KR100226011B1 - 유니버살 조인트용 윤활장치 - Google Patents

Abstract

자재 연결 장치의 이축에 윤활유를 보유하는 개선된 시스템을 제공하는 자재 연결 장치용 스탠드 파이프형 윤활장치가 개시된다. 바람직한 형태에서 윤활장치는 제1 및 제2의 대향 단부들 상에 다수의 환형 돌기부를 포함한다. 밀봉 및 공차 수용 등의 작용을 하는 돌기부들이 절두원추형 면과 그에 인접한 원통형 면을 형성한다. 각 원통형 면은 반경방향으로 연장하는 환형 면에 종결하며, 그 환형면은 이축의 윤활통로에서의 윤활장치의 이동에 대항하는 자동 잠김 특성을 제공하기에 적합하다. 또한, 윤활장치는 열 안정성을 갖는 성형가능한 재료로 만들어짐으로써, 고온에서도 적절하게 작동할 수 있다.

Description

유니버샬 조인트용 윤활 장치

제1도는 본 발명에 따른 유니버샬 조인트의 측면도.

제2도는 제1도의 유니버샬 조인트의 일 통이(筒耳)에 위치한 일 베어링 컵(전체 4세트)만을 나타낸 횡단 부재의 입면을 부분 단면하여 나타낸 도면.

제3도는 본 발명에 따른 스탠드파이프 윤활장치의 상부 절반부를 단면으로 확대하여 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 유니버샬 조인트 조립체 12, 14 : 축

20 : 베어링 컵 26 : 통이(筒耳)

28 : 십자부재 29, 42 : 공동(空洞)

30 : 중앙 몸체 36 : 윤활유 통로

38, 40 : 니플 43 : 카운터보어(counterbore)

44 : 홈 50 : 윤활장치

52 : 관모양 몸체 54, 56 : 단부

60, 62 : 말단 70, 72 : 돌기부

[배경기술]

본 발명은 산업용 및 차량용 유니버샬 조인트 조립체(universal joint assembles)의 윤활에 관한 것으로, 특히 유니버샬의 조인트의 십자부재(cross member)의 통이 또는 저널과 그 통이에 지지된 원통형 베어링 컵과의 사이에 위치한 니들 베어링(needle bearings)의 윤활을 개선시키는 장치에 관한 것이다.

일반적인 유니버샬 조인트는 2개 수직 축선을 따라 십자부재의 중앙 몸체에서 반경 방향 외측으로 연장하는 4개 통이(trunnious)를 가진 십자부재를 포함하는 것이다. 통이(筒耳)의 단부는 2개 연결 요크(yoke)의 러그 쌍으로 순차적으로 지지를 받는 베어링 컵 내에 포함된 니들 베어링에 회전 가능하게 지지되며, 각 요크는 구동 열(drivetrain)내에 분할 축과 결합되어 진다. 십자부재의 중앙 몸체에는 실내 공동부가 있으며, 실내 윤활유 통로가 그 공동으로부터 각각의 4개 통이를 통해 반경 방향으로 연장 형성되어지는 것이다. 십자부재의 중앙 몸체의 외측에 설치된 윤활유 주입구는 실내 공동과 직접 교통하여 4개 통로 안으로 윤활유를 공급하게 된다. 따라서, 윤활유 주입구를 통해 실내 공동안으로 주입된 윤활유는 상기 통로를 통해 이동하여 니들 베어링에 도달하게 되는 것이다.

