JPH0736184Y2 - 等速自在継手 - Google Patents

等速自在継手

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JPH0736184Y2
JPH0736184Y2 JP1987193901U JP19390187U JPH0736184Y2 JP H0736184 Y2 JPH0736184 Y2 JP H0736184Y2 JP 1987193901 U JP1987193901 U JP 1987193901U JP 19390187 U JP19390187 U JP 19390187U JP H0736184 Y2 JPH0736184 Y2 JP H0736184Y2
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cage
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宣輝 人見
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、等速自在継手に係り、とくにバーフィール
ド形の等速自在継手に関する。
〔従来の技術〕
従来のバーフィールド形の等速自在継手としては、例え
ば動力伝達装置(自動車工学全書9巻,発行所;株式会
社 山海堂)の349頁,第6.28図に示す構成のものが知
られている。
この構成の継手は、トルクを伝達する複数のボールと、
このボールを各々転走させ得るボール転走溝を有する外
輪及び内輪と、ボールを保持するケージとを有して構成
される。
これを第8図により説明する。同図において、1をボー
ルとすると、内輪の外周面(半径ri1)と外輪の内周面
(半径ro1)とは、同一の継手中心Oを持つ球面になっ
ており、これに対して、内輪,外輪のボール転走溝は、
それぞれ別々のオフセット中心A,Bをもつ円弧状になっ
ている。そして、ボール1は、ボール転走溝とケージと
によって、そのボール中心が駆動軸と被駆動軸とのなす
角(継手角)を2等分する平面内に保持される。このと
き、継手角の変化に対するボール1の中心の軌跡(以
下、ボール中心軌跡という)は、半径r9,オフセット
中心Aを有する同図の円弧a及び半径r9,オフセット
中心Bを有する同図の円弧bとなり、これらの軌跡線a,
bはケージの厚み分の中に収まるようになっている。こ
こで、線分AO,BO=Eであり、σは最大軸交差角(最大
継手角)である。
〔考案が解決しようとする問題点〕
このような従来の等速自在継手にあっては、ボール中心
軌跡a,bがXOX面内で交叉する2つの円弧状の軌跡となっ
ているため、軸角がついたときも各ボールを保持するた
めには、ケージのラジアル方向の厚み分に相当する範囲
にボール中心軌跡a,bが収まるという構成が必要であ
り、且つ、ボールのロケート性を良くするためには、XO
X面での2軌跡a,bの交差角を若干もたせる必要がある。
このため、これらの条件を満足させながら最大軸交差角
2σを大きく設定しようとすると、ケージの肉厚が厚く
なり、ボールとボール転走溝とのトルク伝達の良好な接
点領域が狭小になる。つまり、第9図に示すように、駆
動軸の力は内輪2から接点m,ボール中心p,接点nを経て
外輪3に伝達される。このとき、中心pと点m又はnの
成す角θは45度位が適当であるが、ケージ4が厚くなる
と、接点mが内側に、接点nが外側に各々行き過ぎて、
それらの接点m,nがトルク伝達に不適当な領域に入り、
ボール1と内輪2及び外輪3間にプリロードをかけない
限り、トルク伝達の効率を低下させるという問題点があ
った。これと反対に、トルク伝達の効率を高めようとす
ると、最大軸交差角2σを小さく設定しなければならな
いという相反する問題点があった。
そこで、この考案は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、とくに、ボール中心軌跡の半径方向
の移動量を圧縮する構成を採ることにより、ケージの肉
