JP6658319B2 - Fixed constant velocity joint - Google Patents
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Description
本発明は、例えば車両のドライブシャフトに接続して利用される固定式等速ジョイントに関する。 The present invention relates to a fixed type constant velocity joint that is used by being connected to, for example, a drive shaft of a vehicle.
特許文献1は固定式等速ジョイントの一例を開示している。
この固定式等速ジョイントは、外輪と、内輪と、複数のボールと、ケージと、を備えている。
Patent Document 1 discloses an example of a fixed type constant velocity joint.
This fixed type constant velocity joint includes an outer ring, an inner ring, a plurality of balls, and a cage.
外輪は一端が開口した筒状体である。外輪の開口と反対側の端部には、直線的に延びる第一回転軸の一端が固定されている。外輪の内周面は球面の一部である第一内周面によって構成されている。この第一内周面には、複数の第一保持溝が形成されている。 The outer ring is a cylindrical body whose one end is open. One end of a first rotating shaft extending linearly is fixed to an end of the outer ring opposite to the opening. The inner peripheral surface of the outer ring is constituted by a first inner peripheral surface that is a part of the spherical surface. On the first inner peripheral surface, a plurality of first holding grooves are formed.
内輪は外輪より小径であり且つ外輪の内周側空間に配置されている。内輪には、内輪から第一回転軸と反対側に向かって直線的に延びる第二回転軸の一端が固定されている。内輪の外周面は球面の一部である第一外周面によって構成されている。この第一外周面には、第一保持溝と同数の第二保持溝が形成されている。 The inner ring has a smaller diameter than the outer ring and is arranged in the inner peripheral space of the outer ring. One end of a second rotating shaft that extends linearly from the inner ring toward the side opposite to the first rotating shaft is fixed to the inner ring. The outer peripheral surface of the inner ring is constituted by a first outer peripheral surface that is a part of a spherical surface. On this first outer peripheral surface, the same number of second holding grooves as the first holding grooves are formed.
外輪の第一内周面と内輪の第一外周面との間には、第一保持溝及び第二保持溝と同数のボールが配設されている。各ボールは、一つの第一保持溝と一つの第二保持溝とに回転可能に係合している。 Between the first inner peripheral surface of the outer ring and the first outer peripheral surface of the inner ring, the same number of balls as the first holding groove and the second holding groove are provided. Each ball is rotatably engaged with one first holding groove and one second holding groove.
外輪の第一内周面と内輪の第一外周面との間には筒状部材であるケージが配設されている。
ケージの外周面と内周面は共に球面の一部である第二外周面と第二内周面とによってそれぞれ構成されている。外輪及びケージは互いに相対回転可能である。また、内輪及びケージは互いに相対回転可能である。
ケージには、ボールと同数のボール支持孔が貫通孔として形成されている。各ボール支持孔は各ボールを回転可能に支持している。各ボール支持孔によって支持された各ボールは、第一回転軸と第二回転軸とがいかなる角度をなすときも、両者がなす角の二等分線に対して直交する平面であるボール位置平面上に位置する。
A cage, which is a tubular member, is disposed between the first inner peripheral surface of the outer race and the first outer peripheral surface of the inner race.
The outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cage are both constituted by a second outer peripheral surface and a second inner peripheral surface which are part of a spherical surface. The outer race and the cage are rotatable relative to each other. Further, the inner ring and the cage can rotate relative to each other.
The same number of ball support holes as balls are formed in the cage as through holes. Each ball support hole rotatably supports each ball. Each ball supported by each ball support hole has a ball position plane that is a plane orthogonal to the bisector of the angle formed by the first rotation axis and the second rotation axis at any angle. Located on top.
この固定式等速ジョイントは以下のように動作する。
例えば、第一回転軸が自身の軸線まわりに回転すると、外輪の各第一保持溝と係合する各ボールが、自転しながら第一回転軸まわりに公転する。すると各ボールの公転力が各第二保持溝に伝達されるので、内輪及び第二回転軸が、外輪と等速度で第二回転軸まわりに回転する。即ち、各ボールが外輪の回転トルクを内輪へ伝達する。
This fixed type constant velocity joint operates as follows.
For example, when the first rotating shaft rotates around its own axis, each ball engaging with each first holding groove of the outer race revolves around the first rotating shaft while rotating. Then, the revolving force of each ball is transmitted to each second holding groove, so that the inner race and the second rotating shaft rotate around the second rotating shaft at the same speed as the outer race. That is, each ball transmits the rotational torque of the outer wheel to the inner wheel.
外輪及び内輪は、第一回転軸と第二回転軸とのなす角度を変化させながら回転可能である。
ケージのボール支持孔によって各ボールは常にボール位置平面上に保持される。そのため、第一回転軸と第二回転軸とのなす角度の大きさに拘らず、第一回転軸が回転すると第二回転軸は第一回転軸と等速度で回転する。
The outer ring and the inner ring are rotatable while changing the angle between the first rotation axis and the second rotation axis.
Each ball is always held on the ball position plane by the ball support hole of the cage. Therefore, regardless of the size of the angle between the first rotation shaft and the second rotation shaft, when the first rotation shaft rotates, the second rotation shaft rotates at the same speed as the first rotation shaft.
なお、第二回転軸が自身の軸線まわりに回転した場合は、第一回転軸と第二回転軸とのなす角度の大きさに拘らず、第一回転軸が第二回転軸と等速度で回転する。 When the second rotating shaft rotates around its own axis, the first rotating shaft is at the same speed as the second rotating shaft, regardless of the size of the angle between the first rotating shaft and the second rotating shaft. Rotate.
