JP6792373B2 - How to fasten the hollow shaft and the ring-shaped part - Google Patents
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本発明は、中空軸とリング状部品との締結方法に関する。 The present invention relates to a method of fastening a hollow shaft and a ring-shaped component.
ギヤとシャフトとの締結に関する技術が特許文献1に記載されている。特許文献2には、車輪取付用のフランジ穴とボルトとの嵌合構造が記載されている。
内周壁にセレーションを設けたリング状部品の穴部に中空軸を圧入した場合、中空軸が径方向内側に収縮し、中空軸とリング状部品とを強固に締結できない可能性がある。 When the hollow shaft is press-fitted into the hole of the ring-shaped part having serrations on the inner peripheral wall, the hollow shaft may contract inward in the radial direction, and the hollow shaft and the ring-shaped part may not be firmly fastened.
本発明は、かかる不都合を解消し、中空軸とリング状部品とを強固に締結することを目的とする。 An object of the present invention is to eliminate such inconvenience and to firmly fasten the hollow shaft and the ring-shaped component.
上記の目的を達成するために、本発明に係る中空軸とリング状部品との締結方法は、中空軸の中空部に、拡径可能な円筒状のコレットを備えた治具を挿入し、前記コレットを拡径させて前記コレットの外周壁を前記中空軸の内周壁に接触させる拡径工程と、前記中空軸よりも硬度が大きく、かつ内周壁にセレーションが形成されたリング状部品が、前記中空軸の径方向外側かつ前記コレットの径方向外側に位置するように、前記中空軸を前記リング状部品の穴部に圧入する圧入工程とを含む。 In order to achieve the above object, the method of fastening the hollow shaft and the ring-shaped component according to the present invention is described by inserting a jig having a cylindrical collet capable of expanding the diameter into the hollow portion of the hollow shaft. The diameter-expanding step of expanding the diameter of the collet to bring the outer peripheral wall of the collet into contact with the inner peripheral wall of the hollow shaft, and the ring-shaped component having a hardness larger than that of the hollow shaft and having serrations formed on the inner peripheral wall are described above. It includes a press-fitting step of press-fitting the hollow shaft into a hole of the ring-shaped component so as to be located radially outside the hollow shaft and radially outside the collet.
本発明によれば、中空軸とリング状部品とを強固に締結することができる。 According to the present invention, the hollow shaft and the ring-shaped component can be firmly fastened.
以下に本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
図1(a)に中空軸1を示している。中空軸1の具体例として、減速機ユニットの出力軸が挙げられる。中空軸とすることで、中空部で被駆動軸との連結を行ったり、中空部に配線を通したり、また、回転慣性を軽減するなどのメリットがある。中空軸1は、中空部11と内周壁12と外周壁13とを有している。
FIG. 1A shows the
図1(b)には、穴部21が設けられたリング状部品2を示している。リング状部品2の具体例として、平歯車、ハイポイドギヤ、フェースギヤ、ベベルギヤ、ウォームギヤなどの歯車部品及び遊星歯車装置のキャリアが挙げられる。リング状部品2の内周壁22には、鋸歯すなわちセレーションが形成されている。このセレーションを穴側セレーションとも呼ぶ。そして、図1(c)には、リング状部品2の穴部21に中空軸1が圧入された状態を示している。
FIG. 1B shows a ring-
中空軸1とリング状部品2とを強固に締結するためには、圧入により、中空軸1の外周壁13が降伏し、外周壁13の一部がリング状部品2の内周壁22のセレーション溝部に入り込むように塑性変形する必要がある。塑性変形するためには、中空軸1の材料の硬度がリング状部品2の材料の硬度よりも小さいことと、中空軸1の外周壁13とリング状部品2の内周壁22との接触部分に生じる圧縮応力が中空軸1の降伏応力よりも大きいこととが求められる。
