專(zhuān)利名稱(chēng)：動(dòng)力傳遞軸、主動(dòng)軸及驅(qū)動(dòng)軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機(jī)動(dòng)車(chē)或各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械中的動(dòng)力傳遞的動(dòng)力傳遞軸、主動(dòng)軸 (drive shaft)及馬區(qū)云力$由(propeller shaft)。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車(chē)、產(chǎn)業(yè)機(jī)械等很多機(jī)械部件中使用的動(dòng)力傳遞軸通常通過(guò)使形成在其外周 的細(xì)齒或花鍵等與匹配構(gòu)件(凸臺(tái))嵌合而進(jìn)行轉(zhuǎn)矩傳遞?？紤]塑性加工性、機(jī)械加工性 及成本，細(xì)齒或花鍵等轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部通過(guò)對(duì)中碳鋼或低合金鋼進(jìn)行高頻淬火、滲碳淬火、 氮化等的表面硬化處理或調(diào)質(zhì)等熱處理提高軸強(qiáng)度而被使用。例如，作為機(jī)動(dòng)車(chē)的主動(dòng)軸使用的動(dòng)力傳遞軸的一般的制造工序進(jìn)行圖5A所示 的棒狀的母材的切制工序一圖5B所示的母材的外徑的車(chē)削工序一圖5C所示的兩端部的細(xì) 齒5的滾軋工序一圖5D所示的兩端部的夾槽6的車(chē)削工序一圖5E所示的高頻淬火及回火 工序一圖5F所示的外徑的燒結(jié)涂裝工序。作為通過(guò)熱處理來(lái)提高軸強(qiáng)度的一例，例如有專(zhuān)利文獻(xiàn)1所述的發(fā)明，在該發(fā)明 中，對(duì)軸形狀機(jī)械部件實(shí)施高頻淬火、滲碳淬火，將有效硬化層深度與部件半徑的比設(shè)定為 0. 4 0. 8。此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2、3、4中也公開(kāi)有設(shè)定有效硬化層深度與部件半徑的比(以下， 稱(chēng)硬化層比)的發(fā)明。專(zhuān)利文獻(xiàn)2、3、4所述的發(fā)明分別將硬化層比設(shè)定為0.4以上、0.45 以上、0. 5以上。在上述公報(bào)所述的發(fā)明中，不特別區(qū)分花鍵等的轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部與不具有該種齒 的滑面狀的平滑部而進(jìn)行熱處理。可以將轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部與平滑部認(rèn)為是同時(shí)以相同條件 進(jìn)行熱處理的部分，此時(shí)的淬火深度在轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部與平滑部中大致相同(參照?qǐng)D5E的 剖面線部參照)。為了提高動(dòng)力傳遞軸的強(qiáng)度，需要從靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度(靜態(tài)強(qiáng)度)和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度 (動(dòng)態(tài)強(qiáng)度)這兩方面進(jìn)行強(qiáng)度提高。靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度主要由軸徑的大小決定，疲勞強(qiáng)度主要 由軸徑和應(yīng)力集中系數(shù)決定。另外，若比較花鍵等轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部與平滑部的各自的靜態(tài) 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，則平滑部的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度比轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度低。另一方面，平滑 部的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度存在比轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度高的傾向。著眼于這樣的轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部和平滑部的性質(zhì)的差異，專(zhuān)利文獻(xiàn)5和6所述的發(fā) 明使轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部與平滑部的淬火深度存在差異。即，專(zhuān)利文獻(xiàn)5和專(zhuān)利文獻(xiàn)6的發(fā)明 使平滑部的有效硬化層深度(或硬化層比)比轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的有效硬化層深度(或硬化 層比)深。