ボールは第一保持溝及び第二保持溝の内面とそれぞれ一点で係合するため、第一回転軸及び第二回転軸が回転するとき、ボールは第一保持溝と第二保持溝とからそれぞれ力を受ける。そして、ボールが第一保持溝と第二保持溝とからそれぞれ受けた力の合力によって、各ボールは対応するボール支持孔の内面の一部に押し付けられる。すると、ボール支持孔の内面の当該一部からボールにこの合力に起因する反力が及ぶ。 Since the ball is engaged with the inner surface of the first holding groove and the inner surface of the second holding groove, respectively, when the first rotating shaft and the second rotating shaft rotate, the ball is separated from the first holding groove and the second holding groove respectively. Receive strength. Then, each ball is pressed against a part of the inner surface of the corresponding ball support hole by the combined force of the forces received by the balls from the first holding groove and the second holding groove. Then, a reaction force due to the resultant force is exerted on the ball from the part of the inner surface of the ball support hole.
外輪の第一内周面の半径はケージの第二外周面の半径より僅かに大きい。そのため、外輪の第一内周面とケージの第二外周面との間には微小なクリアランスが存在する。同様に、内輪の第一外周面の半径はケージの第二内周面の半径より僅かに小さい。そのため、内輪の第一外周面とケージの第二内周面との間には微小なクリアランスが存在する。
従って、各ボールの第一保持溝及び第二保持溝の内面との接触位置は、第一回転軸と第二回転軸とがなす角度の変化に応じて変化する。
The radius of the first inner peripheral surface of the outer race is slightly larger than the radius of the second outer peripheral surface of the cage. Therefore, a small clearance exists between the first inner peripheral surface of the outer race and the second outer peripheral surface of the cage. Similarly, the radius of the first outer peripheral surface of the inner race is slightly smaller than the radius of the second inner peripheral surface of the cage. Therefore, a small clearance exists between the first outer peripheral surface of the inner race and the second inner peripheral surface of the cage.
Therefore, the contact position of each ball with the inner surfaces of the first holding groove and the second holding groove changes according to a change in the angle between the first rotation axis and the second rotation axis.
第一回転軸と第二回転軸とが同軸状態にあるとき、全てのボール支持孔の対応する第一保持溝及び第二保持溝との位置関係は、互いに同一となる。
そしてこのとき、ボール支持孔の内面からボールに及ぶ上記反力の方向は、ケージの軸線(即ち、第一回転軸及び第二回転軸の軸線)と略平行となる。
図5に示すように、このとき各ボールは対応する第二保持溝の内面の底部と開口側端部(エッジ)との中間部と一点で接触する。換言すると、このとき上記反力によって各ボールが対応する第二保持溝の底部側から対応する第一保持溝側へ大きく移動させられることはない。
When the first rotation axis and the second rotation axis are coaxial, the positional relationship between the corresponding first holding groove and the corresponding second holding groove of all the ball support holes is the same.
At this time, the direction of the reaction force extending from the inner surface of the ball support hole to the ball is substantially parallel to the axis of the cage (that is, the axis of the first rotation axis and the second rotation axis).
As shown in FIG. 5, at this time, each ball comes into contact at one point with an intermediate portion between the bottom of the inner surface of the corresponding second holding groove and the end (edge) on the opening side. In other words, at this time, each ball is not largely moved from the bottom side of the corresponding second holding groove to the corresponding first holding groove side by the reaction force.
第一回転軸と第二回転軸とが同軸状態にないとき、各ボール支持孔の対応する第一保持溝及び第二保持溝との位置関係は、各ボール支持孔ごとに異なる。そのため、一つのボール支持孔に支持されたボールに対して及ぶ上記合力の大きさが、全てのボールの中で最大となる。換言すると、一つのボール支持孔が発生する上記反力が、全てのボール支持孔の中で最大となる。以下、最大の反力を発生する一つのボール支持孔を「反力最大ボール支持孔」と呼ぶ。さらに、各ボール支持孔の内面から各ボールに及ぶ上記反力の方向は、各ボール支持孔ごとに異なる。
また、第一回転軸への入力が一定の場合、第一回転軸及び外輪が回転するときの反力最大ボール支持孔の内面が発生する上記反力の大きさは、第一回転軸と第二回転軸とがなす角度によって変化し、当該角度が最大角度となったときに最大となる。同様に、第二回転軸への入力が一定の場合、第二回転軸及び内輪が回転するときの反力最大ボール支持孔の内面が発生する上記反力の大きさは、第一回転軸と第二回転軸とがなす角度によって変化し、当該角度が最大角度となったときに最大となる。
When the first rotation axis and the second rotation axis are not coaxial, the positional relationship between the corresponding first holding groove and the second holding groove of each ball support hole differs for each ball support hole. Therefore, the magnitude of the resultant force exerted on the ball supported by one ball support hole is the largest among all the balls. In other words, the above-mentioned reaction force generated by one ball supporting hole is the largest among all the ball supporting holes. Hereinafter, one ball support hole that generates the maximum reaction force is referred to as a “maximum reaction force ball support hole”. Further, the direction of the reaction force extending from the inner surface of each ball support hole to each ball differs for each ball support hole.