In order to firmly fasten the
前記圧縮応力は、次式により表すことができる。
ただし、Rは、図2に示すように、リング状部品2の外側半径(単位:mm)である。
raは、中空軸1の内側半径(単位:mm)である。
rbは、中空軸1の外側半径(単位:mm)である。
E1は、中空軸1を構成する材料の縦弾性係数(単位:kgf/mm2)である。
E2は、リング状部品2を構成する材料の縦弾性係数(単位:kgf/mm2)である。
ν1は、中空軸1を構成する材料のポアソン比である。
ν2は、リング状部品2を構成する材料のポアソン比である。
δは、半径締め代(単位:mm)である。すなわち、δは、中空軸1の外側半径rbから、セレーション歯の歯先部を基準としたリング状部品2の内側半径を差し引いた値である。
Pは、中空軸1の外周壁13とリング状部品2の内周壁22との接触部分に生じる圧縮応力(単位:kgf/mm2)である。
However, as shown in FIG. 2, R is the outer radius (unit: mm) of the ring-
r a is the
r b is the outer radius (unit: mm) of the
E 1 is the Young's modulus (unit: kgf / mm 2 ) of the material constituting the
E 2 is the Young's modulus (unit: kgf / mm 2 ) of the material constituting the ring-
ν 1 is the Poisson's ratio of the materials constituting the
ν 2 is the Poisson's ratio of the material constituting the ring-
δ is the radius tightening allowance (unit: mm). That is, δ is a value obtained by subtracting the inner radius of the ring-
P is a compressive stress (unit: kgf / mm 2 ) generated at the contact portion between the outer
図3(a)に示すように、圧入時に中空軸1が径方向内側に向かって収縮する場合がある。同図において、矢印Yは径方向内側方向を示しており、符号12aは、収縮後の内周壁を示している。符号22a及び22bはそれぞれ、内周壁22のセレーション溝部及びセレーション歯部を示している。中空軸1の収縮に起因して、生じた圧縮応力Pが中空軸1の降伏応力を下回った場合、セレーション溝部22aに中空軸1の材料が塑性流動しないこととなる。つまり、中空軸1の外周壁13にセレーション(「軸側セレーション」とも呼ぶ)が形成されない。なお、中空軸1の外側半径rbと内側半径raとの差すなわち中空軸1の肉厚が小さいほど、圧縮応力Pは小さくなる。
As shown in FIG. 3A, the
以下に、軸側セレーションが良好に形成されない場合と、軸側セレーションが良好に形成される場合とについて説明する。ただし、ステンレス鋼、アルミニウム合金など降伏現象を示さない金属は、降伏応力に相当する応力を耐力と定義し、0.2%耐力が降伏応力の代わりに使用されている。本発明の実施例の場合、中空軸1はステンレス鋼を採用しているので、降伏応力の代わりに0.2%耐力を使用して説明する。
Hereinafter, a case where the shaft-side serrations are not formed well and a case where the shaft-side serrations are formed well will be described. However, for metals that do not exhibit a yield phenomenon, such as stainless steel and aluminum alloys, the stress corresponding to the yield stress is defined as the proof stress, and the 0.2% proof stress is used instead of the yield stress. In the case of the embodiment of the present invention, since the
[軸側セレーションが良好に形成されない場合]
材質: 中空軸1(SUS303 オーステナイト系ステンレス鋼)
・0.2%耐力 250MPa (25kgf/mm2)
・縦弾性係数E1=190GPa (19,000kgf/mm2)
・ポアソン比ν1=0.3
リング状部品2(SCM415 クロムモリブテン鋼 浸炭焼入れ焼戻し)
・降伏応力 500MPa (50kgf/mm2)
・縦弾性係数E2=210GPa (21,000kgf/mm2)
・ポアソン比ν2=0.3
形状: 中空軸1
・外径φ22(rb=11mm)
・内径φ17.6(ra=8.8mm)
リング状部品2
・リング外径φ30(R=15mm)
・半径締め代: δ=0.1mm
[When axial serrations are not formed well]
Material: Hollow shaft 1 (SUS303 austenitic stainless steel)
-0.2% proof stress 250 MPa (25 kgf / mm 2 )