유니버샬 조인트가 일정기간 동안 회전 운동을 한 후에 윤활유의 온도는 상승할 것이고 그리고 윤활유는 저 점성 액체로서 자유롭게 유동하려는 성질을 가질 것이다. 일반적인 구동 라인(driveline)에서는, 십자부재가 대략 수직인 평면에서 회전하게 된다. 유니버샬 조인트를 정지시킨 경우에, 밸브에 의한 차단이 없다면, 액체 윤활유는 상부에 위치한 1개 또는 2개의 베어링 컵에서 십자부재의 내부 통로를 통해 하강하여 하부에 위치한 컵으로 유출될 것이다. 만일, 유니버샬 조인트가 일정기간 동안 아이들 상태로 있게 된다면, 그리스는 냉각될 것이고 따라서 고체형태로 굳어지게 될 것이다. 그 후, 유니버샬 조인트가 회전을 재 개시하는 경우에, 윤활유가 비워져 있는 상부 컵은 당연히, 윤활유가 해당 컵 안으로 적절하게 귀류(flow-back)할 수 있도록 다시 액체로 될 때까지는, 그 마모가 증가하게 될 것이다.

종래, 이러한 문제를 해결하고자 하는 다양한 시도가 있었다. 예를 들면, 윤활유 통로 각각에 역지 밸브를 설치하여 윤활유가 통이 단부를 향하는 방향으로 내부 방향이 아닌 반경 방향 외측으로만 흐를 수 있게 한 것이다. 그러나, 이러한 장치의 대부분은 밸브 장치의 비작동 또는 결함 문제를 발생하였다. 일부 경우에서는, 윤활유가 통이 단부 모두에 특히, 윤활유가 다양한 역지 밸브체를 통과하여 지나가는데 많은 힘이 필요한 곳에서, 균일하게 도달하지 못하였다.

다양하게 시도된 해결 방안에서, 스탠드파이프(standpipe)부재를 이용하는 방안이 있는데, 여기서 관형 구조체의 일 단부는 각 통이의 윤활유 통로 안으로 연장하고, 타 단부는 통이 단부 내의 저장부 안으로 연장하는 것이다. 상기 부재는 아이들 기간 중에 일정량의 윤활유를 저장소 내에 유지시키는 기능을 하는 것이다. 상기 부재를 이용하는데 따른 주 문제점은 일반적인 공차 변화 범위 및 특히 상승된 온도 하에서 통이 윤활유 통로 내에 스탠드파이프 부재를 충분하게 밀봉하는 것과 관련이 있다. 즉, 일반적인 플라스틱제 스탠드파이프는 연성이어서 열을 받으면 이완되어지고, 따라서 상기 디바이스는 액체 윤활유가 스탠드파이프와 윤활유 통로 사이에서 흐르게 함으로, 유효하지 않았다.

[발명의 요약]

본 발명의 장치는 유니버샬 조인트가 정지하고 있는 동안, 그리고 특히 윤활유가 액체 상태를 유지하고 있는 기간 동안에, 상부 베어링 컵의 통이 내에 윤활유를 효과적으로 유지시키는 개선된 윤활 스탠드파이프 부재인 것이다. 본원의 스탠드 파이프 부재는 역지 밸브 또는 종래 기술의 윤활 문제로 발생되는 다른 제한 요소를 포함하지 않는 것이다. 본 발명의 개선된 스탠드파이프 윤활장치는 상승된 온도하에서도 액체 윤활유의 귀류에 대하여 충분히 유효한 밀봉을 양호하게 제공하는 것이다.

본원의 윤활장치는 축선을 따라 이격된 제1 및 제2 단부를 형성하는 기다란 관 모양 몸체를 포함하는 것이다. 상기 몸체는 일 단부를 통이의 윤활유 통로 안으로 삽입하기에 적합한 것이다. 관모양 몸체는 단부 중간에 반경 방향으로 연장된 위치설정 플랜지를 가지는 것이다. 위치설정 플랜지는 삽입되는 단부 길이에 대한 관모양 몸체의 삽입량을 한정시키는 것이다. 각 단부는 유효한 밀봉 및 공차 수용부재 모두로서 역할을 하는 적어도 1개의 변형 가능한 환형상 돌기부를 포함하는 것이다.

본원의, 축방향으로 이격진 다수의 돌기부는 유체 밀봉 동작 및 공차 수용매체를 포함하며, 관모양 몸체의 삽입 단부는 윤활유 통로 내에서, 삽입 단부의 직경과 통로 직경 간에 미리 정해진 치수 공차 범위 내에서 자체-결합 방식으로 마찰식으로 유지되는 것이다.

