JP5861349B2 - Ball type constant velocity joint cage stress analyzer - Google Patents

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本発明は、ボール型等速ジョイントの保持器の応力解析装置に関するものである。   The present invention relates to a stress analysis device for a cage of a ball type constant velocity joint.

ボール型等速ジョイントの構成部品において、保持器が最も耐久性の低い部品であることが多い。そのため、保持器の耐久性評価は非常に重要である。保持器の耐久性評価に際してより高精度な数値解析を行うことが望まれている。なお、ボール型等速ジョイントではないが、転がり軸受の保持器の応力解析について、特開２００８−１１６０４０号公報（特許文献１）に記載されている。   Of the components of ball type constant velocity joints, the cage is often the least durable component. Therefore, durability evaluation of the cage is very important. It is desired to perform more accurate numerical analysis when evaluating the durability of the cage. In addition, although it is not a ball-type constant velocity joint, it is described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-1116040 (patent document 1) about the stress analysis of the cage of a rolling bearing.

特開２００８−１１６０４０号公報JP 2008-1106040 A

ところで、近年、高精度に数値解析を行う方法として、直接積分を用いた有限要素法による構造解析と運動学と動力学演算による機構解析との連成解析を行うことができるソフトウエアが開発されている。そして、このような連成解析をボール型等速ジョイントの保持器に適用する場合に、高精度な解析結果を得ることができる手法について検討されている。   In recent years, software has been developed as a method to perform numerical analysis with high accuracy, which can perform coupled analysis between structural analysis by finite element method using direct integration and mechanism analysis by kinematics and dynamics calculation. ing. And when such a coupled analysis is applied to a cage of a ball type constant velocity joint, a technique capable of obtaining a highly accurate analysis result has been studied.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、構造解析と機構解析との連成解析を適用して、より高精度な解析結果を得ることができるボール型等速ジョイントの保持器の応力解析装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to hold a ball-type constant velocity joint that can obtain a more accurate analysis result by applying a coupled analysis of a structural analysis and a mechanism analysis. An object of the present invention is to provide a stress analysis device for a vessel.

（請求項１）本発明に係るボール型等速ジョイントの保持器の応力解析装置は、内周面に外輪ボール溝が形成された外輪と、外周面に内輪ボール溝が形成された内輪と、前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝を転動可能に配置され前記外輪と前記内輪との間でトルク伝達を行うボールと、前記外輪と前記内輪との間に配置され前記ボールを保持する窓部が形成された保持器と、を備えるボール型等速ジョイントにおける前記保持器の応力解析を行う装置であって、前記保持器を六面体要素に分割して直接積分法を用いた有限要素法により行う構造解析と、前記ボール型等速ジョイントの構成部品および当該構成部品に連結される部品により構成される解析モデルによる機構解析と、の連成解析を適用し、前記保持器は、周方向に隣り合う前記窓部を区画する柱部を備え、前記柱部の外周面側の周方向幅は、前記柱部の内周面側の周方向幅よりも大きく、前記柱部の外周面は、前記外輪の開口側の内周縁に接触し、前記柱部の外周面側における周方向の前記六面体要素の数は、前記柱部の内周面側における周方向の前記六面体要素の数より多くなるように設定されている。 (Claim 1) A stress analysis apparatus for a cage of a ball type constant velocity joint according to the present invention includes an outer ring having an outer ring ball groove formed on an inner peripheral surface, an inner ring having an inner ring ball groove formed on an outer peripheral surface, The outer ring ball groove and the inner ring ball groove are disposed so as to be capable of rolling, and a torque is transmitted between the outer ring and the inner ring, and a window portion is disposed between the outer ring and the inner ring and holds the ball. Is a device for performing stress analysis of the cage in a ball-type constant velocity joint comprising: a finite element method using a direct integration method by dividing the cage into hexahedral elements Applying coupled analysis of structural analysis and mechanism analysis using an analysis model composed of components of the ball-type constant velocity joint and components connected to the component, the cage is adjacent in the circumferential direction. Fit Comprising a pillar portion that partitions the Kimado portion, the circumferential width of the outer peripheral surface side of the pillar portion is larger than the circumferential width of the inner peripheral surface side of the pillar portion, the outer peripheral surface of the pillar portion, the outer ring The number of the hexahedron elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the column part is larger than the number of the hexahedron elements in the circumferential direction on the inner peripheral surface side of the column part. Is set.

（請求項２）また、前記保持器は、前記柱部と、前記窓部における前記保持器の軸方向部分を区画する軸方向縁部とを備え、前記軸方向縁部における外周面側の周方向長さと前記軸方向縁部の内周面側の周方向長さの差の率は、前記柱部における外周面側の周方向幅と前記柱部の内周面側の周方向幅の差の率に比べて小さく、前記軸方向縁部の外周面側における周方向の前記六面体要素の数は、前記軸方向縁部の内周面側における周方向の前記六面体要素の数と同一となるように設定されるようにしてもよい。

(Claim 2) In addition, the cage includes the pillar portion and an axial edge portion defining an axial portion of the cage in the window portion, and the outer peripheral surface side periphery of the axial edge portion. The difference between the axial length and the circumferential length of the axial edge on the inner circumferential surface side is the difference between the circumferential width on the outer circumferential surface side of the column portion and the circumferential width on the inner circumferential surface side of the column portion. The number of the hexahedral elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the axial edge portion is the same as the number of the hexahedral elements in the circumferential direction on the inner peripheral surface side of the axial edge portion. You may make it set so.

