WO2014057781A1 - 固定式等速自在継手 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a fixed type constant velocity universal joint, and more particularly to a fixed type that is used in a power transmission system of automobiles and various industrial machines, and that allows only angular displacement between two axes of a driving side and a driven side. It relates to a universal joint.
- an automotive front drive shaft usually has a sliding constant velocity universal joint on the inboard side (difference side) that has a relatively small maximum operating angle but can be displaced in the axial direction while maintaining the operating angle.
- a sliding constant velocity universal joint on the inboard side difference side
- wheel side since the wheel is steered, a fixed type constant velocity universal joint that can take a large operating angle but is not displaced in the axial direction is incorporated.
- FIG. 23 a is a longitudinal sectional view in a state where the operating angle is 0 °
- FIG. 23 b is a schematic diagram showing a state where the maximum operating angle is taken.
- the constant velocity universal joint 101 mainly includes an outer joint member 102, an inner joint member 103, a ball 104, and a cage 105.
- Eight track grooves 107 are formed on the spherical inner peripheral surface 106 of the outer joint member 102 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
- Track grooves 109 facing the track grooves 107 of the outer joint member 102 are formed on the spherical outer peripheral surface 108 of the inner joint member 103 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
- Eight balls 104 that transmit torque are interposed between the track grooves 107 of the outer joint member 102 and the track grooves 109 of the inner joint member 103.
- a cage 105 that holds the ball 104 is disposed between the spherical inner peripheral surface 106 of the outer joint member 102 and the spherical outer peripheral surface 108 of the inner joint member 103.
- the outer periphery of the outer joint member 102 and the outer periphery of the shaft connected to the inner joint member 103 are covered with boots, and grease is enclosed as a lubricant inside the joint (not shown).
- the center of curvature of the peripheral surface 113 is all formed at the joint center O.
- the center of curvature Oo of the ball track center line x of the track groove 107 of the outer joint member 102 and the center of curvature Oi of the ball track center line y of the track groove 109 of the inner joint member 103 are in the joint center O.
- the maximum operating angle ⁇ max which is the main function of the fixed type constant velocity universal joint 101, depends on the angle at which the inlet chamfer 110 provided at the open end of the outer joint member 102 interferes with the shaft 111.
- the shaft diameter d of the shaft 111 is determined for each joint size in order to ensure an allowable transmission torque. If the entrance chamfer 110 is made large, the length of the track groove 107 (hereinafter referred to as an effective track length) of the outer joint member 102 with which the ball 104 abuts is insufficient, and the ball 104 falls out of the track groove 107 and rotational torque is increased. It becomes impossible to communicate.
- the center of curvature Oo of the ball track center line x of the track groove 107 of the outer joint member 102 is offset to the opening side, which is advantageous in terms of the maximum operating angle,
- the angle ⁇ max is about 47 °.
- the 8-ball type Rzeppa constant velocity universal joint 101 has a smaller track offset, a larger number of balls, and a smaller diameter than the conventional 6-ball constant velocity universal joint. Lightweight, compact, and highly efficient constant velocity universal joints with low torque loss. However, as shown in FIG.
- the load acting on the spherical contact portions 106 and 112 of the outer joint member 102 and the cage 105 and the spherical contact portions 108 and 113 of the inner joint member 103 and the cage 105 is generated in a certain direction by W. Therefore, as shown in the drawing, the outer joint member 102 and the cage 105 are in contact with each other at the part J, and the inner joint member 103 and the cage 105 are in contact with each other at the part I. There is a limit to low heat generation.
- FIG. 25 is a longitudinal sectional view in a state where the operating angle is 0 °
- FIG. 26 is a diagram showing a state where a high operating angle is taken.
- the constant velocity universal joint 121 mainly includes an outer joint member 122, an inner joint member 123, a ball 124, and a cage 125.
- This constant velocity universal joint 121 is a track groove intersection type, and although not shown, the plane including the ball track center line x of the eight track grooves 127 of the outer joint member 122 is in relation to the joint axis nn.
- the track grooves 127 are inclined in directions opposite to each other in the circumferential direction.
- the ball trajectory center line y of the track groove 129 of the inner joint member 123 is based on the plane P including the joint center O in a state where the operating angle is 0 °, and the ball trajectory of the track groove 127 which is a pair of the outer joint member 122. It is formed mirror-symmetric with the center line x.
- the track groove 127 formed on the spherical inner peripheral surface 126 of the outer joint member 122 extends in an arc shape along the axial direction, and the center of curvature thereof is located at the joint center O.
- a track groove 129 facing the track groove 127 of the outer joint member 122 extends in an arc shape along the axial direction on the spherical outer peripheral surface 128 of the inner joint member 123, and the center of curvature is located at the joint center O.
- Eight balls 124 that transmit torque are interposed at intersections between the track grooves 127 of the outer joint member 122 and the track grooves 129 of the inner joint member 123.
- a cage 125 for holding the ball 124 is disposed between the spherical inner peripheral surface 126 of the outer joint member 122 and the spherical outer peripheral surface 128 of the inner joint member 123.
- the center of curvature of the spherical outer peripheral surface 132 of the cage 125 fitting with the spherical inner peripheral surface 126 of the outer joint member 122 and the spherical inner peripheral surface 133 of the cage 125 fitting with the spherical outer peripheral surface 128 of the inner joint member 123 are , Both are formed at the joint center O.
- the curvature centers of the ball track center lines x and y of the track grooves 127 and 129 of the outer joint member 122 and the inner joint member 123 are not offset in the axial direction with respect to the joint center O.
- the inclined track grooves 127 and 129 intersect with each other, and when the joint takes an operating angle due to the ball 124 being interposed at the intersecting portion, an angle formed by both axes of the outer joint member 122 and the inner joint member 123 is determined.
- the ball 124 is always guided on a bisecting plane, and rotational torque is transmitted at a constant speed between the two axes.
- the track grooves 127 and 129 of the outer joint member 122 and the inner joint member 123 are adjacent track grooves in the circumferential direction, and the inclination directions are opposite to each other. Therefore, forces in opposite directions from the ball 124 act on the pocket portions 125a adjacent to the circumferential direction of the cage 125.
- the cage 125 is stabilized at the joint center O position by the forces in the opposite directions.
- the force is suppressed, the joint operates smoothly at high loads and at high speeds, torque loss and heat generation are suppressed, and durability is improved.
- FIG. 26a shows a state in which the constant velocity universal joint has a high operating angle
- FIG. 26b shows the positional relationship between the track groove 127 and the ball 124 of the outer joint member 122 enlarged.
- the contact point between the ball 124 and the track groove 127 is located on the broken line shown in FIG. 26b.
- the axial position of the contact point between the ball 124 and the track groove 127 passes through the center Ob of the ball 124 and lies on a plane t perpendicular to the ball trajectory center line x.
- the inlet chamfer 130 of the outer joint member 122 is enlarged, the ball 124 is dropped from the track groove 127 by being positioned outside the inlet chamfer 130 at a high operating angle ⁇ .
- FIG. 21a shows a longitudinal section
- FIG. 21b shows the right side of FIG. 21a.
- the track grooves 147 and 149 of the outer joint member 142 and the inner joint member 143 are of the intersection type, and the track groove 147 of the outer joint member 142 is deeper from the joint center O.
- the track groove portion 147a has an arc-shaped ball track center line xa with the joint center O as the center of curvature
- the track groove portion 147b has a straight ball track center line xb on the opening side from the joint center O.
- the track groove 149 of the inner joint member 143 includes a track groove portion 149b having a linear ball raceway center line yb on the back side from the joint center O, and a circle centering on the joint center O on the opening side from the joint center O.
- a track groove portion 149a having an arcuate ball trajectory centerline ya.
- the track grooves 147, 149 are inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis, and the inclination directions are inclined at the track grooves 147A, 147B and 149A, 149B adjacent in the circumferential direction.
- the direction is formed in the opposite direction.
- balls 144 are arranged at the intersections of the track grooves 147A, 149A and 147B, 149B that form a pair of the outer joint member 142 and the inner joint member 143.
- the force is suppressed, the joint operates smoothly at high loads and at high speeds, torque loss and heat generation are suppressed, and durability is improved.
- the effective track length can be increased by forming the linear track groove portion 147b from the joint center O of the track groove 147 of the outer joint member 142 to the opening side in the track groove intersection type. It has been found that there is a problem in terms of suppressing torque loss and heat generation of the joint when taking a frequently used operating angle. The reason for this will be described with reference to FIG. Since the track grooves 147 and 149 and the ball 144 are normally in contact with each other with a contact angle (about 30 ° to 45 °), the track grooves 147 and 149 and the ball 144 are connected to each other as shown in FIG.
- the track grooves 147 and 149 are in contact with each other at positions indicated by broken lines on the side surfaces of the track grooves 147 and 149 slightly apart from the groove bottom of 149.
- each ball 144 has a wedge angle component (not shown) due to the intersection of the track grooves 147 and 149 and a wedge due to the joint radial expansion between the groove bottoms of the track grooves 147 and 149. Both angular components ⁇ act.
- the wedge angle component ⁇ due to the joint radial expansion between the groove bottoms of the track grooves 147 and 149 is shown in FIG. 21b in the phase ranges of 0 ° to 90 ° and 270 ° to 360 °.
- the ball 144 is located in the linear track groove portions 147b and 149b, and a force toward the opening acts on the ball 144 in this phase range due to the wedge angle component ⁇ 1 that opens toward the opening.
- the wedge angle component ⁇ 2 generated by the radial expansion of the joint is 0 in the balls in this phase range.
- the fit between the pocket 105a of the cage 105 and the ball 104 is an interference fit (for example, ⁇ 50 ⁇ m to -10 ⁇ m).
- the reason for this is that if the fit between the pocket 105a and the ball 104 is a loose fit, the degree of freedom of displacement of the ball 104 in the pocket 105a of the cage 105 increases, and this is accompanied by a pocket load W that occurs only in one direction. This is because the geometric constraint of the cage 105 on the bisecting plane is broken and the bending operability is deteriorated.
- the conventional constant velocity universal joint 101 has a problem of a decrease in transmission efficiency due to an increase in friction loss caused by an interference fit between the pocket 105a of the cage 105 and the ball 104.
- the track groove intersecting type constant velocity universal joint shown in FIG. 25 and FIG. 26 is not noted, and the conventional problem remains.
- the present invention is a compact fixed type constant velocity universal joint that has low torque loss and heat generation, is highly efficient, can take a high operating angle, and is excellent in strength and durability at a high operating angle.
- the purpose is to provide.
- the present inventors have found that the track grooves intersect in the circumferential direction in order to achieve high efficiency with little torque loss and heat generation, and in the axial direction with respect to the joint center.
- the arc-shaped first track groove portion having a center of curvature without offset covers a range of frequently used operating angles and is different from the first track groove portion in order to increase the effective track length with respect to the maximum operating angle.
- the present invention has been achieved.
- the present invention is based on the following findings found through intensive studies and experiments.
- (1) As a precondition, the fixed contact constant velocity universal joint of the track groove crossing type can suppress the spherical contact between the cage, the outer joint member, and the inner joint member due to the structural effect, and can suppress the friction loss.
- (2) Furthermore, since the pocket load of the cage is generated alternately in the circumferential direction, the geometrical constraint of the cage on the bisection plane is stable, and the pocket clearance ⁇ of the cage can be set to the plus clearance side. Investigated.
- the present invention provides an outer joint member having a plurality of track grooves extending in the axial direction on a spherical inner peripheral surface and having an opening side and a back side that are separated in the axial direction.
- the track groove of the outer joint member includes a first track groove portion 7a located on the back side and a second track groove portion 7b located on the opening side,
- First The track groove portion 7a has an arc-shaped portion having a center of curvature with no offset in the axial direction with respect to the joint center O, and is inclined in the circumferential direction with respect to the axis NN of the joint.
- the first track groove portions 7a adjacent to each other are formed in directions opposite to each other, and the second track groove portions 7b are connected to the first track groove portions 7a in order to increase the effective track length with respect to the maximum operating angle.
- the first track groove portion 7a and the second track groove portion 7b are connected on the opening side from the joint center O, and the track groove of the inner joint member has an operating angle of 0 °.
- the track groove of the inner joint member has an operating angle of 0 °.
- the axis of the joint means a longitudinal axis serving as the center of rotation of the joint, and refers to the axis NN of the joint in an embodiment described later. The same applies to the axis of the joint described in the claims.
- the pocket clearance ⁇ is set to ⁇ 30 ⁇ m ⁇ ⁇ ⁇ 40 ⁇ m.
- the torque loss and heat generation can be reduced and the efficiency can be improved, and the problem of bending operability during assembly of the joint can be solved.
- the reason why the bending operability problem can be solved will be described later.
- the upper limit of the pocket clearance ⁇ can be set appropriately lower. .
- the range of the pocket clearance ⁇ be ⁇ 10 ⁇ m ⁇ ⁇ ⁇ 20 ⁇ m as a more preferable setting for further improving the efficiency with less torque loss and heat generation.
- the pocket clearance ⁇ is expressed by the following equation when the axial dimension of the pocket is H and the diameter of the ball 4 is Db (see FIG. 6).
- Pocket clearance ⁇ Axial dimension of cage pocket H ⁇ Ball diameter Db Accordingly, when the ball diameter Db is larger than the axial dimension H of the pocket, a negative clearance is obtained. On the contrary, when the ball diameter Db is smaller than the axial dimension H of the pocket, a positive clearance is obtained.
- the pocket clearance ⁇ in which the fit between the pocket of the ball and the cage extends from the interference fit to the clearance fit is defined as the range spanning from the negative clearance to the plus clearance. It can also be said to be the pocket clearance ⁇ .
- the track groove is configured such that a straight line L connecting the point where the first track groove portion 7a and the second track groove portion 7b are connected to the joint center O is a joint center O in a state where the operating angle is 0 °.
- the angle formed with respect to the plane P including the angle ⁇ is ⁇ , and the angle ⁇ can be appropriately set according to the use state.
