等速万向接头 【技术领域】
本发明涉及滑动式三脚型等速万向接头。一般来说，等速万向接头是一种连接驱动侧和从动侧的两根轴、即使在两根轴间有一定角度也能等速地传递旋转力的万向接头中的一种；滑动式是靠接头的滑叉使两根轴间的相对轴向位移成为可能者；三脚型是把有沿半径方向伸出的三个脚轴的三脚构件结合于一方的轴，把有轴向延伸的三个轨道槽的中空圆筒形的外侧接头构件结合于另一方的轴，把三脚构件的脚轴收容于外侧接头构件地轨道槽内来进行转矩的传递者。背景技术
参照图10A～10C来说明滑动式三脚型等速万向接头之一例，沿外侧接头构件1的内周面的轴向形成三个圆筒形轨道槽2，沿插入外侧接头构件1内的三脚构件4的半径方向伸出设置的三个脚轴5的圆筒形的外周面上经由多个滚针6能够旋转地套装圆环体形滚子7，把滚子7插入轨道槽2而构成。各轨道槽2的在圆周方向相对峙的一对滚子导向面3是轴向平行的凹曲面，三个脚轴5的各滚子7的外周面是适合于滚子导向面3的凸曲面。各滚子7配合于对应的轨道槽2的滚子导向面3，能够一边以脚轴5为中心旋转一边沿着轨道槽2移动。
如图10(B)中所示，在接头按取工作角θ的状态来传递旋转力时，滚子7和滚子导向面3如图10(C)中所示成为相互斜交的关系。在此一场合，滚子7沿着图10(B)中箭头t所示的方向旋转并移动，而轨道槽2因为是与外侧接头构件的中心线平行的圆柱面的一部分，故滚子7受轨道槽2的约束地移动。结果滚子导向面3与滚子7相互间发生滑动而发生滑动阻力，进而此一滑动沿轴向发生诱导推力。这种滑动阻力和诱导推力成为车体的振动和噪声的发生原因，对汽车的NVH性能有影响，因为降低了车辆的行走部分的设计自由度，故最好是尽量减少之。
作为企图减少这种滑动阻力和诱导推力的滑动式三脚型等速万向接头，例如图11中所示构造者是公知的。也就是说，如图所示，把三脚构件4的脚轴5的外周面制成真正球面，圆柱形的环体8的圆柱形内周面能够滑动地套装于此一真正球面。环体8与滚子7经由转动体构成相对旋转自如的滚子组件。滚针6按所谓满滚针状态配置在环体8的圆筒形外周面与滚子7的圆筒形内周面之间，靠圆环体形挡圈9来防止脱落。滚子7收容在外侧接头构件1的轨道槽2内，能够在轨道槽2的滚子导向面3上一边转动一边在外侧接头构件1的轴向上移动。
脚轴5的外周面是把曲率中心保持在脚轴5的中心线上的真正球面，滚子组件(7、8)在此一曲率中心周围摆头摇动。因为滚子组件摆头摇动自如，故外侧接头构件1与三脚构件4按取工作角的状态进行旋转力传递时，靠外侧接头构件1的滚子导向面3来导向以便滚子7保持与外侧接头构件1的中心线平行的姿势，在这样的姿势下在滚子导向面3上正确地转动。因而，工作角运行时的滑动阻力减小，滑动阻力和诱导推力的发生得到抑制。
为了从汽车发动机向车轮等速地传递旋转力而使用滑动式三脚型等速万向接头是公知的。滑动式三脚型等速万向接头把球面滚子安装在三脚构件的脚轴上，在脚轴外周面与球面滚子内周面间作为转动体以没有保持器的满滚针形式使用滚针。而且在按取角度的状态传递转矩时，由于内部零件间的相互摩擦，在旋转中发生诱导推力，此外在静止状态如果强制地沿轴向伸缩则还发生滑动阻力。这些诱导推力或滑动阻力作为相关的汽车的典型的NVH现象，与前者相关地存在着行进中车体的横向振动，与后者相关地存在着AT车中的停止时D档的怠速振动现象。
汽车的NVH问题，减小接头的诱导推力或滑动阻力的大小是解决的关键。一般来说，接头的诱导推力或滑动阻力存在着依存于工作角的大小的倾向。因此，在运用于汽车的驱动轴的场合，关联着无法加大工作角这样的设计上的制约。因而，为了提高汽车的行走部分设计自由度，诱导推力或滑动阻力的低位稳定化是个课题。