（請求項１）保持器の柱部の外周面側の周方向幅は、内周面側の周方向幅よりも大きい。ここで、保持器の窓部は、例えば打抜きプレス加工やエンドミルによる切削加工により形成されることが一般的である。このようにして窓部を形成されることによって、柱部の外周面側の周方向幅と内周面側の周方向幅との差は、大きくなる。   (Claim 1) The circumferential width on the outer peripheral surface side of the pillar portion of the cage is larger than the circumferential width on the inner peripheral surface side. Here, the window portion of the cage is generally formed by, for example, punching press processing or cutting processing by an end mill. By forming the window portion in this manner, the difference between the circumferential width on the outer peripheral surface side of the column portion and the circumferential width on the inner peripheral surface side is increased.

そして、本発明によれば、連成解析のうち有限要素法を六面体要素に分割して行っている。ここで、高精度な構造解析を行うために、六面体要素のアスペクト比を１に近づけることが望まれる。つまり、理想的な六面体要素は立方体となる。本発明によれば、柱部の外周面側における周方向の要素数を内周面側における周方向の要素数より多くなるように分割されている。そのため、柱部の外周面側の周方向幅が内周面側の周方向幅より大きいとしても、柱部の各要素のアスペクト比がそれほど大きくならないようにできる。つまり、高精度な柱部の連成解析が可能となる。   According to the present invention, the finite element method is divided into hexahedral elements in the coupled analysis. Here, in order to perform a highly accurate structural analysis, it is desired that the aspect ratio of the hexahedral element be close to 1. In other words, the ideal hexahedral element is a cube. According to this invention, it is divided | segmented so that the number of elements of the circumferential direction in the outer peripheral surface side of a pillar part may be larger than the number of elements of the circumferential direction in the inner peripheral surface side. Therefore, even if the circumferential width on the outer peripheral surface side of the column portion is larger than the circumferential width on the inner peripheral surface side, the aspect ratio of each element of the column portion can be prevented from becoming so large. That is, a highly accurate coupled analysis of the column portion is possible.

また、保持器の柱部の外周面側は、外輪の開口側の内周縁に接触することにより、押し付け荷重を受ける。従って、柱部の外周面側を高精度に解析することは非常に重要である。本発明のように柱部の外周面側における周方向の要素数を多くすることによって、外輪との接触に起因する応力分布を高精度に解析ができる。つまり、柱部の各要素のアスペクト比を１に近づけることと、柱部の外周面側における周方向の要素数を多くすることによって、柱部の高精度な連成解析が可能となる。   Moreover, the outer peripheral surface side of the pillar part of the cage receives a pressing load by contacting the inner peripheral edge on the opening side of the outer ring. Therefore, it is very important to analyze the outer peripheral surface side of the column part with high accuracy. By increasing the number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the column portion as in the present invention, the stress distribution resulting from the contact with the outer ring can be analyzed with high accuracy. That is, highly accurate coupled analysis of the column part can be performed by increasing the aspect ratio of each element of the column part to 1 and increasing the number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the column part.

（請求項２）保持器の軸方向縁部については、外周面側の周方向長さが内周面側の周方向長さに比べて長い。しかしながら、軸方向縁部における外周面側の周方向長さと内周面側の周方向長さの差の率は、柱部における外周面側の周方向幅と内周面側の周方向幅の差の率に比べると小さい。そこで、軸方向縁部については、外周面側の周方向の要素数と内周面側の周方向の要素数とを同一にすることで、十分に高精度な連成解析を行うことができると共に、要素の設定が容易となる。   (Claim 2) About the axial direction edge part of a holder | retainer, the circumferential direction length on the outer peripheral surface side is long compared with the circumferential direction length on the inner peripheral surface side. However, the ratio of the difference between the circumferential length on the outer circumferential surface side and the circumferential length on the inner circumferential surface side in the axial edge portion is the difference between the circumferential width on the outer circumferential surface side and the circumferential width on the inner circumferential surface side in the column portion. Small compared to the rate of difference. Thus, with respect to the axial edge, it is possible to perform sufficiently accurate coupled analysis by making the number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side the same as the number of elements in the circumferential direction on the inner peripheral surface side. At the same time, setting of elements becomes easy.

本実施形態における連成解析モデルとしてのドライブシャフトを示す軸方向断面図である。It is an axial sectional view showing a drive shaft as a coupled analysis model in the present embodiment. 応力解析対象である保持器を径方向外側から見た図である。It is the figure which looked at the cage which is a stress analysis object from the diameter direction outside. 保持器を軸方向から見た図である。図２の下面図に相当する。さらに、打抜きプレスに用いる打抜型を合わせて図示する。It is the figure which looked at the holder | retainer from the axial direction. This corresponds to the bottom view of FIG. Further, a punching die used for the punching press is also illustrated. 図２に示す保持器を六面体一次要素にメッシュ分割した拡大図であり、保持器の輪郭線を太線にて示し、分割した要素線を細線にて示す。It is the enlarged view which mesh-divided the cage | basket shown in FIG. 2 into the hexahedral primary element, the outline of a cage | basket is shown with a thick line, and the divided | segmented element line is shown with a thin line. 図４のＡ−Ａ断面図を示し、図４と同様に、保持器の輪郭線を太線にて示し、分割した要素線を細線にて示す。4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4, and similarly to FIG. 4, the outline of the cage is indicated by a bold line, and the divided element lines are indicated by thin lines.

