CN104662313B - 带有汽车用保持器的滚针组件 - Google Patents

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Abstract

带有汽车用保持器的滚针组件的保持器(14)的宽度(B)比直径(D)大，保持器的柱部(18)在轴向的中央部具有与滚子节圆直径(PCD)相比靠内径侧的滚子防脱部(18a)，在轴向的两端部具有与滚子节圆直径(PCD)相比靠外径侧的滚子防脱部(18b)，内径侧的滚子防脱部(18a)与外径侧的滚子防脱部(18b)经由斜行部(18c)连续，在斜行部(18c)上形成有用于避免与滚针(12)的干涉的第一避让部(22)，在相邻的柱部(18)之间形成有矩形状的凹槽(20)，在凹槽(20)的四角形成有第二避让部(24)，第二避让部(24)从凹槽(20)的短边在圆周方向上延长了的位置到外径侧的滚子防脱部(18b)的外端沿保持器轴向延伸。

Description

带有汽车用保持器的滚针组件
技术领域
该发明涉及一种带有保持器的滚针组件，更详细而言，涉及带有保持器的滚针组件的保持器的改进。带有保持器的滚针组件以不与保持器分离的方式组装多个滚针，例如能够作为行星齿轮机构(行星齿轮)中的小齿轮支承用的轴承而利用。
背景技术
在汽车的变速器中使用行星齿轮机构，作为用于对该行星齿轮机构中的小齿轮进行支承的轴承使用带有保持器的滚针组件。参照图5A以及5B、行星齿轮机构由齿圈(内齿齿轮)2、太阳轮(太阳齿轮)4、多个小齿轮(行星齿轮)6、行星轮架8构成。太阳轮4位于较大地齿圈2的中心，在齿圈2与太阳轮4之间夹设有多个小齿轮6。行星轮架8具有小齿轮轴8a，通过各小齿轮轴8a对小齿轮6进行支承。因此，小齿轮6能够在自转的同时绕太阳轮4进行公转。
如图5B所示，各小齿轮6经由带有保持器的滚针组件10以旋转自如地方式支承于小齿轮轴8a上。带有保持器的滚针组件10由多个滚针12和保持器14构成，不使用轴承内圈以及轴承外圈，将小齿轮轴8a的外周面作为内侧轨道面，将小齿轮6的内周面作为外侧轨道面而利用。在小齿轮轴8a的内部形成有用于供给润滑油的通油孔8b。这样，多采用如下结构，即，通过形成于小齿轮轴8a的内部的通油孔8b导入润滑油，并导入至小齿轮轴8a的外周面，由此进行带有保持器的滚针组件10的润滑。
小齿轮6由于小齿轮轴8a从太阳轮4受到的力、离心力的作用，而处于相对容易挠曲的条件下。因此，在单列滚子的情况下，当小齿轮轴8a挠曲时，在滚针12的端部容易产生边缘应力。此外，在变速器用的行星齿轮机构中使用了斜齿轮，因此产生由扭转角形成的推力。推力作为力矩而作用于轴承，由此齿轮倾斜，因此滚子端部的面压变得非常高，这也成为产生边缘应力的主要原因。在任一情况下，边缘应力均会缩短轴承寿命。
在专利文献1中记载了如下技术，即，将滚针设为三列以上，根据列的不同而使滚针的滚子长度、凸起量不同，由此延长轴承的寿命。例如，关于滚子长度，与内侧的列相比缩短外侧的列的滚子长度(专利文献1的段落0014以及图4)，关于凸起量，与内侧的列的凸起量相比增大外侧的列的凸起量(专利文献1的段落0016以及图6、图7)。在专利文献2中，示出了通过两个滚针轴承对行星齿轮进行支承的、换言之将滚子列设为多列的行星齿轮式的无级变速器(专利文献2的段落0028、段落0029以及图1)。
一般而言，带有保持器的滚针组件的保持器具有用于收容滚针的凹槽，在该凹槽的四角，以缓和应力集中为主要目而设置有避让部。如专利文献3所记载地那样，通常，在钻孔加工、铣削加工中形成避让部，因此避让部多为圆弧形状。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-172187号公报
