固定式等速万向接头 【技术领域】
本发明涉及固定式等速万向接头。等速万向接头是在汽车或各种产业机械的动力传递系统中，连结驱动侧的旋转轴和从动侧的旋转轴，以等角速度传递扭力，有固定式和滑动式，相对于滑动式是允许角度位移和轴向位移，固定式是仅仅允许角度位移的形式。
技术背景
固定式等速万向接头在选择角度时，在折曲方向产生力。在为前轮驱动汽车的驱动轴的固定式等速万向接头地情况下，在车辆转向时，通过固定在前轮的车轴上的外圈选择角度，使接头一面推被限制在外圈的轨道槽和内圈的轨道槽之间的扭力传递滚珠、或保持扭力传递滚珠的保持器，一面选择角度。此时，通过在内外圈的轨道槽和扭力传递滚珠之间，产生滚动或滑动摩擦，在外圈的内球面和保持器的外球面之间，内圈的外球面和保持器的内球面之间，产生滑动摩擦，而在与折曲方向相反的方向产生反作用力。将该反作用力称为折曲方向的负载。
以往，在讨论固定式等速万向接头的内部设计规格时，作为接头的功能，仅仅重视强度和耐久性，没有积极地考虑关于降低折曲方向的负载，即改善折曲的容易程度，仅为确认了确保必要的强度和耐久性的内部规格的折曲方向的负载的实际力值。
【发明内容】
若折曲方向的负载过大，则阻碍接头的顺畅动作，在为用于前轮驱动汽车的驱动轴的固定式等速万向接头的情况下，给予方向盘操作的不协调感。另外，存在下述可能，即，难以折曲这种情况，在固定式等速万向接头中，通过赋予角度，由于不能充分吸收应吸收的振动或力，所以通过轴传递到车身侧。也考虑到振动或力的输入路径与此相反的情况，有可能对车辆的NVH性能给予不良的影响。
本发明的主要目的是在固定式等速万向接头中，作为改善NVH性能的对策，而减小在接头的动作角变化时产生的折曲方向的负载。
本发明的固定式等速万向接头，是等速万向接头，具有外圈、内圈、扭力传递滚珠和保持器，该外圈在内球面形成在轴向延伸的多个轨道槽；该内圈在外球面形成在轴向延伸的多个轨道槽；该扭力传递滚珠配置在滚道上，该滚道由上述外圈的轨道槽与上述内圈的轨道槽协动而形成；该保持器具有保持上述扭力传递滚珠的袋，使上述外圈的轨道槽的中心相对于内球面的球面中心，使上述内圈的轨道槽的中心相对于外球面的球面中心，分别在轴向上朝相反一侧仅等距离地偏移，其特征在于，将上述袋和上述扭力传递滚珠之间的轴向间隙设定在-0.006～-0.035mm的范围内，并且，将上述保持器和上述内圈之间的半径方向间隙的间隙/直径比设定在0.9～2.3的范围内。另外，间隙为直径值。
从表示袋间隙和折曲方向负载的关系的图6(袋间隙敏度线图)可知，虽然袋间隙越大，换言之，紧箍余量越小，降低折曲方向的负载的效果越大，但是因为从-0.005mm附近开始，效果结束，所以若从降低折曲方向的负载的观点出发，规定尺寸，则上限值在-0.005mm前后，需要尽可能大地设定下限值。
接着，在从其他的功能上的限制条件进行研究的情况下，若将袋间隙设定为正间隙，则以该间隙为起因，有可能扭力传递滚珠和保持器接触，产生打击音，或因袋间隙为正造成的影响，有损作为保持器的本来的功能，即，向恰当的位置保持扭力传递滚珠的功能，而使接头的等速性恶化，由于这些原因而使袋间隙的上限值在0mm以下。但是，因为根据使用状况，存在因袋面磨损而产生间隙扩大的可能性，所以考虑截至目前为止的袋的长时间磨损的实际情况(台架或实车的实际值：约0.005～0.006mm)，使上限值为-0.006mm。对于下限值，从为了降低折曲方向的负载而更大地确保袋间隙，并且，满足现行的工程能力的加工公差幅度的最小值(批量生产实际值)出发，使之为-0.035mm。在这里，通过进一步追加各种尺寸的管理等，可以一面确保工程能力，一面缩小加工公差幅度，该情况下的下限值为-0.025mm。因此，袋间隙的最好的范围为-0.006mm～-0.035mm，更好的为-0.006～-0.025mm。