以下、本発明のボール型等速ジョイントの保持器の応力解析装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment embodying a stress analysis device for a cage of a ball type constant velocity joint according to the invention will be described with reference to the drawings.

（連成解析モデル）
本実施形態の連成解析モデルについて、図１を参照して説明する。図１に示すように、連成解析モデルは、自動車のドライブシャフトを例に挙げる。そして、応力解析の対象は、ボール型等速ジョイント１００を構成する保持器１４０である。また、保持器１４０について、有限要素法による構造解析とマルチボディダイナミクスによる動力学（多体動力学）演算となる機構解析との連成解析を行う。特に、構造解析は、直接積分法を用いて行う。 (Coupled analysis model)
The coupled analysis model of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the coupled analysis model is exemplified by a drive shaft of an automobile. The object of the stress analysis is the cage 140 constituting the ball type constant velocity joint 100. In addition, the cage 140 is subjected to a coupled analysis of a structural analysis by a finite element method and a mechanism analysis that is a dynamics (multibody dynamics) calculation by multibody dynamics. In particular, the structural analysis is performed using a direct integration method.

連成解析モデルは、図１に示すように、シャフト１０と、シャフト１０の一端に連結されるボール型等速ジョイント１００と、シャフト１０の他端に連結される摺動式トリポード型等速ジョイント２００とを備える。ボール型等速ジョイント１００は、固定式ボール型等速ジョイント（「ツェッパ型等速ジョイント」とも称する）である。ボール型等速ジョイント１００は、外輪１１０と、内輪１２０と、複数のボール１３０と、保持器１４０とを備えて構成される。   As shown in FIG. 1, the coupled analysis model includes a shaft 10, a ball type constant velocity joint 100 connected to one end of the shaft 10, and a sliding tripod type constant velocity joint connected to the other end of the shaft 10. 200. The ball type constant velocity joint 100 is a fixed ball type constant velocity joint (also referred to as a “Zepper type constant velocity joint”). The ball-type constant velocity joint 100 includes an outer ring 110, an inner ring 120, a plurality of balls 130, and a cage 140.

外輪１１０は、一方に開口部を有するカップ状（有底筒状）に形成されている。この外輪１１０のカップ底部の外方には、連結軸１１１が外輪軸方向に延びるように一体成形されている。さらに、外輪１１０の内周面１１２は、球面凹状に形成されている。さらに、外輪１１０の内周面１１２には、外輪軸直交方向断面をほぼ円弧凹状に形成している複数の外輪ボール溝１１３が、ほぼ外輪軸方向に延びるように形成されている。これら複数の外輪ボール溝１１３は、径方向断面において、周方向に等間隔に形成されている。ここで、外輪軸方向とは、外輪１１０の中心軸を通る方向、すなわち、外輪１１０の回転軸方向を意味する。   The outer ring 110 is formed in a cup shape (bottomed cylindrical shape) having an opening on one side. A connecting shaft 111 is integrally formed on the outer side of the cup bottom of the outer ring 110 so as to extend in the direction of the outer ring axis. Furthermore, the inner peripheral surface 112 of the outer ring 110 is formed in a spherical concave shape. Further, on the inner peripheral surface 112 of the outer ring 110, a plurality of outer ring ball grooves 113 whose outer ring axis orthogonal cross section is formed in a substantially arc concave shape are formed so as to extend substantially in the outer ring axis direction. The plurality of outer ring ball grooves 113 are formed at equal intervals in the circumferential direction in the radial cross section. Here, the outer ring axial direction means a direction passing through the central axis of the outer ring 110, that is, a rotation axis direction of the outer ring 110.

内輪１２０は、環状に形成されており、外輪１１０のカップ内側に配置されている。この内輪１２０の外周面１２１は、球面凸状に形成されている。さらに、内輪１２０の外周面１２１には、内輪軸直交方向断面がほぼ円弧凹状からなる複数の内輪ボール溝１２２が、ほぼ内輪軸方向に延びるように形成されている。これら複数の内輪ボール溝１２２は、径方向断面において、周方向に等間隔に、且つ、外輪１１０に形成される外輪ボール溝１１３と同数形成されている。つまり、それぞれの内輪ボール溝１２２が、外輪１１０のそれぞれの外輪ボール溝１１３に対向するように位置する。   The inner ring 120 is formed in an annular shape and is disposed inside the cup of the outer ring 110. The outer peripheral surface 121 of the inner ring 120 is formed in a spherical convex shape. Further, a plurality of inner ring ball grooves 122 whose inner ring axis orthogonal cross section is substantially arc-shaped are formed on the outer peripheral surface 121 of the inner ring 120 so as to extend substantially in the inner ring axis direction. The plurality of inner ring ball grooves 122 are formed at equal intervals in the circumferential direction in the radial cross section and the same number as the outer ring ball grooves 113 formed in the outer ring 110. That is, each inner ring ball groove 122 is positioned to face each outer ring ball groove 113 of the outer ring 110.

