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CN101836001A - 等速万向接头 - Google Patents

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CN101836001A
CN101836001A CN200880112449A CN200880112449A CN101836001A CN 101836001 A CN101836001 A CN 101836001A CN 200880112449 A CN200880112449 A CN 200880112449A CN 200880112449 A CN200880112449 A CN 200880112449A CN 101836001 A CN101836001 A CN 101836001A
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constant velocity
velocity universal
universal joint
cup
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CN200880112449A
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大场浩量
吉田和彦
曾根启助
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Original Assignee
NTN Corp
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Abstract

本发明提供一种高强度且能够抑制外侧接头部件的滚道槽的开口端部的由淬火引起的变形的等速万向接头。在本发明中，一种免根切型的等速万向接头，外侧接头部件的杯形部(1a)中的滚道槽(1d)具有由高频淬火形成的硬化层(8a)，以避让面(1f)的滚道槽(1d)的槽底(c)为起点，使开口端面(1e)以突出量t沿轴向突出。在此，所述突出量t在转矩传递用球的直径为d时，满足t＝0.037d～0.185d的关系。突出部(1i)中的开口端面(1e)及与开口端面(1e)连续的杯形部(1a)的外周面(1j)具有未淬火硬化的非硬化层。

Description

等速万向接头
技术领域
本发明涉及例如在机动车的前轮用驱动轴中使用的免根切型的等速万向接头。
背景技术
等速万向接头在机动车或各种产业机械的动力传递系中，连结驱动侧的旋转轴和从动侧的旋转轴而以等角速度传递转矩，具有固定式和滑动式。固定式仅容许角度位移，相对于此，滑动式是容许角度位移和轴向位移这两者的类型。
机动车的前轮用驱动轴的车轮侧所使用的固定式等速万向接头与方向盘的操作连动且由于车轮左右运动而容许高工作角。因此，该等速万向接头需要即使以高工作角在大驱动力(转矩)的作用下也能够充分承受的静强度和即使在保障期间中进行长距离行驶也不会突然断裂的充分的疲劳强度特性。
固定式等速万向接头具有球保持架型(以下标记为BJ)和免根切型(以下标记为UJ)。BJ和UJ都具备：具有一端开口的杯形部的外侧接头部件；位于所述杯形部的内侧的内侧接头部件；夹设在所述外侧接头部件及内侧接头部件相互之间而传递转矩的球；保持该球的保持架。而且，外侧接头部件的杯形部具有形成在内周面上且球在其中滚动的滚道槽，内侧接头部件具有形成在外周面上且球在其中滚动的滚道槽。
BJ的外侧接头部件杯形部及内侧接头部件的滚道槽的轴向截面为圆弧状。相对于此，UJ将BJ中的外侧接头部件的杯形部及内侧接头部件的滚道槽的轴向截面的圆弧的一部分形成为直线状。如图6A所示，在UJ的外侧接头部件21中的杯形部22的滚道槽23的轴向截面上，开口侧为直线状(以下标记为直线部)。
