萬向聯軸器用叉頭以及萬向聯軸器的製作方法
2023-04-24 12:45:06 1
專利名稱：萬向聯軸器用叉頭以及萬向聯軸器的製作方法
技術領域：
本發明涉及萬向聯軸器用叉頭(yoke)以及萬向聯軸器。
背景技術：
在例如汽車的轉向裝置中，用於連結轉向軸和齒條齒條機構等的轉向齒輪的中間軸，具有在車輛與前方物體衝撞時(一次衝撞時)，隨著轉向齒輪的後退而收縮的功能。由此，可防止一次衝撞的衝擊傳遞到轉向盤等轉向部件側。
在一次衝撞時，若中間軸收縮，則作為將中間軸連結到轉向齒輪或轉向軸的萬向聯軸器，變為比行駛中時大的折角(折れ角)(例如60度左右的折角)。
由於一次衝撞時的轉向部件的操作角不特定，所以作為萬向聯軸器，需要在全部的旋轉角下確保所述折角。
一方面，作為萬向聯軸器的叉頭，提出有將金屬板衝裁併衝壓成形而得到的叉頭(例如，參照特開2005-163866號公報)。
另一方面，在將轉向輔助用的電動馬達配置在轉向柱上的電動動力轉向裝置中，中間軸的負荷變高，因此，作為萬向聯軸器用叉頭，要求高剛性。
作為萬向聯軸器用叉頭，在使用衝壓成形而得到的叉頭時，若為了增大折角而使叉頭的壁厚變薄，則有剛性變低的弊端。
發明內容
本發明的目的在於提供一種剛性高且可確保大折角的萬向聯軸器用叉頭以及萬向聯軸器。
為了實現所述目的，本發明的優選實施方式提供一種將金屬板衝裁併衝壓成形而構成的萬向聯軸器用叉頭。所述萬向聯軸器用叉頭具有軸固定用的筒狀的基部；一對臂，其從所述基部的一端與所述基部的中心軸線平行地延伸，並經由十字軸而能擺動地與對方側叉頭連結。在各所述臂上形成有用於經由軸承支承所述十字軸的對應的耳軸的支承孔。各所述臂的所述支承孔具有沿與所述基部的所述中心軸線垂直的方向延伸的中心軸線。在所述基部的所述一端形成有含有凹彎曲面的退讓部。所述基部的所述一端的所述退讓部的所述凹彎曲面的曲率中心配置在從聯軸器中心向所述臂的頂端側偏移的位置上。
為了避免所述萬向聯軸器用叉頭的基部的一端和對方側叉頭的頂端部的幹涉，考慮在基部的一端上設置與聯軸器中心同心的凹球面狀的退讓部，並使該凹球面的半徑大於對方側叉頭的擺動半徑。但是，該情況下，退讓部相對於基部呈銳角而交叉，所以基部的一端變薄。因此，存在叉頭的剛性低的缺點。
相對於此，在本實施方式中，形成在基部的一端上的含有凹彎曲面的退讓部的曲率中心配置在從聯軸器中心向臂頂端側偏移的位置上。即，採用了使退讓部的凹彎曲面與聯軸器中心非同心的布置，所以，可消除所述缺點，可得到增大折角並提高剛性的優點。
另外，退讓部的凹彎曲面的曲率中心可配置在也可不配置在基部的中心軸線上。在退讓部的凹彎曲面的曲率中心沒有配置在基部的中心軸線上時，退讓部的凹彎曲面的法線最接近基部的中心軸線的位置從聯軸器中心向臂頂端側偏移即可。
圖1是表示將含有本發明的一實施方式的叉頭的萬向聯軸器結合在軸上的狀態的萬向聯軸器的主視圖。
圖2是叉頭的概要立體圖。
圖3是叉頭的局部剖視主視圖。
圖4是叉頭的縱剖視圖。
圖5是叉頭的臂的要部剖視圖。
圖6是沿圖4的VI-VI線的剖視圖。
圖7A、圖7B、圖7C以及圖7D是順次表示由金屬板製造叉頭的工序的概要立體圖。
圖8是叉頭的製造用中間體的概要立體圖。
圖9是最大的折角時的萬向聯軸器的概要立體圖。
圖10是最大的折角時的叉頭的對應的臂的要部概要圖。
具體實施例方式
參照
本發明的優選實施方式。
圖1是使用了本發明的一實施方式的萬向聯軸器用叉頭的萬向聯軸器的概要側視圖。參照圖1，萬向聯軸器1連結第一軸2和第二軸3。第一軸2例如由汽車的轉向軸構成，第二軸3例如由用於連結轉向軸和齒條齒輪機構等轉向機構的中間軸構成。
萬向聯軸器1具有作為結合有第一軸2的萬向聯軸器用叉頭的第一叉頭4、作為結合有第二軸3的另一叉頭(對方側叉頭)的第二叉頭5、相互連結第一叉頭4以及第二叉頭5的十字軸6。