接着，从表示内圈的外球面和保持器的内球面之间的半径方向间隙(下称球面部间隙)的间隙/直径比和折曲方向的负载的关系的图7(保持器/内圈间的间隙敏度线图)可知，在效果中具有峰值特性。图7的横轴表示间隙/直径比，纵轴表示折曲方向的负载。在这里，间隙/直径比是指为了使保持器的内球面和内圈的外球面之间的球面部间隙无量纲化，用该球面部间隙除以保持器内球面标准直径(＝内圈外球面标准直径)得到的商加上1000。将降低折曲方向的负载效果的最大尺寸设定为中央值，通过满足工程能力的公差幅度，规定范围。从图7给出降低折曲方向的负载效果的最大的间隙/直径比为1.6前后，若加上公差幅度，则为0.9～2.3。若通过图7试着确认在该范围内的折曲方向的负载的变动幅度，则是变动幅度为最小的设定，可以最有效地利用降低折曲方向的负载的效果。
另外，若研究该球面部间隙相对于其他的功能所给予的影响，则可以知道，若其过大，则存在产生异响的可能(参照特开2002-323061号公报)。这一点，作为考虑到长时间磨损的样本，对间隙/直径比2.6左右的样本进行了异响评价，不能确认在接头角度的整个区域产生异响。另外，在过小地设定的情况下，虽然有可能有损内圈、保持器的动作性，但是上述范围的下限值相对于对动作性有影响的下限值水平(例如0.3)，由于被设定得足够大，所以可以无视有关动作性的担心事项。因此，从对其他的功能上不造成坏影响出发，可以最有效地利用降低折曲方向的负载效果的上述范围，为内圈的外球面和保持器的内球面之间的球面部间隙的间隙/直径比为0.9～2.3的范围。
也可以在外圈的轨道槽以及内圈的轨道槽上设置具有直线状槽底的直线部。本发明可以应用于下述两种固定式等速万向接头(BJ)以及固定式等速万向接头(UJ)，固定式等速万向接头(BJ)是使上述外圈的轨道槽的中心相对于内径面的球面中心，使上述内圈的轨道槽的中心相对于外径面的球面中心，分别在轴向上朝相反一侧仅等距离地偏移；上述固定式等速万向接头(UJ)是使上述外圈的轨道槽的中心相对于内径面的球面中心，使上述内圈的轨道槽的中心相对于外径面的球面中心，分别在轴向上朝相反一侧仅等距离地偏移，并且，在上述外圈以及内圈的各个轨道槽上设置具有直线状槽底的直线部。
近年，由于从提高汽车碰撞安全性的观点出发，存在增长轴距的情况，但并不能使车辆转弯半径也与其相伴地增大，所以要求因固定式等速万向接头的仰角化而产生的前轮的操作角增大。对于该仰角化的需要，可以使在外圈的开口侧的轨道槽形状通过与轴向平行的无咬边型(アンダ一カツトフリ一タイプ)的固定式等速万向接头(UJ)进行对应。无咬边型的固定式等速万向接头的特征在于，在外圈以及内圈的轨道槽上没有咬边，为可以获得大的动作角的构造。
最好使PCD间隙为0.009～0.060mm。在这里，“PCD间隙”是指外圈的轨道槽的节距圆径PCDOUTER和内圈的轨道槽的节距圆径PCDINNER的差。从表示PCD间隙和折曲方向的负载的关系的图8(PCD间隙敏度线图)可以看出，若较大地设定PCD间隙，则降低了折曲方向的负载。另外，因为在PCD间隙小的一侧，敏度敏感，所以通过增大下限侧，可以得到更大的效果。接着，从其他的功能上的限制条件已知，若过大地设定PCD间隙，则接触椭圆的跨上耐久性恶化(参照特开2002-323061号公报)，上限值设定为0.050mm。