JP4773233B2 - Universal joint - Google Patents
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Description
この発明は、例えば自動車に用いられる自在継手に関する。 The present invention relates to a universal joint used for an automobile, for example.
自在継手は、例えば十字軸の各トラニオンを、ヨークの対応する嵌合孔に嵌合された有底円筒状の外輪カップによって針状ころを介して支持している。これら針状ころおよび外輪カップが軸受をなしている。
従来、外輪カップの内底部に球面状の凸部を形成し、トラニオンの端面に円錐状の凹部を形成し、凸部と凹部とを摺接させた自在継手がある(例えば、特許文献1の図1参照。)。
In the universal joint, for example, each trunnion of the cross shaft is supported via needle rollers by a bottomed cylindrical outer ring cup fitted in a corresponding fitting hole of the yoke. These needle rollers and the outer ring cup form a bearing.
Conventionally, there is a universal joint in which a spherical convex portion is formed on the inner bottom portion of the outer ring cup, a conical concave portion is formed on the end surface of the trunnion, and the convex portion and the concave portion are slidably contacted (for example, Patent Document 1). (See FIG. 1).
また、従来、外輪カップの内底部に凹部が形成され、トラニオンの端面に円錐台形状の凸部が形成された自在継手がある(例えば、特許文献1の図2参照。)。
通例、回転抵抗トルクの上昇を抑えるために、トラニオンと外輪カップの内底面との間に隙間が設けられ、トラニオンの外周面と外輪カップとの間の径方向隙間が針状ころの直径よりも大きくされている。このため、トラニオンが軸方向や径方向にがたつき、騒音を発生する虞がある。
逆に、各部品の寸法のばらつきにより、トラニオンと外輪カップとの間に軸方向や径方向に締め代を生ずる場合には、トラニオンと外輪カップとが相対回転するときの回転抵抗トルクが大きくなるという問題がある。
Usually, a gap is provided between the trunnion and the inner bottom surface of the outer ring cup in order to suppress an increase in rotational resistance torque, and the radial gap between the outer peripheral surface of the trunnion and the outer ring cup is larger than the diameter of the needle roller. It has been enlarged. For this reason, there is a possibility that the trunnion rattles in the axial direction or the radial direction and generates noise.
On the other hand, when there is an allowance in the axial direction or radial direction between the trunnion and the outer ring cup due to variations in the dimensions of each part, the rotational resistance torque when the trunnion and the outer ring cup rotate relative to each other increases. There is a problem.
また、特許文献1では、トラニオンの端面と外輪カップの内底面とを接触させるので、その間の環状の接触部に摩擦が生じる結果、上述の回転抵抗トルクがより一層大きくなる。
また、車両用操舵装置においては、スムーズな操舵感を得ることが要請されている。このためにも、回転抵抗トルクを小さくすることが求められている。
Moreover, in
Further, in a vehicle steering device, it is required to obtain a smooth steering feeling. For this reason, it is required to reduce the rotational resistance torque.
そこで、この発明の目的は、騒音を低減できて且つ回転抵抗トルクが小さくて、さらに車両用操舵装置に適用されたときにスムーズな操舵感を得ることができる自在継手を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a universal joint that can reduce noise, have a small rotational resistance torque, and can obtain a smooth steering feeling when applied to a vehicle steering system.
本願発明者は、各部品の寸法のばらつきの悪影響を抑制しつつ、がたつきの発生を抑制し、さらに回転抵抗トルクを低減するために、トラニオンの端面と外輪カップの内底面との上述の環状の接触部を備える構造において、環状の接触部での摩擦トルクと接触角との関係に着目した。すなわち、摩擦トルクは、接触部に生じる摩擦力と、環状の接触部の環の半径との積として求められる。上述の摩擦力は、環状の接触部において、これの周方向の所定位置に作用する押圧力の方向とトラニオンの中心軸線とのなす角度である接触角に反比例する傾向にある。その一方で、上述の環の半径は接触角に比例する傾向にあり、結局は、摩擦トルクは上述の接触角に比例する傾向にある。 The inventor of the present application suppresses the adverse effects of variations in the dimensions of each part, suppresses the occurrence of rattling, and further reduces the rotational resistance torque, so that the above-described annular shape between the end surface of the trunnion and the inner bottom surface of the outer ring cup In the structure including the contact portion, attention was paid to the relationship between the friction torque and the contact angle at the annular contact portion. That is, the friction torque is obtained as a product of the friction force generated in the contact portion and the radius of the ring of the annular contact portion. The aforementioned frictional force tends to be inversely proportional to the contact angle, which is the angle formed by the direction of the pressing force acting on a predetermined position in the circumferential direction of the annular contact portion and the central axis of the trunnion. On the other hand, the radius of the ring tends to be proportional to the contact angle, and eventually the friction torque tends to be proportional to the contact angle.
