JP4705570B2 - ホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、ホイールフランジを備えたホイールハブと、中央のボルト・ナット・結合部によりホイールハブに結合される回転ジョイントとを備えた、駆動軸を接続するためのホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリに関する。

この種のホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリは背景技術から公知である。例えばＤＥ４２１０４６１Ｃ２号明細書には、ホイールハブと回転ジョイントとが中央のボルト・ナット・結合部により互いに結合されているアッセンブリが示されている。ジャーナルは「ロングジャーナル（Ｌａｎｇｚａｐｆｅｎ）」の形で、その長さにわたってほぼ一定の横断面を備えて構成されており、ホイールハブの孔を完全に貫通する。ジャーナルは、外歯列を備えた中央の区分を有している。外歯列はトルク伝達のためにホイールハブの孔の相応の内歯列に係合する。ホイール側の端部でナットがジャーナルに螺合されている。ナットは孔を取り巻く肩部に軸方向で支持されている。ロングジャーナルおよびナットを備えたこの種のアッセンブリは相対的に高い弾性を有している。その結果、へたり現象およびホイール支承部における緊締の緩みに至り得る。

ＤＥ３４３００６７Ｃ２号明細書から、回転ジョイントのジャーナルがショートジャーナル（Ｋｕｒｚｚａｐｆｅｎ）として構成されており、ホイールハブの孔長さの一部にわたって延在するにすぎない、ジョイント軸に接続するためのホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリが公知である。その長さにわたってほぼ同じ直径を有する孔は、そのジョイント側の端部に、ジャーナルが相応の外歯列でもってトルク伝達のために係合する内歯列を有している。半径方向外側で、ホイールハブはホイール軸受の軸受内輪を形成する。ホイール軸受は所属の軸受外輪によりホイール支持体に取り付けられている。その際、ホイール軸受の寸法設定は回転ジョイントのジャーナル直径もしくはホイールハブの孔直径に依存している。ホイールハブをジャーナルに軸方向で固定するために、ボルトが設けられている。ボルトは中央でジャーナルに螺入されており、軸方向で、孔のホイール側の端部に装入または装着されるリングディスクに支持されている。

これらの点から出発して、本発明の課題は、公知の解決策に対して、ホイール軸受の直径の減少を可能にすると同時に、ホイールハブと回転ジョイントとの良好な緊締を可能にし、同じ寸法ならば、強度の向上を可能にするホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリを提案することである。

上記課題は本発明により、ホイールフランジを備えたホイールハブと、中央のボルト・ナット・結合部によりホイールハブに結合される回転ジョイントとを備えた、駆動軸を接続するためのホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリにおいて、
ホイールハブが、第１の直径Ｄ_１を有するフランジ側の開口と、第２の直径Ｄ_２を有するジョイント側の開口とを備えた中央の貫通部を有しており、第２の直径Ｄ_２が第１の直径Ｄ_１よりも大きく、
フランジ側の開口がボルト・ナット・結合部のボルトまたはねじ山付ピンにより貫通されており、かつ
ジョイント側の開口に内歯列が設けられており、該内歯列に、回転ジョイントのジャーナルが、相応の外歯列でもって係合するようにしたことにより解決される。

上記解決策は、変化する横断面を有する貫通部との関連でショートジャーナルを使用することにより、ホイールハブの支持横断面がフランジ側で拡大されており、その結果、ホイールハブにおける応力が総じて減じられているという利点を提供する。それゆえ、ホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリは半径方向でより小さく、それも従来慣用の解決策に比べて強度を犠牲にすることなく設計されることができる。ホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリの直径の減少は重量軽減、ひいてはコスト節減をもたらす。さらに、より小さな直径を有するフランジ側の開口により、ボルトの頭またはナットが支持ディスクを使用せずに支持されることができる肩部が生ぜしめられる。

具体的な構成では、ジャーナルの長さが貫通部の長さよりも短い。有利には、貫通部が、長さにわたって一定の直径Ｄ_１を有する、フランジ側の開口を備えたフランジ側の区分と、長さにわたって一定の直径Ｄ_２を有する、ジョイント側の開口を備えたジョイント側の区分と、フランジ側の区分とジョイント側の区分との間の、長さにわたって変化する直径を有する接続区分とを有している。有利には、ジョイント側の区分が、組み付けられた状態でのジャーナルの進入深さよりも若干長い。すなわち、接続区分が軸方向で、複列のホイール軸受のフランジ側の軸受内輪の領域に配置されている。こうして、まさに応力が高い領域で、ホイールハブの高い強度が得られる。接続区分は段付けされてまたは円錐形に構成されていることができる。