第一以及第二叉頭4、5為相同的結構，經由針狀滾子軸承等軸承8支承分別對應的一對耳軸7。
以下，根據第一叉頭4進行說明。圖2是第一叉頭4的立體圖。圖3是第一叉頭4的局部剖視主視圖，圖4是第一叉頭4的縱剖視圖。
參照圖1以及圖3，第一叉頭4例如通過將厚度6～9mm的金屬板作為原料衝裁、衝壓成形而構成。第一叉頭4具有軸固定用的筒狀的基部9；和從該基部9的一端9a與基部9的中心軸線10平行地延伸而設置並相互對置的一對臂11。
在各臂11上，形成有用於經由軸承8而支承十字軸6的對應的耳軸7的支承孔12。各支承孔12具有沿與基部9的中心軸線10垂直的方向延伸的中心軸線13。
參照圖2以及圖4，在筒狀的基部9的一端9a上，形成有含有凹彎曲面的第一退讓部14。具體而言，第一退讓部14呈凹球面狀。例如，第一退讓部14的局部或者全部由與聯軸器中心C1非同心的球面(曲率半徑R1)構成。
第一退讓部14所呈的凹球面的曲率中心A1，在基部9的中心軸線10上配置在聯軸器中心C1和臂11的頂端部之間的位置上。即，構成第一退讓部14的凹球面(凹彎曲面)的曲率中心A1配置在從聯軸器中心C1向臂11的頂端部偏移的位置上。
各臂11含有外側面15、內側面16、呈倒U字狀的緣部17。各臂11的緣部17含有與基部9的中心軸線10大致平行地延伸的一對側緣部17a。在內側面16上，形成有與基部9的中心軸線10平行地延伸的流槽狀的凹槽16a。在各側緣部17a上，設置有含有呈平行四邊形狀的平坦面的第二退讓部18。
第二退讓部18的平坦面和對應的臂11的對應的側緣部17a在與基部9的中心軸線10平行地延伸的第一以及第二交線19、20交叉。這些交線19、20構成平行四邊形的對置的兩邊。第一交線19距基部9的中心軸線10相對近，第二交線20距基部9的中心軸線10相對遠。此外，在與基部9的中心軸線10平行的方向上，第一交線19距聯軸器中心C1相對遠，第二交線20距聯軸器中心C1相對近。由此，為了避免與對方側的叉頭5幹涉，僅在臂11的必要部分上設置退讓部，從而聯軸器1可在確保臂11的強度的同時實現較大的折角(例如60度)。
各臂11的倒U字狀的緣部17和外側面15的稜線21的整體上，如圖5所示，形成有用於退讓的倒角部22，以緩和向臂11的應力集中。此外，倒角部22與基部9的一端9a的第一退讓部14連續，緩和在臂11的根部發生的應力集中，提高強度、耐久性。
此外，從聯軸器中心C1到基部9的一端9a的距離L1不超過所述基部9的最大旋轉半徑R2(即，L1≤R2)。通過這樣使臂11的長度較短，可確保臂11的剛性。
此外，臂11的最大壁厚T1(參照圖6)為基部9的最大旋轉直徑D1(D1＝2×R2)的15％以上(即，T1≥0.15×D1)。由此，可確保臂11所需要的強度，可確保操縱穩定性。
如表示沿圖4的VI-VI線的剖視圖的圖6所示，在與垂直於基部9的中心軸線10以及支承孔12的中心軸線13的方向K1平行的方向上，臂11的一對側緣部17a的第二退讓部18之間的寬度W1越接近基部9的中心軸線10越小。由此，可有效地防止兩叉頭4、5的對應的側緣部17a的幹涉，可實現較大的折角(例如60度)。
接著，參照圖7A～圖7D以及圖8說明第一叉頭4的衝裁、衝壓成形的順序的一例。首先，如圖7A所示，一邊通過內緣翻邊加工來擴張在長尺寸的金屬板31上加工的底孔32，一邊向一個方向擠壓底孔32的周邊，形成筒狀部33。也可取代內緣翻邊加工而使用拉深加工。
接著，如圖7B所示，通過衝裁加工(修邊加工)，形成作為具有規定外形的中間材的坯料34。坯料34具有形成在筒狀部33周圍的基部形成用的第一部分35；和夾著該第一部分35而向相反方向延伸的臂形成用的一對第二部分36。
