter member, and an outer peripheral surface of the inner diameter member and an inner peripheral surface of the outer diameter member have ball grooves parallel to the axial direction. Is provided, and a ball member is interposed between the ball grooves.
That is, since the double offset type constant velocity universal joint is also a slide type constant velocity universal joint that slides in the axial direction, the joint part can absorb the axial movement of the drive system.
Therefore, a propeller shaft employing a double offset type constant velocity universal joint as the constant velocity universal joint has the same effect as employing the cross groove type constant velocity universal joint.
[0047]
The foregoing merely illustrates preferred embodiments of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various modifications within the scope of the appended claims. For example, the other constant velocity universal joint may be a tripod type constant velocity universal joint. Further, the transmission may be a manual transmission or an automatic transmission.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view when a first embodiment of the present invention is viewed from above a vehicle.
FIG. 2 is a plan view when the second embodiment of the present invention is viewed from above the vehicle.
FIG. 3 is a schematic view of the propeller shaft shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing a secondary moment generated in the propeller shaft of FIG. 1 from a side.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a force relationship based on a second moment shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a side view showing the propeller shaft when the final reduction gear winds up.
FIG. 7 is a schematic view of the propeller shaft shown in FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a secondary moment generated in the propeller shaft of FIG. 2 from a side.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a force relationship based on a second moment shown in FIG. 8;
FIG. 10 is a plan view when a conventional propeller shaft is viewed from above a vehicle.
[Explanation of symbols]
1, 2 Propeller shaft 3
Claims (5)
第一自在継手の中心から第三自在継手の中心までの間の第一軸長寸法を、第三自在継手の中心から第二自在継手の中心までの間の第二軸長寸法よりも大きく し、
車両上方から観たとき、前記第一シャフト及び第二シャフトが、第三自在継手を頂点として車両前方向に対して左側へ凸となる交角を持つように配置したことを特徴とする車両用プロペラシャフト。A first shaft connected via a first universal joint to an output side of a transmission arranged on the front side of the vehicle, and connected via a second universal joint to an input side of a final reducer arranged on the rear side of the vehicle. In a vehicle propeller shaft in which the end adjacent to the second shaft is connected via a third universal joint,
The first shaft length from the center of the first universal joint to the center of the third universal joint is made larger than the second shaft length from the center of the third universal joint to the center of the second universal joint. ,
A propeller for a vehicle, wherein the first shaft and the second shaft are arranged so as to have an intersection angle that is convex to the left with respect to a vehicle front direction with the third universal joint as an apex when viewed from above the vehicle. shaft.
第一自在継手の中心から第三自在継手の中心までの間の第一軸長寸法を、第三自在継手の中心から第二自在継手の中心までの間の第二軸長寸法よりも小さく し、
車両上方から観たとき、前記第一シャフト及び第二シャフトが、第三自在継手を頂点として車両前方向に対して右側へ凸となる交角を持つように配置したことを特徴とする車両用プロペラシャフト。A first shaft connected via a first universal joint to an output side of a transmission arranged on the front side of the vehicle, and connected via a second universal joint to an input side of a final reducer arranged on the rear side of the vehicle. In a vehicle propeller shaft in which the end adjacent to the second shaft is connected via a third universal joint,
The first shaft length from the center of the first universal joint to the center of the third universal joint is made smaller than the second shaft length from the center of the third universal joint to the center of the second universal joint. ,
A propeller for a vehicle, wherein the first shaft and the second shaft are arranged so as to have an intersection angle that is convex rightward with respect to a front direction of the vehicle with the third universal joint as an apex when viewed from above the vehicle. shaft.
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