专利文献2：日本特开2006-090458号公报
专利文献3：日本特开2009-068677号公报
发明内容
发明要解决的课题
当如专利文献1、2那样设置多个滚子列时，存在组装工序增加的问题。并且，在根据滚子列的不同而使滚子长度、凸起量不同的情况下，为了不使滚子长度、凸起量不同的滚子彼此混淆，在组装时需要认真注意，因此作业效率显著降低。
另外，在行星齿轮机构的旋转过程中，在滚针上作用有因以太阳轮为中心的公转而产生的离心力，因此通过该离心力每个滚针对保持器施加负载。在保持器上还作用有因保持器自身的质量而产生的离心力，通过该离心力保持器向小齿轮的内周面被按压而与小齿轮一起旋转。然而，滚针以小齿轮的约1/2的速度公转，因此在保持器的外周面(外径引导面)与小齿轮的内周面之间产生摩擦。
并且，对于被用于对行星齿轮机构中的小齿轮进行支承的轴承而言，容易因小齿轮轴挠曲而产生边缘应力，并且，多为难以供给润滑油的结构。因此，容易发生滚子端部的损伤。关于带有保持器的滚针组件的润滑，在如专利文献1、2那样向小齿轮轴的内部的通油孔导入润滑油的结构中，需要使通过通油孔到达小齿轮轴的外周面的润滑油进一步在滚针的长度方向上延展，存在未对滚针整体充分供给润滑油的情况。
需要说明的是，设置于保持器的凹槽的四角的避让部的主要目的为应力缓和、加工方面的原因，因此一般而言为圆弧状的避让部。并且，由于需要避免与滚针的端部(倒角部)的干涉，受到曲率半径的限制。由于这些理由，在设置于凹槽的四角的圆弧状的避让部的情况下，无法期待对于滚子端部的润滑的贡献。
本发明的目的在于去除以往的带有保持器的滚针组件的上述问题点。具体而言，本发明的目的在于提供一种不使组装作业复杂而实现寿命延长的带有保持器的滚针组件。
用于解决课题的手段
本发明通过设为单列且宽度尺寸比直径大的带有保持器的滚针组件来解决课题。即，该发明的带有保持器的滚针组件由配置成单列的多个滚针和保持器构成，保持器的宽度比直径大，并且保持器具有在轴向上分离的一对环状部、沿轴向延伸并将环状部彼此连结的多个柱部。
柱部在轴向的中央部具有与滚子节圆直径相比靠内径侧的滚子防脱部，在轴向的两端部具有与滚子节圆直径相比靠外径侧的滚子防脱部，所述内径侧的滚子防脱部与所述外径侧的滚子防脱部经由斜行部连续。在斜行部上形成有用于避免与滚针的干涉的第一避让部。
在相邻的柱部之间形成有用于收容滚针的凹槽，各凹槽呈短边与环状部平行的矩形状，在各凹槽的四角，通过局部切除柱部而形成有第二避让部。第二避让部从凹槽的短边在圆周方向上延长了的位置到外径侧的滚子防脱部的外端沿保持器轴向延伸。
图1B的b尺寸(斜线部)区域成为外径引导面。另外，第一避让部的外端相当于外径侧的滚子防脱部的内端。这里，外端是指保持器的轴向的端面侧的一端，内端是指保持器的轴向的端面相反侧的一端。因此，通过变更第二避让部的轴向尺寸，外径侧的滚子防脱部的外端的位置发生变化，因此外径侧的滚子防脱部的轴向尺寸发生变化。
发明效果
该发明的带有保持器的滚针组件的宽度比直径大，因此滚子长度较长，因此，不将滚子列设为多列，能够实现寿命提高。并且，由于为单列，因此组装作业不复杂。
与将滚子列设为多列的情况相比，单列且宽度比直径大的带有保持器的滚针组件的组装变得简单。但是，由于滚子长度增长，因此滚针的偏斜变大，容易发生打滑。换句话说，宽度比直径大的带有保持器的滚针组件与通常相比作为轴承处于严格条件。对于该随着滚子长度增长而产生的偏斜的问题，通过确保滚子防脱部的间隔来应对。
