WO1998000646A1 - Joint homocinetique du type coulissant - Google Patents

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WO1998000646A1
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pocket
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constant velocity
velocity universal
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Keisuke Sone
Kazuhiko Hozumi
Yoshihisa Kaneko
Tatsuro Sugiyama
Takeshi Ikeda
Yutaka Tanigaki
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    • B60K17/22Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or type of main drive shafting, e.g. cardan shaft
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    • F16D2003/22303Details of ball cages

Definitions

  • the present invention relates to a sliding type constant velocity universal joint having eight torque transmitting balls, and is particularly suitable for a power transmission device of an automobile.
  • Constant velocity universal joints are roughly classified into a fixed type that allows only angular displacement between two axes, and a sliding type that allows angular displacement and axial displacement, depending on the usage conditions and applications.
  • the model is selected.
  • Representative examples of the fixed type include a tweeper type constant velocity universal joint
  • examples of the sliding type include a double offset type constant velocity universal joint and a tripod type constant velocity universal joint.
  • the tripod type constant velocity universal joint uses a roller as a torque transmitting member, and the other uses a ball as a torque transmitting member.
  • a double offset type constant velocity universal joint generally has an outer joint member in which six linear guides are formed axially on a cylindrical inner diameter surface and six linear guides on a spherical outer diameter surface.
  • the cage is called a double offset type because the center of the spherical surface of the outer diameter surface and the center of the spherical surface of the inner diameter surface are offset from the center of the pocket on the opposite side in the axial direction.
  • the present invention provides a more compact sliding constant velocity universal joint as described above.
  • the strength, load capacity and durability are equal to or higher than those of the comparative product (sliding type constant velocity universal joint with six torque transmitting balls as described above).
  • An object is to provide a sliding type constant velocity universal joint suitable for a device.
  • the present invention provides an outer joint member in which a plurality of linear guide grooves are formed in a cylindrical inner diameter surface in an axial direction, and a plurality of linear guide grooves in a spherical outer diameter surface.
  • the number of torque transmitting balls To provide an arrangement respectively is 8.
  • the ratio r 1 (two PCD BALL / D BALL ) between the pitch circle diameter (PCD 8ALL ) and the diameter (D BALL ) of the torque transmitting ball must be within the range of 2.9 ⁇ r 1 ⁇ 4.5. Can be.
  • the pitch circle diameter (PCD BALL ) of the torque transmitting ball is equal to the distance between the centers of the two torque transmitting balls located in the ball tracks 180 ° opposite to each other at an operating angle of 0 °.
  • rl is in the range of 2.9 ⁇ r1 ⁇ 4.5, preferably
  • the reason for setting 2.5 ⁇ r 2 ⁇ 3.5 is as follows.
  • the pitch circle diameter (PCD SERR ) of the tooth form of the inner joint member cannot be significantly changed in relation to the strength of the mating shaft. Therefore, the value of r 2 mainly depends on the outer diameter (D 0UTER ) of the outer joint member. If r 2 ⁇ 2.5 (mainly when the outer diameter D 0UTER is small), the thickness of each component (outer joint member, inner joint member, etc.) becomes too thin, and an idea arises in terms of strength. On the other hand, if r 2> 3.5 (mainly when the outer diameter D 0UTER is large)
  • r 2 is in the range of 2.5 ⁇ r 2 ⁇ 3.5, preferably,
  • the center of the spherical surface of the outer diameter surface and the center of the spherical surface of the inner diameter surface of the cage are offset by an equal distance (f) to the opposite side of the pocket center in the axial direction, respectively, and the offset amount (f ) And the pitch circle diameter of the torque transmitting ball (PCD BALL ) r 3
  • the reason for setting 0. 05 ⁇ r 3 ⁇ 0.15 is as follows. In other words, when r 3 is 0.05, when the operating angle is applied, the guide force of the cage that guides the torque transmitting ball to the bisecting plane of the operating angle is small, and the operability and constant velocity of the joint are reduced. Becomes unstable. On the other hand, if r3> 0.15, the thickness of one side of the cage in the axial direction becomes too thin, resulting in insufficient strength at that part, and the torque transmission ball falling off the pocket. There is a possibility of doing it.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view (a-a cross section in FIG. 1B) showing a constant velocity universal joint according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a vertical cross-sectional view thereof (b-o-- in FIG. 1A).
  • b section). 2 to 4 are enlarged cross-sectional views of a main part of the constant velocity universal joint according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rotation speed and the amount of temperature rise.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the number of rotations and the amount of temperature rise.
  • FIG. 7A is a sectional view showing another embodiment of the cage, and FIG. 7B is a perspective view thereof.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state where the retainer shown in FIG. 7 is incorporated.
  • FIG. 9 is a view for explaining an aspect of processing the outer diameter surface of the cage shown in FIG.
  • FIG. 10 and 11 are cross-sectional views showing another embodiment of the cage.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example (drive shaft) of an automobile power transmission device.
  • FIG. 13 is a diagram showing the trajectory of the contact point between the torque transmitting ball and the bucket of the cage. Description of the preferred embodiment
  • FIG. 1 shows a double offset type constant velocity universal joint as a sliding type constant velocity universal joint according to this embodiment.
  • This constant velocity universal joint consists of an outer joint member 1 in which eight linear guide grooves 1b are formed in the axial direction on a cylindrical inner diameter surface 1a, and eight straight guide grooves on a spherical outer diameter surface 2a.
  • the retainer 4 has a spherical outer diameter surface 4 which is guided in contact with the inner diameter surface 1 a of the outer joint member 1 and an outer diameter surface 2 a of the inner joint member 2.
  • the ring body has a spherical inner surface 4 a guided in contact and eight pockets 4 c for accommodating the torque transmitting ball 3.