專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本專(zhuān)利第3194093號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2007-1070 號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3日本專(zhuān)利第3539981號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4日本特開(kāi)2007-107027號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)5日本特開(kāi)2000-240669號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)6日本特開(kāi)2006-138007號(hào)公報(bào)近年來(lái)，隨著地球環(huán)境問(wèn)題被重視，強(qiáng)烈要求例如在機(jī)動(dòng)車(chē)中排氣限制的強(qiáng)化和 燃料利用率的提高，作為其對(duì)策，對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸或主動(dòng)軸等動(dòng)力傳遞軸也強(qiáng)烈要求其進(jìn)一步 的輕量化、強(qiáng)度提高。此外，為了使在驅(qū)動(dòng)軸、主動(dòng)軸等中使用等速萬(wàn)向接頭取到盡可能大 的動(dòng)作角，要求動(dòng)力傳遞構(gòu)件的小徑化、強(qiáng)度提高。對(duì)于這樣的需求，可以預(yù)想到通過(guò)上述 專(zhuān)利文獻(xiàn)中所述的發(fā)明無(wú)法充分地應(yīng)對(duì)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提高動(dòng)力傳遞軸的強(qiáng)度，特別是平滑部的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 的提高。發(fā)明的第一方案為一種動(dòng)力傳遞軸，其具有在端部側(cè)的外周面形成的轉(zhuǎn)矩傳遞 用齒部；以在與該轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部鄰接的外周面階段性地縮徑的方式形成的平滑部，其中， 所述平滑部的最小直徑與所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的最小直徑的比設(shè)定為0. 9以上且1. 02以 下，對(duì)所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部及所述平滑部進(jìn)行熱處理而形成有熱處理硬化層，且該熱處理 硬化層形成為從所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部側(cè)向所述平滑部側(cè)變深，在所述平滑部的至少最小直 徑部進(jìn)行了從表面到軸心形成所述熱處理硬化層的全硬化。本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸以硬化層從轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部側(cè)朝向平滑部側(cè)變深的方式形 成，且在平滑部的至少最小直徑部進(jìn)行全硬化，因此能夠提高平滑部的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。因 此，在平滑部、尤其在最小直徑部能夠在維持充分的強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的小徑化。此外，本發(fā)明將平滑部的最小直徑與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的最小直徑的比設(shè)定為0. 9 以上且1. 02以下。這樣設(shè)定的原因在于，當(dāng)平滑部的最小直徑與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的最小直 徑的比小于0. 9時(shí)，無(wú)法得到足夠的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)平滑部的最小直徑與轉(zhuǎn)矩 傳遞用齒部的最小直徑的比超過(guò)1.02時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)平滑部的最小直徑的進(jìn)一步小徑化。在第一方案所述的動(dòng)力傳遞軸的基礎(chǔ)上，發(fā)明的第二方案為，所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒 部的所述熱處理硬化層設(shè)定成層厚與軸半徑的比為0. 4以上且0. 65以下，并且所述轉(zhuǎn)矩傳 遞用齒部的表面硬度設(shè)定為Hv650以上且Hv690以下。當(dāng)層厚與軸半徑的比小于0. 4時(shí)，無(wú)法獲得足夠的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)層 厚與軸半徑的比超過(guò)0. 65時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的表面壓縮殘余應(yīng)力下降，疲勞強(qiáng)度可能下 降。另外，當(dāng)轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的表面硬度小于Hv650時(shí)，可能導(dǎo)致反復(fù)載荷引起磨損的產(chǎn) 生。另一方面，若轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的表面硬度超過(guò)Hv690，則可能發(fā)生脆化引起的疲勞強(qiáng)度 的降低。