KR100314250B1 - 삼축교차등속조인트 - Google Patents

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KR100314250B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

본 발명은 회전운동을 전달하는 조인트로, 입력축의 회전을 같은 속도로 출력축에 전달하며, 입력축과 출력축간의 교차각을 약 90도까지 조절할 수 있고, 간단한 구조를 갖는 삼축 교차 등속조인트에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 입력축의 등속 회전을 출력축에 등속 회전으로 전달하는 등속조인트에 있어서, 입력축과 출력축이 되는 제 1, 제 2 축(10, 20)과, 상기 제 1, 제 2 축(10, 20)간의 교차각도로 인하여 가감속되는 회전력을 보정하는 슬라이딩 기구와, 상기 슬라이딩 기구와 제 1, 제 2 축(10, 20)을 연결하는 연결기구를 포함하며, 상기 슬라이딩 기구는 주 회전축(50)과, 상기 주 회전축(50)의 둘레를 따라 상하 슬라이딩 및 좌우 회전이 가능한 다수의 3축 교차 회전포인트(41, 42, 43)를 구비하고, 상기 연결기구는 상기 제 1, 제 2 축(10, 20)과 3축 교차 회전조인트(41, 43)를 연결하는 다수개의 링크 플레이트(31, 31, 33, 34)를 구비하며, 상기 3축 교차 회전조인트(41, 42, 43)는 상기 주 회전축(50)을 따라 서로에 대해 동일방향 또는 반대방향으로 회전하는 제 1, 제 2 회전부(70, 80)로 구성되며, 상기 제 2회전부(80)는 상기 제 1회전부(70)의 사이에 끼워져 상기 주 회전축(50)에 대하여 좌우방향으르 회전하는 것을 특징으로 하는 삼축 교차 등속조인트가 제공된다.

Description

삼축 교차 등속조인트
본 발명은 등속조인트에 관한 것이며, 특히, 입력축의 회전을 같은 속도로 출력축에 전달하며, 입력축과 출력축간의 교차각을 약 90도까지 조절할 수 있는 삼축 교차 등속조인트에 관한 것이다.
예를 들면, 자동차의 추진축에서 바퀴로 연결되는 부위와 같이 두 축간의 교차각도에 변화가 생기는 이음부에서 입력축과 출력축간의 교차각도 변동에 무관하게 입력축의 회전을 같은 속도로 출력축에 전달할 필요가 있다.
일반적으로 자동차가 요철도로를 주행할 때에는 바퀴가 강하로 움직이기 때문에, 바퀴와 추진축간에는 각도 변화가 발생한다.
도 1 및 도 2를 참조로 하여, 종래의 등속조인트를 개략적으로 설명하겠다.
종래의 등속조인트는 자동차의 엔진에서 발생한 구동력으로 회전하는 입력축 (1) 및 출력축(2)과, 그리스의 유출을 방지하는 버필드 조인트 부트(3)와, 상기 입력축(1)과 출력축(2)의 교차각을 조절하는 버필드 포인트(5) 및, 더스트 커버(7)로 구싱되어 있다.
도 1 및 도 2에 보이듯이, 버필드 조인트(5)는 출력축(2)이 결합된 케이싱 (11)을 포함한다.
이런, 케이싱(11)의 내면에는 소정의 깊이의 외륜(12)이 형성되어 있고, 이런 외륜(12)에는 등간격을 두고 6개의 안내홈(13)이 형성되어 있다.
이런, 외륜(12)의 내면은 오목형태의 구면으로 형성되어 있다.
이렇게 형성된 외륜(12)에는 내륜(14)이 삽입되는데, 이런 내륜(14)의 외면은 볼록한 형태의 구면으로 형성되어 있고, 그 위에는 상기 외륜(12)의 안내홈(13)에 대응하는 안내홈(15)이 형성되어 있다.
이렇게 형성된 외륜(12)의 안내홈(13)과 내륜(14)의 안내홈(15)에 의해 형성된 공간에는 각각의 볼(16)이 삽입된다. 또한, 상기 외륜(12)과 내륜(14)의 사이에는 상기 볼(16)이 안내홈(13, 15)의 일정 위치에서 항상 지지될 수 있도록 하는 등간격으로 6개의 구멍(17)이 형성된 케이지(18)가 삽입된다.
즉, 상기 안내홈(13, 15)및 케이지(18)의 구멍에는 볼(16)이 삽입되며, 이런 볼(16)은 안내홈(13, 15)을 따라 미끄러지면서 회전한다.