由于UJ与BJ相比，在外侧接头部件21的杯形部22的滚道槽23的开口端部上，球24与滚道槽23的接触点靠径向外方，因此轴与外侧接头部件1的杯形部22相干涉的情况出现在高工作角侧，从而能够容许高工作角化。另一方面，由于UJ容许高工作角，因此与BJ相比需要提高容许载荷。因此，通常，与BJ相比，UJ增加杯形部22的外径而确保强度。然而，由于存在UJ的杯形部22的小型化的需要，因此，需要进一步提高杯形部22的容许应力。
为了将外侧接头部件21的杯形部22形成为高强度化，需要提高杯形部22的容易破损部分的强度。杯形部22的容易破损部分在滚道槽23的开口端部附近。作为提高滚道槽23的开口端部的强度的一个方法，有进行淬火使其硬化的方法。通过淬火产生的硬化，能得到抑制滚道开口部的塑性变形的效果。关于用于抑制滚道槽23的开口端部的变形的淬火，已经考虑了各种方法。
例如，专利文献1所记载的发明在为了提高外侧接头部件21的开口端部的疲劳强度而施加压缩残余应力的目的下，预先在外侧接头部件21的开口端部形成余料，在淬火后除去开口端部的余料。
另外，专利文献2所记载的发明通过对实施了高频淬火的外侧接头部件21的滚道槽23的开口端部进一步实施喷丸硬化来施加压缩残余应力，提高外侧接头部件21的滚道槽23的开口端部的疲劳强度。
还有，在专利文献3所记载的发明中，通过使吸热体与外侧接头部件21的滚道槽23的开口端部抵接，而使滚道槽23的开口端部中的硬化层变浅。这是由于当增大外侧接头部件21的滚道槽23的开口端部的高频淬火所产生的硬化层的深度时，非硬化层减少，反而疲劳强度下降的缘故。
专利文献1：日本特开昭57-67127号公报
专利文献2：日本特开平4-194418号公报
专利文献3：日本特开昭56-65924号公报
然而，外侧接头部件21的杯形部22通常在通过淬火使滚道槽23硬化时，产生随着从开口端相反侧朝向开口端侧逐渐扩径所引起的尺寸误差。即，开口端侧的滚道槽23的PCD增加，整个滚道槽23的直线部成为在开口侧打开的锥形状。这是由于杯形部22包括在开口端相反侧关闭的部分和在开口端侧打开的部分的缘故。
使用了该外侧接头部件21的UJ在工作角为高角度侧，球24与滚道槽23之间的间隙增大，产生噪音。相对于该问题，以往通过将外侧接头部件21的锻造中使用的冲头形状形成为特殊的形状，而使淬火前的外侧接头部件1在由淬火产生的变形后成为所希望的形状。即，使用了使外侧接头部件21的滚道槽23的直线部成为在开口端侧关闭的反锥形的冲头。然而，在该对策中，制造特殊的形状的冲头需要增加工序数，因此冲头制造的成本增加。而且，在锻造后从外侧接头部件21的杯形部22的内侧拔出冲头时存在大阻力，因此冲头容易损伤而导致冲头的寿命下降。
发明内容
因此，本发明鉴于上述情况，其课题在于提供一种高强度且能够抑制外侧接头部件的滚道槽的开口端部的由淬火引起的变形的等速万向接头。
为了解决所述课题，本发明者进行了多种实验调查，得到了只要在杯形部22的开口端侧增加未淬火硬化的非硬化层就能够抑制由淬火引起的变形的见解。然而，单纯地减少硬化层时强度会下降。因此，本发明者进行了进一步讨论，得到了如下的见解。在以往的UJ中，如图6B放大所示，为了在取得高工作角时防止与轴的干涉而使外侧接头部件的21的杯形部22具有从内周面26到开口端面25连续的避让面27。杯形部22的避让面27中的以滚道槽23的宽度方向的中心为起点的开口端面25的轴向的突出量t减少。即使增加该突出量t，只要设置避让面27，杯形部22与轴的干涉位置就不变化而最大工作角就不变化。因此，以往的最大工作角所需的轴与UJ对合的轴向尺寸不增加。本发明基于上述见解而提出。
