等速万向联轴节 本发明涉及一种具有8个扭矩传递球的等速万向联轴节。
等速万向联轴节大体分为仅容许2轴间角度产生位移的固定型(ball fixed type)和容许角度与轴向位移的滑动型(plunging type)。与滑动型相比，固定型等速万向联轴节的一个特征是具有大工作角。例如，汽车传动轴所用的等速万向联轴节需要例如45°以上的最大工作角，而这样大的工作角只有固定型才能得到。另一方面，与滑动型等速万向联轴节相比，固定型等速万向联轴节的内部构造不得不稍为复杂。
图23A和图23B是作为固定型等速万向联轴节的典型的球笼(ツェパ)式等速万向联轴节。该等速万向联轴节由外侧联轴节构件11。内侧联轴节构件12、6个扭矩传递球13以及保持器14构成。该外侧联轴节构件11在球面状的内径面11a上沿轴向形成6条曲线状的导向槽11b；该内侧联轴节构件12在球面状的外径面12a上沿轴向形成6条曲线状导向槽12b，并在内径面上形成用于连接轴部的细齿(花键)12c；该6个扭矩传递球13配置在外侧联轴节构件11的导向槽11b与内侧联轴节构件12的导向槽12b协同形成的球轨道中；该保持器14用于保持扭矩传递球13。
外侧联轴节构件11的导向槽11b地中心A和内侧联轴节构件12的导向槽12b的中心B分别相对于内径面11a的球面中心和外径面12a的球面中心只在轴向上于相反侧(导向槽11b的中心A在联轴节的开口侧，导向槽12b的中心B在联轴节的内部侧)偏置相同的距离。因此，导向槽11b与相对应的导向槽12b协同形成的球轨道成为朝着联轴节开口侧张开成楔状的形状。作为保持器14的导向面的外侧联轴节构件11的内径面11a以及内侧联轴节构件12的外径面12a的球面中心都处在包含扭矩传递球13中心的联轴节中心面O内。
如果外侧联轴节构件11与内侧联轴节构件12只产生角度θ的角位移，则不论是哪一个工作角θ，由保持器14导向的扭矩传递球13始终维持在角度θ的2等分面(θ/2)内，因此确保联轴节的等速性。
本发明的目的在于，在这样一种等速万向联轴节中，该等速万向联轴节可以进一步小型化，并且可以确保等同或超过比较品(图23所示那样的6个球的等速万向联轴节)的强度、负荷容量以及耐久性。
为了达到上述目的，本发明提供一种等速万向联轴节，它具有外侧联轴节构件、内侧联轴节构件、多个扭矩传递球、以及保持器，该外侧联轴节构件在球面状的内径面上形成沿轴向延伸的多个曲线状导向槽，该内侧联轴节构件在球面状的外径面上形成沿轴向延伸的多个曲线状导向槽，该多个扭矩传递球配置在由外侧联轴节构件的导向槽与内侧联轴节构件的导向槽协同形成的球轨道中，该保持器具有用于收容扭矩传递球的多个套，该球轨道朝着轴向的一方张成楔状；其中，球轨道的条数以及扭矩传递球的配置数为8。
扭矩传递球的节圆直径(PCDBALL)与直径(DBALL)的比γ1(＝PCDBALL/DBALL)可以在3.3≤γ1≤5.0的范围内。这里，扭矩传递球的节圆直径(PCDBALL)等于连接外侧联轴节构件导向槽的中心或内侧联轴节构件导向槽的中心与扭矩传递球的中心的线段长度{连接外侧联轴节构件导向槽中心与扭矩传递球中心的线段长度等于连接内侧联轴节构件导向槽中心与扭矩传递球中心的线段长度，由此确保联轴节的等速性。以后称该尺寸为(PCR)}的2倍(PCDBALL＝2×PCR)。
使3.3≤γ1≤5.0的理由是为了确保外侧联轴节构件等的强度、联轴节的负荷容量以及耐久性等同或超过比较品(6个球的等速万向联轴节)。即，在等速万向联轴节中，在有限的空间范围内难以大幅度变更扭矩传递球的节圆直径(PCDBALL)。因此，γ1的值主要依靠扭矩传递球的直径(DBALL)。如果γ1＜3.3(主要是直径DBALL大的场合)，则其它部件(外侧联轴节构件、内侧联轴节构件)的壁厚变得太薄，在强度方面可能有问题。相反，如果γ1＞5.0(主要是直径DBALL小的场合)，则负荷容量变小，在耐久性方面可能有问题。另外，扭矩传递球与导向槽的接触部分的面压上升(由于直径DBALL变小，则接触部分的接触椭圆也变小的缘故)，可能有导向槽的槽肩边缘部分破碎等问题。
通过设定3.3≤γ1≤5.0，可以确保外侧联轴节构件等的强度、联轴节的负荷容量以及耐久性等同或超过比较品(6个球的等速万向联轴节)。这件事是通过试验在一定程度上作了证实的。
