JP4624892B2 - Constant velocity universal joint - Google Patents
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Description
本発明の等速自在継手は、駆動側の回転軸と従動側の回転軸とを連結し、両軸が角度をなした状態でも等角速度でトルク伝達可能にしたもので、自動車をはじめ各種産業機械の動力伝達用の等速自在継手として利用される。 The constant velocity universal joint of the present invention connects the drive side rotary shaft and the driven side rotary shaft so that torque can be transmitted at a constant angular speed even when both shafts are angled. It is used as a constant velocity universal joint for machine power transmission.
自動車のドライブシャフトのアクスル連結部や、ステアリングシャフトのシャフト折曲げ連結部には、等速自在継手が一般に使用される。この等速自在継手として、従来、角度変位のみ許容する固定型として、ゼッパ型等速自在継手(特許文献1参照)やアンダーカットフリー型(以下UJ型という)等速自在継手(特許文献2参照)が知られている。また、角度変位に加えて軸方向変位も許容する摺動型のひとつとして、いわゆるダブルオフセット型(以下DOJ型という)等速自在継手(特許文献3参照)が知られている。このDOJ型等速自在継手は、ボールを保持する保持器外径球面と内径球面の各中心位置を継手中心から反対方向に等距離だけオフセットしたもので、摺動型では外側継手部材の内周面を円筒面にするが、内周面を球面にして固定型としても使用される。
DOJ型等速自在継手においては、継手を高作動角で回転させる場合、ボールが外側継手部材の案内溝から外側にはみ出すと、ボールが保持器の窓から半径方向外方に飛出すのを阻止することができない。このため、従来のDOJ型等速自在継手では、ボールは必ず外側継手部材の案内溝の中に収めておく必要があり、これにより継手の最大作動角が一般的には25°に抑えられ、限界は31°であった。 In DOJ type constant velocity universal joints, when the joint is rotated at a high operating angle, if the ball protrudes outward from the guide groove of the outer joint member, the ball is prevented from jumping radially outward from the cage window. Can not do it. For this reason, in the conventional DOJ type constant velocity universal joint, it is necessary to always store the ball in the guide groove of the outer joint member, so that the maximum operating angle of the joint is generally suppressed to 25 °, The limit was 31 °.
継手の作動角をさらに大きく、例えば60°程度にするには、ボールを外側継手部材の案内溝から外側に出さざるを得ない。そのとき、保持器のボール案内面が平面であると、ボールが保持器の窓から外側に脱落してしまい、等速自在継手はその機能を失う。 In order to further increase the operating angle of the joint, for example, about 60 °, the ball must be taken out from the guide groove of the outer joint member. At this time, if the ball guide surface of the cage is a flat surface, the ball falls out from the window of the cage, and the constant velocity universal joint loses its function.
本発明の目的は、ボールを脱落させることなく外側継手部材の外側に出すことにより、最大作動角60°を実現可能な等速自在継手を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a constant velocity universal joint capable of realizing a maximum operating angle of 60 ° by taking it out of an outer joint member without dropping the ball.
前記課題を解決するため、請求項1の発明は、内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した外側継手部材と、外径球面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成される複数のボールトラックに1個ずつ配されたトルク伝達ボールと、外側継手部材の内周面に摺接する外径球面と内側継手部材の外径球面に摺接する内径球面とを有しトルク伝達ボールを保持する保持器とを備え、継手作動角0°において、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡を継手中心軸と平行な第1直線部とし、内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡を、継手中心を通り継手中心軸に垂直な垂線をまたぐ所定範囲では前記第1直線部と平行な第2直線部とすると共に、前記第2直線部の両端から先の所定範囲では内側継手部材の外径球面の中心を中心とする円弧部とし、前記保持器の内径球面と外径球面の各中心位置を前記継手中心から継手中心軸に沿って反対方向に等距離だけオフセットし、かつ、ボールを保持する保持器の窓の外径側窓開き寸法をボール径よりも小さくしたことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the invention of
この発明の等速自在継手は、作動角が0°のとき、ボールが外側継手部材の第1直線部と内側継手部材の第2直線部にそれぞれ対応する案内溝に保持されてトルクを伝達する。第1直線部と第2直線部は互いに平行であるが、保持器の内径球面と外径球面の各中心位置が継手中心から反対方向に等距離だけオフセットして保持器の継手作動角方向の回転が拘束される結果、各ボールの中心は継手中心を含み継手中心軸に垂直な平面内に保持される。作動角θが生じると、ボールは第1直線部と第2直線部の交差部で追われつつ保持器によって作動角θを二等分する平面内に配向せしめられ、これにより継手の等速性が確保される。作動角θがさらに大きくなってボールの中心が第2直線部から外れて円弧部に至ると、ボールは外側継手部材の案内溝から外れる。この状態では、ボール径よりも小さい外径側窓開き寸法を有する保持器によってボールが内側継手部材の円弧部対応の案内溝に保持され、ボールの脱落が阻止される。したがって、本発明に係る等速自在継手は、30°を越えて60°に達する作動角を実現可能にする。 