複数のボール１３０は、それぞれ、外輪１１０の外輪ボール溝１１３と、当該外輪ボール溝１１３に対向する内輪１２０の内輪ボール溝１２２には挟まれるように配置されている。そして、それぞれのボール１３０は、それぞれの外輪ボール溝１１３およびそれぞれの内輪ボール溝１２２に対して、転動自在で周方向に係合している。従って、ボール１３０は、外輪１１０と内輪１２０との間でトルクを伝達する。   The plurality of balls 130 are disposed so as to be sandwiched between the outer ring ball groove 113 of the outer ring 110 and the inner ring ball groove 122 of the inner ring 120 facing the outer ring ball groove 113. Each ball 130 is rotatable and engaged with each outer ring ball groove 113 and each inner ring ball groove 122 in the circumferential direction. Therefore, the ball 130 transmits torque between the outer ring 110 and the inner ring 120.

保持器１４０は、環状に形成されている。この保持器１４０の外周面１４１は、外輪１１０の内周面１１２にほぼ対応する部分球面状、すなわち球面凸状に形成されている。一方、保持器１４０の内周面１４２は、内輪１２０の外周面１２１にほぼ対応する部分球面状、すなわち球面凹状に形成されている。この保持器１４０は、外輪１１０の内周面１１２と内輪１２０の外周面１２１との間に配置されている。さらに、保持器１４０は、周方向に等間隔に、略矩形の貫通孔である窓部１４３を複数形成している。そして、それぞれの窓部１４３に、ボール１３０が１つずつ収容され、保持されている。   The retainer 140 is formed in an annular shape. The outer peripheral surface 141 of the cage 140 is formed in a partial spherical shape substantially corresponding to the inner peripheral surface 112 of the outer ring 110, that is, a spherical convex shape. On the other hand, the inner peripheral surface 142 of the retainer 140 is formed in a partial spherical shape substantially corresponding to the outer peripheral surface 121 of the inner ring 120, that is, a spherical concave shape. The cage 140 is disposed between the inner peripheral surface 112 of the outer ring 110 and the outer peripheral surface 121 of the inner ring 120. Furthermore, the retainer 140 is formed with a plurality of window portions 143 that are substantially rectangular through holes at equal intervals in the circumferential direction. One ball 130 is accommodated and held in each window portion 143.

摺動式トリポード型等速ジョイント２００は、公知の摺動式トリポード型等速ジョイントである。この摺動式トリポード型等速ジョイントは、外輪２１０と、トリポード２２０と、三個のローラ２３０とを備えて構成される。   The sliding tripod type constant velocity joint 200 is a known sliding type tripod type constant velocity joint. This sliding tripod type constant velocity joint includes an outer ring 210, a tripod 220, and three rollers 230.

そして、シャフト１０は弾性体とする。つまり、シャフト１０は、連成解析において、弾性変形、例えば曲げ変形が許容されることになる。ここで、シャフト１０は、演算処理の簡易化のため、分割した弾性体梁要素として把握する。さらに、シャフト１０は、その質量を有するものとする。つまり、連成解析において、シャフト１０の自重が考慮される。   The shaft 10 is an elastic body. That is, the shaft 10 is allowed to undergo elastic deformation, for example, bending deformation, in the coupled analysis. Here, the shaft 10 is grasped as a divided elastic beam element in order to simplify the arithmetic processing. Furthermore, the shaft 10 shall have the mass. That is, the weight of the shaft 10 is taken into account in the coupled analysis.

また、シャフト１０の他端は、摺動式トリポード型等速ジョイント２００のトリポード２２０に連結されている。従って、シャフト１０の他端は、摺動式トリポード型等速ジョイント２００の外輪２１０に対して、当該外輪２１０の軸方向に摺動可能となる。ここで、拘束条件として、ボール型等速ジョイント１００の外輪１１０の回転中心軸、当該外輪１１０の回転中心軸に対する位置、摺動式トリポード型等速ジョイント２００の外輪２１０の回転中心軸、および、当該外輪２１０の回転中心軸に対する位置が固定されているものとする。   The other end of the shaft 10 is connected to the tripod 220 of the sliding tripod type constant velocity joint 200. Therefore, the other end of the shaft 10 can slide in the axial direction of the outer ring 210 with respect to the outer ring 210 of the sliding tripod type constant velocity joint 200. Here, as the constraint conditions, the rotation center axis of the outer ring 110 of the ball type constant velocity joint 100, the position of the outer ring 110 with respect to the rotation center axis, the rotation center axis of the outer ring 210 of the sliding tripod type constant velocity joint 200, and It is assumed that the position of the outer ring 210 with respect to the rotation center axis is fixed.

