KR0147462B1 - 스플라인축과 스플라인 허브사이의 압축끼워맞춤 - Google Patents

스플라인축과 스플라인 허브사이의 압축끼워맞춤

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KR0147462B1
KR0147462B1 KR1019940025813A KR19940025813A KR0147462B1 KR 0147462 B1 KR0147462 B1 KR 0147462B1 KR 1019940025813 A KR1019940025813 A KR 1019940025813A KR 19940025813 A KR19940025813 A KR 19940025813A KR 0147462 B1 KR0147462 B1 KR 0147462B1
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클라우스 바이쓰, 토니 다흐멘
메르세데스-벤츠 아크티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 스플라인 축 및 스플라인 허브 사이의 압축 끼워맞춤에 관한 것이다. 스플라인 축은 한 단부 부근 바깥쪽에 형성된 스플라인 축 톱니들을 갖고 있으며, 스플라인 허브는 필수적으로 스플라인 축 톱니들에 일치하는 내부 스플라인 허브 톱니들을 갖고 있다. 미리 제작된 상태에서, 즉 끼워맞춤전의 상태에서 스플라인 허브 톱니는 스플라인 축 톱니에 비해 작은 치수를 갖고 있다. 삽입측 정면에 있는 스플라인 축 톱니의 톱니 경사면들의 모서리들은 절삭날로써 제작되어, 스플라인 허브안으로 스플라인 축을 삽입할 때 이 절삭날이 스플라인 허브 톱니의 톱니 경사면을 절삭하면서 끼워진다. 이때 발생하는 칩들로부터 야기되는 위험을 피하기 위해, 스플라인 축인 스플라인 허브 안으로 삽입되는 깊이는 견부에 의해 제한되며, 절삭날 및 견부사이의 길이는 스플라인 허브의 길이보다 작다.
그 결과, 칩들은 스플라인 허브의 톱니 안에 잔류하게 된다.

Description

스플라인축과 스플라인허브 사이의 압축 끼워맞춤
제 1도는 본 발명에 따라 구성되고 축방향면을 따라 단면으로 도시된 스플라인 허브(spline hub) 및 관련 스플라인 축의 사시도.
제 2도는 스플라인 축 이배열(toothing)을 구성하는 이(tooth)의 사시도.
제 3도는 제1도 및 제2도의 스플라인 축으로 이루어진 압축 끼워맞춤(press fit)의 확대 상세도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 스플라인 축(spline shaft) 2 : 스플라인 허브(spline hub)
3 : 돌축측부(shoulder) 4 : 스플라인 축 이(tooth)
5 : 절삭 변부 6 : 이끝면
7 : 노우즈(nose) 8 : 측면부
9 : 플랭크 10 : 칼라(collar)
11 : 이끝(tip) 12 : 윗면(roof face)
13 : 회전축 14 : 기저면
본 발명은 관련 기초사항으로서 독일특허 제 DE 2,925,058 A1호에 공개 된, 스플라인 축(spline shaft)과 스플라인 허브(spline hub) 사이의 압축 끼워맞춤(press fit)에 관련된다.
독립현가장치가 부착된 차량휠(vehicle wheel)로 구성되는 승용차용 구동 액슬(driving axle)에 있어서, 각각의 구동휠에는 두 개의 동기식 로타리 조인트(synchronous rotary joint)를 가진 구동축이 필요하며, 상기 구동축의 스플라인 허브(spline hub)는 스플라인 이배열(spline toothing)을 통해서 해당 스플라인 축(spline shaft)에 압축되어진다. 특히 교통정체시 오버러닝(overrunning)으로부터 트랙션(traction)까지 그리고 트랙션(traction)으로부터 오버러닝(overrunning)까지 휠 토크(wheel torque)의 잦은 변화를 고려할 때, 원주방향의 확실한 결합(positive connection)이 모든 축들에 대해 효과적으로 즉 균일하게 이루어지고, 높은 내하중 부분으로 구성되는 것이 바람직하다. 더구나 압축이 이루어지는 동안 축방향하중이 축 조인트(shaft joint)상에 작용하기 때문에, 모든 축들에 대해 대략 동일한 크기의 양호한 축방향 결합(axial connection)이 요구된다. 지금까지 일반적으로 상기 요구사항은 적절한 끼워맞춤(fit)의 선택에 의해 충족되어 왔다. 상기 목적을 위해 고정밀도로 제조된 부품들을 부품별로 측정하여 일반적으로 대략 6가지 결합쌍(paring)의 복수개의 분류로 분류하는 것이 필수적이다. 스플라인축 이배열(spline shaft toothing)은 양측면에서 한 개의 축에 부착되고, 각각의 스플라인축 이배열은 서로 다른 치수로 분류될 수 있기 때문에, 다수의 분류들이 상기 요구사항으로부터 발생된다.
