滑动形等速万向联轴节 本发明涉及一种具有8个扭矩传导球的滑动形等速万向联轴节，这种滑动形等速万向联轴节尤其适合于汽车动力传导装置。
等速万向联轴节大体区分为固定型和滑动型，分别根据使用条件、用途等被机种选择，其中，固定型只允许两轴间的角度变位，滑动型允许角度变位及轴向变位。固定型以ツエパ-型等速万向联轴节为代表，滑动型以双效补偿型等速万向联轴节、トリボ-ド等速万向联轴节为代表。在滑动型中，トリボ-ド等速万向联轴节使用滚柱作为扭矩传导部件，其他的则以滚珠作为扭矩传导部件。
例如双效补偿型等速万向联轴节一般由外侧联轴节部件、内侧联轴节部件、6个扭矩传导滚珠和保持器构成，其中：外侧联轴节部件在圆筒形内径面上轴向形成有6条直线形导向槽，内侧联轴节部件在圆筒形外径面上轴向形成有6条直线形导向槽，6个扭矩传导滚珠配置在由外侧联轴节部件的导向槽和内侧联轴节部件的导向槽协动构成的滚道中，保持器用以保持扭矩传导滚珠。由于保持器的外径面球面中心和内经面球面中心各自被自凹坑中心沿轴向反向偏移，所以被称作双向补偿型。在这种联轴节连续以工作角传导回转扭矩时，保持器根据内侧联轴节部件的倾斜回转到在滚道上移动的扭矩传导滚珠的位置，将扭矩传导滚珠保持在工作角的2等分面内。进而，当外侧联轴节部件和内侧联轴节部件沿轴向相对移动时，就在保持器的外径面和外侧联轴节部件的内经面之间产生滑动，使圆滑的轴向移动(プランジニグ)成为可能。
本发明的目的就在于提供一种特别适合于汽车的动力传导装置地滑动型等速万向联轴节，这种特别适合于汽车的动力传导装置的滑动型等速万向联轴节为在如上所述的滑动形等速万向联轴节中谋求进一步紧凑化，并确保和比较品(如上所述的具有6个扭矩传导滚珠的滑动型等速万向联轴节)相比，具有同等以上的强度、负荷容量及耐久性。
为了实现上述目的，本发明提供一种滑动型等速万向联轴节，这种滑动型等速万向联轴节具有外侧联轴节部件、内侧联轴节部件、扭矩传导滚珠和保持器，其中：外侧联轴节部件在圆筒形内径面上轴向形成有多条直线形导向槽，内侧联轴节部件在球面形外径面上轴向形成有多条直线形导向槽，扭矩传导滚珠分别配置在由外侧联轴节部件的导向槽和内侧联轴节部件的导向槽协动构成的滚道中，保持器具有用以保持扭矩传导滚珠的凹坑、与外侧联轴节部件的内径面接触并被导向的球面形外径面、及与内侧联轴节部件的外径面接触并被导向的球面形内径面，并且，该外径面的球面中心和内径面的球面中心分别被相对于凹坑中心沿轴向反向偏移，在其结构中滚道的个数及扭矩传导滚珠的个数分别为8。
可以设定扭矩传导滚珠的节径(PCDBALL)和直径(DBALL)之比r1(＝PCDBALL/DBALL)为2.9≤r1≤4.5范围内的值。在此，扭矩传导节径(PCDBALL)在工作角为0°时，与滚道内呈180度相对的2个扭矩传导滚珠的中心间距相等。
之所以设定为2.9≤r1≤4.5是为了确保使外侧联轴节部件等的强度、联轴节的负荷容量及耐久性在比较品(6个滚珠的滑动型等速万向联轴节)的同等以上。也就是说，对等速万向联轴节而言，在被限定的空间内大幅度变更扭矩传导滚珠的节径(PCDBALL)是困难的。因此，r1的值主要取决于扭矩传导滚珠的直径(DBALL)。当r1＜2.9时(主要是直径DBALL大时)，其他部件(外侧联轴节部件、内侧联轴节部件)的壁厚就会过薄，在强度方面就有可能出现问题。相反，当r1＞4.5时(主要是直径DBALL小时)，负荷容量就会变小，在耐久性方面就有可能出现问题。另外，还有可能成为扭矩传导滚珠和导向槽接触部分的面压上升(由于当直径DBALL变小时，接触部分的接触椭圆就会变小)，导向槽棱边部分欠缺等的主要原因。