- the angle ⁇ is set to 3 to 10 ° in consideration of the normal operating angle range of the constant velocity universal joint for automobiles, it can be widely used for various types of vehicles.
- the angle ⁇ is defined as the smallest of the angles formed by the straight line L and the straight line on the plane P. The same applies to the embodiments and the claims.
- the track groove depth can be made uniform and the processing can be facilitated. it can. Further, by offsetting the center of curvature of the arc-shaped portion of the first track groove portion 7a in the radial direction from the joint axis NN, the depth of the track groove on the back side of the joint can be adjusted. The track groove depth can be secured.
- the second track groove portion 7b has an arc-shaped portion.
- the arc-shaped portion of the second track groove portion 7b has a center of curvature that is radially outward from the first track groove portion 7a and offset from the joint center O to the opening side.
- the second track groove portion 7b has a linear portion, and this linear portion is formed so as to be inclined so as to approach the joint axis NN toward the opening side. In this case, since the size of the wedge angle of the linear track groove at a high operating angle can be suppressed, the strength of the cage can be ensured.
- the torque loss and heat generation are extremely low, and the efficiency is extremely high, and the low heat generation improves the life and the compactness, and it is possible to take a high operating angle, and the strength and durability at a high operating angle are achieved.
- an excellent fixed type constant velocity universal joint can be realized.
- FIG. 1a, FIG. 1b It is a right view of the inner joint member of the fixed type constant velocity universal joint of FIG. 1a, FIG. 1b. It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the detail of the track groove of an outer joint member. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the detail of the track groove of an inner side coupling member.
- FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a pocket clearance ⁇ of the cage. It is an outline figure showing the state where a joint took the maximum operating angle. It is a perspective view of an outside joint member. It is a perspective view of an inner joint member. It is a figure which shows the state which used the fixed type constant velocity universal joint of FIG. 1a, FIG. 1b for the drive shaft of a motor vehicle.
- FIG. 11b It is a figure which shows the outer peripheral surface of the inner joint member of the fixed type constant velocity universal joint of FIG. 11a, FIG. 11b. It is a right view of the inner joint member of the fixed type constant velocity universal joint of FIG. 11a, FIG. 11b. It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the detail of the track groove of an outer joint member. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the detail of the track groove of an inner side coupling member. It is an outline figure showing the state where a joint took the maximum operating angle. It is a figure which shows the contact state of a ball
- FIG. 18b shows a change in the wedge angle of FIG. 18a.
- It is a perspective view of an outside joint member. It is a perspective view of an inner joint member. It is a longitudinal cross-sectional view of the outer joint member of the fixed type constant velocity universal joint which concerns on the 4th Embodiment of this invention. It is a figure explaining the technical knowledge in the process leading to this invention, and is a partial longitudinal cross-sectional view of a fixed type constant velocity universal joint. It is a right view of the fixed type constant velocity universal joint of FIG. It is a figure explaining the technical knowledge in the process leading to the present invention.
- FIG. 26 is a schematic diagram showing a state where the fixed type constant velocity universal joint of FIG. 25 has a high operating angle. It is an enlarged view of the principal part of FIG. 26a.
- FIG. 1 shows a fixed type constant velocity universal joint according to a first embodiment
- FIG. 1a is a partial longitudinal sectional view
- FIG. 1b is a right side view of FIG. 1a.
- the constant velocity universal joint 1 mainly includes an outer joint member 2, an inner joint member 3, a ball 4 and a cage 5.
- the eight track grooves 7, 9 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3, respectively, are inclined in the circumferential direction with respect to the axis NN of the joint. Inclined directions are formed in opposite directions by track grooves 7A, 7B and 9A, 9B adjacent in the circumferential direction.
- the term “ball trajectory centerline” will be used to describe the shape and shape of the track groove extending in the axial direction, such as an inclined state and a curved state.
- the ball trajectory center line means a locus drawn by the center of the ball when the ball arranged in the track groove moves along the track groove. Therefore, the inclination state of the track groove is the same as the inclination state of the ball track center line, and the arc shape or the straight state of the track groove is the arc shape or straight state of the ball track center line. The same.
- the track groove 7 of the outer joint member 2 has a ball track center line X
- the track groove 7 has a first ball track center line Xa having an arcuate shape with the joint center O as the center of curvature.
- Track groove portion 7a and a second track groove portion 7b having an arc-shaped ball track center line Xb curved in the opposite direction to the first track groove portion 7a, and the ball track center of the first track groove portion 7a.
- the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is smoothly connected to the line Xa.
- the track groove 9 of the inner joint member 3 has a ball track center line Y
- the track groove 9 includes a first track groove portion 9a having an arc-shaped ball track center line Ya with the joint center O as the center of curvature.
- the second track groove portion 9b has an arc-shaped ball trajectory center line Yb that is curved in the opposite direction to the first track groove portion 9a.
- the second track groove portion 9a has a second track groove center line Ya.
- the ball track center line Yb of the track groove portion 9b is smoothly connected.
- the track groove depth can be made uniform. And processing can be facilitated.
- the cross-sectional shape of the track grooves 7 and 9 is an oval shape or a Gothic arch shape.
- the track grooves 7 and 9 and the ball 4 have a contact angle (about 30 ° to 45 °).
- the contact is a so-called angular contact. Therefore, the ball 4 is in contact with the side surfaces of the track grooves 7 and 9 that are slightly away from the groove bottoms of the track grooves 7 and 9.
- FIG. 2 a shows a partial longitudinal section of the outer joint member 2
- FIG. 2 b shows the right side surface of the outer joint member 2.
- the track grooves 7 of the outer joint member 2 are given the reference numerals of the track grooves 7A and 7B due to the difference in the inclination direction.
- the plane M including the ball track center line X and the joint center O of the track groove 7A is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
- the track groove 7B adjacent to the track groove 7A in the circumferential direction is not shown, but the plane M including the ball track center line X and the joint center O of the track groove 7B is in relation to the joint axis NN.
- the track groove 7A is inclined by an angle ⁇ in the opposite direction to the inclination direction of the track groove 7A.
- the entire area of the ball track center line X of the track groove 7A, that is, both the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a and the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b are on the plane M. Is formed.
- the present invention is not limited to this, and a mode in which only the ball trajectory center line Xa of the first track groove portion 7a is included in the plane M can also be implemented. Accordingly, a plane M including at least the ball track center line Xa of the first track groove 7a and the joint center O is inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN, and the inclined direction is adjacent to the circumferential direction in the first direction.
- the track grooves 7a may be formed in opposite directions.
- the track groove codes are supplemented.
- reference numeral 7 is attached, and the first track groove part is assigned 7a, and the second track groove part is given 7b.
- reference numerals 7A and 7B are attached, and reference numerals 7Aa and 7Ba are attached to the first track groove parts, and reference signs 7Ab and 7Bb are attached to the second track groove parts.
- the track grooves of the inner joint member 3 to be described later are also given the same reference numerals.
- FIG. 3b shows the outer peripheral surface of the inner joint member 3
- FIG. 3a shows the left side surface of the inner joint member 3
- FIG. 3c shows the right side surface.
- the track grooves 9 of the inner joint member 3 are denoted by the reference numerals of the track grooves 9A and 9B because of the difference in inclination direction.
- the plane Q including the ball track center line Y and the joint center O of the track groove 9A is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
- the track groove 9B adjacent to the track groove 9A in the circumferential direction is not shown, but the plane Q including the ball track center line Y and the joint center O of the track groove 9B is in relation to the joint axis NN.
- the track groove 9A is inclined by an angle ⁇ in the direction opposite to the inclination direction of the track groove 9A.
- the inclination angle ⁇ is preferably in the range of 4 ° to 12 °.
- the entire region of the ball track center line Y of the track groove 9A that is, the ball track center line Ya of the first track groove portion 9a and the ball track center of the second track groove portion 9b. Both lines Yb are formed on the plane Q.
- the present invention is not limited to this, and a mode in which only the ball trajectory center line Ya of the first track groove portion 9a is included in the plane Q can also be implemented. Therefore, a plane Q including at least the ball track center line Ya of the first track groove 9a and the joint center O is inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN, and the inclined direction is adjacent to the circumferential direction in the first direction.
- the track grooves 9a may be formed in opposite directions.
- the ball trajectory center line Y of the track groove 9 of the inner joint member 3 is based on the plane P including the joint center O at the operating angle of 0 ° as a reference, and the ball trajectory center line of the track groove 7 that forms a pair of the outer joint member 2 X and mirror image symmetry.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the track groove 7A of FIG. 2a described above as seen from a plane M including the ball trajectory center line X and the joint center O. Therefore, strictly speaking, it is not a longitudinal sectional view in a plane including the joint axis NN, but shows a section inclined by an angle ⁇ .
- FIG. 4 shows the track groove 7A of the outer joint member 2, but the track groove 7B is the same as the track groove 7A except for the inclination direction opposite to the track groove 7A. Since there is, explanation is omitted.
- a track groove 7A is formed in the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 along the axial direction.
- the track groove 7A has a ball track center line X
- the track groove 7A has a first track groove portion 7Aa having an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
- a point Oo1 offset from the joint center O to the axial opening side on the radially outer side of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa (in other words, on the radially outer side of the first track groove portion 7Aa).
- a second track groove portion 7Ab having an arc-shaped ball trajectory center line Xb having a center of curvature Accordingly, the arc-shaped ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab is curved in the opposite direction to the arc-shaped ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa.
- An end A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa is a point where a straight line connecting the joint center O and the offset point Oo1 intersects the ball track center line X, and the end A and the joint center Let L be the straight line connecting O.
- the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab is smoothly connected to the end portion A. That is, the end A is a connection point between the first track groove 7Aa and the second track groove 7Ab.
- the angle ⁇ ′ between the two is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
- the perpendicular K is on the plane P including the joint center O in the state where the operating angle is 0 °.
- first track groove portion 7Aa and the second track groove portion 7Ab of the outer joint member 2 are each formed by one arc, the present invention is not limited to this, and a plurality of track groove depths and the like are taken into consideration. You may form with the circular arc.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of the track groove 9A shown in FIG. 3b as seen from a plane Q including the ball trajectory center line Y and the joint center O.
- FIG. 5 shows the track groove 9A of the inner joint member 3, but the track groove 9B is the same as the track groove 9A except for the inclination direction opposite to the track groove 9A. Since there is, explanation is omitted.
- a track groove 9A is formed in the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 along the axial direction.
- the track groove 9A has a ball track center line Y
- the track groove 9A has a first track groove portion 9Aa having an arc-shaped ball track center line Ya with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
- a point Oi1 offset from the joint center O in the radial direction outside the ball track center line Ya of the first track groove 9Aa (in other words, radially outside the first track groove 9Aa)
- a second track groove portion 9Ab having an arc-shaped ball trajectory center line Yb having a center of curvature.
- the back end B of the first track groove 9Aa is a point where a straight line connecting the joint center O and the offset point Oi1 intersects the ball track center line Y, and a straight line connecting the end B and the joint center O is a line.
- R be.
- the ball trajectory center line Yb of the second track groove 9Ab is smoothly connected to the end B. That is, the end B is a connection point between the first track groove 9Aa and the second track groove 9Ab.
- the angle ⁇ ′ between the two is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
- the first track groove portion 9Aa and the second track groove portion 9Ab of the inner joint member 3 are each formed by a plurality of arcs in consideration of the track groove depth and the like. It may be formed.
- the angle ⁇ formed with respect to the plane P including the joint center O in the state where the straight lines L and R are at an operating angle of 0 ° will be described.
- the ball 4 moves by ⁇ / 2 with respect to the plane P including the joint center O of the outer joint member 2 and the inner joint member 3.
- the angle ⁇ is determined from 1 ⁇ 2 of the frequently used operating angle, and the range of the track groove with which the ball 4 contacts is determined within the frequently used operating angle range.
- the operating angle that is frequently used is defined.
- the common angle of the joint refers to an operating angle generated in a fixed type constant velocity universal joint of the front drive shaft when the steering is in a straight traveling state in an automobile when one person rides on a horizontal and flat road surface.
- the service angle is usually selected and determined between 2 ° and 15 ° according to the design conditions for each vehicle type.
- the frequently used operating angle is not the high operating angle that occurs when the above-mentioned automobile is turned right or left at an intersection, for example, but the operating angle that occurs in a fixed constant velocity universal joint on a curved road that runs continuously This is also determined according to the design conditions for each vehicle type.
- the operating angle that is frequently used is targeted at a maximum of 20 °.
- the angle ⁇ formed by the straight lines L and R with respect to the plane P including the joint center O in a state where the operating angle is 0 ° is set to 3 ° to 10 °.
- the angle ⁇ is not limited to 3 ° to 10 °, and can be appropriately set according to the design conditions of the vehicle type. By setting the angle ⁇ to 3 ° to 10 °, it can be used for various types of vehicles.
- the end A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa in FIG. 4 is the position of the ball when moved to the most opening side along the axial direction when the operating angle is frequently used. It becomes the center position.
- the end B of the ball track center line Ya of the first track groove 9 ⁇ / b> Aa moves to the farthest side along the axial direction at the operating angle where the usage frequency is high. The center position of the ball.
- the ball 4 Since the setting is made in this way, in the range of the operating angle that is frequently used, the ball 4 has the first track groove portions 7Aa and 9Aa of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 and 7Ba opposite in inclination direction, Since it is located at 9Ba (see FIG. 2 and FIG. 3), a force in the opposite direction from the ball 4 acts on the pocket 5a adjacent to the circumferential direction of the cage 5, and the cage 5 is stable at the position of the joint center O. (See FIG. 1).
- FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the cage showing a fitting state of the balls and the pockets of the cage.
- the cage 5 is formed with eight pockets 5a in the circumferential direction.
- the surface facing the axial direction of the pocket 5a is the surface that holds the ball 4, and the axial dimension between these surfaces is H.
- the pocket clearance ⁇ is expressed by the following equation.