因此，本发明的目的在于进一步减小这些诱导推力和滑动阻力，以及实现稳定化。发明的公开
根据本发明的一个实施例，等速万向接头包括：有沿圆周方向对峙配置的滚子导向面的三个轨道槽形成的外侧接头构件；有沿半径方向伸出的三个脚轴的三脚构件；插入前述轨道槽的滚子；以及套装于前述脚轴并旋转自如地支承前述滚子的环体；前述滚子能够沿着前述滚子导向面在外侧接头构件的轴向上移动，把前述环体的内周面形成为圆弧形凸断面，并且把前述脚轴的外周面在纵断面中取为直线形状，而且在横断面中在与接头的中心线正交的方向上与前述环体的内周面相接触，并且在接头的中心线方向上与前述环体的内周面之间形成间隙。
所谓在脚轴的横断面形状中与接头的中心线正交的方向上与前述环体的内周面相接触并且在接头的中心线方向上与前述环体的内周面之间形成间隙这种形状，换句话说，意味着在三脚构件的轴向上相互对峙的面部分相互相向地，也就是向假想圆柱面的小直径一侧退让的形状。作为其一个具体例子可以举出椭圆形。
通过把原来圆形的脚轴的断面形状制成上述形状，接头在取工作角时不改变滚子组件的姿势，而是脚轴可以对外侧接头构件倾斜。而且，如果对比图1(C)和图11(C)则可以明白，因为脚轴的外周面与环体的接触椭圆从横长变成接近于一个点故减小了使滚子组件倾斜的摩擦力矩。因而滚子组件的姿势始终稳定，因为滚子与滚子导向面保持平行，故可以顺利地转动。借此而有助于滑动阻力的减小，进而有助于诱导推力的减小。进而，还有脚轴的根部的断面系数增加引起的脚轴的弯曲强度增加这样的优点。
再者，虽然滚子组件夹在脚轴与外侧接头构件之间起传递转矩的作用，但是，因为此种等速万向接头中的转矩的传递方向始终处于正交于接头的中心线的方向，故通过在该转矩传递方向上脚轴与环体的接触而能够传递转矩，即使在接头的轴线方向上两者之间有间隙也不妨碍转矩传递。
可以把前述脚轴的横断面取为长轴正交于接头的中心线的大体上椭圆形。所谓大体上椭圆形不限于字面上的椭圆，一般包括称为卵形、椭圆形等的形状。更具体地说，可以采用与环体的接触面压力得到缓和并避免铰轴的强度降低的脚轴的断面形状。而且，因为可以不使环体倾斜而是脚轴倾斜，故滚子可以不倾斜地在滚子导向面内顺利地转动。因而，可以省略以限制滚子的倾斜为目的而设置在外侧接头构件的轨道槽上的某个突缘。通过省略突缘，不仅可以实现外侧接头构件的减轻重量、简化加工，而且消除滚子与突缘的滑动接触引起的滑动阻力，结果实现滑动阻力的进一步减小和诱导推力的减小。
最好是在接头的圆周方向上，在脚轴的外周面与环体的内周面之间，在令脚轴的大体上椭圆形横断面的长轴半径为a时能够形成0.001a以上的间隙。借此，因为可以吸收三脚型万向接头特有的起因于脚轴中心振摆的脚轴的倾斜，故消除了使接头横断面内的滚子组件倾斜的原因，有助于汽车的NVH性能的提高。
前述环体的内周面的母线可以由中央部的圆弧部和两端部的避让部来构成。圆弧部的曲率半径最好是取为能够允许2～3°左右的脚轴的倾斜的大小。
在环体与滚子之间配置多个转动体使环体与滚子相对转动自如。作为转动体除了例如滚针等圆柱形滚子之外，也可以使用滚珠。此外，由于脚轴与环体内周面的接触部始终位于环体的宽度方向的中央，所以滚动体稳定地转动。进而，由于环体内周面的中心与滚子外周面的中心几乎一致，所以滚子组件的倾斜也减少。