另外，通过使设置于保持器的凹槽的四角的避让部从矩形状的凹槽的短边到外径侧的滚子防脱部的外端沿保持器轴向延伸，以代替以往一般情况下的单纯的圆弧形状的避让部，能够确保足够的开口面积。这样，滚子端部的通油性改善，向滚子端部的容易产生边缘应力的部分充分地供给润滑油而形成油膜，由此能够延长带有保持器的滚针组件的寿命。换句话说，通过将扩大了开口面积的避让部配置在与凹槽的短边直接连结的位置，由此通过避让部向外径引导面与小齿轮内周面之间引导润滑油。由此，能够在保持器的外周面(外径引导面)与小齿轮的内周面之间形成油膜而减小摩擦，这也有助于带有保持器的滚针组件的寿命提高。
附图说明
图1A是保持器的凹槽部分的展开图。
图1B是保持器的凹槽部分的示意图。
图2A是M形保持器的剖视图。
图2B是V形保持器的剖视图。
图3是带有保持器的滚针组件的剖视图。
图4A是A形的滚针的主视图。
图4B是F形的滚针的主视图。
图5A是行星齿轮装置的简图。
图5B是图5A的小齿轮部分的剖视图。
具体实施方式
以下，根据附图对该发明的实施方式进行详细说明。
首先，参照图3，带有保持器的滚针组件10通过将配置成单列的多个滚针12组装于保持器14而构成。如图1A及1B以及图2所示，保持器14具有在轴向上分离的一对环状部16、沿轴向延伸并将环状部16彼此连结的多个柱部18，并且宽度B比直径D大。如果列举具体例，则优选为D＜B＜2D的范围。图3中的附图标记D表示保持器14的直径，附图标记B表示保持器14的宽度。将图1B的划有斜线的区域、即保持器14的外周面中的从环状部16到柱部18的一部分的区域称为外径引导面。在旋转时，保持器14通过该外径引导面与小齿轮6(图5B)的内周面引导接触，成为所谓的外轮引导形式。
保持器14的剖面形状可以为图2A所示这样的M形，或者也可以为图2B所示这种的V形。M形与V形的不同仅在于在后者中不存在前者的环状部16的外端的朝向内侧的凸缘16a。
如上所述，保持器14的柱部18在轴向的中央部具有内径侧的滚子防脱部18a，在轴向的两端部具有外径侧的滚子防脱部18b。内径侧、外径侧是指，以滚子节圆直径PCD(图3)为基准表现为内径侧或外径侧。换句话说，内径侧的滚子防脱部18a与外径侧的滚子防脱部18b隔着滚子节圆彼此位于相反侧。内径侧的滚子防脱部18a与外径侧的滚子防脱部18b经由斜行部18c而连续。在斜行部18c上形成有用于避免与滚针12的外周面的干涉的第一避让部22。第一避让部22的外端相当于外径侧的滚子防脱部18b的内端。
在相邻的柱部18之间形成有用于收容滚针12的凹槽20。凹槽20在圆周方向上等间隔地配置，在各凹槽20中收容有滚针12。凹槽20沿径向贯通保持器14，滚针12从保持器14局部突出。并且，滚针12将小齿轮轴8a(图5(B))的外周面设为内侧轨道面，并且将小齿轮6的内周面设为外侧轨道面，在这些轨道面上转动。
如图1A以及1B所示，各凹槽20为收容滚针12的构件，因此呈矩形状，且短边与环状部16平行。在凹槽20的四角，通过局部切除柱部18而形成有第二避让部24。第二避让部24从凹槽20的短边在圆周方向上延长了的位置到外径侧的滚子防脱部18b的外端沿保持器14的轴向延伸。在图1A以及1B所示的例子中，第二避让部24也呈矩形，且长边与保持器14的轴向平行地延伸。附图标记L2表示第二避让部24的轴向尺寸。附图标记L1表示从第二避让部24的外端即凹槽20的短边到外径侧的滚子防脱部18b的内端的轴向尺寸。
这里，外端、内端是指以保持器的两端面中的一方的端面为基准的表现，将接近该端面一侧的一端称为外端，将远离该端面一侧的一端称为内端。因此，当变更第二避让部24的轴向尺寸L2时，外径侧的滚子防脱部18b的外端的位置发生变化，此外，外径侧的滚子防脱部18b的轴向尺寸(L1一L2)发生变化。