- Pocket clearance ⁇ Axial dimension of cage pocket H ⁇ Ball diameter Db Accordingly, when the ball diameter Db is larger than the axial dimension H of the pocket, a negative clearance is obtained. On the contrary, when the ball diameter Db is smaller than the axial dimension H of the pocket, a positive clearance is obtained.
- the fit between the ball and the cage pocket was an interference fit, that is, the pocket clearance was set to a minus clearance.
- the fit between the ball 4 and the pocket 5a of the cage 5 is set to a pocket clearance ⁇ that is a range extending from the interference fit to the clearance fit.
- the bending operability means that the shaft 11 (see FIG. 9) connected to the inner joint member 3 is the outer joint member in a state where the fixed type constant velocity universal joint 1 does not rotate with no load (no-load stationary state). 2 means operability when bent in the cross direction (diameter direction). If the bending operability is poor, the shaft is caught when it is bent in the cross direction, so that it cannot be bent smoothly, and in some cases, it cannot be bent.
- the upper limit of the pocket clearance ⁇ is increased. It can be set by lowering appropriately. In consideration of these points, it is desirable that the range of the pocket clearance ⁇ be ⁇ 10 ⁇ m ⁇ ⁇ ⁇ 20 ⁇ m as a more preferable setting for further improving the efficiency with less torque loss and heat generation.
- the above plus clearance has an upper limit. If the clearance is too wide, the degree of freedom of movement of the ball 4 in the pocket 5a of the cage 5 increases, and the cage 5 is divided into two equal parts. It was verified that the bending operability was lowered in some cases. This decrease in bending operability refers to a state in which the shaft 11 cannot be bent smoothly in the cross direction.
- the spherical contact between the cage 5, the outer joint member 2, and the inner joint member 3 is suppressed due to the structural effect of crossing the track grooves, and friction loss is suppressed.
- the lifetime is improved by reducing the heat generation, and it is not necessary to increase the capacity of the joint, so that the size can be reduced.
- FIG. 7 shows a state in which the constant velocity universal joint of the present embodiment takes the maximum operating angle.
- the track groove 7A of the outer joint member 2 has an arcuate shape with a curvature center at a point Oo1 offset from the joint center O to the axial opening side on the radial outer side of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa.
- a second track groove portion 7Ab having a ball track center line Xb is formed on the opening side.
- the presence of the second track groove portion 7Ab makes it possible to increase the effective track length and increase the maximum operating angle. Therefore, as shown in the drawing, even when the maximum operating angle ⁇ max is set to a high angle of about 50 °, the ball 4 can be kept in contact with the track groove 7Ab with the necessary and sufficient entrance chamfer 10 provided.
- the balls 4 arranged in the circumferential direction have the first track groove portions 7Aa, 9Aa (see 7Ba, 9Ba, FIGS. 2a and 3b) and the second track groove portions 7Ab, 9Ab (7Bb, 9Bb, see FIGS. 2a and 3b).
- the constant velocity universal joint 1 of the present embodiment can suppress torque loss and heat generation comprehensively because the frequency of use is low in the high operating angle range. Therefore, it is possible to realize a compact fixed type constant velocity universal joint that has a small torque loss and heat generation, is highly efficient, can take a high operating angle, and is excellent in strength and durability at a high operating angle.
- FIG. 8 is a perspective view of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 of the constant velocity universal joint of the present embodiment.
- This perspective view three-dimensionally shows the track grooves described so far.
- track grooves 7A and 7B that are inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN (not shown) are alternately formed. The directions are alternately formed in opposite directions.
- the track grooves 7A and 7B are composed of first track groove portions 7Aa and 7Ba and second track groove portions 7Ab and 7Bb, respectively.
- An inlet chamfer 10 is provided at the open end of the outer joint member 2. Also, as shown in FIG.
- track grooves 9A and 9B inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN are alternately formed, The inclination directions are alternately formed in opposite directions.
- the track grooves 9A and 9B are composed of first track groove portions 9Aa and 9Ba and second track groove portions 9Ab and 9Bb, respectively.
- FIG. 9 shows a front drive shaft 20 of an automobile to which the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is applied.
- the fixed type constant velocity universal joint 1 is connected to one end of the intermediate shaft 11, and a sliding tripod type constant velocity universal joint 15 is connected to the other end.
- 16b are fastened and fixed by boot bands 18a, 18b, 18c and 18d.
- Grease as a lubricant is sealed inside the joint. Since the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is used, a lightweight and compact automobile drive shaft 20 is realized that has low torque loss and heat generation, high efficiency, and a high operating angle. An automobile equipped with the drive shaft 20 can suppress fuel consumption by improving transmission efficiency.
- FIG. 10 shows only the outer joint member of the fixed type constant velocity universal joint of this embodiment, and is a cross-sectional view similar to FIG.
- the center of curvature of the arc-shaped ball raceway center line of the first track groove portion is relative to the joint center O as compared with the fixed type constant velocity universal joint of the first embodiment described above.
- There is no offset in the axial direction but the offset is made in the radial direction with respect to the joint axis NN, and the configuration of the arc-shaped ball trajectory center line of the second track groove is adjusted accordingly.
- the configuration is the same as in the first embodiment.
- parts having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
- the end A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove 7a of the outer joint member 2 is the same as in the first embodiment.
- the curvature center Oo3 of the ball track center line Xa of the first track groove 7a is not offset in the axial direction with respect to the joint center O, but is offset by f2 in the radial direction with respect to the joint axis NN. Yes. That is, it is offset by f2 in the radial direction on the plane P including the joint center O in a state where the operating angle including the perpendicular K is 0 °.
- the position of the curvature center Oo4 of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is adjusted so as to be smoothly connected to the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a.
- the depth of the track groove on the back side of the joint can be adjusted.
- the ball track center line Y of the track groove 9 of the inner joint member 3 has a plane P including the joint center O in an operating angle of 0 °. As a reference, it is formed mirror-symmetrically with the ball trajectory center line X of the track groove 7 that forms a pair of the outer joint member 2.
- FIG. 11 to FIG. 19 show a third embodiment of the present invention.
- the fixed type constant velocity universal joint of this embodiment has a second track groove portion that is linear as compared with the fixed type constant velocity universal joint of the first embodiment, so that the effective track length at the maximum operating angle is obtained. It is different in that it secures the thickness and suppresses the excessive wedge angle. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, portions having similar functions are denoted by the same reference numerals.
- FIG. 11 shows a fixed type constant velocity universal joint according to this embodiment
- FIG. 11a is a partial longitudinal sectional view
- FIG. 11b is a right side view of FIG. 11a.
- the constant velocity universal joint 1 mainly includes an outer joint member 2, an inner joint member 3, a ball 4 and a cage 5.
- the eight track grooves 7, 9 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3, respectively, are inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN and Inclined directions are formed in opposite directions by track grooves 7A, 7B and 9A, 9B adjacent in the circumferential direction.
- the track groove 7 of the outer joint member 2 has a ball track center line X
- the track groove 7 has a first arc track center line Xa having an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as the center of curvature.
- Track groove portion 7a and a second track groove portion 7b having a linear ball track center line Xb.
- the ball track center line Xa of the second track groove portion 7b is aligned with the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a.
- Xb is smoothly connected as a tangent.
- the track groove 9 of the inner joint member 3 has a ball track center line Y
- the track groove 9 includes a first track groove portion 9a having an arc-shaped ball track center line Ya with the joint center O as the center of curvature.
- the second track groove portion 9b having a linear ball track center line Yb, and the ball track center line Yb of the second track groove portion 9b is smoothly tangent to the ball track center line Ya of the first track groove portion 9a. It is connected to the.
- FIG. 12 shows a state in which the track groove 7 of the outer joint member 2 is inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN.
- FIG. 12 a shows a partial longitudinal section of the outer joint member 2
- FIG. 12 b shows the right side surface of the outer joint member 2. Since the inclined state of the track groove 7 of the outer joint member 2 is the same as that of the first embodiment, a duplicate description is omitted.
- FIG. 13 shows a state in which the track groove 9 of the inner joint member 3 is inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN.
- 13b shows the outer peripheral surface of the inner joint member 3
- FIG. 13a shows the left side surface of the inner joint member 3
- FIG. 13c shows the right side surface.
- the inclined state of the track groove 9 of the inner joint member 3 is also the same as that in the first embodiment, and thus the duplicate description is omitted.
- FIG. 14 shows the details of the track groove as seen from the longitudinal section of the outer joint member 2.
- 14 is a cross-sectional view of the track groove 7A shown in FIG. 12A as viewed on a plane M including the ball trajectory center line X and the joint center O.
- FIG. 14 also shows the track groove 7A of the outer joint member 2, but the track groove 7B is the same as the track groove 7A except that the inclination direction is opposite to the track groove 7A. Therefore, explanation is omitted.
- a track groove 7A is formed in the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 along the axial direction.
- the track groove 7A has a ball track center line X
- the track groove 7A has a first track groove portion 7Aa having an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
- a second track groove portion 7Ab having a linear ball trajectory center line Xb. Then, at the end A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa, the linear ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab is smoothly connected as a tangent line.
- the ball trajectory center line Xb is formed so as to approach the joint axis NN (see FIG. 11a) toward the opening side.
- L be the straight line connecting the end A and the joint center O.
- An angle ⁇ formed with respect to the plane P including the joint center O in a state where the straight line L has an operating angle of 0 ° is the same as that in the first embodiment, and thus the duplicate description is omitted.
- FIG. 15 shows details of the track groove from the longitudinal section of the inner joint member 3.
- 15 is a cross-sectional view of the track groove 9A shown in FIG. 13b as seen from the plane Q including the ball trajectory center line Y and the joint center O.
- FIG. 15 shows the track groove 9A of the inner joint member 3, but the track groove 9B is the same as the track groove 9A except for the inclination direction opposite to the track groove 9A. Since there is, explanation is omitted.
- a track groove 9A is formed in the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 along the axial direction.
- the track groove 9A has a ball track center line Y, and the track groove 9A has a first track groove portion 9Aa having an arc-shaped ball track center line Ya with the joint center O as the center of curvature (no axial offset). And a second track groove portion 9Ab having a linear ball trajectory center line Yb.
- the ball track center line Yb of the second track groove portion 9Ab is smoothly connected as a tangent at the end B on the back side of the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa. That is, the end B is a connection point between the first track groove 9Aa and the second track groove 9Ab.
- the ball trajectory center line Yb is formed so as to approach the joint axis NN (see FIG. 11a) toward the back side.
- a straight line connecting the end B and the joint center O is R.
- the angle ⁇ formed with respect to the plane P including the joint center O in the state where the straight line R is at an operating angle of 0 ° is the same as that in the first embodiment, and thus redundant description is omitted.
- FIG. 16 shows a state in which the constant velocity universal joint of the present embodiment takes the maximum operating angle.
- a second track groove portion 7Ab having a linear ball track center line Xb is formed on the opening side.
- the presence of the second track groove portion 7Ab can ensure an effective track length at the maximum operating angle and suppress an excessive wedge angle. Therefore, as shown in the drawing, even when the maximum operating angle ⁇ max is a high angle of about 50 °, the ball 4 can be in contact with the second track groove portion 7Ab with the necessary and sufficient entrance chamfer 10 provided. And it can suppress that a wedge angle does not become large.
- FIG. 17a is a longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint 1
- FIG. 17b is an enlarged view showing a contact state between the track groove 7A of the outer joint member 2 and the ball 4.
- FIG. 17A of the outer joint member 2 is shown, but the track groove 7B is the same as the track groove 7A except for the inclination direction opposite to the track groove 7A. Since there is, explanation is omitted.
- the center Ob of the ball 4 moves to the position of ⁇ max / 2 with respect to the plane P including the joint center O in the state of the operating angle 0 °.
- the contact point S between the ball 4 and the second track groove 7Ab is closest to the entrance chamfer 10. Since the linear ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab is connected as a tangent at the end A of the arc-shaped ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa, The outer joint member 2 is inclined in the direction approaching the joint axis NN as it goes to the opening side. As shown in an enlarged view in FIG.
- the contact point S between the ball 4 and the second track groove portion 7Ab passes through the center Ob of the ball 4 and is located on a plane T perpendicular to the ball trajectory center line Xb. . Since the ball trajectory center line Xb is linear, the axial distance w between the center Ob of the ball 4 and the contact point S is smaller than that of the conventional constant velocity universal joint shown in FIG. Min, the effective track length has increased. Therefore, in this embodiment, the track margin amount U can be secured between the edge portion of the inlet chamfer 10 and the contact point S in a state where the maximum operating angle is taken, and the ball 4 is in the second track groove portion 7Ab. And a sufficient contact state can be ensured.
- the contact point S between the track groove 7 of the outer joint member 2 and the ball 4 varies depending on the shape of the track groove 7 in the axial direction of the joint. Therefore, the effective track length with respect to the maximum operating angle in the present specification and the claims is the length of the locus of the contact point between the ball and the track groove in consideration of the change in the axial position of the contact point S as described above. Means.
- FIG. 18a is a longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint 1
- FIG. 18b is an enlarged view showing the state of the wedge angle of the track groove 7A (7Ab) of the outer joint member 2 and the track groove 9A (9Ab) of the inner joint member 3.
- FIG. 7A of the outer joint member 2 is shown, but the track groove 7B is the same as the track groove 7A except for the inclination direction opposite to the track groove 7A. Since there is, explanation is omitted.
- the track grooves 7A, 9A and the ball 4 are angular contacts having contact angles, and the ball track center lines X, Y of the track grooves 7A, 9A are inclined. Since it has an angle ⁇ (see FIGS. 12a and 13b), in this specification the track groove wedge angle means the actual wedge angle at the point of contact between the ball and the track groove. However, as an illustrated method, the wedge angle is simply displayed using the groove bottoms of the track grooves 7A and 9A. As shown in FIG.