そこで、接触角を所定範囲内に限定することにより、環状の接触部の半径を小さく抑制し、ひいては、回転抵抗トルクを、スムーズな操舵感を得ることができるような範囲内に小さく抑制している。
本発明の自在継手は、十字軸に設けられたトラニオンと、このトラニオンの外周面の周囲を取り囲んで環状に配置された複数の針状ころと、ヨークの嵌合孔に保持され、上記針状ころを介して上記トラニオンを回転自在に支持する有底円筒状の外輪カップと、上記トラニオンの端面および外輪カップの内底面の何れか一方に設けられた凸部、および他方に設けられ上記凸部を受ける凹部とを備え、上記凸部および凹部は、トラニオンの中心軸線を中心とする環状の接触部で互いに押圧状態で接触しており、上記接触部で凸部および凹部間に働く押圧力の方向と、トラニオンの中心軸線とのなす角度である接触角は、0度を越え40度未満の範囲にあり、上記凸部は、凸湾曲面を含み、上記凹部は、上記凸湾曲面の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する凹湾曲面と、この凹湾曲面の底部に設けられ凸湾曲面の先端から逃げるように窪んだ逃げ部とを含み、上記接触部は、逃げ部の周縁を含むことを特徴とする。
Therefore, by limiting the contact angle within a predetermined range, the radius of the annular contact portion is suppressed to be small, and thus the rotational resistance torque is suppressed to be small within a range where a smooth steering feeling can be obtained. Yes.
The universal joint of the present invention includes a trunnion provided on the cross shaft, a plurality of needle rollers arranged in an annular shape so as to surround the periphery of the trunnion, and held in a fitting hole of the yoke. A bottomed cylindrical outer ring cup that rotatably supports the trunnion via rollers, a convex portion provided on one of the end surface of the trunnion and an inner bottom surface of the outer ring cup, and the convex portion provided on the other side The convex portion and the concave portion are in contact with each other in a pressed state at an annular contact portion centered on the central axis of the trunnion, and the pressing force acting between the convex portion and the concave portion at the contact portion. and direction, the contact angle is an angle between the center axis line of the trunnion, Ri range near less than 40 degrees beyond the 0 °, the convex portion includes a convex curved surface, the recess is, of the convex curved surface Curvature half greater than radius of curvature A concave curved surface having, and a recessed escape portion to escape from the tip of the convex curved surface provided in the bottom of the concave curved surface, the contact portion, characterized in that it comprises a peripheral edge of the relief portion.
本発明によれば、外輪カップが、環状の接触部を介して、トラニオンの軸方向および径方向に弾性的にトラニオンを付勢できるので、トラニオンの軸方向および径方向のがたをなくすことができ、ひいては、騒音を低減することができる。しかも、環状の接触部は、ベタ当たりしないことから、接触部に生じる摩擦トルクを小さくでき、ひいては回転抵抗トルクを小さく抑制することができる。また、がたつきの発生を防止できるので、トラニオンの外周面と外輪カップとの間の径方向隙間を針状ころの直径よりも大きくすることも可能であり、この点でも回転抵抗トルクを小さく抑制することができる。特に、上述の接触角が0度を越え40度未満の範囲内にあることにより、接触部の環の半径を小さくできるので、回転抵抗トルクを、本自在継手が車両用操舵装置に適用された場合にスムーズな操舵感を得るための所定値以下に小さく抑制でき、しかも、がたつきの発生を防止することができる。 According to the present invention, the outer ring cup can elastically bias the trunnion in the axial direction and the radial direction of the trunnion via the annular contact portion, so that the axial direction and the radial direction of the trunnion can be eliminated. As a result, noise can be reduced. In addition, since the annular contact portion does not make a solid contact, the friction torque generated in the contact portion can be reduced, and the rotation resistance torque can be reduced. Moreover, since the occurrence of rattling can be prevented, the radial clearance between the outer peripheral surface of the trunnion and the outer ring cup can be made larger than the diameter of the needle roller, and in this respect also, the rotational resistance torque is suppressed to be small. can do. In particular, since the above contact angle is in the range of more than 0 degrees and less than 40 degrees, the radius of the ring of the contact portion can be reduced. Therefore, the rotational joint torque is applied to the vehicle steering apparatus. In this case, it can be suppressed to a value equal to or less than a predetermined value for obtaining a smooth steering feeling, and rattling can be prevented.