可以把前述滚子的外周面形成为球形，与外侧接头构件的滚子导向面成角度接触。通过使滚子和滚子导向面成角度接触，滚子变得不容易振动而其姿势进一步稳定，因此，在滚子在外侧接头构件的轴向上移动之际以更小的阻力在滚子导向面上顺利地转动。举例表示实现这种成角度接触用的具体的构成的话，可以举出把滚子导向面的断面形状取为锥形或尖拱形。
可以仅是包含脚轴的外周面中与环体内周面的接触区在内的规定的范围进行磨削加工。考虑到加工误差等最好是把该规定的范围设定成比接触区大一些。而且，该规定的范围以外的部分也可以不施行磨削而保留锻造加工表面的原样，借此加工时间的缩短、降低成本成为可能。
下面，根据参照附图详细进行说明，可以进一步明白本发明的性质、原理、实用性。附图中，相同的零件用相同的标号或符号来表示。附图的简要说明
图1(A)是表示本发明的实施例的等速万向接头的横剖视图，
图1(B)是脚轴和滚子组件的垂直于脚轴的剖视图，
图1(C)是环体的剖视图，
图2(A)是图1(A)～1(C)的等速万向接头的纵剖视图，示出取工作角的状态，
图2(B)是图2(A)中的三脚构件的示意侧视图，
图3(A)是局部剖切的等速万向接头的端面图，示出本发明的另一个实施例，
图3(B)是脚轴和滚子组件的垂直于脚轴的剖视图，
图3(C)是等速万向接头的纵剖视图，示出取工作角的状态，
图4是图3(A)～(C)中的环体的放大剖视图，
图5是局部剖切的等速万向接头的端面图，示出外侧接头构件的另一个实施例，
图6(A)是等速万向接头的纵剖视图，
图6(B)是脚轴和滚子组件的俯视图，
图7是脚轴的横剖视图，
图8是脚轴的横剖视图，
图9是脚轴的横剖视图，
图10(A)是现有技术的等速万向接头的横剖视图，
图10(B)是图10(A)的等速万向接头的纵剖视图，
图10(C)是表示图10(B)中的滚子和滚子导向面的相互关系的示意透视图，
图11(A)是另一种现有技术的三脚型等速万向接头的横剖视图，
图11(B)是垂直于脚轴的剖视图，
图11(C)是说明接触椭圆用的环体的剖视图。最佳实施例的描述
首先说明图1(A)～图2(B)中所示的实施例。这里，图1(A)示出接头的横断面，图1(B)示出垂直于脚轴的断面，图2(A)示出取工作角θ的状态的接头的纵断面。如图1(A)中所示，等速万向接头由外侧接头构件10和三脚构件20组成，所要连接的两根轴的一方连接于外侧接头构件10，另一方连接于三脚构件20。
外侧接头构件10在内周面上有延轴向延伸的三个轨道槽12。在各轨道槽12的在圆周方向上对峙的侧壁上形成滚子导向面14。三脚构件20有沿半径方向伸出设置的三根脚轴22，在各脚轴22上安装着滚子34，此一滚子34收容于外侧接头构件10的轨道槽12内。滚子34的外周面是适合于滚子导向面14的凸曲面。
滚子34的外周面是以在沿半径方向离开脚轴22的中心线的位置上有曲率中心的圆弧为母线的凸曲面，滚子导向面14的断面形状为尖拱形状，借此滚子34和滚子导向面14成为成角度接触。在图1(A)中，用单点划线来表示两个接触位置的作用线。对于球面形的滚子外周面即使把滚子导向面14的断面形状取为锥形也可以实现两者的成角度接触。像这样通过采用滚子34和滚子导向面14成为成角度接触的构成，因为滚子难以振动故姿势稳定。再者，在不采用成角度接触的场合，也可以例如由中心线与外侧接头构件10的中心线平行的圆柱面的一部分来构成滚子导向面14，把其断面形状取为与滚子34的外周面的母线对应的圆弧。