如表1所示(表1示出了根据比较试验的评价)，在γ1＝3.2的场合，不能充分保证外侧联轴节构件、内侧联轴节构件和保持器的强度，得到的结果不好。在γ1＝3.3、3.4的场合，在强度方面得到越来越好的结果。特别是，在γ1≥3.5的场合，可以充分确保外侧联轴节构件、内侧联轴节构件和保持器的强度以及联轴节的耐久性，得到好的结果。还有，在γ1＞3.9的范围内虽然还没有进行试验，但可以推测能获得与上述同样的好结果。但是，当γ1＞5.0时，如上所述，由于在耐久性以及外侧联轴节构件、内侧联轴节构件的强度方面会有问题，所以可设为γ1≤5.0。
由以上可知，可将γ1设定在3.3≤γ1≤5.0的范围内，更好的情况是设定在3.5≤γ1≤5.0的范围内。
另外，在以上的构成基础上，还可将外侧联轴节构件的外径(DOUTER)与内部联轴节构件的齿型节圆直径(PCDSERR)的比γ2(＝DOUTER/PCDSERR)设在2.5≤γ2≤3.5的范围内。
设定为2.5≤γ2≤3.5的理由如下。即，内侧联轴节构件的齿型的节圆直径(PCDSERR)出于与相配合的轴的强度关系的原因，不能大幅度地改变。因此，γ2的值主要与外侧联轴节构件的外径(DOUTER)有关。γ2＜2.5时(主要是外径DOUTER小的场合)，各部件(外侧联轴节构件、内侧联轴节构件等)的壁厚变得过薄，在强度方面有出现问题的可能。另一方面，当γ2＞3.5时(主要是外径DOUTER大的场合)，从尺寸方面可能产生实用上的问题，另外，也不能达到紧凑化的目的。通过设定2.5≤γ2≤3.5，可以确保外侧联轴节构件等的强度和联轴节的耐久性等同或超过比较品(6个球的等速万向联轴节)，而且可满足实用上的要求。特别是，通过设定2.5≤γ2＜3.2，相对于同样公称形式的比较品(6个球的等速万向联轴节：一般γ2≥3.2)，具有可使外径尺寸紧凑化的优点。
由以上可知，可将γ2设定在2.5≤γ2≤3.5的范围内，更好的情况是设定在2.5≤γ2＜3.2的范围内。
朝着轴向的一方张开成楔状的球轨道可以通过使外侧联轴节构件的导向槽中心和内侧联轴节构件的导向槽中心分别相对于外侧联轴节构件的内径面的球面中心和内侧联轴节构件的外径面的球面中心只沿轴向于相反侧偏置相等的距离(F)而获得。偏置量(F)与上述(PCR)的比R1(＝F/PCR)可设定在0.069≤R1≤0.121的范围内。
设定0.069≤R1≤0.121的理由如下。在固定PCR进行考虑的场合，一般情况下，在有工作角时，由于偏置量(F)越大则球轨道负荷(加在导向槽与扭矩传递球的接触部分的负荷)减少越多，所以，在球轨道负荷这一点上，可以说偏置量(F)大是有利的。
然而，当偏置量(F)过大时：
(i)在大工作角区域，球轨道变浅，导致容许负荷扭矩降低；
(ii)由于在保持器套内的扭矩传递球的径向移动量变大，所以，为了防止扭矩传递球脱落，需要增大保持器的壁厚(径向尺寸)。为此，球轨道变浅，导致容许负荷扭矩降低；
(iii)由于在保持器套内的扭矩传递球的周向移动量变大，所以，为了确保扭矩传递球的正确运动，需要增大保持器套的周向尺寸。为此，保持器的中间部分变狭，在强度方面产生问题。
另一方面，当偏置量(F)过小时，
(iv)在有工作角时，负荷侧的球轨道负荷(P1)以及非负荷侧的球轨道负荷(P2：在1转中，在非负荷侧球轨道上，载荷产生工作相位)的峰值增大(P1、P2在一定的相位角示出蜂值)，导致耐久性下降；
(v)最大工作角减少。
由以上内容可知，偏置量过大或过小都不好，它有一个最佳范围，在该最佳范围中可以均衡上述(i)、(ii)、(iii)的问题和上述(iv)、(v)的问题。但是，由于偏置量(F)的最佳范围随着联轴节的大小而改变，所以有必要在表示联轴节大小的基本尺寸的关系下求值。利用比R1(＝F/PCR)就是这个原因。当R1＞0.121时，上述(i)、(ii)、(iii)成为问题，当R1＜0.069时，上述(iv)、(v)成为问题。从确保容许负荷扭矩、确保保持器强度、确保球轨道负荷的降低、确保耐久性以及确保最大工作角的角度出发，0.069≤R1≤0.121是偏置量(F)的最佳范围。这里，上述R1的上限值(0.121)比比较品(6个球的等速万向联轴节)的R1的一般值(通常为0.14)小得多。由于R1小，所以本发明品与比较品相比，更能考虑提高容许负荷扭矩、确保保持器强度。可以将R1设定在上述范围内，是由于本发明品具有8个扭矩传递球，在球轨道负荷方面比比较品更有利(由理论分析加以确认)，温度上升与比较品相比得到降低(由实验确认，参照图11、图12)。在比较品(6个球的等速万向联轴节)中，如将R1设定在上述范围内，则会导致球轨负荷过大，耐久性降低。