设定2.9≤r1≤4.5就可以确保使外侧联轴节部件等的强度、联轴节的负荷容量及耐久性在比较品(6个滚珠的滑动型等速万向联轴节)的同等以上。这一点已由试验被某种程度地证明。
如表1所示(表1显示基于对比试验的评价)，在r1＝2.8时，不能充分确保外侧联轴节部件、内侧联轴节部件、保持器的强度，得到了不理想的结果。在r1＝2.9、3.0时，强度方面得到了比较良好的结果。尤其在r1≥3.1时，外侧联轴节部件、内侧联轴节部件、保持器的强度及联轴节的耐久性被充分确保，得到了理想的结果。另外，关于r1＞3.7的范围，虽然还没有进行试验，但推测可以得到同上述同样理想的结果。只是当r1＞4.5时，由于如上所述，被认为在耐久性及外侧联轴节部件、内侧联轴节部件的强度方面会出现问题，所以最好设定r1≤4.5。
由上可知，r1最好设定在2.9≤r1≤4.5的范围内，理想的是设定在3.1≤r1≤4.5的范围内。
另外，在上述结构之外，外侧联轴节部件的外径(DOUTER)和在内侧联轴节部件的内径面上形成的齿形的节径(PCDSERR)之比r2(＝DOUTER/PCDSERR) 最好设定为2.5≤r1≤3.5的范围内。
设定为2.5≤r1≤3.5的理由如下。即，内侧联轴节部件齿形的节径(PCDSERR)由于和配合的轴的强度等的关系而不能大幅度变更。因此，r2的值主要取决于外侧联轴节部件的外径(DOUTER)。当r2＜2.5时(主要是外径DOUTER小时)，各部件(外侧联轴节部件、内侧联轴节部件等)的壁厚过薄，在强度方面就有可能出现问题。另一方面，当r2＞3.5时(主要是外径DOUTER大时)，有时会由于尺寸等方面的原因产生实用上的问题，另外也不能实现紧凑化之目的。设定2.5≤r2≤3.5就可以确保使外侧联轴节部件等的强度、及联轴节的耐久性在比较品(6个滚珠的滑动型等速万向联轴节)的同等以上，并且也可以满足使用上的要求。尤其是设定2.5≤r2＜3.1时，与相同名称的比较品(6个滚珠的滑动型等速万向联轴节)相比，具有可以使外径尺寸紧凑化的优点。
由上可知，r2最好设定在2.5≤r2≤3.5的范围内，理想的是设定在2.5≤r2＜3.1的范围内。
另外，使保持器的外径面的球面中心和内径面的球面中心分别相对于凹坑中心沿轴向向相反侧偏移等距离(f)，并且偏移量(f)和扭矩传导滚珠的节径(PCDBALL)之比r3(f/PCDBALL)最好设定在0.05≤r3≤0.15的范围内。
设定为0.05≤r3≤0.15的理由如下。即在r3＜0.05时，在赋予工作角时，将扭矩传导滚珠导向工作角的角度2等分面的保持器导向力就会减小，联轴节的工作性和等速性就会不稳定。另一方面，当r3＞0.15时，保持器的轴向一侧部分的壁厚过薄，就有可能在该部分出现强度不足，或扭矩传导滚珠自凹坑脱落的问题。通过设定0.05≤r3≤0.15就可以确保联轴节稳定的工作性和等速性，同时防止保持器的强度不足及扭矩传导滚珠自凹坑脱落。
图1A为显示本发明下的等速万向联轴节的横断面图(图1B的a-a断面)，图1B为其纵断面图(图1A的b-0-b断面)。图2～图4为实施例下的等速万向联轴节的主要部分放大断面图。
