JPS62113919A - 動力伝達軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、管状横断面な有する動力伝達軸であって、少
なくとも一方の管端部の管壁にほぼ半径方向の複数の孔
とこｎらの孔内へ装置さｎたブツシュとを有し、ブツシ
ュは、管内に配置されて縦軸線が半径方向に延び℃いる
トルク導入用の継手ビン等を受容するために開口を有し
ており、ブツシュにおける管壁への伝達面に接線方向力
および半径方向力が生ずる形式のものに関する。

従来の技術 特にトルクの伝達を目的とした動力伝達軸は自動車製造
において例えば機関から差動装置、カルダン軸その他へ
トルクを伝達するために広く普及している。最近ではコ
スト並びに重量の軽減の理由から、管状の動力伝達軸を
鋼からではな（。

繊維強化プラスチック、特に炭素繊維で強化した熱硬化
性プラスチックから製作することが試みられている。し
かし、プラスチック管の比較的わずかな横引張り強さ並
びにせん断強さと低い弾性係数とのために、トルク導入
範囲における伝達軸の充分な負荷能力に関して問題があ
る。従って既に、例えば西独特許出願公開第２８１８１
６７号明細書所載のように、トルク導入部の範囲でプラ
スチック管の壁厚を外径拡大によって大きくして所要の
強度並びに負荷能力を得ようとすることが試みられてい
る。ヨーロツノ特許出願公開第００１９５８５号明細書
所載の繊維強化熱硬化性プラスチックから成る動力伝達
軸の場合にも、トルク導入に役立てられる管端部が強化
され、付加的に外側を金属スリーブで強固にさｎる。繊
維強化プラスチック製の動力伝達軸の所望の強度値を得
るためのこれら両明細書に記載の手段は、経済的に高価
な製造技術を含んでおり、こうした製造技術はまた動力
伝達軸の外径の増大によって所要スペースを太き（する
。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、動力伝達軸を、半径方向並びに接線方
向の分力を有するねしり力の良好な導入が可能になるよ
うに構成して、比較的わずかな強度性質を有する材料か
ら成る管でも使用できるようにすることである。この場
合特にトルク伝達による管横断面の変形に抵抗できるよ
うにする必要がある。

課題を解決するための手段 このような課題を本発明は次のようにして解決した。す
なわち、ブツシュが管内部への方向で先細をなす円すい
台として製作さｎており、この因子い台の因子い角αは
、力の伝達時に半径方向の分力が最小にされるかもしく
は除去されるように選定されているのである。

本発明はこの場合次のような認識に基いている。

すなわち、自在軸から管へのトルク伝達の際に。

繊維強化グラスチック管と金属製の継手との異なる弾性
係数のように特に材料性質が異なる場合。

管がトルクの半径方向の分力の影響を受けて変形するか
もしくは変形の可能性を有するということである。例え
ば二腕式継手の場合管の円形横断面がだ円形に変形する
ことになり、またいわゆるトライボード型継手の場合多
角形の変形が生じてブツシュから継手が脱落することに
もなる。

これまで常に、管壁の相応の強化によってこのような半
径方向力による変形に対処することが試みられている。

本発明ではしかし逆の方策として。

発生する半径方向力自体を減少させるための手段を見い
だてに至った。この場合半径方向力ゼロまでの減少が可
能である。このことを本発明は力伝達面を円すい台とし
て構成することによって行なう。因子い角αの適正な選
択によれば、トルク伝達時に発生する力の半径方向分力
のゼロまでの減少かり能である。因子い角αは、仮想の
円すい頂点が管横断面の中心点に位置する１つの円すい
台の円すい角α。よりも小さくさｎる。力伝達面のこの
ような円すい角αは１つの円すい状のブツシュによって
有利に具体化される。このブツシュ。

要するに管への伝達面は、継手ピンもしくはピン端部と
一体に構成して、継手ピン自体が相応に内子〜・状をな
すようにすることも可能である。

本発明によって継手から管への力導入時に発生する半径
方向力が減少可能であり、これによって極めて薄い管壁
もしくは強度が小さい管壁の場合でも管横断面の変形が
避けらｎる。従って、繊維強化さｎた管状の動力伝達軸
へ本発明を適用した場合、力導入を行なう管端部の従来
通例のような強化処置を省略することができる。本発明
によるブツシュを使用した場合例えば管壁の厚さａをブ
ツシュ全長にわたって一定にすることができる。