在以上的构成基础上，也可以进一步将保持器的外径面的球面中心与内径面的球面中心相对于包含扭矩传递球中心的联轴节中心面只沿轴向于相反侧偏置相同的距离(f)。在该场合，可以将偏置量(f)与PCR的比R2(＝f/PCr)设定在0＜R2≤0.052的范围内。
将R2设定在0＜R2≤0.052的范围内的理由如下。一般情况下，通过设置偏置量(f)，其优点为，可以增大保持器的内径面的面积，由发热减少可以提高耐久性。另外，使内侧联轴节构件装入的保持器的入口部的壁厚增大，可以提高强度。
然而，当偏置量(f)过大时：
(i)由于在保持器套内的扭矩传递球的周向移动量变大，所以，为了确保扭矩传递球的正确运动，需要增大保持器套的周向尺寸，为此，保持器的中间部变狭，在强度方面存在问题；
(ii)保持器的与入口部相反侧的部分的壁厚减小，强度方面存在问题。
由上述可知，偏置量(f)过大不好，它有一个最佳范围，在该最佳范围可以对设置偏置量(f)的意义和上述(i)、(ii)的问题加以均衡。但是，由于偏置量(f)的最佳范围随着联轴节的大小而改变，所以有必要在与表示联轴节大小的基本尺寸的关系上求值。采用比R2(＝f/PCR)就是这个原因。当R1＞0.052时，上述(i)、(ii)成为问题。从确保保持器强度、确保耐久性的角度，0＜R2≤0.052是偏置量(f)的最佳范围。
图1A为本发明第1实施例的等速万向联轴节的纵向剖视图，图1B为其横向剖视图。
图2A为外环的正视图，图2B为外环的局部纵向剖视图，图2C为导向槽的局部放大正视图，图2D为外环的端部的放大的纵向剖视图。
图3A为内环的正视图，图3B为内环的纵向剖视图。
图4A为保持器的横剖面图，图4B为保持器的纵剖面图。
图5为将内环组装入保持器的状态。
图6A、6B为将内环组装入保持器的状态。
图7A为示出保持器的其它形式的纵向剖视图，图7B为将内环组装入该保持器中的状态。
图8A、图8B为将球组装入保持器的套中的状态。
图9A、图9B为示出工作角为α时位于套内的球的运动的图。图9为对应于在保持器上未设有偏置的构成，图9B为对应于在保持器上设有偏置的构成。
图10为示出保持器的套周围的局部放大横向剖视图。
图11A、图11B、图11C为示出转速与温度上升值的关系的图。
图12为示出温度上升值随时间变化的图。
图13为示出工作角与扭矩损失率的关系的图。
图14为示出运行时间与保持器的套部的摩损深度的关系的图。
图15A为示出本发明第2实施例的等速万向联轴节的纵向剖视图，图15B为其横向剖视图。
图16为示出将内环组装入保持器的状态的图。
图17A、图17B为示出将内环组装入保持器的状态的图。
图18A为示出保持器的另一形式的纵向剖视图，图18B为示出将内环组装入该保持器中的状态的图。
图19A、图19B为示出保持器的套周围的局部放大横向剖视图。
图20A为本发明第3实施例的等速万向联轴节的纵向剖视图，图20B为其横向剖视图。
图21为示出汽车动力传递装置的一个例子(传动轴)的图。
图22为示出固定型等速万向联轴节中的外侧联轴节构件的导向槽中心、内侧联轴节构件的导向槽中心、外侧联轴节构件的内径面的球面中心(保持器的外径面的球面中心)、内侧联轴节的外径面的球面中心(保持器的内径面的球面中心)的位置关系变动的图。
图23A为示出具有6个扭矩传递球的固定型等速万向联轴节的一个例子的纵向剖视图，图23B为其横向剖视图。
下面根据附图说明本发明的实施例。
如图1A和图1B所示，该实施例的等速万向联轴节由外侧联轴节构件1、内侧联轴节构件2、8个扭矩传递球3以及保持器4构成。该外侧联轴节构件1在球面状内径面1a上沿轴向形成8条曲线状的导向槽1b；该内侧联轴节构件2在球面状外径面2a上沿轴向形成8条曲线状的导向槽2b，并在内径面上形成用于连接轴部5的细齿(或花键)2c；该8个扭矩传递球3安放在由外侧联轴节构件1的导向槽1b与内侧联轴节构件2的导向槽2b协同形成的球轨道中；该保持器4用于保持扭矩传递球3。
在该实施例中，外侧联轴节构件1的导向槽1b的中心O1和内侧联轴节构件2的导向槽2b的中心O2分别相对于内径面1a的球面中心和外径面2a的球面中心只沿轴向于相反侧(中心O1于联轴节的开口侧，中心O2于联轴节的内部侧)偏置相同的距离(F)。因此，导向槽1b和与之相对应的导向槽2b协同形成的球轨道形成朝向联轴节开口侧张开成楔状的形状。