- the wedge angle ⁇ of the track grooves 7A and 9A at the maximum operating angle ⁇ max of the constant velocity universal joint 1 of the present embodiment has a phase angle in the rotational direction of 300 ° to 360 ° (see FIG. 21b). In the largest. Since the linear ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab of the outer joint member 2 is connected as a tangent line at the end A of the arc-shaped ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa, it operates. In a state where the angle is 0 °, in the illustrated longitudinal section, the second track of the inner joint member 3 is inclined in a direction approaching the joint axis NN toward the opening side of the outer joint member 2.
- the linear ball track center line Yb of the groove 9Ab is inclined in the direction opposite to the linear ball track center line Xb of the outer joint member 2. Therefore, the second track groove portions 7Ab and 9Ab are formed to narrow toward the opening side when the operating angle is 0 °. Therefore, the wedge angle ⁇ at the maximum operating angle can be reduced. As a result, the force of the balls 4 sandwiched between the linear second track groove portions 7Ab and 9Ab to jump out to the opening side is reduced, the pocket load of the cage 5 is reduced, and the cage at a high operating angle. The strength of 5 can be ensured.
- the second track groove portions of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 of the constant velocity universal joint 1 of the present embodiment are indicated by 7Ab and 9Ab.
- the second track groove portions of Comparative Example 1 examined are denoted by 7Ab 'and 9Ab', and the second track groove portions of Comparative Example 2 are denoted by 7Ab "and 9Ab”.
- the second track groove portions 7Ab and 9Ab are formed so as to narrow toward the opening side when the operating angle is 0 °. The wedge angle at the maximum operating angle decreases to ⁇ .
- Comparative Example 1 when the operating angle is 0 °, the second track groove portions 7Ab ′ and 9Ab ′ are formed in parallel in the cross section of FIG. In the comparative example 2, the groove bottom of the second track groove portions 7Ab ′′ and 9Ab ′′ is formed so as to be separated from the opening side of the outer joint member 2 in the comparative example 2. Therefore, the wedge angle at the maximum operating angle is further increased to ⁇ ′′.
- the wedge angle ⁇ at the maximum operating angle is set to Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
- Comparative Example 1 and Comparative Example 2 increase, but as a practical fixed type constant velocity universal joint, at the maximum operating angle, Both effective track length and wedge angle suppression This embodiment that is preferred.
- FIG. 19 is a perspective view of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 of the constant velocity universal joint of the present embodiment. This perspective view is the same as that of the first embodiment. Further, the fitting state and action of the ball and the cage pocket are the same as those of the fixed type constant velocity universal joint of the first embodiment, and therefore, the duplicated explanation is omitted.
- FIG. 20 shows only the outer joint member of the fixed type constant velocity universal joint of this embodiment, and is a cross-sectional view similar to FIG.
- This fixed type constant velocity universal joint is compared with the fixed type constant velocity universal joint of the third embodiment described above with the center of curvature of the arc-shaped ball raceway center line of the first track groove portion being the axis N- of the joint.
- the configuration is different from that of the third embodiment except that the configuration is offset in the radial direction with respect to N and the configuration of the center line of the linear ball trajectory of the second track groove portion is adjusted accordingly.
- portions having the same functions as those in the first and third embodiments are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
- the end A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove 7a of the outer joint member 2 is the same as in the first embodiment.
- the center of curvature Oo3 of the ball track center line Xa of the first track groove 7a is not offset in the axial direction with respect to the joint center O, but is offset by f2 in the radial direction with respect to the axis of the joint.
- the straight ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is adjusted to be connected as a tangent to the opening side end portion A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a. With this configuration, the depth of the track groove on the back side of the joint can be adjusted.
- the ball track center line Y of the track groove 9 of the inner joint member 3 has a plane P including the joint center O in an operating angle of 0 °. As a reference, it is formed mirror-symmetrically with the ball trajectory center line X of the track groove 7 that forms a pair of the outer joint member 2. Inclination in the circumferential direction with respect to the axis NN of the joint of the track grooves 7 and 9 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3, the action of the cage and the joint, and the fitting state and action of the ball and the pocket of the cage Since this is the same as the fixed type constant velocity universal joint of the first embodiment, a duplicate description is omitted.
- the examples and comparative examples were manufactured by changing the pocket clearance ⁇ as shown in Table 1 using the eight-ball fixed type constant velocity universal joint of the third embodiment.
- the joint size is the name of the constant velocity joint in Table 3 on page 3 of the automotive standard (JASO C 304-89: constant velocity joint for automobile drive shafts, published on March 31, 1989, published by the Japan Society for Automotive Engineers). 4 equivalent.
- the torque loss rate was calculated by measuring the input torque and the output torque and calculating the decrease rate as the torque loss rate. As for the judgment criteria, ⁇ is reduced from the conventional 8-ball Zepper type constant velocity universal joint, and ⁇ is the same as the conventional constant velocity universal joint. From the evaluation results in Table 1, it was confirmed that when the pocket clearance ⁇ is ⁇ 35 ⁇ m, which is the same as a conventional constant velocity universal joint, the torque loss rate is reduced in the range of ⁇ 30 ⁇ m ⁇ ⁇ ⁇ 40 ⁇ m.
- the spherical contact between the cage 5, the outer joint member 2, and the inner joint member 3 is suppressed due to the structural effect of crossing the track grooves, and friction loss can be suppressed.
- the effect of further reducing friction loss and heat generation by setting the pocket clearance ⁇ in which the fit between the ball 4 and the pocket 5a of the cage 5 extends from the interference fit to the clearance fit is further combined. High efficiency can be realized. By improving the transmission efficiency, the fuel consumption of the automobile equipped with the fixed type constant velocity universal joint 1 can be suppressed.
- the number of the balls 4 has been described as eight, but is not limited thereto.
- the number of balls is preferably ten, and a ball having twelve balls can be appropriately implemented.
- the ball track center line Xb of the second track groove portion has been described as having an arc shape, but is not limited thereto.
- any shape can be used as long as the shape is different from the ball track center line Xa of the first track groove portion and the effective track length can be increased to increase the operating angle. It may be.
- the first track groove portion and the second track groove portion are not limited to a single arc, but may be formed by a plurality of arcs in consideration of the track groove depth and the like. Further, although the track grooves are arranged at equal pitches in the circumferential direction, they may be arranged at unequal pitches.
- the inclination angle ⁇ of the first track groove with respect to the joint axis NN is the same in all the track grooves.
- the present invention is not limited to this, and the inclination angle ⁇ is not limited to the pair of the outer joint member and the inner joint member.
- the first track groove and the other pair of first track grooves may be formed at unequal angles.
- each inclination angle should be set so that the axial force of the ball acting on all the pockets in the circumferential direction of the cage is balanced as a whole.
- the present invention is not limited to this, and a circular contact in which the cross-sectional shape of the track groove is formed in a circular shape may be used.
Landscapes
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Abstract
