等速ジョイント

ダブルカルダンジョイントは、フックジョイントと同様に2つのユニバーサルジョイントを使用しますが、中間シャフトの長さが短く、ヨークのみが残る点が異なります。これにより、2つのフックジョイントを背中合わせに取り付けることが可能になります。ダブルカルダンジョイントは、中間シャフトの両端にあるユニバーサルジョイントの位相を正しく合わせる必要がないため、ステアリングコラムによく使用されます。これにより、中間シャフトを車のエンジンルーム内の他のコンポーネントの周りに配置することが容易になります。また、頑丈な四輪駆動車のドライブシャフトやハーフシャフトなど、高い関節角度や衝撃的なトルク負荷が一般的な用途では、ルゼッパ式等速ジョイントの代替としても使用されます。

真の等速動作を実現するには、ダブルカルダンジョイントには、駆動軸と従動軸の間の角度を等しく維持するセンタリング要素が必要です。^{[ 1 ] [ 2 ]}このセンタリング装置は、ジョイント内部を加速するために追加のトルクを必要とし、高速では追加の振動が発生します。^{[ 3 ]}

Tractaジョイントは、ダブルタングアンドグルーブジョイントの原理に基づいて動作します。これは、2つのフォーク（ヨークとも呼ばれ、一方は駆動側、もう一方は被駆動側）と、2つの半球状のスライドピース（一方はオスまたはスピゴットスイベル、もう一方はメスまたはスロット付きスイベルと呼ばれる）の4つの個別の部品のみで構成されており、これらはフローティング（可動）接続で相互に噛み合います。各ヨークジョーは、中間部材に形成された円形の溝に係合します。両方の中間部材は、スイベルタングアンドグルーブジョイントによって順番に結合されます。入力シャフトと出力シャフトが互いにある動作角度で傾いている場合、駆動中間部材は、回転ごとに加速および減速します。中央のタングアンドグルーブジョイントはヨークジョーと1/4回転分位相がずれているため、被駆動中間部材と出力ジョー部材の対応する速度変動は、入力ハーフ部材の速度変動を正確に打ち消し、相殺します。したがって、出力速度の変化は入力駆動の速度変化と同一になり、一定速度の回転が実現されます。^{[ 4 ]}

ルゼッパジョイント（1926年にアルフレッド・H・ルゼッパによって発明）は、6つの溝が刻まれた球状の内殻と、それを覆う同様の外殻で構成されています。各溝には1つのボールがガイドされます。入力シャフトは、円形のケージ内に収まる大きな鋼鉄製の星形「ギア」の中央に収まります。ケージは球形ですが両端が開いており、通常は周囲に6つの開口部があります。このケージとギアは、スプラインとねじ山が付いたシャフトが取り付けられた溝付きカップに収まります。6つの大きな鋼球がカップの溝内に収まり、星形ギアの溝に収まるケージの開口部に収まります。カップ上の出力シャフトはホイールベアリングを通り、車軸ナットで固定されます。

このジョイントは、ステアリングシステムによって前輪が回転したときの大きな角度変化に対応できます。一般的な Rzeppa ジョイントは 45°～48° の可動範囲を持ち、中には 54° まで可動するものもあります。^{[ 5 ]}ドライブシャフトの「外側」端には、少し異なるユニットが使用されます。ドライブシャフトの端はスプライン加工されており、外側の「ジョイント」にはめ込まれます。通常はサークリップで固定されます。

バーフィールドジョイントは、ルゼッパジョイントをベースにした等速ジョイントの一種で、楕円形のトラックを使用して6つのボールの移動を制限しています。効率が向上し、現代の自動車のアウトボードドライブシャフトジョイントに広く使用されています。^{[ 6 ]}バーフィールドジョイントはバーフィールドインダストリーズ によって開発され、ミニなどの前輪駆動車の開発とともに広く使用されるようになりました。^{[ 7 ]}

トライポッドジョイントは、自動車のドライブシャフトの内側端で使用されます。このジョイントは、フランスのポワシーにあるグレンザー・スパイサー社のミシェル・オランによって開発されました。このジョイントは、シャフトに取り付けられた3点ヨークを持ち、その両端には樽型のローラーベアリングがあります。これらは、ディファレンシャルに取り付けられた3つの対応する溝を持つカップに収まります。1つの軸にのみ大きな動きがあるため、このシンプルな構成はうまく機能します。また、シャフトの軸方向の「プランジ」動作も可能で、エンジンの揺れやその他の影響でベアリングに予圧がかかりません。一般的なトライポッドジョイントは、最大50 mmのプランジ移動と26度の角度関節を備えています。^{[ 8 ]}トライポッドジョイントは、他の多くのジョイントタイプほど角度範囲は広くありませんが、コストが低く、効率が良い傾向があります。そのため、通常は後輪駆動車の構成、または必要な動作範囲が狭い前輪駆動車の内側で使用されます。 