保持器4的外径面4a的球面中心和作为保持器4的外径面4a的导向面的外侧联轴节构件1的内径面1a的球面中心都在包含扭矩传递球3中心O3的联轴节中心面O内。另外，保持器4的内径面4b的球面中心和作为保持器4的内径面4b的导向面的内侧联轴节构件2的外径面2a的球面中心都在联轴节中心面O内。因此，在这一构成下，外侧联轴节构件1的上述偏置量(F)为导向槽1b的中心O1与联轴节中心面O之间的轴向距离，内侧联轴节构件2的上述偏置量(F)为导向槽2b的中心O2与联轴节中心面O之间的轴向距离，两者相等。外侧联轴节构件1的导向槽1b的中心O1与内侧联轴节构件2的导向槽2b的中心O2位于相对于联轴节中心面O沿轴向于相反侧(导向槽1b的中心O1位于联轴节的开口侧，导向槽2b的中心O2位于联轴节的内部侧)等距离(F)偏置的位置。连接外侧联轴节构件1的导向槽1b的中心O1与扭矩传递球3的中心O3的线段长度以及连接内侧联轴节构件2的导向槽2b的中心O2与扭矩传递球3的中心O3的线段长度分别都为PCR，两者相等。
当外侧联轴节构件1与内侧联轴节构件2产生角度θ的角位移时，不论是怎样的工作角θ，由保持器4导向的扭矩传递球3始终维持在角度θ的2等分面(θ/2)内，确保联轴节的等速性。
在该实施例中，除了上述构成外，还将联轴节的主要尺寸设定为如下数值。如前如述，
①从确保外侧联轴节构件等的强度、确保负荷容量、确保耐久性的角度，希望将扭矩传递球3的节圆直径PCDBALL(PCDBALL＝2×PCR)与直径DBALL的比γ1(＝PCDBALL/DBALL)设在3.3≤γ1≤5.0的范围内，而更好的情况是设定在3.5≤γ1≤5.0(或3.5＜γ1≤5.0)的范围内，在本实施例中，设定为γ1＝3.83。另外，②将外侧联轴节构件1的外径DOUTER与内侧联轴节构件2的细齿(或花键)2C的节圆直径PCDSERR的比γ2(＝DOUTER/PCDSERR)设在2.5≤γ2≤3.5的范围内，例如设在2.5≤γ2＜3.2的范围内。上述①的构成也可以单独采用。
关于上述①、②的构成，与相同公称形式的比较品(图23所示那样的6个球的等速万向联轴节)相比较，如表2所示。
该实施例的等速万向联轴节的扭矩传递球3的个数为8个，与比较品(6个球的等速万向联轴节)相比，由于在联轴节全负荷容量中每个扭矩传递球所占的负荷比例少，所以，相对于相同公称形式的比较品(6个球的等速万向联轴节)，可以减小扭矩传递球3的直径DBALL，并可以与比较品(6个球的等速万向联轴节)相同的程度确保外侧联轴节构件的壁厚和内侧联轴节构件2的壁厚。
另外，相对于相同公称形式的比较品(6个球的等速万向联轴节)，可以减少比γ2(＝DOUTER/PCDSERR)(2.5≤γ2＜3.2)，一方面确保等同或超过比较品(6个球的等速万向联轴节)的强度、负荷容量和耐久性，一方面进一步使其小型化。
导向槽1b、2b的偏置量(F)可设定为如下数值。如前所述，
③从确保容许负荷扭矩、确保保持器强度、降低球轨道载荷、确保耐久性、确保最大工作角的角度出发，希望通过设定导向槽1b、2b的偏置量(F)使得比R1(＝F/PCR)在0.069≤R1≤0.121的范围内，在本实施例中，设定为R1＝0.104(或0.1038)。比较品(6个球的等速万向联轴节)的R1一般为0.14，本实施例的R1比比较品小得多。
图2A-图2D示出外侧联轴节构件1。在外侧联轴节构件1的内径面1a的开口侧领域，设有用于将保持器4装入内径面1a中的圆筒状切口部分1a1。在安装保持器4时，如图2A所示，在轴线相互垂直的状态下，将保持器4(将内侧联轴节构件2装入保持器4的内径面4b后的组件)的套4C装入圆筒状切口部1a1。在该状态下，将保持4插入直到其外径面4a的球面中心与外侧联轴节构件1的内径面1a的球面中心一致。从该状态，将保持器4转动90度，使保持器4的轴线与外侧联轴节构件1的轴线一致。这样，保持器4(以及内侧联轴节构件2)完全装入到外侧联轴节构件1的内径面1a上。
另外，如图2C、图2D放大地示出的那样，在外侧联轴节构件1的导向槽1b的开口侧区域设有倒角1b1。倒角1b1具有在热处理导向槽1b(对图2D中的区域W进行热处理)时防止软化的作用(在外侧联轴节构件1的开口端面未淬火)，还可用作将扭矩传递球3装入保持器4的套4c中时的导向部分。
