KR100397375B1 - 가변접촉식 트라이포드 등속조인트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변접촉식 트라이포드 등속조인트에 관한 것으로, 이 트라이포드 등속조인트(1)는 내측 둘레에 곡면형상의 안내면(P,Q)을 갖는 3개의 트랙홈(2)이 축방향 등간격으로 형성된 트라이포드 하우징(3)이 구비되고, 상기 트라이포드 하우징(3)의 트랙홈(2)에 3개의 트러니언(4)이 돌출된 스파이더(5)가 삽입설치되며, 상기 스파이더(5)의 각 트러니언(4)의 바깥 둘레에 니이들 로울러(6)와 내측 로울러(7) 및 외측 로울러(8)가 각각 설치되고, 상기 트러니언(4)의 외주 상부에 상기 내측 로울러(7)가 이탈되지 않도록 리테이너(9)와 리테이너링(10)이 조립된 구조로서, 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11) 형상이 원주방향의 구간별로 상이한 접촉각의 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면인 외측 로울러(8)와, 상기 안내면(P,Q)의 형상이 원주방향의 구간별로 상이한 접촉각의 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 오목면인 트라이포드 하우징(3)으로 구성되어, 샤프트에서 발생되는 축력을 최소화하면서도 트라이포드 등속조인트를 원활하게 구동시킴으로써 소음 및 진동을 저감시킬 수 있고, 차량에서 발생되는 진동을 최소화함으로써 사용자의 승차감을 향상시킴과 더불어 제작되는 자동차의 품질을 보다 향상시킬 수 있는 것이다.
Description
본 발명은 차량의 구동축에 설치된 트라이포드식 등속조인트에 관한 것으로, 특히 트라이포드 하우징의 트랙홈과 이에 접촉되는 외측 로울러의 외면에 각각 가변될 수 있는 곡률반경을 적용함으로써 구동축에서 발생되는 축력을 저감시킬 수 있도록 된 가변접촉식 트라이포드 등속조인트에 관한 것이다.일반적으로 등속조인트는 앞바퀴 구동차 혹은 전륜구동차(four wheel drive car) 등에서 종감속 장치에 연결된 구동차축에 설치되어 차량의 바퀴에 동력을 전달하는데 사용되는 것으로, 동력전달시 등속으로 동력을 전달하는 것에 그 특징이 있는 것이다.
상기 등속조인트 중에는 차량의 상하, 좌우의 움직임에 따른 진동을 흡수하도록 된 트라이포드(tripod)식 등속조인트가 있는 바, 상기 트라이포드식 등속조인트는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 내측 둘레에 축방향의 등간격으로 평면의 안내면(P,Q)을 갖는 3개의 트랙홈(101)이 형성된 트라이포드 하우징(102)이 구비되고, 상기 트라이포드 하우징(102)의 트랙홈(101)에 3개의 트러니언(103)이 돌출된 스파이더(104)가 삽입설치되며, 상기 각 트러니언(103)의 바깥 둘레에 니이들 로울러(105)와 내측 로울러(106) 및 외측 로울러(107)가 각각 설치되고, 상기 트러니언(103)의 외주 상부에 내측 로울러(106)가 이탈되지 않도록 리테이너(108)와 리테이너링(109)이 조립된 상태로 설치되는 것이다.
즉, 상기 트라이포드식 등속조인트(110)에 설치된 내측 로울러(106)와 외측 로울러(107)의 작동상태는 도 3에 도시된 바와 같이, 임의의 조인트각(θ)에서 조인트를 회전시키면, 상기 외측 로울러(107)가 트라이포드 하우징(102)의트랙홈(101)에 마련된 돌출부(111)에 안내되어 트라이포드 하우징(102)의 안내면(P,Q)상에서 구름운동을 하게 되고, 이와 동시에 상기 외측 로울러(107)와 내측 로울러(106)는 트러니언(103)상에서 상하방향으로 슬라이딩운동을 하게 되며, 상기 스파이더 중심(Os)은 트라이포드식 등속조인트(110)의 특성상 트라이포드 하우징(102)의 중심(O1)을 임의의 반경을 유지한 상태로 선회운동을 하게 되는데, 이를 스파이더 중심(Os)의 궤도운동(orbital motion of spider's center)이라 하는 것이다.