（保持器の詳細構成）
次に、応力解析対象である保持器１４０の構成について、図２および図３を参照して詳細に説明する。保持器１４０は、図２および図３に示すように、周方向に複数の窓部１４３を形成している。つまり、保持器１４０は、周方向に隣り合う窓部１４３を区画する複数の柱部１４４と、窓部１４３における軸方向部分を区画する軸方向縁部１４５，１４６とを備える。換言すると、窓部１４３は、２本の柱部１４４と、軸方向縁部１４５，１４６とにより囲まれて形成されている。なお、保持器１４０は、複数の柱部１４４、複数の軸方向縁部１４５、および、複数の軸方向縁部１４６により形成されている。 (Detailed configuration of cage)
Next, the configuration of the cage 140 that is a stress analysis target will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. As shown in FIGS. 2 and 3, the retainer 140 forms a plurality of window portions 143 in the circumferential direction. That is, the retainer 140 includes a plurality of column portions 144 that define the window portions 143 that are adjacent to each other in the circumferential direction, and axial edge portions 145 and 146 that define axial portions of the window portion 143. In other words, the window portion 143 is formed by being surrounded by the two column portions 144 and the axial edge portions 145 and 146. The retainer 140 is formed by a plurality of column portions 144, a plurality of axial edge portions 145, and a plurality of axial edge portions 146.

窓部１４３は、打抜きプレス加工によって形成される。具体的には、図３に示すように、保持器１４０の径方向外側から径方向内側に向かって打抜型３００を移動させることにより、１つの窓部１４３が形成される。このようにして、他の窓部１４３についても同様に形成する。この他に、エンドミルの周面による切削加工により、窓部１４３を形成することもできる。この場合の窓部１４３は、実質的に、打抜きプレス加工による窓部１４３と同様の形状に形成される。   The window part 143 is formed by punching press processing. Specifically, as shown in FIG. 3, one window portion 143 is formed by moving the punching die 300 from the radially outer side of the cage 140 toward the radially inner side. In this way, the other window portions 143 are formed in the same manner. In addition, the window part 143 can also be formed by cutting with the peripheral surface of the end mill. The window part 143 in this case is formed in the shape substantially the same as the window part 143 by stamping press work.

従って、窓部１４３の周縁形状は、打抜型３００の移動方向に平行な形状に形成されている。つまり、柱部１４４の側面と、周方向に隣りの柱部１４４の対向側面とは、平行に形成されている。また、軸方向縁部１４５，１４６の軸方向対向面も平行に形成されている。そのため、柱部１４４の外周面側の周方向幅は、その内周面側の周方向幅に比べて大幅に大きい。   Therefore, the peripheral shape of the window portion 143 is formed in a shape parallel to the moving direction of the punching die 300. That is, the side surface of the column portion 144 and the opposite side surface of the column portion 144 adjacent in the circumferential direction are formed in parallel. Moreover, the axial direction opposing surfaces of the axial edge portions 145 and 146 are also formed in parallel. Therefore, the circumferential width on the outer peripheral surface side of the column portion 144 is significantly larger than the circumferential width on the inner peripheral surface side.

ここで、保持器１４０の外周面１４１および内周面１４２は、球面状に形成されている。そのため、保持器１４０の軸方向縁部１４５，１４６における外周面側の周方向長さは、その内周面側の周方向長さより長い。しかし、窓部１４３は上記のように形成されるため、軸方向縁部１４５，１４６における外周面側の周方向長さと内周面側の周方向長さの差の率（ΔＬ／Ｌａ）は、柱部１４４における外周面側の周方向幅と内周面側の周方向幅の差の率（ΔＨ／Ｈａ）に比べると小さい。ここで、ΔＬは、軸方向縁部１４５，１４６の外内周の周方向長さの差であり、Ｌａは、軸方向縁部１４５，１４６の外周面側の周方向長さである。ΔＨは、柱部１４４の外内周の周方向幅の差であり、Ｈａは、柱部１４４の外周面側の周方向幅である。   Here, the outer peripheral surface 141 and the inner peripheral surface 142 of the cage 140 are formed in a spherical shape. Therefore, the circumferential length on the outer circumferential surface side of the axial edge portions 145 and 146 of the cage 140 is longer than the circumferential length on the inner circumferential surface side. However, since the window portion 143 is formed as described above, the ratio (ΔL / La) of the difference between the circumferential length on the outer circumferential surface side and the circumferential length on the inner circumferential surface side at the axial edge portions 145 and 146 is The ratio of the difference between the circumferential width on the outer circumferential surface side and the circumferential width on the inner circumferential surface side in the column portion 144 (ΔH / Ha) is small. Here, ΔL is the difference between the circumferential lengths of the outer and inner circumferences of the axial edge portions 145 and 146, and La is the circumferential length of the axial edge portions 145 and 146 on the outer circumferential surface side. ΔH is the difference in the circumferential width of the outer periphery of the column portion 144, and Ha is the circumferential width of the column portion 144 on the outer peripheral surface side.

（ボール型等速ジョイントの動作）
次に、ボール型等速ジョイント１００の動作について、再び図１を参照して説明する。ジョイント角を付与した状態において、ボール１３０が外輪ボール溝１１３および内輪ボール溝１２２に係合することにより、外輪１１０と内輪１２０との間でトルクが伝達される。このとき、ボール１３０と外輪ボール溝１１３および内輪ボール溝１２２との接触によって、ボール１３０は外輪１１０の開口部側に向かって移動する方向への荷重が作用する。しかし、保持器１４０がボール１３０を保持しており、保持器１４０が外輪１１０の開口部側の内周縁に接触することで、ボール１３０は外輪ボール溝１１３と内輪ボール溝１２２に係合した状態を維持する。 (Ball type constant velocity joint operation)
Next, the operation of the ball type constant velocity joint 100 will be described with reference to FIG. 1 again. In a state where the joint angle is applied, the ball 130 is engaged with the outer ring ball groove 113 and the inner ring ball groove 122, whereby torque is transmitted between the outer ring 110 and the inner ring 120. At this time, due to the contact of the ball 130 with the outer ring ball groove 113 and the inner ring ball groove 122, a load is applied in a direction in which the ball 130 moves toward the opening side of the outer ring 110. However, the cage 140 holds the ball 130, and the ball 130 is engaged with the outer ring ball groove 113 and the inner ring ball groove 122 by contacting the inner peripheral edge of the outer ring 110 on the opening side. To maintain.