치수에 관한 분류개수는 결합쌍(paring)의 개수의 제곱이 된다. 그러나 스플라인축과 스플라인 허브의 결합을 위해 그리고 실제 축 조인트(shaft joint) 즉 조인트 허브(joint hub)와 조인트 링(joint ring)을 위해 끼워맞춤이 선택되어야 하고, 유사하게 적어도 6개의 치수분류가 상기 목적을 위해 필요하기 때문에, 조인트 허브(joint hub)를 위해 적어도 36개의 치수분류가 이루어진다. 상기 갯수의 치수분류에 기인하여 측정작업과 관련하여 요구되는 투자비용지출 및 소요시간이외에 상당한 자본을 고정시키고 공간 및 재료와 관련된 상당한 비용지출이 공작물들의 효과적인 보관을 위해 필요하게 된다. 끼워맞춤의 선택에 기인하여 재작업 또는 보수작업이 또한 훨씬 더 어렵고 훨씬 더 많은 비용이 요구되는데, 왜냐하면 부분적인 교체가 불가능하기 때문이다.
해결방법이 스플라인 축과 허브사이의 압축 끼워맞춤에 관한 독일특허 DE 2,925,058 A1에 명시되어 있다. 이 경우에, 스플라인 축 이배열(toothing)이 스플라인 허브 이배열(toothing)보다 단단하거나, 또는 스플라인 축이 적어도, 이배열(toothing) 부근에서 스플라인 허브 이배열(toothing)보다 더욱 단단한 재료로 제조된다. 스플라인의 단면부에 스플라인 축이 삽입되는 방향으로 스플라인 허브 안쪽으로 상승구조를 가지고 특히 스플라인 축이 스플라인 허브 이배열(toothing)내로 용이하게 삽입하기 위한 경사면(bevel)이 스플라인 축 이배열(toothing)을 가진 스플라인들이 구성된다. 상기 경사면은 절삭변부로써 설계되고, 동시에 스플라인 축의 이(tooth)들에 형성된 측면 플랭크(flank)의 단부 한계를 형성하는 측면변부(lateral edges)들을 갖고 있다. 스플라인 축이 스플라인 허브 내부로 축방향을 따라 압축되는 동안, 스플라인 허브 이배열(toothing)의 구성재료를 적어도 부분적으로 제거하므로써, 상기 절삭변부들은 기준치수보다 작게(undersize) 제조된 스플라인 허브 이배열(toothing)과 맞춰진다. 스플라인 축 이(tooth)들의 상기 설계에 의해 비용절감 효과를 가진 압축 끼워맞춤은 높은 기계 강도를 갖게 되며, 높은 토크가 전달될 수 있다. 그러나, 구동용 베벨 휠(bevel wheel) 또는 변속기축, 리어 액슬 축(rear-axle shaft), 조인트링(joint ring)들에 있어서, 압축작업시 발생되는 칩(chip)들은 스플라인 허브로부터 돌출하는 스플라인 축의 단부면으로부터 깨끗이 제거되어야 하는데, 왜냐하면 상기 칩들이 제거되지 않으면, 상기 형태의 압축 끼워맞춤시, 다른 손상이 발생되기 때문이다. 그러나 상기 칩제거 작업은 시간을 소비하고 비용을 증가시킨다. 더욱이, 단순한 칩제거와 관련해서 스플라인 허브의 외부 치수가 변하기 때문에, 허브의 외부면이 재작업되어야 한다.