그리고, 도 4는 트라이포드식 등속조인트(110)의 조심운동을 나타낸 상태도로서, 상기 스파이더 중심(Os)이 궤도운동을 하게 되면, 이 스파이더(104)가 트라이포드 하우징(102)의 트랙홈 중심(O)을 기준으로 일정 각도(β) 만큼 기울게 되고, 이러한 스파이더(104)의 기울어짐으로 인하여 트러니언(103)상에 조립되어 있는 상기 내측 로울러(106)도 스파이더(104)와 함께 움직이기 때문에 동일한 각도로 기울게 되는 것이다.
이 경우, 상기 내측 로울러(106)의 외측구면이 상기 외측 로울러(107)의 내측구면에 대하여 상대 슬라이딩운동을 하게 되는데, 이 것은 내측 로울러(106)가 스파이더(104)의 기울어짐을 스스로 흡수하여 조정한다는 의미에서 내측 로울러(106)의 조심운동(self-adjust motion)이라고 하며, 이 때 상기와 같이 기울어진 각도를 스파이더의 조심각(self-adjust angle, β)이라 하는 것이다.
한편, 상기 작동원리에 의해 임의의 조인트각(θ) 및 토오크 상태에서 트라이포드식 등속조인트(110)의 움직임을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 도 5에 도시된 바와 같이 상기 스파이더 중심(Os)이 궤도운동을 하지 않는 다는 가정하에서, 상기 트라이포드식 등속조인트(110)에 임의의 조인트각(θ) 및 토오크를 주어 회전시키면, 먼저 토오크에 의하여 하중(F)이 트라이포드 하우징(102)의 PCD(pitch circle diameter)상의 트랙홈(101) 중심에서 법선 방향으로 작용하게 되고, 이와 동시에 상기 외측 로울러(107) 및 내측 로울러(106)의 조립체는 스파이더(104)의 트러니언(103)상에서 상하 축방향 운동을 하기 때문에 내측 로울러(106)와 니이들 로울러(105) 사이에 슬라이딩 저항(f2)이 각각 발생하게 되는 것이다.
따라서, 실질적으로 상기 내측 로울러(106)의 내면에 작용하는 구동력은 슬라이딩 저항(f2)과 트랙홈 중심(O)에서 법선방향으로 작용하는 하중(F)을 합한 합성력(F1)이 되고, 이러한 합성력(F1)은 방향각 만큼 기울어진 상태로 내측 로울러(106) 안쪽면에 작용하게 되며, 이 때의 방향각을 접촉각(α)이라 하는 것이다.
그리고, 구동력(F1)의 작용에 대하여 안내면(P,Q)의 평면상에서 작용하는 반력(Fh1)은 상기 트랙홈(101)에 수직을 이룬 상태에서 구동력(F1)의 반대방향으로 작용하게 되는 바, 즉 상기 구동력(F1)의 작용방향과 반력(Fh1)의 작용방향이 일치하지 않기 때문에 구동력(F1)과의 평형을 이루기 위해서 안내면(P,Q)에 평행하게 수직분력(Fv1)이 작용하게 되는 것이다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 내측 로울러(106) 및 외측 로울러(107)의 조립체가 스파이더(104)의 트러니언(103)상에서 상하 축방향운동을 하지 않는다는 가정하에서, 상기 트라이포드식 등속조인트(110)에 임의의 조인트각(θ) 및 토오크를 주어 회전시키면, 상기 스파이더 중심(Os)이 회전반경(ro)의 크기로 트라이포드 하우징 중심(O1)을 선회하게 되고, 이러한 선회운동으로 인하여 상기 외측 로울러(107)를 제외한 스파이더(104) 조립체는 하나의 강체로서 작동되어 조심각(β) 만큼 기울어진 상태로 하중(F)을 트라이포드 하우징(102)의 PCD상에 트랙홈 중심(O)을 통하여 외측 로울러(107)의 안측면에 전달하게 되는 것이다.
