JP2017122501A - 車両のシャフト連結構造 - Google Patents

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靖浩 斎藤
Yasuhiro Saito
靖浩 斎藤
裕輔 武島
Yusuke Takeshima
裕輔 武島
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    • F16D1/06Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
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Abstract

【課題】外側シャフトと内側シャフトとの相対的な径方向の傾きによるトレランスリングの凸部への径方向の荷重による応力集中を抑制する。【解決手段】車両のシャフト連結構造10によれば、トレランスリング34は、リング状のベース部42と、ベース部42の周方向に離隔した複数部位から径方向に突出し、中心軸線C方向に延びる凸部44とを備え、ベース部42および凸部44は、中心軸線C方向における両端に比べ中央ほど径が大きくなるように曲成され、リダクション軸18のベース部42が配置される位置に周方向に連なる凸曲面52を有する環状凸部50が形成され、トレランスリング34は、ベース部42が環状凸部50に摺接させられるように、リダクション軸18の外側に配置される。このため、リダクション軸18とロータ軸14との径方向の相対的な傾きによる凸部44への応力集中が抑制される。【選択図】図3

Description

本発明は、車両のシャフト連結構造に関し、とりわけ、外側シャフトと内側シャフトとの相対的な径方向の傾きによるトレランスリングの凸部への径方向の荷重による応力集中を抑制する技術に関する。
内側シャフトと、前記内側シャフトと同軸に、前記内側シャフトより外側に配置された外側シャフトと、前記内側シャフトの外周面と前記外側シャフトの内周面との間に圧入されたトレランスリングと、を含む車両のシャフト連結構造が知られている。たとえば、特許文献1の車両のシャフト連結構造がそれである。トレランスリングは、内側シャフトの外周面と外側シャフトの内周面との間に摩擦力を発生させることにより、内側シャフトと外側シャフトとの間の連結機構のガタツキが阻止される。たとえば内側シャフトと外側シャフトとがスプライン嵌合部により動力伝達可能に連結され、そのスプライン嵌合部の軸方向の隣りにトレランスリングが配置される場合に、駆動源からのトルク変動が伝達されることに起因したスプライン嵌合部での歯打ち音の発生がトレランスリングにより抑制される。
特開2015−39944号公報
ところで、外側シャフトと内側シャフトとが径方向に相対的に傾きながら回転することが考えられる。図4は、内側シャフト112の外周面と外側シャフト114の内周面と間にトレランスリング116が配置されたシャフト連結構造110であって、内側シャフト112と外側シャフト114とが回転している状態の一例を模式的に示す断面図である。なお、内側シャフト112の中心軸線Cが一点鎖線で示され、内側シャフト112の一部および、外側シャフト114とトレランスリング116の内側シャフト112の中心軸線Cから下半分は省略されている。トレランスリング116は、リング状のベース部118と、ベース部118から径方向の外側へ突出した中心軸線C方向へ延びる複数の凸部120とを一体に備えている。凸部120はベース部118に周方向において等間隔に形成されている。たとえば、図示しない歯車の噛み合いによって外側シャフト114と内側シャフト112とは、内側シャフト112の外側シャフト114に対しての径方向の傾きの大きさが変化する相対的な振動が加えられながら回転するため、トレランスリング116の外側シャフト114の内周面と当接する凸部120の中心軸線C方向の一端には径方向の荷重による応力が集中して、トレランスリング116が局所的に塑性変形し、その性能が低下する可能性があった。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、外側シャフトと内側シャフトとの相対的な径方向の傾きによるトレランスリングの凸部への径方向の荷重による応力集中およびそれによる塑性変形を抑制することにある。