外側継手部材のトラック溝は奥側に位置する第1のトラック溝部と開口側に位置する第2のトラック溝部とからなり、第1のトラック溝部は、継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状部分を有し、かつ継手の軸線に対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第1のトラック溝部で互いに反対方向に形成されており、第2のトラック溝部は、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために第1のトラック溝部とは異なる形状を有し、第1のトラック溝部と第2のトラック溝部とは継手中心より開口側で接続されており、内側継手部材のトラック溝は、作動角が0°の状態で前記継手中心を含む平面を基準として、外側継手部材の対となるトラック溝と鏡像対称に形成されたものであって、ボールと保持器のポケットの嵌め合いが締まり嵌めからすきま嵌めにまたがる範囲となるポケットすきまとした固定式等速自在継手を提供する。
Description
本発明は、固定式等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に関する。
例えば、自動車のフロント用ドライブシャフトには、通常、インボード側(デフ側)に、最大作動角は比較的小さいが作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手が組み込まれ、アウトボード側(車輪側)は、車輪が操舵されるので、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が組み込まれる。
アウトボード側に使用されている固定式等速自在継手の一例として、図23にツェッパ型等速自在継手101を示す。図23aは、作動角0°の状態における縦断面図であり、図23bは、最大作動角を取った状態を示す概要図である。図23aに示すように、この等速自在継手101は、外側継手部材102、内側継手部材103、ボール104および保持器105を主な構成とする。外側継手部材102の球状内周面106には8本のトラック溝107が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材103の球状外周面108には、外側継手部材102のトラック溝107と対向するトラック溝109が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材102のトラック溝107と内側継手部材103のトラック溝109との間にトルクを伝達する8個のボール104が介在されている。外側継手部材102の球状内周面106と内側継手部材103の球状外周面108の間に、ボール104を保持する保持器105が配置されている。外側継手部材102の外周と、内側継手部材103に連結されたシャフトの外周とをブーツで覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている(図示省略)。
図23aに示すように、外側継手部材102の球状内周面106と嵌合する保持器105の球状外周面112、および内側継手部材103の球状外周面108と嵌合する保持器105の球状内周面113の曲率中心は、いずれも、継手中心Oに形成されている。これに対して、外側継手部材102のトラック溝107のボール軌道中心線xの曲率中心Ooと、内側継手部材103のトラック溝109のボール軌道中心線yの曲率中心Oiとは、継手中心Oに対して軸方向に等距離オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材102と内側継手部材103の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール104が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達されることになる。
図23bに示すように、固定式等速自在継手101の主要機能である最大作動角θmaxは、外側継手部材102の開口端に設けられる入口チャンファ110とシャフト111とが干渉する角度に依存する。シャフト111の軸径dは、許容伝達トルクを確保するためにジョイントサイズ毎に決められている。入口チャンファ110を大きくとると、ボール104が当接する外側継手部材102のトラック溝107の長さ(以下、有効トラック長さという)が不足し、ボール104がトラック溝107から脱落して回転トルクが伝達できなくなる。このため、外側継手部材102の有効トラック長さを確保しつつ、入口チャンファ110を如何に設定するかが、作動角を確保する上で重要なファクターとなる。ツェッパ型等速自在継手101では、外側継手部材102のトラック溝107のボール軌道中心線xの曲率中心Ooが開口側にオフセットされているので、最大作動角の面で有利であるが、最大作動角θmaxは47°程度である。
また、8個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手101は、従来の6個ボールの等速自在継手に比べて、トラックオフセット量を小さくし、ボールの個数を増やし、かつ直径を小さくしたことにより、軽量・コンパクトで、トルク損失の少ない高効率な等速自在継手を実現している。しかし、図24に示すように、作動角0°の状態で、外側継手部材102と内側継手部材103の対向するトラック溝107、109の間に形成される各くさび角α(図示のようにボール104とトラック溝107、109との接触点は破線上に位置する)が、外側継手部材102の開口側に向けて開いているので、トラック溝107、109からボール104に作用する軸方向の力Wにより、外側継手部材102と保持器105との球面接触部106、112および内側継手部材103と保持器105の球面接触部108、113に作用する荷重が一定方向に向かって発生する構造であるため、図示のように外側継手部材102と保持器105とが部位Jで接触し、内側継手部材103と保持器105とが部位Iで接触し、更なる高効率化や低発熱化には限度がある。
前述した8個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手101よりも更に高効率化、低発熱化を狙って、トラック溝交差タイプの固定式等速自在継手が提案されている(特許文献1)。この等速自在継手を図25および図26に示す。図25は、作動角0°の状態における縦断面図であり、図26は、高作動角を取った状態を示す図である。図25に示すように、この等速自在継手121は、外側継手部材122、内側継手部材123、ボール124および保持器125を主な構成とする。この等速自在継手121は、トラック溝交差タイプであり、図示は省略するが、外側継手部材122の8本のトラック溝127のボール軌道中心線xを含む平面が継手の軸線n-nに対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝127で互いに反対方向に形成されている。そして、内側継手部材123のトラック溝129のボール軌道中心線yは、作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pを基準として、外側継手部材122の対となるトラック溝127のボール軌道中心線xと鏡像対称に形成されている。
図25に示す縦断面では、外側継手部材122の球状内周面126に形成されたトラック溝127が軸方向に沿って円弧状に延び、その曲率中心は継手中心Oに位置する。内側継手部材123の球状外周面128には、外側継手部材122のトラック溝127と対向するトラック溝129が軸方向に沿って円弧状に延び、その曲率中心は継手中心Oに位置する。外側継手部材122のトラック溝127と内側継手部材123のトラック溝129との交差部にトルクを伝達する8個のボール124が介在されている。外側継手部材122の球状内周面126と内側継手部材123の球状外周面128の間に、ボール124を保持する保持器125が配置されている。外側継手部材122の球状内周面126と嵌合する保持器125の球状外周面132、および内側継手部材123の球状外周面128と嵌合する保持器125の球状内周面133の曲率中心は、いずれも、継手中心Oに形成されている。この等速自在継手121では、外側継手部材122および内側継手部材123のトラック溝127、129のボール軌道中心線x、yの曲率中心は継手中心Oに対して軸方向にオフセットされていないが、傾斜した対向するトラック溝127、129が交差し、この交差部にボール124が介在することにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材122と内側継手部材123の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール124が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達されることになる。
上記のトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手121では、外側継手部材122および内側継手部材123のトラック溝127、129は、それぞれが、周方向に隣り合うトラック溝で傾斜方向が互いに反対方向に形成されているので、保持器125の周方向に隣り合うポケット部125aにボール124から相反する方向の力が作用する。この相反する方向の力により保持器125は継手中心O位置で安定する。このため、保持器125の球状外周面132と外側継手部材122の球状内周面126との接触力、および保持器125の球状内周面133と内側継手部材123の球状外周面128との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
上記の固定式等速自在継手121は低発熱ジョイントとしては優れているものの、次のような問題があり、詳細を図26により説明する。図26aに上記の等速自在継手が高作動角を取った状態を示し、図26bに外側継手部材122のトラック溝127とボール124を拡大して、その位置関係を示す。図26aに示すように継手が高作動角θを取ると、作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してボール124の中心Obはθ/2の位置に移動する。ボール124とトラック溝127は、接触角を持ったアンギュラコンタクトとなっているので、ボール124とトラック溝127の接触点は、図26bに示す破線上に位置する。そして、ボール124とトラック溝127の接触点の軸方向の位置は、ボール124の中心Obを通って、ボール軌道中心線xに対して直角な平面t上に位置することになるが、上記の固定式等速自在継手121では、外側継手部材122の入口チャンファ130を大きくすると、高作動角θ時に入口チャンファ130を越えて外側に位置し、ボール124がトラック溝127から脱落することになる。この理由は、円弧状トラック溝127の曲率中心と継手中心Oが一致しているため、ボール124の中心Obと接触点sとの間の軸方向の距離wが大きいので、有効トラック長さが不足するためである。したがって、高作動角化が図れないという問題がある。
前述した従来技術の問題に鑑みて、発明者らは、特許文献1のトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手において高角度化を図るために、継手中心Oから開口側のトラック溝を直線状にすることを検討した。この等速自在継手が図21に示すものであり、図21aは縦断面を示し、図21bは図21aの右側面を示す。図21aに示すように、この等速自在継手141では、外側継手部材142および内側継手部材143のトラック溝147、149が交差タイプで、外側継手部材142のトラック溝147は、継手中心Oから奥側は継手中心Oを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線xaを有するトラック溝部147aと、継手中心Oから開口側は直線状のボール軌道中心線xbを有するトラック溝部147bとからなる。一方、内側継手部材143のトラック溝149は、継手中心Oから奥側は直線状のボール軌道中心線ybを有するトラック溝部149bと、継手中心Oから開口側は継手中心Oを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線yaを有するトラック溝部149aとからなる。
そして、図21bに示すように、トラック溝147、149は、それぞれ、継手の軸線に対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝147A、147Bおよび149A、149Bで傾斜方向が反対方向に形成されている。そして、外側継手部材142および内側継手部材143の対となるトラック溝147A、149Aおよび147B、149Bの各交差部にボール144が配置されている。したがって、図示のような作動角0°の状態でトルク伝達時、トラック溝147A、149Aの間に形成されるくさび角の開く方向と、147B、149Bの間に形成されるくさび角の開く方向とが互いに反対方向となり、保持器145の周方向に隣り合うポケット部145aにボール144から相反する方向の力が作用する。この相反する方向の力により保持器145は継手中心O位置で安定する。このため、保持器145の球状外周面152と外側継手部材142の球状内周面146との接触力、および保持器145の球状内周面153と内側継手部材143の球状外周面148との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
上記のように、トラック溝交差タイプで、外側継手部材142のトラック溝147の継手中心Oから開口側に直線状のトラック溝部147bを形成することにより、有効トラック長さを増加させることができるが、使用頻度の多い作動角を取ったとき、継手のトルク損失や発熱の抑制という面で問題があることが判明した。この理由を図22に基づいて説明する。トラック溝147、149とボール144は、通常、接触角(30°~45°程度)をもって接触しているので、トラック溝147、149とボール144とは、図22に示すようにトラック溝147、149の溝底より少し離れたトラック溝147、149の側面側の破線で示す位置で接触している。継手が作動角を取った際に、各ボール144には、トラック溝147、149の交差によるくさび角成分(図示省略)と、トラック溝147、149の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αの両方が作用する。そのうち、トラック溝147、149の交差によるくさび角成分については、トラック溝147、149の傾斜方向が交互に反対方向なっているので、ボール144から保持器145のポケット部145aに相反する方向の力が作用するので、打消し合い、力がバランスする。
ところが、図22に示すように、トラック溝147、149の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αについては、図21bにおいて、0°~90°および270°~360°の位相範囲にあるボール144は直線状のトラック溝部147b、149bに位置し、この位相範囲のボール144には開口側に向けて開いたくさび角成分α1により開口側への力が作用する。一方、90°~270°の位相範囲にあるボール144は円弧状のトラック溝部147a、149aに位置するので、この位相範囲のボールには継手の半径方向の拡がりにより発生するくさび角成分α2が0であり、ボール144の押出力は発生しない。したがって、各ボール144に対して、トラック溝147、149の交差によるくさび角成分と、トラック溝147、149の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αとを合わせると、保持器145の各ポケット部145aにボール144から作用する力が釣り合わず、保持器145と外側継手部材142との球面接触部152、146および保持器145と内側継手部材143との球面接触部153、148の接触力を低減させることができないという問題が生じる。特に、作動角が常用角を含む使用頻度の多い作動角の範囲では、トルク損失や発熱の抑制という面で大きな問題があることが判明した。
また、図21および図22に示す等速自在継手141では、ボール軌道中心線xと継手中心Oを含む平面に継手の軸線n-nを投影したとき、この投影した継手の軸線に対して直線状のトラック溝部147bが平行に形成されており、一方、ボール軌道中心線yと継手中心Oを含む平面に継手の軸線n-nを投影したとき、この投影した継手の軸線に対して直線状のトラック溝部149bが平行に形成されている。このため、継手が高作動角を取ったとき、直線状のトラック溝部147b、149bとの間で形成されるくさび角が大きくなる。その結果、直線状のトラック溝部147b、149bに挟まれたボール144に開口側に飛び出そうとする力が大きくなる。これが原因で、保持器145のポケット荷重が大きくなり、高作動角時における保持器145の強度が問題であることが判明した。
さらに摩擦損失、伝達効率の面では、図24に示すように従来のツェッパ型等速自在継手101では、トルクが負荷されるとボール104が保持器105を一方向に押す力Wにより、内側継手部材103と保持器105とが部位Iで接触し、外側継手部材102と保持器105とが部位Jで接触することによる摩擦損失が原因で伝達効率の低下を招くという前述した問題に加えて次のような問題がある。
すなわち、従来のツェッパ型等速自在継手101では、保持器105のポケット105aとボール104の嵌め合いが、継手の組立時における屈曲作動性の悪化を抑制するために締まり嵌め(例えば、-50μm~-10μm程度)になっている。その理由は、ポケット105aとボール104の嵌め合いをすきま嵌めにすると、保持器105のポケット105a内におけるボール104の変位自由度が増し、これに一方向にしか発生しないポケット荷重Wが相俟って、保持器105の2等分平面への幾何学的拘束が崩れ屈曲作動性が悪くなるためである。このように、従来の等速自在継手101においては、保持器105のポケット105aとボール104とが締まり嵌めに伴う摩擦損失の増大に起因した伝達効率の低下の問題を有している。この保持器のポケットとボールの嵌め合いの問題については、前述した図25および図26に示すトラック溝交差タイプの等速自在継手においても着目されてなく、従来の問題を残している。
以上の問題に鑑み、本発明は、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、トルク損失および発熱が少なく高効率化を図るためにトラック溝が周方向に交差し、かつ継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状の第1のトラック溝部により使用頻度の多い作動角の範囲をカバーすると共に、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために第1のトラック溝部とは異なる形状を有する第2のトラック溝部により使用頻度の低い高作動角の範囲をカバーするというベースになる着想に加えて、ポケットとボールの嵌め合いの問題に着目し、更なるトルク損失、発熱の抑制による一層の高効率化するという新たな着想と共に次の知見により、本発明に至った。
すなわち、本発明は、鋭意検討と実験により見出された以下の知見に基づいている。
(1)前提条件として、トラック溝交差タイプの固定式等速自在継手は、構造的な効果から保持器と外側継手部材、内側継手部材の球面接触が抑制され摩擦損失を抑えることができる。
(2)さらに、保持器のポケット荷重が周方向に互い違いに発生するため、2等分平面への保持器の幾何学的拘束が安定し、保持器のポケットすきまδをプラスすきま側に設定できることを究明した。
(3)しかし、上記のプラスすきまには上限があり、すきまが広すぎると保持器のポケット内におけるボールの移動自由度が大きくなり、保持器が2等分平面の位置から外れて、場合によっては屈曲作動性が低下することを検証した。