即，用于解决所述课题的本发明的第一方面是一种等速万向接头，其为免根切型，具备：具有一端开口的杯形部的外侧接头部件；位于所述杯形部的内侧的内侧接头部件；夹设在所述外侧接头部件及内侧接头部件相互之间而传递转矩的球；保持该球的保持架，其中，所述外侧接头部件具有：形成在所述杯形部的内周面上且所述球在其中滚动的滚道槽；从所述杯形部的内周面到开口端面连续的锥状的避让面；形成在所述杯形部的外周面上且安装保护罩的保护罩槽，并且，所述滚道槽具有圆弧部和直线部，该圆弧部具有由高频淬火形成的硬化层，所述等速万向接头的特征在于，以所述避让面的所述滚道槽的宽度方向的中心为起点，使所述开口端面以突出量t沿轴向突出，在此，所述突出量t在所述球的直径为d时，满足t＝0.037d～0.185d的关系，并且，所述突出部中的所述开口端面及与该开口端面连续的所述杯形部的外周面具有未淬火硬化的非硬化层。
根据本发明的第一方面，通过使所述开口端面以突出量t沿轴向突出，能够不增加现有的最大工作角所需的轴与UJ对合的轴向尺寸，而增加外侧接头部件的杯形部的体积。而且，通过使突出部中的所述开口端面及与该开口端面连续的所述杯形部的外周面具有非硬化层，能够不使强度下降，而抑制由淬火引起的变形。
本发明的第二方面以第一方面为基础，其中，以所述外侧接头部件的轴线为界而将所述滚道槽的圆弧部中的轴向截面的圆弧的曲率中心配置在所述轴向截面的具有圆弧一侧的相反侧。
根据本发明的第二方面，能够增加外侧接头部件的杯形部中的滚道槽的开口端相反侧的容许负载。
本发明的第三方面以第一方面或第二方面为基础，其中，使所述非硬化层延伸到所述避让面。
根据本发明的第三方面，能够更有效地抑制外侧接头部件的杯形部的由淬火引起的变形。
本发明的第四方面以第一方面或第二方面为基础，其中，使所述硬化层延伸到所述避让面。
根据第四方面，能够增大外侧接头部件的杯形部中的滚道槽的开口端部的强度。
本发明的第五方面以第四方面为基础，其中，使有效硬化层(Hv513以上)延伸到所述避让面。
根据第五方面，能够充分确保外侧接头部件的杯形部中的滚道槽的疲劳强度。
本发明的第六方面以第五方面为基础，其中，所述滚道槽与所述避让面的边界部分的表面硬度为Hv500～780，粒度号码为8号～13号。
根据第六方面，能够抑制外侧接头部件的杯形部中的滚道槽的开口端的淬裂。
本发明的第七方面以第一方面至第六方面中任一方面为基础，其中，所述外侧接头部件使用硫量为0.005～0.020mass％、碳量为0.46～0.58mass％的碳钢。
根据第七方面，能够确保滚道槽的耐磨损性。而且，能够确保切削加工性和硬化层的韧性。
本发明的第八方面以第一方面至第七方面中任一方面为基础，其中，通过冷锻的加工硬化将所述杯形部的外周面的硬度形成为Hv280～400。
根据第八方面，能够确保杯形部的强度并且能够抑制杯形部的破裂或模具寿命的下降。
本发明的第九方面以第一方面至第八方面中任一方面为基础，其中，具备外周面的由热处理形成的硬化层的厚度为1.2～2.0mm且芯部的硬度为Hv300～600的所述内侧接头部件。
根据第九方面，能够抑制内侧接头部件的热处理产生的变形量并将内侧接头部件形成为高强度。
本发明的第十方面以第一方面至第九方面中任一方面为基础，其中，所述保持架使用碳量0.46～0.58mass％的碳钢，并且通过高频淬火使保持架整体硬化而将硬度形成为HRC56～63。
根据第十方面，能够确保保持架的硬度，并且能够抑制对保持架的孔进行冲孔加工中使用的冲头的寿命的下降。
本发明的第十一方面以第一方面至第十方面中任一方面为基础，其中，所述球的表面粗糙度为Ra 0.01～0.09。
根据第十一方面，能够提高等速万向接头的耐久性。
本发明的第十二方面制造第一方面至第十一方面中任一方面所述的等速万向接头，具备在所述滚道槽的高频淬火时冷却所述保护罩槽的工序。
根据第十二方面，能够抑制淬火时的热影响，因此能够抑制外侧接头部件的杯形部中的软化或变形的增加或疲劳强度的下降。
本发明的第十三方面制造第一方面至第十一方面中任一方面所述的等速万向接头，具备在将金属环压入所述外侧接头部件的外周面后进行高频淬火并在除去热量后去除金属环的工序。
根据第十三方面，能够有效地抑制外侧接头部件的杯形部中的高频淬火引起的变形。
发明效果