在第一或第二方案所述的動(dòng)力傳遞軸的基礎(chǔ)上，發(fā)明的第三方案為，所述轉(zhuǎn)矩傳 遞用齒部的表面硬度設(shè)定為比所述平滑部的最小直徑部的表面硬度小，該平滑部的最小直 徑部與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的表面硬度差的上限值設(shè)定為Hv60。由于轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部會(huì)發(fā)生切口脆化，因此需要使轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的硬度比平滑 部的硬度低。另外，若平滑部的最小直徑部與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的表面硬度差超過(guò)Hv60，則高 循環(huán)域的壽命明顯下降，因此將其上限值設(shè)定為Hv60。在第一 第三方案中任一方案所述的動(dòng)力傳遞軸的基礎(chǔ)上，發(fā)明的第四方案為，所述平滑部的進(jìn)行了全硬化的部分的軸心部的硬度設(shè)定為Hv400以上且Hv600以下。若平滑部的進(jìn)行了全硬化的部分的軸心部的硬度小于Hv400，則會(huì)招致靜態(tài)扭轉(zhuǎn) 強(qiáng)度的下降。另一方面，若平滑部的進(jìn)行了全硬化的部分的軸心部的硬度超過(guò)Hv600，則表 面殘余應(yīng)力難以獲得，疲勞強(qiáng)度(高循環(huán)條件)可能下降。在第一 第四方案中任一方案所述的動(dòng)力傳遞軸的基礎(chǔ)上，發(fā)明的第五方案為， 所述平滑部的進(jìn)行了全硬化的部分的表面壓縮殘余應(yīng)力設(shè)定為400MPa以上且SOOMPa以 下。若平滑部的進(jìn)行了全硬化的部分的表面壓縮殘余應(yīng)力小于400MPa，則無(wú)法獲得充 分的疲勞強(qiáng)度。另一方面，若進(jìn)行了全硬化的部分的表面壓縮殘余應(yīng)力超過(guò)800MPa，則制造 成本提高而不優(yōu)選。在第一 第五方案中任一方案所述的動(dòng)力傳遞軸的基礎(chǔ)上，發(fā)明的第六方案為， 所述熱處理硬化層的舊奧氏體平均粒徑設(shè)定為8μπι以上且35 μ m以下。若熱處硬化層的舊奧氏體平均粒徑超過(guò)35 μ m,則無(wú)法得到充分的晶界強(qiáng)度。另一 方面，若舊奧氏體平均粒徑小于8 μ m，則需要降低淬火溫度。因此，容易不完全淬火，可能無(wú) 法得到規(guī)定的強(qiáng)度。在第一 第六方案中任一方案所述的動(dòng)力傳遞軸的基礎(chǔ)上，發(fā)明的第七方案為， 原材料的含碳量設(shè)定為0. 37重量％以上且0. 44重量％以下。通過(guò)將碳(C)的含量設(shè)定在上述的范圍內(nèi)，能夠充分獲得高頻淬火后的硬化層的 硬度和深度而提高強(qiáng)度。其原因在于，若C的含量小于0. 37重量％，則難以確保必要的強(qiáng) 度，并且也難以生成貝氏體組織。另一方面，若C的含量超過(guò)0. 44重量％，則晶界強(qiáng)度下降， 導(dǎo)致切削性、冷鍛性及耐淬裂性的下降。在第一 第七方案中任一方案所述的動(dòng)力傳遞軸的基礎(chǔ)上，發(fā)明的第八方案為， 含有的Si為0. 02重量％以上且0. 25重量％以下，含有的Mn為0. 6重量％以上且1. 2重 量％以下，含有的P為0. 02重量％以下，含有的S為0. 025重量％以下，含有的B為0. 0005 重量％以上且0. 0035重量％以下，含有的Ti為0. 01重量％以上且0. 05重量％以下。通過(guò)如上述那樣設(shè)定各元素的含量，從而在強(qiáng)度、耐久性、制造性等方面變得優(yōu) 良ο在第一 第八方案中任一方案所述的動(dòng)力傳遞軸的基礎(chǔ)上，發(fā)明的第九方案是與 等速萬(wàn)向接頭連結(jié)的動(dòng)力傳遞軸，所述平滑部的最小直徑部形成于在所述等速萬(wàn)向接頭取 到最大動(dòng)作角時(shí)與該等速萬(wàn)向接頭接近的部位。通過(guò)實(shí)現(xiàn)在上述的部位形成的最小直徑部的進(jìn)一步的小徑化，在等速萬(wàn)向接頭取 動(dòng)作角時(shí)，等速萬(wàn)向接頭與動(dòng)力傳遞軸變得不易互相干涉，因此能夠?qū)崿F(xiàn)等速萬(wàn)向接頭的 高動(dòng)作角化。在第一 第九方案中任一方案所述的動(dòng)力傳遞軸的基礎(chǔ)上，發(fā)明的第十方案適用 于短軸。由此，能夠在充分地維持短軸的強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小徑化。發(fā)明的第十一方案為一種主動(dòng)軸，其在中間軸的兩端部安裝等速萬(wàn)向接頭而形 成，其中，在所述中間軸中適用技術(shù)方案1 9中任一方案所述的動(dòng)力傳遞軸。由此，能夠在充分地維持主動(dòng)軸的中間軸的強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小徑化。