第1発明の要旨とするところは、内側シャフトと、前記内側シャフトと同軸に、前記内側シャフトより外側に配置された外側シャフトと、前記内側シャフトの外周面と前記外側シャフトの内周面との間に圧入されたトレランスリングとを、含む車両のシャフト連結構造であって、前記トレランスリングは、リング状のベース部と、前記ベース部の周方向に離隔した複数部位から外周側に突出し且つ前記内側シャフトの中心軸線方向に延びる長手状の凸部とを備え、前記ベース部および前記凸部は、前記中心軸線方向における両端に比べ中央ほど前記中心軸線を中心とする径が大きくなるように曲成され、前記凸部は、前記ベース部からの突出量および周方向の幅寸法が前記中心軸線方向の中央ほど大きく形成され、前記内側シャフトの前記トレランスリングの前記ベース部が配置される位置には、前記内側シャフトの周方向に連なる凸曲面を有する環状凸部が形成され、前記トレランスリングは、前記環状凸部が前記トレランスリングの前記ベース部の内周面と摺接するように、前記内側シャフトの外側に配置されることにある。
第2発明の要旨とするところは、前記内側シャフトに形成された環状凸部の凸曲面は、前記トレランスリングの前記ベース部の幅寸法より大きい幅寸法を有していることにある。
第1発明によれば、前記トレランスリングは、リング状のベース部と、前記ベース部の周方向に離隔した複数部位から外周側に突出し且つ前記内側シャフトの中心軸線方向に延びる長手状の凸部とを備え、前記ベース部および前記凸部は、前記中心軸線方向における両端に比べ中央ほど前記中心軸線を中心とする径が大きくなるように曲成され、前記凸部は、前記ベース部からの突出量および周方向の幅寸法が前記中心軸線方向の中央ほど大きく形成され、前記内側シャフトの前記トレランスリングの前記ベース部が配置される位置には、前記内側シャフトの周方向に連なる凸曲面を有する環状凸部が形成され、前記トレランスリングは、前記環状凸部が前記トレランスリングの前記ベース部の内周面と摺接するように、前記内側シャフトの外側に配置される。このため、内側シャフトと外側シャフトとの径方向の相対的な傾きの大きさが変化する範囲において、トレランスリングは、中心軸線方向における両端に比べ中央ほどベース部からの突出量が大きくなるように曲成された凸部の外周面で外側シャフトの内周面と当接させられ、ベース部の内周面が環状凸部の凸曲面に摺接させられる。これにより、外側シャフトと内側シャフトとが径方向に相対的に傾きながら回転する際のトレランスリングの凸部への径方向の荷重による応力集中およびそれによる塑性変形が抑制される。
第2発明によれば、前記内側シャフトに形成された環状凸部の凸曲面は、前記トレランスリングの前記ベース部の幅寸法より大きい幅寸法を有しているので、トレランスリングが内側シャフト又は外側シャフトからスラスト方向の脈動荷重を受けたとき、トレランスリングのベース部の内周面とそれに摺接する環状凸部の凸曲面との間の摺動によって上記スラスト方向の脈動荷重が吸収される利点がある。
本発明の車両のシャフト連結構造が適用された動力伝達装置の要部の断面を拡大して示す図である。 図1の車両のシャフト連結構造に備えられるトレランスリングを中心軸線方向に視た図であって、その一部が中心軸線方向の中央部において切り欠かれている。 図1の車両のシャフト連結構造のトレランスリング周辺の要部を模式的に示す図であり、カウンタドリブンギヤとリダクションギヤとのギヤ噛合い反力によりリダクション軸とロータ軸とが径方向に相対的に傾いた状態で回転している状態が示されている。 内側シャフトの外周面と外側シャフトの内周面と間にトレランスリングが配置されたシャフト連結構造であって、内側シャフトと外側シャフトとが径方向に相対的に傾きながら回転する状態の一例を模式的に示す図である。
以下、本発明の車両のシャフト連結構造の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、車両のシャフト連結構造10が適用された動力伝達装置12の要部の断面を拡大して示す図である。動力伝達装置12の中心軸線C上において、電動機MGのロータ軸14がスプライン嵌合部16を介してリダクション軸18に接続されている。リダクション軸18には、斜歯で構成されるリダクションギヤ20が形成され、図示しないカウンタ軸に形成されているカウンタドリブンギヤ22と噛み合っており、リダクションギヤ20およびカウンタドリブンギヤ22によって構成されるギヤ対(斜歯歯車)を介してリダクション軸18とカウンタ軸とが動力伝達可能に接続される。電動機MGのロータ軸14は、中心軸線C方向の両端が玉軸受24および玉軸受26によって中心軸線Cまわりに回転可能にケース19に支持されている。また、リダクション軸18は、中心軸線C方向の両端が玉軸受28および玉軸受30によって中心軸線Cまわりに回転可能にケース19に支持されている。