厚を抑え、ボールの保持性及びロケート性を確保しなが
ら最大軸交差角を大きくとることのできる等速自在継手
を提供することを、その目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
この考案は、上記目的を達成するために、一方の軸に連
結され複数のボール転走溝を有する内輪と、他方の軸に
連結され複数のボール転走溝を有する外輪と、前記内輪
及び前記外輪のボール転走溝相互間に介在されトルクを
伝達する複数のボールと、前記内輪及び外輪間に介在さ
れ前記複数のボールを保持するケージとを備えた等速自
在継手において、 各ボール転走溝の転走方向の底断面形状を、円弧や直線
等からなり変曲点を有する同一形状の複合曲線形状に形
成するとともに、該転走溝の変曲点を転走方向で互いに
対称位置に配置し、継手交差角の変化に対するボール中
心軌跡を前記ケージの肉厚相当域で且つ動力伝達面に対
して鏡像対称となるようにしている。
〔作用〕
この考案では、一方の軸に入力したトルクは、内輪(又
は外輪),ボール,外輪(内輪)を介して他方の軸に等
速で伝達される。このとき、両方の軸に継手角が付く
と、ボールは外輪,内輪のボール転走溝に沿って移動
し、この溝の転走方向に底断面形状に付勢され、これに
よりボールの半径方向の移動量が圧縮される。
〔実施例〕
以下、この考案の一実施例を第1図乃至第3図に基づい
て説明する。
第1図において、10はバーフィールド形の等速自在継
手、12は入力軸(駆動軸)、14は出力軸(被駆動軸)を
示す。
等速自在継手10は、入力軸12に連結された内輪16と、出
力軸14に連結された外輪18と、内輪16及び外輪18間に介
在するトルク伝達用の6個のボール20,…,20と、この各
ボール20を保持するケージ22とを有している。ここで、
図中のOは継手中心を示し、この中心Oを通る軸方向を
Y軸、このY軸に直行する方向の軸をX軸とする。ま
た、24はダストブーツ、26は締付バンドである。
前記ケージ22は、その外周面(半径ro)及び内周面
(半径ri)が同一の継手中心Oとなる一部切除した球
面を有し、外輪18の内周面及び内輪16の外周面間に摺動
自在に介挿されている。
前記内輪16には、ボール20,…,20に対応して、この各ボ
ール20を各々転走させるためのボール転走溝16a,…,16a
が形成されている。また、外輪18にも、同様にボール転
走溝18a,…,18aが形成されている。これらの各ボール転
走溝16a及び18aは、そのボール転走方向に直行する横断
面が所定のトルク伝達角度を有するが略半円状に形成さ
れるとともに、そのボール接触点におけるボール転走方
向の断面形状の各々が、第2図に示すように、変曲点H
を介して円弧Rと直線線分Lとが結合された形状に形成
されている。このとき、相互に対向するボール転走溝16
a,18aでは、底面の形状が転走方向で反対になってお
り、それにより1個のボール20を挟持できるようになっ
ている。
そして、各円弧Rは、継手中心OからY軸上を距離Eだ
け離間したオフセット中心A又はB及び所定半径を有し
ている。また、各変曲点Hは、第1図のように継手角を
零としたとき、動力伝達面XOXに平行にオフセット中心
A,Bから垂線を引き、その垂線と円弧Rとが交わる位置
に各々設定されている。さらに、各線分Lは、継手角を
零としたとき、その変曲点HからYOY軸に平行に形成さ
れている。
このため、継手角の変化に対するボール20,…,20のボー
ル中心軌跡は、第3図に示すように、円弧c12と線分
23との複合曲線(以下、これをボール中心軌跡cと
称する)及び円弧d12と線分d23との複合曲線(以
下、これをボール中心軌跡dと称する)となる。これら
のボール中心軌跡c及びdは、上述した複合曲線R+L
を各々平行移動したものであって、継手10の2等分面XO
X(動力伝達面)に対して鏡像対称にある。そこで、こ
の継手10を介して入力軸12から出力軸14に等速回転を伝
達できる。
次に、本第1実施例の作用効果を説明する。