图3A、图3B示出内侧联轴节构件2。内侧联轴节构件2的外径面2a的直径为A，与包含180度相向的2个导向槽2b的槽底的平面S平行的纵向截面中的、外径面2a间的最大间隔为C。
图4A和图4B示出保持器4。在保持器4中设有于圆周上等间隔分布的、用于收容保持8个扭矩传递球3的8个窗口套4C。在8个套4C中，4个是周向长度大的长套4C1，余下4个是周向长度小的短套4C2，长套4C1和短套4C交替布置。在这一构成下，4个短套4C2的相互间的间隔为90度。另外，也可使8个套4C中的6个为长套4C1，余下的2个为短套4C2。在这一场合，2个短套4C2之间的间隔为180度。短套4C2的周向长度设定到这样的程度，即该等速万向联轴节取最大的角度(以联轴节功能上所能取的最大工作角即“最大工作角”为基准，或者以在该“最大工作角”的范围内，使用上可以取的最大工作角为基准)传递扭矩时，扭矩传递球3与短套4C2的周向的壁面不发生干涉。另外，长套4C1的周向长度设定到这样的程度，即，在使外侧联轴节构件1和内侧联轴节构件2相对倾斜、从外侧轴节构件1的开口部将1个短套4C2对着外部以装入扭矩传递球3时，不使先装入的扭矩传递球3干涉长套4C1的周向壁面。另外，内侧联轴节构件2装入其中的保持器4的入口部4d的直径(B)的设定要使相对于图3A所示的内侧联轴节构件2的外径(A)和最大间隔(C)，具有C≤B＜A的关系。入口部4d的内侧(内径面4b与入口部4d的边界部分)做成台阶4e。但是，也可以做成没有台阶4e的形状。
将入口部4d的直径(B)设定为C≤B＜A的关系，是为了确保保持器4的耐久性和强度，并进一步考虑了将内侧联轴节构件2装入保持器4的内径面4b时的安装性。如图5所示，安装内侧联轴节构件2时，在轴线相互垂直的状态下，一面将内侧联轴节构件2的一个导向槽靠在保持器4的入口部4d上，一面将内侧联轴节构件2插入在保持器4的内径面4b上。在该状态下，将内侧联轴节构件2插到一定程度时，如图6A所示，内侧联轴节构件2的外径面2a的最大间隔(c)停靠在台阶4e上，不能进一步插入内侧联轴节构件2。此时，内侧联轴节构件2的外径面2a的球面中心O’与保持器4的内径面4b的球面中心O”偏离一定距离。之后，利用图6B所示保持器4的台阶4e的侧部T将内侧联轴节构件2转动90度，使内侧联轴节构件2的轴线与保持器4的轴线一致。这样，将内侧联轴节构件2完全装入到保持器4的内径面4b上。并且，如图7A和图7B所示那样，即使是没有台阶4e的保持器4的场合，也可以如上述那样组装。在该场合，可以在使内侧联轴节构件2的轴线与保持器4的轴线垂直的状态下进行组装直到内侧联轴节构件2的外径面2a的球面中心O’与保持器4的内径面4b的球面中心O”一致。此后，虽然要相对于保持器4将内侧联轴节构件2转动90度以使两者的轴线一致，但此时具有作业容易进行的优点。
一般情况下，在这种等速万向联轴节中，为了将内侧联轴节构件组装到保持器的内径面上，而把保持器的多个套中的1个或者1 80度相向位置上的2个周向长度设定成大于内侧联轴节构件的轴向长度。而且，两者的组装是这样进行的，即，在内侧联轴节构件的轴线与保持器的轴线垂直的状态下，一面将内侧联轴节构件的1个外径面部分(周向相邻的导向槽面的部分)装入到周向长度设得大的上述套中，一面将内侧联轴节构件插入保持器的内径面，进一步相对于保持器将内侧联轴节构件转动90度。然而，按照这样的保持器的构造及组装方法，由于必须将保持器中的至少1个套的周向长度设得大于内侧联轴节构件的轴向长度，所以，使得保持器的内径面和外径面的面积减少，使得套间的中间部分的周向壁厚减少。这对于保持器的耐久性和强度来说不是一件好事。按照上述的本实施例的保持器的构造和组装方法，由于没有必要设置周向长度大于内侧联轴节构件轴向长度的套，所以，可以保持器的内径面和外径面的面积，确保套间中间部分的周向壁厚，可以提高保持器的耐久性和强度。特别是，象本发明的等速万向联轴节那样的具有8个扭矩传递球3的构成下，由于保持器4的套4C的数目比比较品(6个球的等速万向联轴节)多，所以确保保持器的耐久性和强度很重要。
将保持器4的套4C设成长套4C1和短套4C2两种，是为了如上述那样确保保持器4的耐久性和强度，也是为了考虑到将扭矩传递球3装入保持器4的套4C时的组装性。这种等速万向联轴节是在这样的状态下组装扭矩传递球3的，即，在将保持器4和内侧联轴节构件2的组件装内外侧联轴节构件1的内径面1a上以后(图2A)，如图8所示那样使风侧联轴节构件2(以及保持器4)相对于外侧联轴节构件1产生角位移。