When the input to the first rotating shaft is constant, the magnitude of the reaction force generated by the inner surface of the reaction force maximum ball support hole when the first rotating shaft and the outer ring rotate is determined by the first rotating shaft and the third rotating shaft. It changes depending on the angle between the two rotation axes, and becomes maximum when the angle becomes the maximum angle. Similarly, when the input to the second rotating shaft is constant, the magnitude of the reaction force generated by the inner surface of the reaction force maximum ball support hole when the second rotating shaft and the inner ring rotate is equal to the first rotating shaft. It changes according to the angle formed by the second rotation axis, and becomes maximum when the angle becomes the maximum angle.
そのため、例えば車両がUターンするときに、第一回転軸と第二回転軸とがなす角度が最大角度となり且つ第一回転軸又は第二回転軸に大きな回転トルクが入力されると、ボールが第一保持溝と第二保持溝とから上記合力を受ける。
しかし上記クリアランスに起因して、このときの合力は反力最大ボール支持孔の内面の上記一部と直交しない。そのため、このときに発生する上記反力によって、反力最大ボール支持孔に支持されたボールが対応する第二保持溝の底部側から対応する第一保持溝側へ大きく移動させられる。その結果、図6に示すように、このボールは対応する第二保持溝の内面の開口端部近傍と一点で接触する。そしてこのときこのボールは第二保持溝の内面に対して強い力で接触するので、このときに内輪(の第二保持溝が設けられた部位)に生じた応力によって、第二保持溝のエッジが塑性変形するおそれが大きい。
仮に第二保持溝のエッジに塑性変形が生じると、その後の固定式等速ジョイントの動作が不円滑になるおそれがある。
Therefore, for example, when the vehicle makes a U-turn, when the angle between the first rotation axis and the second rotation axis is the maximum angle and a large rotation torque is input to the first rotation axis or the second rotation axis, the ball The resultant force is received from the first holding groove and the second holding groove.
However, due to the clearance, the resultant force at this time is not orthogonal to the part of the inner surface of the reaction force maximum ball support hole. For this reason, the reaction force generated at this time causes the ball supported by the reaction force maximum ball support hole to largely move from the bottom side of the corresponding second holding groove to the corresponding first holding groove side. As a result, as shown in FIG. 6, the ball comes into contact at one point with the vicinity of the open end of the inner surface of the corresponding second holding groove. At this time, the ball comes into contact with the inner surface of the second holding groove with a strong force. Is highly likely to undergo plastic deformation.
If plastic deformation occurs at the edge of the second holding groove, the subsequent operation of the fixed type constant velocity joint may not be smooth.
本発明は上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、外輪と一体化した第一回転軸と内輪と一体化した第二回転軸とがなす角度が最大角度となった場合に第一回転軸又は第二回転軸に回転トルクが入力されたときに、全てのボール支持孔の中で対応するボールに対して最大の力を及ぼすボール支持孔に支持されたボールが内輪の第二保持溝の内面のエッジ近傍に対して過大な力で押しつけられるおそれが小さい固定式等速ジョイントを提供することにある。 The present invention has been made to address the above-mentioned problems. That is, one of the objects of the present invention is that the first rotation shaft or the second rotation when the angle between the first rotation shaft integrated with the outer ring and the second rotation shaft integrated with the inner ring is the maximum angle. When the rotational torque is input to the shaft, the ball supported in the ball support hole exerts the maximum force on the corresponding ball in all the ball support holes near the edge of the inner surface of the second holding groove of the inner ring. An object of the present invention is to provide a fixed type constant velocity joint which is less likely to be pressed against excessive force.
本発明の固定式等速ジョイントは、
球面の一部であり且つ複数の第一保持溝(22)が形成された第一内周面(21)を有する、第一回転軸(40)と一体化した外輪(20)と、
前記第一内周面の内周側空間に回転可能に配置され且つ第二回転軸(45)と一体化した、前記第一内周面より小径で前記第一内周面とは異なる曲率中心を有する球面の一部であり且つ複数の第二保持溝(27)が形成された第一外周面(26)を有する内輪(25)と、
一つの前記第一保持溝及び一つの前記第二保持溝に対してそれぞれ回転可能に係合する複数のボール(35)と、
前記第一内周面に回転可能に接触する第二外周面(31)、及び、前記第一外周面に回転可能に接触する第二内周面(32)、を有し、且つ、互いに同軸になった前記第一回転軸及び前記第二回転軸と同軸をなす中心軸(30X)を有するケージ(30)と、
を備え、
前記ケージが、前記第一回転軸と前記第二回転軸とがなす角の二等分線(Lθ)に対して直交するボール位置平面(PB)上に常に位置するように前記各ボールをそれぞれ支持する複数のボール支持孔(33)を備え、
前記各ボール支持孔が、自身の内面の二箇所にそれぞれ形成された、互いに平行をなしながら前記中心軸と平行な方向に対向する平面からなり且つ両者の間に一つの前記ボールが位置する第一接触部(33a)及び第二接触部(33b)を備え、
前記第一回転軸と前記第二回転軸とのなす角度が最大角度となったときに、一つの前記ボール支持孔が、自身の前記第一接触部が対応する前記ボールから受ける力によって当該ボールに対して、他の前記第一接触部よりも大きな反力を及ぼす反力最大ボール支持孔(33X)となり、
前記反力最大ボール支持孔に支持された前記ボールに対して前記第一保持溝及び前記第二保持溝が及ぼす二つの力の合力であり且つ前記第二接触部側から前記第一接触部側に向かうポケット荷重(AF)と前記反力最大ボール支持孔の前記第一接触部が構成する前記平面とが直交するように、前記第一保持溝及び前記第二保持溝の形状、前記ボール支持孔の形状、並びに前記ボールの外径が設定され、且つ、前記第一接触部が構成する前記平面は、前記中心軸と直交する平面に対し傾斜している。
The fixed type constant velocity joint of the present invention is:
An outer ring (20) integral with the first rotating shaft (40), the outer ring (20) being a part of a spherical surface and having a first inner peripheral surface (21) in which a plurality of first holding grooves (22) are formed;
A center of curvature that is rotatably disposed in the inner peripheral side space of the first inner peripheral surface and is integrated with the second rotation shaft (45) and has a smaller diameter than the first inner peripheral surface and different from the first inner peripheral surface. An inner ring (25) having a first outer peripheral surface (26) that is a part of a spherical surface having a plurality of second holding grooves (27),
