十字轴式万向节及其制造方法
【专利说明】十字轴式万向节及其制造方法
[0001]本申请是国际申请日为2012年07月23日、国际申请号为PCT/JP2012/068592、国家申请号为201280000794.0、发明名称为“十字轴式万向节及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及用于能够传递转矩地对构成汽车用转向装置的旋转轴彼此进行连接的十字轴式万向节(万向接头)。
【背景技术】
[0003]如图11所示，汽车用转向装置构成为，将方向盘1的旋转传递到转向齿轮单元2的输入轴3，随着该输入轴3的旋转，推拉左右一对拉杆4，向转向轮(前车轮)赋予转向角。方向盘1被支承固定在转向轴5的后端部，转向轴5以沿轴向穿插转向柱6的状态能够自由旋转地支承在该转向柱6上。另外，转向轴5的前端部经由万向节7与中间轴8的后端部连接，该中间轴8的前端部经由另一个万向节9与输入轴3连接。此外，在图示的例子中，装入了将电动马达10作为辅助动力源来谋求降低操作方向盘1所需的力的电动式动力转向装置。因此，将转向轴5的前端部与该电动式动力转向装置的输入侧连接，通过万向节7能够自由传递转矩地连接该电动式动力转向装置的输出轴和中间轴8的后端部。
[0004]作为被装入如上所述的汽车用转向装置且连接相互不处于同一直线上的旋转轴即转向轴5、中间轴8和输入轴3的万向节7、9，采用十字轴式万向节。作为如上所述的十字轴式万向节的构造，如日本特开平6-280889号公报、日本特开平8-270669号公报、日本特开平11-325098号公报、日本特开2009-299706号公报等记载的那样，公知各种构造。图12示出了日本特开平8-270669号公报所记载的以往构造的一例。
[0005]图12所示的万向节11通过一个十字轴13能够自由传递转矩地结合一对万向节叉12a、12b而构成。这些万向节叉12a、12b通过对金属材料实施冲压加工或锻造加工而制成，各万向节叉12a (12b)具有基部14a (14b)和一对结合腕部15a (15b)。在各结合腕部15a(15b)的前端，相互同心地形成有一对圆孔16a(16b)。另外，十字轴13由4根轴部17以相邻的轴部17的中心轴彼此相互正交的方式构成。而且，分别通过杯壳型径向滚针轴承18将这些轴部17能够自由旋转地支承在圆孔16a、16b的内侧，从而构成万向节11。
[0006]搭载有装入了如上所述的万向节7、9、11的转向装置的车辆在发生碰撞事故或因驾驶操作的失误使转向轮骑上路牙的情况下，存在从转向齿轮单元2这一侧向万向节7、9、11冲击性地施加过大的转矩这种情况。而且，基于如上所述的冲击性地施加的过大的转矩，有可能导致该结构部件的全部或一部分损伤而对继续的安全运行带来障碍。例如，结合腕部15a(15b)变形，形成在这些结合腕部15a(15b)前端部的圆孔16a(16b)的同心性被破坏。在该同心性被破坏的情况下，产生径向滚针轴承18的功能受损、各部分容易产生磨损等问题。在如上所述的情况下，即使使用者将该车辆交给修理厂，对于经验不足的工人来说，根据损伤的程度，可能不会发现万向节7、9、11的异常。而且，在冲击性地施加过大的转矩的情况下，还存在如下不良情况:结合腕部15a (15b)的圆孔16a (16b)扩张，十字轴13的径向滚针轴承18从该圆孔16a(16b)脱落，从而导致作为十字轴式万向节的功能受损。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开平6-280889号公报
[0010]专利文献2:日本特开平8-270669号公报