このように、保持器１４０の外周面１４１が外輪１１０の開口部側の内周縁に接触する。特に、保持器１４０の柱部１４４の外周面側が、外輪１１０の開口部側の内周縁に接触する。従って、保持器１４０の柱部１４４の外周面側は、外輪１１０から荷重を受ける。   Thus, the outer peripheral surface 141 of the retainer 140 contacts the inner peripheral edge of the outer ring 110 on the opening side. In particular, the outer peripheral surface side of the pillar portion 144 of the cage 140 is in contact with the inner peripheral edge of the outer ring 110 on the opening portion side. Therefore, the outer peripheral surface side of the column portion 144 of the cage 140 receives a load from the outer ring 110.

（保持器１４０の分割メッシュ）
次に、保持器１４０について有限要素法による構造解析を行うために、保持器１４０を多数の要素に分割する。この分割メッシュについて、図４および図５を参照して説明する。図４および図５に示すように、本連成解析においては、分割する保持器１４０の要素は、六面体一次要素とする。つまり、一つの六面体一次要素は、境界面が６面であり、境界線分が１２本であり、節点数が８点（各角点）となる。ただし、分割する保持器１４０の要素を六面体二次要素としてもよい。一つの六面体二次要素は、境界面が６面であり、境界線分が１２本であり、節点数が２０点となる。 (Divided mesh of cage 140)
Next, in order to perform structural analysis by the finite element method for the cage 140, the cage 140 is divided into a number of elements. This divided mesh will be described with reference to FIG. 4 and FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, in this coupled analysis, the element of the cage 140 to be divided is a hexahedral primary element. That is, one hexahedral primary element has six boundary surfaces, twelve boundary line segments, and eight nodes (each corner point). However, the element of the cage 140 to be divided may be a hexahedral secondary element. One hexahedral secondary element has 6 boundary surfaces, 12 boundary segments, and 20 nodes.

さらに、図５に示すように、保持器１４０の内周面から外周面に至る方向において、節点数が４点以上となるようにしている。ここでは、保持器１４０の内周面から外周面に至る方向において、五段の六面体一次要素を有するように分割メッシュを生成している。つまり、節点数が６点となる。   Furthermore, as shown in FIG. 5, the number of nodes is set to 4 or more in the direction from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the cage 140. Here, in the direction from the inner peripheral surface of the cage 140 to the outer peripheral surface, the divided mesh is generated so as to have five-step hexahedral primary elements. That is, the number of nodes is 6.

また、柱部１４４の外周面側における周方向の六面体一次要素の数は、７個とし、柱部１４４の内周面側における周方向の六面体一次要素の数は、３個となるように設定している。つまり、柱部１４４の外周面側における周方向の要素数が、内周面側における周方向の要素数より多くなるように設定されている。そして、柱部１４４において、内周面側から外周面側に行くに従って、周方向の要素数が多くなるようにしている。一方、軸方向縁部１４５，１４６の外周面における周方向の要素数は、軸方向縁部１４５，１４６の内周面側における周方向の要素数と同一となるように設定されている。   Also, the number of hexahedral primary elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the column portion 144 is set to seven, and the number of primary hexahedral elements in the circumferential direction on the inner peripheral surface side of the column portion 144 is set to be three. doing. That is, the number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the column part 144 is set to be larger than the number of elements in the circumferential direction on the inner peripheral surface side. In the column portion 144, the number of elements in the circumferential direction increases from the inner peripheral surface side to the outer peripheral surface side. On the other hand, the number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the axial edge portions 145, 146 is set to be the same as the number of elements in the circumferential direction on the inner peripheral surface side of the axial edge portions 145, 146.

ところで、高精度な構造解析を行うために、六面体一次要素のアスペクト比を１に近づけることが望まれる。つまり、理想的な六面体一次要素は立方体となる。柱部１４４および軸方向縁部１４５，１４６は、上記にようにメッシュ分割することにより、アスペクト比を可能な限り１に近づけることができている。このことについて、詳細に説明する。   By the way, in order to perform a highly accurate structural analysis, it is desired that the aspect ratio of the hexahedral primary element be close to 1. In other words, the ideal hexahedral primary element is a cube. The column portion 144 and the axial edge portions 145 and 146 can be made as close as possible to the aspect ratio by dividing the mesh as described above. This will be described in detail.

