JPS5836726A - 車輌用二分割式プロペラシヤフト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マイクロバス、自動率等の車輌に用いられる
プロペラシャフト装置に係り、更に詳細には二つのプロ
ペラシャフト要素と三つのユニバーサルジヨイントとを
含む車輌用二分割式プロペラシャフト装置に係る。

従来、多くの自−車等の車輌は、両端にユニバーサルジ
ヨイントを取付けられた一本のプロペラシャフト要素を
使用しているが、高速走行時の振―騒音レベルを低減す
るために有効であるとして、近年、二つのプロペラシャ
フト要素と三つのユニバーサルシミインドを備えた二分
割式プロペラシャフト装置を使用することが行われるよ
うになっきた。この二分割式プロペラシャフト装置を備
えた車輌に於ては、高速走行時の振動゛騒音レベルが低
いが、従来の一本のプロペラシャツ・トを有する車輌で
は見られなかった特異な振動゛騒音現象が発生すること
がある。この振動騒音はプロペラシャフトに於て発生す
る回転変動が原因であると考えられる。

車輌用二分割式プロペラシャフト装置は、”一般に、一
端にて第一のユニバーサルシミインドによって変速機の
出力軸に駆動連結され中一部にて車体に支持されたフロ
ントプロペラシャフトと、一端にて第二のユニバーサル
ジヨイントによって前記フロントプロペラシャフトの他
端に駆動連結され他端にて第三のユニバーサルジヨイン
トによって差動−車装置の如き終減速装置の入力軸に駆
動連結されており、第一のユニバーサルジヨイントのジ
ヨイント角は車輌の積載状態により変化しないが、第二
及び第三のユニバーサルジヨイントのジヨイント角は車
輌の積載状ｌＩ＆−より変化する。

ところで、マイクロバスやワンボックスワゴンカーに見
られる如きキャブオーバ型車輌に於ては、エンジン及び
変速機が比較的高い位置に設けられており、このため多
くの場合、前記第一のユニバーサルジヨイントのジヨイ
ント角は大きくなり、特に低床式車輌に於て終減速＠胃
が比較的低い位置に設けられているものにあっては前記
第一のユニバーサルジヨイントのジヨイント角はより一
層大きくなる。

プロペラシャフト装置に用いられるユニバーサルジヨイ
ントは、一般にフック式シミインドであり、該フック式
シミインドはそれが折曲りて使用されるときには非等速
性を有し、これが駆動系ねじり振動を銹起し、種々の振
動騒音を発生する原因になっている。フック式シミイン
ドの非等速性はジヨイント角の増大に応じて増大し、こ
のためフック式ジヨイントのジヨイント角が大きくなる
車輌に於ては振動騒音レベルが大きい。

フック式シミインドの入力部と出力部とに於ける角速度
変化はそのヨーク部材の回転位相（＠転角度）により正
弦波状に冑化し、このため上述の如き二分割式プロペラ
シャフト装置に於ける入力端と出力端とに於ける回転変
動率は第一のフック式ジヨイントと第二のフック式ジヨ
イントの回転位相差及び第二のフック式ジヨイントと第
三のフック式ジヨイントの回転位相差の組合せにより興
なる。

二組のフック式ジヨイントの回転位相差の組合せは対称
性を有するという条件に基けば、次に示す表１の如く四
つ考えられ、本発明者はこの四つのタイプの車輌用二分
割式プロペラシャフト装置に於ける回転変化率をフック
式ジヨイントの運転力学に基く解析により究明した。

九−二 尚、ｌｌ１１に於て、１Ｊは第一のフック式シミインド
を、２Ｊは第二のフック式９日インドを３Ｊは第三のフ
ック式シミインドを、各々示している。

［運動の解析］ 第一乃至第三のフック式シミインドの入出力部材の角変
位の関係は次式により与えられる。

ｔａｎψ１　ｏ−ｃｏｓθ１ｔａｎ　Ｖｌ　　　−−−
−−−（１）ｔａｎ　１４／、　ｏ−ｃｏｓθＨｔａｎ
　ｖＲｌ　　−−−−−−（２）ｔａｎ　Ｖｏ−００８
θ−ｔａｎ　１４／＠　ｌ　　　”・・・・（３）ここ
で、 θ１、θ！、θｅ　：第一乃至第三のフック式ジヨイン
トのジヨイント角 ｖｌ　％　’４’＊　ｌ　、ψ・１　：入力部材の回転
角度（但し入力部材と出力 部材を含む平面に垂 直な位置なＯとする） Ｖｌ　ｏ　、　ｖ、　６　、ψＯ：出力部材の回転角度
（但し入力部材と出力 部材を含む平面に一 致した位置を０とす る） （タイプ■） タイプ■の自転角の位相の関係は、 １４／Ｉ　Ｊ　−’４１ｔ　Ｏ＋　（Ｋ　／　２　）ψ
・１−ψｌＧ＋（π／２） となる。