그러므로, 도 5에서 언급한 바와 마찬가지로 안내면(P,Q)의 평면상에 작용하는 반력(Fh)도 구동력(F)과의 힘 평형을 유지하기 위하여 안내면(P,Q)에 평행하게 추가적인 수직분력(Fv)이 작용하게 되는 것이다.
따라서, 상기 도 5와 도 6을 통해 설명된 내용을 합치게 되면 결국 도 7과 같은 상태가 되는 바, 이 도 7은 조심각(β)과 접촉각(α)을 모두 고려한 상태에서의 내측 로울러(106)와 외측 로울러(107)에 대한 구동력(F)과 반력(Fh)을 나타낸 것으로, 상기 구동력(F)이 작용하는 실제의 방향각(γ)은 상기 접촉각(α)에 조심각(β)을 더한 각이 되는 것이다.
즉, 실제 구동력(F3)은 내측 로울러(106)의 실질적인 접촉각(γ)의 방향으로 내측 로울러(106)의 내면에 작용하게 되는 것이다. 그런데 상기 외측 로울러(107)의 외면과 트라이포드 하우징(102)의 안내면(P,Q)은 실제 구동력(F3)의 작용방향에 대하여 직각을 이루는 곡률형상을 갖추지 못하고, 단지 평면형상을 이루고 있기 때문에 구동력(F3)에 대하여 힘의 평형을 유지하기 위해서는 외측 로울러(107)의 외면에 추가적인 수직분력(Fv3)이 발생하게 되는 것이다.
여기서, 상기 수직분력(Fv3)은 단순히 일반적인 마찰력이나 미끄럼력 등과는 달리 구동력(F3)에 의해서 추가적으로 발생되는 불필요한 힘이기 때문에 구동력(F3)의 분력(Fv3)이라 할 수 있으며, 이러한 구동력(F3)의 분력(Fv3)이 샤프트(112)상에 축력(Pa)으로 작용하여 차량의 횡방향의 진동을 초래하기 때문에 트라이포드식 등속조인트(110)의 단점으로 지적되고 있는 것이다.
상기와 같이 발생되는 분력(Fv3)은 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 분력(Fv3cosθ)이 습동저항(f2)과 상쇄되어 없어지는 반면에 제 2 분력(Fv3sinθ)은 상기 외측 로울러(107)의 구름저항(f1)과 함께 불필요한 기진력으로 잔존하여 샤프트(112)상에 작동하는 것이다.그러므로, 상기와 같이 발생되는 힘을 축력(Pa)이라고 하며 이 축력(Pa)은 상술한 바와 같이 제 2 분력(Fv3sinθ)과 트라이포드 하우징(102)의 안내면(P,Q)과 외측 로울러(107)간의 구름저항(f1)으로 이루어지는 것이다.