또한 내륜(14)의 중앙에는 입출력(1)의 한 쪽 단부와 연결되는 구명(19)이 형성되어 있다.
아래에서, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 종래의 등속조인트의 작동관계를 설명하겠다.
상기 볼(16)은 입력축(1)과 출력축(2)이 일직선상에 있을 때, 케이지(18)에 의해 안내홈(13, 15)안에서 항상 일정한 위치에 있지만, 입력축(1)과 출력축(2)의 축방향이 서로 교차하게 연결되면, 안내홈(13, 15)을 따라 미끄러진다.
즉, 입력축(1)의 동력은 버필드 조인트(5)의 내륜(14)과 외륜(12)사이에 위치하는 6개의 볼(16)을 통해 출력축(2)으로 전달된다.
이때, 볼(16)과 접하는 내륜(14)은 볼(16)과 한 점에서 접하며, 외륜(12) 또한 볼(16)의 한 점에서 접한다.
이렇게 내륜(14)과 볼(16)이 접하는 접점에서 내륜(14)의 회전력을 볼(16)에 전달하고, 이렇게 볼(16)에 전달된 회전력은 외륜(12)과 볼(16)이 접하는 접점을 통하여 외륜(12)으로 전달된다.
앞서 설명한 바와 같이, 작동하는 종래의 등속조인트는 점접부위에서 응력이 집중되므로, 내륜(14)과 외륜(12)은 피로 파괴 될 수 있고, 볼(16) 또한 응력이 집중되는 단점이 있다.
또한, 종래의 등속조인트는 볼(16)과 접하는 부분이 있고, 볼(16)이 미끄러지는 안내홈(13, 15)이 있어야 하므로, 가공상의 어려움이 있고, 구조면에서도 복잡하다는 단점이 있다.
또한, 종래의 등속조인트는 볼(16)이 안내홈(13, 15)사이에서 이탈되지 않고 안정된 상태를 유지함과 동시에 동력을 전달할 수 있는 입력축(1)과 출력축(2)의 교차각도가 최대 46.5도이므로, 입력축(1)과 출력축(2)간의 교차각이 46.5도 이하일 때에만 사용 가능하다는 단점이 있다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 입력축과 출력축간의 교차각도범위를 최대화할 수 있으며, 구조가 단순한 3축 교차 등속 조인트를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 등속조인트의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도이고,
도 2는 도 1에 도시된 등속 조인트의 버필드 조인트의 구성요소들을 설명하기 위한 상세도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 삼축 교차 등속조인트의 구성요소들을 설명하기 위한 사시도이고,
도 4는 도 3에 도시된 삼축 교차 등속조인트의 3축 교차 회전조인트에 관한 확대 사시도이며,
도 5는 도 3에 도시된 삼축 교차 등속조인트의 작통관계를 나타낸 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 제 1 축 20: 제 2 축
31∼34: 링크플레이트 41: 상부 3축 교차 회전조인트
42: 중앙부 3축 교차 회전조인트 43: 하부 3축 교차 회전조인트
50: 주 회전축 60: 회전핀
70: 제 1 회전부 75: 제 1 회전축
80: 제 2 회전부 85: 제 2 회전축
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력축과 출력축이 되는 제 1, 제 2 축과, 상기 제 1, 제 2 축간의 교차각도로 인하여 가감속되는 회전력을 보정하는 슬라이딩 기구와, 상기 슬라이딩 기구와 제 1, 제 2 축을 연결하는 연결기구를 포함한다. 또한, 본 발명의 슬라이딩 기구는 주 회전축과, 상기 주 회전축의 둘레를 따라 상하 슬라이딩 및 좌우 회전이 가능한 다수의 3축 교차 회전조인트를 구비한다. 또한, 연결기구는 상기 제 1, 제 2 축과 3축 교차 회전조인트를 연결하는 다수개의 링크 플레이트를 구비한다. 또한, 본 발명의 3축 교차 회전조인트는 상기 주 회전축을 따라 서로에 대해 동일방향 또는 반대방향으로 회전하는 제 1, 제 2 회전부로 구성되며, 상기 제 2 회전부는 상기 제 1 회전부의 사이에 끼워져 상기 주 회전축에 대하여 좌우방향으로 회전하게 구성된다. 또한, 본 발명의 제 1, 제 2회전부에는 상기 제 1, 제 2 축 및 링크플레이트의 회전축 역할을 하는 제 1, 제 2 회전측이 각각 형성된다.
