JP5227417B2 - ピニオン軸受ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ネガティブハイポイドオフセットを備える自動車の前車軸ディファレンシャルにおいて使用するための、また、自動車の動力分配ユニットのための、ハイブリッドピニオン軸受ユニットに関し、本発明の目的は、動力伝達経路におけるピニオン軸の軸受アセンブリの用途に応じた最適化を提供することである。この動力伝達経路に関し、将来のますます増大するネガティブハイポイドオフセット（すなわち、ディファレンシャルの回転軸が、対応するピニオン軸の下方に配置されている）により、前車軸ディファレンシャルと、テーパドライブの、前車軸ディファレンシャルに関連した螺旋方向の変換とにおいて、ハイポイドギヤ装置における力条件も変化する。これにより、将来におけるけん引運転におけるピニオン軸は冠歯車に引き込まれる。さらに歯のフランクのこのような小さな隙間をできるだけ得ることができるために、特に軸方向の剛性のために最適化された軸受アセンブリを有する必要がある。

対応する条件が、全輪駆動車両のためのいわゆるＰＴＵ（動力分配ユニット）において考えられ、このＰＴＵにおいては、駆動されるピニオン軸が冠歯車を介して力を駆動される駆動エレメントに伝達し、その結果、軸方向力は上述と同じ効果を有する。

両方の場合において、冠歯車とピニオンとの噛合いにおける力条件は、今日では後輪駆動式において一般的である条件と比較して、異なり、本発明による軸受ユニットは、軸受損失の効果を同時に明らかに減じつつ、軸受剛性を著しく向上させることを可能にする。

米国特許第４７２９２５２号明細書は、共通の外側軌道輪及び別個の、軸方向に間隔を置いて配置された内側軌道輪を有する、テーパころ軸受とアンギュラ玉軸受とが設けられた、ピニオン歯車軸のための軸受ユニットを開示しており、テーパころ軸受の接触点を結ぶ線が互いに９０度未満の角度で交差しており、アンギュラ玉軸受の玉の接触点を結ぶ線も同様に互いに９０度未満の角度で交差していることが述べられている。

このような軸受の組み合わせの剛性は、テーパころ軸受とアンギュラ玉軸受との異なる特性を考慮すると、最適ではない。

したがって、本発明の目的は、前記問題が排除されるこのような形式の変更された軸受ユニットを提供することであり、この目的は、軸受ユニットが、添付の請求項１の特徴に従って設計されている場合に達成される。

以下に、発明を、添付の図面に例示されているような好適な実施形態に関してさらに説明する。

本発明によるピニオン軸受ユニットの一部を示す断面図である。 ピニオン軸に結合された、図１に示されたピニオン軸受ユニットを示す対応する図である。

図１は、本発明によるピニオン軸受ユニットの上半分の断面図を示しており、２列軸受ユニットが、ピニオンヘッド側に配置された摩擦が最適化されたテーパころ軸受１と、ピニオンテール側に配置されたアンギュラ玉軸受５とから成っている。軸受の両列は共通の一体形の外側軌道輪２を有しており、この外側軌道輪には２つの向き合ったオイルボア３（１つだけが示されている）が設けられているのに対し、内側軌道輪１ａ及び５ａはそれぞれ、スペーシングスリーブ６によって軸方向で離間されている。ピニオンヘッドから遠い方の共通の外側軌道輪１の側には、取付けのための外側フランジ４が設けられている。軸受１，５は、剛性及び摩擦損失に関して最適化された予荷重をかけられながら、互いに背を向け合った関係で、予荷重をかけられた軸受として取り付けられている。

軸受の剛性をできるだけ高めると同時に、軸受の摩擦を低減し、効果損失を低減し、軸受の寿命を延長するために、内部軸受形状を必要に応じて理想的な形式で設計する必要がある。

したがって、技術的課題を達成するためにテーパころ軸受とアンギュラ玉軸受との異なる特性を利用する必要がある。

したがって、理想的なテーパころ軸受１は、ピニオンヘッドのギヤにおいて伝達されるトルクの機能として働く半径方向の力を吸収するためにできるだけ小さな摩擦を生じるように最適化されている。そのために、テーパころ軸受１は、１５゜〜２０゜の接触角を有している。さらに、テーパころ軸受１は、ピニオンヘッドにおいて歯の力の軸方向力成分を吸収し、また、テーパころ軸受１によって生ぜしめられる軸方向の力を吸収するように最適化されていると同時に、単列アンギュラ玉軸受５は３５゜〜４５゜の接触角βを有している。

２つの接触角が異なる大きさであることにより得られる作用により、ころ若しくは転動体本体の反応力が最小限になり、このことは、軸受の剛性と、軸受の摩擦損失とに対して好都合な影響を与える。アンギュラ玉軸受の接触角が大きいことにより、それぞれの軸受ユニットに対して、支持能力が増大し、軸方向剛性率が最適化される。