-Young's modulus E 1 = 190 GPa (19,000 kgf / mm 2 )
・ Poisson's ratio ν 1 = 0.3
Ring-shaped part 2 (SCM415 chrome molybdenum steel carburizing, quenching and tempering)
・ Yield stress 500MPa (50kgf / mm 2 )
Young's modulus E 2 = 210 GPa (21,000 kgf / mm 2 )
・ Poisson's ratio ν 2 = 0.3
Shape:
· Outer diameter φ22 (r b = 11mm)
- inside diameter φ17.6 (r a = 8.8mm)
Ring-shaped
・ Ring outer diameter φ30 (R = 15mm)
・ Radius tightening allowance: δ = 0.1 mm
リング状部品2の材料は、中空軸1の材料よりも硬度が大きい。
The material of the ring-shaped
この場合において、式(1)によればP≒229MPaとなる。この圧縮応力Pは、中空軸1の降伏応力に相当する0.2%耐力よりも小さい。そのため、図3(a)に示したように、軸側セレーションが良好に形成されない。
In this case, according to the formula (1), P≈229 MPa. This compressive stress P is smaller than the 0.2% proof stress corresponding to the yield stress of the
[軸側セレーションが良好に形成される場合]
材質: 中空軸1(SUS303 オーステナイト系ステンレス鋼)
・0.2%耐力 250MPa (25kgf/mm2)
・縦弾性係数E1=190GPa (19,000kgf/mm2)
・ポアソン比ν1=0.3
リング状部品2(SCM415 クロムモリブテン鋼 浸炭焼入れ焼戻し)
・降伏応力 500MPa (50kgf/mm2)
・縦弾性係数E2=210GPa (21,000kgf/mm2)
・ポアソン比ν2=0.3
形状: 中空軸1
・外径φ22(rb=11mm)
・内径φ8 (ra=4mm)
リング状部品2
・リング外径φ30(R=15mm)
・半径締め代: δ=0.1mm
[When axial serrations are formed well]
Material: Hollow shaft 1 (SUS303 austenitic stainless steel)
-0.2% proof stress 250 MPa (25 kgf / mm 2 )
-Young's modulus E 1 = 190 GPa (19,000 kgf / mm 2 )
・ Poisson's ratio ν 1 = 0.3
Ring-shaped part 2 (SCM415 chrome molybdenum steel carburizing, quenching and tempering)
・ Yield stress 500MPa (50kgf / mm 2 )
Young's modulus E 2 = 210 GPa (21,000 kgf / mm 2 )
・ Poisson's ratio ν 2 = 0.3
Shape:
· Outer diameter φ22 (r b = 11mm)
- an inner diameter of φ8 (r a = 4mm)
Ring-shaped
・ Ring outer diameter φ30 (R = 15mm)
・ Radius tightening allowance: δ = 0.1 mm
先に説明した「セレーションが十分に形成されない場合」と比較して、中空軸1の内径raが小さい。すなわち、中空軸1の肉厚が大きくなっている。この場合、式(1)より圧縮応力Pを算出すると、P≒403MPaとなる。この圧縮応力Pは、中空軸1の降伏応力に相当する0.2%耐力よりも大きい。そのため、図3(b)に示すように、軸側セレーションが良好に形成される。すなわち、中空軸1の材料の一部が、セレーション溝部22aに入り込むことにより、軸側セレーション歯部13aが形成されている。
Compared to previously described "if serrations are not sufficiently formed", the inner diameter r a of the
式(1)及び図3を踏まえて発明者は、図4及び図5に示すような、圧入時における中空軸1の径方向内側への収縮を抑えるための治具3を着想するに至った。
Based on the formula (1) and FIG. 3, the inventor came up with the
治具3は、治具本体部4と、金属製の薄板により形成された円筒状部品であるコレット5及びスリーブ6と、ナット7とを備えている。
The
治具本体部4は、頭部41と軸部42とを備えている。軸部42の先端部42aには、雄ねじが切られている。治具本体部4はさらに、頭部41と軸部42の基端部42bとに隣接して設けられ、基端部42bから先端部42aに向かう第1の軸方向D1に沿って径が徐々に小さくなっているテーパー部(第1テーパー部)43を備えている。テーパー部43には、径方向外側に突き出るように形成された突起部44が設けられている。
The jig
軸部42は、コレット5の空洞部に挿入されている。コレット5は、頭部41側の軸方向第1端部51と、先端部42a側の軸方向第2端部52とを有している。
The