[실시예]
아래에서, 본 발명에 따른 삼축 교차 등속조인트의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 삼축 교차 등속조인트의 구성요소들을 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 삼축 교차 등속조인트의 3축 교차 회전조인트에 관한 확대 사시도이며, 도 5는 도 3에 도시된 삼축 교차 등속조인트의 작동관계를 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4에 보이듯이, 본 발명의 삼축 교차 등속조인트는, 주 회전축(50)과, 이런 주 회전축(50)의 둘레에 배치되어 상하 슬라이딩 및 좌우 회전이 가능한 3축 교차 회전조인트(41, 42, 43)와 중앙에 위치하는 3축 교차 회전조인트(42)에 결합되어 입력축과 출력축의 역할을 하는 제 1, 제 2 축(10, 20) 및, 상부 및 하부에 위치하는 3축 교차 회전조인트(41, 43)와 제 1, 제 2 축(10, 10)을 서로 연결하는 4개의 링크 플레이트(31, 32, 33, 34)로 구성되어 있다.
여기에서, 주 회전축(50)은 원기둥 형상으로서, 그 양단부대는 상기 3축 교차 회전조인트(41, 42, 43)의 이탈을 방지하는 걸림판(55)이 형성되어 있다.
그리고, 3축 교차 회전조인트(41, 42, 43)는 도넛츠형으로 형성된 2개의 플레이트를 소정간격을 두고 결합한 제 1회전부(70)와, 이런 제 1회전부(70)의 사이에 삽입되는 제 2회전부(80)로 구성된다.
이런, 제 1회전부(76)의 결합부위에는 회전축의 역할을 할 수 있도록 외부로 돌출된 제 1 회전축(75)이 형성되어 있다. 또한, 제 2회전부(80)의 표면에는 회전축의 역할을 할 수 있도록 외부로 돌출된 제 2회전축(85)이 형성되어 있다.
이렇게 형성된 제 2회전부(80)는 제 1회전부(70)의 사이에서 자유롭게 회전할 수 있도록 배치된다.
그리고 제 1, 제 2 축(10, 20)은 한 쪽의 단부가 소정간격을 두고 직각방향으로 두 번 꺾여 그 단부에는 제 1 회진축(75) 및 제 2 회전축(85)에 연결되는 구멍이 형성되어 있다.
또한, 링크플레이트(31, 32, 33, 34)는 소정의 두께를 갖는 사각형 플레이트로서, 그 양단부에는 제 1 회전축(75) 및 제 2 회전축(85)과 제 1 축(10) 및 제 2축(20)과 결합하는데 사용되는 구멍이 형성되어 있다.
아래에서 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성요소들의 결합단계를 설명하겠다.
주 회전축(50)의 중앙에 위치하는 중앙부 3축 교차 회전조인트(42)의 제 1회전부(70)의 제 1 회전축(75)에는 제 1 축(10)의 단부에 형성된 구멍이 결합되며, 또한 제 2 회전부(80)의 제 2 회전축(85)에는 제 2 축(20)의 단부에 형성된 구명이 결합된다.
그리고, 주 회전축(50)의 상부 및 하부에 위치하는 상부, 하부 3축 교차 회전조인트(41, 43)의 제 1 회전부(70)의 제 1 회전축(75)에는 제 2, 제 3 링크플레이트(32, 33)의 한 쪽의 단부에 형성된 구멍이 결합되고, 제 2 회전부(80)의 제 2 회전축(85)에는 제 1, 제 4 링크플레이트(31, 34)의 한 쪽의 단부에 형성된 구멍이 결합된다.
이렇게 한 쪽의 단부가 결합된 제 1, 제 2 링크플레이트(31, 32)의 다른 쪽의 단부는 제 1 축(10)에 결합된다.
이때, 제 1 축(10)에 형성된 구멍과, 제 1, 제 2 링크플레이트(31, 32)의 다른 쪽의 단부에 형성된 구멍에 회전핀(60)이 삽입되어 결합된다.
이때, 제 1 축(10)에 대해 제 1 링크플레이트(31)와 제 2 링크플레이트(32)는 서로 대칭되게 배치되어 결합된다.
또한, 제 2 축(20)에 형성된 구멍과, 제 3, 제 4 링크플레이트(33, 34)의 다른 쪽의 단부에 형성된 구멍에 회전핀(60)이 삽입되어 결합된다.
이때, 제 2 축(20)에 대해 제 3 링크플레이트(33)와 제 4 링크플레이트(34)는 서로 대칭되게 배치되어 결합된다.