  • the spherical center B of the outer diameter surface 4b and the spherical center A of the inner diameter surface 4a are offset from the center 0 of the pocket 4c by an equal distance in the axial direction, respectively (offset).
  • the radius of curvature R c of the inner surface 4 a of the retainer 4 and the radius of curvature R i of the outer surface 2 a of the inner joint member 2 are substantially the same (apparently equal), and the pocket 4 c of the cage 4
  • the axial dimension L c is slightly smaller than the diameter D BALL of the torque transmitting ball 3.
  • the main dimensions of the joint are set to the following values.
  • rl PCD BALL ZD BALL
  • rl is set in the range of 2.9 ⁇ r 1 ⁇ 4.5, preferably in the range of 3.1 ⁇ r 1 ⁇ 4.5. This is preferable in terms of securing the strength of the outer joint member, securing the load capacity, and securing the durability. In this embodiment, rl is set to 3.6. Also,
  • Table 2 shows a comparison of the configuration (1) above with a comparative product of the same nominal type (double-offset type constant velocity universal joint with 6 balls).
  • the constant velocity universal joint of this embodiment has eight torque transmitting balls 3 and has a torque transmitting ball 1 occupying the entire load capacity of the joint as compared with the comparative product (constant velocity universal joint with six balls). Since the load ratio per piece is small, the diameter D BALL of the torque transmitting ball 3 is reduced, and the thickness and the inside of the outer joint member 1 are smaller than the comparative product of the same nominal type (six-ball constant velocity universal joint). It is possible to secure the thickness of the joint member 2 to be comparable to that of the comparative product (constant velocity universal joint with 6 balls).
  • FIGS 5 and 6 show the rotational speed (rpm), temperature rise (° C), and the comparative example (double offset type constant velocity universal joint with 6 balls) (both have the same nominal type). Shows the results of a comparative test of the relationship.
  • X is the example product
  • Y is the comparative product
  • the temperature rise (° C.) is the data measured 30 minutes after the start of operation.
  • 0 is the joint operating angle
  • T is the input rotational torque.
  • the temperature rise of the example product (X) is smaller than that of the comparative product (Y), and the difference increases as the rotation speed increases. Reducing the temperature rise leads to improved durability. Further, it is considered that such a reduction in temperature rise can be obtained regardless of the operating angle (60 and the input rotation torque (T)).
  • the load capacity and the durability are equal to or higher than those of the comparative product (six-ball constant velocity universal joint) while the shape is compact. be able to.
  • this kind of constant velocity universal joint causes angular displacement and axial displacement while transmitting the rotational torque of the drive shaft, such as during idling when the automatic vehicle is stopped while the vehicle is running.
  • the induced thrust or slide resistance inside the joint is large, there is a problem that vibration from the engine side is transmitted to the vehicle body side, causing occupant discomfort.
  • the configurations shown in Figs. 3 and 4 are intended to reduce such induced thrust and slide resistance.
  • the radius Rc is made larger than the radius of curvature Ri of the outer surface 2a of the inner joint member 2 (the center of curvature of the radius Rc is offset radially inward from the center of curvature of the radius Ri).
  • An axial gap S is formed between the two.
  • a cylindrical surface 4 a 1 having an appropriate length is provided at the center of the inner surface 4 a of the cage 4, and the outer surface 2 of the inner joint member 2 is provided on both sides of the cylindrical surface 4 a 1.
  • the partial spheres 4a2 each having substantially the same (apparently the same) as the radius of curvature Ri of a are continuous from each other.
  • the outer diameter surface 2 a of the inner joint member 2 is guided by the cylindrical surface 4 a 1 of the cage 4, and the outer diameter surface 2 a
  • the induced thrust and slide resistance can be further reduced.
  • the outer diameter dimension is more compact than the comparative product (six-ball constant velocity universal joint). Can be planned. In this case, mainly the diameter of the torque transmitting ball 3
  • the thickness of the cage 4 becomes relatively large with respect to the movement amount of the torque transmission ball 3, particularly the movement amount in the radial direction. It is anticipated that the contact point with the torque transmitting ball 3 may deviate from the pocket 4c due to the movement of the torque transmitting ball 3 in the outer diameter direction when the operating angle is applied.
  • the configurations shown in FIGS. 7 to 9 are intended to prevent such adverse effects.
  • the pocket 4c of the retainer 4 is window-shaped, and the torque transmission ball 3 is contact-guided by a pair of pocket surfaces 4c1 and 4c2 opposed in the axial direction.
  • a protruding portion 4d protruding from the outer diameter surface 4b of the container 4 is provided to increase the radial dimension of the pocket surface 4c2 in that region. Note that the protruding portions 4d are provided near the respective pocket surfaces 4c2 on the small diameter side.
  • the surface 4 d 1 on the pocket side of the protrusion 4 d is formed flush with the pocket surface 4 c 2.
  • the protrusion of the protrusion 4 d from the outer diameter surface 4 b is set so that the point of contact with the torque transmitting ball 3 does not come off to the outer diameter side even when the joint has the maximum operating angle. Is determined. Specifically, it is optimal based on the operating angle 0, the pitch circle diameter (PCD BALL ), the offset amount (f), the amount of radial movement of the torque transmitting ball 3, the thickness of the cage 4, the operating conditions, etc. Set to dimensions. When the amount of radial movement of the torque transmitting ball 3 is about the same as that of the comparative product (constant velocity universal joint with six balls), the projecting dimension of the protruding portion 4d may be relatively small.
  • the circumferential dimension of the protruding portion 4 d is set to an optimal size in consideration of the amount of movement of the torque transmitting ball 3 in the circumferential direction.
  • the circumferential position of the protruding portion 4d is preferably at the center of the pocket 4c.
  • the axial dimension of the protruding portion 4 d is optimally set so that the required durability is ensured in consideration of the contact stress that the pocket-side surface 4 d 1 receives from the torque transmitting ball 3. .