ｔａｎ１４’１ｌ−−（１／１ａｎｖｔｏ）　　・”（
４）ｊａｎ　ｔＦｓ　ｉ　−−（１／ｌａｎ　１４／！
　ｏ　）　　・・・（５）式（１）、（２）、（４）よ
り ｔａｎ　　ｖ、　　Ｏ−−００８θ　ｙ（１／ｌａｎ　
　ψ＋０）−−（（ｃｏｓ　　０ｇ１００８　　θ１　
）（１／１ａｎｔｌ／ｌ）］　　　＝＝（６）式（３）
、（５）、（６）より下式の如き回転角の関係式が成立
する。

ｔａｎ　ｖｏ　−−ｃｏｓθｓ　　（１／ｌａｎ　１４
１１　ｏ　）−［（ｃｏｓ　　θ　ｌ＊００８　　θ　
、　　１００８　　θ　！　）ｔａｎ１４Ｎ］　　　　
　　　−・・・・・（７）式（７）の両辺を時間ｔで微
分すると、（１／ｃｏｓ　”　Ｖｏ　）　（ｄ　Ｖｏ　
／ｄｔ）　−［（ｃｏｓθｌ−００８θ＠　７ａｏｓθ
ｔ）（１／ｃｏｓ　”　１１　）　（ｄ　１１／ｌ　／
ｄｔ）　］・・・・・・（８） ｄ　Ｖｏ　／ｄｔ−ωｏ　、　ｄ　ｖＩ　／ｄｔ−ｅｌ
　ｅ用イＴ式（８）を整理すると、 ωｏ　−［（ｃｏｓθ１ｍＣＯ３θ＠　／ｃｏｓθ、）
（ｃｏｓ　”　ＩＦｏ　／ｃｏｓ　２Ｖｌ　）　］　ω
１・・・・・・（９） ω１は入力部材の角速度、ω０は出力部材の角速度であ
る。

ところで、式（７）の両辺を２乗すると、ｓｉｎ　”ψ
ｏ　／ｃｏｓ　ｔ　Ｖｏ　−Ａ”　　（ｓｉｎ　”ψ１
／ｃｏｓ！ｖＩ） （但しＡ　−ｃｏｓθｌ−００８θ、　／Ｃ（Ｈｌθ！
）＜１−Ｃｏｇ”ψＯ）　／ｃｏｓ　２ψｏ−Ａ”（１
−ｃｏｓ　”ψＩ　）　／ｃｏｓ　ｆ　ｖｌ（１／ｃｏ
ｓｌ’Ｖｏ　）　−１−Ａ”　　［（１／ｃｏａｌｌＶ
ｌ）−１１ １／ｃｏｓ　”　Ｖｏ　−Ａ”　　（（１／ｃｏｓ　”
ψ１）−１】＋１ −　［Ａ”　　（１−ｏｏｓ　”　Ｖｉ　）＋ｃｏｓ　
”　’ＱＮ　］　／ｃｏｓ　”　Ｖｌ−（ＡＩ’ｓｌｎ
’Ｖｌ　　　　　’ ＋ｃｏｓ”ψｌ　）　／ｃｏ８ＲＶｌ 、”、ｃｏｓ　＊　ｖｏ　−ｃｏｓ　ｔψＩ　／　（Ａ
”　ｓｉｎ　ｔψ１＋ｃｏｓ”ｔＦＩ）　　　−−−−
−−（１０）式（９）に式（１０）を代入すると、下式
の如き回転角速度の関係式が成立する。

ｍｏ−［Ａ／（ＡＲｓｉｎ１Ｍ／ｌ　＋ＯＯ８”ｌｌ／
ｌ　）］ω１ 故に、 ωｏ−［ｃｏｓθｌ−００８θｇ−００８θ・／（ｃｏ
ｓｔ　　θ　電　　１０８　２　θ、−５ｌｎ”Ｖｌ＋
ｃｏｓ！ψ１−ｃｏｓ！θｔ＞ｌω１・・・・・・（１
１） 式（１１）よりωＯ／ω１は以下の範囲で変動する。