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發(fā)明的第十二方案為一種驅(qū)動(dòng)軸，其在中間軸的兩端部經(jīng)由短軸安裝等速萬(wàn)向接 頭而形成，其中，在所述短軸中適用技術(shù)方案1 9中任一方案所述的動(dòng)力傳遞軸。由此，能夠在充分地維持驅(qū)動(dòng)軸具有的短軸的強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小徑化。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，由于能夠提高平滑部的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，因此能夠在維持平滑部的充 分的強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的小徑化。由此，能夠提供可實(shí)現(xiàn)輕量化及等速萬(wàn)向接頭的高 動(dòng)作角化的可靠性高的動(dòng)力傳遞軸。


圖1是表示本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸的一端部的圖。圖2是主動(dòng)軸的整體結(jié)構(gòu)圖。圖3是驅(qū)動(dòng)軸的整體結(jié)構(gòu)圖。圖4是表示動(dòng)力傳遞軸與固定型等速萬(wàn)向接頭連結(jié)且固定型等速萬(wàn)向接頭取到 最大動(dòng)作角的狀態(tài)的圖。圖5A是用于說(shuō)明動(dòng)力傳遞軸的切制工序的圖。圖5B是用于說(shuō)明動(dòng)力傳遞軸的外徑的車(chē)削工序的圖。圖5C是用于說(shuō)明動(dòng)力傳遞軸的兩端部的細(xì)齒的滾軋工序的圖。圖5D是用于說(shuō)明動(dòng)力傳遞軸的兩端部的夾槽的車(chē)削工序的圖。圖5E是用于說(shuō)明動(dòng)力傳遞軸的高頻淬火及回火工序的圖。圖5F是用于說(shuō)明動(dòng)力傳遞軸的外徑的燒結(jié)涂裝工序的圖。符號(hào)說(shuō)明
1動(dòng)力傳遞軸
2轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部
3平滑部
3a最小直徑部
4硬化層
10主動(dòng)軸
11中間軸
12滑動(dòng)型等速萬(wàn)向接頭
13固定型等速萬(wàn)向接頭
20驅(qū)動(dòng)軸
21中間軸
22滑動(dòng)型等速萬(wàn)向接頭
23固定型等速萬(wàn)向接頭
24短軸
25短軸
31動(dòng)力傳遞軸
32轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部
33平滑部
33a最小直徑部40固定型等速萬(wàn)向接頭D2min最小直徑D3min最小直徑X軸線
具體實(shí)施例方式對(duì)本發(fā)明所涉及的動(dòng)力傳遞軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本發(fā)明所涉及的動(dòng)力傳遞軸的一端部的圖。圖1所示的動(dòng)力傳遞軸1 由實(shí)心軸構(gòu)成。在動(dòng)力傳遞軸1的端部的外周面形成有用于進(jìn)行轉(zhuǎn)矩傳遞的、與匹配構(gòu)件 嵌合的轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2。轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2通過(guò)在軸向上形成細(xì)齒或花鍵等多個(gè)凹部5 而構(gòu)成。并且，在轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2沿周向形成有用于嵌入止動(dòng)用的夾鉗的夾槽6。在動(dòng)力傳遞軸1的與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2鄰接的外周面形成有不具備細(xì)齒等的齒的 滑面狀的平滑部3。該平滑部3以階段性地縮徑的方式形成。在圖1中，從平滑部3的兩端 部朝向中央部階段性地縮徑。動(dòng)力傳遞軸1的外周面通過(guò)高頻淬火被熱處理。在圖1中，比軸線X靠下側(cè)的剖 面線部表示通過(guò)熱處理形成的熱處理硬化層4(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)硬化層4)。需要說(shuō)明的是，通過(guò) 熱處理形成的硬化層4沿動(dòng)力傳遞軸1的周向形成為同樣，圖1的剖面線部表示硬化層4 的剖面(深度)。上述硬化層4以從轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部側(cè)2向平滑部3側(cè)變深的方式形成。并且，在 平滑部3的至少最小直徑部3a進(jìn)行從表面到軸心X形成硬化層4的全硬化。另外，若著眼 于平滑部3的硬化層4的深度，則硬化層4的深度從平滑部3的兩端側(cè)的最大直徑部朝向 中央部的最小直徑部3a增加，硬化層4的深度在最小直徑部3a及其周邊到達(dá)軸心X。另外，平滑部3的進(jìn)行了全硬化的部分的軸心部的硬度設(shè)定為Hv400以上且Hv600 以下。若進(jìn)行了全硬化的部分的軸心部的硬度小于Hv400，則會(huì)招致靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的下降。 另一方面，若進(jìn)行了全硬化的部分的軸心部的硬度超過(guò)Hv600，則表面殘余應(yīng)力難以獲得， 疲勞強(qiáng)度(高循環(huán)條件)可能下降。進(jìn)而，平滑部3的進(jìn)行了全硬化的部分的表面壓縮殘余應(yīng)力設(shè)定為400MPa以上且 SOOMPa以下。若進(jìn)行了全硬化的部分的表面壓縮殘余應(yīng)力小于400MPa，則無(wú)法獲得充分的 疲勞強(qiáng)度。另一方面，若進(jìn)行了全硬化的部分的表面壓縮殘余應(yīng)力超過(guò)800MPa，則制造成本 提高而不優(yōu)選。