专利名称：万向联轴器用叉头以及万向联轴器的制作方法
技术领域：
本发明涉及万向联轴器用叉头(yoke)以及万向联轴器。
背景技术：
在例如汽车的转向装置中，用于连结转向轴和齿条齿条机构等的转向齿轮的中间轴，具有在车辆与前方物体冲撞时(一次冲撞时)，随着转向齿轮的后退而收缩的功能。由此，可防止一次冲撞的冲击传递到转向盘等转向部件侧。
在一次冲撞时，若中间轴收缩，则作为将中间轴连结到转向齿轮或转向轴的万向联轴器，变为比行驶中时大的折角(折れ角)(例如60度左右的折角)。
由于一次冲撞时的转向部件的操作角不特定，所以作为万向联轴器，需要在全部的旋转角下确保所述折角。
一方面，作为万向联轴器的叉头，提出有将金属板冲裁并冲压成形而得到的叉头(例如，参照特开2005-163866号公报)。
另一方面，在将转向辅助用的电动马达配置在转向柱上的电动动力转向装置中，中间轴的负荷变高，因此，作为万向联轴器用叉头，要求高刚性。
作为万向联轴器用叉头，在使用冲压成形而得到的叉头时，若为了增大折角而使叉头的壁厚变薄，则有刚性变低的弊端。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刚性高且可确保大折角的万向联轴器用叉头以及万向联轴器。
为了实现所述目的，本发明的优选实施方式提供一种将金属板冲裁并冲压成形而构成的万向联轴器用叉头。所述万向联轴器用叉头具有轴固定用的筒状的基部；一对臂，其从所述基部的一端与所述基部的中心轴线平行地延伸，并经由十字轴而能摆动地与对方侧叉头连结。在各所述臂上形成有用于经由轴承支承所述十字轴的对应的耳轴的支承孔。各所述臂的所述支承孔具有沿与所述基部的所述中心轴线垂直的方向延伸的中心轴线。在所述基部的所述一端形成有含有凹弯曲面的退让部。所述基部的所述一端的所述退让部的所述凹弯曲面的曲率中心配置在从联轴器中心向所述臂的顶端侧偏移的位置上。
为了避免所述万向联轴器用叉头的基部的一端和对方侧叉头的顶端部的干涉，考虑在基部的一端上设置与联轴器中心同心的凹球面状的退让部，并使该凹球面的半径大于对方侧叉头的摆动半径。但是，该情况下，退让部相对于基部呈锐角而交叉，所以基部的一端变薄。因此，存在叉头的刚性低的缺点。
相对于此，在本实施方式中，形成在基部的一端上的含有凹弯曲面的退让部的曲率中心配置在从联轴器中心向臂顶端侧偏移的位置上。即，采用了使退让部的凹弯曲面与联轴器中心非同心的布置，所以，可消除所述缺点，可得到增大折角并提高刚性的优点。
另外，退让部的凹弯曲面的曲率中心可配置在也可不配置在基部的中心轴线上。在退让部的凹弯曲面的曲率中心没有配置在基部的中心轴线上时，退让部的凹弯曲面的法线最接近基部的中心轴线的位置从联轴器中心向臂顶端侧偏移即可。
图1是表示将含有本发明的一实施方式的叉头的万向联轴器结合在轴上的状态的万向联轴器的主视图。
图2是叉头的概要立体图。
图3是叉头的局部剖视主视图。
图4是叉头的纵剖视图。
图5是叉头的臂的要部剖视图。
图6是沿图4的VI-VI线的剖视图。
图7A、图7B、图7C以及图7D是顺次表示由金属板制造叉头的工序的概要立体图。
图8是叉头的制造用中间体的概要立体图。
图9是最大的折角时的万向联轴器的概要立体图。
图10是最大的折角时的叉头的对应的臂的要部概要图。
具体实施例方式
参照
本发明的优选实施方式。
图1是使用了本发明的一实施方式的万向联轴器用叉头的万向联轴器的概要侧视图。参照图1，万向联轴器1连结第一轴2和第二轴3。第一轴2例如由汽车的转向轴构成，第二轴3例如由用于连结转向轴和齿条齿轮机构等转向机构的中间轴构成。
万向联轴器1具有作为结合有第一轴2的万向联轴器用叉头的第一叉头4、作为结合有第二轴3的另一叉头(对方侧叉头)的第二叉头5、相互连结第一叉头4以及第二叉头5的十字轴6。