ｃｏｓ　θｌ−ｃｏｇθｌ　／ＣＯ８θ！　蝮ωｏ　／
Ｑ）Ｉ　５ｃｏｓ　θ！　／ｃｏｓ　ｅｌ　　・ＯＯ８
０ｍ　　　　７−　（１２）式（１１）はｃｏｓθｌ−
Ｃｏｇθｌ−Ｃｏｇθｓのとき、 ω〇−ω１ となり、回転変動は生じない。

従って、タイプ１に於ては一般的には、θ、〉θ１．θ
ｅのとき回転変動は有利になると考えられる。

ここで回転１ｍ！動率αは次のように定義する。

ａ−１（ｃｏｓθ１１１ＣＯ８θｓ／ｃｏｓθ！）−（
ｃｏｓθｉ／ｃｏｓθ区　・ｃｏｓθ・　ＩＸ（１／２
）Ｘ１００ α−（ｌ　ｃｏｓ　ｍｏｌ−００８”θｌ−００８′ｌ
θ！１７’　　２　ｃｏｓ　　θ　１−（１０８θ、　
　　争　ｃｏｓ　　θ−）Ｘ１００・・・・・・　（１
３） 」之ゴコーＬ） タイプ■の回転角の位相の関係は ψ！　＃　−１喜ｆ　Ｉ　６ ψ＠　ｌ−ｖ！０４−　（π／２） となる。

ｔａｎ　ｖ瀧１−ｔａｎ　Ｍ／１　ｏ　　　　　　　−
・・・・・（１４）ｔａｎ　’４’ｓ　Ｉ　−−（１／
ｌａｎ　ｖ、　Ｏ）　・・・・”　（１５）この関係を
用いてタイプ１と同様の方法を用いると、回転角の関係
式は、 ｔａｎ　　を番’０　−　−　　（ｃｏｓ　　θ　＠７
’ｃｏｓ　　θ　１　　−、ｏｏｓ　　θ　！　　）（
１／１ａｎｔＦｌ）　　　　　　・・・・・・（１６）
回転角速度の関係式は、 ωｏ　−［ｏｏｓθｌ−００８０！１１００８θ＠／（
ｃｏｓｔ　　θ　ｌ”ｏＯ８ｌ　　θ　ｇ　　　−５Ｉ
ｆｌ’　　ｖ　ｌ＋ｃｏｓ　”θｅ　・ｃｏｓ　”　Ｌ
ＩＮ　＞　］　ωｌ　　＝”−（１７）となる。

式（１７）よりωＯ／ω１は以下の範囲で変動する。

ａｏｓθ区　・ｃｏｓθｌ　１００８θＩ←ω・／ωＩ
ミｃｏｓθ＠７’ｃ９ｓθ重　・ｃｏｓθ！・・・・・
・（１８）式（１７）はｃｏｓθｇ−ｃｏｓθ１−ｃｏ
ｓθ！のとき ω０−ω１となり、タイプ■ではθ８〉θ１゜θ！のと
きに有利である。

回転変動率αは下式により与えられる。

ａ−（ｌｃｏｓ’θｌ−００８２θ！−ｃｏｓ”θ・１
）／　２　ＣＯ２Ｏ３−（ｉｏ！ｌθ！・００８θ５）
Ｘ１００・・・・・・（１９） （久ｆ） タイプ■の回転角の位相の関係は、 ψ！１−ψ１０＋π／２ ｖ＠ｌ　−１Ｆ、　。

となる。

ｊａｎ　１４１２１−−（１／ｌａｎ　ｖ、　ｏ　）　
＝　（２０）ｔａｎ　ｑ／＠ｊ　−ｔａｎ　’４ｊｔ　
Ｏ・・・・・・（２１）この関係を用いてタイプ■と同
様の方法を用いると回転角の関係式は、 （１／　ｔａｎ　’＋１１　）　］　　　　　　　町、
、　（２２）回転角速度の関係式は、 ωｏ　−［ｃｏｓθ雪・Ｃｏ８θ、−ｃｏｓθ８／（ａ
ｏｓ＊−θ　＋　　ｓｉｎ　　”　　Ｖｉ　　＋ｃｏｓ
　　”　　θ　１；　　−・ｃｏｓ　ｔθ＠　・００ｇ
　”　１４Ｎ　）　］　０４ｇ　　町・・（２３）とな
る。