有利な構成では、ボルト・ナット・結合部が、ジャーナルに設けられた中央のねじ山付孔と、該ねじ山付孔にねじ込まれるボルトとを有しており、該ボルトがホイールハブの貫通部を貫通し、ボルトの頭がホイールハブのフランジ側の開口で肩部に支持されている。その際有利には、フランジ側の開口の直径がほぼボルトの直径に相当する。こうして、ホイールハブの特に高い安定性が達成される。有利には、ボルトが回転ジョイントのジョイント外側部分または該外側部分に結合されたジャーナルにねじ込まれている。ただし、特定の使用事例のために、ボルトがジョイント内側部分に結合されていることもできる。その場合、ジョイント外側部分が駆動軸に接続される。

これに対して択一的な構成では、ボルト・ナット・結合部が、ジャーナルに付設されホイールハブの貫通部を貫通する中央のねじ山付ピンと、該ねじ山付ピンに螺合可能なナットとを有しており、該ナットがホイールハブの肩部に支持されている。その際有利には、フランジ側の開口の直径がほぼ、ジャーナルよりも小さな直径を有するねじ山付ピンの直径に相当する。こうして、結合体全体は高い弾性を有している。その結果、常に、回転ジョイントを備えたホイールハブ、ひいてはホイール軸受の良好な緊締が保証されている。

具体的な構成では、ジャーナルがねじ山付ピンおよび回転ジョイントのジョイント外側部分と一体的に製作されている。特定の使用事例のために、ねじ山付ピンがジョイント内側部分に対応配置されていることもできる。回転ジョイントは、外側のボール軌道を備えたジョイント外側部分の他に、さらに、内側のボール軌道を備えたジョイント内側部分と、対を成して互いに対向して位置するボール軌道内でトルクを伝達するその都度１つのボールと、ボールを、角度を二等分する平面内に保持するボール保持器とを有している。ジョイント内側部分は歯列により駆動軸に相対回動不能に結合可能である。有利には、ホイールハブとジャーナルとの間の歯列の直径がほぼ、ジョイント内側部分と駆動軸との間の歯列の直径に相当する。さらに、有利な構成では、ホイールハブとジャーナルとの間の歯列の支持長さが、ジョイント内側部分と、該ジョイント内側部分に結合可能な駆動軸との間の歯列の支持長さよりも小さい。

有利な構成では、複列のホイール軸受に、別個にホイールハブに被せ嵌められる少なくとも１つの軸受内輪が設けられており、該軸受内輪が端面でもって軸方向でホイールハブの端部を越えて張り出しており、ホイール軸受が、ジョイント外側部分の、軸受内輪の端面に作用する当て付け面により軸方向で予圧されている。この構成により、ジョイント外側部分がその当て付け面でもって軸受内輪に支持されており、それにより、固くホイールハブに緊締されていることが保証されている。軸受内輪とジョイント外側部分との間の接触面を介して、曲げモーメントが導入され、支持されることができる。こうして、ジャーナルの外歯列は、直径が比較可能である場合、ジョイント内側部分と駆動軸との間の歯列よりも短くあることができる。これにより、ホイールハブの貫通部はフランジ側の開口に向かって先細りして構成されていることができる。その結果、ホイールハブの横断面はこの領域で拡大されている。

具体的な構成では、ジョイント外側部分がジャーナルと共に、表面硬化可能な調質鋼から製作されている。有利な構成では、ホイールハブの内歯列および／またはジャーナルの外歯列がチップレスに、すなわち非切削加工で、引抜きまたはハンマリングにより製作されている。ショートジャーナルとしてジャーナルを構成したことに基づいて、ホイールハブの内歯列およびジャーナルの外歯列は相応に、従来慣用の解決策に比して短い。その結果、歯列はより大きな精度で製作されることができる。こうして、公差は僅かに維持されることができる。有利には、ジャーナルもしくはねじ山付ピンを備えたジャーナルが高周波焼入れされている。調質鋼として例えば４５Ｂ２Ｍが使用される。