In the constant velocity universal joint of the present invention, when the operating angle is 0 °, the ball is held in the guide grooves respectively corresponding to the first straight portion of the outer joint member and the second straight portion of the inner joint member, and transmits torque. . The first linear portion and the second linear portion are parallel to each other, but the center positions of the inner spherical surface and the outer spherical surface of the cage are offset by an equal distance in the opposite direction from the joint center, and the joint operating angle direction of the cage is As a result of the rotation being constrained, the center of each ball is held in a plane that includes the joint center and is perpendicular to the joint center axis. When the operating angle θ is generated, the ball is chased at the intersection of the first linear portion and the second linear portion, and is oriented in a plane that bisects the operating angle θ by the cage, whereby the constant velocity of the joint is obtained. Is secured. When the operating angle θ further increases and the center of the ball deviates from the second linear portion and reaches the arc portion, the ball deviates from the guide groove of the outer joint member. In this state, the ball is held in the guide groove corresponding to the arc portion of the inner joint member by the cage having an outer diameter side window opening dimension smaller than the ball diameter, and the ball is prevented from falling off. Therefore, the constant velocity universal joint according to the present invention makes it possible to realize an operating angle exceeding 30 ° and reaching 60 °.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、ボール径よりも小さくなる保持器の窓の外径側部分を、ボールを外径側から窓内に装入した後に後付け可能な別部材で構成したことを特徴とする。
このように構成することにより、継手の組立工程において保持器外径側からでもボールを装入可能となって継手の組立を容易にする。
The invention of
By comprising in this way, a ball | bowl can be inserted from the cage outer diameter side in the assembly process of the joint, and the assembly of the joint is facilitated.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、継手開口側の保持器の内径面を円筒面にするとともに、この円筒面に内側継手部材の外径球面を摺接案内するための案内リングと、案内リングの抜止め用の留め輪を装着したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the guide ring for slidingly guiding the outer diameter spherical surface of the inner joint member to the cylindrical surface while the inner diameter surface of the cage on the joint opening side is a cylindrical surface. And a retaining ring for retaining the guide ring.
保持器のボール案内面を外径側で内側に狭めた場合、継手の組付時に保持器外径側から窓内にボールを挿入することができない。ボールは保持器内径側から窓内に挿入することになるが、そうすると、内側継手部材を継手開口側から保持器に挿入しなければならないから、継手開口側の保持器の内径面は円筒面にしておく必要がある。この円筒面は、そのままにしておくと内側継手部材の抜止めにならないから、案内リングと止め輪で内側継手部材を抜止めする。 When the ball guide surface of the cage is narrowed inward on the outer diameter side, the ball cannot be inserted into the window from the outer diameter side of the cage during assembly of the joint. The ball is inserted into the window from the inner diameter side of the cage. Then, the inner joint member must be inserted into the cage from the joint opening side, so the inner diameter surface of the cage on the joint opening side is a cylindrical surface. It is necessary to keep. If this cylindrical surface is left as it is, it will not prevent the inner joint member from being pulled out. Therefore, the inner joint member is prevented from being pulled out by the guide ring and the retaining ring.
請求項4の発明は、請求項1の発明において、前記内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡の円弧部を、内側継手部材の本体外周に嵌合した別部材の案内溝のボール中心軌跡で構成したことを特徴とする。
前述のように、ボールの中心が外側継手部材と内側継手部材の直線部(第1直線部と第2直線部)にある状態では当該ボールによってトルク伝達がなされる。したがって、直線部に対応する案内溝には所定の強度と寸法精度が要求され、その要求レベルに応じて加工コストは高くなる。一方、ボールの中心が内側継手部材の円弧部にある状態ではボールは外側継手部材の案内溝から外れている。このため、当該ボールのトルク伝達機能は既に喪失しており、円弧部に対応する内側継手部材の案内溝に負荷はかからない。そこで、当該円弧部に対応する内側継手部材を別部材で構成することにより、当該別部材の材質および加工方法を、内側継手部材本体に比べてより低コストなものに選択することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the arc portion of the ball center locus of the guide groove of the inner joint member is the ball center locus of the guide groove of another member fitted to the outer periphery of the main body of the inner joint member. It is characterized by comprising.
