JP2007321789A - Assembly method of machine parts - Google Patents
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Abstract
【課題】作業効率を改善した機械部品の組み付け方法を提供する。
【解決手段】ストッパピン角度の最大値A1で定まる隙間の上限値CU1と、最大摺動抵抗R1で定まる隙間の下限値CL1を決定する。シャフトスプライン径OPD1と、チューブスプライン径BBDと、隙間の許容範囲(CU1−CL1)とに基づいて、円柱体の外径寸法の公差を定める。平均捩じり剛性TAを求め、平均捩じり剛性TAと捩じり剛性規格で定まる予圧量の下限値PL1を決定する。摺動抵抗規格による最大摺動抵抗R1から、最大摺動抵抗R1で定まる予圧量の上限値PU1を決定する。シャフトスプライン径OPD2と、チューブスプライン径BBDとから、両スプライン溝と、球状体との隙間を求め、かかる隙間と、予圧量の公差(PU1−PL1)とに基づいて、球状体の外径寸法の公差を定める。
【選択図】図10A method for assembling a machine part with improved work efficiency is provided.
A clearance upper limit value CU1 determined by a stopper pin angle maximum value A1 and a clearance lower limit value CL1 determined by a maximum sliding resistance R1 are determined. Based on the shaft spline diameter OPD1, the tube spline diameter BBD, and the clearance allowable range (CU1-CL1), the tolerance of the outer diameter of the cylindrical body is determined. An average torsional rigidity TA is obtained, and a lower limit PL1 of the preload amount determined by the average torsional rigidity TA and the torsional rigidity standard is determined. From the maximum sliding resistance R1 according to the sliding resistance standard, the upper limit value PU1 of the preload amount determined by the maximum sliding resistance R1 is determined. From the shaft spline diameter OPD2 and the tube spline diameter BBD, the clearance between both spline grooves and the spherical body is obtained, and the outer diameter of the spherical body is determined based on the clearance and the tolerance of the preload amount (PU1-PL1). Define tolerances for
[Selection] Figure 10
Description
本発明は、機械部品の組立方法に関し、特にスプライン溝、キー部品及び予圧構造を有する伸縮可能なトルク伝達を主目的とした機械部品の組立方法に関する。 The present invention relates to a method for assembling a machine part, and more particularly, to a method for assembling a machine part mainly for expanding and contracting torque transmission having a spline groove, a key part, and a preload structure.
例えば、車両の操舵機構には伸縮可能なスプライン軸が設けられており、車両が走行する際に発生する軸線方向の変位を吸収し、ステアリングホイール上にその変位や振動を伝えないように機能している。またスプライン軸は、運転者が車両を運転するのに最適なポジションを得るためにステアリングホイールの位置を軸線方向に移動した場合、それを許容するように機能している(特許文献1参照)。
ところで、従来のスプライン軸の組立方法は、実用上問題となる軸回転方向ガダ量を小さくすること及び摺動抵抗を小さくするという相反する基準を満足させることを目的に、スプライン雌軸及びスプライン雄軸の両スプライン溝より構成される空間より、若干小さな寸法の測定用基準ボールを介装させた時の軸周方向のガタ量を測定し、測定結果から適度な予圧を与えるような寸法のボール径の選択を行った後、測定に使用したボールを取り除き、測定結果から実験等により求められた寸法のボールを組付けることにより、ガタ量及び摺動抵抗を所望する量に調整することが行われてきた。 By the way, the conventional spline shaft assembling method is intended to satisfy the conflicting criteria of reducing the amount of axial rotation direction rudder and sliding resistance, which are problems in practice, in order to satisfy the conflicting standards. A ball with a dimension that gives an appropriate preload from the measurement result by measuring the amount of play in the axial circumference when a measurement reference ball with a slightly smaller dimension is interposed from the space formed by both spline grooves on the shaft. After selecting the diameter, the ball used for the measurement is removed, and the ball with the dimensions determined by experiment etc. is assembled from the measurement result, so that the play amount and the sliding resistance can be adjusted to the desired amount. I have been.
しかるに、摺動抵抗が所定範囲に定まっていても、軸周方向ガタ量が不適切な場合がある。更に、予圧機構を組み込むことでガタ量を抑えるスプライン軸も開発されているが、かかるスプライン軸の場合、摺動抵抗、スプライン軸の捩じり剛性及びガタの関係を満足させる必要がある。このため、所望する機械特性を得るために、ボール径選択作業と摺動抵抗、スプライン軸の捩じり剛性及びガタ量の測定を複数回繰り返すことが多く作業効率が悪いという問題があった。 However, even if the sliding resistance is set within a predetermined range, the amount of axial backlash may be inappropriate. Furthermore, although a spline shaft that suppresses the amount of play by incorporating a preload mechanism has been developed, in the case of such a spline shaft, it is necessary to satisfy the relationship between sliding resistance, spline shaft torsional rigidity, and backlash. For this reason, in order to obtain desired mechanical characteristics, there has been a problem that the work efficiency is poor because the ball diameter selection work and the sliding resistance, the torsional rigidity of the spline shaft, and the backlash amount measurement are often repeated a plurality of times.
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、作業効率を改善した機械部品の組み付け方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for assembling a machine part with improved work efficiency.