なお、接触角が40度を越えて大きくなると、接触部の環の半径が大きくなる結果、接触部間の摩擦トルク、ひいては回転抵抗トルクが大きくなる。また、接触角が0度の場合には、接触部が1点で点接触するので、がたつきが発生する。
また、本発明において、上記凸部は、凸湾曲面を含み、上記凹部は、上記凸湾曲面の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する凹湾曲面と、この凹湾曲面の底部に設けられ凸湾曲面の先端から逃げるように窪んだ逃げ部とを含み、上記接触部は、逃げ部の周縁を含んでいる。これにより、環状の接触部を簡素な構造で実現できる。
When the contact angle increases beyond 40 degrees, the radius of the ring of the contact portion increases, and as a result, the friction torque between the contact portions, and thus the rotation resistance torque increases. Further, when the contact angle is 0 degree, the contact portion makes point contact at one point, and thus rattling occurs.
In the present invention, the convex portion includes a convex curved surface, and the concave portion has a concave curved surface having a radius of curvature larger than the radius of curvature of the convex curved surface, and a convex portion provided at the bottom of the concave curved surface. and a recessed escape portion to escape from the tip of the curved surface, the contact portion is Nde including a peripheral edge of the relief portion. This ensures that the contact portion of the annular be realized with a simple structure.
また、本発明において、上記凸湾曲面および凹湾曲面は、それぞれ球面を含む場合がある。この場合、凸湾曲面および凹湾曲面を安価に形成できる。 In the present invention, the convex curved surface and the concave curved surface may each include a spherical surface. In this case, the convex curved surface and the concave curved surface can be formed at low cost.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、自在継手が車両用操舵装置に適用される場合に則して説明するが、本発明はこれに限らず、例えば、自在継手を、車両用操舵装置以外の各種の機械装置に適用することもできる。
図1は、本発明の一実施形態の自在継手を含む車両用操舵装置の模式図である。図1を参照して、車両用操舵装置1は、一端3aがステアリングホイール等の操舵部材2に連結されたステアリングシャフト3と、一端5aがステアリングシャフト3の他端3bに本実施の形態の自在継手4を介して連結された中間軸5と、中間軸5の他端5bに本実施の形態の自在継手6を介して連結されたピニオンシャフト7と、ピニオンシャフト7の端部近傍に設けられたピニオン7aに噛み合うラック歯8aを有して車幅方向(左右方向)に延びる操舵軸としてのラックバー8とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In the present embodiment, the universal joint is described as applied to a vehicle steering apparatus. However, the present invention is not limited to this. For example, the universal joint may be applied to various mechanical devices other than the vehicle steering apparatus. It can also be applied.