图5为显示转数和温度上升量的关系的图。
图6为显示转数和温度上升量的关系的图。
图7A为保持器的另外的实施例的断面图，图7B为其斜视图。
图8为显示组装有图7所示的保持器时的状态的断面图。
图9为说明图7所示的保持器的外径面的加工方式的图。
图10、图11为显示保持器的另外的实施例的断面图。
图12为显示一例汽车动力传导装置(传动轴)的图。
图13为显示扭矩传导滚珠和保持器凹坑的接触点轨迹的图。
以下按图说明本发明的实施例。
图1显示作为本发明实施例下的滑动型等速万向联轴节的双向补偿型等速万向联轴节。该等速万向联轴节由外侧联轴节部件1、内侧联轴节部件2、扭矩传导滚珠3和保持器4构成，其中：外侧联轴节部件1在圆筒形内径面1a上轴向形成有8条直线形导向槽1b，内侧联轴节部件2在球面形外径面2a上沿轴向形成8条直线形导向槽2b，在内径面上形成连结轴部的细齿(或花键)2c，扭矩传导滚珠3配置在由外侧联轴节部件1的导向槽1b和内侧联轴节部件2的导向槽2b协动而构成的滚道中，保持器4用以保持扭矩传导滚珠3。
如图2所放大显示的，保持器4为具有与外侧联轴节部件1的内径面1a接触并被导向的球面形外径面4b、与内侧联轴节部件2的外径面2a接触并被导向的球面形内径面4a及收容扭矩传导滚珠3的8个凹坑4c的环体。该外径面4b的球面中心B和内径面4a的球面中心A，分别被相对于凹坑中心O在轴向上呈反向偏移等距离(偏移量f＝线段OA＝线段OB)。保持器4的内径面4a的曲率半径Rc和内侧联轴节部件2的外径面2a的曲率半径Ri大致相同(外观上相等)，保持器4的凹坑4c的轴向尺寸Lc比扭矩传导滚珠3的直径DBALL小一些。
当外侧联轴节部件1和内侧联轴节部件2仅以角度θ进行角度变位时，被保持器4导向的扭矩传导滚珠3通常无论在任何工作角θ也会被保持在角度θ的2等分面(θ/2)内，联轴节的等速性被确保。
该实施例下，联轴节的主要尺寸设定为如下值如前所述，
(1)扭矩传导滚珠3的节径PCDBALL(PCDBALL＝2×PCR)和直径DBALL之比r1(＝PCDBALL/DBALL)为2.9≤r1≤4.5的范围，理想的为设定在3.1≤r1≤4.5范围内的值，这样对于确保外侧联轴节部件等的强度、负荷容量和耐久性是理想的，在该实施例下设定为r1＝3.6。另外，
(2)将外侧联轴节部件1的外径DOUTER和内侧联轴节部件2的细齿(或花键)2c的节径PCDSERR之比r2(＝DOUTER/PCDSERR)设定为2.5≤r2≤3.5，例如2.5≤r2＜3.1范围内的值。上述(1)的结构也可以单独采用。另外，图1的PCR的尺寸为节径PCDBALL的1/2(PCDBALL＝2×PCR)。
有关上述(1)(2)的结构与相同名称的比较品(6个滚珠的双向补偿型等速万向联轴节)的对比如表2。
而且，在该实施例下
(3)保持器4的偏移量(f)和扭矩传导滚珠3的节径(PCDBALL)之比r3(＝f/PCDBALL)被设定为0.05≤r3≤0.15范围内的值(在该实施例下，设定为r3＝0.08。另，目前的联轴节一般被设定为r3＝1.0左右。)。