ボール中心軌跡c及びdがケージ22の肉厚に相当する領
域に収まっているため、軸角が付いた場合でも、ボール
20,…,20が的確に保持される。そして、入力軸12が回転
すると、この回転力は、内輪16,ボール20,…,20,外輪18
を介して、出力軸14に伝達される。このとき、前述した
ボール中心軌跡c及びdが2等分面XOX(動力伝達面)
に対して鏡像対称にあるため、二軸が第1図の如く直線
状態にある場合は勿論のこととして、継手角が付いた場
合でも、ボール20,…,20がボール中心軌跡c又はd上を
移動して等速回転を伝達できる。
また、本実施例では、各ボール転走溝16a及び18aの接触
点における転走方向の底面形状を、変曲点Hを設けた複
合曲線とし、ボール中心軌跡c及びdがケージ22の肉厚
に相当する範囲内に収まるようになっていることから、
そのボール中心軌跡c及びdの半径方向の移動量が、従
来継手と同じ最大軸交差角2σを設定した場合(第8図
及び第3図参照)でもその従来継手に比べて圧縮され
る。つまり、ケージ22の厚さがその分薄くて済むことに
なる。
これを数値例で示すと、第8図の従来継手の理論上の外
径ro1及び内径ri1は、 ro1=E・sinσ+〔(E・sinσ)2+(rg 2−E2)〕
1/2i1=−E・sinσ+〔(E・sinσ)2+(rg 2
2)〕1/2 で表される。一方、本実施例にかかる継手10の理論上の
外径ro2及び内径ri2は、 ro2=ro1i2=(rg 2−3E21/2 となる。そこで、具体的に、距離E=4mm,半径rg=34m
m,角σ=22.5°を代入すると、ro1=35.33mm,ri1=32.
27mm,ri2=33.29mmとなり、したがって、従来継手のケ
ージの理論的厚さは、 ro1−ri1≒3mm となり、一方、本実施例の継手10のケージ22の理論的厚
さは、 ro2−ri2≒2mm となる。そこで、ケージ内外の厚さ余裕Δを各々2mmと
して、これを加算すると、従来継手のケージの実際の厚
さは約7mm,本実施例にかかる継手10のケージ22の実際の
厚さは約6mmとなり、約1mmだけ薄くすることができる。
つまり、等速回転条件が満足されながら、ケージ22の肉
厚を薄くできる分だけ、ボール20とこれに対向するボー
ル転走溝18a,16aとのトルク伝達に的確な接点を十分に
確保でき、これによって最大軸交差角2σを余計に設定
することができる。
さらに、本実施例では、ボール中心軌跡c及びdの相互
の交点Pにおける交差角は、従来継手と同一になってい
るため、ボール20,…,20のロケート性も変わらない。
なお、上記実施例において、線分Lは軸YOYに平行でな
くてもよく、例えば、ボール中心軌跡c及びdにおい
て、変曲点c2及びd2に接する直線又は曲線となるよう
に、ボール転走溝16a,…,16a及び18a,…,18aを形成して
もよい。また、ケージ22の剛性をある程度確保するため
には、変曲点H,H(即ち、c2,d2)の位置は前述したも
のに限定されることなく、その位置を適宜変更して、ケ
ージ22の厚さをある程度確保してもよい。
次に、この考案のその他の実施例を第4図乃至第6図に
示す。これらの実施例は、第1図と同様の構成を有し
(したがって、同一構成要素には同一符号を用いる)、
ボール中心軌跡が各々第4図,第5図,第6図のものに
なるように、内輪16及び外輪18のボール転走溝16a,…,1
6a及び18a,…,18aが形成されている。
まず、第4図では、ro3がケージ22の理論上の外径、r
i3がケージ22の理論上の内径であり、交点e1〜e3を結
ぶ複合曲線e及び交点f1〜f3を結ぶ複合曲線fをボー
ル中心軌跡としている例である。つまり、点e2,e3及び
2,f3において、軌跡e,fがケージ外に出ないように適
度な角度で各々曲げたものである。
また、第5図では、g1,h1が変曲点であって、この変曲
点g1,h1を介して全体を滑らかなボール中心軌跡g,hと
し、これをケージの肉厚相当域に収めたものである。r
o4,ri4はケージ22の理論上の外径,内径である。このよ