(1)前提条件として、トラック溝交差タイプの固定式等速自在継手は、構造的な効果から保持器と外側継手部材、内側継手部材の球面接触が抑制され摩擦損失を抑えることができる。
(2)さらに、保持器のポケット荷重が周方向に互い違いに発生するため、2等分平面への保持器の幾何学的拘束が安定し、保持器のポケットすきまδをプラスすきま側に設定できることを究明した。
(3)しかし、上記のプラスすきまには上限があり、すきまが広すぎると保持器のポケット内におけるボールの移動自由度が大きくなり、保持器が2等分平面の位置から外れて、場合によっては屈曲作動性が低下することを検証した。
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容するポケットを有すると共に前記外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手において、前記外側継手部材のトラック溝は奥側に位置する第1のトラック溝部7aと開口側に位置する第2のトラック溝部7bとからなり、前記第1のトラック溝部7aは、継手中心Oに対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状部分を有し、かつ継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第1のトラック溝部7aで互いに反対方向に形成されており、前記第2のトラック溝部7bは、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために前記第1のトラック溝部7aとは異なる形状を有し、前記第1のトラック溝部7aと第2のトラック溝部7bとは前記継手中心Oより開口側で接続されており、前記内側継手部材のトラック溝は、作動角が0°の状態で前記継手中心Oを含む平面Pを基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝と鏡像対称に形成されたものであって、前記ボールと保持器のポケットの嵌め合いが締まり嵌めからすきま嵌めにまたがる範囲となるポケットすきまδとしたことを特徴とする。ここで、上記の継手の軸線とは、継手の回転中心となる長手方向の軸線を意味し、後述する実施形態における継手の軸線N-Nを指す。請求の範囲に記載の継手の軸線も同じとする。
上記の構成により、トルク損失および発熱が少なく極めて高効率であると共に低発熱化により寿命が向上しコンパクト化が図られ、高作動角を取ること可能で、かつ高作動角時の強度や耐久性にも優れた固定式等速自在継手を実現することができる。
具体的には、上記のポケットすきまδを-30μm≦δ≦40μmとすることが望ましい。これにより、トルク損失および発熱が少なく高効率化を図ることができ、かつ継手の組立時における屈曲作動性の問題も解消できる。屈曲作動性の問題が解消できる理由については後述する。なお、ポケットすきまδがプラスすきま側で大きくなるにつれ、ポケット内でのボールのバタつきによる打音の発生の可能性がある場合には、ポケットすきまδの上限を適宜引き下げて設定することができる。このような点も考慮して、トルク損失および発熱が少なく高効率化を一段と向上させる更に好適な設定として、ポケットすきまδの範囲を-10μm≦δ≦20μmとすることが望ましい。
ここで、ポケットすきまδは、ポケットの軸方向寸法をHとし、ボール4の直径をDbとしたとき(図6参照)、次式で表される。
ポケットすきまδ=保持器のポケットの軸方向寸法H-ボールの直径Db
したがって、ボールの直径Dbがポケットの軸方向寸法Hよりの大きい場合にはマイナスすきまとなり、反対にボールの直径Dbがポケットの軸方向寸法Hよりの小さい場合にはプラスすきまとなる。
ポケットすきまδ=保持器のポケットの軸方向寸法H-ボールの直径Db
したがって、ボールの直径Dbがポケットの軸方向寸法Hよりの大きい場合にはマイナスすきまとなり、反対にボールの直径Dbがポケットの軸方向寸法Hよりの小さい場合にはプラスすきまとなる。
また、本明細書および請求の範囲において、ボールと保持器のポケットの嵌め合いが締まり嵌めからすきま嵌めにまたがる範囲となるポケットすきまδとしたとは、上記のマイナスすきまからプラスすきまにまたがる範囲のポケットすきまδとしたともいうことができる。
トラック溝の構成としては、上記の第1のトラック溝部7aと第2のトラック溝部7bとが接続される点と継手中心Oとを結ぶ直線Lが、作動角が0°の状態で継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度をβとし、この角度βを使用状態に応じて、適宜設定することができる。βの角度は、自動車用等速自在継手の常用作動角度範囲を考慮すると、3~10°に設定にすることで種々の車種に汎用することができる。ただし、ここで、角度βは、上記直線Lが上記平面P上の直線となす角の中で最小のものと定義する。そして、実施形態および請求の範囲においても同じとする。
上記の第1のトラック溝部7aの円弧状部分の曲率中心を、継手の軸線N-N上に配置することにより、トラック溝深さを均一にすることができ、かつ加工を容易にすることができる。また、第1のトラック溝部7aの円弧状部分の曲率中心を、継手の軸線N-Nより半径方向にオフセットさせることにより、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができ、最適なトラック溝深さを確保することができる。
上記の第2のトラック溝部7bが円弧状部分を有している。また、第2のトラック溝部7bの円弧状部分が、第1のトラック溝部7aより半径方向外側で、かつ継手中心Oより開口側にオフセットされた曲率中心を有している。これにより、コンパクト化が図れると共に、有効トラック長さを増加させることができ、最大作動角を大きくすることができる。
さらに、上記の第2のトラック溝部7bが直線状部分を有し、この直線状部分が、開口側に行くにつれて前記継手の軸線N-Nに接近するように傾斜して形成されている。この場合には、高作動角時における直線状のトラック溝のくさび角の大きさを抑制することができるので、保持器の強度を確保することができる。
トルク伝達ボールの個数を8個又は10個とすることにより、軽量コンパクトで、高効率で、高作動角が取れる固定式等速自在継手、ひいては自動車のドライブシャフトを実現することができる。
本発明により、トルク損失および発熱が少なく極めて高効率であると共に低発熱化により寿命が向上しコンパクト化が図られ、高作動角を取ること可能で、かつ高作動角時の強度や耐久性にも優れたな固定式等速自在継手を実現することができる。
本発明の実施の形態を図1~図20に基づいて説明する。
本発明の第1の実施形態を図1~図9に示す。図1は、第1の実施形態に係る固定式等速自在継手を示し、図1aは部分縦断面図であり、図1bは図1aの右側面図である。この等速自在継手1は、外側継手部材2、内側継手部材3、ボール4および保持器5を主な構成とする。図1b、図2および図3に示すように、外側継手部材2および内側継手部材3のそれぞれ8本のトラック溝7、9は、継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝7A、7Bおよび9A、9Bで互いに反対方向に形成されている。そして、外側継手部材2および内側継手部材3の対となるトラック溝7A、9Aおよび7B、9Bの各交差部に8個のボール4が配置されている。図1aでは、トラック溝7、9については、それぞれ、図2aに示す平面Mおよび図3bに示す平面Qにおける断面を傾斜角γ=0°まで回転させた状態で示している。その詳細は後述する。
継手の縦断面を図1aに示す。軸方向に延びるトラック溝の傾斜状態や湾曲状態などの形態、形状を的確に示すために、本明細書では、ボール軌道中心線という用語を用いて説明する。ここで、ボール軌道中心線とは、トラック溝に配置されたボールがトラック溝に沿って移動するときのボールの中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝の傾斜状態は、ボール軌道中心線の傾斜状態と同じであり、また、トラック溝の円弧状、あるいは直線状の状態は、ボール軌道中心線の円弧状、あるいは直線状の状態と同じである。
図1aに示すように、外側継手部材2のトラック溝7はボール軌道中心線Xを有し、トラック溝7は、継手中心Oを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Xaを有する第1のトラック溝部7aと、この第1のトラック溝部7aとは反対方向に湾曲する円弧状のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部7bとからなり、第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaに第2のトラック溝部7bのボール軌道中心線Xbが滑らかに接続されている。一方、内側継手部材3のトラック溝9はボール軌道中心線Yを有し、トラック溝9は、継手中心Oを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Yaを有する第1のトラック溝部9aと、この第1のトラック溝部9aとは反対方向に湾曲する円弧状のボール軌道中心線Ybを有する第2のトラック溝部9bとからなり、第1のトラック溝部9aのボール軌道中心線Yaに第2のトラック溝部9bのボール軌道中心線Ybが滑らかに接続されている。このように、第1のトラック溝部7a、9aのボール軌道中心線Xa、Yaと、第2のトラック溝部7b、9bのボール軌道中心線Xb、Ybとは形状が異なっている。
第1のトラック溝部7a、9aのボール軌道中心線Xa、Yaの各曲率中心を、継手中心O、すなわち継手の軸線N-N上に配置したことにより、トラック溝深さを均一にすることができ、かつ加工を容易にすることができる。
図示は省略するが、トラック溝7、9の横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝7、9とボール4は、接触角(30°~45°程度)をもって接触する、所謂、アンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール4は、トラック溝7、9の溝底より少し離れたトラック溝7、9の側面側で接触している。
図2に基づき、外側継手部材2のトラック溝7が継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜している状態を説明する。図2aは外側継手部材2の部分縦断面を示し、図2bは外側継手部材2の右側面を示す。外側継手部材2のトラック溝7は、その傾斜方向の違いから、トラック溝7A、7Bの符号を付す。図2aに示すように、トラック溝7Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mは、継手の軸線N-Nに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝7Aに周方向に隣り合うトラック溝7Bは、図示は省略するが、トラック溝7Bのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mが、継手の軸線N-Nに対して、トラック溝7Aの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。本実施形態では、トラック溝7Aのボール軌道中心線Xの全域、すなわち、第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaおよび第2のトラック溝部7bのボール軌道中心線Xbの両方が平面M上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaのみが平面Mに含まれている形態も実施することができる。したがって、少なくとも第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaと継手中心Oを含む平面Mが継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第1のトラック溝部7aで互いに反対方向に形成されていればよい。
ここで、トラック溝の符号について補足する。外側継手部材2のトラック溝全体を指す場合は符号7を付し、その第1のトラック溝部に符号7a、第2のトラック溝部に符号7bを付す。さらに、傾斜方向の違うトラック溝を区別する場合には符号7A、7Bを付し、それぞれの第1のトラック溝部に符号7Aa、7Ba、第2のトラック溝部に符号7Ab、7Bbを付す。後述する内側継手部材3のトラック溝についても、同様の要領で符号を付している。
次に、図3に基づき、内側継手部材3のトラック溝9が継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜している状態を説明する。図3bは内側継手部材3の外周面を示し、図3aは内側継手部材3の左側面を、図3cは右側面を示す。内側継手部材3のトラック溝9は、その傾斜方向の違いから、トラック溝9A、9Bの符号を付す。図3bに示すように、トラック溝9Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qは、継手の軸線N-Nに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝9Aに周方向に隣り合うトラック溝9Bは、図示は省略するが、トラック溝9Bのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qが、継手の軸線N-Nに対して、トラック溝9Aの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。傾斜角γは、等速自在継手1の作動性および内側継手部材3のトラック溝の最も接近した側の球面幅Fを考慮し、4°~12°の範囲が好ましい。
前述した外側継手部材と同様、本実施形態では、トラック溝9Aのボール軌道中心線Yの全域、すなわち、第1のトラック溝部9aのボール軌道中心線Yaおよび第2のトラック溝部9bのボール軌道中心線Ybの両方が平面Q上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第1のトラック溝部9aのボール軌道中心線Yaのみが平面Qに含まれている形態も実施することができる。したがって、少なくとも第1のトラック溝部9aのボール軌道中心線Yaと継手中心Oを含む平面Qが継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第1のトラック溝部9aで互いに反対方向に形成されていればよい。内側継手部材3のトラック溝9のボール軌道中心線Yは、作動角0°の状態で継手中心Oを含む平面Pを基準として、外側継手部材2の対となるトラック溝7のボール軌道中心線Xと鏡像対称に形成されている。
図4に基づいて、外側継手部材2の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図4の部分縦断面は、前述した図2aのトラック溝7Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mで見た断面図である。したがって、厳密には、継手の軸線N-Nを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図4には、外側継手部材2のトラック溝7Aが示されているが、トラック溝7Bは、傾斜方向がトラック溝7Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝7Aと同じであるので、説明は省略する。
図4に示すように、外側継手部材2の球状内周面6にはトラック溝7Aが軸方向に沿って形成されている。トラック溝7Aはボール軌道中心線Xを有し、トラック溝7Aは、継手中心Oを曲率中心(軸方向のオフセットがない)とする円弧状のボール軌道中心線Xaを有する第1のトラック溝部7Aaと、第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの半径方向外側(換言すると、第1のトラック溝部7Aaの半径方向外側)で、かつ継手中心Oから軸方向開口側にオフセットした点Oo1を曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部7Abとからなる。したがって、第2のトラック溝部7Abの円弧状のボール軌道中心線Xbは、第1のトラック溝部7Aaの円弧状のボール軌道中心線Xaとは反対方向に湾曲している。第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aは、継手中心Oとオフセット点Oo1とを結ぶ直線がボール軌道中心線Xと交わる点であり、端部Aと継手中心Oとを結ぶ直線をLとする。この端部Aに第2のトラック溝部7Abのボール軌道中心線Xbが滑らかに接続されている。すなわち、端部Aが第1のトラック溝部7Aaと第2のトラック溝7Abとの接続点である。
図示のように、トラック溝7Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面M(図2a参照)上に投影された継手の軸線N’-N’の継手中心Oにおける垂線Kと直線Lとがなす角度β’は、継手の軸線N-Nに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Kは作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面P上にある。したがって、本発明でいう直線Lが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βは、sinβ=sinβ’×cosγの関係になる。上記の外側継手部材2の第1のトラック溝部7Aaおよび第2のトラック溝部7Abは、それぞれ一つの円弧で形成したものを示したが、これに限られず、トラック溝深さなどを考慮して複数の円弧で形成してもよい。
同様に、図5に基づいて、内側継手部材3の縦断面よりトラック溝の詳細を説明する。図5の縦断面は、前述した図3bのトラック溝9Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qで見た断面図である。したがって、図4と同様に、厳密には、継手の軸線N-Nを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図5には、内側継手部材3のトラック溝9Aが示されているが、トラック溝9Bは、傾斜方向がトラック溝9Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝9Aと同じであるので、説明は省略する。内側継手部材3の球状外周面8にはトラック溝9Aが軸方向に沿って形成されている。トラック溝9Aはボール軌道中心線Yを有し、トラック溝9Aは、継手中心Oを曲率中心(軸方向のオフセットがない)とする円弧状のボール軌道中心線Yaを有する第1のトラック溝部9Aaと、第1のトラック溝部9Aaのボール軌道中心線Yaの半径方向外側(換言すると、第1のトラック溝部9Aaの半径方向外側)で、かつ継手中心Oから軸方向奥側にオフセットした点Oi1を曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ybを有する第2のトラック溝部9Abとからなる。第1のトラック溝部9Aaの奥側の端部Bは、継手中心Oとオフセット点Oi1とを結ぶ直線がボール軌道中心線Yと交わる点であり、端部Bと継手中心Oとを結ぶ直線をRとする。この端部Bに第2のトラック溝部9Abのボール軌道中心線Ybが滑らかに接続されている。すなわち、端部Bが第1のトラック溝部9Aaと第2のトラック溝9Abとの接続点である。