优选为，第二避让部24的轴向尺寸L2为尺寸L1的40％以上70％以下。在第二避让部24的轴向尺寸L2小于尺寸L1的40％，具体而言35％的情况下，无法明确地观察到由通油性改善产生的效果(寿命提高)，在40％以上80％以下的范围内能够观察到寿命提高效果。但是，当超过70％时，外径侧的滚子防脱部18b的长度变短而滚针12的保持力降低，此外，在滚针12较长的情况下，因其自重较大，因此存在因振动导致滚针12从保持器14脱出的可能性。
尺寸L1与尺寸L2存在当增大前者时后者减小的关系。因此，将第二避让部24的轴向尺寸L2的下限设为尺寸L1的40％，与之相应地缩短外径侧的滚子防脱部18b的轴向尺寸。滚子防脱部18b为与滚针的外周面接触的部分，因此实施去毛刺(deburring press)等加工，伴随于该加工，存在使柱部的宽度面变形的可能性。因此，通过缩短滚子防脱部18b的轴向尺寸，能够避免伴随于滚子防脱部18b的加工而产生的加工力对柱部带来的负面影响。另外，当滚子防脱部18b的轴向尺寸过短时，存在影响滚针12的保持、引导的可能性，因此将第二避让部24的轴向尺寸L2的上限设为尺寸L1的70％。由此，确保外径侧的滚子防脱部18b的轴向尺寸，避免滚针12从保持器14中脱出。
对于保持器24而言，除将圆筒状的原材料冲压成形为M形或V形并通过冲裁而制造出凹槽以外，还能够通过采用焊接保持器的方式来抑制成本。如果例示焊接保持器的制造工序，则大致如下。
(a)作为原材料，使用通过切条机将成形性良好的SPC等冷轧钢板切断成规定宽度而成的带状钢材。
(b)对带状钢材实施冲压加工形成保持器的基本剖面形状(M形或V形)。
(c)在带状钢材的长度方向上以规定间距冲裁形成凹槽。之后，在两端考虑焊接余量而将带状钢材切断成规定的长度。
(d)将带状钢材弯曲成环状。
(e)对两端部进行对焊而得到产品。
对作为这样得到的产品的保持器实施软氮化处理或渗碳淬火等热处理，去除因焊接产生的形变，并且在保持器的表面形成硬化层，提高耐磨损性以及机械强度。
如果将第二避让部设为圆弧形状，并且欲在不改变曲率半径的情况下将保持器14的外径引导面的宽度尺寸b(图1B)设定得较大，则外径侧的滚子防脱部18b的轴向尺寸变大。在该情况下，为了形成滚子防脱部18b而实施的加工(去毛刺、抛光加工)的量增多，因此存在使柱部18的宽度面变形的可能性。如果欲减小滚子防脱部18b的轴向尺寸，则需要增大第二避让部的曲率半径，其结果是，柱部18的宽度变窄，保持器强度降低。因此，对于第二避让部24，以往一般而言，代替单一曲率半径的避让部，而设为相对于保持器圆周方向的尺寸而增大了轴向的尺寸的矩形状的避让部。通过将第二避让部设为这样的形状，由此能够通过变更第二避让部24的轴向长度L2，来调节外径侧的滚子防脱部18b的外端的位置，进而能够调节外径引导面的宽度b。
需要说明的是，如果减小保持器14的外径引导面的宽度b便能够解决上述问题，但是在如行星齿轮机构这种存在自转、公转的用途中，施加于保持器14的外径面的负载加大，因此如果减小保持器14的外径引导面的宽度b，则存在导致保持器14的破损的可能性。因此，确保外径引导面的宽度b+b为保持器14的宽度B的35％以上。如果扩大外径引导面的宽度b，则外径侧的滚子防脱部18b的外端向内侧移动。然而，如果外径侧的滚子防脱部18b的外端过度移向内侧，则两侧的滚子防脱部18b之间的间隔变短，存在产生滚针12的偏斜导致提前破损的可能性。因此，将外径引导面的宽度b+b占据保持器14的宽度B的上限设为60％。总之，优选为，将保持器14的外径引导面的轴向尺寸b+b设为保持器的宽度B的35％以上60％以下。