[0011]专利文献3:日本特开平11-325098号公报
[0012]专利文献4:日本特开2009-299706号公报
【发明内容】
[0013]发明的概要
[0014]发明所要解决的课题
[0015]本发明是鉴于上述情况而研发的，其目的是实现一种十字轴式万向节的构造，即使在因碰撞事故或驾驶操作的失误而向万向节施加了过大的转矩的情况下，事后也能够容易地对其进行判定，并且实现一种十字轴式万向节的构造，能够防止十字轴的脱落，保持最低限度的功能。
[0016]用于解决课题的方案
[0017]本发明的十字轴式万向节具有一对万向节叉和能够自由摆动位移地结合这些万向节叉彼此的一个十字轴。这些万向节叉分别由碳素钢等铁合金或者铝合金、镁合金等轻合金这样的金属制成，并具有:用于结合固定旋转轴的端部的基部；从该基部的轴向一端缘中的相对于该旋转轴而处于直径方向相反侧的两个位置沿轴向延伸的一对结合腕部；相互同心地形成在这些结合腕部的前端部的一对圆孔。另外，所述十字轴由轴承钢、高速工具钢、碳素钢等铁合金制成，并具有以相邻的轴部的中心轴彼此相互正交的状态设置的4根轴部。而且，所述十字轴的轴部的前端部分别经由轴承能够自由旋转地支承在设置于所述万向节叉的所述圆孔的内侧。
[0018]特别是，在本发明的十字轴式万向节中，在构成所述万向节叉中的至少一个万向节叉的所述结合腕部的外侧面的、至少比所述圆孔靠所述基部的部分，分别显示出在所述基部的轴向上长且从所述结合腕部的外侧面侧观察时的形状为直线状的基准线。
[0019]在本发明的十字轴式万向节中，优选的是，将这些结合腕部的刚性限制在如下程度，即，在施加了过大的转矩的情况下，所述结合腕部的所述圆孔扩张到所述十字轴的所述轴承脱落这种程度之前，所述结合腕部沿扭转方向塑性变形的程度。
[0020]为实现如上所述的结构，例如，在将构成所述至少一个万向节叉的所述结合腕部的内侧面彼此的间隔设为D、将这些结合腕部的轴向长度设为L的情况下，以满足3 < L/D ^ 4的方式限制构成十字轴式万向节的各部分的尺寸，即，能够使所述结合腕部的轴向长度比以往的十字轴式万向节的情况长。
[0021]此外，也可以使所述基准线从所述结合腕部的外侧面延长到所述基部的外周面。
[0022]另外，还可以使所述基部与转向齿轮单元的输入轴、中间轴(外轴或内轴)等的圆管状的轴部的端部连续，使所述万向节叉与该圆管状的轴部一体地形成。
[0023]所述基准线的构造只要能够通过视觉判断容易地确认其变化即可，可以是任意的构造，所述基准线可以由从所述结合腕部的外侧面在所述基部的径向上以向外侧突出的状态设置的突条或以向内侧凹陷的状态设置的凹槽构成。
[0024]另外，在制造与所述圆管状的轴部一体地形成且所述基准线由所述突条或所述凹槽构成的本发明的十字轴式万向节的情况下，(1)对金属制的圆柱状的坯料实施前方挤压加工，得到轴向一端部设有圆柱部且从轴向中间部到另一端部设有圆管状的轴部的第一中间坯料，(2)将第一中间坯料设定在冲模内，该冲模在包围所述圆柱部的部分的内周面的径向相反侧的两个位置，设有与所述结合腕部对应的一对腕部成形用模腔，所述冲模还设有在这些腕部成形用模腔的周向中央部形成且分别在所述圆柱部的轴向上长的凹槽或突条，在将第一中间坯料设定在冲模内的状态下，使冲头压在第一中间坯料的轴向一端面的中央部，沿轴向挤扁所述圆柱部的径向中央部，从而将金属材料送入所述腕部成形用模腔内，由此，在形成所述结合腕部的同时，在这些结合腕部的外侧面的中央部分别形成作为所述基准线的突条或凹槽，从而得到第二中间坯料，(3)对第二中间坯料实施包含在所述结合腕部的前端部形成相互同心的圆孔的加工在内的精加工，得到与所述轴部一体形成的万向节叉，并通过所述十字轴结合该万