[상세한 설명]

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 제1도를 참조하면, 유니버샬 조인트 조립체(10)에는 일 쌍의 각진 옵셋용 커플링과, 회전 구동 및 피동 축(12, 14)이 설치된다. 유니버샬 조인트 조립체(10)는 보유링(24)을 통해 러그(22)에 고정된 배어링 컵(20)을 포함하는 1쌍의 요크(16, 18)와 합체되는 것이다.

제2도를 참조하면, 4개 베어링 컵(1개만 도시)(20)이, 도시된 바와 같이 십자부재(28)의 중앙 몸체(30)에서 반경방향으로 연장하는 4개 통이(저널이라고도 함)(26)에 회전 가능하게 설치된다. 윤활유 통로(36)는 각기 반경방향으로 연장하는 통이(26)의 중심을 통해서, 중앙 몸체(30)의 실내 공동(29)에서 바깥쪽으로 연장한다. 몸체(30)는 윤활유가 실내 공동(29) 내로 직접 주입되어 통로(36)로의 일방향으로 만의 흐름을 허용하도록 설계된 1쌍의 기울어진 외부 니플(38, 40)을 가진 윤활유 주입부(37)를 포함한다. 따라서, 유니버샬 조인트 조립체(10)는 내구성 및 원활한 작동을 위해 주기적으로 재윤활이 이루어지도록 설계된다.

각 통로(36)는 각 통이(26)의 말단(27)에 위치한 실내 공동(42) 까지 이어진다. 각 공동(42)은 작동 기간 사이에 적절한 윤활을 유지시킬 수 있는 크기로 된 카운터보어(43)로 형성된다. 윤활 시스템은 윤활유가 통로(36)를 거쳐, 공동(42)안으로, 그리고 궁극적으로는 베어링 컵(20)의 실내를 통과하도록 한다. 이러한 목적으로, 통이(26)의 말단(27)에는 액체 윤활유의 흐름이 원활하도록 반경방향 외측으로 이어진 홈(44)을 설치한다. 그리스는 상기 홈(44)을 통과하여 각 컵의 실내 원통 면(23)과 각 통이의 실내 원통 면(34)과의 사이에 위치한 다수의 니들 베어링(32)을 윤활한다. 상기 윤활유는 각 컵과 통이와의 사이에 위치한 이중 립 시일(lip seal)(46)(1개만 도시)에 의해 각 컵 내부에 보유된다.

일반적인 유니버샬 조인트 조립체(10)는, 그 사용 가능한 기간 중에, 비작동 기간이 있게 될 것이며, 그때 유니버샬 조인트 조립체는 1개 또는 2개의 통이가 다른 통이에 대한 상부 위치에서 정지 위치를 유지하게 될 것이다. 윤활유가 액체상태로 있는 작동 전의 임의의 기간 중에, 상기 액체 윤활유는 높게 위치한 통로(36)를 통해 중력에 의해 하부 컵(20) 내로 하강 배출이 자연적으로 이루어지게 된다. 임의의 아이들 기간이 경과한 후에, 윤활유는 냉각되고, 굳어져서 차량 동작이 재개(resumption of vehicular operation)되기 전에 점성을 되찾아야 한다. 회전이 재개됨에 따라, 초기에는 윤활유가 다시 액체 상태로 될 때까지 윤활유 배출 컵에서 유지되려는 성질로 보유되어 있다. 더욱이, 유니버샬 조인트 조립체(10)에는 윤활유를 그 컵 내에 보유시키려는 원심력도 작용하게 될 것이다. 이러한 영향이 복합적으로 작용하여 동작이 재개된 초기에는 1개 또는 2개 이상의 컵에 윤활유가 고갈될 수 있으며, 그 결과로 유니버샬 조인트 조립체(10)의 마모가 어느 정도 가속될 것이다.