  • the outer diameter surface 4b of the cage 4 can be processed in the following manner (see FIG. 9).
  • the protrusion 4 d is formed simultaneously with the basic shape of the cage 4 (forging, etc.). Grinding of the outer diameter surface 4b is performed only on the area (spherical portion 4b2) that comes into contact with the inner diameter surface 1a of the outer joint member 1 during the operation of the joint.
  • the circumferential surface 4 b 4 including the protruding portion 4 d is left as it is at the time of molding, and no post-processing is performed. However, the outer diameter of the protruding portion 4d may be machined as necessary.
  • the straight surfaces 4 bl, 4 b 3 and 4 b 5 may be used as they are at the time of molding, or may be machined as necessary.
  • the surface 4 d 1 on the pocket side of the protrusion 4 d is machined in the same manner as the pocket surface 4 c 2.
  • the constant velocity universal joint of this embodiment has a larger number of torque transmitting balls 3 than the comparative product (constant velocity universal joint with six balls),
  • PCD BALL is reduced, so that the circumferential dimension of the pillar portion of the retainer 4 (the interval between the bolts 4 c) tends to be reduced.
  • the circumferential dimension of the pillar part is related to the strength and durability of the cage 4, and particularly the circumferential dimension on the inner diameter side becomes a problem (since the circumferential dimension on the inner diameter side is smaller than that on the outer diameter side).
  • the configurations shown in FIGS. 10 and 11 are for compensating for a decrease in the circumferential dimension of the pillar.
  • the pair of pocket surfaces facing each other in the circumferential direction are tapered surfaces 4c3 and 4c4, each of which is open toward the outer diameter side.
  • the circumferential dimension on the inner diameter side of the column portion 4e can be increased, which is advantageous for securing the strength and durability of the cage 4.
  • a pair of pocket surfaces facing each other in the circumferential direction are formed as straight surfaces 4c5 and 4c6, respectively, and a tapered surface 4c7 that is open toward the outer diameter side.
  • 4 c & is a composite surface.
  • the straight surfaces 4c5 and 4c6 are located on the outer diameter side, and the taper surfaces 4c7 and 4c8 are located on the inner diameter side.
  • the boundary between the straight surfaces 4c5, 4c6 and the tapered surfaces 4c7, 4c8 is on the inner diameter side of the pitch circle PCD of the torque transmitting ball 3.
  • the circumferential dimension on the inner diameter side of the column portion 4 e can be increased, which is advantageous for securing the strength and durability of the cage 4. .
  • the circumferential dimension of the pocket 4c in the region on the outer diameter side of the pitch circle PCD increases in the configuration shown in FIG. 10 and does not change in the configuration shown in FIG. There is no interference with the pocket surface due to the movement.
  • the constant velocity universal joint of the embodiment described above can be widely used as a power transmission element in automobiles, various industrial machines, and the like. Particularly, it is used for a power transmission device of an automobile, for example, a drive shaft or a propeller shaft of an automobile. It is suitable as a joint for coupling. For connecting the drive shaft and the probe shaft of a car, a pair of fixed and sliding type constant velocity universal joints are used. For example, a power transmission device that transmits the power of an automobile engine to wheels needs to cope with angular displacement and axial displacement due to changes in the relative positional relationship between the engine and wheels.
  • a drive shaft 10 interposed between the engine side and the wheel side is connected to a differential 12 via a sliding type constant velocity universal joint 11 and the other end is a fixed type constant velocity universal It is connected to the wheel 14 via the joint 13.
  • the constant velocity universal joint of the above embodiment is used as a sliding constant velocity universal joint for connecting this drive shaft, it is equivalent to a comparative product (sliding constant velocity universal joint with 6 balls). It is possible to reduce the size of the joint while ensuring the above strength, load capacity and durability. Therefore, it is extremely advantageous for reducing the weight of the vehicle and thereby reducing fuel consumption.
  • the present invention it is possible to further reduce the size of the sliding type constant velocity universal joint, and at the same time, to achieve the same strength or strength as the comparative product (six torque transmitting balls). Load capacity, durability and operating angle can be secured.