발생된 칩들에 의해 야기되는 위험을 피하는 또다른 방법이 독일특허 DE 3,732,223 A1에 명시되어 있다. 상기 특허에 있어서, 압축작업시 발생하는 칩을 수용하는 횡방향 요홈(transverse groove)을 가진 스플라인 축 단면이 제공되어, 칩들이 스플라인 축의 단부면에서 이탈되는 것이 방지된다. 그러나 상기 칩 제거방법은 스플라인 축 이배열(toothing)을 제조시 추가의 작업 단계를 필요로 한다.
본 발명의 목적은 공지된 장점들을 지니면서 더욱 비용이 절감되고, 스플라인 허브의 외부면의 치수정밀도가 우수하며, 칩들이 발생됨으로써 야기되는 위험이 감소되거나 제거될 수 있는 압축 끼워맞춤을 개발하는 것이다.
공지된 압축 끼워맞춤을 기초로 하여 본 발명에 따라 스플라인 축이 배열에 구성된 각각의 이(tooth)는 삽입측에 위치한 이(tooth)의 단부위에 노우즈(nose)를 가지고, 노우즈의 단면은 스플라인 축 이배열에 구성된 이(tooth)의 단면보다 작으며, 노우즈에 구성된 각각의 측면은 관련 절삭변부와 일체로 구성되고, 스플라인 허브 이배열(toothing)에 형성된 이(tooth)의 마주보는 플랭크(flank)와 노우즈에 구성된 적어도 한 개의 측면이 칩포켓(chip pocket)을 형성한다.
스플라인 이배열(toothing)이 이(tooth)들에 구성된 단부면이 본 발명에 따라 설계되므로, 스플라인 허브 이배열(toothing)의 불필요한 재료가 스플라인 허브(spline hub)로부터 돌출하는 스플라인 축의 유출측 단부영역의 바로 앞까지 스플라인 허브로부터 절삭되며, 고정되지 않고 유동하는 칩이 형성될 수 없다. 그 결과 스플라인 허브에서 절삭된 재료는 예를 들어 스플라인 허브(spline hub)의 포켓(pcket)내에 유지되고, 선호적으로 항상 단부상에 재료 결합재(meterial bond)를 가진다. 추가로 단지 소량의 재료가 절삭되므로 스플라인 허브의 우수한 치수정밀도가 보장된다.
유리한 실시예들이 종속항들로부터 얻어질 수 있다. 또한 본 발명은 도면들에서 예로써 도시되어 있는 실시예에 의해 설명된다.
제1도는 조립전의 스플라인 축(spline shaft)(1) 및 관련 스플라인 허브(spline hub)(2)를 나타낸다. 스플라인 허브(2)의 재료보다 더 단단한 재료로 스플라인 축(1)이 제조된다. 상기 스플라인 축(1)은 스플라인 축의 외측 단부영역에 배열되고, 스플라인 축(1)의 회전축(13)과 평행하게 연장구성되는 스플라인 축 이배열(toothing)을 가진다.
스플라인 허브(2)는 축방향의 구멍을 가지고, 상기 구멍의 표면에는 필수적으로 스플라인 축 이배열(toothing)과 일치하는 스플라인 허브(2) 이배열(toothing)이 형성되어 있다. 그러나 스플라인 축(1)과 스플라인 허브(2)의 조립이 이루어지기 전에, 즉 끼워맞춤이 이루어지기 전에 상기 스플라인 허브(2) 이배열은 스플라인 축(1) 이배열의 치수에 비해 작다.
즉, 스플라인 허브(2)에 구성되는 이(tooth)배열의 간격은 스플라인 축(1)에 구성되는 이배열의 해당 폭(width)보다 작은 치수를 가진다. 스플라인 허브 이배열(toothing)의 기저면(14)과 스플라인 축 이배열(toothing)의 이끝(11)사이에는 압축 끼워맞춤(press fit)에 의해 자유공간(15)이 형성되므로, 스플라인 허브 이배열(toothing)중 이(tooth)의 높이는 스플라인 축 이배열(toothing)중 스플라인 축 이(4)의 이뿌리와 이끝(tooth tip)(11) 사이의 높이보다 크다.