这时，在这种等速万向联轴节中，一般情况下，在外侧联轴节构件和内侧联轴节构件以工作角θ相互间传递扭矩时，扭矩传递球随着转动方向的相位变化，在保持器的套内沿周向和径向移动。而且，该扭矩传递球的移动量与工作角θ成比例地增大，该工作角θ在装入扭矩传递球时最大(此时的工作角为“球装入角α”。该“球装入角α”大于在保证联轴节功能的前提下所能获得的最大的工作角即“最大工作角”)。因此，由于扭矩传递球的移动量特别是周向移动量在球装入角α时为最大，所以在设定保持器套的周向长度时，需要考虑此时扭矩传递球的周向移动量。
图8B以标号31、32、…、38示出处于转动方向的各相位的扭矩传递球3。扭矩传递球31、33、35、37收容在保持器4的短套4C2中，球32、34、36、38收容在长套4C1中。联轴节取工作角α时的处于各相位的、位于套4C内的扭矩传递球3的移动位置如图9A所示。还有，图9A为没有如本实施例的保持器4那样地将外径面4a的球面中心与内径面4a的球面中心偏置的构成(两球面中心位于联轴节中心面O内)时的扭矩传递球的移动状态；图9B为保持器的内径面和外径面相对于联轴节中心面O在轴向等距离偏置而构成时的扭矩传递球的移动状态。
扭矩传递球3首先分别组装入4个长套4C1中，然后分别组装入4个短套4C2中。例如当如图8A所示那样将扭矩传动球31装入短套4C2中时，扭矩传递球3的周向移动量在32、34、36、38的相位多，在33、35、37的相位少(图9A)。如上述那样，长套4C1(在图8B中处于32、34、36、38的相位)的周向长度设定为如此程度的尺寸，即在将扭矩传递球3装入1个短套4C2(在图8B中位于31的相位)时，先装入的扭矩传递球3不会干涉长套4C1的周向壁面；另外，在短套4C2所在的相位(图8B中33、35、37)扭矩传递球3的周向移动量少。因此，可以将扭矩传递球31组装入短套4C2中。同样，例如在将扭矩传递球33组装进去时，长套4C1位于32、34、36、38的相位，而且，在31、35、37的相位上，扭矩传递球3的周向移动量少。因此，可以将扭矩传递球33装入短套4C2。这样，可以将扭矩传递球3装入所有的短套4C2中(由于将扭矩传递球3先装入长套4C1中，所以结果可将扭矩传递球3装入所有的套4C中)。还有在将球3装入套4C1时，外侧联轴节构件1的倒角1b1起到对球3导向的作用(参照图8A)。
一般情况下，在这种等速万向联轴节中，是以组装球时的扭矩传递球在套内的周向最大移动量为基准来设定保持器套的周向长度的(如前所述，至少使其中1个套的周向长度大于内侧联轴节构件的轴向尺寸)。因此，由于保持器的内径面和外径面的面积减少以及套间的中间部分的周向壁厚减少，所以这对于保持器的耐久性和强度不是一件好事。从这一点考虑，在本实施例的等速万向联轴节中，以上述基准设定保持器4的长套4C1的周向长度；对于短套4C2的周向长度，是以该等速万向联轴节以最大角度(该角度比“球装入角α”小)传递扭矩时扭矩传递球3在套内的周向最大移动量为基准设定的。由这样的构成，可以确保保持器的内径面和外径面的面积、套间中间部分的周向壁厚，确保保持器的耐久性和强度。
另外，在没有如本实施例的保持器4那样将外径面4a的球面中心与内径面4b的球面中心偏置的构成中，如图9A所示，由于套内的扭矩传递球3的移动在联轴节的内径侧与外径侧都一样，所以将套4C的周向的两个壁面4C11形成为相互平行的平坦面(图10)或形成为对应于扭矩传递球3表面曲率的凹曲面。
在上述状态下，组装外侧联轴节构件1、内侧联轴节构件2、保持器4、扭矩传递球3，则完成图1A和图1B所示本实施例的等速万向联轴节。在内侧联轴节构件2的细齿(也可以是花键)2C上连接轴部5。还有，在该实施例中以硼钢形成轴部5，以实现轴部5的小直径化(将最大工作角与外侧联轴节构件1开口端干涉的部分的直径做成小的。细齿的直径与比较品相同)。使轴部5小直径化是考虑到增大工作角。在试制品中，可充分达到例如汽车传动轴用联轴节所要求的最大工作角45°以上的角度。
图11A-图11C示出实施例品和比较品(6个球的等速万向联轴节)(两者为同一公称形式)的转速(rpm)与温升量(℃)的关系的比较试验结果。图中X(虚线白o)为实施例品，Y(实线黑o)为比较品，温度上升量(℃)为从运行开始经过30分后测定的数据。另外，θ为联轴节工作角，T为输入转动力矩。