炭素繊維およびガラス繊維およびプラスチック繊維の少
なくとも１つで強化したような繊維強化プラスチックか
ら成る管の場合に本発明を特に有利に適用することがで
きる。この場合熱硬化性プラスチック、さらには高強度
の熱可塑性ゲラステックを使用すると有利である。ブツ
シュは鋼から製作することかでき、また継手ピンを受容
するために貫通した開口を有しているか又は鉢形に形成
されているとよい。いずれにせよブツシュは本発明の構
成による円すい台の形状を有していることによって、ト
ルクの伝達時に接線方向力にとって有利なように半径方
向力を最小にするかもしくは除去することができる。

本発明の実施態様によれば、ブツシュを受容する管の孔
もブツシュの円すい台の形に相応した円すい形のリング
面を有しており、このリング面の円すい度はブツシュの
円すい台の円すい角αによって決定されている。

このような構成によ几ば、トルクが導入される部分、要
するに管状の軸が小さな弾性体数を有していて、力を伝
達する部分、要するに例えば鋼から成るブツシュよりも
変形し易い場合１本発明を特に有利に適用することがで
きる。

本発明を適用することによって管状の軸の壁厚を小さく
てることができろ。というのは、軸の半径方向の負荷を
軽減することができるからである。

ブツシュの内子い角αは解析的に決定することができる
。この内子い角αはブツシュの外径、要するに管壁の孔
内径と管の外径並びに壁厚とに関連する。添付図面の第
８図には最適の内子い角αが本発明による孔内径もしく
はブツシュの外径ｄと管直径りとの比に関連して示され
ている。この場合管の壁厚の中心で測定した平均直径が
基礎にさｎでいる。図示の曲線はこのような直径のそれ
ぞ几の比のための円すい角αを示しており、この円すい
角αにおいてトルク伝達時の力作用がその半径方向分力
については除去さｎる。この円すい角αがわずかに最適
の角度よりも大きく設定されると管中心への方向の半径
方向分力が現われる。

円すい角αが最適の角度よりも小さく設定さｎると外向
きの半径方向分力が現わｎる。

本発明の別の実施態様によればこのような認識が転用さ
れている。丁なわち、ブツシュがその円すい台の先細の
範囲に続いて円筒形のつばを有している。このような円
筒形のつばによれば、つばの範囲に特定してトルク伝達
時に外向きの半径方向分力が生ずることになる。このこ
とは、積層の圧縮によって管自体の層はく離か阻止さ几
るという利点をもたら丁。というのは、半径方向分力が
ブツシュのつば範囲で管の内壁を圧縮するかもである。

ブツシュの円すい台の円すい角を最適の円すい角よりも
わずかに太き（選定して、トルク伝達時に管壁の外側範
囲に内向きの半径方向分力が生ずるようにすることもで
きる。この場合には内子い角を次のように設計すること
ができる。すなわち１円すい台の範囲に内向きに発生す
る半径方向分力が円筒形のつばの範囲に外向きに発生す
る半径方向分力と同じ大きさであって、結果として管が
半径方向力に関しては全体として外向きには中立であっ
てしかも同時に積層は内側で圧縮されるように設計する
ことかできる。

ブツシュの円筒形のつばの高さｈはつばの範囲に発生ず
る半径方向力の所望の大きさに関連して決めることがで
きる。こ几に相応して、ブツシュを受容する管の孔内に
つばの形に相応した円筒状の段部を形成するとよい。

ブツシュ自体は動力伝達軸次第で場合により例えばエポ
キシ樹脂を介してシールおよび接着のもとに動力伝達軸
の管壁内に装着するとよい。

ブツシュ内での継手ピン端部の固定は例えばスナップリ
ング又は溶接又は冷間加工によって行なうことができる
。

実施例 次に１図面に示した実施例に従って本発明を説明する： 第１図には公知の構造形式の管状の動力伝達軸の一部が
縦断面図で示されている。この動力伝達軸の場合管１が
繊維強化プラスチックから製作され℃おり、管端部１０
の範囲において壁厚が著しく増大されていて、孔１２内
で継手３の継手ピン３１用の円筒状のブツシュ２を受容
することができる。組付けの際、鉢形を呈しているブツ
シュ２が孔１１へ差し込まｎた継手ピン３１の端部へ差
し嵌められる。

第２図は第１図中の断面線Ｉ−Ｉによる横断面図で、継
手３の十字ピンをなしている継手ピン３２を見ることが
できる。

第３図には第１図の公知の動力伝達軸に関する力分布が
概略図で示されている。管１は壁厚ａおよび平均直径り
を有している。トルクは継手ピン３１から管１の孔１１
内に装着さｎたブツシュ２を介して管１に導入される。