滚针12有如图4A所示端面呈球面的A形、如图4B所示端面呈平面的F形。通过采用A形，在滚针12的端面与保持器14的凹槽20的短边之间形成有间隙，并且该间隙成为比端面呈平面的F形滚针的情况大的面积。并且，由于以与该间隙重叠的方式设置有第二避让部24，因此能够向滚针12的端部供给足够量的润滑油。另外，通过第二避让部24从内径侧向外径侧通过的润滑油供给至外径引导面与小齿轮6(图5B)的内周面之间，进行润滑。
这样，在上述实施例中，将滚针12的端面形状设为A形，使保持器14的凹槽20的第二避让部24沿轴向扩张，与之相应地在滚针12的端部与保持器14之间沿径向贯通的空间的剖面积增加，润滑油的通油性改善。因此，通过向容易产生边缘应力的滚针12的端部充分地供给润滑油而形成油膜，由此能够延长轴承寿命。另外，由于通油性良好，因此形成于小齿轮轴8a(图5B)的内部的通油孔8b一个即可，由此能够将用于在小齿轮轴8a上形成通油孔8b的加工限制为最小限度，而抑制成本。
符号说明
10 带有保持器的滚针组件
12 滚针
14 保持器
16 环状部
16a 朝向内侧的凸缘
18 柱部
18a 滚子防脱部(内径侧)
18b 滚子防脱部(外径侧)
18c 斜行部
20 凹槽
22 第一避让部
24 第二避让部

Claims (4)

1.一种带有汽车用保持器的滚针组件，其包括配置成单列的多个滚针和保持器，该保持器的剖面形状通过对钢材实施冲压加工而形成，所述保持器为外圈引导形式，其中，
所述保持器通过在将具有所述剖面形状且冲裁有凹槽的带状钢材折弯为环状的状态下对所述带状钢材的两端部进行对焊而形成，所述保持器的宽度尺寸比直径大，且所述保持器具有在轴向上分离的一对环状部和沿轴向延伸并将所述环状部彼此连结的多个柱部，
所述柱部在轴向上的中央部具有与滚子节圆直径相比靠内径侧的滚子防脱部，且所述柱部在轴向上的两端部具有与滚子节圆直径相比靠外径侧的滚子防脱部，该外径侧的滚子防脱部被实施去毛刺加工，所述内径侧的滚子防脱部的轴向尺寸比所述外径侧的滚子防脱部的轴向尺寸长，所述内径侧的滚子防脱部与所述外径侧的滚子防脱部经由斜行部连续，在所述斜行部上形成有用于避免与所述滚针干涉的第一避让部，
在保持器的外周面中，从环状部至柱部的一部分的区域设有外径引导面，在相邻的所述柱部之间形成有用于***述滚针的凹槽，各凹槽呈短边与所述环状部平行的矩形状，在所述凹槽的四角，通过局部切除所述柱部而形成第二避让部，
所述第二避让部呈矩形状，其长边与保持器的轴向平行，
并且所述第二避让部从所述凹槽的短边在圆周方向上延长了的位置到所述外径侧的滚子防脱部的外端沿保持器的轴向延伸，
所述第二避让部的轴向尺寸(L2)为从所述凹槽的短边到外径侧的滚子防脱部的内端的轴向尺寸(L1)的40％以上70％以下，并且，所述保持器的外径引导面的轴向尺寸为所述保持器的总宽度的35％以上60％以下。
2.根据权利要求1所述的带有汽车用保持器的滚针组件，其中，
所述保持器的剖面形状为M形或V形。
3.根据权利要求1所述的带有汽车用保持器的滚针组件，其中，
所述滚针的端面为球面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的带有汽车用保持器的滚针组件，其中，
所述带有汽车用保持器的滚针组件用于行星齿轮机构中的小齿轮的支承。
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