FIG. 1 is a schematic view of a vehicle steering apparatus including a universal joint according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
ピニオンシャフト7およびラックバー8により操舵機構としてのラックアンドピニオン機構Aが構成されている。ラックバー8は、車体に固定されるハウジング9内に複数の軸受(図示せず)を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー8の両端部は、ハウジング9の両側へ突出し、各端部には、それぞれタイロッド10が結合されている。各タイロッド10は対応するナックルアーム(図示せず)を介して対応する操向輪11に連結されている。
The
操舵部材2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、この回転がピニオン7aおよびラック歯8aによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー8の直線運動に変換される。これにより、操向輪11が操舵される。
図2は、図1に示す車両用操舵装置の要部の側面図である。図2を参照して、自在継手4は、ステアリングシャフト3の他端3bに設けられたヨーク20と、中間軸5の一端5aに設けられたヨーク21と、両ヨーク間を連結する十字軸22とを備える。
When the
FIG. 2 is a side view of a main part of the vehicle steering apparatus shown in FIG. Referring to FIG. 2, the
同様に、自在継手6は、ピニオンシャフト7の端部に設けられたヨーク20と、中間軸5の他端5bに設けられたヨーク21と、両ヨーク20,21間を連結する十字軸22とを備える。
各ヨーク20,21はU字状をなし、それぞれ一対のタブ23を有している。一対のタブ23は互いに平行である。なお、図2には、自在継手4のヨーク20のタブ23はひとつのみ図示され、自在継手6のヨーク21のタブ23もひとつのみが図示されている。
Similarly, the universal joint 6 includes a
Each
自在継手4,6は、全く同様の構成であるので、自在継手4に則して説明する。
図3は、自在継手4の一部断面図である。図3を参照して、十字軸22は、十字形形状の中央部に配置される胴部22aと、この胴部22aから十字形形状をなして突出する4つの軸部としてのトラニオン24とを有している。各トラニオン24には、それぞれ軸受26が取り付けられている。
Since the
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the
各タブ23には、十字軸22の対応するトラニオン24のための嵌合孔25が形成されている。(図3では、簡略化のため、1つのタブ23のみを示す。)この嵌合孔25に嵌合され保持された軸受26を介して十字軸22の対応するトラニオン24が回転自在に支持されている。
軸受26は、トラニオン24の周囲に環状に並べて配置された複数の針状ころ27と、これらの針状ころ27を保持するとともに嵌合孔25に嵌合され固定された有底円筒形状の外輪カップ28とを含んでいる。外輪カップ28は、例えば金属の薄板をプレス加工されてなる一端密閉型のシェル形外輪である。
Each
The
図4は、図3に示す自在継手の要部の断面図である。図3と図4を参照して、トラニオン24の端面24aには、ボール保持孔29が形成されている。このボール保持孔29は、トラニオン24と同心の円孔からなり、ボール30を圧入状態で保持している。
ボール30は、トラニオン24の径方向についての締め代を有してボール保持孔29に保持され、トラニオン24に対してトラニオン24の軸方向A1および径方向R1への移動が規制されている。また、トラニオン24の軸方向A1について、ボール30の一部は、ボール保持孔29から外輪カップ28の内底面28aのある側へ突出し、トラニオン24の端面24aに設けられた凸部として機能する。ボール30の突出した上記一部の表面30bは、曲率半径Raの凸湾曲面としての球面に形成されている。また、ボール保持孔29の奥部には、当該ボール保持孔29としての円孔を加工するときに設けられたセンタ孔が連なっている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the universal joint shown in FIG. With reference to FIGS. 3 and 4, a
The
また、ボール保持孔29に保持されたボール30を弾性的に受けるためのボール受け部31が、外輪カップ28の内底面28aに形成されている。外輪カップ28の中心軸線C1(トラニオン24の中心軸線24cと一致する。)の延びる方向について、外輪カップ28は、ボール30を弾力的に付勢するように軸方向の締め代を付与された状態で、嵌合孔25に圧入されて保持されている。これにより、外輪カップ28は、ボール30を介して、トラニオン24を軸方向および径方向に弾力的に押圧している。
A
本実施形態では、ボール保持孔29に保持されたボール30が、ボール受け部31により弾性的に受けとめられた状態において、トラニオン24と外輪カップ28とは同心に配置されている。このときのトラニオン24の外周面24bと外輪カップ28の内周面との間の径方向隙間は、針状ころ27の直径よりも大きくされている。
ボール受け部31は、外輪カップ28の内底面28aに設けられた凹部であって、上記凸部としてのボール30を受ける凹部として機能する。ボール受け部31は、外輪カップ28の中心軸線C1を中心とする球面状の凹湾曲面32と、この凹湾曲面32の底部に設けられた逃げ部33とを含んでいる。
In the present embodiment, the
The
凹湾曲面32は、ボール30の曲率半径Raよりも大きい曲率半径Rbを有する凹湾曲面、例えば球面からなる。この球面の中心は、外輪カップ28の中心軸線C1上に配置されている。
逃げ部33は、窪み状の丸孔であり、外輪カップ28の軸方向からみたときに外輪カップ28の中心軸線C1を中心とした円形をなしている。逃げ部33は、ボール30の突出した先端30cから逃げるように窪んでいて、ボール30の表面30bとの接触を回避されている。