損失効果をさらに低減し、軸受の剛性を高めるために、アンギュラ玉軸受にセラミック材料から成る玉若しくは転動体が取り付けられることも可能である。

ピニオンヘッドにおける最初に述べた力関係に応じて、ピニオンヘッド側におけるテーパころ軸受１は、軸方向の荷重除去を受け、この荷重除去は、作動力が高い場合に、幾つかのテーパころにだけ限定された荷重ゾーンを生じ、同時に、内側軌道輪と外側軌道輪との間の実質的な傾斜を生じる。ころがり接触における許容できない程度の高いエッジ応力を生じる危険性を排除するために、テーパローラは、包絡線直径における対数形状（logarithmic profile）、所謂対数クラウニングを備えて設計されている。

軸受の摩擦モーメントと軸受効果損失とができるだけ小さくなると同時に、軸受剛性に対する要求をできるだけ満たすために、軸受の予荷重のパラメータに関して最良の形式で、軸受ユニットは、軸受の外側軌道輪とハウジングとの間、及び軸受の内側軌道輪と軸との間の通常の取付け条件を考慮して、取付け前には０．０３〜０．０７ｍｍの軸方向隙間を備えるように製造される。これにより、２０００Ｎから、最大で５０００Ｎまでの用途に応じて最適な軸受予荷重を生じる。

出力密度を高めるという要求の結果として、剛性を高めると同時に摩擦を低減するという増大する要求が考慮されている。

外側軌道輪２と、内側軌道輪１ａ，５ａと、中間スペーサスリーブ６とを有する軸受ユニットは、組み立てられる前は一緒に保持されていないので、図１には、これらが運搬のために、各内側軌道輪１ａ及び５ａのそれぞれの一部と中間スペーサスリーブ６とに重なるように延びた内側取付けスリーブ７を使用することによってどのように互いに固定されることができるかが示されている。運搬スリーブのための取外し力は、最大で、Ｆ＝１００Ｎに制限されている。

選択的に、構造的な高さ公差を減じることができ（図２における１２参照）、このことは、ピニオンと冠歯車との間の歯のフランクの隙間を調整するコストを明らかに減じる。

別の可能性：
一体性の程度を高めるために、半径方向軸シールリング１０を、外側軌道輪のボアに、アンギュラ玉軸受の側において取り付けることが提案される。軽金属ハウジングにおいて使用するために、静止用オイルシールとしてＯリング１１も設けられている。最も異なる設計において、ハウジングに軸方向の力を伝達するために外側軌道輪にそれぞれ肩部又はフランジを設けることも考えられる。図２には、取り付けられた状態におけるハイブリッドピニオン軸軸受ユニットが示されている。

ピニオン軸８への軸受ユニットの取付けは、
２つの内側軌道輪１ａ及び５ａを同時に押し上げ、
テーパころがピニオンヘッド８ａの案内フランジに対して係合するまで、ピニオンヘッド８ａを備えたピニオン軸８を複数回回転させ、
理想的なプレテンション力を得るために、用途に応じて特定の締付けトルクを加えながらピニオンナット９を締め付けることによって行われる。

本発明は、図面に示された実施形態及びその実施形態に関する説明に限定されず、添付の請求項の範囲で修正及び変更が可能である。

２ 外側軌道輪、 １ａ，５ａ 内側軌道輪、 ６ 中間スペーサスリーブ、 ７ 内側取り付けスリーブ、 ８ ピニオン軸、 ９ ピニオンナット、 １０ 半径方向軸シールリング、 １１ Ｏリング

Claims (6)

1. 一方の側においてピニオンヘッド（８ａ）を有するピニオン軸（８）を支持するための軸受ユニットにおいて、該軸受ユニットが、テーパころ軸受（１）と、アンギュラ玉軸受（５）とを有しており、前記テーパころ軸受（１）と前記アンギュラ玉軸受（５）とが、共通の外側軌道輪（２）と、テーパころ軸受とアンギュラ玉軸受とのための別個の内側軌道輪（１ａ，５ａ）とを有しており、該内側軌道輪（１ａ，５ａ）が、ピニオン軸に沿って互いに間隔を置いて配置されており、テーパころ軸受（１）が、ピニオンヘッドにおいて歯にかかる力の半径方向力成分を主として吸収するために、１５゜〜２０゜の接触角（α）を有しており、単列アンギュラ玉軸受（５）が、主にギヤ噛合いにより生じる軸方向の力と、テーパころ軸受によって生じる軸方向の力とを吸収するために、３５゜〜４５゜の接触角（β）を有していることを特徴とする、軸受ユニット。
2. アンギュラ玉軸受（５）又はテーパころ軸受（１）の少なくとも一方の転動体が、セラミック材料から形成されている、請求項１記載の軸受ユニット。
3. テーパころ軸受（１）の転動体が、エッジ圧力を減じるための対数形状を備えるように設計されている、請求項１又は２記載の軸受ユニット。
4. ２つの内側軌道輪（１ａ，５ａ）が、運搬のために、取付けスリーブ（７）によって所定の位置に固定される、請求項１から３までのいずれか１項記載の軸受ユニット。
5. ピニオンヘッド（８ａ）とは反対側において、共通の外側軌道輪にシール部材（１０）が取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の軸受ユニット。
6. 共通の外側軌道輪（２）の外周面に設けられた周方向溝に、包囲するハウジングの内壁に対する静止用オイルシールとして働くためのシール部材（１１）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の軸受ユニット。

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