기준치수보다 작은(undersize) 스플라인 허브 이배열(toothing)에 형성된 이(tooth)간격을 스플라인 축 이배열과 맞추기 위해 압축 끼워맞춤(press fit)이 이루어질 때 다시 말해 압축(pressing)에 의해 스플라인 축(1)이 스플라인 허브(2)내로 삽입될 때, 스플라인 허브 이배열에 구성된 플랭크(flank)(9)위에서 칩(chip)을 발생시키며 결합되고 스플라인 축 이배열(toothing)에 구성되는 플랭크(flank)들의 절삭 변부(5)들이 삽입부측의 전면에 구성된다.
스플라인허브(2)내로 스플라인 축(1)이 삽입될 때 삽입깊이는 돌출측부(shoulder)(3)를 가진 칼라(collar)(10)에 의해 제한되고, 절삭변부(5)와 돌출측부(3) 사이의 스플라인 축 이(4)의 길이(A)는 스플라인 허브(2)의 축방한 연장길이(B)보다 작다. 스플라인 축 이배열의 상기 구성에 의해, 스플라인 허브(2)의 전체 축방향 연장길이(B)에 해당하지만 스플라인 허브(2)로부터 벗어난 스플라인 축(1)의 출구측 단부영역의 바로 앞에 위치한 해당길이에 대해, 스플라인 허브 이배열의 플랭크(9)는 절삭되지 않는다. 또한 소량의 구성재료가 절삭되므로, 스플라인허브(2)의 양호한 외측치수 정밀도가 보장된다.
스플라인 허브 이배열에 구성되고 마주보는 위치의 이(tooth)들의 플랭크(9)들과 함께 칩포켓(chip pocket)들을 형성하는 노우즈(nose)(7)가 스플라인 축 이(4)의 단부 및 스플라인 축 이(4)의 이끝면(6)위에 배열되고, 선호적으로 결합재(18)가 단부위치에 배열되므로 칩(chip)(17)이 스플라인 허브(2)내에 유지된다. 결합재(18)의 재료가 상기 칩포켓(chip pocket)들내에 분포되고, 적절하다면 칩(17)과 함께 적어도 부분적으로 압축될 수 잇다.
상기 칩포켓을 형성하기 위해, 노우즈(7)의 단면은 스플라인 축 이(4)의 단면보다 작다. 제2도를 참고할 때, 스플라인 축 이(4)의 이끝면(6)이 구성되는 영역내에서, 플랭크(9)로부터 떨어져 있고 반대편에 위치하며 노우즈(7)에 구성된 각각의 측면부(8)는 스플라인 이(4)의 관련 절삭변부(5)와 일체로 구성된다.
절삭 변부(5)들은 원뿍곡선에 대해 접선방향으로 형성되고, 상기 원뿔곡선의 정점은 스플라인 축(1)이 스플라인 허브(2)내로 삽입되는 방향을 가리킨다. 절삭 변부(5)는 스플라인 축(1)의 회전축(13)에 대해 10°도와 40°사이의 각도, 특히 15°도와 30°도사이의 각도를 형성하는 것이 유리한 것으로 증명되었다. 관련 노우즈(7)의 측면부(8)보다 뒤쪽에 구성되고 특히 측면부(8)와 일체로 구성되는 절삭 변부(5)의 상긱 각도에 의해, 스플라인 허브(2)의 이(tooth)간격의 기저면(14)과 스플라인 축 이(4)의 이끝(11) 사이에 형성된 자유공간(15)내로 미끄럼면위에서 절삭된 칩(17)이 유입된다.
돌축측부(3)를 향하여 상승구조를 이루는 경사면(bevel)에 의해서 이끝(11)과 일체로 구성되고 노우즈(7)에 형성된 윗면(roof face)(12)은 적어도 영역들내에서 이끝(11)과 일체로 구성되어 칩(17)의 유동이 개선될 수 있다.
특히 상기 방법에 의해 이루어지는 압축 끼워맞춤에 의해, 스플라인 축(1)을 스플라인 허브(2)로 삽입하는 방향과 반대방향으로 절삭된 칩(chip)(17)들의 고정되지 않는 부분들이 머리카락과 같이 스플라인 허브(2)의 스플라인 허브 이배열(toothing)로부터 분출유동하고, 스플라인 축(1)이 외부로 당겨져 나오면, 절삭된 칩(17)들이 고정되지 않은 부분들의 상기 유동들을 알 수 있게 된다.