カウンタ軸には、図示しないカウンタドライブギヤおよびリダクションギヤ20と噛み合うカウンタドリブンギヤ22と、図示しないデフギヤに形成されているデフリングギヤと噛み合うデフドライブギヤ32とが一体的に形成されている。カウンタドライブギヤには、図示しない動力分配機構を介してエンジンからの動力が伝達される。このように、カウンタドリブンギヤ22がカウンタドライブギヤおよびリダクションギヤ20と噛み合うことで、カウンタ軸は、エンジンおよび電動機MGに動力伝達可能に接続されることで、エンジンおよび電動機MGの動力が伝達される。
ロータ軸14とリダクション軸18とは、互いにスプライン嵌合されることで相対回転不能に接続されている。ここで、電動機MGのトルクがたとえば0Nmのときに、エンジンから伝達されるトルク変動がカウンタ軸等を介してリダクション軸18に伝達されると、電動機MGのロータ軸14が浮遊状態にあることから、リダクション軸18が回転変動し、ロータ軸14とリダクション軸18とのスプライン嵌合部16において、互いのスプライン歯の衝突による歯打ち音が発生する。
本実施例では、これら歯打ち音や径方向(ラジアル方向)の振動を低減するため、リダクション軸18とロータ軸14とを連結するスプライン嵌合部16近傍に、径方向から見てリダクション軸18とロータ軸14とが重なる部位の互いに対向する壁面の間に環状のトレランスリング34が圧入状態で介挿されている。以下、ロータ軸14とリダクション軸18とを連結する車両のシャフト連結構造10について説明する。なお、ロータ軸14が本発明の外側シャフトに対応し、リダクション軸18が本発明の内側シャフトに対応する。
電動機MGのロータ軸14は、円筒状部材であり、一対の玉軸受24、26によって中心軸線Cまわりに回転可能にケース19に支持されている。また、ロータ軸14の内周側には、リダクション軸18の一端を嵌め入れる嵌合穴36が形成され、その嵌合穴36の壁面(内周面)の一部には、リダクション軸18とスプライン嵌合するための内周歯38が形成されている。
リダクション軸18は、一対の玉軸受28、30を介して、ロータ軸14と共通の中心軸線Cまわりに回転可能にケース19に支持されている。また、リダクション軸18の嵌合穴36に嵌め入れられる側に対応する中心軸線C方向の一端の外周面には、ロータ軸14の内周歯38とスプライン嵌合する外周歯40が形成されている。そして、リダクション軸18がロータ軸14の嵌合穴36内に嵌め入れられ、ロータ軸14の内周歯38とリダクション軸18の外周歯40とがスプライン嵌合されスプライン嵌合部16が形成されることで、ロータ軸14とリダクション軸18とが相対回転不能に保持される。
また、ロータ軸14の端部(一端)がリダクション軸18の端部(一端)の外周側に配置されており、ロータ軸14の端部とリダクション軸18の端部とが径方向から見て互いに重なる部位であって、ロータ軸14の内周歯38が形成されていない内周面およびリダクション軸18の外周歯40の形成されていない外周面との間に径方向に所定のクリアランスを有する環状の間隙が形成されている。この環状の間隙に環状のトレランスリング34がリダクション軸18と同心となる状態で圧入されている。このように、リダクション軸18と、リダクション軸18と同軸にリダクション軸18より外側に配置されたロータ軸14と、リダクション軸18の外周面とロータ軸14の内周面との間に圧入されたトレランスリング34などにより車両のシャフト連結構造10が構成される。