式（２３）よりω０／ω１は以下の範囲で変動する。

Ｃｏ８θ１１００８θ＊　−ｃｏｓ　ｅ＠　５ωｏ　／
ωｌ　＠ｃｏｓ　　θ　ｇ　　　赤　００８　　θ　ｓ
／ｃｏｓ　　θ　ｔ　　　　　　　　　町・・　（２４
）又、式（２３）はｃｏｓθ嘗−ｃｏｓθ！・ｃｏｓθ
８のとき、 ω〇−ω１ となり、タイプ■では０重〉θｈθｅのときに有利であ
る。

この場合、１転変動亭αは下式により与えられる。

α−（，１ｃｏｓ　ｇθ！・ｃｏｓＲθｅ−ａｏｓ”０
重１／　　２　ｃｏｓ　　θ　雷　　拳　Ｃｏ８　θ１
−ＣＯ３θ５）Ｘ１００・・・・・・　（２５） （タイプＩＶ） タイプＩＶの回転角の位相関係は １Ｆ、　ｌ−ψ１０ Ｗｌ　ｌ　−ｖ！　０ となる。

ｔａｎ　１４／、　ｌ−１ａｎψ１　ｏ　　　　　　・
−−−−−（’２６）ｔａｎψ、　ｉ　−ｔａｎ　ｖ、
　ｏ　　　　　　−・−（２７）この関係を用いてタイ
プ■と同様の方法を用いると回転角の関係式は、 ｔａｎψｏ−”ｃｏｓθ（−ｃｏｓθｌ−００８θ口・
ｔａｎψ１　　　゛　　　・・・・・・（２８）回転角
速度の関係式は、 ωｏ−［ｃｏｓ　　θ　１　　−　　ｃｏｓ　　０２　
　−　　ｃｏｓ　　θ　Ｓ　／（ｃｏｓ”θｌ−００８
”θ！・ｃｏｓ　”θローｓｉｎ　２Ｖｌ　＋ｃｏｓ　
２Ｖｉ　）　］　ωｌ・・・・・・（２９） となる。

式（２９）よりω０／ω：は以下の範囲で変動する。

ｏｏｓ　θｌ−００１１θｌ−００８θｅ９ω０／ω１
　ま１／ｃｏｓ　　θ１＠ｃｏｓ　　θ！−００８θｅ
　　　・・・−（３０）式（２９）はθ鵞−θ！−〇Ｂ
−０のときのみω〇−ω： となる。故にタイプＩＶは極力避けるべきである。

この場合の回転変動率αは下式により与えられる。

ａ　−（１１−ｃｏｓθ１−ｃｏｓθｌ−００８０８１
／　２００８θ１−Ｃｏ５θＲ−ｃｏｓθ−）Ｘ１００
・・・・・・（ｊｌ） 従来一般に用いられている車輌用二分割式プロペラシャ
フト装置は、タイプＩ或いは■である。

これらのタイプの車輌用二分割式プロペラシャフト装置
にあっては、第一のフック式ジヨイントのジヨイント角
がさけど大きくない場合−は車輌用二分割式プロペラシ
ャフト装置の入力端と出力端とに於ける回転変動率がさ
ほど大き≧なることがなく、さほど大きい振動騒音を発
生することがないが、しかし、第一のフック式ジヨイン
トのジヨイント角が比較的大きい場合、タイプＩに於て
は、第三のフック式ジヨイントのジヨイント角が比較的
大きくなる空積状態時に回転変動率が大きくなり、又タ
イプ■のものに於ては、第二のフック式ジヨイントのジ
ヨイント角が比較的大きくなる定績状態時に回転変動率
が大きくなり、これに対しタイプ■に於ては車輌の積載
状態の変化に拘らず回転変動率が小さいということを本
発明者は上述したフック式ジヨイントの運動力学の解析
と実験的研究により見出した。

本発明は上述の如き解明結果に基き、第一のフック式ジ
ヨイントのジヨイント角が比較的大きく設定される車輌
用二分割式プロペラシャフト装置に於て、その回転変動
率が車輌の積載状態の変化に拘らず小さく、振動騒音が
小さい車輌用二分割式プロペラシャフト装置を提供する
ことを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、上述の如き車輌用二分
割式プロペラシャフト装置に於て、前記第一のフック式
ジヨイントと前記第二のフック式ジヨイントとの回転位
相差が実質的にπ／２で、前記第二のフック式ジヨイン
トと前記第三のフック式ジヨイントとの回転位相差が実
質的に０である如き車輌用二分割式プロペラシャフト装
置によって達成される。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