在圖1中，轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2的最小直徑由符號(hào)D2min表示，平滑部3的最小直徑 由符號(hào)D3min表示。本發(fā)明中，平滑部3的最小直徑D3min與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2的最小直 徑D2min的比(D3min/D2min)設(shè)定為0. 9以上且1. 02以下。在該D3min/D2min小于0. 9 時(shí)，無(wú)法獲得充分的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)D3min/D2min超過(guò)1. 02時(shí)，平滑部3的最 小直徑D3min變大，難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞軸1的輕量化和等速萬(wàn)向接頭的高動(dòng)作角化等目的 因而不優(yōu)選。另外，將硬化層4的層厚t相對(duì)于動(dòng)力傳遞軸1的軸半徑r的比(t/r)定義為硬 化層比時(shí)，將轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2的硬化層比設(shè)定為0. 4以上且0. 65以下。在該硬化層比小于0. 4時(shí)，無(wú)法獲得充分的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)硬化層比超過(guò)0. 65時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳遞用 齒部2的表面壓縮殘余應(yīng)力下降，疲勞強(qiáng)度可能下降。另外，將轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2的基于熱處理的表面硬度設(shè)定為Hv650以上且Hv690 以下。當(dāng)轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2的表面硬度小于Hv650時(shí)，可能導(dǎo)致反復(fù)載荷引起磨損的產(chǎn)生。 另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2的表面硬度超過(guò)Hv690時(shí)，可能會(huì)因脆化而使疲勞強(qiáng)度下 降。由于轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2會(huì)發(fā)生切口脆化，因此需要使轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2的硬度比 平滑部3的硬度低。因此，將轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2的基于熱處理的表面硬度設(shè)定成小于平滑 部3的最小直徑部3a的基于熱處理的表面硬度。為了降低硬度，通過(guò)使淬火時(shí)的轉(zhuǎn)矩傳遞 用齒部2的最高加熱溫度比平滑部3的淬火時(shí)的最高加熱溫度低，由此緩和急冷度。但是， 若平滑部3的最小直徑部3a與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2的表面硬度差超過(guò)Hv60，則高循環(huán)域的壽 命明顯下降，因此將其上限值設(shè)定為Hv60。此外，硬化層4的舊奧氏體平均粒徑設(shè)定為8μπι以上且35μπι以下。若該舊奧氏 體平均粒徑超過(guò)35 μ m，則無(wú)法得到充分的晶界強(qiáng)度。另一方面，若舊奧氏體平均粒徑小于 8 μ m，則需要降低淬火溫度。因此，容易不完全淬火，可能無(wú)法得到規(guī)定的強(qiáng)度。以上，在圖1中，對(duì)動(dòng)力傳遞軸1的一端部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明，在與其相反的一側(cè) 的另一端部也可以為同樣的結(jié)構(gòu)。 以下，對(duì)本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸的原材料進(jìn)行說(shuō)明。在構(gòu)成本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸的鋼材成分中，碳(C)是對(duì)動(dòng)力傳遞軸的淬火性的影 響最大的元素。此外，若動(dòng)力傳遞軸的母材的組織即淬火前的組織為含有特定的比率的貝 氏體組織的組織，則該貝氏體組織是與鐵素體一珠光體組織相比碳化物微細(xì)地分散的組 織，因此在淬火加熱時(shí)作為奧氏體的核生成位置的鐵素體/碳化物的界面的面積增加，生 成的奧氏體微細(xì)化。其結(jié)果是，淬火硬化層的粒徑變得微細(xì)，由此提高晶界強(qiáng)度，扭轉(zhuǎn)疲勞 強(qiáng)度及耐淬裂性提高。在本發(fā)明中，C的含量設(shè)定為0.37重量％以上且0.44重量％以下。通過(guò)將C的含 量設(shè)定在上述的范圍內(nèi)，能夠充分獲得高頻淬火后的硬化層的硬度和深度而提高強(qiáng)度。其 原因在于，若C的含量小于0. 37重量％，則難以確保必要的強(qiáng)度，并且也難以生成貝氏體組 織。另一方面，若C的含量超過(guò)0. 44重量％，則晶界強(qiáng)度下降，導(dǎo)致切削性、冷鍛性及耐淬 裂性的下降。此外，使硅(Si)的含量為0.02重量％以上且0.25重量％以下，使錳(Mn)的含量 為0.6重量％以上且1.2重量％以下，使磷(P)的含量為0.02重量％以下，使硫磺(S)的 含量為0.025重量％以下，硼(B)的含量為0.0005重量％以上且0.0035重量％以下，鈦 (Ti)的含量為0.01重量％以上且0.05重量％以下。以下，對(duì)這樣設(shè)定各元素的含量的理 由進(jìn)行說(shuō)明。Si是具有抑制因回火引起的軟化的作用，但若Si過(guò)多則會(huì)招致切削性、滾軋性等 加工性的下降及耐淬裂性的下降，因此如上述那樣設(shè)定。Mn是提高淬火性的元素，對(duì)于確保高頻淬火后的硬化層4的深度是不可或缺的。 但是，當(dāng)Mn的含量小于0. 6重量％時(shí)，其添加效果難以獲得。另一方面，若Mn的含量超過(guò) 1. 2重量％，則原材料的硬度上升，滾軋性、切削性等加工性下降，且耐淬裂性也下降。