이제 제3도를 참고하면, 본 발명은 a-a축선을 따라 연장하는 상하 대칭의 제1 및 제2 단부(54, 56)를 가진 기다란 관모양 몸체(52)를 형성하는 스탠드파이프 윤활 장치(50)를 제공한다. 몸체는 각 통이(26)를 통해 연장하는 윤활유 통로(36)안으로 어느 한쪽 단부를 삽입하기에 적합한 것이다. 제1 및 제2 단부(54, 56) 중간에 반경 방향으로 연장하는 위치 설정 플랜지(58)가 제공된다. 바람직한 형태에서, 상기 플랜지는 두 단부 사이에 대칭으로 배치되어 관모양 몸체(52)의 어느 한쪽 단부(54 또는 56)의 삽입 길이를 적절하게 제한하는 것이다.

각각의 카운터보어(43)(제2도)는 해당 윤활유 통로(36)와 접촉하는 절두원추형 기부(48)를 포함한다. 각 윤활장치(50)의 플랜지(58)는 반경방향으로 연장하는 1쌍의 경계설정 기부(locator bace)(57)를 포함하며, 각 기부는 몸체(52)의 한 단부(54 또는 56)와 대면하는 것이다. 각 경계설정 기부(57)는 카운터보어 기부(48)와 접촉하는 둥근 곡선을 이루는 원주둘레 모서리(59)를 형성한다. 경계설정 기부(57)와 해당 카운터보어 기부(48)가 정확하게 접촉함으로써 단부(54 또는 56)의 삽입을 제한하게 된다. 즉 제 위치에 배치되게 한다. 밀봉 기능이 후술되는 바와 같이 전적으로 돌기부(70, 72)에 의해 실행되므로, 상기 접촉으로 인해 윤활유 밀봉 동작이 필요하거나 또는 밀봉 영향이 발생하지는 않는다. 바람직한 형태에서는, 두 단부(54, 56)가 그 단부 각각의 말단(60, 62)에 반경 방향으로 연장하는 다수의 노치(64, 66)를 포함하는 것이다. 상기 노치는 윤활장치(50)의 말단(60, 62)이 베어링 컵(20)의 실내 바닥부(21)와 접촉하더라도 베어링으로의 액체 윤활유의 반경 방향 흐름이 용이하게 하는 것이다.

각 단부(54, 56)는 말단(60, 62)과 그 말단에 가장 가까운 경계설정 기부(57) 사이에서 연장하는 길이 부분으로 형성된다. 환형상으로 변형 가능한 다수의 돌기부(70, 72)는 각기 단부(54, 56)를 따라 축방향으로 분포된다. 상기 돌기부는 관모양 몸체(52)의 a-a축선을 중심으로 양쪽의 축방향 원주를 따라 대칭으로 형성된다. 상기 돌기부의 직경은 관모양 몸체(52)와 그 몸체의 한 단부(54, 56)가 삽입되는 통로(36)의 직경보다 크다. 상기 돌기부는 자체 결합적으로 삽입 가능하도록(self-lockingly insertable) 설계되는데, 즉 각 단부(54, 56)의 돌기부(70, 72)가 위치 설정 플랜지(58)로부터는 원격지고 삽입되는 말단(60 또는 62)을 향하는 방향으로 대면하는 절두원추형 면(80, 90)을 형성하도록 정렬 배치된다. 각 돌기(70, 72)의 절두원추형 면(80, 90)에 인접한 원통 면(82, 92)이 위치설정 플랜지(58)를 향해 반경방향으로 연장하는 환형 면 또는 립(84, 94)을 형성한다. 통로(36)안으로 삽입된 후의 돌기부의 성질에는 윤활장치(50)가 통로에서 제거 또는 이동하려는 성질에 대한 저항력이 있게 된다. 이와 같은 자체 결합 특성으로써 회전 원심력 하에서 말단(60, 62)이 베어링 컵의 바닥부(21)와 마찰을 일으켜서 노치(64, 66)를 마모시키려는 영향을 사전에 방지하는 것이다. 윤활유를 고갈시키게 되는 상기 마찰 현상은 종래의 유니버샬 조인트 조립체의 주된 고장원인이었다.