コレット5は、軸方向第1端部51から第1の軸方向D1に延びるように形成された第1スリット53を有している。コレット5はさらに、軸方向第2端部52から、第1の軸方向D1とは反対である第2の軸方向D2に延びるように形成された第2スリット54を有している。第1スリット53と第2スリット54とは、コレット5の周方向に交互に設けられている。
The
複数ある第1スリット53のうちの一つが突起部44に係合するように、軸部42がコレット5の空洞部に挿入されている。また、コレット5の通常時の内径は、テーパー部43の最大直径よりも小さく、最小直径よりも大きい。
The
軸部42はさらに、スリーブ6の空洞部に挿入されている。スリーブ6は、コレット5よりも先端部42a側に位置している。スリーブ6は、頭部41側の軸方向端部に形成されたテーパー部(第2テーパー部)61を備えている。テーパー部61は、第2の軸方向D2に沿って外径が徐々に小さくなるように形成されている。コレット5の通常時の内径は、テーパー部61の最大外径よりも小さく、最小外径よりも大きい。
The
先端部42aにはナット7が螺合されている。先端部42aに対してナット7を締め付けていくと、スリーブ6がナット7に押されて第2の軸方向D2に移動する。すると、治具本体部4のテーパー部43とスリーブ6のテーパー部61との軸方向間隔Lが減少する。その結果、コレット5の空洞部にテーパー部43が押し込まれて第1スリット53の周方向のサイズが大きくなる。同時に、コレット5の空洞部にテーパー部61が押し込まれて第2スリット54の周方向のサイズが大きくなる。このようにして、コレット5の径が大きくなる(すなわち拡径する)。
A
以上のような治具3を用いた、中空軸1及びリング状部品2の締結の流れについて以下に説明する。
まず、コレット5が拡径されていない状態の治具3を、中空軸1の中空部11に挿入する。
次に、先端部42aに対してナット7を締め付けることによりコレット5を拡径させ、コレット5の外周壁を中空軸1の内周壁12に接触させる。
続いて、リング状部品2が中空軸1の径方向外側かつコレット5の径方向外側に位置するものとなるように、中空軸1をリング状部品2の穴部21に圧入する(図4)。
The flow of fastening the
First, the
Next, the diameter of the
Subsequently, the
その後、先端部42aに対するナット7の締付けを緩め、拡径されていたコレット5を元のサイズの径に戻す。そして、中空軸1の中空部11から治具3を取り出す。
After that, the tightening of the
このように、治具3は、圧入時における中空軸1の径方向内側への収縮を抑制する収縮抑制具である。
As described above, the
以上のような実施形態によれば、中空軸の内周壁に接触している、拡径されたコレットにより、圧入時における中空軸の径方向内側への収縮が抑制される。その結果、中空軸の外周壁とリング状部品の内周壁との接触部分に大きな圧縮応力を生じさせることができる。これにより、中空軸の材料が降伏し、中空軸の外周壁に、リング状部品の内周壁のセレーションに噛み合うような軸側セレーションを形成させることができる。したがって、中空軸とリング状部品との強固な締結を行うことができる。 According to the above embodiment, the enlarged collet in contact with the inner peripheral wall of the hollow shaft suppresses the shrinkage of the hollow shaft inward in the radial direction at the time of press fitting. As a result, a large compressive stress can be generated at the contact portion between the outer peripheral wall of the hollow shaft and the inner peripheral wall of the ring-shaped component. As a result, the material of the hollow shaft yields, and the outer peripheral wall of the hollow shaft can be formed with shaft-side serrations that mesh with the serrations of the inner peripheral wall of the ring-shaped component. Therefore, the hollow shaft and the ring-shaped component can be firmly fastened.
また、複数ある第1スリット53のうちの一つを突起部44に係合させることで、治具本体部4に対するコレット5の位置決めを容易に行うことができる。
Further, by engaging one of the plurality of
スリーブ6の内周壁に雌ねじを切ることで、ナット7を省略することもできる。この場合、スリーブ6が先端部42aに螺合される。そして、先端部42aにスリーブ6が締め付けられると、テーパー部43及びテーパー部61がコレット5の空洞部に押し込まれて、コレット5が拡径する。このように、ナット7を設けた場合と同様の効果が得られ、かつ治具3の部品点数を削減することができる。
The
本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づく種々の変更は本発明の概念に含まれる。 Although the specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are included in the concept of the present invention.