A plurality of balls (35) rotatably engaged with one of the first holding grooves and one of the second holding grooves, respectively;
A second outer peripheral surface (31) rotatably contacting the first inner peripheral surface and a second inner peripheral surface (32) rotatably contacting the first outer peripheral surface, and are coaxial with each other. A cage (30) having a central axis (30X) coaxial with the first rotation axis and the second rotation axis;
With
Each of the balls is positioned so that the cage is always positioned on a ball position plane (PB) orthogonal to the bisector (Lθ) of the angle formed by the first rotation axis and the second rotation axis. A plurality of ball support holes (33) for supporting;
Each of the ball support holes is a plane formed at two locations on its inner surface, each of which is a plane facing each other in a direction parallel to the central axis while being parallel to each other, and one ball is located therebetween. A first contact portion (33a) and a second contact portion (33b);
When the angle between the first rotation axis and the second rotation axis becomes the maximum angle, one of the ball support holes is moved by the force received by the first contact portion of the ball from the corresponding ball. , A reaction force maximum ball support hole (33X) that exerts a larger reaction force than the other first contact portions,
The reaction force is the combined force of two forces exerted by the first holding groove and the second holding groove on the ball supported by the maximum ball support hole, and from the second contact portion side to the first contact portion side The shape of the first holding groove and the second holding groove and the ball support so that the pocket load (AF) toward the head and the plane formed by the first contact portion of the reaction force maximum ball support hole are orthogonal to each other. the shape of the hole, and the outer diameter of the ball is set, and the plane in which the first contact portion is configured, you are inclined with respect to a plane perpendicular to the central axis.
このポケット荷重と第一接触部が構成する平面との「直交」には完全な直交のみならず略直交も含まれる。なお、上記中心軸と直交する平面は、上記ボール位置平面と実質的に一致する。 The “perpendicular” between the pocket load and the plane formed by the first contact portion includes not only perfect perpendicular but also substantially perpendicular. The plane orthogonal to the central axis substantially coincides with the ball position plane.
第一回転軸と第二回転軸とが同軸状態にないとき、各ボール支持孔の対応する第一保持溝及び第二保持溝との位置関係は、各ボール支持孔ごとに異なる。そのため、一つのボール支持孔である反力最大ボール支持孔に支持されたボールに対して第一保持溝と第二保持溝とから及ぶ力の合力の大きさ、及び、反力最大ボール支持孔がボールに及ぼす反力の大きさが、全てのボールの中で最大となる。さらに各ボール支持孔の第一接触部から各ボールに及ぶ反力の方向は、各ボール支持孔ごとに異なる。
また、第一回転軸への入力が一定の場合、第一回転軸及び外輪が回転するときの反力最大ボール支持孔の内面が発生する上記反力の大きさは、第一回転軸と第二回転軸とがなす角度によって変化し、当該角度が最大角度となったときに最大となる。同様に、第二回転軸への入力が一定の場合、第二回転軸及び内輪が回転するときの反力最大ボール支持孔の内面が発生する上記反力の大きさは、第一回転軸と第二回転軸とがなす角度によって変化し、当該角度が最大角度となったときに最大となる。
そのため、反力最大ボール支持孔の第一接触部からボールに及ぶ力(反力)の大きさは、当該角度が最大角度となったときに最大となる。
When the first rotation axis and the second rotation axis are not coaxial, the positional relationship between the corresponding first holding groove and the second holding groove of each ball support hole differs for each ball support hole. Therefore, the magnitude of the resultant force of the force exerted by the first holding groove and the second holding groove on the ball supported by the maximum reaction force ball support hole, which is one ball support hole, and the maximum reaction force ball support hole The magnitude of the reaction force exerted on the ball is the largest of all the balls. Further, the direction of the reaction force from the first contact portion of each ball support hole to each ball is different for each ball support hole.
When the input to the first rotating shaft is constant, the magnitude of the reaction force generated by the inner surface of the reaction force maximum ball support hole when the first rotating shaft and the outer ring rotate is determined by the first rotating shaft and the third rotating shaft. It changes depending on the angle between the two rotation axes, and becomes maximum when the angle becomes the maximum angle. Similarly, when the input to the second rotating shaft is constant, the magnitude of the reaction force generated by the inner surface of the reaction force maximum ball support hole when the second rotating shaft and the inner ring rotate is equal to the first rotating shaft. It changes according to the angle formed by the second rotation axis, and becomes maximum when the angle becomes the maximum angle.
Therefore, the magnitude of the force (reaction force) exerted on the ball from the first contact portion of the maximum reaction force ball support hole becomes maximum when the angle becomes the maximum angle.