As described above, torque transmission is performed by the ball in a state where the center of the ball is in the straight portion (first straight portion and second straight portion) of the outer joint member and the inner joint member. Therefore, the guide groove corresponding to the straight portion is required to have a predetermined strength and dimensional accuracy, and the processing cost increases according to the required level. On the other hand, in a state where the center of the ball is in the arc portion of the inner joint member, the ball is out of the guide groove of the outer joint member. For this reason, the torque transmission function of the ball has already been lost, and no load is applied to the guide groove of the inner joint member corresponding to the arc portion. Therefore, by configuring the inner joint member corresponding to the arc portion as a separate member, the material and processing method of the separate member can be selected at a lower cost than the inner joint member main body.
請求項5の発明は、請求項1の発明において、前記外側継手部材と内側継手部材の複数の案内溝のうち、一部の案内溝のボール中心軌跡のみ、請求項1の第1直線部、第2直線部および円弧部で構成し、残りの案内溝のボール中心軌跡を、全体が重なり合い継手中心を中心とする単一円弧としたことを特徴とする。
すなわち、ボールトラックの数は通常6又は8あるいはそれ以上であるが、そのうちの例えば3つ又は4つのボールトラックのみ(すなわちボールトラック一つおき)、ボール中心軌跡を請求項1のようにし、残りのボールトラックでは内外二つの案内溝のボール中心軌跡を全体が重なる単一円弧とするものである。これにより、伝達可能なトルクをより大きくすることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, only the ball center locus of a part of the guide grooves among the plurality of guide grooves of the outer joint member and the inner joint member is the first straight portion of the first aspect, The ball center trajectory of the remaining guide groove is a single circular arc centering on the joint center.
That is, the number of ball tracks is usually 6 or 8 or more, but for example only 3 or 4 ball tracks (ie every other ball track), the ball center trajectory is as in
請求項6の発明は、請求項1の発明において、前記外側継手部材の内周面を、前記保持器の外径球面と面摺接する内径球面としたことを特徴とする。この場合、継手は角度変位のみ許容する固定型となる。
The invention of claim 6 is characterized in that, in the invention of
請求項7の発明は、請求項1の発明において、前記外側継手部材の内周面を、前記保持器の外径球面と線摺接する内径円筒面としたことを特徴とする。この場合、継手は角度変位と軸方向変位の両方を許容する摺動型となる。 A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect of the invention, the inner peripheral surface of the outer joint member is an inner cylindrical surface that is in linear contact with the outer spherical surface of the cage. In this case, the joint is a sliding type that allows both angular displacement and axial displacement.
本発明の等速自在継手は、内側継手部材のボール中心軌跡の両側の円弧部を継手中心を中心とする円弧部とし、かつ、保持器外径側の窓開き寸法をボール径よりも狭くしてあるため、60°に達する高作動角を取ったときでもボールの中心位置が継手中心から離れていくことがなく、ボールを内側継手部材の案内溝側に保持器で抱え込んでおくことができ、ボールの脱落を阻止しつつ60°に至る高作動角化を実現することができる。 In the constant velocity universal joint of the present invention, the arc parts on both sides of the ball center locus of the inner joint member are arc parts centered on the joint center, and the window opening dimension on the outer diameter side of the cage is made smaller than the ball diameter. Therefore, even when a high operating angle of 60 ° is taken, the center position of the ball does not move away from the center of the joint, and the ball can be held by the cage on the guide groove side of the inner joint member. Further, it is possible to achieve a high operating angle up to 60 ° while preventing the balls from falling off.