ワイスジョイント（米国特許第1677311号、カール・W・ワイス著、「ユニバーサルジョイント」 ）は、2つの同一のボールヨークで構成され、これらは（通常）4つのボールによって確実に位置決めされる。2つのジョイントは、中央に穴の開いたボールによってセンタリングされる。円形トラック上の2つのボールがトルクを伝達し、残りの2つのボールがジョイントに予圧をかけ、荷重方向が変化してもバックラッシュが発生しないようにする。

その構造は、ボールがカップリングの2つの半分の間にしっかりと嵌合しており、ケージが使用されていない点で、Rzeppaとは異なります。中央のボールは外輪に挿入されたピン上で回転し、他の4つのボールのロック媒体として機能します。両方のシャフトが一直線上にあるとき、つまり180度の角度にあるとき、ボールはシャフトに対して90度の平面上にあります。駆動シャフトが元の位置にある場合、従動シャフトが動くと、ボールは角度距離の半分だけ移動します。たとえば、従動シャフトが20度の角度で移動すると、2つのシャフト間の角度は160度に減少します。ボールは同じ方向に10度移動し、駆動シャフトとボールが存在する平面との間の角度は80度に減少します。この動作により、ボールが駆動角度を二等分する平面上に存在するという要件が満たされます。このタイプのワイスジョイントは、ベンディックス・ワイスジョイントとして知られています。

ヴァイスの原理に基づいて動作する最も先進的なプランジジョイントは、クルト・エンケの6ボールスタージョイントです。このタイプは、トルクを伝達するために3つのボールのみを使用し、残りの3つは中心を保ち、一緒に保持します。ボールは予圧されており、ジョイントは完全にカプセル化されています。^{[ 9 ] [ 10 ]}

トンプソン ジョイント (トンプソン カップリングとも呼ばれる) は、中間シャフトをなくすために 2 つのカルダン ジョイントを互いに組み立てます。^{[ 11 ]} 入力シャフトと出力シャフトを一直線に保つために、コントロール ヨークが追加されます。コントロール ヨークは、球面パンタグラフシザー機構を使用して、入力シャフトと出力シャフトの間の角度を二等分し、ジョイントの相対位相角をゼロに保ちます。このアライメントにより、すべてのジョイント角度で一定の角速度が保証されます。中間シャフトをなくし、入力シャフトを等速平面で一直線に保つことで、ダブル カルダン シャフトに固有の誘導せん断応力と振動が大幅に低減されます。^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}幾何学的構成では、カルダン ジョイントを一直線にするコントロール ヨークの速度を一定に保つことはできませんが、コントロール ヨークの慣性は最小限で、振動はほとんど発生しません。標準的なトンプソン カップリングを直線、0 度の角度で連続使用すると、ジョイントに過度の摩耗と損傷が発生します。コントロールヨークの摩耗を減らすには、入力軸と出力軸の間に最低2度のオフセットが必要です。^{[ 15 ]}入力ヨークと出力ヨークをそれぞれの軸に対して正確に垂直にならないように変更すると、「許容されない」角度を変更または排除できます。^{[ 16 ]}

このカップリングの斬新な特徴は、例えば球面四節リンク機構（球面パンタグラフ）を用いてアセンブリ内の一対のカルダンジョイントを幾何学的に拘束する方法であり、このような特性の組み合わせを持つ最初のカップリングである。^{[ 17 ]}

CV ジョイントには、異物から保護し、潤滑グリースが漏れ出ないようにするため、通常は別の柔軟なカバーが取り付けられます。^{[ 20 ]}このカバーは通常ゴム製で、「CV ブーツ」または「CV ゲイター」と呼ばれます。ブーツに亀裂や裂け目があると、汚染物質が侵入し、ジョイントが急速に摩耗したり、完全に故障したりする可能性があります。ゴムが物理的または化学的に損傷を受けやすい過酷な動作環境では、ソリッド アクスル(ハウジング)、スイベル ハブ、またはクローズド ナックルで内部に配置され保護されたオールメタルのユニバーサル ジョイントまたは CVが望ましい場合があります。ゴム製の CV ブーツを保護するために、金属製の装甲やケブラー製のスリーブ/カバーが使用されることがあります。

CVジョイントは通常、二硫化モリブデングリースで潤滑されます。6つの球体は落下防止ゲートで囲まれており、シャフトが完全に一直線に並んだときに球体が落下するのを防ぎます。