在这里，虽然通过考虑满足现行的工程能力的加工公差，决定了下限值，但是根据图8，由于下限侧可以期待更大地降低折曲方向的负载的效果，所以在研究扩大上限值时，添加了耐久性评价结果或桌上讨论的跨上耐久性的降低率、以往的等速万向接头的实际成绩等，可以判断为能扩大到0.060。此时，若考虑满足现行的工程能力的加工公差，则下限值为0.009mm。在这里，通过进一步追加各种尺寸管理等，可以一面确保工程能力，一面缩小加工公差的幅度，可以将下限值设定在0.019mm。因此，可以降低折曲方向的负载，能确保必要功能的PCD间隙的最好的范围是0.009～0.060mm，更好的是0.019～0.060mm。
最好使内圈轨道接触率为1.03～1.06。在这里，内圈轨道接触率是指内圈的轨道槽的曲率半径RT相对于滚珠的半径RB的比RT/RB的值。从表示内圈轨道接触率和折曲方向的负载的关系的图9(内圈轨道接触率敏度线图)可知，在降低折曲方向的负载效果中有峰值特性。因此，将成为降低折曲方向的负载效果的最大的尺寸设定为中央值，通过满足工程能力的公差幅度，规定内圈轨道接触率的范围。从图9可知，成为降低折曲方向的负载效果的最大的内圈轨道接触率为1.04，若加上公差幅度，则为1.025～1.055。但是，若通过图9确认在该范围内的折曲方向的负载的变动幅度，则可知在下限侧的降低折曲方向的负载的效果小，若不改变公差幅度，限制变动幅度为最小的内圈轨道接触率的范围，则为1.03～1.06。因此，通过设定在该范围，可以最有效地利用降低折曲方向的负载的效果。
接着，在从其他的功能上的限制条件研究的情况下，因为若过大地设定内圈轨道接触率，则接触部的面压升高，滚珠接触部的断裂耐久性恶化，所以内圈轨道接触率的上限值需要在不会影响断裂耐久性的最大接触面压力以下。该最大接触面压力在基本扭力负荷时为2.7GPa以下(参照特开2003-4062号公报)。在这里，“基本扭力”这个用语是由外圈以及内圈的各轨道槽和扭力传递滚珠的接触应力(赫兹应力)确定的扭力值，表示以100rpm获得1500小时寿命的扭力，也通称为连续扭力，是用于计算等速万向接头的寿命的基准扭力。即，通过将外圈以及内圈的各轨道槽和扭力传递滚珠的接触率设定为，使在负荷基本扭力时的接触面压力为2.7GPa以下，可以获得高于以往的接头的耐久性。在以降低折曲方向的负载为目的而设定的上述范围内，在研究上限值的基本扭力负荷时的最大接触面压力时，因为是在2.7GPa以下，所以可以避免断裂耐久性的恶化。另外，在轨道接触率上限品中的断裂耐久评价试验的结果是可以满足的。
另外，在内圈轨道接触率过小的情况下，成为可以允许扭力传递滚珠在轨道槽滚动的负荷扭力(允许负荷扭力)减少的状况。这通过减小内圈轨道接触率，在相同的传递扭力负荷状态下，也可以增大在扭力传递滚珠和轨道槽的接触位置上产生的接触椭圆，该接触椭圆容易从轨道槽的缘部脱落。若接触椭圆过度地从缘部脱落，则在缘部引起应力集中，容易引起缘部的破损或变形，结果是接触椭圆的跨上耐久性下降。
在上述范围的下限值的允许负荷扭力相对于现行实际状况的水平可以确保同等的水平，是在必要的功能上不会产生问题的水平。
扭力传递滚珠的个数可以为8个。虽然作为扭力传递部件，使用滚珠的这种等速万向接头，一般其扭力传递滚珠数为6个，但是因为通过使扭力传递滚珠的数为8个，可以减少占据接头的全负荷容量的滚珠的每一个的负荷比例，所以与编号相同的6个滚珠接头相比，可以减小扭力传递滚珠的直径以及节距圆径，其结果为也可以减小外圈外径。
以上述的各项目，对设定为最大地体现降低折曲方向的负载效果的接头(效果大的接头×2)，和设定为最小地体现效果的接头(效果小的接头)以及以往的接头这三种，试作样品，确认实际的折曲方向的负载。另外，如表1所示，各项目为在上述公差范围内的值。