この場合ブツシュ２もしくは孔１１は管１の壁厚ａの中
心で測定さｎる直径ｄｆｔ７にシている。これらの値は
後述の計算の基礎とされる。伝達される力Ｆｇｅｓは半
径方向で外向きの分力ＦＲ２゜、および接線方向の分力
（明示せず）を有する。

第４図には孔１１もしくはブツシュ２の伝達面における
圧力分布が示されており、この分布は最大値Ｐｍａｘと
２つの最小値Ｐｍ１ｎとを有している。

この場合の力の関係はそれぞれ管ｌの平均直径りの範囲
、つまり中心線Ｍの範囲で調べられる。

第５図に示す管内の力の関係の場合、第３図の円筒形の
ブツシュ２０代りに円すい形のブツシュ２が使わｎでい
る。このブツシュ２０円すい面は管１の半径２と同列で
あって、要するに仮想の円すい頂点が管横断面の中心点
に位置する。この上うな、つまり円すい角α。が管１の
半径によって規定さｎる円すい形のブツシュの場合、ｐ
＝Ｐｍａｘの時に作用する最大力Ｆｍａｘはもっばら接
線方向分力を有するだけであり、要するにｐ＝Ｐｍａｘ
　の時Ｆ　　　　＝０である。しかし力の全体について
みｍａｘ ればＦｇｅ　ｔＩも管内部への方向の半径方向分力を有
する。

符号０は管ｌの横断面の中心点を示している。

第６図は第５図によるブツシュ２を受容する円すい孔を
有する管を斜視図で示している。従来。

力の関係の考察は、第５図に示されているように円筒断
面４のもとに行なわｎた。その際０円すい角α。の前提
のもとに個所ｐ＝Ｐｍａｘ、　　丁なわちβ＝Ｏにおい
てのみ無限小の部分力ｄＦの半径方向分力がゼロに等し
くなることが確かめられた。

円すい角α＝α０の時角度β、すなわち。

０〈β〈÷のすべての個所においては−ただし　ｄ ｓｉｎα０１）で、仮想因子い頂点は管横断面の中心に
位置するー、無限小の部分力の半径方向分力ｄＦＢ（β
）が生じ、この分力は合算されて内向きの半径方向合力
を生ずる。

本発明はこれに対して１両方の日子い角α＝Ｏおよびα
＝α。の間に算出可能な円すい角、それも伝達面内にお
いて半径方向の合力がゼロに等しくなる日子い角が存在
するという認識を基礎とする。

この日子い角は数学的に次式からきめることがβ＝Ｏ 第８図には、最適の角度αのための値がｓｉｎα。。

すなわち平均ブツシュ直径ｄと平均管直径りとの比に関
連してグラフで示さｎている。

本発明の具体化に際し、ブッ／ユ２の日子い台のための
最適角度αもしくはこのブツシュを受容する管壁の孔に
おける相応の日子い度を厳守することは必らずしも無条
件に必要ではない。最適角度に対してプラス方向並びに
マイナス方向での大き過ぎない偏差である場合１発生す
る半径方向力は減少さ九、それも円筒フッシュに比して
、さらには１円すい角が角度α。に相当するか又はそｎ
よりも大きいような円すいブツシュに比して著しく減少
される。

非連続の内子い角を肩する円すい形のブツシュの構成の
本発明による原理によれば、管状の動力伝達軸内の半径
方向力を除去したトルク伝達時の力導入が可能になり、
こｎによって、半径方向力によって惹起される管横断面
の変形、そ１も弾性係数の小さな材料の場合に特に発生
する変形を避けることができ、しかもその際管壁もしく
は管横断面を強化する付加的な処置を講する必要はない
。

第７図は第６図による円筒断面の内子い角α。

に関する補足的な図示である。

第９図には本発明による円すい台としての構成（１）　
フッシュ２が斜視図で略示されている。このグツ７ユ２
は継手ピンを受容するための貫通した円筒状開口２３を
Ｍしており、外部輪郭が円すい角αに従い動力伝達軸の
管内部への方向で先細をなす内子い台２１の形を有して
いる。

本発明の別の実施態様によｎばグツ７ユ２が円すい台の
形に加えて第１０図に示さｎでいるように円筒形のつば
２２を有している構成も可能であり、この場合円筒形の
つば２２は１円すい台２１の先細範囲に続いていて高さ
ｈを有している。