しかしながら本発明では、第一回転軸と第二回転軸とのなす角度が最大角度となったときに、反力最大ボール支持孔の第一接触部を構成する平面が、第一保持溝及び第二保持溝からボールに対して及ぶ二つの力の合力であり且つ第二接触部側から第一接触部側に向かうポケット荷重に対して直交する。そのため、第一回転軸と第二回転軸とのなす角度が最大角度となったときに、反力最大ボール支持孔の第一接触部がボールに及ぼす力(反力)によって、ボールが内輪の第二保持溝の底部側から外輪の第一保持溝側へ大きく移動させられるおそれは小さい。
そのため、第一回転軸と第二回転軸とがなす角度が最大角度となった場合に第一回転軸又は第二回転軸に回転トルクが入力されたときに、内輪の第二保持溝の内面のエッジ近傍に対して反力最大ボール支持孔に支持されたボールが過大な力で押しつけられるおそれは小さい。
However, in the present invention, when the angle between the first rotation axis and the second rotation axis becomes the maximum angle, the plane forming the first contact portion of the reaction force maximum ball support hole is the first holding groove and the second holding groove. It is the resultant of the two forces exerted on the ball from the two holding grooves, and is orthogonal to the pocket load from the second contact portion to the first contact portion. Therefore, when the angle formed between the first rotation axis and the second rotation axis reaches the maximum angle, the ball (reaction force) exerted on the ball by the first contact portion of the reaction force maximum ball support hole causes the ball to move toward the inner ring. The possibility of being largely moved from the bottom side of the second holding groove to the first holding groove side of the outer race is small.
Therefore, when the rotation torque is input to the first rotation shaft or the second rotation shaft when the angle formed between the first rotation shaft and the second rotation shaft is the maximum angle, the inner surface of the second holding groove of the inner race is formed. The possibility that the ball supported by the maximum reaction force ball support hole is pressed against the vicinity of the edge by an excessive force is small.
上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び/又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。 In the above description, in order to facilitate understanding of the present invention, the names and / or symbols used in the embodiments are attached in parentheses to the configurations of the invention corresponding to the embodiments described later. However, each component of the present invention is not limited to the embodiment defined by the above reference numerals. Other objects, other features, and attendant advantages of the present invention will be easily understood from the description of the embodiments of the present invention described with reference to the following drawings.
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る固定式等速ジョイント10について説明する。
本実施形態の固定式等速ジョイント10は車両の前部に設けられ且つ左右の前輪(図示略)にそれぞれ接続される。即ち、車両の前部には、左右一対の固定式等速ジョイント10が設けられている。
固定式等速ジョイント10は主要な構成要素として外輪20、内輪25、ケージ30及びボール35を有している。
Hereinafter, a fixed type constant velocity joint 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The fixed type constant velocity joint 10 of the present embodiment is provided at a front portion of a vehicle and connected to left and right front wheels (not shown). That is, a pair of left and right fixed type constant velocity joints 10 are provided at the front of the vehicle.
The fixed type constant velocity joint 10 has an
金属製の外輪20は直線的に延びる従動軸40を一体的に備えている。この従動軸40は車両の前輪(図示略)の回転軸に同軸的に接続される。外輪20は、従動軸40の軸線の延長線40Xを中心とする回転対称体である。
The metal
外輪20の従動軸40と反対側の端部には開口20aが形成されている。外輪20の内周面は球面の一部である第一内周面21によって構成されている。
An
第一内周面21には複数の第一保持溝22が形成されている。各第一保持溝22の断面形状は図5及び図6に示されたものと同様である。各第一保持溝22は、従動軸40の延長線40Xを中心とする周方向に等角度間隔で並んでいる。さらに各第一保持溝22は、従動軸40側から開口20a側に向かって第一内周面21に沿って延びている。各第一保持溝22の延長線40Xからの径方向距離は、従動軸40側から開口20a側に向かうにつれて徐々に大きくなっている。さらに各第一保持溝22の深さは、従動軸40側から開口20a側に向かうにつれて徐々に大きくなっている。