本発明の機械部品組立方法は、スプライン溝を内周に有するスプライン軸と、スプライン溝を外周に有するスプライン雄軸と、第1群の両スプライン溝内に配置された第1のキー部品と、第2群の両スプライン溝内に配置された第2のキー部品及び予圧構造とを有する機械部品の組立方法において、
前記スプライン雄軸のスプライン溝寸法、及び前記スプライン雌軸のスプライン溝寸法の測定を行う工程と、
両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第1群の両スプライン溝と第1のキー部品との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、前記第1のキー部品の寸法を選択する工程と、
両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第2群の両スプライン溝と前記第2のキー部品との隙間において前記第2のキー部品の寸法を変化させた時の予圧構造に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と伸縮時の軸線方向の摺動抵抗の関係に基づいて、前記第2のキー部品の寸法を選択する工程と、
選択された寸法を有する前記第1のキー部品及び前記第2のキー部品と前記予圧構造とを、前記スプライン雄軸と前記スプライン雌軸との間に組み込む工程とからなることを特徴とする。
The mechanical component assembling method of the present invention includes a spline shaft having a spline groove on the inner periphery, a spline male shaft having a spline groove on the outer periphery, a first key component disposed in both the first group of spline grooves, In a method for assembling a machine part having a second key part and a preload structure arranged in both spline grooves of the second group,
Measuring the spline groove dimension of the spline male shaft and the spline groove dimension of the spline female shaft;
Measurement results of both spline groove dimensions, clearance between the first group of both spline grooves and the first key parts obtained in advance through experiments, etc., axial sliding resistance during expansion and contraction, and axial stopper pins Selecting a dimension of the first key part based on a relationship with an angle;
Measurement result of both spline groove dimensions, and preload structure when the dimension of the second key part is changed in the gap between the second group of both spline grooves and the second key part obtained in advance through experiments or the like Selecting the dimension of the second key part based on the relationship between the amount of preload applied to the shaft, the torsional rigidity in the axial circumferential direction, and the sliding resistance in the axial direction during expansion and contraction;
A step of incorporating the first key part and the second key part having the selected dimensions and the preload structure between the spline male shaft and the spline female shaft.
本発明では、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第1群の両スプライン溝と第1のキー部品との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、前記第1のキー部品の寸法を選択する工程を有するので、ストッパピン角度と摺動抵抗とを容易に所望の値に設定することができる。又、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第2群の両スプライン溝と前記第2のキー部品との隙間において前記第2のキー部品の寸法を変化させた時の予圧構造に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と伸縮時の軸線方向摺動抵抗の関係に基づいて、前記第2のキー部品の寸法を選択する工程を有するので、所望する軸周方向の捩じり剛性及び伸縮時の軸線方向の摺動抵抗とを容易に所望の値に設定することができる。以上のように、本組立方法によれば、所望する機械特性を構成するためのキー部品の選択が容易になり、効率的な組立作業を行うことができる。 In the present invention, the measurement results of the dimensions of both spline grooves, the gap between the first group of both spline grooves and the first key part, obtained in advance through experiments, etc., the sliding resistance in the axial direction during expansion and contraction, and the shaft circumference Since there is a step of selecting the dimension of the first key part based on the relationship with the direction of the stopper pin angle in the direction, the stopper pin angle and the sliding resistance can be easily set to desired values. Further, when the dimension of the second key part is changed in the gap between the second key part and the measurement result of both the spline groove dimensions and the second group of both spline grooves obtained in advance through experiments or the like. Since there is a step of selecting the dimension of the second key component based on the relationship between the amount of preload given to the preload structure, the torsional rigidity in the axial direction and the sliding resistance in the axial direction during expansion and contraction, this is desirable. The torsional rigidity in the axial direction and the sliding resistance in the axial direction during expansion and contraction can be easily set to desired values. As described above, according to this assembling method, it becomes easy to select key parts for configuring desired mechanical characteristics, and an efficient assembling work can be performed.
ここで、「ストッパピン角度」とは、主として円柱体によるトルク伝達が行われる角度をいい、本発明の組立方法により組立てられた機械部品の捩じり剛性測定において、規定トルクまで右回転方向又は左回転方向にトルクを加えた時に得られる回転角度と、トルク測定結果において、規定トルク近傍の傾きとグラフ横軸との交点角度2点の範囲と規定する(図8参照)。一般的に、ストッパピン角度以下の領域では、トルク伝達は球状体及び板ばねのような予圧弾性体を介して行われる。また、「捩じり剛性」とは、本発明の組立方法により組立てられた機械部品に、規定トルクまで右回転方向又は左回転方向加えた時に得られる回転角度と付加トルクの関係を図示した線図における回転角度が0近傍の傾きの平均値(第1のキー部品の捩じり剛性+第2のキー部品の捩じり剛性)÷2)で定義される(図9参照)。 Here, the “stopper pin angle” means an angle at which torque is transmitted mainly by a cylindrical body, and in the torsional rigidity measurement of the mechanical parts assembled by the assembling method of the present invention, the clockwise rotation direction or the specified torque The rotation angle obtained when torque is applied in the left rotation direction and the torque measurement result are defined as a range of two intersection angles between the inclination near the specified torque and the horizontal axis of the graph (see FIG. 8). In general, in a region below the stopper pin angle, torque transmission is performed via a preload elastic body such as a spherical body and a leaf spring. “Torsional rigidity” is a line showing the relationship between the rotational angle and additional torque obtained when a right torque direction or left rotation direction is applied to a machine part assembled by the assembling method of the present invention up to a specified torque. In the figure, the rotation angle is defined by an average value of inclinations near 0 (the torsional rigidity of the first key part + the torsional rigidity of the second key part) / 2 (see FIG. 9).