1 中空軸
11 中空部
12 内周壁
13 外周壁
2 リング状部品
21 穴部
22 内周壁
22a セレーション溝部
22b セレーション歯部
3 治具
4 治具本体部
41 頭部
42 軸部
42a 先端部
43 テーパー部
44 突起部
5 コレット(円筒状部品)
51 軸方向第1端部
52 軸方向第2端部
53 第1スリット
54 第2スリット
6 スリーブ(円筒状部品)
61 テーパー部
7 ナット
1
2 Ring-shaped
3 Jig
4
5 collet (cylindrical part)
51 Axial
6 Sleeve (cylindrical part)
61 Tapered part
7 nut
Claims (7)
前記中空軸よりも硬度が大きく、かつ内周壁にセレーションが形成されたリング状部品が、前記中空軸の径方向外側かつ前記コレットの径方向外側に位置するように、前記中空軸を前記リング状部品の穴部に圧入する圧入工程と
を含む、中空軸とリング状部品との締結方法。 A diameter-expanding step of inserting a jig having a cylindrical collet capable of expanding the diameter into the hollow portion of the hollow shaft, expanding the diameter of the collet, and bringing the outer peripheral wall of the collet into contact with the inner peripheral wall of the hollow shaft. ,
The hollow shaft is ring-shaped so that the ring-shaped part having a hardness higher than that of the hollow shaft and having serrations formed on the inner peripheral wall is located on the radial outside of the hollow shaft and the radial outside of the collet. A method of fastening a hollow shaft to a ring-shaped part, including a press-fitting process of press-fitting into a hole of the part.
前記コレットの空洞部と前記スリーブの空洞部とに前記軸部が挿入され、さらに前記先端部に前記ナットが螺合され、
前記先端部に前記ナットが締め付けられると、前記治具本体部に設けられた第1テーパー部と前記スリーブに設けられた第2テーパー部とが前記コレットに押し込まれて前記コレットが拡径する、請求項1に記載の中空軸とリング状部品との締結方法。 The jig further includes a jig body portion having a shaft portion with a threaded shaft portion at the tip portion, a cylindrical sleeve, and a nut.
The shaft portion is inserted into the cavity portion of the collet and the cavity portion of the sleeve, and the nut is screwed into the tip portion.
When the nut is tightened to the tip portion, the first tapered portion provided on the jig main body portion and the second tapered portion provided on the sleeve are pushed into the collet to expand the diameter of the collet. The method for fastening a hollow shaft and a ring-shaped component according to claim 1.
前記コレットは、前記第1の軸方向に沿って延びるように形成された第1スリットと、前記第1の軸方向とは反対である第2の軸方向に沿って延びるように形成された第2スリットとを備えており、前記第1スリットと前記第2スリットとが周方向に交互に設けられており、
前記第2テーパー部は、前記第2の軸方向に沿って外径が徐々に小さくなるように形成されており、
前記先端部に対して前記ナットが締め付けられると、前記第1テーパー部と前記第2テーパー部との軸方向間隔が減少し、前記第1テーパー部及び前記第2テーパー部が前記コレットに押し込まれることで、前記第1スリット及び前記第2スリットの周方向のサイズが拡大し、前記コレットが拡径する、請求項2に記載の中空軸とリング状部品との締結方法。 The first tapered portion is provided adjacent to the base end portion of the shaft portion, and is formed so that the diameter gradually decreases along the first axial direction from the base end portion to the tip end portion. Ori
The collet has a first slit formed so as to extend along the first axial direction and a second slit formed so as to extend along a second axial direction opposite to the first axial direction. It is provided with two slits, and the first slit and the second slit are alternately provided in the circumferential direction.
The second tapered portion is formed so that the outer diameter gradually decreases along the second axial direction.
When the nut is tightened with respect to the tip portion, the axial distance between the first tapered portion and the second tapered portion decreases, and the first tapered portion and the second tapered portion are pushed into the collet. The method for fastening a hollow shaft and a ring-shaped component according to claim 2, wherein the size of the first slit and the second slit in the circumferential direction is increased, and the diameter of the collet is increased.
前記コレットの空洞部に前記軸部が挿入され、さらに前記先端部に前記スリーブが螺合され、
前記先端部に前記スリーブが締め付けられると、前記治具本体部に設けられた第1テーパー部と前記スリーブに設けられた第2テーパー部とが前記コレットに押し込まれて前記コレットが拡径する、請求項1に記載の中空軸とリング状部品との締結方法。 The jig further includes a jig main body portion having a shaft portion threaded at the tip portion, and a sleeve having a cylindrical shape and threaded on the inner peripheral wall.
The shaft portion is inserted into the cavity portion of the collet, and the sleeve is further screwed into the tip portion.
When the sleeve is tightened to the tip portion, the first tapered portion provided on the jig main body portion and the second tapered portion provided on the sleeve are pushed into the collet to expand the diameter of the collet. The method for fastening a hollow shaft and a ring-shaped component according to claim 1 .
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