The concave
The
凸部としてのボール30および凹部としてのボール受け部31は、トラニオン24の中心軸線24cを中心とする環状の接触部30a,31aで互いに押圧状態で接触している。ボール30の接触部30aは、トラニオン24の中心軸線24cを中心とした環状をなしている。ボール受け部31の接触部31aは、外輪カップ28の中心軸線C1を中心とした環状をなしている。接触部31aは、凹湾曲面32の内周縁部であり且つ逃げ部33の周縁を有し、ボール30の接触部30aに線接触している。
The
上記接触部30a,31aで凸部としてのボール30および凹部としてのボール受け部31間に働く押圧力の方向F1と、トラニオン24の中心軸線24cとのなす角度である接触角Dは、0度を越え40度未満の範囲にある。
本実施形態の自在継手4において、例えばトラニオン24から外輪カップ28へ伝達トルクが伝わる場合を考える。この場合、伝達トルクが小さいときには、トラニオン24からボール30およびボール受け部31を介して外輪カップ28にトルクが伝達される一方、伝達トルクが大きいときは、トラニオン24から針状ころ27を介しても外輪カップ28にトルクが伝達される。
A contact angle D, which is an angle formed between the direction F1 of the pressing force acting between the
In the
本実施形態の自在継手4は、十字軸22に設けられたトラニオン24と、このトラニオン24の外周面の周囲を取り囲んで環状に配置された複数の針状ころ27と、ヨーク20,21の嵌合孔25に保持され、上記針状ころ27を介して上記トラニオン24を回転自在に支持する有底円筒状の外輪カップ28と、上記トラニオン24の端面24aおよび外輪カップ28の内底面28aの何れか一方としてのトラニオン24の端面24aに設けられた凸部としてのボール30と、および他方としての外輪カップ28の内底面28aに設けられ上記凸部を受ける凹部としてのボール受け部31とを備えている。上記凸部および凹部は、トラニオン24の中心軸線24cを中心とする環状の接触部30a,31aで互いに押圧状態で接触している。上記接触部30a,31aで凸部および凹部間に働く押圧力の方向F1と、トラニオン24の中心軸線24cとのなす角度である接触角Dは、0度を越え40度未満の範囲にあることを特徴としている。
The
これにより、外輪カップ28が、環状の接触部30a,31aを介して、トラニオン24の軸方向および径方向に弾性的にトラニオン24を付勢できるので、トラニオン24の軸方向および径方向のがたをなくすことができ、ひいては、騒音を低減することができる。しかも、環状の接触部30a,31aは、ベタ当たりしないことから、接触部30a,31aに生じる摩擦トルクを小さくでき、ひいては回転抵抗トルクを小さく抑制することができる。また、がたつきの発生を防止できるため、トラニオン24の外周面24bと外輪カップ28の内周面との間の径方向隙間を針状ころ27の直径よりも大きくすることも可能であり、この点でも回転抵抗トルクを小さく抑制することができる。
As a result, the
なお、本実施形態では、トラニオン24の外周面24bと外輪カップ28の内周面との間の径方向隙間が針状ころ27の直径よりも大きくされていたが、そのように構成されていない場合も考えられる。
また、接触部30a,31aが、互いに環状に線接触する場合には、回転抵抗トルクの上昇を抑制するのに好ましい。
In the present embodiment, the radial gap between the outer
Further, when the
特に、上述の接触角Dが0度を越えて40度未満の範囲内にあることにより、接触部30a,31aの環の直径(2・R)を小さくできるので、回転抵抗トルクを、本自在継手4が車両用操舵装置1に適用された場合にスムーズな操舵感を得るための所定値以下に小さく抑制でき、しかも、がたつきの発生を防止することができる。
また、上述の接触角Dが10度〜30度の範囲内にある場合には、接触部30a,31aの環の直径(2・R)をより小さくできるので、回転抵抗トルクを、本自在継手4が車両用操舵装置1に適用された場合にスムーズな操舵感を得るための所定値以下に確実に小さく抑制でき、しかも、環状の接触部30a,31aを、ひいては逃げ部33を過度に小さくせずに済むので、実用的に実現することができる。
In particular, when the contact angle D is within the range of more than 0 degrees and less than 40 degrees, the ring diameter (2.R) of the
Further, when the contact angle D is in the range of 10 degrees to 30 degrees, the diameter (2R) of the rings of the
また、より好ましくは接触角Dが10〜20度の範囲内にあることにより、さらにより好ましくは10〜12度の範囲内にあることにより、回転抵抗トルクを確実に小さくすることができる。
なお、接触角Dが40度以上に大きくなると、接触部30a,31aの環の半径が大きくなる結果、接触部30a,31a間の摩擦トルク、ひいては回転抵抗トルクが大きくなる。その結果、自在継手4が車両用操舵装置1に適用されたときに、操舵感の劣化、すなわち、スムーズな操舵感を実現できない虞がある。また、接触角Dが0度の場合には、接触部30a,31aが1箇所で点接触するので、がたつきが発生する。また、接触角Dが10度未満になると、環状の接触部30a,31aの半径が小さくなり過ぎるので、自在継手4を安価に製造できない。
More preferably, when the contact angle D is in the range of 10 to 20 degrees, and even more preferably in the range of 10 to 12 degrees, the rotational resistance torque can be reliably reduced.