根据本发明，能够将等速万向接头的外侧接头部件形成为高强度且能够抑制外侧接头部件的滚道槽的开口端部的由淬火引起的变形。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的UJ的整体结构的轴向剖面图。
图2A是图1的外侧接头部件的放大图。
图2B是图2A的变形例。
图3是示出图1的外侧接头部件的滚道槽中的圆弧部的圆弧的曲率中心的图。
图4是示出对图1的外侧接头部件进行高频淬火的状态的图。
图5是示出本发明的实施方式中的外侧接头部件的杯形部的强度的图。
图6A是现有的UJ的外侧接头部件的轴向剖面图。
图6B是图6A的局部放大图。
具体实施方式
以下，说明用于实施本发明的最佳方式。
图1例示本发明的实施方式的免根切型等速万向接头(以下标记为UJ)。该UJ具备外侧接头部件1、内侧接头部件2、球3及保持架4作为主要的构成要素。外侧接头部件1由一方开口的杯形部1a和杆部1b构成。杯形部1a具有形成在内周面1c上的滚道槽1d、从内周面1c到开口端面1e连续的锥状的避让面1f、形成在外周面1g上且用于安装保护罩5的沿周向延伸的保护罩槽1h。
内侧接头部件2位于外侧接头部件1的杯形部1a的内方，且具有球面状的外周面2a。在该外周面2a上形成有沿轴向延伸的滚道槽2b。内侧接头部件2具有轴孔2c，通过将轴6压入轴孔2c内进行花键嵌合而连结。该轴6通过簧环7等的挡圈而相对于内侧接头部件2形成为防脱。轴6与内侧接头部件2连结并且从外侧接头部件1的开口伸出。
外侧接头部件1的杯形部1a的滚道槽1d与内侧接头部件2的滚道槽2b成对而形成球滚道，每个球滚道内各装入一个球3。球3夹设在外侧接头部件1与内侧接头部件2相互之间而起到传递转矩的作用。各球3被保持在圆筒状的保持架4的圆周方向上形成的凹槽4a内。保持架4具有球面状的内周面4b，并通过该内周面4b与内侧接头部件2的外周面2a相接。保持架4的外周面4c为球面状，与外侧接头部件1的杯形部1a的内周面1c相接。保护罩5的一端由外侧接头部件1的外周面1g的开口端侧覆盖，并通过保护罩带5a固定在保护罩槽1h的位置上。
外侧接头部件1的杯形部1a的滚道槽1d中的开口端相反侧部位和开口端侧部位上分别形成有在轴向截面中槽底为圆弧状的圆弧部1d1和槽底为直线状的直线部1d 2。内侧接头部件2中的滚道槽2b的开口端侧部位和开口端相反侧部位上分别形成有在轴向截面中槽底为圆弧状的圆弧部2b 1和槽底为直线状的直线部2b 2。由于外侧接头部件1和内侧接头部件2的滚道槽1d、2b的直线部1d 2、2b 2的存在，最大工作角设定为大于以往的轿车用BJ的最大工作角。
外侧接头部件1的杯形部1a的滚道槽1d和内周面1c分别具有由高频淬火形成的硬化层8a、8b。内侧接头部件2的滚道槽2b和外周面2a分别具有由热处理形成的硬化层9a、9b。内侧接头部件2的外周面2a中的硬化层9b的厚度为1.2～2.0mm，芯部2d的硬度为Hv300～600。若为该条件，则能够抑制内侧接头部件2的变形量，能够形成为高强度。
外侧接头部件1使用硫量为0.005～0.020mass％而碳量为0.46～0.58mass％的碳钢。碳量小于0.46mass％时，滚道槽1d的耐磨损性降低。硫以化合物MnS的形式存在于钢中，通过冷锻而延展时成为断裂的起点，因此希望减少硫量。然而，小于0.005mass％时，切削加工性受到显著阻碍，大于0.020mass％时淬火硬化部的韧性显著下降。更优选为0.005～0.01mass％的范围。
保持架4使用碳量0.46～0.58mass％的碳钢并且通过高频淬火使整体硬化为HRC56～63。通过利用高频淬火使整体硬化为HRC56～63，将内部的组织形成为微细化，能得到适当的硬度，从而能够抑制龟裂的发生。为了形成为HRC56以上而碳钢的碳量需要为0.46mass％以上，当碳量超过0.58mass％时保持架4的凹槽4a的加工用冲头的寿命显著下降。而且，球3的表面粗糙度为Ra0.01～0.09时能够提高外侧接头部件1和内侧接头部件2的滚道槽1d、2b及UJ的耐久性。