A plurality of first holding
金属製の内輪25の一端には直線的に延びる駆動軸45の一端が固定されている(図1及び図3の仮想線参照)。駆動軸45は、ディファレンシャルギヤを介してプロペラシャフトに接続されたドライブシャフトである。内輪25は、駆動軸45の軸線の延長線45Xを中心とする回転対称体である。内輪25の外径は外輪20の内径より小さい。内輪25の駆動軸45と反対側の端面は先端面25aによって構成されている。
One end of a linearly extending
内輪25の外周面は球面の一部である第一外周面26によって構成されている。第一外周面26の半径は第一内周面21の半径より小さい。
The outer peripheral surface of the
第一外周面26には第一保持溝22と同数の第二保持溝27が形成されている。各第二保持溝27の断面形状は図5及び図6に示されたものと同様である。各第二保持溝27は、駆動軸45の延長線45Xを中心とする周方向に等角度間隔(即ち、各第一保持溝22同士の間隔と同じ間隔)で並んでいる。さらに各第二保持溝27は、駆動軸45側から先端面25a側に向かって第一外周面26に沿って延びている。各第二保持溝27の延長線45Xからの径方向距離は、駆動軸45側から先端面25a側に向かうにつれて徐々に大きくなっている。さらに各第二保持溝27の深さは、駆動軸45側から先端面25a側に向かうにつれて徐々に大きくなっている。
On the first outer
金属製のケージ30は、その中心軸30Xを中心とする回転対称体である。
ケージ30の外周面は球面の一部である第二外周面31によって構成されている。
ケージ30は、第二外周面31が第一内周面21と対向するように外輪20の内部空間に配設されている。但し、第二外周面31の半径は第一内周面21の半径より僅かに小さい。そのため、第二外周面31の曲率中心は第一内周面21の曲率中心と完全な同一ではなく、互いに僅かにずれている。即ち、外輪20の第一内周面21とケージ30の第二外周面32との間には微小なクリアランスが存在する。但し、第一内周面21と第二外周面32の一部どうしは接触可能である。
ケージ30の内周面の中心軸30X方向の両端部を除く部分は球面の一部である第二内周面32によって構成されている。
ケージ30の内部空間には、第二内周面32に対して第一外周面26が対向するように内輪25が配設されている。
第二内周面32の半径は第一外周面26の半径より僅かに大きい。そのため、第二内周面32の曲率中心は第一外周面26の曲率中心と完全な同一ではなく、互いに僅かにずれている。即ち、内輪25の第一外周面26とケージ30の第二内周面32との間には微小なクリアランスが存在する。但し、第一外周面26と第二内周面32の一部どうしは接触可能である。
The
The outer peripheral surface of the
The
A portion of the inner peripheral surface of the
The
The radius of the second inner
外輪20とケージ30とは、第二外周面31と第一内周面21の一部どうしが接触した状態で互いに相対回転可能である。
さらにケージ30と内輪25とは、第一外周面26と第二内周面32の一部どうしが接触した状態で互いに相対回転可能である。
従って、外輪20は内輪25に対して相対回転可能であり、内輪25は外輪20に対して相対回転可能である。
The
Further, the
Therefore, the
外輪20と内輪25とが相対回転すると、従動軸40の延長線40Xと駆動軸45の延長線45Xとがなす角度が変化する。即ち外輪20と内輪25は、延長線40Xと延長線45Xとがなす角度が0°になる図1及び図2に示す同軸位置と、延長線40Xと延長線45Xとがなす角度が最大角度となる図3及び図4にに示す最大角度位置と、の間を相対回転可能である。なお図1に示すように、外輪20と内輪25とが同軸位置に位置するとき、ケージ30の中心軸30Xは延長線40X及び延長線45Xと一致する。
When the
さらにケージ30には第一保持溝22及び第二保持溝27と同数のボール支持孔33が貫通孔として形成されている。各ボール支持孔33は、ケージ30の中心軸30Xを中心とする周方向に等角度間隔(即ち、各第一保持溝22同士の間隔と同じ間隔)で並んでいる。
図2及び図4に示すように各ボール支持孔33は略正方形である。即ち、各ボール支持孔33の内周面は四つの面によって構成されている。これら四つの面のうちの二つは、互いに中心軸30X方向と平行な方向に対向する第一接触部33aと第二接触部33bとにより構成されている。第一接触部33a及び第二接触部33bは互いに平行をなす平面により構成されている。但し、第一接触部33a及び第二接触部33bは中心軸30X方向に対して直交しない。換言すると、図2に示した延長線40Xに対して直交し且つボール支持孔33を通り抜ける方向に延びる直線Lと、第一接触部33a及び第二接触部33bとは完全な平行でなく、互いに僅かに傾斜している。外輪20と内輪25とが同軸位置に位置するとき、各ボール支持孔33の第一接触部33aは駆動軸45側に位置し、各ボール支持孔33の第二接触部33bは従動軸40側に位置する。
Further, the
As shown in FIGS. 2 and 4, each
金属製の球体であるボール35はボール支持孔33の内径より僅かに小径である。
ボール35は第一保持溝22、第二保持溝27及びボール支持孔33と同数である。各ボール35は、ケージ30のボール支持孔33に自転可能に挿入され且つ対応する第一保持溝22及び第二保持溝27に対してそれぞれ自転可能に係合している。より詳細には、各ボール35は、(図5及び図6に示された場合と同様に)対応する第一保持溝22及び第二保持溝27の内面に対してそれぞれ一点で接触する。但し、各ボール35の第一保持溝22及び第二保持溝27の内面との接触位置は、従動軸40と駆動軸45とがなす角度の変化に応じて変化する。
The
The number of the
周知のように、第一内周面21、各第一保持溝22の底部22a、第一外周面26、各第二保持溝27の底部27aのそれぞれの曲率中心の位置は互いにずれており、且つ、互いに所定の位置関係になっている。
そのため、ケージ30の各ボール支持孔33によって自転可能に支持された各ボール35は、延長線40Xと延長線45Xとがなす角度θの二等分線Lθ(30Xと一致)に直交するボール位置平面PB上に常に位置する(図3参照)。換言すると、外輪20と内輪25との相対位置が同軸位置と最大角度位置との間のいずれの位置になったときも、各ボール35はボール位置平面PB上に位置する。
As is well known, the positions of the respective centers of curvature of the first inner
Therefore, each
続いて固定式等速ジョイント10の動作について説明する。
車両のエンジンの回転力がプロペラシャフト及びディファレンシャルギヤを介してドライブシャフトである駆動軸45に伝わると、駆動軸45が延長線45Xまわりに回転する。すると内輪25の各第二保持溝27と係合する各ボール35が、自転しながら延長線45Xまわりに内輪25と一緒に公転する。すると各ボール35の公転力が外輪20の各第一保持溝22に伝達されるので、外輪20及び従動軸40が延長線40Xまわりに駆動軸45及び内輪25と等速度で回転する。即ち、各ボール35が内輪25の回転トルクを外輪20へ伝達する。そのため左右の前輪が従動軸40まわりに回転する。
Next, the operation of the fixed type constant velocity joint 10 will be described.