When the contact angle D increases to 40 degrees or more, the radius of the ring of the
また、本実施形態では、凸部としてのボール30は、凸湾曲面を含む。また、上記凹部としてのボール受け部31は、凸湾曲面の曲率半径Raよりも大きい曲率半径Rbを有する凹湾曲面32と、この凹湾曲面32の底部に設けられた逃げ部33とを含む。接触部31aは、逃げ部32の周縁を含むようにしている。この場合、環状の接触部31aを簡素な構造で実現できる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、凸湾曲面としてのボール30および凹湾曲面32は、それぞれ球面を含むようにしている。この場合、上述の凸湾曲面および凹湾曲面を安価に形成できる。
図5は、接触角Dと自在継手4の回転抵抗トルクTとの関係を示すグラフであり、横軸に接触角D[度]を、縦軸に回転抵抗トルクT[N・m]を示す。図5のグラフは、後述する式1,式2,式3を用いて、接触角D[度]の任意の値に対する回転抵抗トルクTの値を求め、接触角D[度]の値を変化させたときの回転抵抗トルクTの値の変化をプロットしたものである。また、図5には、回転抵抗トルクTの許容最大値Tmaxを仮に0.117[N・m]とし破線で示した。回転抵抗トルクTが、許容最大値Tmaxを越えて大きくなると、スムーズな操舵感を得ることができないおそれがある。
In the present embodiment, the
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the contact angle D and the rotational resistance torque T of the
以下の式1,式2,式3を用いて、接触角Dが40度であるときの回転抵抗トルクTを求める場合について、具体的に説明する。
式1:F=μ・Fa・cos(D);
式2:R=Rb・sin(D);
式3:T=2・F・R/1000;
ここで、式1において、符号Fは、接触部30a,31aに作用する摩擦荷重[N]である。符号μは、接触部30a,31a間の摩擦係数である。符号Faは、外輪カップ28がボール30をトラニオン24の軸方向に付勢する付勢力Fa[N]である。符号Dは、接触角[度]である。具体的には、摩擦係数μは、外輪カップ28とボール30との金属接触であるので、0.15である。付勢力Faは、自在継手4の製造時に所定範囲内に設定され、ここでは、その最大値は500[N]とした。
The case where the rotational resistance torque T when the contact angle D is 40 degrees is obtained using the following
Formula 1: F = μ · Fa · cos (D);
Formula 2: R = Rb · sin (D);
Formula 3: T = 2 · F · R / 1000;
Here, in
また、式2において、符号Rは、接触部30aの半径[mm]である。符号Rbは、ボール30の半径[mm]であり、具体的な値は、1.5875[mm]である。この値は、車両用操舵装置の中間軸用の自在継手4に実用的に利用可能なボール30の最小の半径である。
また、式3において、符号Tは、回転抵抗トルク[N・m]である。符号Fは、上述の式1で求めた摩擦荷重[N]であり、符号Rは、式2で求めた接触部30aの半径R[mm]である。
Moreover, in
Further, in Expression 3, the symbol T is the rotational resistance torque [N · m]. The symbol F is the friction load [N] obtained by the
式1に、上述のμ=0.15、Fa=500[N]、D=40度の各値を代入すると、摩擦荷重F=57.5[N]が得られる。
式2に、上述のRb=1.5875[mm]、D=40度の各値を代入すると、半径R=1.020[mm]が得られる。
式3に、式1で求めた摩擦荷重F=57.5[N]、式2で求めた半径R=1.020[mm]の値を代入すると、回転抵抗トルクT=0.117[N・m]が得られる。
By substituting the above values of μ = 0.15, Fa = 500 [N], and D = 40 degrees into
By substituting the above values of Rb = 1.5875 [mm] and D = 40 degrees into
When the values of the friction load F = 57.5 [N] obtained in
同様に、接触角D=39[度]に対する回転抵抗トルクT[N・m]を求めると、回転抵抗トルクT=0.116[N・m]が得られる。
このように、実用的な構成においてスムーズな操舵感を得ることができる回転抵抗トルクTの仮許容最大値Tmax=0.117[N・m]を、加工時の寸法公差を考慮したときでも確実に越えないようにするには、接触角D[度]を40度未満の範囲にする必要があることがわかる。換言すれば、接触角Dが40度未満の範囲内である場合には、回転抵抗トルクTがその仮許容最大値である0.117[N・m]を越えることはなくて、スムーズな操舵感を得ることができることがわかる。
Similarly, when the rotational resistance torque T [N · m] with respect to the contact angle D = 39 [degrees] is obtained, the rotational resistance torque T = 0.116 [N · m] is obtained.