如图2A放大所示，以外侧接头部件1的杯形部1a的避让面1f中的滚道槽1d的槽底c为起点使开口端面1e以突出量t沿轴向突出(图中虚线所示为以往的外侧接头部件)。在此，当球3的直径为d时，突出量t满足t＝0.037d～0.185d的关系。当突出量t小于0.037d时，无法得到突出所产生的效果。当突出量t大于0.185d时外侧接头部件1的开口端面1e的径向的长度a变小，由此在用于加工的传送时会对其它的外侧接头部件1产生损伤而在加工中引起不良。
突出部1i中的开口端面1e及与开口端面1e连续的杯形部1a的外周面1j具有未淬火硬化的非硬化层。该非硬化层延伸到避让面1f的局部。而且，外侧接头部件1的滚道槽1d中的硬化层8a也延伸到避让面1f。
通过使硬化层8a延伸到杯形部1a的避让面1f，能够确保杯形部1a的滚道槽1d的开口端侧的强度。而且，通过形成突出部1i及从使非硬化层从开口端面1e延伸到避让面1f，与以往相比，杯形部1a的开口端侧的非硬化层增多，因此能够抑制杯形部1a的开口端侧的由高频淬火引起的变形。
在球3滚动的范围内，将形成在滚道槽1d的底面上的硬化层即有效硬化层形成为Hv513以上的硬度，并使该有效硬化层延伸到所述避让面。由此，在滚道槽1d底部充分形成硬化层，确保滚道槽1d底部的疲劳强度。
滚道槽1d与避让面1f的边界部分的表面硬度为Hv500～780，粒度号码为8号～13号。旧γ粒的尺寸越微细越好，粒度号码优选8号～13号。若为该条件，则能够缓和滚道槽1d与避让面1f的边界部分的应力，因此能够提高杯形部1a的强度。当粒度号码小于8号时，明显容易产生淬裂。
通过冷锻的加工硬化将外侧接头部件1的杯形部1a的外周面1g的硬度形成为Hv280～400。加工硬化率越高，硬化量就越大，但是会导致制品的破裂或模具寿命的下降，因此加工硬化的上限硬度为Hv400。当加工硬化率低时，模具的形状无法高精度地转印给制品。而且，在下限硬度低的加工硬化率中，无法形成组织的微细化，因此在淬火加热时会存在难以奥氏体化的大的铁素体。因此，在短时间急速加热的高频淬火中容易产生未完全淬火组织而成为低强度，所以加工硬化的下限的硬度为Hv280。通过该加工硬化，至少使位于滚道槽1d的开口端部的底上的杯形部1a的外周面1g硬化，就能够增加杯形部1a的外周面、尤其是成为破损起点的外周面的硬度，从而能够提高杯形部1a的强度。
如图3所示，外侧接头部件1的滚道槽1d的圆弧部1d 1中的轴向截面的圆弧的曲率中心O以外侧接头部件1的轴线(图中A-A线)为界配置在轴向截面的具有圆弧一侧的相反侧。由此，与将圆弧的曲率中心O配置在外侧接头部件1的轴线上的现有技术相比，能够增加外侧接头部件1的滚道槽1d的开口端相反侧的容许负载。
在外侧接头部件1的制造过程中，如图4所示，将金属环10压入外侧接头部件1的外周面1g的开口端侧后进行滚道槽1d的高频淬火，在除去热量后进入去除金属环10的工序。由此能够抑制杯形部1a的由高频淬火引起的变形。
另外，在外侧接头部件1的制造过程中，在进行滚道槽1d的高频淬火时，使保护罩槽1h进入例如利用水冷进行冷却的工序。保护罩槽1h底部的壁厚最薄，若在高频淬火时不采取任何对策，则会受到热影响而底部周边可能软化或变形可能增加。而且，当硬化层的厚度增加时，由于压缩残余应力下降，因此疲劳强度也可能下降。相对于此，在高频淬火时，例如，若通过接触从周围施加压力的水来冷却保护罩槽1h，防止热影响，则能够抑制上述的软化、变形或疲劳强度的下降，从而能够将杯形部1a形成为高强度化。此外，通过有无加热引起的变色能够容易判断有无热影响。
图5示出本实施方式中的外侧接头部件1的杯形部1a的强度。纵轴表示负载转矩，横轴以对数形式来表示负载次数。虚线是t＝0.02d的现有技术的数据，实线是t＝0.13d的本实施方式的数据。与现有技术相比，可知本实施方式整体性地提高了容许负载转矩。例如，负载次数为1.0×105下，提高了约7％的容许负载转矩。