接著，如圖7C所示，通過面壓加工(壓印加工)在各第二部分36上，形成分別作為凹槽16a、第一退讓部14、第二退讓部18以及倒角部22的部分的16a』、14』、18』以及22』。
接著，如圖7D所示，通過拉深將筒狀部33加工為近似於基部9的形狀部9』，並且通過彎曲加工而彎折一對第二部分36，形成近似於一對臂11的形狀部11』。
接著，通過整形、面壓加工而如圖8所示整形為基部9以及一對臂11。
接著，在基部9的內周實施鋸齒形加工，並在各臂11上加工支承孔12，得到圖2所示的第一叉頭4。
圖9示意地表示萬向聯軸器1達到最大折角60度的狀態。在圖9中，省略了十字軸的圖示。
第一軸線P是連結在第一叉頭4上的一對耳軸7的軸線(相當於第一叉頭4的支承孔12的中心軸線13)。第二軸線Q是與所述第一軸線P以及第一叉頭4的旋轉軸線4a的雙方垂直的軸線。
在所述第二叉頭5從沒有折角的狀態繞第一軸線P向第一旋轉方向P1以旋轉角度α(α＝45度)旋轉變位，並且繞第二軸線Q向第二方向Q1以旋轉角度β(β＝45度)旋轉變位的狀態下，對兩叉頭4、5的對應的臂11的幹涉而言條件最嚴格。第一旋轉方向P1和第二旋轉方向Q1相互反向。
在本實施方式中，在條件最嚴格的狀態下，如作為示意圖的圖10所示，作為第一叉頭4的臂11的第二退讓部18的平坦面與作為第二叉頭5的對應的臂11的第二退讓部18的平坦面隔著規定的間隔平行。由此，作為臂11，可通過必要最小限度的壁厚減少量來防止兩叉頭4、5的對應的臂11之間的幹涉。其結果，可確保萬向聯軸器1的強度，同時確保較大折角。
根據本實施方式，如圖4所示，由形成在基部9的一端9a上的凹彎曲面構成的第一退讓部14的曲率中心A1配置在從聯軸器中心C1向臂11的頂端側偏移的位置上，所以可得到增大聯軸器1的折角且提高剛性的優點。
另外，第一退讓部14的曲率中心A1也不一定配置在基部9的中心軸線10上。在第一退讓部14的曲率中心A1沒有配置在基部9的中心軸線10上時，第一退讓部14的法線最接近基部9的中心軸線10的位置從聯軸器中心C1向臂11的頂端側偏移即可。
此外，在設置在各臂11的各側緣部17a上的第二退讓部18上，如圖6所示，在與垂直於基部9的中心軸線10以及支承孔12的中心軸線13的方向K1平行的方向上的臂11的寬度W1，越接近基部9的中心軸線10越小，所以可有效地防止兩叉頭4、5的對應的側緣部17a的幹涉，可實現大的折角(例如60度)。
此外，各側緣部17a的第二退讓部18含有呈平行四邊形形狀的平坦面，該平坦面和對應的臂11的對應的側緣部17a在與基部9的中心軸線10平行地延伸的第一交線19以及第二交線20交叉。第一交線19距基部9的中心軸線10相對近，第二交線20距基部9的中心軸線10相對遠，此外，在平行於基部9的中心軸線10的方向上，第一交線19距聯軸器中心C1相對遠，第二交線20距聯軸器中心C1相對近。由此，為了避免與對方側叉頭5的幹涉，僅需在臂11的必要部分上設置退讓部，從而可確保臂11的強度，同時確保較大的折角(例如60度)。
此外，在本發明中，由於在各臂11的外側面15和倒U字狀的緣部17的稜線21的整體上形成有用於退讓的倒角部22，所以可有效地緩和對臂11的應力集中。
而且，由於所述倒角部22與基部9的一端9a的第一退讓部14連續，所以可緩和在臂11的根部發生的應力集中，提高叉頭4的強度、耐久性。
此外，以從聯軸器中心C1到基部9的一端9a的距離L1不超過基部9的最大旋轉半徑R2的方式使臂11的長度較短，所以可確保臂11的剛性。
此外，臂11的最大壁厚T1為基部9的最大旋轉直徑D1的15％以上，所以可確保臂11所需要的強度，可確保操縱穩定性。
以上，詳細地說明了本發明的具體實施方式
，但理解了所述內容的本領域技術人員可容易地推及其變更、改變以及等同物。因此，本發明應以權利要求的範圍和其等同的範圍為基準。