第一以及第二叉头4、5为相同的结构，经由针状滚子轴承等轴承8支承分别对应的一对耳轴7。
以下，根据第一叉头4进行说明。图2是第一叉头4的立体图。图3是第一叉头4的局部剖视主视图，图4是第一叉头4的纵剖视图。
参照图1以及图3，第一叉头4例如通过将厚度6～9mm的金属板作为原料冲裁、冲压成形而构成。第一叉头4具有轴固定用的筒状的基部9；和从该基部9的一端9a与基部9的中心轴线10平行地延伸而设置并相互对置的一对臂11。
在各臂11上，形成有用于经由轴承8而支承十字轴6的对应的耳轴7的支承孔12。各支承孔12具有沿与基部9的中心轴线10垂直的方向延伸的中心轴线13。
参照图2以及图4，在筒状的基部9的一端9a上，形成有含有凹弯曲面的第一退让部14。具体而言，第一退让部14呈凹球面状。例如，第一退让部14的局部或者全部由与联轴器中心C1非同心的球面(曲率半径R1)构成。
第一退让部14所呈的凹球面的曲率中心A1，在基部9的中心轴线10上配置在联轴器中心C1和臂11的顶端部之间的位置上。即，构成第一退让部14的凹球面(凹弯曲面)的曲率中心A1配置在从联轴器中心C1向臂11的顶端部偏移的位置上。
各臂11含有外侧面15、内侧面16、呈倒U字状的缘部17。各臂11的缘部17含有与基部9的中心轴线10大致平行地延伸的一对侧缘部17a。在内侧面16上，形成有与基部9的中心轴线10平行地延伸的流槽状的凹槽16a。在各侧缘部17a上，设置有含有呈平行四边形状的平坦面的第二退让部18。
第二退让部18的平坦面和对应的臂11的对应的侧缘部17a在与基部9的中心轴线10平行地延伸的第一以及第二交线19、20交叉。这些交线19、20构成平行四边形的对置的两边。第一交线19距基部9的中心轴线10相对近，第二交线20距基部9的中心轴线10相对远。此外，在与基部9的中心轴线10平行的方向上，第一交线19距联轴器中心C1相对远，第二交线20距联轴器中心C1相对近。由此，为了避免与对方侧的叉头5干涉，仅在臂11的必要部分上设置退让部，从而联轴器1可在确保臂11的强度的同时实现较大的折角(例如60度)。
各臂11的倒U字状的缘部17和外侧面15的棱线21的整体上，如图5所示，形成有用于退让的倒角部22，以缓和向臂11的应力集中。此外，倒角部22与基部9的一端9a的第一退让部14连续，缓和在臂11的根部发生的应力集中，提高强度、耐久性。
此外，从联轴器中心C1到基部9的一端9a的距离L1不超过所述基部9的最大旋转半径R2(即，L1≤R2)。通过这样使臂11的长度较短，可确保臂11的刚性。
此外，臂11的最大壁厚T1(参照图6)为基部9的最大旋转直径D1(D1＝2×R2)的15％以上(即，T1≥0.15×D1)。由此，可确保臂11所需要的强度，可确保操纵稳定性。
如表示沿图4的VI-VI线的剖视图的图6所示，在与垂直于基部9的中心轴线10以及支承孔12的中心轴线13的方向K1平行的方向上，臂11的一对侧缘部17a的第二退让部18之间的宽度W1越接近基部9的中心轴线10越小。由此，可有效地防止两叉头4、5的对应的侧缘部17a的干涉，可实现较大的折角(例如60度)。
接着，参照图7A～图7D以及图8说明第一叉头4的冲裁、冲压成形的顺序的一例。首先，如图7A所示，一边通过内缘翻边加工来扩张在长尺寸的金属板31上加工的底孔32，一边向一个方向挤压底孔32的周边，形成筒状部33。也可取代内缘翻边加工而使用拉深加工。
接着，如图7B所示，通过冲裁加工(修边加工)，形成作为具有规定外形的中间材的坯料34。坯料34具有形成在筒状部33周围的基部形成用的第一部分35；和夹着该第一部分35而向相反方向延伸的臂形成用的一对第二部分36。