앞서 설명한 바와 같이, 결합된 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 링크플레이트(31, 32, 33, 34)는 힘이 가해지면 제 1, 제 2 회전축(75, 85) 및 회전핀(60)에 대해 회전 가능하게 결합되어 있다.
아래에서, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 삼축 교차 등속조인트의 작동관계를 설명하겠다.
본 발명인 삼축 교차 등속조인트는 두 축의 연결부위에 설치되며, 연결부재로 사용하기 위해 제 1 축(10)과 제 2 축(20)의 축방항으로의 교차되는 교차각도를 설정한다.
먼저, 설정된 교차각도를 맞추기 위해서, Y축 방향의 힘이 제 1 축(10)의 후단부에 가해졌을 때 작동관계를 살펴보겠다.
도 5에 도시된 바와 같이, Y축 방향의 힘이 제 1 축(10)의 후단부에 가해지면, 제 1 축(10)의 선단부가 중앙부 3축 교차 회전조인트(42)의 제 1 회전축(75)과 연결되어 있으므로, 지렛대 원리에 의해 중앙부 3축 교차 회로조인트(42)는 주 회전축(50)을 따라 상기 Y축 방향의 힘에 대한 반대방향으로 슬라이딩된다. 그러면, 중앙부 3축 교차 회전조인트(42)의 제 2 회전축(85)과 연결된 제 2 축(20)의 선단부는 제 1 축(10)에 가해진 Y축 방향의 힘에 대한 반대방향으로 움직인다.
이를 보다 구체적으로 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1축(10)의 후단부에 Y축 (-)방향으로 힘이 가해지면, 제 1 축(10)은 중간부 3축 교차 회전조인트(42)에 연결된 선단부를 중심으로 Y축 (-)방향인 하부방향으로 선회하며, 제 1 축(10)의 중간부에 연결된 제 1, 제 2 링크플레이트(31, 32)는 힘의 방향대로 Y축 (-)방향으로 이동하게 되며 제 1, 제 2 링크플레이트(31, 32)의 단부에 연결된 상부, 하부 3축 교차 회전조인트(41, 43) 또한 주 회전축(50)의 길이방향을 따라 하부 방향(Y축 (-)방향)으로 미끄러져 이동하게 된다. 이렇게 이동하는 상부, 하부 3축 교차 회전조인트(41, 43)에 연결된 제 3, 제 4 링크플레이트(33, 34)의 단부 또한 상부, 하부 3축 교차 회전조인트(41, 43)와 동일하게 Y축 (-)방향으로 이동하게 되며, 제 3, 제 4 링크플레이트(33, 34)의 단부가 연결된 제 2 축의 중간부 또한, Y축 (-)방향으로 이동하게 된다.
이 때, 앞에서 설명한 바와 같이, 제 1 축(10)의 선단부는 제 1 축(10)에 연결된 제 1, 제 2 링크플레이트(31, 32)의 연결부인 회전핀(60)을 지지점으로 작용하는 지렛대 원리에 의해 힘이 가해지는 방향과 반대방향 즉, Y축 (+)방향으로 이동하고, 제 2 축(20)의 선단부 또한 제 1 축(10)의 이동방향과 동일하게 Y축 (+)방향으로 이동하게 된다. 따라서, 제 1 축(10)은 그 선단부가 상부방향으로, 그 후단부는 하부방향으로 선회하면서, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 링크플레이트(31, 32, 33, 34)의 연결관계에 의해 제 2 축(20) 또한 그 선단부는 상부방향으로, 그 후단부는 하부방향으로 선회하게 된다. 이 때, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 링크플레이트(31, 32, 33, 34)의 길이는 동일하며, 이런 링크플레이트들과 연결된 제 1 축(10)과 제 2 축(20)의 연결부 즉 두회전핀(60)의 거리가 주 회전축(50)으로부터 동일하여 제 1 축(10)의 선회각도와 제2 축(20)의 선회각도는 동일하게 선회한다.
따라서, 이런 동일하게 선회한 제 1 축(10)과 제 2 축(20)의 사이에 위치한 주 회전축(50)의 중심선은 제 1 축(10)과 제 2 축(20)의 교차각을 이등분하는 대칭면에 위치한다.
앞에서는 제 1 축(10)의 후단부에 Y축 (-)방향으로 힘이 가해졌을 때를 설명하였으나, Y축 (+)방향으로의 힘이 제 1 축(10)의 후단부에 가해지면, 제 1 축(10)의 선단부는 주 회전축(50)의 길이방향을 따라 하부방향으로 이동하고 제 1 축(10)의 중간부에 연결된 제 1, 제 2 링크플레이트(31, 32)는 상부방향으로 이동하면서, 제 2 축(20)의 선단부는 주 회전축(50)의 길이방향을 따라 하부방향으로, 제 2축 (20)의 중간부는 상부방향으로 선회하게 된다.
