JP6591223B2 - 固定式等速自在継手 - Google Patents
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- F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
- F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
- F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
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- F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
- F16D3/224—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts the groove centre-lines in each coupling part lying on a sphere
- F16D3/2245—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts the groove centre-lines in each coupling part lying on a sphere where the groove centres are offset from the joint centre
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Description
(1)常用角における伝達効率の検証
(2)高作動角域における異音の検証
(3)異音の発生メカニズムの解析
(4)ポケット内におけるボールの移動軌跡の解析
(5)新たな着想
初期ポケットすきま=保持器5の両ポケット側面5a1、5a1間の軸方向寸法N−ボールの直径(DBALL)
初期ポケットすきまは、軸方向寸法Nよりボールの直径(DBALL)が小さい場合、正すきまとなり、逆に、軸方向寸法Nよりボールの直径(DBALL)が大きい場合、負すきまとなる。
本明細書および特許請求の範囲において、保持器のポケットとトルク伝達ボールとの間の初期ポケットすきまは、上記の意味で用いる。また、初期ポケットすきまが負すきまであるとは、すきまゼロを含む負すきまを意味する。以下の説明では、初期ポケットすきまは、単にポケットすきまと略称する。なお、図8では、理解しやすいように、ポケットすきま(正すきま)を誇張して図示している。
(1)常用角における伝達効率の検証
常用角領域における伝達効率を調査するため、8個ボールのツェッパ型等速自在継手としてNTN製EBJ82Mを用いて実験した(以降の実験においても同じ。)。ポケットすきま量を種々の値にしたサンプルを製作し、作動角4°、6°および8°についてトルク損失率を求めた。このサンプルにおける保持器5のポケット側面5a1は、凹凸のないフラットな従来の形態のものとした。実験結果を図4に示す。この結果、ポケットすきま量が−10μm以下になると、トルク損失率が大きくなることが確認できた。
ポケットすきまが正すきまで、種々の値にしたサンプルを製作し、作動角35°および40°について実験した。実験結果を図5に示す。この結果、ポケットすきま量が+30μm以上になると、継手から離れた位置でも異音が聞こえるようになることが分かった。ポケット部は長時間の使用で摩耗が進行することから、経時劣化を見込んだポケットすきまの初期値は、負すきま、もしくはゼロに設定するのが一般的であった。そのためトルク損失率を低減することは容易ではなかった。
ポケットすきま量と伝達損失率との関係およびポケットすきま量と異音との関係が確認できたので、次に異音の発生メカニズムを調査した。図6(a)に継手が大きな作動角θを取ったときの状態を示す。図中、破線L1は、外側継手部材2のトラック溝6とボール4の接触点の軌跡であり、破線L2は、内側継手部材3のトラック溝7とボール4の接触点の軌跡である。図6(a)の上死点の位相角を0°として、図2に示すように、反時計回りに45°、90°、135°180°225°、270°、315°、360°とする。図7は、継手が作動角40°で回転トルクを伝える場合の継手1回転中のポケット荷重の変動を示す解析結果である。図7の横軸は、任意の1個のボール4とポケット5aの継手1回転中の位相角を示し、縦軸は、ポケット荷重P5、P6を回転トルク伝達方向の荷重PNで除して無次元化した値を示す。図6(b)に示すように、ポケット荷重P5はボール4が外側継手部材2の開口側に保持器5を押す力であり、ポケット荷重P6はボール4が外側継手部材2の奥側に保持器5を押す力である。
継手が作動角をとった場合、ボール4は、保持器5のポケット5a内で、保持器5の半径方向と周方向に摺動する。図8に示すように、周方向の摺動(図8の矢印h)は、ポケット5aの周方向の中心からボール4が柱部5bに接近するように摺動することである。この周方向の摺動は、作動角をとると、外側継手部材2と内側継手部材3とが斜交することにより、周方向に隣り合うトラック溝6、7とボール4との接点C12、C13およびC15、C16(図3参照)の周方向の間隔が変化し、これによりトラック溝6、7に拘束されたボール4がポケット5aに対して周方向に移動させられることによって生じる。
前述した図7と図9を対比して熟考する中で、高作動角時に異音が発生すると考えられる位相角30°、60°および180°付近のボール4の位置は、ポケット側面5a1の中央部から外れた内径側および外径側に寄っていること、およびトルク損失を最も低減したい使用頻度の高い常用角(作動角6°)のボール4の位置は、前述した移動幅eが±1mm程度を加味してもポケット側面5a1の中央部付近に留まることに着目した。この着目により、保持器5の同一のポケット側面5a1の中で常用角、高作動角におけるボール移動領域毎に好ましいポケットすきまを設定するという新たな着想を経て本実施形態に至った。
2 外側継手部材
3 内側継手部材
4 トルク伝達ボール
5 保持器
5a ポケット
5a1 ポケット側面
6 トラック溝
7 トラック溝
8 球状内周面
9 球状外周面
10 球状外周面
11 球状内周面
12 中間シャフト
13 ブーツ
30 凹部
A 曲率中心
B 曲率中心
C2 曲率中心
D2 曲率中心
DBALL ボールの直径
N 軸方向寸法
O 継手中心
f1 オフセット量
f2 オフセット量
f3 オフセット量
Claims (8)
- 球状内周面に軸方向に延びる複数の曲線状のトラック溝が形成された外側継手部材と、球状外周面に軸方向に延びる複数の曲線状のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝とこれに対応する前記内側継手部材のトラック溝との間に配された複数個のトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールをポケットに保持すると共に前記外側継手部材の球状内周面と前記内側継手部材の球状外周面にそれぞれ嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器を備え、前記外側継手部材の曲線状のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材の曲線状のトラック溝の曲率中心が継手中心に対して軸方向反対側に等距離オフセットされた固定式等速自在継手において、
前記ポケットの軸方向に対向する一対のポケット側面のうち、少なくとも一方のポケット側面の周方向の中央部に凹部が形成され、この凹部が常用角における前記トルク伝達ボールの移動軌跡を包含し、
前記保持器のポケットと前記トルク伝達ボールとの間の初期ポケットすきまのうち、常用角におけるボール移動領域の初期ポケットすきまが、前記凹部において設定され、
前記保持器のポケットと前記トルク伝達ボールとの間の初期ポケットすきまが、常用角におけるボール移動領域で正すきまであり、かつ、前記常用角におけるボール移動領域以外の領域では負すきまであることを特徴とする固定式等速自在継手。 - 前記凹部が前記保持器の周方向に帯状であることを特徴とする請求項1に記載の固定式等速自在継手。
- 前記凹部が前記保持器の径方向に帯状であり、前記保持器の前記球状内周面から前記球状外周面まで延びていることを特徴とする請求項1に記載の固定式等速自在継手。
- 前記凹部の横断面形状が円弧状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
- 前記凹部の横断面形状がテーパ面からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
- 前記ポケット側面が前記保持器の横断面において凹面で形成されていることを特徴とする請求項2に記載の固定式等速自在継手。
- 前記凹面の横断面形状が円弧状であることを特徴とする請求項6に記載の固定式等速自在継手。
- 前記凹面の横断面形状がテーパ面からなることを特徴とする請求項6に記載の固定式等速自在継手。
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