ところで、エンジンからの動力がカウンタ軸を介してリダクション軸18に伝達される際に、カウンタドリブンギヤ22とリダクションギヤ20との噛合いにより発生するラジアル方向のギヤ噛合い反力などにより、玉軸受28および玉軸受30に両端部を支持されたリダクション軸18は、中心軸線C方向に撓み、リダクション軸18とロータ軸14とは、その相対的な径方向の傾きが変化する振動が加えられながら回転する。これにより、ロータ軸14の内周面とリダクション軸18の外周面との間の間隙に圧入されたトレランスリング34には、中心軸線Cに対して垂直方向のラジアル方向に生じる振動である径方向の荷重が作用する。リダクション軸18とロータ軸14とが相対的に径方向に傾きながら回転すると、トレランスリング34の形状によっては、ロータ軸14の内周面からトレランスリング34へ径方向の荷重が入力される際に応力が集中した部分に塑性変形が生じ、たとえば、歯打音を抑制するなどのトレランスリング34の性能が低下する可能性があった。このため、リダクション軸18とロータ軸14とが相対的に径方向に傾きを繰返しながら回転する際に、径方向の荷重によるトレランスリング34の所定部位への応力集中が抑制されることが望まれる。
図2は、トレランスリング34を一部切り欠いて中心軸線C方向に視た図である。なお、トレランスリング34は、その中心軸線C方向の中央部で周方向の一部が切り欠かれている。図3は、車両のシャフト連結構造10のトレランスリング34周辺の要部を模式的に示す図であり、カウンタドリブンギヤ22とリダクションギヤ20とのギヤ噛合い反力によりリダクション軸18とロータ軸14とが径方向に相対的に傾いた状態で回転している際の状態が示されている。なお、図3では、ロータ軸14およびトレランスリング34は、中心軸線Cを含む平面で切断した断面が示されている。また、リダクション軸18の一部と、ロータ軸14およびトレランスリング34の中心軸線Cから下側半分は省略されている。トレランスリング34は、リング状バネ部材であり、たとえばスチールやステンレスなどの薄い金属板材からリング状に曲成されたベース部42と、厚み方向(径方向)に弾性変形可能、弾性限界を超える大荷重が加えられた場合には塑性変形可能であり、ベース部42の中心軸線C方向の両側縁部を残して周方向に離隔した複数部位から径方向外側に突き出し、リダクション軸18の中心軸線C方向に延びる長手状の複数の凸部44とを一体に備えている。
図3において、トレランスリング34のベース部42および凸部44は、中心軸線C方向における両端に比べ中央ほど中心軸線Cを中心とする径が大きくなるようにそれぞれ曲成されている。図3において、ベース部42は、その中心軸線Cを含む平面で切断した断面上のベース部断面形状が中心軸線C方向において中央から両端へ向かうに従い中心軸線Cを中心とする径が小さくなるように、周方向に連なる凹曲面46を内周面として有している。また、図3において、凸部44は、中心軸線C方向に垂直な方向から視たときに中心軸線C方向に延びており、中心軸線C方向において両端から中央へ向かうに従い中心軸線Cを中心とする径が大きくなる、径方向の外側へ凸の凸曲面48を外周面として有している。また、図2において、複数の凸部44は、その中心軸線Cに直交する断面上の凸部断面形状が、ベース部42から径方向外側に円弧状に突き出すように、ベース部42の周方向に等間隔で形成されている。凸部44は、中心軸線C方向に長手形状であって、中心軸線C方向における両端に比べ中央ほど、ベース部44からの突出量が大きく且つ周方向の幅寸法Wが大きく形成されている。ここで、周方向の幅寸法Wは、図2に示すように、中心軸線Cに直交する面上の凸部44のベース部42との一対の接続点の2点間の寸法である。また、凸部44のベース部42からの突出量Tは、図2に示すように、中心軸線Cに直交する面上において、凸部44の頂点とベース部42の外周面との径方向寸法差である。
リダクション軸18は、そのトレランスリング34のベース部42が配置される位置に、トレランスリング34が嵌合されるための径方向の外側へ膨らんだ環状凸部50を備えている。環状凸部50は、中心軸線C方向すなわちその幅方向の両端から中央部へ向かうに従い径が大きくされ、且つリダクション軸18の周方向に連なる凸曲面52を外周面として有している。ベース部42の凹曲面46とリダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52とは、等しい曲率を有している。また、リダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52の幅寸法L1すなわち中心軸線C方向の長さL1は、ベース部42の凹曲面46の幅寸法L2すなわち中心軸線C方向の長さL2よりも長くされている。