本实施例的等速万向联轴节，扭矩传导滚珠3的个数为8，与比较品(6个滚珠的等速万向联轴节)相比，由于每一个扭矩传导滚珠所占的联轴节所有负荷容量的比例少，所以相对于同名称的比较品(6个滚珠的等速万向联轴节)就可以减小扭矩传导滚珠3的直径DBALL，而确保外侧联轴节部件1的壁厚及内侧联轴节部件2的壁厚和比较品(6个滚珠的等速万向联轴节)为同等程度。
同时，相对于同名称的比较品(6个滚珠的等速万向联轴节)，可以减小比r2(＝DOUTER/PCDSERR)(2.5≤r2＜3.1)，并确保具有和比较品(6个滚珠的等速万向联轴节)同等以上的强度、负荷容量及耐久性，实现进一步紧凑化。
并且，由于将比R3设定在0.05≤r3≤0.15的范围内，所以可以确保联轴节的稳定的工作性及等速性，防止保持器4的强度不足及扭矩传导滚珠3自凹坑4c脱落。
图5及图6显示对实施例品和比较品(6个滚珠的双向补偿型等速万向联轴节)(两个均为同一名称)，就转数(rpm)和温度上升量(℃)的关系进行对比试验的结果。同图中X为实施例品，Y为比较品，温度上升量(℃)为运转开始30分钟后测定的数据。另，θ为联轴节工作角，T为输入轴扭矩。
从同图显示的试验结果可知，实施例品(X)的温度上升量比比较品(Y)的小，随着转数升高其差别变大。温度上升的降低伴随着耐久性的提高。而且可以认为这种温度降低是与工作角(θ)及输入回转扭矩(T)无关而得到的。
如上所述，利用该实施例的等速万向联轴节，在使形状紧凑、小型的同时，能够得到与比较品(6个滚珠的等速万向联轴节)同等或在其之上的负荷容量及耐久性。
不过，在汽车行走中及自动机械车停止时的空转中等、产生不停地传导驱动轴的回转扭矩的角度变位及轴向变位的条件下，使用这种等速万向联轴节时，若联轴节内部的感应轴向力、滑动阻力大，则有来自引擎的震动会被传导到车体一侧、给乘员带来不快感这一问题。图3及图4所示的结构为实现了降低这种感应轴向力、滑动阻力的结构。
图3所示的结构为在保持器4的凹坑4c和扭矩传导滚珠3之间设有凹坑间隙(＝LC-DBALL)，同时使保持器4的内径面4a的曲率半径Rc比内侧联轴节部件2的外径面2a的曲率半径Ri大(使半径Rc的曲率中心自半径Ri的曲率中心向半径方向内侧偏移。)，在两者之间形成轴向间隙S的结构。由于轴向间隙S的存在，保持器4和内侧联轴器2之间相对的轴向变位被允许，且，由于凹坑间隙(＝LC-DBALL)的存在，确保了扭矩传导滚珠3的圆滑转动，因而感应轴向力、滑动阻力被降低。同时，由于来自驱动侧的震动被轴向间隙和凹坑间隙吸收，因此抑制了向车体一侧的振动传导。
图4所示的结构为在保持器4的内径面4a的中央部设有适当长度的圆筒面4a1，同时在圆筒面4a1的两侧分别使具有与内侧联轴节部件2的外径面2a的曲率半径Ri大致相同(外观上相同)的曲率半径Rc的部分球面4a2连续的结构。在保持器4和内侧联轴节部件2轴向相对变位时，内侧联轴节部件2的外径面2a由保持器4的圆筒面4a1被导向，而且由于外径面2a和部分球面4a2的接触为球面接触，因而可以实现感应轴向力、滑动阻力的进一步降低。
如上所述，由于该实施例的等速万向联轴节具有8个扭矩传导滚珠3，因此，与比较品(6个滚珠的等速万向联轴节)相比可以实现外径尺寸的紧凑化。此时，主要由于扭矩传导滚珠3的直径(DBALL)变小，外侧联轴节部件1的导向槽1b及内侧联轴节部件2的导向槽2b的深度、保持器4的壁厚大致与直径(DBALL)的缩小比例成比例地缩小，但是扭矩传导滚珠3的节径(PCDBALL)不会象直径(DBALL)的缩小比例那样变小。另一方面，如图13所示，在这种等速万向联轴节不断以工作角θ传导回转扭矩时，扭矩传导滚珠3就会伴随着回转方向的位相变化，在保持器4的凹坑4c内周向及径向移动(图13显示扭矩传导滚珠3和凹坑4c的接触点的轨迹。)。该扭矩传导滚珠3的移动量与节径(PCDBALL)、工作角θ、偏移量(f)成比例，若工作角θ、偏移量(f)相同，则由节径(PCDBALL)决定。