以下、本発明の実施の形態を図1〜図5に基づいて説明する。図1〜図4が固定型等速自在継手、図5(A)(B)が摺動型等速自在継手の実施形態である。図1(A)(B)に示すように、等速自在継手はほぼストレート円筒状の外側継手部材1と、外径球面を有する内側継手部材2を有する。内側継手部材の中心孔に対してスプラインまたはセレーションによりシャフトが連結される。2つの継手部材が成す作動角は、図1(A)で0°、(B)で約55°(最大作動角θmax)である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 are embodiments of a fixed type constant velocity universal joint, and FIGS. 5A and 5B are embodiments of a sliding type constant velocity universal joint. As shown in FIGS. 1A and 1B, the constant velocity universal joint includes an
外側継手部材1の内周面は内径球面1aを成す。この内径球面1aの中心Aは、継手中心Oから継手中心軸方向に沿って一方向(図1(A)で左方)に所定距離fだけオフセットしている。内径球面1aに、継手中心軸方向に延びる案内溝1bが形成される。案内溝1bは、外側継手部材1の円周方向等間隔に例えば6本または8本、あるいはさらに多数本で形成される。案内溝1bの溝底形状すなわち案内溝1bのボール中心軌跡C1は、図4のように、継手中心軸と平行な第1直線部abで構成される。
The inner peripheral surface of the
内側継手部材2の外周面は外径球面2aを成す。この外径球面2aの中心Bは、継手中心Oから継手中心軸方向に沿って一方向(図1(A)で右方)に所定距離fだけオフセットしている。外径球面2aに、継手中心軸方向に延びる案内溝2bが形成される。案内溝2bは、外側継手部材1の案内溝1bと同数で内側継手部材2の円周方向等間隔に例えば6本または8本、あるいはさらに多数本で形成される。案内溝2bの溝底形状すなわち案内溝2bのボール中心軌跡C2は、三つの軌跡C2−1、C2−2およびC2−3で構成される。第1の軌跡C2−1は、継手中心Oを通り継手中心軸に垂直な垂線Vをまたぐ所定範囲で第1直線部abと平行または重複する第2直線部deである。ここで「平行」というのは、第1直線部abと第2直線部deとの間に遊びとしての僅かな間隔を形成する場合を指す。図4のように、第1直線部abと第2直線部deとがまったく重複する場合、すなわち、第1直線部abと第2直線部deとの間に隙間がゼロの場合、作動角0°においてボール3と案内溝1b、2b間に異常面圧が発生するおそれがある。したがって、第1直線部abと第2直線部deとの間に遊びとしての僅かな間隔を形成するのが望ましい。第2および第3の軌跡C2−2、C2−3は、第2直線部deの両端から先の所定範囲に延びる、内側継手部材2の外径球面2aの中心Bを中心とする半径R1の左右一対の円弧部cd、efである。円弧部cd、efの長さは、基本的には等長であるが異なる長さとしてもよい。
The outer peripheral surface of the inner
円弧部cd、efに対応する案内溝の部分は、第2直線部deに対応する案内溝を含めて、一体物としての内側継手部材2の外径球面2aを加工することで形成することができる。しかし、図1および図2に示すように、内側継手部材2の外径球面に直角段部8a、8bを形成し、この直角段部8a、8bに嵌合した環状の別部材9a、9bの案内溝によって円弧部cd、efを形成してもよい。ボール3が円弧部cd、efにある時は当該ボール3は外側継手部材1の案内溝1bから外れてトルク伝達が行なわれないので、別部材9a、9bだけを内側継手部材2の本体材料よりも安価軽量で加工容易な例えば樹脂材などで構成することが可能となる。
The portion of the guide groove corresponding to the arc portions cd and ef can be formed by processing the outer diameter
保持器4は、図1、図3に示すように円筒状であって、内側が内径球面4c、外側が外径球面4dとされる。これら内径球面4cと外径球面4dは、内側継手部材2の外径球面2aと外側継手部材1の内径球面1aに面同士で摺接する(面摺接)。したがって、図1のように、外径球面4dは中心Aを中心とする半径R2の球面であり、内径球面4cは中心Bを中心とする半径R3の球面である。
The
保持器4は円周方向にボール3と同数の窓4bを有する。この窓4b内にボール3を収容する。図3のように、窓4bの内周面であって継手軸方向に対向する面が案内面4b1、4b2である。ボール案内面4b1、4b2は外径側が幅狭になっている。すなわち、ボール案内面の内径側は、ボール径と等しい間隔を明けて互いに平行直線状4b1であるが、ボール案内面の外径側はボール径よりもやや狭い間隔となるように先すぼまりとなっている。この先すぼまりの部分は、傾斜した直線で構成してもよいが、ボール3との当り面圧を下げるために、ボール3の外周曲率に符合した凹円弧状4b2にするのがよい。なお、図3で破線で示す部分、すなわちボール径よりも小さくなる保持器4の窓4bの外径側部分を、別部材で構成してもよい。窓4b内にボール3を装入した後、この別部材を溶接、接着または焼嵌めなどにより保持器4本体に取付けることにより、ボール3の装入作業が容易になる。
The