In this way, the provisional allowable maximum value Tmax = 0.117 [N · m] of the rotational resistance torque T that can obtain a smooth steering feeling in a practical configuration is ensured even when the dimensional tolerance at the time of machining is taken into consideration. It can be seen that the contact angle D [degree] needs to be in a range of less than 40 degrees in order not to exceed. In other words, when the contact angle D is within a range of less than 40 degrees, the rotational resistance torque T does not exceed the provisional allowable maximum value of 0.117 [N · m], and smooth steering is performed. It can be seen that a feeling can be obtained.
図6は、接触角D[度]と、接触部30a,31aの半径R[mm]との関係を示すグラフであり、横軸に接触角D[度]を、縦軸に上述の半径R[mm]を示す。図6のグラフは、式2に接触角Dの任意の値を代入することにより、この値に対応する半径Rの値を求め、得られた半径Rの値と接触角Dの値とをプロットしたものである。図6のグラフから、接触角Dが大きくなると、半径Rも大きくなることがわかる。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the contact angle D [degrees] and the radius R [mm] of the
具体的には、上述の式2に、Rb=1.5875[mm]と、実用的に形成可能な逃げ部33の最小半径であるR=0.25[mm]とを代入し、接触角Dの値を逆算すると、接触角D=9.1[度]が得られる。このD=9.1[度]の値に寸法公差を考慮すると、接触角Dが10度以上であれば、逃げ部33を容易に製造することができる。
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
Specifically, Rb = 1.5875 [mm] and R = 0.25 [mm], which is the minimum radius of the
Moreover, the following modifications can be considered about this embodiment. In the following description, differences from the above-described embodiment will be mainly described, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
例えば、図7は、本発明の変形例としての自在継手4の要部の模式図である。図7を参照して、外輪カップ28の内底面28aに凸部35を設け、トラニオン24の端面24aに凹部36を設けてもよい。凸部35と凹部36との接触角Dは、0度を越え40度未満の範囲内の値である。この構成でも、図3および図4に示された実施形態で説明した効果を得ることができる。
For example, FIG. 7 is a schematic diagram of a main part of the
要は、本実施形態の自在継手4は、上述のトラニオン24と、上述の複数の針状ころ27と、上述の外輪カップ28と、上記トラニオン24の端面24aおよび外輪カップ28の内底面28aの何れか一方に設けられた凸部(例えば、図4ではボール30、図7では凸部35)、および他方に設けられ上記凸部を受ける凹部(例えば図4ではボール受け部31、図7では凹部36)とを備え、上記凸部および凹部は、トラニオン24の中心軸線を中心とする環状の接触部30a,31aで互いに押圧状態で接触しており、上記接触部30a,31aで凸部および凹部間に働く押圧力の方向F1と、トラニオン24の中心軸線とのなす角度である接触角Dは、0度を越え40度未満の範囲にあればよい。
In short, the
また、上述の実施形態では、凸部と凹部とは線接触するものとして説明したが、凸部と凹部との接触部が、径方向に所定幅を有する帯状の環状をなしていてもよい。この場合、環状の帯の幅の中心位置に作用する押圧力について、上述の接触角Dが、上述の範囲内にあればよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In the above-described embodiment, the convex portion and the concave portion are described as being in line contact, but the contact portion between the convex portion and the concave portion may form a belt-like ring having a predetermined width in the radial direction. In this case, the above-mentioned contact angle D should just be in the above-mentioned range about the pressing force which acts on the center position of the width | variety of a cyclic | annular belt | band | zone. In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