가장 효과적인 돌기부는 열 안정성을 가지도록 합성된 나일론 또는 플라스틱과 같은 성형성 탄성재료로 만드는 것이 바람직하다. 바람직하게, 돌기부는 관모양 몸체(52)와 일체이고, 그 직경은 통로(36)와 몸체(52)의 외경 사이의 공차를 수용할 수 있도록 그 몸체(52)의 직경보다 충분히 크다. 필수적인 영 안정성을 가진 바람직한 재료중의 하나로는 E.I. Du Pont de Nemours, Inc.에서 제조하여 상품명 Zy tel으로 판매하는 것이 있다.

돌기부(70, 72)의 각 립(84, 94)이 반대방향으로 대면하도록 형성하여 윤활장치(50)의 어느 한 단부(54 또는 56)가 통로(36)안으로 안정적으로 삽입될 수 있음은 당 분야의 기술인이 이해할 수 있을 것이다. 돌기부(70, 72)는 단부(54, 56)가 통로(36)안으로 삽입됨에 따라 변형되게 된다. 따라서 어느 한 단부(54, 56)가 공차를 수용하기에 적합한 마찰 유지 시스템을 제공하여, 몸체(52)와 윤활유 통로(36)사이에서 유동하는 액체 윤활유를 그 사이에 미리 결정된 치수 변화 범위 내에서 밀봉시킬 수 있는 것이다.

[예]

표준 스탠드 파이프 윤활 장치(50)의 길이는 3,33cm(1.31인치)이다. 위치설정 플랜지(58)의 직경은 1,12㎝(0.44인치)이다. 관모양 단부(54, 56)의 전체 외경은 각기 0.76㎝(0.3인치)이고 전체 허용 공차는 0.025㎝(0.010인치)인 반면 돌기부(70, 72)의 직경은 0.838㎝(0.330인치)이고 허용 공차 범위는 0.025㎝(0.010인치)이다. 따라서, 돌기부(70, 72)와 몸체(52)의 외측면 사이의 반경방향 치수차(R)(제3도)는 대략 0.038㎝(0.015인치)이다.

윤활유 실내 공동(42)의 말단을 형성하는 카운터보어(43)의 직경은 대략 1.57㎝(0.62인치)이다. 실내 통로(36)의 직경은 0.7963㎝(0.3135인치)이고 공차는 0.033㎝(0.013인치)이다. 원통 면(82, 92)의 축방향 길이는 0.051㎝(0.020인치)이다. 인접한 절두원추형 면(80, 90)은 a-a축선에 대해 30˚의 각도로 연장한다. 몸체(52)를 통해 연장하는 실내 보어(51)의 직경은 0.48㎝(0.19인치)이다. 마지막으로, 각 단부(54, 56)의 길이는 1.346㎝(0.530인치)이다.

Claims (1)

1. a-a축선을 따라 이격진 제1 및 제2 단부(54, 56)가 형성된 기다란 관모양 몸체(52)를 포함하는 유니버샬 조인트용 윤활장치(50)에 있어서, 상기 몸체는 단부 위에 상기 단부 주위 반경 방향으로 연장된 1개 이상의 변형 가능한 환형상 돌기부(70, 72)를 구비하고 그리고 부가적으로 상기 단부 중간에 개재된 반경방향 연장 위치설정 플랜지(58)를 구비하며, 1개 이상의 상기 단부는 유니버샬 조인트 십자부재(280의 저널 윤활유 통로(36)안으로 삽입되고, 상기 플랜지는 상기 통로 내로의 몸체의 삽입 범위를 한정하도록 돌기부로부터 축선방향으로 이격 형성되는 것을 특징으로 하는 유니버샬 조인트용 윤활장치.