本発明では、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第1群の両スプライン溝と第1のキー部品との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、前記第1のキー部品の寸法を選択する工程を有するので、ストッパピン角度と摺動抵抗とを容易に所望の値に設定することができる。又、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第2群の両スプライン溝と前記第2のキー部品との隙間において前記第2のキー部品の寸法を変化させた時の予圧構造に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と伸縮時の軸線方向の摺動抵抗の関係に基づいて、前記第2のキー部品の寸法を選択する工程を有するので、所望する軸周方向の捩じり剛性及び伸縮時の軸線方向の軸線方向の摺動抵抗とを容易に所望の値に設定することができる。以上のように、本組立方法によれば、所望する機械特性を構成するためのキー部品の選択が容易になり、効率的な組立作業を行うことが出来る。 In the present invention, the measurement results of the dimensions of both spline grooves, the gap between the first group of both spline grooves and the first key part, obtained in advance through experiments, etc., the sliding resistance in the axial direction during expansion and contraction, and the shaft circumference Since there is a step of selecting the dimension of the first key part based on the relationship with the direction of the stopper pin angle in the direction, the stopper pin angle and the sliding resistance can be easily set to desired values. Further, when the dimension of the second key part is changed in the gap between the second key part and the measurement result of both the spline groove dimensions and the second group of both spline grooves obtained in advance through experiments or the like. Since there is a step of selecting the dimension of the second key part based on the relationship between the preload amount applied to the preload structure, the torsional rigidity in the axial direction and the sliding resistance in the axial direction during expansion and contraction, The torsional rigidity in the axial direction and the axial sliding resistance in the axial direction during expansion and contraction can be easily set to desired values. As described above, according to this assembling method, it becomes easy to select key parts for configuring desired mechanical characteristics, and an efficient assembling work can be performed.
前記機械部品は、ステアリング装置に用いられる伸縮軸であると好ましい。 It is preferable that the mechanical component is a telescopic shaft used in a steering device.
以下、本発明の実施の形態に係るステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸を適用した自動車の操舵機構部の側面図である。 Hereinafter, a steering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a steering mechanism portion of an automobile to which a vehicle steering telescopic shaft according to an embodiment of the present invention is applied.
図1において、車体VBにアッパブラケット1とロアブラケット2とを介して、ステアリングシャフト上部3が取り付けられている。ステアリングシャフト上部3は、ステアリングコラム3Aと、ステアリングコラム3Aに回転自在に保持されたステアリングシャフト3Bを含む。ステアリングシャフト3Bの上端に、ステアリングホイール5が装着されている。又、ステアリングシャフト3Bの下端にユニバーサルジョイント6を介して、ステアリングシャフト下部7が連結されている。
In FIG. 1, a steering shaft
ステアリングシャフト下部7には、操舵軸継手8を介してピニオンシャフト9が連結されており、更にピニオンシャフト9は、ステアリングラック軸12に連結されている。このステアリングラック軸12は、車体VB’に弾性体11を介して固定されたステアリングラック支持部材13により支持されている。
A
ここで、ステアリングシャフト上部3と、ステアリングシャフト下部7が、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸(以後、伸縮軸と略す)を用いている。ステアリングシャフト下部7は、スプライン雄軸(以後、雄軸と略す)とスプライン雌軸(以後、雌軸と略す)とを嵌合したものである。このようなステアリングシャフト下部7には、車両が走行する際に発生する軸線方向の変位を吸収し、ステアリングホイール5上にその変位や振動を伝えない性能が要求される。このような性能は、車体がサブフレーム構造となっていて、ステアリングシャフト上部3が固定される車体VBと、ステアリングラック支持部材13が固定される車体VB’とが別体となっており、ステアリングラック支持部材13がゴムなどの弾性体11を介して車体VB’に締結固定されているような構造の場合に特に要求される。
Here, the steering shaft
また、組付時やメンテナンス時に、操舵軸継手8をピニオンシャフト9に締結する際に作業者が、伸縮軸をいったん縮めてからピニオンシャフト9に嵌合させ締結させるため、伸縮機能が必要とされる場合がある。さらに、操舵機構の上部にあるステアリングシャフト上部3も、雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなステアリングシャフト上部3には、運転者が車両を運転するのに最適なポジションを得るためにステアリングホイール5の位置を軸方向に移動し、その位置を調整する機能が要求されるため、軸方向に伸縮する機能が要求される。前述のすべての場合において、伸縮軸には嵌合部のガタ音を低減することと、ステアリングホイール5上のガタ感を低減することと、軸線方向摺動時における摺動抵抗を低減することが要求される。
Further, when the steering shaft joint 8 is fastened to the
図2は、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。図3は、図2の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た断面図である。図4は、弾性体である板バネの斜視図である。 FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the telescopic shaft for vehicle steering according to the embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of the configuration of FIG. 2 taken along the line III-III and viewed in the direction of the arrow. FIG. 4 is a perspective view of a leaf spring that is an elastic body.