在脚轴22的外周面上套装环体32。此一环体32与滚子34经由多个滚针36而单元化，构成能够相对旋转的滚子组件。也就是说，以环体32的圆柱形外周面作为内侧轨道面，以滚子34的圆柱形内周面作为外侧轨道面，在这些内外轨道面间转动自如地夹装滚针36。如图1(B)中所示，滚针36以尽量多的装入滚针的，没有保持器的，所谓满滚针状态装入。由标号33、35标出的是为了防止滚针36脱落而装于在滚子34的内周面上形成的环体形槽的一对挡圈。这些挡圈33、35在圆周方向的一处有切口(参照图6(B))，在弹性地缩径状态下装入滚子34的内周面的环体形槽。
脚轴22的外周面在纵断面(图1(A)或图2(A))中看为平行于脚轴22的中心线的直线形状，在横断面(图1(B))中看为长轴正交于接头的中心线的椭圆形。脚轴的断面形状，取为在三脚构件20的轴向上看的使壁厚减小大体上椭圆形。换句话说，脚轴的断面形状在三脚构件的轴向上相互对峙的面相互相向地，也就是说向假象圆柱面小直径一侧退让。
环体32的内周面具有圆弧形凸断面。也就是说，内周面的母线为半径r的凸圆弧(图1(C))。因为这一点，连同脚轴22的横断面形状如上所述为大体上椭圆形，在脚轴22与环体32之间设置规定的间隙，所以环体32不仅能够在脚轴22的轴向上移动，而且对于脚轴22是摆头摇动自如的。此外，因为通过上述经由滚针36使环体32和滚子34相对转动自如地单元化，故对于脚轴22，环体32和滚子34成为能够作为单元摆头摇动的关系。这里，所谓摆头是指在包含脚轴22的中心线的平面内，环体32和滚子34的中心线对于脚轴22的中心线倾斜(参照图2(A))。
在图11(A)～11(C)中所示的现有技术的接头的场合，因为脚轴5的外周面在全圆周上与环体8的内周面相接触，故接触椭圆如图11(C)中虚线所示呈现出沿圆周方向的横长形。因此，脚轴5对于外侧接头构件1倾斜时，随着脚轴5的动作，产生使环体8延伸、进而使滚子7倾斜地作用的摩擦力矩。与此相反，在图1中所示的实施例中，因为脚轴22的横断面为大体上椭圆形，环体32的内周面的横断面为圆柱形，所以如图1(C)中虚线所示，两者的接触椭圆成为近似于一个点，同时面积也变小。因而，使滚子组件(32、34)倾斜的力与现有技术的力相比大为减小，滚子34的姿势的稳定性进一步提高。此外，在图11的现有技术的接头的场合，虽然在工作角0的状态下如图11(A)中所示脚轴5与环体8的接触部位于环体8的宽度方向的中央部，但是在取工作角的状态下传递转矩时因为脚轴5在图11(A)的纸面的眼前一侧和纸背一侧摇动，故脚轴5与环体8的接触部成为向环体8的宽度方向中央部下方错开。结果滚针6的动作变得不稳定而有时不能进行稳定的转动。与此相反在图1(A)～1(C)的实施例中，由于脚轴22与环体32的内周面的接触部始终位于环体32的宽度方向中央，所以滚针36稳定地转动。进而，由于环体32的内周面的中心与滚子34的外周面的中心几乎一致所以滚子组件(32、34)的倾斜也变少。
下面就图3(A)和图4中所示的实施例进行说明。再者，在图3(A)中虽然把一部分零件也就是环体32、滚子34、挡圈33、35画成断面，但是为了避免与引出线或中心线的拥挤而省略表示断面的剖面线。此一实施例，环体32的内周面的母线，对于上述实施例中由单一的圆弧所形成者，仅在由中央的圆弧部32a和其两侧的避让部32b组合而形成这一点不同。避让部32b是如图3(C)中所示取工作角θ时的避免与脚轴22的干涉用的部分，由从圆弧部32a的端部向环体32的端部逐渐扩大直接的直线或曲线来构成。这里举例表示把避让部32b制成圆锥角α=50°的圆锥面的一部分的场合。圆弧部32a因为允许脚轴22对环体32的2～3°左右的倾斜，故取为例如30mm左右的大的曲率半径r。