[表1] 项目 单位效果大的接头效果小的接头 袋间隙 mm -0.005 -0.025 PCD间隙 mm 0.052 0.011 笼(ケ一ジ)/内圈间球面 间隙的间隙比 - 1.4 2.5 内圈轨道接触率 - 1.04 1.03
表中的值为各项目的平均
图10显示了评价的结果，但可确认与解析结果相同的倾向。即，以往的接头与振幅成比例，折曲方向的负载增大。效果小的接头在振幅小，振幅中等的情况下，显示了与以往的接头相同的倾向，但在振幅大的情况下，显示了降低折曲方向的负载的效果。效果大的接头相对于前二者，即使振幅增大，其折曲方向的负载也仅仅稍有增加。
【附图说明】
下面，依据附图，说明本发明的实施方式。
图1是ツエツパ型等速万向接头的纵剖视图。
图2是无咬边型的等速万向接头的纵剖视图。
图3是图1以及图2的等速万向接头的横剖视图。
图4是图1的主要部位的放大图。
图5是图3的主要部位的放大图。
图6是袋间隙敏度线图。
图7是保持器/内圈间的间隙敏度线图。
图8是PCD间隙敏度线图。
图9是内圈轨道接触率敏度线图。
图10是表示折曲方向的负载的解析结果的线图。
【具体实施方式】
图中，图1表示作为ツエツパ型等速万向接头的固定式等速万向接头(BJ)，图2表示无咬边型的固定式等速万向接头(UJ)，由于图1的接头的横剖面与图2的接头的横剖面共通，所以作为一个剖视图，用图3表示。另外，在图中夸张地表示了间隙。
首先，图1所示的等速万向接头(BJ)是以外圈1、内圈2、扭力传递滚珠3和保持器4为主要构成要素而构成的。外圈1是由罩部和轴部构成的，通过轴部结合有欲连结的两个轴的一方。罩部具有部分球面状的内球面1a，在其内球面1a的圆周方向，等间隔地形成在轴向延伸的8条轨道槽1b。内圈2具有部分球面状的外球面2a，在其外球面2a的圆周方向，等间隔地形成在轴向延伸的8条轨道槽2b。内圈2具有锯齿形孔部2c，该锯齿形孔部2c用于结合欲连结的2个轴中的另一方，例如驱动轴的中间轴5的锯齿形轴部。外圈1的轨道槽1b和内圈2的轨道槽2b成对，在各对的轨道槽1b、2b上嵌入1个扭力传递滚珠3。扭力传递滚珠3被收纳在保持器4的袋4c中。另外，图3表示扭力传递滚珠3的数为8个的实施方式。保持器4处于外圈1的内球面1a和内圈2的外球面2a之间，符号4a、4b分别是指保持器4的外球面和内球面。
轨道槽1b、2b在接头的纵剖视图(图1)中为圆弧状。于是，使外圈1的轨道槽1b的中心O1相对于内球面1a的球面中心，另外，使内圈2的轨道槽2b的中心O2相对于外球面2a的球面中心，分别在轴向上朝相反一侧，即在图2所示的例中，中心O1向接头的开口侧，中心O2向接头的进深部侧，仅等距离F地偏移。因此，由外圈1的轨道槽1b和内圈2的轨道槽2b协动而形成的滚道呈朝向轴向的一方，在图1所示的例中为朝向接头的开口侧敞开的楔形状。
保持器4的外球面4a的球面中心以及成为保持器4的外球面4a的引导面的外圈1的内球面1a的球面中心都位于包括扭力传递滚珠3的中心O3的接头中心面O-O内。另外，保持器4的内球面4b的球面中心以及成为保持器4的内球面4b的引导面的内圈2的外球面2a的球面中心都位于接头中心面O-O内。因此，外圈1的轨道槽1b的中心O1的偏移量F为中心O1和接头中心面O-O之间的轴向距离，内圈2的轨道槽2b的中心O2的偏移量F为中心O2和接头中心面O-O之间的轴向距离，两者相等。