由该图试验结果可知，实施例品(X)的温度上升量比比较品(Y)小，随着转速增大其差也变大。温度上升的降低与耐久性提高有关。另外，可以认为无论工作角(θ)和输入转动力矩(T)如何都可得到那样的温度上升的降低。
图12示出实施例品和比较品(6个球的等速万向联轴节)(两者为相同公称形式)的温度上升量(℃)随时间变化的比较试验结果。图中X(虚线白o)为实施例品，Y(实线黑o)为比较吕，θ为联轴节工作角，T为输入转动力矩。
由该图所示试验结果可知，实施例品(X)的温度上升量小于比较品(Y)的，即使运行时间变长其差也不会有太大变化。
图13示出实施例品和比较品(6个球的等速万向等速联轴节)(两者为相同公称形式)的工作角θ(deg)与扭矩损失率(％)的关系的比较试验结果。图中X(虚线白o)为实施例品，Y(实线黑o)为比较品，在θ＝10deg时没输入转动力矩T＝196N·m，在θ＝30deg时设T＝98N·m，测定扭矩损失率。
由该图可知，实施例品(X)的扭矩损失率小于比较品，随着工作角θ增大其差也变大。扭矩损失的降低除可节省燃料费节省能量外，还可使温度上升降低进而使耐久性得以提高。
表3示出实施例品与比较品(6个球的等速万向联轴节)(两者为相同公称形式)经过300小时后的外侧联轴节构件、内侧联轴节构件、保持器以及扭矩传递球的损伤状况的观察结果。保持器的套部磨损深度测定结果如图14所示。试验条件为工作角度θ＝6deg，输入转动力矩T＝1078N·m，转速＝200rpm，总回转数＝3.60×106(rev)。还有，在实验中，实施例品和比较品分别采用2个试验品(实施例品为NO1、2，比较品为NO3、4)，图14所示磨损深度为2个试验品的平均值。
由表3所示结果可知，实施例品和比较品都没有在各部件发现损伤。另外，由图14所示结果可知，实施例品(X)的保持器套的磨损深度小于比较品(Y)的。
如上述那样，按照本实施例的等速万向联轴节，既可以使形状紧凑，而且可具有等同或超过比较品(6个球的等速万向联轴节)的负荷容量和耐久性。
图15A和图15B示出本发明的其它实施例的等速万向联轴节。外侧联轴节构件1的导向槽1b的中心O1和内侧联轴节构件2的导向槽2b的中心O2分别相对于内径面1a的球面中心O4和外径面2a的球面中心O5沿轴向于相反侧偏置相等距离(F)。另外，在该实施例中，保持器4’的外径面4a’的球面中心(与外侧联轴节构件1的内径面1a的球面中心O4相同)和保持器4’的内径面4b’的球面中心(与内侧联轴节构件2的外径面2a的球面中心O5相同)相对于联轴节中心面O沿轴向于相反侧偏置相等距离(f)。外侧联轴节构件1的上述偏置量(F)为导向槽1b的中心O1与内径面1a的球面中心O4间的轴向距离，内侧联轴节构件2的上述偏置量(F)为导向槽2b的中心O2与外径面2a的球面中心O5之间的轴向距离，两者相等。连接外侧联轴节构件1的导向槽1b的中心O1与扭矩传递球3的中心O3的线段长度以及连接内侧联轴节构件2的导向槽2b的中心O2与扭矩传递球3的中心O3的线段长度分别都为PCR，两者相等。
保持器4’的外径面4a’、内径面4b’的偏置量(f)可设定为如下的值。如前所述，
④从确保保持器强度、确保耐久性的观点出发，最好设定外径面4a’、内径面4b’的偏置量(f)使比R2(＝f/PCR)在0＜R2≤0.052的范围内，在该实施例中设定R2＝0.035。由于与上述实施例中，①、②、③的构成相同(但在③的构成中设定R1＝0.1003)，故省去其说明。另外，保持器4’的偏置量(f)的朝向相反也可。即，可以将图15A中的O4作为内径面4b’的球面中心，将点O5作为外径面4a’的球面中心。
在该实施例的保持器4’中，也与上述实施例的保持器4同样地设定装入内侧联轴节构件2的入口部4d’的直径(B)，使得相对于内侧联轴节构件2的外径(A)和最大间隔(C)具有C≤B＜A的关系(图17A)。入口部4d’的内侧(内径面4b’与入口部4d’的边界部分)做成台阶4e’。但是，也可以做成没有台阶4e’的形状。在装入内侧联轴节构件2时，如图16所示，在轴线互相垂直的状态下，将内侧联轴节构件2的一个导向槽2b靠在保持器4’的入口部4d’上，同时将内侧联轴节构件2插入保持器4’的内径面4b’。在该状态下，将内侧联轴节构件2插入某一程度时，如图17A所示那样，内侧联轴节构件2的外径面2a的最大间隔(C)卡在台阶4e’上，不能再进一步将内侧联轴节构件2插入。此时，内侧联轴节构件2的外径面2a的球面中心O’与保持器4的内径面4b’的球面中心O”偏离一些距离。随后，利用图17B所示保持器4的台阶4e’的侧方部分T将内侧联轴节构件2转动90度，使内侧联轴节构件2的轴线与保持器4’的轴线一致。这样，将内侧联轴节构件2完全装入到保持器4’的内径面4b’上。而且，如图18A和图18B所示，在即使没有台阶4e’的保持器4’的场合，也可以如上述那样进行组装。