4,6…自在継手、20,21…ヨーク、22…十字軸、24…トラニオン、24a…(トラニオンの)端面、24b…(トラニオンの)外周面、24c…(トラニオンの)中心軸線、25…嵌合孔、27…針状ころ、28…外輪カップ、28a…(外輪カップの)内底面、30…ボール(凸部)、30a…接触部、30b…(ボールの)表面(凸湾曲面、球面)、30c…先端、31…ボール受け部(凹部)、31a…接触部(逃げ部の周縁)、32…凹湾曲面(球面)、33…逃げ部(凹湾曲面の底部)、D…接触角、F1…押圧力の方向、Ra…凸湾曲面の曲率半径 4, 6 ... Universal joints, 20, 21 ... Yoke, 22 ... Cross shaft, 24 ... Trunnion, 24a ... (Trunnion) end face, 24b ... (Trunnion) outer peripheral surface, 24c ... (Trunnion) central axis, 25 ... Fitting hole, 27 ... needle rollers, 28 ... outer ring cup, 28a ... inner bottom surface of (outer ring cup), 30 ... ball (convex part), 30a ... contact part, 30b ... (ball) surface (convex curved surface, Spherical surface), 30c ... tip, 31 ... ball receiving part (concave part), 31a ... contact part (periphery of relief part), 32 ... concave curved surface (spherical surface), 33 ... relief part (bottom part of concave curved surface), D ... Contact angle, F1 ... direction of pressing force, Ra ... radius of curvature of convex curved surface
Claims (2)
このトラニオンの外周面の周囲を取り囲んで環状に配置された複数の針状ころと、
ヨークの嵌合孔に保持され、上記針状ころを介して上記トラニオンを回転自在に支持する有底円筒状の外輪カップと、
上記トラニオンの端面および外輪カップの内底面の何れか一方に設けられた凸部、および他方に設けられ上記凸部を受ける凹部とを備え、
上記凸部および凹部は、トラニオンの中心軸線を中心とする環状の接触部で互いに押圧状態で接触しており、
上記接触部で凸部および凹部間に働く押圧力の方向と、トラニオンの中心軸線とのなす角度である接触角は、0度を越え40度未満の範囲にあり、
上記凸部は、凸湾曲面を含み、
上記凹部は、上記凸湾曲面の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する凹湾曲面と、この凹湾曲面の底部に設けられ凸湾曲面の先端から逃げるように窪んだ逃げ部とを含み、上記接触部は、逃げ部の周縁を含むことを特徴とする自在継手。 A trunnion provided on the cross shaft,
A plurality of needle rollers arranged in an annular shape surrounding the periphery of the trunnion;
A cylindrical outer ring cup with a bottom that is held in a fitting hole of the yoke and rotatably supports the trunnion via the needle rollers;
A convex portion provided on any one of the end surface of the trunnion and the inner bottom surface of the outer ring cup, and a concave portion provided on the other side for receiving the convex portion,
The convex portion and the concave portion are in contact with each other in a pressed state at an annular contact portion centering on the central axis of the trunnion,
The direction of the pressing force acting between the convex portion and the concave portion at the contact portion, the contact angle is an angle between the center axis line of the trunnion, Ri range near less than 40 degrees greater than zero degrees,
The convex portion includes a convex curved surface,
The concave portion includes a concave curved surface having a radius of curvature larger than the radius of curvature of the convex curved surface, and a relief portion that is provided at the bottom of the concave curved surface and is recessed so as to escape from the tip of the convex curved surface, The contact portion includes a peripheral edge of the escape portion .
上記凸湾曲面および凹湾曲面は、それぞれ球面を含むことを特徴とする自在継手。 The universal joint according to claim 1 ,
Each of the convex curved surface and the concave curved surface includes a spherical surface.
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