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Description

明糸田 摺動型等速自在継手 発明の背景
本発明は、 8個のトルク伝達ボールを備えた摺動型等速自在継手に関し、 特に 自動車の動力伝達装置に好適である。
等速自在継手には、 大別して、 2軸間の角度変位のみを許容する固定型と、 角 度変位および軸方向変位を許容する摺動型とがあり、 それぞれ使用条件、 用途等 に応じて機種選択される。 固定型としてはツエパー型等速自在継手、 摺動型とし てはダブルオフセッ 卜型等速自在継手、 トリポ一ド型等速自在継手等が代表的で ある。 摺動型のうち、 トリポ一ド型等速自在継手はトルク伝達部材としてローラ を用い、 その他はトルク伝達部材としてボールを用いている。
例えばダブルオフセッ ト型等速自在継手は、 一般に、 円筒状の内径面に 6本の 直線状の案内潸を軸方向に形成した外側継手部材と、 球面状の外径面に 6本の直 線状の案内溝を軸方向に形成した内側継手部材と、 外側継手部材の案内溝と内側 継手部材の案内潸とが協働して形成されるボールトラックに配された 6個のトル ク伝逮ボールと、 トルク伝達ボールを保持する保持器とで構成される。 保持器の 外径面の球面中心と内径面の球面中心とが、 それぞれ、 ポケッ ト中心から軸方向 の反対側にオフセッ 卜されているのでダブルオフセッ ト型と呼ばれている。 この 種の継手が、 作動角をとりつつ回転トルクを伝達する際、 保持器は、 内側継手部 材の傾きに応じてボール卜ラック上を移動するトルク伝達ボールの位置まで回耘 し、 トルク伝達ボールを作動角の角度 2等分面内に保持する。 さらに、 外側継手 部材と内側継手部材とが軸方向に相対移動すると、 保持器の外径面と外側継手部 材の内径面との間で滑りが生じ、 円滑な軸方向移動 (ブランジング) を可能にす o 発明の要約
本発明は、 上記のような摺動型等速自在継手において、 より一層のコンパクト 化を図り、 また、 比較品 (上述したような 6個のトルク伝達ボールを有する摺動 型等速自在継手) と同等以上の強度、 負荷容量および耐久性を確保し、 特に自動 車の動力伝達装置に好適な摺動型等速自在継手を提供することを目的とする。 上記目的を達成するため、 本発明は、 円筒状の内径面に複数の直線状の案内溝 を軸方向に形成した外側継手部材と、 球面状の外径面に複数の直線状の案内溝を 軸方向に形成した内側継手部材と、 外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内 溝とが協働して形成される複数のボール卜ラックにそれぞれ配されたトルク伝達 ボールと、 トルク伝達ボールを保持するポケッ ト、 外側継手部材の内径面に接触 案内される球面状の外径面、 および内側継手部材の外径面に接触案内される球面 状の内径面を有し、 かつ、 その外径面の球面中心と内径面の球面中心とがポケッ 卜中心に対してそれぞれ軸方向の反対側にオフセッ 卜された保持器とを備えた摺 動型等速自在継手において、 ボールトラックの本数およびトルク伝達ボールの個 数がそれぞれ 8である構成を提供する。
トルク伝達ボールのピッチ円径 (PCD8ALL) と直径 (DBALL) との比 r 1 (二 P CDBALL/DBALL) は 2. 9≤ r 1≤ 4. 5の範囲内の値とすること ができる。 ここで、 トルク伝達ボールのピッチ円径 (P CDBALL) は、 作動角 0° において、 180度対向したボールトラック内に位置する 2つのトルク伝達 ボールの中心間距離に等しい。
2. 9≤r 1≤4. 5とした理由は、 外側継手部材等の強度、 継手の負荷容量 および耐久性を比較品 ( 6個ボールの摺動型等速自在継手) と同等以上に確保す るためである。 すなわち、 等速自在継手においては、 限られたスペースの範囲で
、 トルク伝達ボールのピッチ円径 (P CDBALL) を大幅に変更することは困難で ある。 そのため、 Γ 1の値は主にトルク伝達ボールの直径 (DBALL) に依存する ことになる。 r l 〈2. 9であると (主に直径 DBALLが大きい場合) 、 他の部品
(外側継手部材、 内側継手部材等) の肉厚が薄くなりすぎて、 強度の点で想念が 生じる。 逆に r 1〉 4. 5であると (主に直径 DBALLが小さい場合) 、 負荷容量 が小さくなり、 耐久性の点で懸念が生じる。 また、 トルク伝達ボールと案内溝と の接触部分の面圧が上昇し (直径 DBALLが小さくなると、 接触部分の接触楕円が 小さくなるため) 、 案内溝の溝肩エッジ部分の欠け等の要因になることが想念さ れる。
2. 9≤r 1≤4. 5とすることにより、 外側継手部材等の強度、 継手の負荷 容量および耐久性を比較品 ( 6個ポールの摺動型等速自在継手) と同等以上に確 保することができる。 このことは、 試験により、 ある程度裏付けされている。 表 1に示すように (表 1は比較試験に基づく評価を示している。 ) 、 r 1 = 2. 8とした場合では、 外側継手部材、 内側継手部材、 保持器の強度が十 分に確保されず、 好ましくない結果が得られた。 r l = 2. 9、 3. 0とした場 合では、 強度面でもまずまず良好な結果が得られた。 特に r 1 3. 1とした場 合では、 外側継手部材、 内側継手部材、 保持器の強度および継手の耐久性が十分 に確保され、 好ましい結果が得られた。 尚、 r l〉 3. 7の範囲内については、 まだ試験は行なつていないが、 上記と同様に好ましい結果が得られるものと推測 される。 ただし、 r l〉 4. 5になると、 上述したように、 耐久性および外側継 手部材、 内側継手部材の強度の点が問題になると考えられるので、 r l≤4. 5 とするのが良い。
以上により、 r lは、 2. 9≤r 1≤4. 5の範囲内、 好ましくは、