トレランスリング34は、凸部44の山頂周辺領域がロータ軸14の内周面に当接され、ベース部42の内周面すなわち凹曲面46がリダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52に面接触で摺接させられるように、リダクション軸18の外側且つロータ軸14の内側に圧入される。ベース部42の凹曲面46の中心軸線C方向の一端とリダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52の中心軸線C方向の一端との間には、所定の間隔Sがそれぞれ設けられる。
トレランスリング34は、凸部44が径方向に圧縮された状態でリダクション軸18とロータ軸14との径方向間に圧入されるため、ロータ軸14の内周面およびリダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52のそれぞれから狭圧力を受ける。また、リダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52に作用するベース部42の凹曲面46から内周側への反力と、ロータ軸14の内周面に作用する凸部44の山頂周辺領域から外周側への反力とにより、リダクション軸18の軸心とロータ軸14の軸心とのずれによる径方向の振動が抑制される。また、トレランスリング34は、ベース部42の凹曲面46とリダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52との間、および凸部44の山頂周辺領域とロータ軸14の内周面との間に摩擦力を発生させることにより、伝達トルクが所定トルク値よりも小さい場合にはリダクション軸18の外周面とロータ軸14の内周面との間に滑りを生じさせずにリダクション軸18とロータ軸14とを一体回転させ、すなわち連れまわりさせる。上記伝達トルクが上記所定トルク値よりも大きい場合には、ロータ軸14の内周面と凸部44の山頂周辺領域との間に滑りを許容して、リダクション軸18とロータ軸14との間の相対回転を許容する。ここで、上記所定トルク値は、たとえば、比較的軽負荷低出力トルク状態のエンジン14の爆発変動などで生じる軸間の相対的トルク変動でのトルク値以上に設定されており、トレランスリング34は、エンジン16の爆発変動などでのトルク変動に拘らずリダクション軸18とロータ軸14との間の相対回転を阻止し、内周歯38と外周歯40との間のガタを実質的にゼロとして歯打ち音を低減させる。
リダクション軸18とロータ軸14とが径方向に相対的に傾いていない場合には、トレランスリング34は、凸部44の凸曲面48の中心軸線C方向における中央位置Aを中心とした領域においてロータ軸14の内周面と当接する。カウンタドリブンギヤ22とリダクションギヤ20との噛合いにより発生する径方向のギヤ噛合い反力により、リダクション軸18の中心軸線Cとロータ軸14の軸線とが平行ではない状態でリダクション軸18とロータ軸14とが径方向に相対的に傾きながら回転する場合には、たとえば図3に示されるように、トレランスリング34は、凸部44の凸曲面48の中央位置Aから一端側にずれた所定位置Bを中心とし中央位置Aよりは剛性の高い領域においてロータ軸14の内周面に当接し、ベース部42の凹曲面46はリダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52に摺接させられる。
また、リダクション軸18のリダクションギヤ20、および、カウンタ軸のカウンタドリブンギヤ22は、何れも斜歯で構成されていることから、加減速時にリダクションギヤ20とカウンタドリブンギヤ22とが噛み合うと、リダクション軸18に中心軸線C方向の荷重(スラスト荷重)の脈動が伝達される。この際、トレランスリング34は、ロータ軸14の内周面との間の摩擦力によりスラスト荷重を受ける。ベース部42の凹曲面46の中心軸線C方向の一端と環状凸部50の凸曲面52の中心軸線C方向の一端との間には、所定の間隔Sが設けられ、且つベース部42の凹曲面46と環状凸部50の凸曲面52との曲率が等しいため、トレランスリング34に上記スラスト荷重が作用すると、トレランスリング34は、ベース部42の凹曲面46が環状凸部50の凸曲面52に所定の間隔S内で中心軸線C方向に摺動させられ、スラスト荷重が吸収される。このため、リダクション軸18とロータ軸14との径方向の相対的な傾きの大きさが変化する範囲において、凸部44の凸曲面48がロータ軸14の内周面に当接させられ、ベース部42の凹曲面46はリダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52に摺接させられる。これにより、リダクション軸18とロータ軸14とが径方向に相対的に傾きながら回転する際に入力される凸部44への径方向の荷重による応力集中およびそれによる塑性変形が抑制される。