When the rotational force of the vehicle engine is transmitted to the
前輪が車体に対して上下動すると、従動軸40の延長線40Xと駆動軸45の延長線45Xとがなす角度が変化する。
しかし外輪20と内輪25の相対位置が、同軸位置と最大角度位置との間のどうような位置になっても、各ボール35はボール位置平面PB上に位置する。
従って、延長線40Xと延長線45Xとがなす角度の大きさに拘らず、前輪及び従動軸40は駆動軸45と等速度で回転する。
When the front wheel moves up and down with respect to the vehicle body, the angle between the
However, regardless of the relative position of the
Therefore, the front wheel and the driven
駆動軸45と従動軸40が回転するときの各ボール35の詳細な動きは以下の通りである。
The detailed movement of each
延長線40Xと延長線45Xとがなす角度がいかなる大きさであっても、駆動軸45及び内輪25が回転すると、各ボール35は対応する第二保持溝27の内面の一点からボール35の内部側に向かう力F1を受ける(図2及び図4参照)。この力F1は、ボール35の中心部側に向かう方向の力である。さらに各ボール35は対応する第一保持溝22の内面の一点を押すので、対応する第一保持溝22の内面の当該一点からボール35の中心部側に向か力(反力)F2を受ける(図2及び図4参照)。
Regardless of the angle between the
延長線40Xと延長線45Xとがなす角度がいかなる大きさであっても、力F1と力F2の合力であり且つ各ボール35に及ぶポケット荷重AF(図2及び図4参照)は、おおよそ先端面25a及び従動軸40側から駆動軸45及び開口20a側に向かう力となる。換言すると、ポケット荷重AFは各ボール支持孔33の第一接触部33aと第二接触部33bとを結ぶ直線方向とのなす角度が小さい力となる。
そのため駆動軸45及び内輪25が回転すると、ポケット荷重AFによって各ボール35は対応するボール支持孔33の第一接触部33aに押し付けられる。その結果、各ボール35は対応する第一接触部33aから反力RFを受ける(図2及び図4参照)。
Regardless of the angle between the
Therefore, when the
従動軸40と駆動軸45との相対位置が同軸位置にあるとき、各ボール支持孔33の対応する第一保持溝22及び第二保持溝27との位置関係は互いに同一となる。そのため、各ボール支持孔33に支持されたボール35に対して及ぶポケット荷重AF及び第一接触部33aから各ボール35に及ぶ反力RFの大きさ及び方向は、各ボール35間で互いに同一となる。
When the relative position between the driven
その一方で、従動軸40と駆動軸45との相対位置が同軸位置にないとき、各ボール支持孔33の対応する第一保持溝22及び第二保持溝27との位置関係は、各ボール支持孔33ごとに異なる。そのため、一つのボール支持孔33である反力最大ボール支持孔33X(図2及び図4参照)に支持されたボール35に対して及ぶポケット荷重AF及び第一接触部33aから各ボール35に及ぶ反力RFの大きさが、全てのボール支持孔33及びボール35の中で最大となる。
さらに、従動軸40と駆動軸45との相対位置が同軸位置にないとき、ポケット荷重AF及び反力RFの方向は各ボール支持孔33ごとに異なる。
On the other hand, when the relative position between the driven
Further, when the relative position between the driven
また、駆動軸45への入力が一定の場合、駆動軸45及び内輪25が回転するときの反力最大ボール支持孔33Xの第一接触部33aが発生する反力RFの大きさは、従動軸40と駆動軸45とがなす角度によって変化し、当該角度が最大角度となったときに最大となる。
When the input to the
そのため、例えば車両がUターンするときに、従動軸40と駆動軸45とがなす角度が最大角度となり且つ駆動軸45に大きな回転トルクが入力されると、反力最大ボール支持孔33Xの第一接触部33aが大きな反力RFを発生する。
Therefore, for example, when the vehicle makes a U-turn, the angle formed between the driven
しかし、図4に示すように、このときの反力最大ボール支持孔33Xに支持されたボール35に及ぶポケット荷重AFの方向は第一接触部33aに対して完全に直交する方向となる。そのため、反力最大ボール支持孔33Xの第一接触部33aが発生する反力RFの方向は第一接触部33aに対して完全に直交する方向となる。
However, as shown in FIG. 4, the direction of the pocket load AF applied to the
そのため、反力最大ボール支持孔33Xに支持されたボール35は対応する第一接触部33aから受ける反力RFによって、反力最大ボール支持孔33Xの第二接触部33b側に押される。従って、このとき反力最大ボール支持孔33Xに支持されたボール35が反力RFによって、第二保持溝27の底部27a側から外輪20の第一保持溝22側(第二保持溝27の開口端部側)へ大きく移動させられるおそれは小さい。
そのため、外輪20と内輪25との相対位置が最大角度位置になったときに、内輪25の第二保持溝27の内面のエッジ近傍に対して反力最大ボール支持孔33Xに支持されたボール35が過大な力で押しつけられ、その結果、第二保持溝27のエッジが塑性変形するおそれは小さい。
Therefore, the
Therefore, when the relative position between the
なお、従動軸40と駆動軸45とが図3及び図4とは異なる態様で非同軸状態になったときは、図示した反力最大ボール支持孔33Xとは別の一つのボール支持孔33が「反力最大ボール支持孔33X」となる。
When the driven
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 As described above, the present invention has been described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
例えば、従動軸40を内輪25に固定し且つ駆動軸45を外輪20に固定してもよい。
For example, the driven
外輪20と内輪25との相対位置が最大角度位置になったときに、ポケット荷重AF及び反力RFの方向が第一接触部33aに対して完全に直交するのではなく、完全な直交方向に対して僅かに傾くように、第一保持溝22及び第二保持溝27の形状、ボール支持孔33の形状、並びにボール35の外径(外面の半径)を設定してもよい。但し、この場合は、反力RFが、第一接触部33aに対する直交方向に対してケージ30の中心軸30X側に傾くようにするのが好ましい。このようにすれば、外輪20と内輪25との相対位置が最大角度位置になったときに、各ボール35が反力RFによって第二保持溝27の内面のエッジ近傍に対して強い力で押されることが防止される。
When the relative position between the
固定式等速ジョイント10を各種産業機械における回転力伝達手段として利用してもよい。 The fixed type constant velocity joint 10 may be used as a rotational force transmitting means in various industrial machines.