この実施態様は、半径方向分力を補償すると同時に繊維
複合材から成る管の刀導入個所における積層の圧縮を可
能にする。

ブツシュをその上側が閉ざさｎた構成にするかもしくは
場合により継手ビン固定用の手段を備えた構成にするこ
とも可能である。

第１１図には、第１０図に示す本発明によるブツシュ２
を備えた管横断面内の力の関係が示されている。ブツシ
ュ２の内子い台２１に相応して。

管１の管壁内の孔１１が円すい形のリング面１１１を有
し１円筒形のつば２２に相応してやはり孔１１が円筒形
の段部１１２を有し〔いる。

内子い台２１の傾斜は円すい角αによってきめβ＝０ 内向きの力ＦＲ工が算出さ几る。

円筒形のつば２２の範囲には、接線方向分力と並んで外
向きの半径方向分力ＦＲ２をＭするカが発生する。半径
方向分力ＦＲ２およびＦＲ□は管壁の圧縮を生じ、こｎ
によって管のカ導入範囲における複合材料の層はく離が
阻止さｎる。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の円筒ブツシュを肩する動力伝達軸の縦断
面図、第２図は第１図中のＩ−Ｉ線による横断面図、第
３図は第１図および第２図の管における力分布を示す横
断面図、第４図は第３図の管の力導入範囲における力分
布を示す線図、第５図は円すいブツシュを肩する動力伝
達軸を第３図同様に示す横断面図、第６図は内子いブツ
シュ用の円すい形伝達面をＭする管の力分布を示す斜視
図、第７図は第６図中の円すい孔の斜視図、第８図は管
直径とブツシュ外径とに関連した円すい角αのグラフ、
第９図は本発明によるブツシュの斜視図、第１Ｏ図は第
９図の例とは異なる実施例の斜視図、第１１図は第１０
図の本発明によるブツシュを有する動力伝達軸を第３図
同様に示す横断面図である。 １・・・管（ｌｔｈ力伝達軸２，２・・・ブツシュ、３
・・・継手、４・・・円筒断面、１１・・・管端部、２
１・・・内子い台、２２・・・円筒形のつば、２３・・
・開口、３１・・・継手ピン、１１１・・・内子い形の
リング面、１１２・・・円筒形の段部、ａ・・・壁厚、
ｄ・・・ブツシュ直径、Ｄ・・・管直径、ｈ・・・高さ
１Ｍ・・・中心線、Ｆｇｅト・・伝達する力、ＦＲｇｅ
ｓ・・・外向きの半径方向分力、α・・・内子い角、Ｆ
Ｒ□・・・内向きの半径方向分力、ＦＲ□・・・外向き
の半径方向分力

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）管状横断面を有する動力伝達軸であつて、少なくと
   も一方の管端部の管壁にほぼ半径方向の複数の孔とこれ
   らの孔内へ装着されたブッシュとを有し、ブッシュは、
   管内に配置されて縦軸線が半径方向に延びているトルク
   導入用の継手ピン等を受容するために開口を有しており
   、管壁への力伝達面に接線方向力および半径方向力が生
   ずる形式のものにおいて、ブッシュ（２）が管内部への
   方向で先細をなす円すい台（２１）として製作されてお
   り、この円すい台（２１）の円すい角αは、力の伝達の
   際半径方向の分力が最小になるかもしくは除去されるよ
   うに選定されていることを特徴とする、動力伝達軸。 ２）ブッシュ（２）の円すい台（２１）の円すい角αは
   、管横断面の中心点に仮想円すい頂点が位置する１つの
   円すい台の円すい角α＿０よりも小さい、特許請求の範
   囲第１項に記載の動力伝達軸。 ３）ブッシュ（２）が円すい台（２１）の先細範囲に続
   いて１つの円筒状のつば（２２）を有している、特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の動力伝達軸。 ４）ブッシュ（２）の円筒状のつば（２２）の高さｈが
   、つば（２２）の範囲内に生ずる半径方向力の所望の大
   きさに関連して設定可能である、特許請求の範囲第３項
   に記載の動力伝達軸。 ５）ブッシュ（２）を受容する管（１）の孔（１１）が
   円すい台（２１）に相応する円すい形のリング面（１１
   １）を有していて、このリング面（１１１）の円すい度
   が円すい角αによつて決められている、特許請求の範囲
   第１項から第４項までのいずれか１項に記載の動力伝達
   軸。 ６）ブッシュ（２）を受容する管（１）の孔（１１）が
   円筒状のつば（２２）に相応する円筒状の段部（１１２
   ）を有している、特許請求の範囲第５項に記載の動力伝
   達軸。 ７）管（１）が、炭素繊維およびガラス繊維およびプラ
   スチック繊維の内少なくともその１つで補強されている
   ような繊維強化プラスチック、特に熱硬化性プラスチッ
   クから成つている、特許請求の範囲第１項から第６項ま
   でのいずれか１項に記載の動力伝達軸。 ８）ブッシュ（２）が金属から成つている、特許請求の
   範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載の動力
   伝達軸。