3. 1≤ r 1≤ 4. 5の範 ffl内に設定するのが良い。
また、 上記構成に加え、 外側継手部材の外径 (D0UTER) と内側継手部材の 内径面に形成される歯型のピッチ円径 (P CDSERR) との
比 r 2 ( = D0UTER/P CDSERR) を 2. 5≤ r 2≤ 3. 5の範囲内とすると 良 い。
2. 5≤ r 2≤ 3. 5とした理由は次にある。 すなわち、 内側継手部材の歯型 のピッチ円径 (PCDSERR) は、 相手軸の強度等との関係で大幅に変更すること はできない。 そのため、 r 2の値は、 主に外側継手部材の外径 (D0UTER) に依 存することになる。 r 2 〈2. 5であると (主に外径 D0UTERが小さい場合 ) 、 各部品 (外側継手部材、 内側継手部材等) の肉厚が薄くなりすぎて、 強度の点で 想念が生じる。 一方、 r 2〉 3. 5であると (主に外径 D0UTERが大きい場合)
、 寸法的な面等から実用上の問題が生じる場合があり、 また、 コンパクト化とい う目的も達成できない。 2. 5≤r 2≤3. 5とすることにより、 外側継手部材 等の強度および継手の耐久性を比較品 (6個ボールの摺動型等速自在継手) と同 等以上に確保することができ、 かつ、 実用上の要請も満足できる。 特に、
2. 5≤r 2 〈3. 1とすることにより、 同じ呼び形式の比較品 (6個ボールの 摺動型等速自在継手) に対して、 外径寸法をコンパク ト化できるというメリット がある。
以上により、 r 2は、 2. 5≤ r 2≤ 3. 5の範囲内、 好ましくは、
2. 5≤r 2 <3. 1の範囲内に設定するのが良い。
また、 保持器の外径面の球面中心と内径面の球面中心とをそれぞれポケッ ト中 心に対して軸方向の反対側に等距離 (f ) だけオフセヅ 卜し、 かつ、 オフセッ ト 量 (f ) と トルク伝達ボールのピッチ円径 (P CDBALL) との比 r 3
(=f /P CDBALL) を 0. 05≤r 3≤0. 1 5の範囲内とすると良い。
0. 05≤ r 3≤ 0. 1 5とした理由は次にある。 すなわち、 r 3く 0. 05 であると、 作動角付与時、 トルク伝達ボールを作動角の角度 2等分面に案内する 保持器の案内力が减少し、 継手の作動性や等速性が不安定になる。 一方、 r 3〉 0. 1 5であると、 保持器の軸方向の一方側部分の肉厚が薄くなりすぎて、 その 部分で強度不足をきたしたり、 また、 トルク伝達ボールがポケッ トから脱落して しまう可能性が有る。 0. 05≤ r 3≤0. 1 5とすることにより、 継手の安定 した作動性や等速性を確保し、 同時に保持器の強度不足、 トルク伝達ボールのポ ケッ 卜からの脱落を防止することができる。 図面の簡単な説明
図 1 Aは本発明の実施例に係わる等速自在継手を示す横断面図 (図 1 Bにおけ る a— a断面) 、 図 1 Bはその縦断面図 (図 1 Aにおける b— o— b断面) であ る。 図 2〜図 4は実施例に係わる等速自在継手の要部拡大断面図である。 図 5は回転数と温度上昇量との関係を示す図である。
図 6は回転数と温度上昇量との関係を示す図である。
図 7 Aは保持器の他の実施例を示す断面図、 図 7 Bはその斜視図である。 図 8は、 図 7に示す保持器を組み込んだ時の状態を示す断面図である。
図 9は、 図 7に示す保持器の外径面の加工の態様を説明する図である。
図 10、 図 1 1は保持器の他の実施例を示す断面図である。 図 12は自動車の動力伝達装置の一例 (ドライブシャフ卜) を示す図である。 図 13はトルク伝達ボールと保持器のボケッ トとの接触点の軌跡を示す図であ る。 好ましい実施例の記述
以下、 本発明の実施例を図面に従って説明する。
図 1は、 この実施例に係わる摺動型等速自在継手としてのダブルオフセッ ト型 等速自在継手を示している。 この等速自在継手は、 円筒状の内径面 1 aに 8本の 直線状の案内溝 1 bを軸方向に形成した外側継手部材 1と、 球面状の外径面 2 a に 8本の直線状の案内溝を軸方向に形成し、 内径面に軸部を連結するためのセレ —シヨン (又はスプライン) 2 cを形成した内側継手部材 2と、 外側継手部材 1 の案内溝 1 bと内側継手部材 2の案内溝 2 bとが協働して形成されるボールトラ ックに配された 8個のトルク伝達ボール 3と、 トルク伝達ポール 3を保持する保 持器 4とで構成される。
図 2に拡大して示すように、 保持器 4は、 外側継手部材 1の内径面 1 aに接触 案内される球面状の外径面 4わと、 内側継手部材 2の外径面 2 aに接触案内され る球面状の内径面 4 aと、 トルク伝達ボール 3を収容する 8個のポケット 4 cと を備えた環体である。 外径面 4 bの球面中心 Bと内径面 4 aの球面中心 Aとは、 それぞれ、 ポケッ ト 4 cの中心 0に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセヅ 卜されている (オフセッ ト量 f =線分 OA=線分 OB) 。 保持器 4の内径面 4 a の曲率半径 R cと内側継手部材 2の外径面 2 aの曲率半径 R iとは略同じ (見か け上等しい) 、 保持器 4のポケッ 卜 4 cの軸方向寸法 L cはトルク伝達ボール 3 の直径 D BALLよりも若干小さい。
外側継手部材 1と内側継手部材 2とが角度 0だけ角度変位すると、 保持器 4に 案内されたトルク伝達ポール 3は常にどの作動角 0においても、 角度 0の 2等分 面 (0/2) 内に維持され、 継手の等速性が確保される。
この実施例では、 継手の主要寸法を次のような値に設定している。 前述したよ うに、