另外，该实施例的保持器4’也具有用于收容8个扭矩传递球3的8个套，该8个套由按与上述实施例相同的基准设定其周向长度的长套和短套两种套构成。长套和短套的个数和布置以及其壁面形状也与上述实施例的构成相同。还有，扭矩传递球3向套中的组装也与上述实施例相同，以图8A和图8B所示状态进行。但是，在该实施例的构成中，由于保持器4’的外径面4a’的球面中心O4与内径面4b’的球面中心O5偏置于图15A所示位置上，所以，在组装球时，扭矩传递球3在套内的移动如图9B所示那样在外径侧变大。在这样的场合，如图19A和图19B所示那样，也可以将套4c’的的周向的两壁面4c11’向着保持器4’外径侧扩张而具有倾斜的倾斜面。图19A示出两壁面4c11’做成平坦面的构成，图19B示出两壁面4c11’做成与扭矩传递球3的表面曲率对应的凹曲面的构成。与将套的周向两壁面做成为相互平行的面(参照图10)的场合相比，由于保持器4’的内径面4b’的面积(中间部分的内径侧面积)增大，所以在确保保持器的强度和耐久性方面有利。
图20A、图20B所示实施例分别将外侧联轴节构件1的导向槽1b的规定区域U1和内侧联轴节构件2的导向槽2b的规定区域U2形成为直线状。导向槽1b的U1以外的区域为以点01为中心的曲线状，导向槽2b的U2以外的区域为以点O2为中心的曲线状。由于其它构成与图15A和图15B所示实施例相同，故省略说明。
可是，上述实施例的等速万向联轴节可广泛用作汽车、各种产业机械的动力传递元件，特别是适合于用于汽车动力传递装置，例如用作汽车的驱动轴与推进器轴的连接用联轴节。
汽车驱动轴与推进器轴的连接通常是将固定型和滑动型的等速万向联轴节作为一对加以使用。例如，将汽车发动机动力向车轮传递的动力传动装置由于有由发动机和车轮的相对位置关系的变化所产生的角位移和轴向位移，所以，如图21所示那样，将安装于发动机侧与车轮侧之间的驱动轴20的一端通过滑动型等速万向联轴节21连接于差速器22，将另一端通过固定型等速万向联轴节23连接于车轮24。将上述实施例的等速万向联轴节作为连接该驱动轴20的固定型等速万向联轴节23时，由于一方面可以确保等同或超过比较品(6个球的固定型等速万向联轴节)的强度、负荷容量以及耐久性，一方面减小联轴节的尺寸，所以对车身重量的轻量化以及由此带来的低燃料费用化是极其有利的。
还有，在这种等速万向联轴节中，外侧联轴节构件的导向槽中心、内侧联轴节构件的导向槽中心、外侧联轴节构件的内径面的球面中心(保持器的外径面的球面中心)、内侧联轴节构件的外径面的球面中心(保持器的内径面的球面中心)的位置关系有图22所示8种变化{(a)～(h)}，本发明可适用于其中任何一种构成。图1A、图1B的构成对应于图22(b)，图15A，图15B以及图20A、图20B的构成对应于图22(a)。还有，扭矩传递球3在套内的移动在外径侧变大，是由于图22(a)、(d)、(e)、(f)、(g)的构成。
以上说明的实施例的构成①、②、③、④可以如(①)、(①+②)、(③)、(④)、(①+③)、(①+④)、(①+②+③)、(①+②+④)、(③+④)、(①+③+④)、(①+②+③+④)那样，单独或组合使用。其中，(①)(权利要求2)、(①+②)(权利要求3)、(③)(权利要求4)、①+③(权利要求4)、(①+②+③)(权利要求4)、(④)(权利要求6)、(①+④)(权利要求6)、(①+②+④)(权利要求6)、(③+④)(权利要求7)、(①+③+④)(权利要求7)、(①+②+③+④)(权利要求7)的构成更好。
还有，本发明不限于具有以齿型(细齿或花键)连接内侧联轴节构件和轴部的构成的等速万向联轴节，而且也适用于将内侧联轴节构件和轴部一体化的构成的等速万向联轴节。例如，也可将内侧联轴节构件、保持器以及扭矩传递球装入外侧联轴节构件后，一体地将轴部接合(焊接，例如激光束焊接、压焊等)于内侧联轴节构件的端面。