図2に示すように、車両ステアリング用の伸縮軸110は、相互に回転不能に且つ軸線方向に摺動自在に嵌合した雄軸101と雌軸102とからなる。図3に示すように、雄軸101の外周面には、周方向に120度間隔(位相)で等配した3個の軸線方向溝(スプライン溝)103が延在して形成してある。これに対応して、雌軸102の内周面にも、周方向に120度間隔(位相)で等配した3個の軸線方向溝(スプライン溝)115が延在して形成してある。
As shown in FIG. 2, the
雄軸101のスプライン溝103と、雌軸102のスプライン溝105との間に、両軸101,102の軸線方向相対移動の際に転動する複数の剛体の球状体107(第2のキー部品である転動体又はボール)が転動自在に介装してある。なお、雌軸102のスプライン溝105は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。スプライン溝103、105が第2群のスプライン溝を構成する。
A plurality of rigid spherical bodies 107 (second key components) that roll between the
雄軸101のスプライン溝103は略台形状の断面を有し、傾斜した一対の平面状側面103aと、これら一対の平面状側面103aの間に平坦に形成した底面103bとを有している。雄軸101のスプライン溝103と、球状体107との間には、球状体107に接触して予圧するための板バネ109が介装してある。
The
図4に示すように、予圧構造を構成する板バネ109は、球状体107に2点で接触する略円弧形状の球状体側接触部109aと、球状体側接触部109aに対して軸周方向に所定間隔をおいて離間して折り曲げてあると共に雄軸101のスプライン溝103の平面状側面103aに接触可能である溝面側接触部109bと、球状体側接触部109aと溝面側接触部109bを相互に離間する方向に弾性的に付勢するように折り曲げられた付勢部109cと、スプライン溝103の平坦な底面103bに対向した平坦な底面109dと、を有している。
As shown in FIG. 4, the
図3に示すように、この付勢部109cは、略U字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部109cによって、球状体側接触部109aと溝面側接触部109bを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。
As shown in FIG. 3, the urging
なお、付勢部109c又は溝面側接触部109bと、スプライン溝103の平面状側面103aとの間には、微小な隙間(Δ1)が設定してある。
A small gap (Δ1) is set between the urging
また、板バネ109の折り曲げの際、溝面側接触部109bの先端は、図3に示すように、スプライン溝103の平面状側面103aに接触しない様に、矢印(G)方向に折り曲げられている。
Further, when the
折り曲げ部分(付勢部109c又は溝面側接触部109b)のR形状の一番大きい外形部が、スプライン溝103の平面状側面103aに一番近くなる様に設定してある。
The largest outer shape portion of the R shape of the bent portion (the biasing
これは、板バネ109の折り曲げ部分(付勢部109c又は溝面側接触部109b)の厚みをどの箇所も一定にする為である。もし、折り曲げ部分(付勢部109c又は溝面側接触部109b)の先端が各箇所で不均一に当たると、予圧部分の捩り剛性が安定しないためである。
This is to make the thickness of the bent portion (the urging
なお、図3及び図4に示すように、本実施の形態では、球状体107に接触する球状体側接触部109aは、球状体107の半径より大きい略円弧形状に形成してある。これにより、平面形状よりも球状体107との接触面圧を下げることができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, in this embodiment, the spherical body
図3に示すように、雄軸101の外周面には、周方向に120度間隔(位相)で等配した3個のスプライン溝104が延在して形成してある。これに対応して、雌軸102の内周面にも、周方向に120度間隔(位相)で等配した3個のスプライン溝106が延在して形成してある。
As shown in FIG. 3, three
雄軸101のスプライン溝104と、雌軸102のスプライン溝106との間に、両軸101,102の軸線方向相対移動の際に滑り摺動する複数の剛体の円柱体108(第1のキー部品である摺動体又はニードルローラ)が微小隙間をもって介装してある。なお、これらスプライン溝104,106は、第1群のスプライン溝であって、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。
A plurality of rigid cylindrical bodies 108 (first key) that slide between the
なお、円柱体108と、雌軸102のスプライン溝106との間には、微小な隙間(Δ2)が設定してある。但し、雄軸101のスプライン溝104−円柱体108−雌軸102のスプライン溝106の間は、常に、軸線方向に於いて、どこかで接触していても構わない。
A minute gap (Δ2) is set between the
図2において、雄軸101の端部には、小径部101aが形成してある。この小径部101aには、円柱体8の軸線方向の移動を規制するストッパープレート111が設けてある。このストッパープレート111は、軸線方向予圧用弾性体112(即ち、皿バネ)と、この軸線方向予圧用弾性体112を挟持する1組の平板113,113(即ち、平座金)とからなる。
In FIG. 2, a
本実施の形態では、ストッパープレート111は、小径部101aに、平板113、軸線方向予圧用弾性体112、平板113の順に嵌合し、小径部101aに加締めにより堅固に固定してある。これにより、ストッパープレート111が軸線方向に固定される。なお、ストッパープレート111の固定方法は、加締めに限らず、止め輪、螺合手段、プッシュナット等であってもよい。また、ストッパープレート111は、平板113を円柱体108に当接させて、軸線方向予圧用弾性体112により、円柱体108を軸線方向に動かないように適度に予圧できるようになっている。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、雌軸102の6個のスプライン溝105,106に、径方向に隙間を介して、雄軸101の外周面に6個のスプライン溝103,104と軸線方向に同軸に形成した6個の略円弧状の突起部115が嵌合してある。
Further, in the present embodiment, the six
従って、球状体107,円柱体108が何らかの原因によって雄軸101から脱落し又は破損した場合等には、雌軸102のスプライン溝105,106に、雄軸101の突起部115が嵌合し、これにより、雄軸101と雌軸102とは、トルクを伝達することができ、フェイルセーフ機能の役割を果たすことができる。