다음은 Z축 방향으로 힘을 가했을 경우의 작동관계를 살펴보겠다.
Z축 방향의 힘이 제 1 축(10)의 후단부에 가해지면, 제 1 축(10)은 주 회전축(50)을 중심으로 중앙부 3축 교차 회전조인트(42)의 제 1 회전부(70)를 Z축 힘의 방향으로 회전시킨다. 동시에, 제 1 축(10)에 가해진 Z축 방향의 힘은 제 1, 제 2 링크플레이트(31, 32)를 통하여 상부 3축 교차 회전조인트(41)의 제 2 회전부(80)와 하부3축 교차 회전조인트(43)의 제 1 회전부(70)를 Z축 힘의 방향으로 회전시킨다.
따라서, 제 1 축(10)은 상기 제 1, 제 2 회전부(70, 80)의 회전에 의해 Z축 힘의 방향으로 움직이게 되며, 주 회전축(50)을 중심으로 제 1 축(10)과 제 2 축(20)은 이등분선을 이룬다.
이와 같이, 제 1 축(10)은 상부, 중앙부, 하부 3축 교차 회전조인트(41, 42,43)의 슬라이딩과 제 1, 제 2 회전부(70, 80)의 회전에 의해, 주 회전축(50)을 중심으로 제 2 축(20)과 이등분선을 이루며, Y축과 Z축 두 방향으로 움직이는 2자유도를 갖는다.
다음으로는 제 1 축(10)에 구동력을 주었을 때에 대하여 설명하겠다.
제 1 축(10)의 구동 회전에 따라 주 회전축(50)은 YZ면상에서 회전하며, 회전시 제 1 축(10)과 제 2 축(20)간의 각도에 의해 발생되는 각속도 차이, 즉, 두 축(10, 20)간에 이루는 교차각의 내각과 외각 차이에 의해 발생되는 회전속도 차이를 상부, 하부 3축 교차 회전조인트(41, 43)의 슬라이딩으로 보정되어, 제 1 축의 일정한 회전속도를 제 2 축(20)에 일정하게 전달한다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 삼축 교차 등속조인트는, 주 회전축을 따라 3축 교차 조인트의 슬라이딩 작동으로 입력축과 출력축간의 내각과 외각의 각도차에 의해 발생되는 각속도 차이를 보정하여, 입력축의 회전을 동일한 속도로 출력축에 전달하며, 입력축과 출력축간의 교차각을 약 90도까지 조정할 수 있으며, 구성요소에 응력 집중을 약화시키며, 구조면에서 간단하다는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 입력축의 회전을 같은 속도로 출력축에 전달하는 등속조인트에 있어서,
    입력축과 출력축이 되는 제 1, 제 2 축(10, 20)과, 상기 제 1, 제 2 축(10, 20)간의 교차각도로 인하여 가감속되는 회전력을 보정하는 슬라이딩 기구와, 상기 슬라이딩 기구와 제 1, 제 2 축(10, 20)을 연결하는 연결기구를 포함하며,
    상기 슬라이딩 기구는 주 회전축(50)과, 상기 주 회전축(50)의 둘레를 따라 상하 슬라이딩 및 좌우 회전이 가능한 다수의 3축 교차 회전조인트(41, 42, 43)를 구비하고,
    상기 연결기구는 상기 제 1, 제 2 축(10, 20)과 3축 교챠 회전조인트(41, 43)를 연결하는 다수개의 링크 플레이트(31, 32, 33, 34)를 구비하며,
    상기 3축 교차 회전조인트(41, 42, 43)는 상기 주 회전축(50)을 따라 서로에 대해 동일방향 또는 반대방향으로 회전하는 제 1, 제 2 회전부(70, 80)로 구성된 것을 특징으로 하는 삼축 교차 등속조인트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 회전부(80)는 상기 제 1 회전부(70)의 사이에 끼워져 상기 주 회전축(50)에 대하여 좌우방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 삼축 교차 등속조인트.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 회전부(70, 80)에는 상기 제1, 제 2 축(10, 20) 및 링크플레이트(31. 32, 33, 34)의 회전축 역할을 하는 제 1, 제 2 회전축(75, 85)이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 삼축 교차 등속조인트.
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