P是鋼材成分中含有的不可避免的雜質(zhì)。因?yàn)楹蠵，存在在舊奧氏體晶界產(chǎn)生偏 析而晶界強(qiáng)度下降并且助長(zhǎng)淬裂的缺陷。因此，優(yōu)選P的含量極少，因此將其含量設(shè)定為 0. 02重量％以下。S與鋼材中含有的Mn化合而生成硫化錳(MnS)，是提高切削性的有用元素。然而， 若S的含量超過(guò)0. 025重量％，則MnS的量增加而強(qiáng)度可能下降。B具有通過(guò)微量添加而提高淬火性、增加淬火深度、提高強(qiáng)度的作用。并且，B在晶 界產(chǎn)生偏析而降低在晶界偏析的P的濃度，發(fā)揮提高晶界強(qiáng)度的作用。另外，通過(guò)提高晶界 強(qiáng)度，耐淬裂性也提高。但是，若B的含量小于0. 0005重量％，則難以獲得基于添加B所獲 得的作用。另一方面，若B的含量超過(guò)0.0035重量％，則其效果飽和反而導(dǎo)致成本的上升。Ti是為了得到基于上述B的淬火性的提高效果而被添加的。即，若鋼材成分中含 有氮(N)，則B與N化合而生成氮化硼(BN)，B的淬火提高效果受阻，若含有Ti，則氮化鈦 (TiN)優(yōu)先于BN生成，因此能夠高效地發(fā)揮B的效果。為此，需要至少含有0.01重量％的 Ti。另一方面，若Ti的含量超過(guò)0. 05重量％，則TiN大量生成，這可能會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度下降。上述本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸的制造工序(制造方法)與利用上述圖5說(shuō)明的制造工 序基本相同。但是，在本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸所涉及的高頻淬火工序中，優(yōu)選使移動(dòng)加熱盤(pán)管 (移動(dòng)加熱源)從軸端部的轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部2向平滑部3順次移動(dòng)而進(jìn)行高頻淬火。通過(guò) 這樣進(jìn)行高頻淬火，控制移動(dòng)加熱盤(pán)管的預(yù)熱，能夠形成為硬化層4從轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部側(cè)2 向平滑部3側(cè)變深，且容易在平滑部3的至少最小直徑部3a進(jìn)行全硬化。此外，為了使上 述本發(fā)明的硬化層4容易形成，高頻淬火優(yōu)選以3kHz以下的頻率進(jìn)行。需要說(shuō)明的是，根 據(jù)設(shè)定條件的不同，存在在燒結(jié)涂裝工序中也能夠得到回火的效果的情況，因此在這種情 況下可以省略回火工序。圖2表示在機(jī)動(dòng)車(chē)等中使用的通常的(前側(cè)的)主動(dòng)軸10。主動(dòng)軸10通過(guò)在中 間軸11的兩端安裝等速萬(wàn)向接頭12、13而構(gòu)成。圖的右側(cè)的等速萬(wàn)向接頭12為滑動(dòng)型等 速萬(wàn)向接頭，左側(cè)的等速萬(wàn)向接頭13為固定型等速萬(wàn)向接頭。在中間軸11的兩端部形成有 細(xì)齒或花鍵的轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部lla、llb，在各轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部IlaUlb連結(jié)兩等速萬(wàn)向接 頭12、13。此外，在中間軸11上形成有與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部IlaUlb鄰接的平滑部llc、lld。 在這樣的主動(dòng)軸10的中間軸11的與各等速萬(wàn)向接頭12、13的連結(jié)端部能夠適用上述本發(fā) 明的結(jié)構(gòu)。另外，在圖3中表示在機(jī)動(dòng)車(chē)等中使用的通常的驅(qū)動(dòng)軸20。驅(qū)動(dòng)軸20通過(guò)在中空 的中間軸21的兩端經(jīng)由實(shí)心的短軸M、25安裝等速萬(wàn)向接頭22、23而構(gòu)成。圖的右側(cè)的 等速萬(wàn)向接頭22為滑動(dòng)型等速萬(wàn)向接頭，左側(cè)的等速萬(wàn)向接頭23為固定型等速萬(wàn)向接頭。 在各短軸M、25的端部形成有細(xì)齒或花鍵的轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部Ma、25a，在各轉(zhuǎn)矩傳遞用齒 部Ma、2fe連結(jié)兩等速萬(wàn)向接頭22、23。在各短軸M、25上形成有與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部Ma、 2 鄰接的平滑部Mb、25b。