Therefore, when the
また、この際、スプライン溝105,106と、突起部115との間には、隙間が設けてあるため、運転者は、ステアリングホイール5においてガタ付きを感じることができ、ステアリング系の故障等を察知することができる。
At this time, since a gap is provided between the
さらに、雄軸101の突起部115は、球状体107,円柱体108と軸線方向に同軸であることから、球状体107,円柱体108の軸線方向の移動を規制するストッパーの役割も果たし、球状体107,円柱体108の抜けの可能性を減少して、フェイルセーフ機能をより一層向上することができる。
Further, since the
また、雄軸101の突起部115は、球状体107,円柱体108と軸線方向に同軸であることから、雄軸101と雌軸102の径方向寸法を小さくして、コンパクト化を図ることができる。
Further, since the protruding
さらに、雄軸101のスプライン溝103、雌軸102のスプライン溝105、板バネ109、及び球状体107の間には、潤滑剤が塗布してあってもよい。また、雄軸101のスプライン溝104、円柱体108、及び雌軸102のスプライン溝106の間にも、潤滑剤が塗布してあってもよい。
Further, a lubricant may be applied between the
以上のように構成した伸縮軸では、雄軸101と雌軸102の間に球状体107を介装し、板バネ109により、球状体107を雌軸102に対してガタ付きのない程度に予圧してあるため、雄軸101と雌軸102の間のガタ付きを確実に防止することができると共に、雄軸101と雌軸102は軸線方向に相対移動する際には、ガタ付きのない安定した摺動荷重で摺動することができる。
In the telescopic shaft configured as described above, the
次に、本実施の形態にかかる伸縮軸の組立方法について、図面を参照して説明する。図5は、本実施の形態にかかる伸縮軸の組立方法の各工程を示すフローチャートである。図6は、チューブスプライン内径(BBD)測定を示す概略断面図である。図7は、シャフトスプライン外径(OPD)測定を示す概略断面図である。図8は、予め実験等により得られたストッバピン角度を示す図である。図9は、予め実験等により得られた捩じり剛性を示す図である。図10は球状体107の寸法選択を説明するための図であり、スプライン溝と円柱体間のスキマに対する、ストッパピン角度及び摺動抵抗との関係を示す。図11は円柱体108の寸法選択を説明するための図であり、スプライン溝と球状体により与えられる予圧構造(弾性体)の予圧量と、捩じり剛性及び摺動抵抗との関係を示す。なお、測定に用いるピンP1,P2,P3の外径は、チューブとシャフトスプラインの設計値に基づき決定される。
Next, a method for assembling the telescopic shaft according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a flowchart showing each step of the telescopic shaft assembling method according to the present embodiment. FIG. 6 is a schematic sectional view showing tube spline inner diameter (BBD) measurement. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing shaft spline outer diameter (OPD) measurement. FIG. 8 is a diagram showing the Stover pin angle obtained in advance through experiments or the like. FIG. 9 is a diagram showing the torsional rigidity obtained in advance through experiments or the like. FIG. 10 is a diagram for explaining the dimension selection of the
まず、図5のステップS101で、雄軸101のスプライン溝寸法、及び雌軸102のスプライン溝寸法の測定を行う。より具体的には、図6に示すように、雄軸101の第1群のスプライン溝104に、小径円柱状のピンP1を当接させたとき、それらの内接円C1の径をシャフトスプライン径OPD1とする。またスプライン溝103に、外周が一部平面の大径円柱状のピン2を当接させ、それらの内接円C2の径をシャフトスプライン径OPD2とする。更に、図7に示すように、雌軸102のスプライン溝105,106に、円柱状のピンP3を当接させたとき、それらの外接円C3の径をチューブスプライン径BBDとする。なお、BBD、OPD1,OPD2は、それぞれチューブ及びシャフトのスプライン溝の寸法となる。
First, in step S101 in FIG. 5, the spline groove dimension of the
続いて、ステップS102で、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第1群の両スプライン溝104、106と円柱体108との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、円柱体108の寸法を選択する。即ち、両スプライン溝104、106と円柱体108との隙間が小さすぎると摺動抵抗が増大し、円滑なトルク伝達ができなくなる。一方、両スプライン溝104、106と円柱体108との隙間が大きすぎると、ストッパピン角度が増大してしまう。
Subsequently, in step S102, the measurement result of both the spline grooves dimensions, the gap between the first group of both
そこで、図8に示す特性図より、最適なストッパピン角度の最大値A1を定め、図10に示す関係から、最大値A1で定まる隙間の上限値CU1を決定する。ここで最大値A1は、図8に示す捩じり剛性特性曲線のY1,Y2の2点を結んだ直線L1がX軸に交わったときの交点X1と、同捩じり剛性特性曲線の−Y1,−Y2の2点を結んだ直線L2がX軸に交わったときの交点X2との差で表すものとする。一方、摺動抵抗規格による最大摺動抵抗R1に基づいて、図10に示す関係から、最大摺動抵抗R1で定まる隙間の下限値CL1を決定する。更に、シャフトスプライン径OPD1と、チューブスプライン径BBDと、隙間の許容範囲(CU1−CL1)とに基づいて、円柱体108の外径寸法の公差を定めることができる。