图2B是本实施方式的变形例。在该变形例中，非硬化层延伸到避让面1f的整体。反过来说，外侧接头部件1的滚道槽1d中的硬化层8a未延伸到避让面1f。与现有相比，通过形成突出部1i及使非硬化层从开口端面1e延伸到避让面1f的整体，而使杯形部1a的开口端侧的非硬化层增多，因此能够抑制杯形部1a的开口端侧的由高频淬火引起的变形。此外，外侧接头部件1的内周面1c的硬化层8b未延伸到避让面1f。其它的结构及作用、效果与上述的实施方式相同，因此省略说明。
本发明并不局限于上述实施方式，在其技术思想的范围内能够进行各种变形。

Claims (13)

1.一种等速万向接头，其为免根切型，具备：具有一端开口的杯形部的外侧接头部件；位于所述杯形部的内侧的内侧接头部件；夹设在所述外侧接头部件及内侧接头部件相互之间而传递转矩的球；保持该球的保持架，
所述外侧接头部件具有：形成在所述杯形部的内周面上且所述球在其中滚动的滚道槽；从所述杯形部的内周面到开口端面连续的锥状的避让面；形成在所述杯形部的外周面上且安装保护罩的保护罩槽，并且，所述滚道槽具有圆弧部和直线部，该圆弧部具有由高频淬火形成的硬化层，所述等速万向接头的特征在于，
以所述避让面的所述滚道槽的宽度方向的中心为起点，使所述开口端面以突出量t沿轴向突出，在此，所述突出量t在所述球的直径为d时，满足t＝0.037d～0.185d的关系，并且，所述突出部中的所述开口端面及与该开口端面连续的所述杯形部的外周面具有未淬火硬化的非硬化层。
2.根据权利要求1所述的等速万向接头，其中，
以所述外侧接头部件的轴线为界而将所述滚道槽的圆弧部中的轴向截面的圆弧的曲率中心配置在所述轴向截面的具有圆弧一侧的相反侧。
3.根据权利要求1或2所述的等速万向接头，其中，
使所述非硬化层延伸到所述避让面。
4.根据权利要求1或2所述的等速万向接头，其中，
使所述硬化层延伸到所述避让面。
5.根据权利要求4所述的等速万向接头，其中，
使有效硬化层(Hv513以上)延伸到所述避让面。
6.根据权利要求5所述的等速万向接头，其中，
所述滚道槽与所述避让面的边界部分的表面硬度为Hv500～780，粒度号码为8号～13号。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的等速万向接头，其中，
所述外侧接头部件使用硫量为0.005～0.020mass％、碳量为0.46～0.58mass％的碳钢。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的等速万向接头，其中，
通过冷锻的加工硬化将所述杯形部的外周面的硬度形成为Hv 280～400。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的等速万向接头，其中，
具备外周面的由热处理形成的硬化层的厚度为1.2～2.0mm且芯部的硬度为Hv300～600的所述内侧接头部件。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的等速万向接头，其中，
所述保持架使用碳量0.46～0.58mass％的碳钢，并且通过高频淬火使保持架整体硬化而将硬度形成为HRC56～63。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的等速万向接头，其中，所述球的表面粗糙度为Ra0.01～0.09。
12.一种制造权利要求1～11中任一项所述的等速万向接头的方法，具备在所述滚道槽的高频淬火时冷却所述保护罩槽的工序。
13.一种制造权利要求1～11中任一项所述的等速万向接头的方法，具备在将金属环压入所述外侧接头部件的外周面后进行高频淬火并在除去热量后去除金属环的工序。
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