스플라인 허브(2) 내부로 돌축측부(3)까지 삽입되는 스플라인 축(1)은 스플라인 허브(2)로부터 튀어나온 단부 영역에 원형효홈(16)을 가진다. 상기 원형요홈(16)은 스프링 링(spring ring)과 같이 구속효과(locking effect)를 가지는 지지링이 구성되도록 제공된다.
특별한 실시예에 있어서, 지지링(19)에는 원뿔모양의 외부면이 제공되고, 상기 외부면의 외측변부는 스플라인 허브(2)를 지지하고 동시에 스플라인 이배열(spline toothing)을 덮게 된다. 추가로 스플라인 축(1)이 스플라인 허브(2)내에 고정되므로, 상기 지지링이 원형요홈(16)내에 배열되고 스플라인 축(1)과 스플라인 허브(2)사이에서 축방향 하중을 가할 수 있다면 유리하다.
본 발명이 상세히 설명되었을지라도, 상기 설명은 비제하적인 실시예로서 설명된 것이다. 본 발명의 사상과 범위는 다음의 청구범위들에 의해서만 제한된다.

Claims (5)

  1. 스플라인 축 이배열(toothing)의 재료가 스플라인 허브 이배열의 재료보다 단단하고, 스플라인 축은 스플라인 축의 외측부에 구성되고 스플라인 축에 형성되는 회전축에 대해 축방향으로 평행하게 연장구성되는 스플라인 축 이배열을 가지며, 스플라인 축 이배열과 일치하고 스플라인 축과 스플라인 허브가 조립되기 전의 상태에서 스플라인 축 이배열에 대하여 기준치수보다 작게(undersize) 스플라인 허브 이배열이 제공되고, 스플라인 축의 삽입전면부에 스플라인 축 이의 측면에 구성된 변부들은 절삭 변부들을 형성하고, 스플라인 축이 스플라인 허브내로 삽입되는 동안 상기 절삭 변부들이 스플라인허브 이배열(toothing)에 형성된 플랭크들에 대해 칩발생효과를 가지며 결합되는 스플라인 축과 스플라이 허브사이의 압축 끼워맞춤에 있어서, 스플라인 축(1)이 스플라인 허브(2)내로 삽입되는 깊이는 돌축측부(3)에 의해 제한되고, 돌축측부(3)와 절삭 변부(5) 사이의 스플라인 축 이(4)의 길이(A)는 스플라인허브(2)의 축방향 연장길이(B)보다 작은 것을 특징으로 하는 스플라인 축과 스플라인 허브사이의 압축 끼워맞춤.
  2. 제1항에 있어서, 스플라인 축(1)의 삽입측에 위치하는 이끝면(6) 위에 스플라인 축 이밸열을 형성하는 각각의 스플라인 축 이(4)가 노우즈(7)를 가지고, 노우즈(7)의 단면은 스플라인 축 이(4)의 단면보다 작으며, 노우즈(7)에 형성된 각각의 측면부(8)가 관련 절삭 변부(5)와 일체로 구성되고, 노우즈(7)에 형성된 한 개 이상의 측면부(8)와 반대편에 구성된 스플라인 허브 이배열의 플랭크(9)가 칩포켓을 형성하는 것을 특징으로 하는 스플라인 축과 스플라인 허브사이의 압축 끼워맞춤.
  3. 제1항에 있어서, 절삭 변부(5)들은 원뿔곡선에 대해 접선방향을 향하고, 원뿔곡선의 정점은 스플라인 축(1)이 스플라인 허브(2)내로 삽입되는 방향을 가리키는 것을 특징으로 하는 스플라인 축과 스플라인 허브사이의 압축 끼워맞춤.
  4. 제1항에 있어서, 돌출측부(3)가 칼라(10)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 스플라인 축과 스플라인 허브사이의 압축 끼워맞춤.
  5. 제1항에 있어서, 노우즈(7)의 윗면(12)는 돌출측부(3)를 향해 상승구조를 이루는 경사면에 의해서 이끝(11)과 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 스플라인 축과 스플라인 허브사이의 압축 끼워맞춤.
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