Therefore, the optimum maximum value A1 of the stopper pin angle is determined from the characteristic diagram shown in FIG. 8, and the upper limit value CU1 of the gap determined by the maximum value A1 is determined from the relationship shown in FIG. Here, the maximum value A1 is the intersection X1 when the straight line L1 connecting the two points Y1 and Y2 of the torsional rigidity characteristic curve shown in FIG. It is assumed that the straight line L2 connecting the two points Y1 and -Y2 is represented by a difference from the intersection point X2 when intersecting the X axis. On the other hand, based on the maximum sliding resistance R1 according to the sliding resistance standard, the lower limit CL1 of the gap determined by the maximum sliding resistance R1 is determined from the relationship shown in FIG. Further, the tolerance of the outer diameter of the
続いて、スプライン103で、両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第2群の両スプライン溝103,105と、球状体107との隙間において、球状体107の寸法を変化させた時の予圧構造(弾性体である板ばね109)に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗との関係に基づいて、球状体107の寸法を選択する。即ち、板ばね109により与えられる予圧量が小さすぎると、伸縮軸の軸周方向における捩じり剛性が低くなりすぎる。一方、板ばね109により与えられる予圧量が大きすぎると、摺動抵抗が増大し、円滑な伸縮ができなくなる。
Subsequently, the
そこで、図9に示す特性図から、ヒステリシス曲線である捩じり剛性を平均して平均捩じり剛性TAを求め、図11に示す関係から、平均捩じり剛性TAと捩じり剛性規格で定まる予圧量の下限値PL1を決定する。一方、摺動抵抗規格による最大摺動抵抗R1に基づいて、図11に示す関係から、最大摺動抵抗R1で定まる予圧量の上限値PU1を決定する。更に、シャフトスプライン径OPD2と、チューブスプライン径BBDとに基づいて、両スプライン溝103,105と、球状体107との隙間を求め、かかる隙間と、予圧量の公差(PU1−PL1)とに基づいて、球状体107の外径寸法の公差を定めることができる。
Therefore, the average torsional rigidity TA is obtained by averaging the torsional rigidity, which is a hysteresis curve, from the characteristic diagram shown in FIG. 9, and the average torsional rigidity TA and the torsional rigidity standard are obtained from the relationship shown in FIG. The lower limit PL1 of the preload amount determined by is determined. On the other hand, based on the maximum sliding resistance R1 according to the sliding resistance standard, the upper limit value PU1 of the preload amount determined by the maximum sliding resistance R1 is determined from the relationship shown in FIG. Further, based on the shaft spline diameter OPD2 and the tube spline diameter BBD, the clearance between the
こうして円柱体108と球状体107の寸法が選定された後、ステップS104で、選択された寸法を有する円柱体108と球状体107と板ばね109とを、雄軸101と雌軸102との間に組み込むことで、伸縮軸が完成する。なお、図5の例では、スプライン溝寸法を測定した後に、円柱体108と球状体107の寸法選定をこの順序で行っているが、球状体107の寸法選定を行った後、円柱体108の寸法選定を行っても良いし、両者の寸法選定を同時に行っても良い。
After the dimensions of the
かかる伸縮軸のトルク伝達時には、板バネ109が弾性変形して球状体107を周方向に拘束すると共に、雄軸101と雌軸102の間に介装した3列の円柱体108が主なトルク伝達の役割を果たす。
When the torque of the telescopic shaft is transmitted, the
例えば、雄軸101からトルクが入力された場合、初期の段階では、板バネ109の予圧がかかっているため、ガタ付きはなく、板バネ109がトルクに対する反力を発生させてトルクを伝達する。この時は、雄軸101・板バネ109・球状体107・雌軸102間の伝達トルクと入力トルクがつりあった状態で全体的なトルク伝達がなされる。
For example, when torque is input from the
さらにトルクが増大していくと、円柱体108を介した雄軸101、雌軸102の回転方向の隙間がなくなり、以後のトルク増加分を、雄軸101、雌軸102を介して、円柱体108が伝達する。そのため、雄軸101と雌軸102の回転方向ガタを確実に防止するとともに、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
As the torque further increases, the clearance in the rotational direction of the
以上から、本実施の形態によれば、球状体107以外に、円柱体108を設けているため、大トルク入力時、負荷量の大部分を円柱体108で支持することができる。従って、雌軸102のスプライン溝105と球状体107との接触圧力を低下して、耐久性を向上することができると共に、大トルク負荷時には、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the
このように、本実施の形態によれば、安定した摺動抵抗を実現すると共に、回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to realize stable sliding resistance, reliably prevent backlash in the rotational direction, and transmit torque in a highly rigid state.