①トルク伝達ボール 3のピッチ円径 P CDBALL (PCDBALL=2xPCR) と 直径 DBALLとの比 r l ( = P C DBALLZDBALL) は、 2. 9≤ r 1≤ 4. 5の 範囲、 好ましくは、 3. 1≤r 1≤4. 5の範囲内の値に設定するのが、 外側継 手部材等の強度確保、 負荷容量の確保、 耐久性の確保の点から好ましいが、 この 実施例では、 r l = 3. 6に設定してある。 また、
②外側継手部材 1の外径 D 0UTERと内側継手部材 2のセレーシヨン (又はスプラ イン) 2 cのピッチ円径 P C D SERRとの比 r2 ( = υ OUTER/ PCD SERR) ¾: 2. 5≤ r 2≤ 3. 5、 例えば、 2. 5≤ r 2 <3. 1の範囲内の値に設定して ある。 上記①の構成は単独で採用しても良い。 尚、 図 1における PCRは、 ビヅ チ円径 P C DBALLの 1/2の寸法である (P C DBALL= 2 X P CR) 。
上記①②の構成について、 同じ呼び形式の比較品 ( 6個ボールのダブルオフセ ッ ト型等速自在継手) と比較すると表 2のようになる。
さらに、 この実施例では、
③保持器 4のオフセッ ト量 (f) とトルク伝達ボール 3のピッチ円径
( P C DBALL) との比 Γ 3 (= f /P CDBALL) を 0. 05≤r3≤0. 15の 範囲内の値に設定してある (この実施例では r 3 = 0. 08に設定してある。 尚 、 従来継手では r 3= 1. 0程度に設定されている。 ) 。
この実施例の等速自在継手は、 トルク伝達ボール 3の個数が 8個であり、 比較 品 ( 6個ボールの等速自在継手) に比べて、 継手の全負荷容量に占めるトルク伝 達ボール 1個当りの負荷割合が少ないので、 同じ呼び形式の比較品 (6個ボール の等速自在継手) に対して、 トルク伝達ボール 3の直径 DBALLを小さくし、 外側 継手部材 1の肉厚および内側継手部材 2の肉厚を比較品 ( 6個ボールの等速自在 継手) と同程度に確保することが可能である。
また、 同じ呼び形式の比較品 ( 6個ボールの等速自在継手) に対して、 比 r 2 ( = DOUTER/P C DSERR) を小さくし (2. 5≤r 2 〈3. 1) 、 比較 品 (6個ボールの等速自在継手) と同等以上の強度、 負荷容量および耐久性を確 保しつつ、 より一層のコンパク ト化を図ることができる。
さらに、 比 R3を、 0. 05≤r 3≤0. 15の範囲内に設定しているので、 継手の安定した作動性や等速性を確保しつつ、 保持器 4の強度不足、 トルク伝達 ボール 3のポケッ ト 4 cからの脱落を防止することができる。 図 5および図 6は、 実施例品と比較品 ( 6個ボールのダブルオフセッ ト型等速 自在継手) (いずれも同じ呼び形式) について、 回転数 (r p m) と温度上昇量 ( ° C ) との関係を比較試験した結果を示している。 同図で Xは実施例品、 Yは 比較品であり、 温度上昇量 (° C ) は、 運転開始から 3 0分経過後に測定したデ 一夕である。 また、 0は継手作動角、 Tは入力回転トルクである。
同図に示す試験結果から明らかなように、 実施例品 (X ) の温度上昇量は比較 品 (Y ) よりも小さく、 回転数が高くなるに従ってその差が大きくなつている。 温度上昇の低減は、 耐久性の向上につながる。 また、 そのような温度上昇の低減 は、 作動角 (60 および入力回転トルク (T ) の如何を問わず得られるものと考 えられる。
以上のように、 この実施例の等速自在継手によれば、 形状がコンパク トであり ながら、 比較品 ( 6個ボールの等速自在継手) と同等またはそれ以上の負荷容量 および耐久性をもたせることができる。
ところで、 この種の等速自在継手を、 自動車の走行中ゃォ一卜マチック車の停 止時のアイ ドリング中等のように、 駆動軸の回転トルクを伝達しつつ角度変位や 軸方向変位を生ずるような条件下で使用する場合では、 継手内部における誘起ス ラスト、 スライ ド抵抗が大きいと、 エンジン側からの振動が車体側に伝達されて 乗員に不快感を与えるという問題がある。 図 3および図 4に示す構成は、 そのよ うな誘起スラスト、 スライ ド抵抗の低減を図ったものである。
図 3に示す構成は、 保持器 4のボケッ ト 4 cとトルク伝達ボール 3との間にポ ケッ ト隙間 (= L c— D BALL) を設けると共に、 保持器 4の内径面 4 aの曲率 半径 R cを内側継手部材 2の外径面 2 aの曲率半径 R iよりも大きく し (半径 R cの曲率中心を、 半径 R iの曲率中心から半径方向内側にオフセットしている。 ) 、 両者の間に軸方向隙間 Sを形成したものである。 軸方向隙間 Sの存在により 、 保持器 4と内側継手部材 2との間の相対的な軸方向変位が許容され、 かつ、 ポ ケット隙間 (= L c一 D BALL) の存在により トルク伝達ボール 3の円滑な転動が 確保されるので、 誘起スラス ト、 スライ ド抵抗が低減される。 同時に、 駆動側か らの振動が軸方向隙間およびポケッ ト隙間によって吸収されるので、 車体側への 振動伝達が抑制される。 図 4に示す構成は、 保持器 4の内径面 4 aの中央部に適宜長さの円筒面 4 a 1 を設けると共に、 円筒面 4 a 1の両側に、 内側継手部材 2の外径面 2 aの曲率半 径 R iと略同じ (見かけ上同じ) 曲率半径 R cを有する部分球面 4 a 2をそれぞ れ連続させたものである。 保持器 4と内側継手部材 2とが軸方向に相対変位する 際、 内側継手部材 2の外径面 2 aが保持器 4の円筒面 4 a 1によって案内され、 しかも、 外径面 2 aと部分球面 4 a 2との接触が球面接触になることにより、 誘 起スラスト、 スライ ド抵抗の一層の低減が図られる。
上述したように、 この実施例の等速自在継手は 8個のトルク伝達ポール 3を有 するため、 比較品 ( 6個ボールの等速自在継手) に比べて、 外径寸法のコンパク ト化を図ることができる。 この場合、 主にトルク伝達ボール 3の直径