以下に図面を参照しながら本発明について詳説する。
図１：本発明によるホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリの第１の実施形態の部分縦断面図である。
図２：本発明によるホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリの第２の実施形態の部分縦断面図である。

図１にはホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリが示されている。ホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリは、一体成形されたホイールフランジ２を備えたホイールハブ１と、ホイールハブ１に緊締された回転ジョイント３とを有している。回転ジョイント３は駆動軸４に相対回動不能に結合されており、トルクを駆動軸４からホイールハブ１に角運動の下で伝達するために役立つ。回転ジョイント３は、外側のボール軌道６を備えたジョイント外側部分５と、内側のボール軌道８を備えたジョイント内側部分７と、互いに対向して位置する外側のボール軌道６と内側のボール軌道８とから成るペア内にそれぞれ配置された、トルクを伝達するボール９と、ボールを、角度を二等分する平面内に保持するボール保持器１０とを有している。ジョイント内側部分７は長手方向歯列を備えた孔１１を有している。孔１１内には駆動軸４が相対回動不能に差し込まれ、リテーナリング１２により軸方向で固定されている。ジョイント室はベローズ１３により外部に対してシールされている。その結果、ジョイント室への異物の侵入およびジョイント室からの潤滑剤の流出は阻止される。

ジョイント外側部分５には、外歯列１５を備えた中央のジャーナル１４が付設されている。ジャーナル１４は、ホイールハブ１の、相応の内歯列１７を備えた貫通部１６内にトルク伝達のために係入する。その際、ホイールハブ１と回転ジョイント３とはボルト・ナット・結合部を介して互いに緊締されている。ボルト・ナット・結合部は、ジャーナル１４に設けられた中央のねじ山付孔１８と、ねじ山付孔１８に螺入されるボルト１９とを有している。ボルト１９は貫通部１６を軸方向で貫通し、ボルト頭２０でもって、ホイールハブの旋削溝に設けられた肩部２１に支持されている。貫通部１６は旋削溝に接続して、ほぼボルト１９の直径に相当する直径Ｄ_１を有する開口２２を備えたフランジ側の区分と、ジャーナル１４が差し込まれている、より大きな直径Ｄ_２を有する開口２３を備えたジョイント側の区分とを有している。その際、ジャーナル１４の長さＬ_Ｚは、貫通部１６の長さＬ_Ｄよりも小さい。こうして、貫通部１６は接続区分でホイールフランジ２に向かって先細りするように構成されていることができる。これにより、ホイールハブ１の横断面は拡大され、最大の応力を受ける領域の破壊強さの向上が達成される。小さなフランジ側の開口２２を備えた先細りした貫通部１６により、同時に肩部２１が形成される。肩部２１にボルト１９のボルト頭は支持ディスクなしに支持されることができる。

ホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリはホイール軸受２４により、図示されていないホイール支持体内で回転可能に支承されている。ホイール軸受２４は、ホイールハブ１の支承面２７に設置された２つの軸受内輪２５，２６と、転動体２８，２９と、一部分から成る軸受外輪３０とを有している。ジョイント側の軸受内輪２５は端面３１でもって軸方向でホイールハブ１の端部を越えて張り出しており、半径方向の当て付け面３３を備えた肩部に軸方向で支持されており、かつボルト・ナット・結合部により予圧されている。肩部を軸受内輪２５に当て付けたことにより、ホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリの運転時に発生する曲げモーメントが支持される。その結果、ホイールハブ１とジャーナル１４との間の歯列はほぼ曲げモーメントから解放されている。こうして、ジャーナル１４の外歯列１５と貫通部１６の内歯列１７との間の支持歯列長さは、ジョイント内側部分７と駆動軸４との間の歯列の長さよりも短く維持されることができる。ホイールハブ１とジャーナル１４との間の歯列の短さはやはりホイールハブ横断面に対してポジティブに作用し、ホイールハブ横断面はフランジ側の開口２２に向かって強化されている。このことはホイールハブ１の破壊強さにとって有利である。それというのも、応力が最大であるフランジ側の軸受内輪２６の領域で、ホイールハブ横断面が強化されているからである。総じて、この構造形式により、ホイール軸受の直径はより小さく構成されることができ、このことは重量軽減およびコスト節減につながる。