接着，图2所示的等速万向接头(UJ)在外圈1的轨道槽1b以及内圈2的轨道槽2b上，分别设置具有直线状槽底的直线部U1、U2，仅仅在这点上与以上所述的图1的等速万向接头(BJ)不同。因此，通过全图，对在实质上相同的零件或部分标注相同的符号，省略重复的说明。该等速万向接头(UJ)通过在外圈1的轨道槽1b以及内圈2的轨道槽2b上，分别设置直线部U1、U2，而与图1的等速万向接头(BJ)相比，可以增大最大的动作角。
在这些图1以及图2的等速万向接头中，若外圈1和内圈2角度改变，则不论在保持器4的袋4c内收纳的扭力传递滚珠3总是在哪个动作角度，都可以被保持在其动作角的2等分的面内，可以确保接头的等速性。
在具有上述构成的图1的ツエツパ型的等速万向接头(BJ)和图2的无咬边型的等速万向接头(UJ)中，保持器4的袋4c和扭力传递滚珠3之间的轴向间隙，即，袋4c的轴向尺寸DP和扭力传递滚珠3的直径DB的差(DP-DB)，设定在-0.006～-0.035mm，更好的是在-0.006～-0.025mm的范围内。另外，将保持器4的内球面4b和内圈2的外球面2a之间的球面部间隙，即，图3所示的保持器4的内径DK2和内圈2的外径D1的差(DK2-D1)的间隙/直径比{1000(DK2-D1)/D}，设定在0.9～2.3的范围内。D为保持器基准内径(＝内圈基准外径)。将PCD间隙即外圈1的轨道槽1b的节距圆径PCDOUTER和内圈2的轨道槽2b的节距圆径PCDINNRE的差(PCDOUTER-PCDINNRE)设定在0.009～0.060mm的范围内。再有，将内圈2的轨道槽2b相对于扭力传递滚珠3的半径RB的曲率半径RT的比(RT/RB)的值，即，内圈轨道接触率设定在1.03～1.06的范围内。
在选定上述的轴向间隙(DP-DB)、间隙/直径比{1000(DK2-D1)/D}、PCD间隙(PCDOUTER-PCDINNRE)、内圈轨道接触率(RT/RB)时，列举出被认为会影响降低折曲方向的负载的内部规格项目，将各项目以不影响必要功能的程度，设定在上下2个水平，通过根据实验计划法(JIS Z 8101)的各项目的水平设定，进行机构解析。分析其解析结果，导出在降低折曲方向的负载方面有效的项目。被认为影响折曲扭力的内部规格项目如下(参照图4以及图5)。
1.轨道偏移
2.PCD间隙
3.外圈/保持器间球面部间隙
4.保持器/内圈间球面部间隙
5.袋间隙
6.轨道接触角
7.轨道接触率
将这些项目分配到正交表(L8)的要因上，进行8个条件的解析，调查折曲方向的力矩负载(Mz)，和相对于降低折曲方向的负载(Fy)的有意义的要因。表2表示根据解析结果和分散分析产生的判定结果。
[表2] 项目 Min.设定 Max.设定 判定结果 轨道偏移 174.4 177.6 - PCD间隙 190.4 171.6 有意义 外圈/保持器间间隙 176.9 175.1 - 保持器/内圈间间隙 181.9 170.2 有意义 袋间隙 252 100 非常有意义 轨道接触角 174.6 177.3 - 轨道接触率 189.8 162.2 非常有意义
表2中的数值是考虑过折曲方向的力矩以及负载的值，随着该值的增大，逐渐难以折曲。即，表示折曲方向的负载增大。在这里，解析结果的折曲方向的负载为最小值的、袋间隙Max.接头的值作为100，整理其他的解析结果。(对于轨道接触率，在确认对外·内圈的有用度时，因为对内圈的帮助度大，所以仅仅研究内圈。)这样，考虑对强度、耐久性所谓的基本功能的影响或工程能力(加工公差等)，尺寸规定判定结果为非常有意义以及有意义的主要原因。另外，为了充分地确保降低折曲方向的负载效果，也考虑因各项目的敏度线图所产生的降低效果的敏度，进行了最恰当地设定。