図示のように、トラック溝9Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Q(図3b参照)上に投影された継手の軸線N’-N’の継手中心Oにおける垂線Kと直線Rとがなす角度β’は、継手の軸線N-Nに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Kは作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面P上にある。したがって、直線Rが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βは、sinβ=sinβ’×cosγの関係になる。前述した外側継手部材2のトラック溝と同様に、上記の内側継手部材3の第1のトラック溝部9Aaおよび第2のトラック溝部9Abは、トラック溝深さなどを考慮して、それぞれ複数の円弧で形成してもよい。
次に、直線L、Rが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βについて説明する。作動角θを取ったとき、外側継手部材2および内側継手部材3の継手中心Oを含む平面Pに対して、ボール4がθ/2だけ移動する。使用頻度が多い作動角の1/2より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール4が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い作動角について定義する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で1名乗車時の自動車において、ステアリングを直進状態にした時にフロント用ドライブシャフトの固定式等速自在継手で生じる作動角をいう。常用角は、通常、2°~15°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。そして、使用頻度の多い作動角とは、上記の自動車が、例えば、交差点の右折・左折時などに生じる高作動角ではなく、連続走行する曲線道路などで固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、これも車種ごとの設計条件に応じて決定される。使用頻度の多い作動角は最大20°を目処とする。これにより、直線L、Rが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βを3°~10°と設定する。ただし、角度βは3°~10°に限定されるものではなく、車種の設計条件に応じて適宜設定することができる。角度βを3°~10°に設定することで種々の車種に汎用することができる。
上記の角度βにより、図4において、第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの端部Aは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボールの中心位置となる。同様に、内側継手部材3では、図5において、第1のトラック溝部9Aaのボール軌道中心線Yaの端部Bは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボールの中心位置となる。このように設定されているので、使用頻度が多い作動角の範囲では、ボール4は、外側継手部材2および内側継手部材3の第1のトラック溝部7Aa、9Aaと、傾斜方向が反対の7Ba、9Ba(図2、図3参照)に位置するので、保持器5の周方向に隣り合うポケット部5aにボール4から相反する方向の力が作用し、保持器5は継手中心Oの位置で安定する(図1参照)。このため、保持器5の球状外周面12と外側継手部材2の球状内周面6との接触力、および保持器5の球状内周面13と内側継手部材3の球状外周面8との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
次に、本実施形態の大きな特徴である更なるトルク損失、発熱の抑制、高効率化のための構成を説明する。図6は、ボールと保持器のポケットの嵌め合い状態を示す保持器の縦断面図である。保持器5には、周方向に8個のポケット5aが形成されている。ポケット5aの軸方向に対向する面がボール4を保持する面であり、これら両面間の軸方向寸法をHとする。そして、二点鎖線で示したボール4の直径をDbとしたとき、ポケットすきまδは、次式で表される。
ポケットすきまδ=保持器のポケットの軸方向寸法H-ボールの直径Db
したがって、ボールの直径Dbがポケットの軸方向寸法Hよりの大きい場合にはマイナスすきまとなり、反対にボールの直径Dbがポケットの軸方向寸法Hよりの小さい場合にはプラスすきまとなる。
ポケットすきまδ=保持器のポケットの軸方向寸法H-ボールの直径Db
したがって、ボールの直径Dbがポケットの軸方向寸法Hよりの大きい場合にはマイナスすきまとなり、反対にボールの直径Dbがポケットの軸方向寸法Hよりの小さい場合にはプラスすきまとなる。
従来の固定式等速自在継手においては、組立時の屈曲作動性の問題から、ボールと保持器のポケットの嵌め合いは締まり嵌め、すなわち、ポケットすきまはマイナスすきまに設定されていた。しかし、本実施形態では、ボール4と保持器5のポケット5aの嵌め合いが締まり嵌めからすきま嵌めにまたがる範囲となるポケットすきまδに設定されている。評価試験の結果、ポケットすきまδを-30μm≦δ≦40μmの範囲に設定すれば、継手の組立時の屈曲作動性も問題なく、トルク損失および発熱が少なく高効率化を図れることが確認された。この理由は、トラック溝が交差した本実施形態の固定式等速自在継手1では、ポケットすきまδをプラスすきま側に設定しても、保持器5のポケット荷重が周方向に互い違いに発生してバランスするため、2等分平面への保持器5の幾何学的拘束が安定することにより、継手の組立時の屈曲作動性の低下が解消されるものと考えられる。
ここで、屈曲作動性とは、固定式等速自在継手1が無負荷で回転しない状態(無負荷静止状態)で、内側継手部材3に連結されたシャフト11(図9参照)を外側継手部材2に対して十字方向(直径方向)に屈曲させるときの作動性を意味する。この屈曲作動性が悪いとシャフトを十字方向に屈曲させるときに引っ掛りが生じ、スムーズに折り曲げられない状態になり、場合によっては折り曲げ不可能となることもある。
なお、ポケットすきまδがプラスすきま側で大きくなるにつれ、継手の運転状態で、ポケット5a内でのボール4のバタつきによる打音の発生の可能性がある場合には、ポケットすきまδの上限を適宜引き下げて設定することができる。このような点も考慮して、トルク損失および発熱が少なく高効率化を一段と向上させる更に好適な設定として、ポケットすきまδの範囲を-10μm≦δ≦20μmとすることが望ましい。
また、屈曲作動性の面でも、上記のプラスすきまには上限があり、すきまが広すぎると保持器5のポケット5a内におけるボール4の移動自由度が大きくなり、保持器5が2等分平面の位置から外れて、場合によっては屈曲作動性が低下することを検証した。この屈曲作動性の低下とは、シャフト11が十字方向にスムーズに折り曲げられない状態を指す。
上記のように、本実施形態の固定式等速自在継手1では、トラック溝交差という構造的な効果から保持器5と外側継手部材2、内側継手部材3の球面接触が抑制され摩擦損失を抑えることができるという作用と、ボール4と保持器5のポケット5aの嵌め合いが締まり嵌めからすきま嵌めにまたがる範囲となるポケットすきまδの設定による摩擦損失および発熱の一層の抑制という作用が相俟って更なる高効率化を実現することができる。また、低発熱化により寿命が向上し、継手の容量を大きくする必要がなくなり、コンパクト化が図られる。
以上に述べた摩擦損失および発熱の一層の抑制のためのボール4と保持器5のポケット5aの嵌め合い状態やその作用は、後述する各実施形態でも同様である。
本実施形態の等速自在継手が最大作動角を取った状態を図7に示す。外側継手部材2のトラック溝7Aは、第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの半径方向外側で、かつ継手中心Oから軸方向開口側にオフセットした点Oo1を曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部7Abが開口側に形成されている。コンパクト設計の中で、この第2のトラック溝部7Abの存在により、有効トラック長さを増加させることができ、最大作動角を大きくすることができる。そのため、図示のように、最大作動角θmaxを50°程度の高角にしても、必要十分な入口チャンファ10を設けた状態でボール4がトラック溝7Abと接触状態を確保することができる。
尚、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール4が第1のトラック溝部7Aa、9Aa(7Ba、9Ba、図2aおよび図3b参照)と第2のトラック溝部7Ab、9Ab(7Bb、9Bb、図2aおよび図3b参照)に一時的に分かれて位置する。これに伴い、保持器5の各ポケット部5aにボール4から作用する力が釣り合わず、保持器5と外側継手部材2との球面接触部12、6および保持器5と内側継手部材3との球面接触部13、8の接触力が発生するが、高作動角の範囲は使用頻度が少ないため、本実施形態の等速自在継手1は、総合的にみるとトルク損失や発熱を抑制できる。したがって、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。
図8に、本実施形態の等速自在継手の外側継手部材2と内側継手部材3の斜視図を示す。この斜視図は、これまでに説明したトラック溝を立体的に示している。図8aに示すように、外側継手部材2の球状内周面6に、継手の軸線N-N(図示省略)に対して周方向に傾斜したトラック溝7A、7Bが交互に形成され、その傾斜方向は交互に反対方向に形成されている。トラック溝7A、7Bは、それぞれ第1のトラック溝部7Aa、7Baと第2のトラック溝部7Ab、7Bbとからなる。外側継手部材2の開口端に入口チャンファ10が設けられている。また、図8bに示すように、内側継手部材3の球状外周面8には、継手の軸線N-N(図示省略)に対して周方向に傾斜したトラック溝9A、9Bが交互に形成され、その傾斜方向は交互に反対方向に形成されている。トラック溝9A、9Bは、それぞれ第1のトラック溝部9Aa、9Baと第2のトラック溝部9Ab、9Bbとからなる。
図9は、本実施形態の固定式等速自在継手1を適用した自動車のフロント用ドライブシャフト20を示す。固定式等速自在継手1は中間シャフト11の一端に連結され、他端には摺動式トリポード型等速自在継手15が連結されている。固定式等速自在継手1の外周面とシャフト11の外周面との間、および摺動式トリポード型等速自在継手15の外周面とシャフト11の外周面との間に、それぞれ蛇腹状ブーツ16a、16bがブーツバンド18a、18b、18c、18dにより締め付け固定されている。継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入されている。本実施形態の固定式等速自在継手1を使用したので、トルク損失や発熱が小さく高効率で、かつ高作動角が取れ、軽量・コンパクトな自動車用ドライブシャフト20が実現される。このドライブシャフト20を搭載した自動車は、伝達効率が改善されることにより燃料消費を抑えることができる。
本発明の第2の実施形態に係る固定式等速自在継手を図10に基づいて説明する。図10は本実施形態の固定式等速自在継手の外側継手部材のみを示し、図4と同様の断面図である。この固定式等速自在継手は、前述した第1の実施形態の固定式等速自在継手と比較して、第1のトラック溝部の円弧状ボール軌道中心線の曲率中心は、継手中心Oに対して軸方向オフセットはないが、継手の軸線N-Nに対して半径方向にオフセットさせ、これに対応して第2のトラック溝部の円弧状ボール軌道中心線の構成を調整したところが異なり、その他の構成は、第1の実施形態と同じである。本実施形態においても第1の実施形態と同様の機能を有する部位には同一の符号を付して重複説明は省略する。
外側継手部材2の第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aは第1の実施形態と同じである。しかし、第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaの曲率中心Oo3は、継手中心Oに対して軸方向オフセットはないが、継手の軸線N-Nに対して半径方向にf2だけオフセットしている。すなわち、垂線Kを含む作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面P上で半径方向にf2だけオフセットしている。これに伴い、第2のトラック溝部7bのボール軌道中心線Xbの曲率中心Oo4は、第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaに滑らかに接続するよう位置が調整されている。この構成により、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができる。本実施形態の固定式等速自在継手においても、図示は省略するが、内側継手部材3のトラック溝9のボール軌道中心線Yは、作動角0°の状態で継手中心Oを含む平面Pを基準として、外側継手部材2の対となるトラック溝7のボール軌道中心線Xと鏡像対称に形成されている。外側継手部材2および内側継手部材3のトラック溝7、9の継手の軸線N-Nに対する周方向の傾斜状態、保持器や継手の作用並びに、ボールと保持器のポケットの嵌め合い状態、作用については、第1の実施形態の固定式等速自在継手と同様であるので、重複説明は省略する。
本発明の第3の実施形態を図11~図19に示す。この実施形態の固定式等速自在継手は、第1の実施形態の固定式等速自在継手と比較して、第2のトラック溝部を直線状とし、これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制したところが異なる。その他の構成は、第1の実施形態と同じであるので、同様の機能を有する部位には同じ符号を付している。
図11は、本実施形態に係る固定式等速自在継手を示し、図11aは部分縦断面図であり、図11bは図11aの右側面図である。この等速自在継手1は、外側継手部材2、内側継手部材3、ボール4および保持器5を主な構成とする。図11b、図12および図13に示すように、外側継手部材2および内側継手部材3のそれぞれ8本のトラック溝7、9は、継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝7A、7Bおよび9A、9Bで互いに反対方向に形成されている。そして、外側継手部材2および内側継手部材3の対となるトラック溝7A、9Aおよび7B、9Bの各交差部に8個のボール4が配置されている。図11aでは、トラック溝7、9については、それぞれ、図12aに示す平面Mおよび図13bに示す平面Qにおける断面を傾斜角γ=0°まで回転させた状態で示している。
図11aに示すように、外側継手部材2のトラック溝7はボール軌道中心線Xを有し、トラック溝7は、継手中心Oを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Xaを有する第1のトラック溝部7aと、直線状のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部7bとからなり、第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaに第2のトラック溝部7bのボール軌道中心線Xbが接線として滑らかに接続されている。一方、内側継手部材3のトラック溝9はボール軌道中心線Yを有し、トラック溝9は、継手中心Oを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Yaを有する第1のトラック溝部9aと、直線状のボール軌道中心線Ybを有する第2のトラック溝部9bとからなり、第1のトラック溝部9aのボール軌道中心線Yaに第2のトラック溝部9bのボール軌道中心線Ybが接線として滑らかに接続されている。
図12に、外側継手部材2のトラック溝7が継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜している状態を示す。図12aは外側継手部材2の部分縦断面を示し、図12bは外側継手部材2の右側面を示す。外側継手部材2のトラック溝7の傾斜状態は、第1の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
図13に、内側継手部材3のトラック溝9が継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜している状態を示す。図13bは内側継手部材3の外周面を示し、図13aは内側継手部材3の左側面を、図13cは右側面を示す。内側継手部材3のトラック溝9の傾斜状態についても、第1の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
図14に、外側継手部材2の縦断面より見たトラック溝の詳細を示す。図14の部分縦断面は、図12aのトラック溝7Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mで見た断面図である。図14も、外側継手部材2のトラック溝7Aが示されているが、トラック溝7Bは、傾斜方向がトラック溝7Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝7Aと同じであるので、説明は省略する。外側継手部材2の球状内周面6にはトラック溝7Aが軸方向に沿って形成されている。トラック溝7Aはボール軌道中心線Xを有し、トラック溝7Aは、継手中心Oを曲率中心(軸方向のオフセットがない)とする円弧状のボール軌道中心線Xaを有する第1のトラック溝部7Aaと、直線状のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部7Abとからなる。そして、第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aにおいて、第2のトラック溝部7Abの直線状のボール軌道中心線Xbが接線として滑らかに接続されている。端部Aは継手中心Oよりも開口側に位置するので、第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aにおいて接線として接続される第2のトラック溝部7Abの直線状のボール軌道中心線Xbは、開口側に行くにつれて継手の軸線N-N(図11a参照)に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。
本実施形態においても、端部Aと継手中心Oとを結ぶ直線をLとする。直線Lが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βは、第1の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
同様に、図15に、内側継手部材3の縦断面よりトラック溝の詳細を示す。図15の縦断面は、前述した図13bのトラック溝9Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qで見た断面図である。図15には、内側継手部材3のトラック溝9Aが示されているが、トラック溝9Bは、傾斜方向がトラック溝9Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝9Aと同じであるので、説明は省略する。内側継手部材3の球状外周面8にはトラック溝9Aが軸方向に沿って形成されている。トラック溝9Aはボール軌道中心線Yを有し、トラック溝9Aは、継手中心Oを曲率中心(軸方向のオフセットがない)とする円弧状のボール軌道中心線Yaを有する第1のトラック溝部9Aaと、直線状のボール軌道中心線Ybを有する第2のトラック溝部9Abとからなる。そして、第1のトラック溝部9Aaのボール軌道中心線Yaの奥側の端部Bにおいて、第2のトラック溝部9Abのボール軌道中心線Ybが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Bが第1のトラック溝部9Aaと第2のトラック溝9Abとの接続点である。端部Bは継手中心Oよりも奥側に位置するので、第1のトラック溝部9Aaのボール軌道中心線Yaの奥側の端部Bにおいて接線として接続される第2のトラック溝部9Abの直線状のボール軌道中心線Ybは、奥側に行くにつれて継手の軸線N-N(図11a参照)に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。