(DBALL) が小さくなることによって、 外側継手部材 1の案内溝 1 bおよび内側 継手部材 2の案内溝 2 bの深さ、 保持器 4の肉厚はほぼ直径 (DBALL) の縮小割 合に比例して小さくなるが、 トルク伝達ボール 3のピッチ円径 (P CDBALL) は 直径 (DBALL) の縮小割合ほどは小さくならない。 一方、 図 1 3に示すように、 この種の等速自在継手が作動角 Sをとりつつ回転トルクを伝達する際、 トルク伝 達ボール 3は回転方向の位相変化に伴い、 保持器 4のポケッ ト 4 c内において周 方向および径方向に移動する (図 13はトルク伝達ボール 3とポケッ 卜 4 cとの 接触点の軌跡を示している。 ) 。 このトルク伝達ボール 3の移動量はピッチ円径
(P CDBALL) '作動角 0 ·オフセッ 卜量 (f ) に比例し、 作動角 0 ·オフセッ ト量 (f ) が同じであれば、 ビヅチ円径 (P CDBALL) によって決まる。
以上により、 この実施例の等速自在継手は、 保持器 4の肉厚がトルク伝達ボー ル 3の移動量、 特に径方向の移動量に対して相対的に簿くなるので、 使用条件に よっては、 作動角付与時、 トルク伝達ボール 3の外径方向への移動によって、 ト ルク伝達ボール 3との接触点がポケッ ト 4 cから外れてしまうことも予想される 。 図 7〜図 9に示す構成は、 そのような弊害を防止するためのものである。 図 7に示すように、 保持器 4のポケッ ト 4 cは窓形で、 その軸方向に対向する 一対のポケッ ト面 4 c 1、 4 c 2によってトルク伝達ボール 3を接触案内する。 作動角付与時、 トルク伝達ボール 3との接触点の外れが問題となるのは、 小径側 のポケッ ト面 4 c 2である。 そこで、 小径側のポケッ ト面 4 c 2の近傍に、 保持 器 4の外径面 4 bから突出する突出部 4 dを設け、 その領域におけるポケッ 卜面 4 c 2の径方向寸法の増大を図っている。 尚、 突出部 4 dは、 小径側の各ポケッ ト面 4 c 2の近傍に、 それぞれ設けられる。
突出部 4 dのポケッ ト側の面 4 d 1は、 ポケッ ト面 4 c 2と面一に形成される 。 突出部 4 dの外径面 4 bからの突出寸法は、 継手が最大作動角をとつた場合で も、 トルク伝達ボール 3との接触点が外径側に外れることがないような寸法に設 定される。 具体的には、 作動角 0 · ピッチ円径 (P C D BALL ) ·オフセヅ ト量 ( f ) に関連する トルク伝達ボール 3の径方向移動量、 保持器 4の肉厚、 使用条件 等に基づいて最適寸法に設定される。 トルク伝達ボール 3の径方向移動量が比較 品 ( 6個ボールの等速自在継手) と同程度の場合は、 突出部 4 dの突出寸法は比 較的小さくて良い。
突出部 4 dの周方向寸法は、 トルク伝達ボール 3の周方向移動量を考慮して最 適寸法に設定される。 突出部 4 dの周方向位置は、 ポケッ ト 4 cの中央であるの が望ましい。 また、 突出部 4 dの軸方向寸法は、 ポケッ ト側の面 4 d 1がトルク 伝達ボール 3から受ける接触応力を考慮し、 必要な耐久性が確保されるような寸 法に最適設定される。
図 8に示すように、 上記形態の保持器 4を外側継手部材 1と内側継手部材 2と の間に組み込むと、 突出部 4 dは外側継手部材 1の案内溝 1 bと対向した位置に くる。 そのため、 継手が最大作動角をとつた場合でも、 突出部 4 dは外側継手部 材 1とは接触しない。
製造コス卜の低減等を図るため、 保持器 4の外径面 4 bの加工を次のような態 様で行なうことができる (図 9参照) 。 まず、 突出部 4 dは保持器 4の基本形状 と同時成形 (鍛造成形等) する。 外径面 4 bの研削加工は、 継手の作動時に外側 継手部材 1の内径面 1 aと接触する領域 (球面部 4 b 2 ) についてのみ行なう。 突出部 4 dを含む円周面 4 b 4は成形時のままとし、 後加工は行なわない。 ただ し、 突出部 4 dの外径部は必要に応じて機械加工を施しても良い。 ストレート面 4 b l、 4 b 3、 4 b 5は成形時のままでも良いし、 必要に応じて機械加工を施 しても良い。 尚、 突出部 4 dのポケッ ト側の面 4 d 1は、 ポケッ ト面 4 c 2と同 様の機械加工を施す。 さらに、 この実施例の等速自在継手は、 比較品 (6個ボールの等速自在継手) に比べて、 トルク伝達ボール 3の個数が増える一方で、 ピッチ円径
( P C D BALL ) が小さくなるという構造上の特徴を有するため、 保持器 4の柱部 (ボケッ ト 4 c間の間隔部分) の周方向寸法が小さくなる傾向にある。 柱部の周 方向寸法は保持器 4の強度 ·耐久性に関係し、 特に内径側の周方向寸法が問題に なる (内径側の周方向寸法が外径側のそれよりも小さいため。 ) 。 図 1 0および 図 1 1に示す構成は、 柱部の周方向寸法の減少を補うためのものである。
図 1 0に示す構成では、 周方向に対向した一対のポケッ ト面を、 それぞれ、 外 径側に向かって開いた形状のテ一パ面 4 c 3、 4 c 4としたものである。 同図に 破線で示すス卜レート面にする場合に比べて、 柱部 4 eの内径側の周方向寸法を 大きくとることができるので、 保持器 4の強度 ·耐久性確保に有利である。 図 1 1に示す構成は、 周方向に対向した一対のポケッ ト面を、 それぞれ、 スト レート面 4 c 5、 4 c 6と外径側に向かって開いた形状のテ一パ面 4 c 7、 4 c &との合成面としたものである。 ストレート面 4 c 5、 4 c 6は外径側に位置し 、 テ一パ面 4 c 7、 4 c 8は内径側に位置する。 ス トレート面 4 c 5、 4 c 6と テーパ面 4 c 7、 4 c 8との境界は、 トルク伝達ボール 3のピッチ円 P C Dより も内径側にある。 同図に破線で示すス トレート面のみにする場合に比べて、 柱部 4 eの内径側の周方向寸法を大きくとることができるので、 保持器 4の強度 ·耐 久性確保に有利である。