柱部１４４における外周面側の周方向幅は、内周面側の周方向幅に比べて大きい。特に、幅に対する差が大きい。そこで、柱部１４４においては、外周面側における周方向の要素数を内周面側における周方向の要素数より多くなるようにメッシュ分割している。そのため、柱部１４４の外周面側の周方向幅が内周面側の周方向幅より大きいとしても、柱部１４４の各要素のアスペクト比がそれほど大きくならないようにできる。つまり、高精度な柱部１４４の連成解析が可能となる。   The circumferential width on the outer peripheral surface side of the column portion 144 is larger than the circumferential width on the inner peripheral surface side. In particular, the difference with respect to the width is large. Therefore, the pillar portion 144 is mesh-divided so that the number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side is larger than the number of elements in the circumferential direction on the inner peripheral surface side. Therefore, even if the circumferential width on the outer circumferential surface side of the column portion 144 is larger than the circumferential width on the inner circumferential surface side, the aspect ratio of each element of the column portion 144 can be prevented from becoming so large. That is, a highly accurate coupled analysis of the column portion 144 is possible.

また、上述したように、柱部１４４の外周面側は、外輪１１０の開口部側の内周縁に接触することにより、押し付け荷重を受ける。従って、柱部１４４の外周面側を高精度に解析することは非常に重要である。そして、柱部１４４の外周面側における周方向の要素数を多くすることによって、外輪１１０との接触に起因する応力分布を高精度に解析ができる。つまり、柱部１４４の各要素のアスペクト比を１に近づけることと、柱部１４４の外周面側における周方向の要素数を多くすることによって、柱部１４４の高精度な連成解析が可能となる。   Further, as described above, the outer peripheral surface side of the column portion 144 receives a pressing load by contacting the inner peripheral edge of the outer ring 110 on the opening portion side. Therefore, it is very important to analyze the outer peripheral surface side of the column part 144 with high accuracy. And by increasing the number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the column part 144, the stress distribution resulting from the contact with the outer ring 110 can be analyzed with high accuracy. That is, by making the aspect ratio of each element of the column part 144 close to 1 and increasing the number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the column part 144, it is possible to perform highly accurate coupled analysis of the column part 144. Become.

また、保持器１４０の外内周面は、球面状であるため、軸方向縁部１４５，１４６の外周面側の周方向長さは、内周面側の周方向長さに比べて長い。ただし、軸方向縁部１４５，１４６の外内周面における周方向の要素数は、同一となるように設定されている。つまり、軸方向縁部１４５，１４６の要素形状は、内周面側から外周面側に行くに従って僅かながら大きくなっている。   Further, since the outer inner peripheral surface of the cage 140 is spherical, the circumferential length on the outer peripheral surface side of the axial edge portions 145 and 146 is longer than the circumferential length on the inner peripheral surface side. However, the number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surfaces of the axial edge portions 145 and 146 is set to be the same. That is, the element shapes of the axial edge portions 145 and 146 are slightly increased from the inner peripheral surface side to the outer peripheral surface side.

ここで、軸方向縁部１４５，１４６における外内周面側の周方向長さの差の率（ΔＬ／Ｌａ）は、柱部１４４における外内周面側の周方向幅の差の率（ΔＨ／Ｈａ）に比べると小さい。そこで、軸方向縁部１４５，１４６については、外内周面側の周方向の要素数を同一にしたとしても、十分に高精度な連成解析を行うことができる。特に、要素数を同一にすることで、要素の設定が容易となる。このように、柱部１４４および軸方向縁部１４５，１４６を、それぞれに応じた要素にメッシュ分割することで、高精度に保持器１４０の応力解析を行うことができる。   Here, the ratio (ΔL / La) of the difference in the circumferential length on the outer inner peripheral surface side in the axial edge portions 145 and 146 is the ratio of the difference in the circumferential width on the outer inner peripheral surface side in the column portion 144 ( Smaller than ΔH / Ha). Thus, with respect to the axial edges 145 and 146, even with the same number of elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side, it is possible to perform sufficiently accurate coupled analysis. In particular, setting the number of elements makes it easy to set the elements. As described above, the pillar portion 144 and the axial edge portions 145 and 146 are mesh-divided into corresponding elements, whereby the stress analysis of the cage 140 can be performed with high accuracy.

また、保持器１４０の内周面から外周面に至る方向において六面体一次要素の境界線分上における節点数を４点以上としている。これにより、保持器１４０に対して径方向力が作用した場合に、変形後の保持器１４０の窓部１４３の輪郭形状が湾曲した形状に近似することができるようになり、且つ、当該輪郭形状が鋭角になることを抑制できる。その結果、高精度な解析結果を得ることができる。   Further, the number of nodes on the boundary line segment of the hexahedral primary element is set to four or more in the direction from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the cage 140. As a result, when a radial force is applied to the cage 140, the contour shape of the window portion 143 of the cage 140 after deformation can be approximated to a curved shape, and the contour shape. Can be prevented from becoming an acute angle. As a result, a highly accurate analysis result can be obtained.

ここで、ボール型等速ジョイント１００には、二次偶力が作用し、シャフト１０は曲げ変形することが知られている。そこで、本実施形態における連成解析モデルとして、シャフト１０を弾性体とすることで、二次偶力によりシャフト１０を曲げようとする力が発生した場合に、シャフト１０が曲げ変形することが許容される。従って、連成解析において保持器１４０に生じる応力は、実際の保持器１４０に生じる応力に非常に近い状態とすることができる。   Here, it is known that a secondary couple acts on the ball-type constant velocity joint 100 and the shaft 10 is bent and deformed. Therefore, as a coupled analysis model in the present embodiment, the shaft 10 is made elastic so that the shaft 10 is allowed to bend and deform when a force for bending the shaft 10 is generated by a secondary couple. Is done. Therefore, the stress generated in the cage 140 in the coupled analysis can be very close to the stress generated in the actual cage 140.