うに、軌跡g,hを滑らかにすることによって、ボール20
との接触が二点接触になる等の事態を回避できる。これ
は前述した各図の曲線にも応用できる。
さらに、第6図のものは、変曲点i1,i2を有するボール
中心軌跡iと、変曲点j1,j2を有するボール中心軌跡j
とを得られる構成にしたもので、交差点Pの内径側の軌
跡は前述した第4図と同様に構成にし、変曲点i1及び
1から軸YOYに平行に外方向に延びるよう設定するとと
もに、全体を滑らかにしたものである。
この第6図の手法によって形成された外輪18のボール転
走溝18aの転走方向の断面例を第7図に示す。この第7
図のものは、ボール転走溝18aを鍛型で形成し、ケージ2
2のガイド球面22Aを削出しで形成したものである。この
第7図からも分かるように、ボール転走溝18aを冷鍛で
仕上げるときには、前述した第1図のものでは鍛型の抜
きができないが、この第6図乃至第7図の例ではそれが
可能になる。この場合、ケージ22の理論上の外径ro5
大きくなるが、その代わりに内径ri5が第1図の場合よ
りも大きく(ケージ22を薄くする方向)でき、前述した
第1図乃至第3図の実施例に沿って計算すると、その厚
さを3.5mmにできる。
なお、この第6図,第7図の例において、ケージ22の厚
さは若干増加するが鍛型の抜きを良好にするためには、
軌跡i,jの直線部分を軸YOYに対して若干開き気味にする
こともできる。また、前記カイド球面22Aは第7図中の
仮想線で示す如くケージ内径より内側でベルの口元が広
がるようにしてもよい。
〔考案の効果〕
以上説明したように、本考案によれば、転走溝内のボー
ル中心軌跡の半径方向の移動量が従来に比べて圧縮され
るため、ケージの肉厚を薄くすることができ、ボールの
保持性及びロケート性を確保しながら、最大軸交差角を
より大きく設定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの考案の一実施例を示す概略断面図、第2図
は第1図中の外輪及び内輪のボール転走溝を示す拡大断
面図、第3図は第1図の実施例のボール中心軌跡を示す
説明図、第4図乃至第6図はこの考案のその他の実施例
におけるボール中心軌跡を各々示す説明図、第7図は第
6図に示す手法を用いて形成した外輪のボール転走溝を
示す部分断面図、第8図は従来例にかかるボール中心軌
跡を示す説明図、第9図は外輪及び内輪とボールとの間
のトルク伝達角度を説明するための転走方向に直行する
方向の部分断面図である。 図中、10は等速自在継手、12は入力軸(軸)、14は出力
軸(軸)、16は内輪、18は外輪、16a,…,16a、18a,…,1
8aはボール転走溝、20,…,20はボール、22はケージであ
る。

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】一方の軸に連結され複数のボール転走溝を
    有する内輪と、他方の軸に連結され複数のボール転走溝
    を有する外輪と、前記内輪及び前記外輪のボール転走溝
    相互間に介在されトルクを伝達する複数のボールと、前
    記内輪及び外輪間に介在され前記複数のボールを保持す
    るケージとを備えた等速自在継手において、 各ボール転走溝の転走方向の底断面形状を、円弧や直線
    等からなり変曲点を有する同一形状の複合曲線形状に形
    成するとともに、該転走溝の変曲点を転走方向で互いに
    対称位置に配置し、継手交差角の変化に対するボール中
    心軌跡を前記ケージの肉厚相当域で且つ動力伝達面に対
    して鏡像対称となるようにしたことを特徴とする等速自
    在継手。
  2. 【請求項2】前記複合曲線は、任意数の変曲点を有し、
    この変曲点を境にして任意の曲線又は直線を結合してな
    る複合曲線である実用新案登録請求の範囲第1項記載の
    等速自在継手。
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