如上所述，该实施例的等速万向联轴节由于保持器4的壁厚相对于扭矩传导滚珠3的移动量、尤其是相对于径向移动量相对地变薄了，因此根据使用条件的不同，由于给予工作角时扭矩传导滚珠3向外径方向的移动，与扭矩传导滚珠3的接触点也有可能脱离凹坑4c。图7～图9所示的结构为用于防止这种缺陷的结构。
如图7所示，保持器4的凹坑4c为窗形，由其轴向上相对的一对凹坑面4c1、4c2与扭矩传导滚珠3接触并对其导向。当给予工作角时，与扭矩传导滚珠3的接触点的滑脱有可能出现的是小直径一侧的凹坑面4c2。在此，在小直径一侧的凹坑面4c2的附近设置自保持器4的外径面4b突出的凸出部4d，以增大该区域的凹坑面4c2的径向尺寸。另外，凸出部4d 分别被设置在小直径一侧的各凹坑面4c2的附近。
凸出部4d的位于凹坑一侧的面4d1和凹坑面4c2形成同一个面。凸出部4d的自外径面4b的凸出尺寸被设定为即使联轴器取最大工作角时，和扭矩传导滚珠3的接触点也不会脱开外径侧的尺寸。具体地说就是根据与工作角θ、节径(PCDBALL)、偏移量(f)相关联的扭矩传导滚珠3的径向移动量、保持器4的厚度、使用条件等被设定为最适当的尺寸。扭矩传导滚珠3的径向移动量与比较品(6个滚珠的等速万向联轴节)为同等程度时，凸出部4d的凸出尺寸可以比较小。
凸出部4d的周向尺寸在考虑扭矩传导滚珠3的圆周方向移动量的基础上，设定为最适当的的尺寸。凸出部4d的周向位置最好在凹坑4c的中央。另外，凸出部4d的轴向尺寸被最适当地设定为考虑凹坑一侧的面4d1受到的来自扭矩传导滚珠3的接触应力，并确保必要的耐久性的尺寸。
如图8所示，当把上述方式的保持器4组装在外侧联轴节部件1和内侧联轴节部件2之间时，凸出部4d就处于与外侧联轴节部件1的导向槽1b相对的位置。因此，即使联轴节取最大工作角时，凸出部4d也不会和外侧联轴节部件1接触。
为了谋求制造成本的降低等，可以以如下的方式进行保持器4的外径面4b的加工(参照图9)。首先，凸出部4d要和保持器4的基本形状同时成形(锻造成形等)。外径面4b的研磨加工仅进行联轴节作动时与外侧联轴节部件1的内径面1a接触的区域(球面部4b2)。包括凸出部4d在内的圆周面4b4保持成形时的形状，不进行后加工。不过，凸出部4d的外径部可以根据需要进行机械加工。直球面4b1、4b3、4b5可以维持成形时的形状，也可以根据需要进行机械加工。另外，凸出部4d的凹坑面侧的面4d1要和凹坑面4c2进行同样的加工。
另，该实施例的等速万向联轴节与比较品(6个滚球的等速万向联轴节)相比，一方面扭矩传导滚珠3的个数增加了，另一方面，由于具有节径(PCDBALL)变小这一结构上的特征，还在于保持器4的柱部(凹坑4c间的间隔部分)的圆周方向尺寸变小的倾向。柱部的圆周方向尺寸关系到保持器4的强度、耐久性，尤其是内径一侧的圆周方向尺寸会成为问题(因为内径一侧的圆周方向尺寸比外径一侧的小。)。图10及图11所示的结构即用以弥补柱部的圆周方向尺寸的减少的结构。