さらに、シャフト１０の自重による曲げ変形を考慮すること、および、シャフト１０の他端に軸方向に摺動可能な摺動式トリポード型等速ジョイント２００を連結した状態で連成解析を行うことで、連成解析におけるシャフト１０の曲げ変形が実際の状態に近い状態とすることができる。その結果、高精度に保持器１４０の応力解析を行うことができる。   Furthermore, by taking into account bending deformation due to the weight of the shaft 10 and performing a coupled analysis with the other end of the shaft 10 coupled to a sliding tripod constant velocity joint 200 slidable in the axial direction. The bending deformation of the shaft 10 in the coupled analysis can be brought into a state close to the actual state. As a result, the stress analysis of the cage 140 can be performed with high accuracy.

１００：ボール型等速ジョイント、 １１０：外輪、 １１２：外輪の内周面、 １１３：外輪ボール溝、 １２０：内輪、 １２１：内輪の外周面、 １２２：内輪ボール溝、 １３０：ボール、 １４０：保持器、 １４３：窓部、 １４４：柱部、 １４５，１４６：軸方向縁部 100: Ball type constant velocity joint, 110: Outer ring, 112: Inner circumferential surface of outer ring, 113: Outer ring ball groove, 120: Inner ring, 121: Outer ring surface of inner ring, 122: Inner ring ball groove, 130: Ball, 140: Holding 143: Window part 144: Column part 145, 146: Axial edge

Claims (2)

内周面に外輪ボール溝が形成された外輪と、外周面に内輪ボール溝が形成された内輪と、前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝を転動可能に配置され前記外輪と前記内輪との間でトルク伝達を行うボールと、前記外輪と前記内輪との間に配置され前記ボールを保持する窓部が形成された保持器と、を備えるボール型等速ジョイントにおける前記保持器の応力解析を行う装置であって、
前記保持器を六面体要素に分割して直接積分法を用いた有限要素法により行う構造解析と、前記ボール型等速ジョイントの構成部品および当該構成部品に連結される部品により構成される解析モデルによる機構解析と、の連成解析を適用し、
前記保持器は、周方向に隣り合う前記窓部を区画する柱部を備え、
前記柱部の外周面側の周方向幅は、前記柱部の内周面側の周方向幅よりも大きく、
前記柱部の外周面は、前記外輪の開口側の内周縁に接触し、
前記柱部の外周面側における周方向の前記六面体要素の数は、前記柱部の内周面側における周方向の前記六面体要素の数より多くなるように設定されているボール型等速ジョイントの保持器の応力解析装置。 An outer ring having an outer ring ball groove formed on the inner circumferential surface, an inner ring having an inner ring ball groove formed on the outer circumferential surface, and the outer ring ball groove and the inner ring ball groove arranged so as to be rollable. Stress analysis of the cage in a ball type constant velocity joint comprising: a ball that transmits torque between the outer ring and the inner ring; and a cage that is disposed between the outer ring and the inner ring and that has a window portion that holds the ball. A device for performing
Based on a structural analysis performed by a finite element method using a direct integration method by dividing the cage into hexahedral elements, and an analysis model composed of components of the ball-type constant velocity joint and components connected to the components Apply coupled analysis with mechanical analysis,
The retainer includes a column part that partitions the window part adjacent in the circumferential direction,
The circumferential width on the outer peripheral surface side of the column portion is larger than the circumferential width on the inner peripheral surface side of the column portion,
The outer peripheral surface of the column portion is in contact with the inner peripheral edge on the opening side of the outer ring,
The number of the hexahedron elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the column part is greater than the number of the hexahedral elements in the circumferential direction on the inner peripheral surface side of the column part. Cage stress analyzer. 請求項１において、
前記保持器は、前記柱部と、前記窓部における前記保持器の軸方向部分を区画する軸方向縁部とを備え、
前記軸方向縁部における外周面側の周方向長さと前記軸方向縁部の内周面側の周方向長さの差の率は、前記柱部における外周面側の周方向幅と前記柱部の内周面側の周方向幅の差の率に比べて小さく、
前記軸方向縁部の外周面側における周方向の前記六面体要素の数は、前記軸方向縁部の内周面側における周方向の前記六面体要素の数と同一となるように設定されているボール型等速ジョイントの保持器の応力解析装置。 In claim 1,
The cage includes the pillar portion and an axial edge portion defining an axial portion of the cage in the window portion,
The rate of the difference between the circumferential length on the outer circumferential surface side of the axial edge and the circumferential length on the inner circumferential surface side of the axial edge is the circumferential width on the outer circumferential surface side of the column portion and the column portion. Smaller than the rate of difference in the circumferential width on the inner peripheral surface side of
A ball set so that the number of the hexahedral elements in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the axial edge portion is the same as the number of the hexahedral elements in the circumferential direction on the inner peripheral surface side of the axial edge portion Stress analysis device for cage of mold constant velocity joint.
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