20・・・外輪、21・・・第一内周面、22・・・第一保持溝、25・・・内輪、26・・・第一外周面、27・・・第二保持溝、30・・・ケージ、31・・・第二外周面、32・・・第二内周面、33・・・ボール支持孔、33a・・・第一接触部、
33b・・・第二接触部、35・・・ボール、40・・・従動軸(第一回転軸、第二回転軸)、45・・・駆動軸(第二回転軸、第一回転軸)。
33b: second contact portion, 35: ball, 40: driven shaft (first rotation shaft, second rotation shaft), 45: drive shaft (second rotation shaft, first rotation shaft) .
Claims (1)
前記第一内周面の内周側空間に回転可能に配置され且つ第二回転軸と一体化した、前記第一内周面より小径で前記第一内周面とは異なる曲率中心を有する球面の一部であり且つ複数の第二保持溝が形成された第一外周面を有する内輪と、
一つの前記第一保持溝及び一つの前記第二保持溝に対してそれぞれ回転可能に係合する複数のボールと、
前記第一内周面に回転可能に接触する第二外周面、及び、前記第一外周面に回転可能に接触する第二内周面、を有し、且つ、互いに同軸になった前記第一回転軸及び前記第二回転軸と同軸をなす中心軸を有するケージと、
を備え、
前記ケージが、前記第一回転軸と前記第二回転軸とがなす角の二等分線に対して直交するボール位置平面上に常に位置するように前記各ボールをそれぞれ支持する複数のボール支持孔を備え、
前記各ボール支持孔が、自身の内面の二箇所にそれぞれ形成された、互いに平行をなしながら前記中心軸と平行な方向に対向する平面からなり且つ両者の間に一つの前記ボールが位置する第一接触部及び第二接触部を備え、
前記第一回転軸と前記第二回転軸とのなす角度が最大角度となったときに、一つの前記ボール支持孔が、自身の前記第一接触部が対応する前記ボールから受ける力によって当該ボールに対して、他の前記第一接触部よりも大きな反力を及ぼす反力最大ボール支持孔となり、
前記反力最大ボール支持孔に支持された前記ボールに対して前記第一保持溝及び前記第二保持溝が及ぼす二つの力の合力であり且つ前記第二接触部側から前記第一接触部側に向かうポケット荷重と前記反力最大ボール支持孔の前記第一接触部が構成する前記平面とが直交するように、前記第一保持溝及び前記第二保持溝の形状、前記ボール支持孔の形状、並びに前記ボールの外径が設定され、且つ、前記第一接触部が構成する前記平面は、前記中心軸と直交する平面に対し傾斜している、
固定式等速ジョイント。 An outer ring that is part of a spherical surface and has a first inner peripheral surface on which a plurality of first holding grooves are formed,
A spherical surface that is rotatably disposed in the inner peripheral side space of the first inner peripheral surface and is integrated with the second rotating shaft, and has a smaller diameter than the first inner peripheral surface and a center of curvature different from the first inner peripheral surface. And an inner ring having a first outer peripheral surface on which a plurality of second holding grooves are formed,
A plurality of balls each rotatably engaged with one of the first holding grooves and one of the second holding grooves,
The first outer peripheral surface rotatably contacting the first inner peripheral surface, and the second inner peripheral surface rotatably contacting the first outer peripheral surface, and the first coaxial with each other A cage having a central axis coaxial with a rotation axis and the second rotation axis;
With
A plurality of ball supports respectively supporting the balls so that the cage is always positioned on a ball position plane orthogonal to a bisector of an angle formed by the first rotation axis and the second rotation axis. With holes,
Each of the ball support holes is a plane formed at two locations on its inner surface, each of which is a plane facing each other in a direction parallel to the central axis while being parallel to each other, and one ball is located therebetween. Comprising one contact portion and a second contact portion,
When the angle between the first rotation axis and the second rotation axis becomes the maximum angle, one of the ball support holes is moved by the force received by the first contact portion of the ball from the corresponding ball. In contrast, a reaction force maximum ball support hole that exerts a larger reaction force than the other first contact portions,
The reaction force is the combined force of two forces exerted by the first holding groove and the second holding groove on the ball supported by the maximum ball support hole, and from the second contact portion side to the first contact portion side The shape of the first holding groove and the second holding groove, the shape of the ball supporting hole so that the pocket load toward the head and the plane formed by the first contact portion of the reaction force maximum ball supporting hole are orthogonal to each other. , And the outer diameter of the ball is set , and the plane formed by the first contact portion is inclined with respect to a plane orthogonal to the central axis ,
Fixed constant velocity joint.
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