本実施形態においても、端部Bと継手中心Oとを結ぶ直線をRとする。直線Rが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βは、第1の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
本実施形態の等速自在継手が最大作動角を取った状態を図16に示す。外側継手部材2のトラック溝7Aは、直線状のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部7Abが開口側に形成されている。コンパクト設計の中で、この第2のトラック溝部7Abの存在により、最大作動角時における有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。そのため、図示のように、最大作動角θmaxを50°程度の高角にしても、必要十分な入口チャンファ10を設けた状態でボール4が第2のトラック溝部7Abと接触状態を確保することができ、かつ、くさび角が大きくならないように抑えることができる。
さらに、本実施形態の等速自在継手の最大作動角時におけるトラック溝とボールの接触状態を図17に基づいて詳細に説明する。図17aは、等速自在継手1の縦断面図であり、図17bは外側継手部材2のトラック溝7Aとボール4との接触状態を示す拡大図である。この図においても、外側継手部材2のトラック溝7Aが示されているが、トラック溝7Bは、傾斜方向がトラック溝7Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝7Aと同じであるので、説明は省略する。図17aに示すように継手が最大作動角θmaxを取ると、作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してボール4の中心Obはθmax/2の位置に移動する。このとき、ボール4と第2のトラック溝部7Abとの接触点Sが入口チャンファ10に最も近づく。第2のトラック溝部7Abの直線状ボール軌道中心線Xbは、第1のトラック溝部7Aaの円弧状ボール軌道中心線Xaの端部Aにおいて、接線として接続されているので、図17aの縦断面において、外側継手部材2の開口側に行くにつれて継手の軸線N-Nに接近する方向に傾斜している。図17bに拡大して示すように、ボール4と第2のトラック溝部7Abの接触点Sは、ボール4の中心Obを通って、ボール軌道中心線Xbに対して直角な平面T上に位置する。ボール軌道中心線Xbが直線状であるので、ボール4の中心Obと接触点Sとの間の軸方向の距離wは、図26bに示す従来の等速自在継手よりも小さくなっており、その分、有効トラック長さが増加している。そのため、本実施形態では、最大作動角をとった状態で、入口チャンファ10のエッジ部と接触点Sとの間にトラック余裕量Uを確保することができ、ボール4が第2のトラック溝部7Abと十分な接触状態を確保することができる。
上述したように、外側継手部材2のトラック溝7とボール4との接触点Sは、トラック溝7の形状によって、継手の軸方向の位置が変化する。したがって、本明細書および特許請求の範囲における最大作動角に対する有効トラック長さとは、上記のような接触点Sの軸方向の位置の変化を加味したボールとトラック溝の接触点の軌跡の長さを意味するものである。
次に、本実施形態の等速自在継手の特徴である最大作動角時におけるくさび角の状態について図18に基づいて説明する。図18aは、等速自在継手1の縦断面図であり、図18bは外側継手部材2のトラック溝7A(7Ab)と内側継手部材3のトラック溝9A(9Ab)のくさび角の状態を示す拡大図である。この図においても、外側継手部材2のトラック溝7Aが示されているが、トラック溝7Bは、傾斜方向がトラック溝7Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝7Aと同じであるので、説明は省略する。本実施形態の等速自在継手1では、トラック溝7A、9Aとボール4は接触角をもったアンギュラコンタクトとなっており、かつ、トラック溝7A、9Aのボール軌道中心線X、Yがそれぞれ傾斜角γ(図12aおよび図13b参照)を有しているので、本明細書においては、トラック溝のくさび角とはボールとトラック溝の接触点における実際のくさび角を意味する。しかしながら、図示方法としては、トラック溝7A、9Aの溝底を用いて、くさび角を簡便的に表示する。図18aに示すように、本実施形態の等速自在継手1の最大作動角時θmaxにおけるトラック溝7A、9Aのくさび角αは、回転方向の位相角が300°~360°(図21b参照)において最も大きくなる。外側継手部材2の第2のトラック溝部7Abの直線状ボール軌道中心線Xbは、第1のトラック溝部7Aaの円弧状ボール軌道中心線Xaの端部Aにおいて、接線として接続されているので、作動角が0°の状態で、図示縦断面において、外側継手部材2の開口側に行くにつれて継手の軸線N-Nに接近する方向に傾斜しており、一方、内側継手部材3の第2のトラック溝部9Abの直線状ボール軌道中心線Ybは、外側継手部材2の直線状ボール軌道中心線Xbとは反対方向に傾斜している。したがって、第2のトラック溝部7Ab、9Abは、作動角が0°の状態では、開口側に狭まるように形成されている。そのため、最大作動角時におけるくさび角αを減少させることができる。その結果、直線状の第2のトラック溝部7Ab、9Abに挟まれたボール4が開口側に飛び出そうとする力が減少し、保持器5のポケット荷重が減少し、高作動角時における保持器5の強度を確保することができる。
最大作動角時におけるくさび角αを減少させることができる理由について、図18bにより具体的に説明する。図18bには、本実施形態の等速自在継手1の外側継手部材2および内側継手部材3の第2のトラック溝部を7Ab、9Abで示す。そして、検討した比較例1の第2のトラック溝部を7Ab’、9Ab’で示し、比較例2の第2のトラック溝部を7Ab”、9Ab”で示す。本実施形態の等速自在継手1では、前述したように、第2のトラック溝部7Ab、9Abは、作動角が0°の状態では、開口側に狭まるように形成されているので、その分、最大作動角時のくさび角は減少しαとなる。これに対して、比較例1は、作動角0°の状態で、図18bの断面で見て、第2のトラック溝部7Ab’、9Ab’の溝底が平行に形成されているので、最大作動角時のくさび角はα’と大きくなり、さらに比較例2では、第2のトラック溝部7Ab”、9Ab”の溝底が、外側継手部材2の開口側に行くにつれて離隔するように形成されているので、最大作動角時のくさび角はα”とさらに大きくなる。このように、本実施形態の等速自在継手1では、最大作動角時のくさび角αを、比較例1および比較例2に比べて、小さくすることができる。上記のように有効トラック長さでは比較例1および比較例2の方が増加するが、実用上の固定式等速自在継手としては、最大作動角時における有効トラック長さの確保とくさび角の抑制とを両立できる本実施形態が好ましい。
図19に、本実施形態の等速自在継手の外側継手部材2と内側継手部材3の斜視図を示す。この斜視図は第1の実施形態と同様である。また、ボールと保持器のポケットの嵌め合い状態、作用についても、第1の実施形態の固定式等速自在継手と同様であるので、重複説明は省略する。
本発明の第4の実施形態に係る固定式等速自在継手を図20に基づいて説明する。図20は本実施形態の固定式等速自在継手の外側継手部材のみを示し、図14と同様の断面図である。この固定式等速自在継手は、前述した第3の実施形態の固定式等速自在継手と比較して、第1のトラック溝部の円弧状ボール軌道中心線の曲率中心を、継手の軸線N-Nに対して半径方向にオフセットさせ、これに対応して第2のトラック溝部の直線状ボール軌道中心線の構成を調整したところが異なり、その他の構成は、第3の実施形態と同じである。本実施形態においても第1および第3の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。
外側継手部材2の第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aは第1の実施形態と同じである。しかし、第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaの曲率中心Oo3は、継手中心Oに対して軸方向オフセットはないが、継手の軸線に対して半径方向にf2だけオフセットしている。これに伴い、第2のトラック溝部7bの直線状のボール軌道中心線Xbは、第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaの開口側端部Aに接線として接続するよう調整されている。この構成により、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができる。本実施形態の固定式等速自在継手においても、図示は省略するが、内側継手部材3のトラック溝9のボール軌道中心線Yは、作動角0°の状態で継手中心Oを含む平面Pを基準として、外側継手部材2の対となるトラック溝7のボール軌道中心線Xと鏡像対称に形成されている。外側継手部材2および内側継手部材3のトラック溝7、9の継手の軸線N-Nに対する周方向の傾斜状態、保持器や継手の作用並びに、ボールと保持器のポケットの嵌め合い状態、作用については、第1の実施形態の固定式等速自在継手と同様であるので、重複説明は省略する。
本発明の実施例および比較例を以下に説明する。実施例および比較例は、第3の実施形態の8個ボールの固定式等速自在継手でポケットすきまδを表1に示すように変化させて製作した。継手サイズは、自動車規格(JASO C 304-89:自動車の駆動軸用等速ジョイント 1989年3月31日制定 社団法人 自動車技術会 発行)の3ページの表3中の等速ジョイントの呼び25.4相当のものである。
〔トルク損失率〕
トルク損失率は、入力トルクと出力トルクを測定し、その減少率をトルク損失率として算出した。判定基準は、○は従来の8個ボールのツェッパ型等速自在継手より低減、×は前記従来の等速自在継手並みとした。表1の評価結果より、ポケットすきまδは、-35μmでは従来の等速自在継手並みであり、-30μm≦δ≦40μmの範囲でトルク損失率が低減することを確認した。
トルク損失率は、入力トルクと出力トルクを測定し、その減少率をトルク損失率として算出した。判定基準は、○は従来の8個ボールのツェッパ型等速自在継手より低減、×は前記従来の等速自在継手並みとした。表1の評価結果より、ポケットすきまδは、-35μmでは従来の等速自在継手並みであり、-30μm≦δ≦40μmの範囲でトルク損失率が低減することを確認した。
〔作動性〕
作動性は、手動にて十字作動を確認した。判定基準は、○は十字作動で引っ掛り無し、△は十字作動で僅かに引っ掛りありとした。表1の評価結果より、ポケットすきまδは、50μmでは十字作動に僅かな引っ掛りが生じ、-30μm≦δ≦40μmの範囲で作動性が低下しないことを確認した。以上のトルク損失率と作動性の評価結果から総合評価として、ポケットすきまδは、-30μm≦δ≦40μmの範囲が好ましいことが検証された。
作動性は、手動にて十字作動を確認した。判定基準は、○は十字作動で引っ掛り無し、△は十字作動で僅かに引っ掛りありとした。表1の評価結果より、ポケットすきまδは、50μmでは十字作動に僅かな引っ掛りが生じ、-30μm≦δ≦40μmの範囲で作動性が低下しないことを確認した。以上のトルク損失率と作動性の評価結果から総合評価として、ポケットすきまδは、-30μm≦δ≦40μmの範囲が好ましいことが検証された。
〔温度上昇量〕
詳細は省略するが、実施例5~8は、以下の試験条件において、従来の8個ボールのツェッパ型固定式等速自在継手に比べて温度上昇量が50%以上低減できることを確認した。
(試験条件)回転数:5000rpm、負荷トルク:196Nm、作動角:8°
詳細は省略するが、実施例5~8は、以下の試験条件において、従来の8個ボールのツェッパ型固定式等速自在継手に比べて温度上昇量が50%以上低減できることを確認した。
(試験条件)回転数:5000rpm、負荷トルク:196Nm、作動角:8°
以上の各実施形態の固定式等速自在継手1では、トラック溝交差という構造的な効果から保持器5と外側継手部材2、内側継手部材3の球面接触が抑制され摩擦損失を抑えることができるという作用と、ボール4と保持器5のポケット5aの嵌め合いが締まり嵌めからすきま嵌めにまたがる範囲となるポケットすきまδの設定による摩擦損失および発熱の一層の抑制という作用が相俟って更なる高効率化を実現することができる。伝達効率が改善されることにより、当該固定式等速自在継手1を搭載した自動車の燃料消費を抑えることができる。
以上の各実施形態の固定式等速自在継手では、ボール4の個数を8個のもので説明したが、これに限られるものではない。ボールの個数は10個のものも好ましく、さらにボールの個数が12個のものも適宜実施することができる。
また、以上の実施形態の固定式等速自在継手では、第2のトラック溝部のボール軌道中心線Xbを円弧状のものを説明したが、これに限られるものではない。要は、第1のトラック溝部のボール軌道中心線Xaとは形状が異なり、有効トラック長さを増加させて高作動角化が図れる形状であれば適宜の形状にすることができ、例えば、楕円であってもよい。また、第1のトラック溝部および第2のトラック溝部は、それぞれ単一の円弧に限られず、トラック溝深さなどを考慮して複数の円弧で形成してもよい。さらに、トラック溝は周方向に等ピッチで配置したものを示したが、不等ピッチで配置してもよい。また、継手の軸線N-Nに対する第1のトラック溝の傾斜角度γが、すべてのトラック溝において等しいものを示したが、これに限られず、傾斜角度γを外側継手部材と内側継手部材の対となる第1のトラック溝と他の対となる第1のトラック溝とで不等角度に形成してもよい。要は、保持器の周方向すべてのポケット部に作用するボールの軸方向の力が、全体として釣合うように各傾斜角度が設定されておればよい。加えて、トラック溝とボールとが接触角をもって接触するアンギュラコンタクトの実施形態を示したが、これに限られず、トラック溝の横断面形状を円形状に形成したサーキュラコンタクトにしてもよい。
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
1 固定式等速自在継手
2 外側継手部材
3 内側継手部材
4 ボール
5 保持器
6 球状内周面
7 トラック溝
7a 第1のトラック溝部
7b 第2のトラック溝部
8 球状外周面
9 トラック溝
9a 第1のトラック溝
9b 第2のトラック溝
11 シャフト
12 球状外周面
13 球状内周面
20 ドライブシャフト
A 端部
B 端部
Db ボールの直径
H ポケットの軸方向寸法
f2 オフセット量
K 垂線
L 直線
M ボール軌道中心線を含む平面
N 継手の軸線
O 継手中心
P 継手中心平面
Q ボール軌道中心線を含む平面
Oo1 曲率中心
Oo3 曲率中心
Oo4 曲率中心
R 直線
X ボール軌道中心線
Y ボール軌道中心線
γ 傾斜角
β 角度
θ 作動角
2 外側継手部材
3 内側継手部材
4 ボール
5 保持器
6 球状内周面
7 トラック溝
7a 第1のトラック溝部
7b 第2のトラック溝部
8 球状外周面
9 トラック溝
9a 第1のトラック溝
9b 第2のトラック溝
11 シャフト
12 球状外周面
13 球状内周面
20 ドライブシャフト
A 端部
B 端部
Db ボールの直径
H ポケットの軸方向寸法
f2 オフセット量
K 垂線
L 直線
M ボール軌道中心線を含む平面
N 継手の軸線
O 継手中心
P 継手中心平面
Q ボール軌道中心線を含む平面
Oo1 曲率中心
Oo3 曲率中心
Oo4 曲率中心
R 直線
X ボール軌道中心線
Y ボール軌道中心線
γ 傾斜角
β 角度
θ 作動角
Claims (8)
- 球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容するポケットを有すると共に前記外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手において、
前記外側継手部材のトラック溝は奥側に位置する第1のトラック溝部(7a)と開口側に位置する第2のトラック溝部(7b)とからなり、前記第1のトラック溝部(7a)は、継手中心(O)に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状部分を有し、かつ継手の軸線(N-N)に対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第1のトラック溝部(7a)で互いに反対方向に形成されており、前記第2のトラック溝部(7b)は、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために前記第1のトラック溝部(7a)とは異なる形状を有し、前記第1のトラック溝部(7a)と第2のトラック溝部(7b)とは前記継手中心(O)より開口側で接続されており、前記内側継手部材のトラック溝は、作動角が0°の状態で前記継手中心(O)を含む平面(P)を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝と鏡像対称に形成されたものであって、前記ボールと保持器のポケットの嵌め合いが締まり嵌めからすきま嵌めにまたがる範囲となるポケットすきま(δ)としたことを特徴とする固定式等速自在継手。 - 前記ポケットすきま(δ)を-30μm≦δ≦40μmとしたことを特徴とする請求項1に記載の固定式等速自在継手。
- 前記第1のトラック溝部(7a)と第2のトラック溝部(7b)とが接続される点と継手中心(O)とを結ぶ直線(L)が、前記作動角が0°の状態で継手中心(O)を含む平面(P)に対してなす角(β)を3°~10°に設定したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の固定式等速自在継手。
- 前記第1のトラック溝部(7a)の円弧状部分の曲率中心を、継手の軸線(N-N)上に配置したことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の固定式等速自在継手。
- 前記第1のトラック溝部(7a)の円弧状部分の曲率中心を、継手の軸線(N-N)より半径方向にオフセットさせたことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の固定式等速自在継手。
- 前記第2のトラック溝部(7b)が円弧状部分を有することを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の固定式等速自在継手。
- 前記第2のトラック溝部(7b)の円弧状部分が、前記第1のトラック溝部(7a)より半径方向外側で、かつ継手中心(O)より開口側にオフセットされた曲率中心を有することを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の固定式等速自在継手。
- 前記第2のトラック溝部(7b)が直線状部分を有し、この直線状部分は、開口側に行くにつれて前記継手の軸線(N-N)に接近するように傾斜して形成されていることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の固定式等速自在継手。
Priority Applications (3)
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