保持器4の継手開口側の内径面は、図2(B)のように、所定幅にわたって内径一定の円筒面とされ、この円筒面に形成した溝部4aに止め輪5(サークリップ)が嵌合される。この止め輪5の内側であって保持器4の窓4bまでの間にできた奥狭まりの環状楔空間に、案内リング6が嵌合される。この案内リング6は、その内周面が内側継手部材2の外径球面2aに摺動可能に嵌合し、外周面が保持器4の内径円筒面に固定的に嵌合する。また、案内リング6の外端は止め輪5の内面に当接する。案内リング6の内端とボール3との間には一定の隙間が確保される。
As shown in FIG. 2 (B), the inner diameter surface on the joint opening side of the
図3のように保持器4の窓4bのボール案内面を外径側で内側に狭めた場合、継手の組付時に保持器4外径側から窓4b内にボール3を挿入することができない。ボール3は保持器4内径側から窓4b内に挿入することになる。この場合、内側継手部材2を継手開口側から保持器4に挿入しなければならなくなる。したがって、継手開口側の保持器4の内径面は円筒面にしておく必要がある。この円筒面は、そのままにしておくと内側継手部材2の抜止めにならないから、案内リング6と止め輪5で内側継手部材2を抜止めする。
When the ball guide surface of the
本発明の等速自在継手は、図1(A)の作動角0°の状態で、保持器4の外径球面4dの中心Aと内径球面4cの中心Bが継手中心Oから反対方向にオフセットしているため、保持器4単独では時計方向および反時計方向のいずれにも回転することができない。このため、各ボール3の中心は継手中心Oを含み継手中心軸に垂直な平面V内に保持される。
In the constant velocity universal joint of the present invention, the center A of the outer
この作動角0°の状態から、外側継手部材1に対して内側継手部材2が作動角θだけ角度変位すると、ボール3はその中心が第1直線部abと第2直線部deの交差部で追われると同時に、保持器4によって角度θを二等分する平面内に配向せしめられ、これにより継手の等速性が確保される。
When the inner
次に、ボール3の中心が第2直線部deから外れて円弧部cdまたはefに至ると、ボール3は外側継手部材1の案内溝1bから外れる。この状態では、ボール径よりも小さい外径側窓開き寸法を有する保持器4によってボール3が内側継手部材2の前記円弧部cd、ef対応の案内溝2bに保持され、ボール3の脱落が阻止される。円弧部cd、efの中心は、内側継手部材2の外径球面2aの中心B、すなわち保持器4の内径球面4cの中心Bであるから、ボール3の中心が円弧部cd、efにある間はボール3が中心Bから半径方向に変位せず、保持器4の窓4b内に保持される。このように、本発明に係る等速自在継手は、30°を越えて60°に達する作動角を実現可能にする。作動角が図1(B)のようにθmaxになると、シャフト7が外側継手部材1に干渉してそれ以上傾斜することができなくなる。
Next, when the center of the
次に、本発明の別の等速自在継手の実施形態を図5(A)(B)に基づき説明する。図1(A)(B)は固定型等速自在継手の実施形態に関するものであったが、図5(A)(B)は摺動型等速自在継手の実施形態に関するものである。この図5(A)(B)の実施形態は外側継手部材11の形状が図5(A)(B)のものと異なるが、それ以外は変わらない。図5(A)(B)に示すように、外側継手部材11は一端が端壁11cで閉塞された円筒カップ状を成す。外側継手部材11の内周面は内径円筒面11aとされる。この円筒面11aに継手中心軸方向に直線状に延びる案内溝11bが形成される。案内溝11bの数は内側継手部材2の案内溝2bと同数である。保持器4の外径球面4dが外側継手部材11の円筒面11aに複数の線で摺接する(線摺接)。
Next, another embodiment of the constant velocity universal joint of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B relate to an embodiment of a fixed type constant velocity universal joint, while FIGS. 5A and 5B relate to an embodiment of a sliding type constant velocity universal joint. 5A and 5B, the shape of the outer
この摺動型等速自在継手においては、内側継手部材2が図5(A)の矢印方向に摺動可能である。内側継手部材2が外側継手部材11の開口側に最接近して55°程度の最大作動角θmaxをとった状態が図5(B)である。この状態ではボール3が外側継手部材11の案内溝11bから外れるが、ボール3は、ボール径よりも小さい外径側窓開き寸法を有する保持器4によって内側継手部材2の案内溝2bに保持され、その脱落が阻止される。
In this sliding type constant velocity universal joint, the inner
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に含まれる技術的思想に基づき種々の変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea included in the claims.
1 外側継手部材
1a 内径球面
1b,2b 案内溝
2 内側継手部材
2a 外径球面
3 トルク伝達ボール
4 保持器
4a 溝部
4b 窓
4c 内径球面
4d 外径球面
5 止め輪
6 案内リング
7 シャフト
8a、8b 直角段部
9a、9b 別部材
C1,C2 ボール中心軌跡
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