なお、球状体107は、鋼球など剛体のボールが好ましい。また剛体の円柱体108は、ニードルローラが好ましい。
The
円柱体(以後、ニードルローラと記す)8は、線接触でその荷重を受けるため、点接触で荷重を受けるボールよりも接触圧を低く抑えることができるなど、さまざまな効果がある。したがって、全列をボール転がり構造とした場合よりも下記の項目が優れている。
(1)摺動部での減衰能効果が、ボール転がり構造に比べて大きい。よって振動吸収性能が高い。
(2)ニードルローラが雄軸と雌軸に微小に接触していることにより、摺動抵抗変動幅を低く抑えることができ、その変動による振動がステアリングまで伝わらない。
(3)同じトルクを伝達するならば、ニードルローラの方が接触圧を低く抑えることができるため、軸線方向の長さを短くできスペースを有効に使うことができる。
(4)同じトルクを伝達するならば、ニードルローラの方が接触圧を低く抑えることができるため、熱処理等によって雌軸のスプライン溝表面を硬化させるための追加工程が不要である。
(5)部品点数を少なくすることができる。
(6)組立性をよくすることができる。
(7)組立コストを抑えることができる。
Since the cylindrical body (hereinafter referred to as a needle roller) 8 receives the load by line contact, it has various effects such as a lower contact pressure than a ball receiving a load by point contact. Therefore, the following items are superior to the case where the entire row has a ball rolling structure.
(1) The damping ability effect at the sliding part is larger than that of the ball rolling structure. Therefore, vibration absorption performance is high.
(2) Since the needle roller is in minute contact with the male shaft and the female shaft, the fluctuation range of the sliding resistance can be kept low, and vibration due to the fluctuation is not transmitted to the steering.
(3) If the same torque is transmitted, the contact pressure of the needle roller can be reduced, so that the axial length can be shortened and the space can be used effectively.
(4) If the same torque is transmitted, the needle roller can keep the contact pressure lower, so that an additional step for curing the surface of the spline groove of the female shaft by heat treatment or the like is unnecessary.
(5) The number of parts can be reduced.
(6) The assemblability can be improved.
(7) The assembly cost can be suppressed.
このようにニードルローラは、雄軸101と雌軸102の間のトルク伝達のためのキーの役割をするとともに、雌軸102の内周面とすべり接触する。ニードルローラの使用が従来のスプライン嵌合と比較して、優れている点は下記のとおりである。
(8)ニードルローラは大量生産品であり、非常に低コストである。
(9)ニードルローラは熱処理後、研磨されているので、表面硬度が高く、耐摩耗性に優れている。
(10)ニードルローラは研磨されているので、表面粗さがきめ細かく摺動時の摩擦係数が低いため、摺動抵抗を低く抑えることができる。
(11)使用条件に応じて、ニードルローラの長さや配置を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
(12)使用条件によっては、摺動時の摩擦係数をさらに下げなければならない場合がある、この時ニードルローラだけに表面処理をすればその摺動特性を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
(13)ニードルローラの外径違い品を安価に数ミクロン単位で製造することができるため、ニードルローラ径を選択することによって雄軸・ニードルローラ・雌軸間の隙間を最小限に抑えることができる。よって軸の捩り方向の剛性を向上させることが容易である。
In this way, the needle roller serves as a key for transmitting torque between the
(8) The needle roller is a mass-produced product and is very low cost.
(9) Since the needle roller is polished after heat treatment, it has a high surface hardness and excellent wear resistance.
(10) Since the needle roller is polished, the surface roughness is fine and the friction coefficient during sliding is low, so that the sliding resistance can be kept low.
(11) Since the length and arrangement of the needle roller can be changed according to the use conditions, it is possible to deal with various applications without changing the design concept.
(12) Depending on the conditions of use, the friction coefficient during sliding may have to be further reduced. At this time, if only the needle roller is surface treated, its sliding characteristics can be changed, so the design philosophy is changed. Without being able to deal with various applications.
(13) Since needle rollers with different outer diameters can be manufactured in units of several microns at low cost, the gap between the male shaft, needle roller, and female shaft can be minimized by selecting the needle roller diameter. it can. Therefore, it is easy to improve the torsional rigidity of the shaft.