添付の図は本発明による車輌用二分割式プロペラシャフ
ト装置隨の一つの実施例を解図的に示している・図に於
て、１は図示されていないエンジンの後部に接続された
変速機を示しており、また２は終減速装置（デファレン
シャル装置）を示している。変速機１は車輌の図示され
ていないフレームに固定的に＠看され、終減速装置は図
示されていない懸架＠胃によって前記フレームより懸架
され、図示されていない後部車輪により地面より一定の
高さ位置に入力軸４及び車軸５のいづれの軸線周りにも
実質的に回転できない態様にて保持されている。変速機
１の出力軸３と終減速装置２の入力軸４とはプロベラシ
ャフト装５ｉｔｉｏによって駆動連結されている。プロ
ペラシャフト装置１０はフロントプロペラシャフト１１
とリアプロペラシャフト１２とを含み、フロントプロペ
ラシャフト１１はその一端にてフック式ジヨイント１３
によって出力−３に駆動連結され、また中間部、この実
施例に於ては他端近傍にてブラケット装置１４により車
輌の床部６に固定的に支持されている。

リアプロペラシャフト１２はその一端にてフロントプロ
ペラシャフト１１の他端にフック式ジヨイント１５によ
って駆動連結され、また他端にてもう一つのフック式ジ
ヨイント１６によって入力軸４に駆動連結されている。

フック式ジヨイント１３．１５．１６は各々互に９０°
の回転位相差を有している入力ヨーク部材と出力ヨーク
部材及び該両ヨーク部材を接続する十字軸部材とを含む
一般的構造のものである。

フック式ジヨイント１３のジヨイント角θ１は変速機１
及びフロントプロペラシャフト１１が車体に対し固定的
に支持されていることにより車輌の積載状態の変化に拘
らず変化しないが、フック式ジヨイント１５及び１６の
各々のジヨイント角θ宏及びθ−は車輌の積載状態の変
化に応じて変化し、ジヨイント角θ！は積載量の増大に
応じて増大し、ジヨイント角θｅは積載量の増大に応じ
て減少し、ＣＯＳθ！と００８θ・との積は積載状態に
変化に拘らずほぼ一定になる。

この二分割式プロペラシャフト装置に於ける回転ｌ！動
轡は上述した数式（２５）により示され、ｃｏｓθ重−
ｃｏｓθ！・ｃｏｓθ。のときω０−ω１であるから、
ジヨイント角θｉが比較的大きく、その余弦がジヨイン
ト角θ２の余弦とジヨイント角θｅの余弦の積に等しい
時には回転変動率は車輌の積載状態の変化に拘らず常に
０になり、またその積に近い数値であれば、回転変動率
は車輌の積載状態の変化に拘らず常に小さいものになる
。

従って本発明による二分割式プロペラシャフト装置はジ
ヨイント角θ１が比較的大きい車輌に用いられて好適で
ある。

本発明者は五種類の車輌を用いてタイプＩ乃至タイプ■
の二分割式プロペラシャフト装置の回転変動率の評価試
験を行った。その結果が表２に示されている。

轟−シし この評価試験からも明らかな如く、フック式ジヨイント
１３のジョイント角０重が比較的大きい場合には本発明
によるタイプ■の二分割式プロベラシャフト装置が定積
状態下に於ても空積状態下に於ても口転麦勤率が比較的
小さく、他のタイプのものに比して良好であることが理
解されよう。

【図面の簡単な説明】

添付の図は本発明による車輌用二分割式プロペラシャフ
ト装置の一つの寅、施例を示す概略構成図である。 １・・・変速機、２・・・終減速装置、３・・・出力軸
、４・・・入力軸、５・・・串軸、６・・・床部、１０
・・・プロベラシャフト装置、　１１−・・フロントプ
ロペラシャフト。 １２・・・リアプロペラシャフト、１３・・・フック式
２日インド、１４・・・ブラケット装置、１５．１６・
・・フック式ジヨイント

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端にて第一のフック式ジヨイントによって変速機の出
   力軸に駆動連結され中間部にて車体に支持されたフロン
   トプロペラシャフトと、一端にて第二のフック式ジヨイ
   ントによって前記フロントプロペラシャフトの他端に駆
   動連結され他端にて第三のフック式シミインドによって
   終減速装置の入力軸に駆動連結されたリアプロペラシャ
   フトとを有する車輌用二分割式プロペラシャフト装置に
   於て、前記第一のフック式ジヨイントと前記第二のフッ
   ク式シミインドとの回転位相差が実質的にπ／２で、前
   記第二のフック式ジヨイントと前記第三のフック式ジヨ
   イントとの回転位相差が実質的にＯであることを特徴と
   する車輌用二分割式プロペラシャフト装置。