図２には、本発明によるホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリの択一的な実施形態が示されている。この択一的なホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリではジャーナルにねじ山付ピンが設けられている。この実施形態はほぼ、ジャーナルに螺入されるボルトを備えた上記実施形態に相当する。それゆえ、図１で行った説明を参照されたい。同一の構成部分には、ダッシュを追加した符号を付与した。

図１に示した実施形態とは異なり、本実施形態は、ねじ山付ピン３４が付設されているジャーナル１４′を備えたジョイント外側部分５′を有している。ねじ山付ピン３４は貫通部１６′を貫通し、螺合されホイールハブ１′の肩部２１′に支持されるナット３５により、ホイールハブ１′に緊締されている。ねじ山付ピン３４の直径はほぼ、貫通部１６′のフランジ側の開口２２′の直径Ｄ_１′に相当する。ねじ山付ピン３４はジャーナル１４′よりも小さな直径を有している。この構成により、貫通部１６′の直径はホイールフランジ２′に向かって先細りして構成されることができる。その結果、ホイールハブ１′の横断面はこの領域で拡大されている。これにより、上記利点が得られる。さらに、結合体全体は高い弾性を有している。その結果、ホイールハブは回転ジョイントとホイール軸受とに確実に互いに緊締されている。ねじ山付ピン３４はジャーナル１４′およびジョイント外側部分５′と一体的に、表面硬化可能な調質鋼から製作されている。このために特に４５Ｂ２Ｍが該当する。ねじ山付ピン３４を備えたジャーナル１４′の硬さを高めるために、ジャーナル１４′は高周波焼入れされる。

本発明によるホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリの第１の実施形態の部分縦断面図である。 本発明によるホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリの第２の実施形態の部分縦断面図である。

符号の説明

１ ホイールハブ
２ ホイールフランジ
３ 回転ジョイント
４ 駆動軸
５ ジョイント外側部分
６ 外側のボール軌道
７ ジョイント内側部分
８ 内側のボール軌道
９ ボール
１０ ボール保持器
１１ 孔
１２ リテーナリング
１３ ベローズ
１４ ジャーナル
１５ 外歯列
１６ 貫通部
１７ 内歯列
１８ ねじ山付孔
１９ ボルト
２０ ボルト頭
２１ 肩部
２２ フランジ側の開口
２３ ジョイント側の開口
２４ ホイール軸受
２５ 軸受内輪
２６ 軸受内輪
２７ 支承面
２８ 転動体
２９ 転動体
３０ 軸受外輪
３１ 端面
３３ 当て付け面
３４ ねじ山付ピン
３５ ナット
Ｄ_１ 直径
Ｄ_２ 直径
Ｌ_Ｄ 貫通部の長さ
Ｌ_Ｚ ジャーナルの長さ

Claims (1)

1. ホイールフランジ（２）を備えたホイールハブ（１）と、中央のボルト・ナット・結合部によりホイールハブ（１）に結合される、ジャーナル（１４）を備える回転ジョイント（３）とを備えた、駆動軸（４）を接続するためのホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリにおいて、
   ホイールハブ（１）が、第１の直径Ｄ_１を有するフランジ側の開口（２２）と、内歯列（１７）を備える、第２の直径Ｄ_２を有するジョイント側の開口（２３）とを備えた中央の貫通部（１６）を有しており、第２の直径Ｄ_２が第１の直径Ｄ_１よりも大きく、
   前記ジャーナル（１４）は、前記内歯列（１７）と係合する外歯列（１５）を有しており、前記貫通部（１６）のジョイント側の開口（２３）に挿入されて、両歯列（１５，１７）の係合により前記ホイールハブ（１）に相対回動不能に結合されており、
   前記ボルト・ナット・結合部（１９）は、フランジ側の開口（２２）を貫通する、前記ジャーナル（１４）に螺入されるボルト（１９）又は前記ジャーナル（１４）と一体的に形成されるねじ山付ピン（３４）として形成されており、かつ
   ホイールハブ（１）とジャーナル（１４）との間の歯列の直径が、回転ジョイント（３）のジョイント内側部分（７）と、該ジョイント内側部分（７）に結合可能な駆動軸（４）との間の歯列の直径に相当する
   ことを特徴とする、ホイールハブ・回転ジョイント・アッセンブリ。

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