また、板バネ109は、上述したように、球状体107に2点で接触する球状体側接触部109aと、球状体側接触部109aに対して略周方向に所定間隔をおいて離間してあると共に、雄軸101のスプライン溝103の平面状側面103aに接触する溝面側接触部109bと、球状体側接触部109aと溝面側接触部109bを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部109cと、スプライン溝103の底面103bに対向した底面109dと、を左右に対で有している。
Further, as described above, the
この付勢部109cは、略U字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部109cによって、球状体側接触部109aと溝面側接触部109bを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。従って、板バネ109は、その球状体側接触部109aが付勢部109bを介して十分に撓むことができ、撓み量を十分に確保することができる。
The urging
従って、板バネ109は、球状体107に接触する球状体側接触部109aと、スプライン溝103に接触する溝面側接触部109bとの間に、空間が設けてあり、その間が弾性的に連結してある。そのため、セット時に、球状体107と板バネ109の接触部に発生する応力を緩和することができ、永久変形による板バネ109のへたりを防止して、長期にわたって所望の予圧性能を得ることができる。
Accordingly, the
また、球状体107に接触する球状体側接触部109aは、球状体107の半径より大きい略円弧状に形成してあると、平面形状よりも球状体107との接触面圧を下げることができ、なお好ましい。
Further, when the spherical body
さらに、板バネ109は、撓み量を十分に確保することができると共に、球状体107及び板バネ109には、過大な負荷(応力)がかかることがないことから、トルク伝達時に、球状体107及び板バネ109との接触点に発生する応力を緩和することができ、これにより、高い応力が発生することがなく、永久変形による「へたり」を防止して、長期にわたり予圧性能を維持することができる。
Further, the
さらに、球状体107との接触点は、強固に、バネ性を発揮している部分は、たわみ易くすることで、単一部材でレース面とばね性をもつことを両立させている。また、本実施の形態では、円柱体108が主としてトルク伝達を行うので、雄軸101、雌軸102、板バネ109、球状体107間に更に過大な応力が発生しない構造となっている。
Furthermore, the contact point with the
従って、板バネ109での過大な応力発生を防止して、板バネ109のへたりを防止し、長期にわたって所望の予圧性能を維持することができ、加えて、寸法精度を厳しく管理する必要がなく、且つ、板バネ109とレース部分とを単一素材から形成することができ、その組立容易化を図って製造コストの低減を図ることができる。
Therefore, it is necessary to prevent excessive stress from being generated in the
以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。例えば、本発明が適用される機械部品は、ステアリング装置の伸縮軸に限られない。 As described above, the present invention has been described in detail with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed and improved without departing from the spirit thereof. Of course there is. For example, the mechanical component to which the present invention is applied is not limited to the telescopic shaft of the steering device.
1 アッパブラケット
2 ロアブラケット
3 ステアリングシャフト上部
3A ステアリングコラム
3B ステアリングシャフト
5 ステアリングホイール
6 ユニバーサルジョイント
7 ステアリングシャフト下部
8 操舵軸継手
9 ピニオンシャフト
11 弾性体
12 ステアリングラック軸
13 ステアリングラック支持部材
101 雄軸
101a 小径部
102 雌軸
103 スプライン溝
103a 平面状側面
103b 底面
104 スプライン溝
105 スプライン溝
106 スプライン溝
107 球状体
108 円柱体
109 板バネ
109a 球状体側接触部
109b 付勢部
109b 溝面側接触部
109c 付勢部
109d 底面
110 伸縮軸
111 ストッパープレート
112 軸線方向予圧用弾性体
113 平板
115 突起部
BBD チューブスプライン径
C1 内接円
C2 内接円
C3 外接円
CL1 下限値
CU1 上限値
OPD1 シャフトスプライン径
OPD2 シャフトスプライン径
P1、P2 ピン
P3 ピン
PL1 下限値
PU1 上限値
R1 最大摺動抵抗
VB 車体
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記スプライン雄軸のスプライン溝寸法、及び前記スプライン雌軸のスプライン溝寸法の測定を行う工程と、
両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第1群の両スプライン溝と第1のキー部品との隙間と、伸縮時の軸線方向の摺動抵抗及び軸周方向のストッパピン角度との関係とに基づいて、前記第1のキー部品の寸法を選択する工程と、
両スプライン溝寸法の測定結果と、予め実験等により得られた第2群の両スプライン溝と前記第2のキー部品との隙間において前記第2のキー部品の寸法を変化させた時の予圧構造に与えられる予圧量と、軸周方向の捩じり剛性と伸縮時の軸線方向の摺動抵抗の関係に基づいて、前記第2のキー部品の寸法を選択する工程と、
選択された寸法を有する前記第1のキー部品及び前記第2のキー部品と前記予圧構造とを、前記スプライン雄軸と前記スプライン雌軸との間に組み込む工程とからなることを特徴とする機械部品の組立方法。 A spline female shaft having a spline groove on the inner periphery, a spline male shaft having a spline groove on the outer periphery, a first key component disposed in both the first group of spline grooves, and in the second group of both spline grooves In a method for assembling a machine part having a second key part and a preload structure arranged in
Measuring the spline groove dimension of the spline male shaft and the spline groove dimension of the spline female shaft;
Measurement results of both spline groove dimensions, clearance between the first group of both spline grooves and the first key parts obtained in advance through experiments, etc., axial sliding resistance during expansion and contraction, and axial stopper pins Selecting a dimension of the first key part based on a relationship with an angle;
Measurement result of both spline groove dimensions, and preload structure when the dimension of the second key part is changed in the gap between the second group of both spline grooves and the second key part obtained in advance through experiments or the like Selecting the dimension of the second key part based on the relationship between the amount of preload applied to the shaft, the torsional rigidity in the axial circumferential direction, and the sliding resistance in the axial direction during expansion and contraction;
And a step of incorporating the first key part and the second key part having the selected dimensions and the preload structure between the spline male shaft and the spline female shaft. How to assemble parts.
2. The method of assembling a machine part according to claim 1, wherein the machine part is a telescopic shaft used in a steering device.
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2006
- 2006-05-30 JP JP2006149611A patent/JP2007321789A/en active Pending
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