在三脚型等速万向接头中，机构上外侧接头构件10旋转1转时三脚构件20相对外侧接头构件10的中心摆动3次。此时用符号e(图2(A))表示的偏心量与工作角θ成比例地增加。而且，虽然三个脚轴22间隔120°，但是一取工作角θ，就如图2(B)中所示，如果把在图的上侧中所示的垂直的脚轴22看作基准，则其他两个脚轴22从用单点划线表示的工作角0时的它们的中心线稍微倾斜。该倾斜在工作角θ例如大约23°时为2～3°左右。由于环体32的内周面的圆弧部32a的曲率毫不勉强地允许此一倾斜，故可以防止脚轴22与环体32的接触部处的面压力变得过高。再者，图2(B)示意地图示从图2(A)的左侧看到的三脚构件20的三个脚轴22，实线表示脚轴。进而，在脚轴22的长轴直径2a与环体32的内径之间设置能够吸收这种三角型恒速万向接头特有的起因于脚轴中心的摆动的脚轴22的倾斜的间隙。关于此一间隙的具体的数值在下文中详述。
在上述实施例中，如图1(A)和图3(A)中所示，出于限制滚子34的倾斜的目的，在轨道槽12的里侧也就是外侧接头构件10的横断面上看大直径一侧上，形成对着滚子34的端面的凸缘。可是，在以上各实施例，进而在下文述及的实施例中，因为消除了使滚子34倾斜的原因，故没有必要一定在轨道槽12上设置突缘，可以如图5中所示省略突缘。结果，即使滚子34由于某种原因暂时地振动也完全不用担心接触于突缘而产生滑动摩擦。
在实施本发明时，如图6(A)和图6(B)中所示，因为横断面大体上椭圆形的脚轴22与圆形的环体32接触而传递转矩，所以有必要谋求面压力的缓和。下面，就用于此的具体的实施例进行说明。再者，在图6(B)中，纸面的上下方向是负载侧，纸面的左右方向为非负载侧。
在接头取工作角θ的状态下传递转矩时，如图6(A)中的虚线所示，脚轴22相对于环体32在工作角θ的范围内往复摇动。此时，对于非负载侧来说，因为脚轴22与环体32之间存在着比较大的间隙，故脚轴22可以与环体32没有干涉地摇动。可是对于负载侧来说，随着工作角θ加大，脚轴22的倾斜加大，如图6(B)中的虚线所示脚轴22的视在曲率加大，如果成为大于环体32的内径的曲率则脚轴22与环体32成为两点接触。于是，那以后就不能仅是脚轴22自由地倾斜了，而成为使环体32，进而使滚子组件(32、34)倾斜。因而，这样来确定脚轴22的横断面形状，特别是负载侧的形状，以便在规定的角度范围内，仅是脚轴22能够不与环体32相干涉地倾斜。
具体地说，把最大工作角θmax取为25°时，如图7中所示，如果与脚轴22的横断面的大体上椭圆形的长轴半径a和短轴半径b相比如下设定环体内周面的曲率半径r(参照图1(C)和图4)，则能够使得即使接头取最大工作角环体32也不倾斜，并且使脚轴22与环体32之间的面压力为最小。r=1.369ab/a=0.759
如果把环体内周面的曲率半径r的推荐范围取为0.5r～1.5r也就是0.684a～2.053a，则此时的椭圆度b/a为0.836～0.647。
可是在上述设定中，虽然形状上是可能的但是如果在汽车上实际使用则存在着脚轴22与环体32间的面压力过高的悬念。因此如果是在汽车用途中的常用工作角范围内追求低振动，则把工作角减小到滚子组件(32、34)不倾斜的程度面压力就也降低，成为可以实际使用。例如，如果把常用工作角θ取为超过10°不足20°的范围，则环体内周面的曲率半径r和椭圆度b/a的最佳值和推荐范围如表1中所示。
【表1】