上述のように、本実施例の車両のシャフト連結構造10によれば、トレランスリング34は、リング状のベース部42と、ベース部42の周方向に離隔した複数部位から外周側に突出し且つリダクション軸18の中心軸線C方向に延びる長手状の凸部44とを備え、ベース部42および凸部44は、中心軸線C方向における両端に比べ中央ほど中心軸線Cを中心とする径が大きくなるように曲成され、凸部44はベース部42からの突出量および周方向の幅寸法Wが中心軸線C方向の中央ほど大きく形成され、リダクション軸18のトレランスリング34のベース部42が配置される位置には、リダクション軸18の周方向に連なる凸曲面52を有する環状凸部50が形成され、トレランスリング34は、環状凸部50がトレランスリング34のベース部42の凹曲面46と摺接するように、リダクション軸18の外側且つロータ軸14の内側に配置される。このため、リダクション軸18とロータ軸14との径方向の相対的な傾きの大きさの変化の範囲内において、トレランスリング34は、中心軸線C方向における両端に比べ中央ほどベース部42からの突出量が大きくなるように曲成された凸部44の凸曲面48でロータ軸14の内周面と当接し、ベース部42の凹曲面46はリダクション軸18の環状凸部50の凸曲面52に摺接させられる。これにより、リダクション軸18とロータ軸14とが径方向に相対的に傾きながら回転する際のトレランスリング34の凸部44への径方向の荷重による応力集中およびそれによる塑性変形が抑制されて、トレランスリング34の性能低下が抑制される。
以上、本発明を表及び図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
10:車両のシャフト連結構造
14:ロータ軸(外側シャフト)
18:リダクション軸(内側シャフト)
34:トレランスリング
42:ベース部
44:凸部
46:凹曲面(内周面)
50:環状凸部
52:凸曲面
C:中心軸線

Claims (1)

  1. 内側シャフトと、前記内側シャフトと同軸に、前記内側シャフトより外側に配置された外側シャフトと、前記内側シャフトの外周面と前記外側シャフトの内周面との間に圧入されたトレランスリングとを、含む車両のシャフト連結構造であって、
    前記トレランスリングは、リング状のベース部と、前記ベース部の周方向に離隔した複数部位から外周側に突出し且つ前記内側シャフトの中心軸線方向に延びる長手状の凸部とを備え、
    前記ベース部および前記凸部は、前記中心軸線方向における両端に比べ中央ほど前記中心軸線を中心とする径が大きくなるように曲成され、
    前記凸部は、前記ベース部からの突出量および周方向の幅寸法が前記中心軸線方向の中央ほど大きく形成され、
    前記内側シャフトの前記トレランスリングの前記ベース部が配置される位置には、前記内側シャフトの周方向に連なる凸曲面を有する環状凸部が形成され、
    前記トレランスリングは、前記環状凸部が前記トレランスリングの前記ベース部の内周面と摺接するように、前記内側シャフトの外側に配置されることを特徴とする車両のシャフト連結構造。
JP2016003054A 2016-01-08 2016-01-08 車両のシャフト連結構造 Pending JP2017122501A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021227369A1 (zh) * 2020-05-12 2021-11-18 艾默生环境优化技术(苏州)有限公司 轴、包括该轴的设备及用于该轴的加工方法

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