在图10所示的结构中，将圆周方向上相对的一对凹坑面分别做成面向外径侧呈打开形的锥面4c3、4c4。与同图虚线所示的做成直球面的情况相比，由于可以使柱部4e的内径一侧的圆周方向尺寸增大，因此对确保保持器4的强度、耐久性有利。
图11所示的结构为将圆周方向上相对的一对凹坑面分别做成直球面4c5、4c6和面向外径侧呈打开形的锥面4c7、4c8的合成面的结构。直球面4c5、4c6位于外径一侧，锥面4c7、4c8位于内径一侧。直球面4c5、4c6和锥面4c7、4c8的边界比扭矩传导滚珠3的节圆PCD更靠近内径一侧。与同图虚线所示的仅形成直球面的情况相比，由于可以使柱部4e的内径一侧的圆周方向尺寸增大，因此对确保保持器4的强度、耐久性有利。
另，如图13所示，扭矩传导滚珠3在凹坑内的移动量在位相角λ＝65°附近时在圆周上最大，此时的接触点比节圆PCD更靠近外径一侧。比节圆PCD更靠近外径侧的区域的凹坑4c的圆周方向的尺寸在图10所示的结构下增大，在图11所示的结构下不变，所以不会发生扭矩传导滚珠3伴随着圆周方向的移动与凹坑面互相干涉的情况。
以上说明的实施例的等速万向联轴节可以作为汽车、各种产业机械等的动力传导部分被广泛使用，但，尤其适合于汽车动力传导装置用，如作为汽车的传动轴及驱动轴的连接用联轴节非常适合。
对汽车的传动轴及驱动轴的连接而言，通常是将固定型和滑动型等速万向联轴节配成一对使用的。例如，将汽车的引擎动力传导给车轮的动力传导装置，因为有必要根据引擎和车轮的相对位置关系的变化进行与之对应的角度变位和轴向变位，所以，如图12所示，将装于引擎一侧和车轮一侧之间的驱动轴10的一端经由滑动型等速万向联轴节11连接在差速器12上，将另一端经由固定形等速万向联轴节13连接在车轮14上。作为用于连接该驱动轴的滑动型等速万向联轴节若用上述实施例的等速万向联轴节，则可以连续确保与比较品(6个滚珠的滑动型等速万向联轴节)具有同等以上的强度、负荷容量及耐久性，并实现联轴节的尺寸减小。因此，对车体重量的减轻，及因此而带来的低燃料化极其有利。
如上说明，本发明可以实现滑动型等速万向联轴节的进一步的紧凑化，同时可以确保与比较品(6个扭矩传导滚珠)相比具有同等以上的强度、负荷容量、耐久性、工作角。
表1 r1 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 耐久性 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 外轮强度 × △ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 内轮强度 × △ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 保持器强度 × △ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○
○：良 △：可 ×：不可(8个滚球)
表2 r1(＝PCDBALL/DBALL) r2(＝DUTER/PCDSERR) 实施例品 (8个滚珠) 比较品 (6个滚珠) 实施例品 (8个滚珠) 比较品 (6个滚珠) 2.9≤r1≤4.5 2.8≤r1≤3.2 2.5≤r2≤3.5 3.1≤r2