本發明與2006年6月19日向日本專利局提出的特願2006-169140號對應，在此通過引用而組合了該申請的所有公開內容。
權利要求
1.一種萬向聯軸器用叉頭，其通過衝裁、衝壓成形金屬板而構成，其特徵在於，具有軸固定用的筒狀的基部；一對臂，其從所述基部的一端與所述基部的中心軸線平行地延伸，並經由十字軸而能擺動地與對方側叉頭連結，在各所述臂上形成有用於經由軸承支承所述十字軸的對應的耳軸的支承孔，各所述臂的所述支承孔具有沿與所述基部的所述中心軸線垂直的方向延伸的中心軸線，在所述基部的所述一端形成有含有凹彎曲面的退讓部，所述基部的所述一端的所述退讓部的所述凹彎曲面的曲率中心配置在從聯軸器中心向所述臂的頂端側偏移的位置上。
2.如權利要求1所述的萬向聯軸器用叉頭，其特徵在於，各所述臂含有呈倒U字狀的緣部，各所述臂的所述緣部含有與所述基部的所述中心軸線平行地延伸的一對側緣部，在各所述臂的所述一對側緣部上分別設置退讓部，在與垂直於所述基部的所述中心軸線以及所述支承孔的所述中心軸線的方向平行的方向上，各所述臂的所述一對側緣部的所述退讓部之間的寬度越接近基部的中心軸線越小。
3.如權利要求2所述的萬向聯軸器用叉頭，其特徵在於，各所述側緣部的所述退讓部含有呈平行四邊形形狀的平坦面，所述平坦面和與該平坦面對應的臂的對應的側緣部在與所述基部的所述中心軸線平行地延伸的第一以及第二交線交叉，所述第一交線距所述基部的所述中心軸線相對近，所述第二交線距所述基部的所述中心軸線相對遠，在與所述基部的所述中心軸線平行的方向上，所述第一交線距所述聯軸器中心相對遠，所述第二交線距所述聯軸器中心相對近。
4.如權利要求1所述的萬向聯軸器用叉頭，其特徵在於，在各所述臂的外側面和呈倒U字狀的所述緣部的稜線的整體上形成有用於退讓的倒角部。
5.如權利要求4所述的萬向聯軸器用叉頭，其特徵在於，所述用於退讓的倒角部與所述基部的所述一端的含有所述凹彎曲面的所述退讓部連續。
6.如權利要求1所述的萬向聯軸器用叉頭，其特徵在於，從所述聯軸器中心到所述基部的所述一端的距離不超過所述基部的最大旋轉半徑。
7.如權利要求1所述的萬向聯軸器用叉頭，其特徵在於，各所述臂的最大壁厚在所述基部的最大旋轉直徑的15％以上。
8.一種萬向聯軸器，其特徵在於，具有經由含有4個耳軸的十字軸而相互連結的第一以及第二叉頭，所述第一以及第二叉頭分別使用權利要求3所述的萬向聯軸器用叉頭，在所述第二叉頭從沒有折角的狀態繞第一軸線旋轉變位45度並且繞第二軸線旋轉變位45度的狀態下，作為第一叉頭的臂的各側緣部的退讓部的平坦面和作為第二叉頭的對應的臂的對應的側緣部的退讓部的平坦面，隔著規定的間隔而平行，在此，所述第一軸線是與第一叉頭連結的一對耳軸的軸線，所述第二軸線是與所述第一軸線以及第一叉頭的旋轉軸線的雙方垂直的軸線。
全文摘要
一種萬向聯軸器用叉頭(4)，其具有筒狀的基部(9)、和一對從基部(9)的一端(9a)與基部(9)的中心軸線(10)平行地延伸的一對臂(11)。在各臂(11)上形成有用於經由軸承(8)支承十字軸(6)的對應的耳軸(7)的支承孔(12)。各臂(11)的支承孔(12)具有沿與基部(9)的中心軸線(10)垂直的方向延伸的中心軸線(13)。在所述基部(9)的所述一端(9a)上形成有含有凹彎曲面的退讓部(14)。所述退讓部(14)的所述凹彎曲面的曲率中心(A1)配置在從聯軸器中心(C1)向所述臂(11)的頂端側偏移的位置上。
文檔編號F16D3/26GK101092995SQ20071011015
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月18日 優先權日2006年6月19日
發明者時岡良一 申請人:株式會社捷太格特