在所述短軸M、25的與各等速萬(wàn)向接頭22、23的連結(jié)端部也 能夠適用上述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。圖4是適用于主動(dòng)軸或驅(qū)動(dòng)軸的本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸31與固定型等速萬(wàn)向接頭 40連結(jié)的狀態(tài)，示出固定型等速萬(wàn)向接頭40取到最大動(dòng)作角的狀態(tài)。固定型等速萬(wàn)向接頭40具有在內(nèi)周面形成有多個(gè)引導(dǎo)槽41的外側(cè)接頭構(gòu)件 42 ；在外周面形成有多個(gè)引導(dǎo)槽43的內(nèi)側(cè)接頭構(gòu)件44 ；介于外側(cè)接頭構(gòu)件42的引導(dǎo)槽41
9與內(nèi)側(cè)接頭構(gòu)件44的引導(dǎo)槽43之間而傳遞轉(zhuǎn)矩的多個(gè)滾珠45 ；介于外側(cè)接頭構(gòu)件42與 內(nèi)側(cè)接頭構(gòu)件44之間而保持滾珠45的保持架46。圖4所示的固定型等速萬(wàn)向接頭是在外 側(cè)接頭構(gòu)件42的引導(dǎo)槽41和內(nèi)側(cè)接頭構(gòu)件44的引導(dǎo)槽43上分別形成有直線狀底的免根 切型的等速萬(wàn)向接頭(UJ)。另外，上述固定型等速萬(wàn)向接頭不局限于免根切型(UJ)，也可 以適用引導(dǎo)槽的整個(gè)區(qū)域形成為曲線狀的球籠型(BJ)等。另一方面，動(dòng)力傳遞軸31具有在其端部形成的轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部32和與轉(zhuǎn)矩傳遞 用齒部32鄰接形成的平滑部33。轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部32與在內(nèi)側(cè)接頭構(gòu)件44的內(nèi)周面形成 的細(xì)齒或花鍵連結(jié)。平滑部33以階段性地縮徑的方式形成，平滑部33的最小直徑部33a 在固定型等速萬(wàn)向接頭40取到最大動(dòng)作角時(shí)形成在動(dòng)力傳遞軸31的接近固定型等速萬(wàn)向 接頭的部位。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，以硬化層4從轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部側(cè)2朝向平滑部3 側(cè)變深的方式形成，且使平滑部3的至少最小直徑部3a全硬化，因此能夠提高平滑部3的 靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。因此，能夠在維持平滑部3的強(qiáng)度的同時(shí)進(jìn)一步小徑化，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力傳遞 軸1的輕量化。另外，如圖4所示，在將本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸31與固定型等速萬(wàn)向接頭40連結(jié) 時(shí)，通過(guò)使平滑部33、特別是最小直徑部33a小徑化，能夠?qū)崿F(xiàn)固定型等速萬(wàn)向接頭40的高 動(dòng)作角化?；蛘?，能夠使在高動(dòng)作角時(shí)最小直徑部33a接近的固定型等速萬(wàn)向接頭40的部 分的壁厚增大將平滑部33的最小直徑部33a小徑化的量。因此，能夠提高固定型等速萬(wàn)向 接頭40的強(qiáng)度。特別地，在使用免根切型的等速萬(wàn)向接頭(UJ)時(shí)，高動(dòng)作角時(shí)的外側(cè)接頭 構(gòu)件的引導(dǎo)槽的滾珠的接觸點(diǎn)設(shè)計(jì)成接近用于避免與軸(動(dòng)力傳遞軸)的干涉的退避面， 通過(guò)增大該退避面的形成部位的壁厚能夠期待增大其強(qiáng)度提高效果。另外，通過(guò)使平滑部 33的最小直徑部33a僅形成在接近固定型等速萬(wàn)向接頭的部位，能夠?qū)?dòng)力傳遞軸31的扭 轉(zhuǎn)剛性的降低抑制在最小限度。以上，對(duì)本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于上述的實(shí)施例，在不 脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變更是不言而喻的。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不局限于機(jī)動(dòng) 車(chē)用的主動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)軸，也可以適用于其他的各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械中使用的動(dòng)力傳遞軸。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)力傳遞軸，其具有在端部側(cè)的外周面形成的轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部；以在與該轉(zhuǎn) 矩傳遞用齒部鄰接的外周面階段性地縮徑的方式形成的平滑部，其特征在于，所述平滑部的最小直徑與所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的最小直徑之比設(shè)定為0. 