接着，如图7C所示，通过面压加工(压印加工)在各第二部分36上，形成分别作为凹槽16a、第一退让部14、第二退让部18以及倒角部22的部分的16a’、14’、18’以及22’。
接着，如图7D所示，通过拉深将筒状部33加工为近似于基部9的形状部9’，并且通过弯曲加工而弯折一对第二部分36，形成近似于一对臂11的形状部11’。
接着，通过整形、面压加工而如图8所示整形为基部9以及一对臂11。
接着，在基部9的内周实施锯齿形加工，并在各臂11上加工支承孔12，得到图2所示的第一叉头4。
图9示意地表示万向联轴器1达到最大折角60度的状态。在图9中，省略了十字轴的图示。
第一轴线P是连结在第一叉头4上的一对耳轴7的轴线(相当于第一叉头4的支承孔12的中心轴线13)。第二轴线Q是与所述第一轴线P以及第一叉头4的旋转轴线4a的双方垂直的轴线。
在所述第二叉头5从没有折角的状态绕第一轴线P向第一旋转方向P1以旋转角度α(α＝45度)旋转变位，并且绕第二轴线Q向第二方向Q1以旋转角度β(β＝45度)旋转变位的状态下，对两叉头4、5的对应的臂11的干涉而言条件最严格。第一旋转方向P1和第二旋转方向Q1相互反向。
在本实施方式中，在条件最严格的状态下，如作为示意图的图10所示，作为第一叉头4的臂11的第二退让部18的平坦面与作为第二叉头5的对应的臂11的第二退让部18的平坦面隔着规定的间隔平行。由此，作为臂11，可通过必要最小限度的壁厚减少量来防止两叉头4、5的对应的臂11之间的干涉。其结果，可确保万向联轴器1的强度，同时确保较大折角。
根据本实施方式，如图4所示，由形成在基部9的一端9a上的凹弯曲面构成的第一退让部14的曲率中心A1配置在从联轴器中心C1向臂11的顶端侧偏移的位置上，所以可得到增大联轴器1的折角且提高刚性的优点。
另外，第一退让部14的曲率中心A1也不一定配置在基部9的中心轴线10上。在第一退让部14的曲率中心A1没有配置在基部9的中心轴线10上时，第一退让部14的法线最接近基部9的中心轴线10的位置从联轴器中心C1向臂11的顶端侧偏移即可。
此外，在设置在各臂11的各侧缘部17a上的第二退让部18上，如图6所示，在与垂直于基部9的中心轴线10以及支承孔12的中心轴线13的方向K1平行的方向上的臂11的宽度W1，越接近基部9的中心轴线10越小，所以可有效地防止两叉头4、5的对应的侧缘部17a的干涉，可实现大的折角(例如60度)。
此外，各侧缘部17a的第二退让部18含有呈平行四边形形状的平坦面，该平坦面和对应的臂11的对应的侧缘部17a在与基部9的中心轴线10平行地延伸的第一交线19以及第二交线20交叉。第一交线19距基部9的中心轴线10相对近，第二交线20距基部9的中心轴线10相对远，此外，在平行于基部9的中心轴线10的方向上，第一交线19距联轴器中心C1相对远，第二交线20距联轴器中心C1相对近。由此，为了避免与对方侧叉头5的干涉，仅需在臂11的必要部分上设置退让部，从而可确保臂11的强度，同时确保较大的折角(例如60度)。
此外，在本发明中，由于在各臂11的外侧面15和倒U字状的缘部17的棱线21的整体上形成有用于退让的倒角部22，所以可有效地缓和对臂11的应力集中。
而且，由于所述倒角部22与基部9的一端9a的第一退让部14连续，所以可缓和在臂11的根部发生的应力集中，提高叉头4的强度、耐久性。
此外，以从联轴器中心C1到基部9的一端9a的距离L1不超过基部9的最大旋转半径R2的方式使臂11的长度较短，所以可确保臂11的刚性。
此外，臂11的最大壁厚T1为基部9的最大旋转直径D1的15％以上，所以可确保臂11所需要的强度，可确保操纵稳定性。
以上，详细地说明了本发明的具体实施方式