如上所述，虽然脚轴22的大体上椭圆形横断面的椭圆度b/a越小则即使取更大的工作角也可以不使滚子组件(32、34)倾斜地倾斜脚轴22，但是其反面接触部的面压力升高，脚轴22的强度也降低。因此，图8中所示的实施例制成仅在与环体32接触的区域也就是接触区β内把脚轴22的横断面形状加大椭圆度b1/a1，在其他非接触区内取为在最大工作角下不产生干涉的程度的椭圆度b2/a2的复合椭圆形。例如在把常用工作角θ取为15°，把环体32的内周面的曲率半径r取为2.898a的场合，把接触区的椭圆度b1/a1取为0.859，把非接触区的椭圆度b2/a2取为0.635。再者，虽然图8中仅在图的下侧进行了接触区β的表示，但是不言而喻因为脚轴22的横断面是对称形故在图的上侧也存在着接触区。
此外，图9中所示的实施例，不是用单一椭圆来构成上述接触区β而是使椭圆度(b/a)连续地变化。例如，在与上述同样把常用工作角θ取为15°，把环体32的内周面的曲率半径r取为2.898a的场合，在接触区内把与长轴交叉的位置的椭圆度取为1.0，随着离开该位置逐渐减小椭圆度，在非接触区把椭圆度取为0.653。或者也可以制成与接触区、非接触区无关地从长轴一侧向短轴一侧逐渐把椭圆度从1.0减小到0.653的形状。图9举例表示在接触区的与长轴交叉的位置上把椭圆度取为1.0，随着离开该位置，例如像图示的那样按每个规定的角度逐渐减小曲率半径的场合。
如上所述因为脚轴22的横断面形状是大体上椭圆形，故仅是需要精度的负载侧接触区(β)作为施行磨削的范围，在它以外的非接触区内加工出从正规的椭圆(图9中双点划线所示)向内径侧退让的形状，也可以磨削不到。再者，此一磨削不到的部分没有必要一定通过积极地施行切削加工或其他加工来形成，也可以在脚轴的锻造之际形成该形状而保持锻造加工表面的原样，借此还能缩短加工时间，降低成本。
举例表示为了吸收三脚型等速万向接头特有的起因于脚轴中心的摆动的脚轴22的倾斜，而在脚轴22的长轴直径2a与环体32的内径之间设置的间隙的值如表2。
【表2】工作角θ(°)r：最佳值(面压力最小)能够吸收摆动的最小间隙 25 1.369a 5.207×10-3a 20 1.994a 2.725×10-3a 15 2.898a 1.131×10-3a 10 4.731a 0.330×10-3a
本发明的等速万向接头包括：有沿圆周方向对峙配置的滚子导向面的三个轨道槽形成的外侧接头构件；有沿半径方向伸出的三个脚轴的三脚构件；插入前述轨道槽的滚子；以及套装于前述脚轴并旋转自如地支承前述滚子的环体；前述滚子能够沿着前述滚子导向面在外侧接头构件的轴向上移动；其中，因为把前述环体的内周面形成为圆弧形凸断面，并且把前述脚轴的外周面在纵断面中取为直线形状，而且在横断面中在与接头的中心线正交的方向上与前述环体的内周面相接触，并且在接头的中心线方向上与前述环体的内周面之间形成间隙，故接头在取工作角时不改变滚子组件的姿势，而是脚轴可以对外侧接头构件倾斜。而且，因为脚轴的外周面与环体的接触椭圆从横长变成接近于一个点，故减小了使滚子组件倾斜的摩擦力矩。进而，由于脚轴与环体内周面的接触部始终位于环体的宽度方向的中央，所以即使在环体与滚子之间夹装滚针这种转动体的场合此一转动体也能稳定地转动。因而，滚子组件的姿势始终稳定，因为滚子保持与滚子导向面平行故可以顺利地转动。借此有助于滑动阻力的减小进而有助于诱导推力的减小。进而，存在着通过脚轴的根部的断面系数增加引起的脚轴的弯曲强度提高这样的优点。
本发明的等速万向接头，特别是如果运用于汽车的驱动轴，则可以有助于滑动阻力或诱导推力所关联的汽车的NVH性能的改善，车辆行走部分设计自由度也提高。
虽然说明了本发明的在当前可以认为是最佳的具体例子，但是种种改变是可能的，落入本发明的精神和范围的所有改变可以由所附权利要求书来包括。