9以上且 1.02以下，對(duì)所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部及所述平滑部進(jìn)行熱處理而形成有熱處理硬化層，且該熱處理 硬化層形成為從所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部側(cè)向所述平滑部側(cè)變深，在所述平滑部的至少最小直 徑部進(jìn)行了從表面到軸心形成所述熱處理硬化層的全硬化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力傳遞軸，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的所述熱處理硬化層設(shè)定成層厚與軸半徑之比為0. 4以上且0.65以下，并且所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的表面硬度設(shè)定為Hv650以上且Hv690以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)力傳遞軸，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的表面硬度設(shè)定為比所述平滑部的最小直徑部的表面硬度小，該 平滑部的最小直徑部與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部的表面硬度差的上限值設(shè)定為Hv60。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力傳遞軸，其特征在于，所述平滑部的進(jìn)行了全硬化的部分的軸心部的硬度設(shè)定為Hv400以上且Hv600以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力傳遞軸，其特征在于，所述平滑部的進(jìn)行了全硬化的部分的表面壓縮殘余應(yīng)力設(shè)定為400MPa以上且SOOMPa 以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力傳遞軸，其特征在于， 所述熱處理硬化層的舊奧氏體平均粒徑設(shè)定為8 μ m以上且35 μ m以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力傳遞軸，其特征在于， 原材料的含碳量設(shè)定為0. 37重量％以上且0. 44重量％以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力傳遞軸，其特征在于，含有的Si為0. 02重量％以上且0. 25重量％以下，含有的Mn為0. 6重量％以上且1.2重量％以下，含有的P為0. 02重量％以下，含有的S為0. 025重量％以下，含有的B為 0. 0005重量％以上且0. 0035重量％以下，含有的Ti為0. 01重量％以上且0. 05重量％以 下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力傳遞軸，其特征在于，所述動(dòng)力傳遞軸是與等速萬(wàn)向接頭連結(jié)的動(dòng)力傳遞軸，所述平滑部的最小直徑部形成 于在所述等速萬(wàn)向接頭取到最大動(dòng)作角時(shí)與該等速萬(wàn)向接頭接近的部位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力傳遞軸，其特征在于， 所述動(dòng)力傳遞軸適用于短軸。
11.一種主動(dòng)軸，其在中間軸的兩端部安裝等速萬(wàn)向接頭而形成，其特征在于， 在所述中間軸中適用權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力傳遞軸。
12.—種驅(qū)動(dòng)軸，其在中間軸的兩端部經(jīng)由短軸安裝等速萬(wàn)向接頭而形成，其特征在于，在所述短軸中適用權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力傳遞軸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)了平滑部的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的提高的動(dòng)力傳遞軸。本發(fā)明的動(dòng)力傳遞軸具有在端部側(cè)的外周面形成的轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部(2)；以在與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部(2)鄰接的外周面階段性地縮徑的方式形成的平滑部(3)。平滑部(3)的最小直徑(D3min)與轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部(2)的最小直徑(D2min)之比設(shè)定為0.9以上且1.02以下。進(jìn)而，對(duì)轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部(2)及平滑部(3)進(jìn)行熱處理而形成有熱處理硬化層(4)。熱處理硬化層(4)形成為從轉(zhuǎn)矩傳遞用齒部(2)側(cè)向平滑部(3)側(cè)變深。在平滑部(3)的至少最小直徑部進(jìn)行了從表面到軸心(X)形成熱處理硬化層(4)的全硬化。
文檔編號(hào)B60K17/22GK102149928SQ200980135769
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者吉田和彥, 大場(chǎng)浩量, 曾根啟助 申請(qǐng)人:Ntn株式會(huì)社