，但理解了所述内容的本领域技术人员可容易地推及其变更、改变以及等同物。因此，本发明应以权利要求的范围和其等同的范围为基准。
本发明与2006年6月19日向日本专利局提出的特愿2006-169140号对应，在此通过引用而组合了该申请的所有公开内容。
权利要求
1.一种万向联轴器用叉头，其通过冲裁、冲压成形金属板而构成，其特征在于，具有轴固定用的筒状的基部；一对臂，其从所述基部的一端与所述基部的中心轴线平行地延伸，并经由十字轴而能摆动地与对方侧叉头连结，在各所述臂上形成有用于经由轴承支承所述十字轴的对应的耳轴的支承孔，各所述臂的所述支承孔具有沿与所述基部的所述中心轴线垂直的方向延伸的中心轴线，在所述基部的所述一端形成有含有凹弯曲面的退让部，所述基部的所述一端的所述退让部的所述凹弯曲面的曲率中心配置在从联轴器中心向所述臂的顶端侧偏移的位置上。
2.如权利要求1所述的万向联轴器用叉头，其特征在于，各所述臂含有呈倒U字状的缘部，各所述臂的所述缘部含有与所述基部的所述中心轴线平行地延伸的一对侧缘部，在各所述臂的所述一对侧缘部上分别设置退让部，在与垂直于所述基部的所述中心轴线以及所述支承孔的所述中心轴线的方向平行的方向上，各所述臂的所述一对侧缘部的所述退让部之间的宽度越接近基部的中心轴线越小。
3.如权利要求2所述的万向联轴器用叉头，其特征在于，各所述侧缘部的所述退让部含有呈平行四边形形状的平坦面，所述平坦面和与该平坦面对应的臂的对应的侧缘部在与所述基部的所述中心轴线平行地延伸的第一以及第二交线交叉，所述第一交线距所述基部的所述中心轴线相对近，所述第二交线距所述基部的所述中心轴线相对远，在与所述基部的所述中心轴线平行的方向上，所述第一交线距所述联轴器中心相对远，所述第二交线距所述联轴器中心相对近。
4.如权利要求1所述的万向联轴器用叉头，其特征在于，在各所述臂的外侧面和呈倒U字状的所述缘部的棱线的整体上形成有用于退让的倒角部。
5.如权利要求4所述的万向联轴器用叉头，其特征在于，所述用于退让的倒角部与所述基部的所述一端的含有所述凹弯曲面的所述退让部连续。
6.如权利要求1所述的万向联轴器用叉头，其特征在于，从所述联轴器中心到所述基部的所述一端的距离不超过所述基部的最大旋转半径。
7.如权利要求1所述的万向联轴器用叉头，其特征在于，各所述臂的最大壁厚在所述基部的最大旋转直径的15％以上。
8.一种万向联轴器，其特征在于，具有经由含有4个耳轴的十字轴而相互连结的第一以及第二叉头，所述第一以及第二叉头分别使用权利要求3所述的万向联轴器用叉头，在所述第二叉头从没有折角的状态绕第一轴线旋转变位45度并且绕第二轴线旋转变位45度的状态下，作为第一叉头的臂的各侧缘部的退让部的平坦面和作为第二叉头的对应的臂的对应的侧缘部的退让部的平坦面，隔着规定的间隔而平行，在此，所述第一轴线是与第一叉头连结的一对耳轴的轴线，所述第二轴线是与所述第一轴线以及第一叉头的旋转轴线的双方垂直的轴线。
全文摘要
一种万向联轴器用叉头(4)，其具有筒状的基部(9)、和一对从基部(9)的一端(9a)与基部(9)的中心轴线(10)平行地延伸的一对臂(11)。在各臂(11)上形成有用于经由轴承(8)支承十字轴(6)的对应的耳轴(7)的支承孔(12)。各臂(11)的支承孔(12)具有沿与基部(9)的中心轴线(10)垂直的方向延伸的中心轴线(13)。在所述基部(9)的所述一端(9a)上形成有含有凹弯曲面的退让部(14)。所述退让部(14)的所述凹弯曲面的曲率中心(A1)配置在从联轴器中心(C1)向所述臂(11)的顶端侧偏移的位置上。
文档编号F16D3/26GK101092995SQ20071011015
公开日2007年12月26日 申请日期2007年6月18日 优先权日2006年6月19日
发明者时冈良一 申请人:株式会社捷太格特