尚、 図 1 3に示すように、 トルク伝達ボール 3のポケッ ト内における移動量は 、 位相角え = 6 5 ° 付近で周方向に最大になり、 その時の接触点はピッチ円 P C Dよりも外径側にくる。 ピッチ円 P C Dよりも外径側領域におけるポケッ 卜 4 c の周方向寸法は、 図 1 0に示す構成では増大し、 図 1 1に示す構成では変化しな いので、 トルク伝達ボール 3の周方向移動に伴うポケット面との干渉は起こらな い。
以上説明した実施例の等速自在継手は、 自動車、 各種産業機械等における動力 伝達要素として広く用いることができるが、 特に、 自動車の動力伝達装置用、 例 えば自動車のドライブシャフ トやプロペラシャフ卜の連結用の継手として好適で め 。 自動車のドライブシャフ トやプロベラシャフトの連結には、 逋常、 固定型と摺 動型の等速自在継手が一対として用いられる。 例えば、 自動車のエンジンの動力 を車輪に伝達する動力伝達装置は、 エンジンと車輪との相対的位置関係の変化に よる角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、 図 1 2に示すように、 ェ ンジン側と車輪側との間に介装されるドライブシャフト 1 0の一端を摺動型等速 自在継手 1 1を介してディファレンシャル 1 2に連結し、 他端を固定型等速自在 継手 1 3を介して車輪 1 4に連結している。 このドライブシャフ トを連結するた めの摺動型等速自在継手として、 上述した実施例の等速自在継手を用いると、 比 較品 ( 6個ボールの摺動型等速自在継手) と同等以上の強度、 負荷容量および耐 久性を確保しつつ、 継手のサイズダウンを図ることができる。 そのため、 車体重 量の軽減、 それによる低燃費化にとって極めて有利である。
以上説明したように、 本 明によれば、 摺動型等速自在継手における、 より一 層のコンパクト化を図ることができると同時に、 比較品 (6個トルク伝達ボール ) と同等以上の強度、 負荷容量、 耐久性、 作動角を確保することができる。
【表 1】
Figure imgf000014_0002
〇:良 △:可 X:不可 (8個ボール)
【表 2】
Figure imgf000014_0001

Claims

請求の範囲
1. 円筒状の内径面に複数の直線状の案内溝を軸方向に形成した外側継手部材; 球面状の外径面に複数の直線状の案内溝を軸方向に形成した内側継手部材; 外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成される複数 のボールトラックにそれぞれ配されたトルク伝達ボール;
トルク伝達ボールを保持するポケット、 外側継手部材の内径面に接触案内さ れる球面状の外径面、 および内側継手部材の外径面に接触案内される球面状の内 径面を有し、 かつ、 その外径面の球面中心と内径面の球面中心とがそれぞれポケ ッ ト中心に対して軸方向の反対側にオフセッ トされた保持器:
を包含する摺動型等速自在継手において、
前記ボールトラックの本数およびトルク伝達ボールの個数がそれぞれ 8であ ることを特徴とする摺動型等速自在継手。
2. 前記トルク伝達ボールのピッチ円径 (P CDBALL) と
直径 (D BALL ) との比 r i (= P CD BALL /D BALL ) が 2. 9≤ r 1≤ 4. 5で あるクレーム 1記載の摺動型等速自在継手。
3. 前記トルク伝達ボールのピッチ円径 (P CDBALL) と
直径 (DBA ) との比 r 1 (= P CDBALL/DBALL) が 2. 9≤ r 1≤ 4. 5で あり、 かつ、 前記外側継手部材の外径 (D 0UTEH) と、 前記内側継手部材の内径 面内に形成される、 軸部を連結するための歯型のピッチ円径 (P CDSERR) との 比 r 2 ( = D0UTER/P CDSERR) が 2. 5≤ r 2≤ 3. 5であるクレーム 1記 載の摺動型等速自在継手。
4. 前記保持器の外径面の球面中心と内径面の球面中心とがそれぞれボケット中 心に対して軸方向の反対側に等距離 (f ) だけオフセッ 卜され、 前記オフセッ 卜 量 (f ) と前記トルク伝達ボールのピッチ円径 (P CDBALL) との比 r 3 ( = f /P CDBALL) が 0. 05≤ r 3≤0. 15であるクレーム 1、 2又は 3記載の 摺動型等速自在継手。
5. 前記保持器のポケッ トが軸方向に対向した一対のポケット面を有し、 その一 対のポケッ ト面のうち、 前記保持器の小径側に位置するポケット面の近傍に、 前 記保持器の外径面から突出した突出部を有するクレーム 2又は 3記載の摺動型等 速自在継手。
6 . 前記保持器のポケッ 卜が軸方向に対向した一対のポケッ ト面を有し、 その一 対のポケッ ト面のうち、 前記保持器の小径側に位置するポケット面の近傍に、 前 記保持器の外径面から突出した突出部を有するクレーム 4記載の摺動型等速自在 子。
7 . 前記保持器のポケッ トが周方向に対向した一対のポケッ ト面を有し、 その一 対のポケッ ト面が、 外径方向に向かって開いた形状のテ一パ面を有するクレーム 2又は 3記載の摺動型等速自在継手。
8 . 前記保持器のポケッ 卜が周方向に対向した一対のボケッ ト面を有し、 その一 対のポケッ ト面が、 外径方向に向かって開いた形状のテ一パ面を有するクレーム 4記戦の摺動型等速自在継手。
9 . 自動車の動力伝達装置に用いられるクレーム 1〜クレーム 8のいずれかに記 載の摺動型等速自在継手。
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