그런데, 상기와 같은 종래의 트라이포드식 등속조인트(110)에서는 상기 축력(Pa)이 조인트의 1회전당 3회의 인장 및 압축형태로 발생되기 때문에 차량 주행시 차량의 횡방향 고유진동수와 일치하게 될 경우, 심한 횡방향 진동을 초래함으로써 차량의 떨림현상을 일으키는 문제가 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 트라이포드 하우징의 트랙홈의 안내면과 이에 접촉되는 외측 로울러의 외주면형상을 개선함으로써, 구동력의 분력에 의해 발생되는 축력을 감소시켜 차량의 진동을 억제할 수 있도록 한 가변접촉식 트라이포드 등속조인트를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 트라이포드 등속조인트를 나타낸 종단면도,
도 2는 종래의 기술에 따른 트라이포드 등속조인트를 나타낸 횡단면도,
도 3은 종래의 기술에 따른 트라이포드 등속조인트의 내측 로울러 및 외측 로울러가 작동되는 상태를 나타낸 작동상태도,
도 4는 종래의 기술에 따른 트라이포드 등속조인트의 조심운동을 나타낸 상태도,
도 5는 조심각을 고려하지 않은 상태에서의 내측 로울러와 외측 로울러에 대한 구동력과 반력을 나타낸 상태도,
도 6은 접촉각을 고려하지 않은 상태에서의 내측 로울러와 외측 로울러에 대한 구동력과 반력을 나타낸 상태도,
도 7은 조심각과 접촉각을 모두 고려한 상태에서의 내측 로울러와 외측 로울러에 대한 구동력과 반력을 나타낸 상태도,
도 8은 내측 로울러와 외측 로울러를 중심으로 축상에 작용하는 축력을 나타낸 개념도,
도 9는 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트를 나타낸 종단면도,
도 10은 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트의 제 1실시예를 나타낸 상태도,
도 11은 본 발명의 제 2실시예를 나타낸 상태도,
도 12는 본 발명의 제 3실시예를 나타낸 상태도,
도 13은 본 발명의 제 4실시예를 나타낸 상태도,
도 14는 본 발명의 제 5실시예를 나타낸 상태도,
도 15는 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트와 종래 기술에 따른 트라이포드 등속조인트의 성능비교를 나타낸 그래프,도 16은 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트의 일부 내측 부재의 분해사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 트라이포드 등속조인트 2 : 트랙홈
3 : 트라이포드 하우징 4 : 트러니언
5 : 스파이더 6 : 니이들 로울러
7 : 내측 로울러 8 : 외측 로울러
9 : 리테이너 10 : 리테이너링11 : 외주면 12 : 헤드13 : 축 14 : 가이드 홈15 : 네크 P : 안내면
O : 곡률중심, 중심점 N-N : 중심선
상기한 바의 목적을 달성하기 위해서, 내주면에 곡면형상의 안내면(P,Q)을 갖는 3개의 트랙홈(2)이 축(13) 방향의 등간격으로 형성된 트라이포드 하우징(3)이 구비되고, 3개의 트러니언(4)이 돌출된 스파이더(5)가 상기 트라이포드 하우징(3) 내부에 삽입 설치되고, 상기 스파이더(5)의 트러니언(4)의 네크(15)에 니이들 로울러(6)와 내측 로울러(7) 및 외측 로울러(8)가 순서로 각각 설치되고, 상기 트러니언(4)의 외주 상부에 상기 내측 로울러(7)가 이탈되지 않도록 리테이너(9)와 리테이너링(10)이 조립된 트라이포드 등속조인트(1)에 있어서, 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11) 형상이 원주방향의 구간별로 다단계식 가변곡률형상의 볼록면인 외측 로울러(8)와; 상기 안내면(P,Q)의 형상이 원주방향의 구간별로 다단계식 가변곡률형상의 오목면인 트라이포드 하우징(3)을 특징으로 하는 것이다.본 발명의 다른 실시예는 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N3-N4) 또는 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 헤드(12) 방향으로 옵셋된 중심선(N1-N2)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면을 갖는 외측 로울러(8) 및 다단계식 가변곡률형상의 오목면의 안내면(P,Q)을 갖는 트라이포드 하우징(3)을 특징으로 하는 것이다.본 발명의 다른 실시예는 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 우측은 헤드(12) 방향으로 좌측은 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N2-N3) 중에서 상기 중심선(N-N)보다 헤드(12)에 접근하는 중심선(0-N2)에서의 접촉각 또는 좌측은 헤드(12) 방향으로 우측은 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N1-N4) 중에서 상기 중심선(N-N)보다 축(13)에 접근하는 중심선(0-N4)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면을 갖는 외측 로울러(8) 및 다단계식 가변곡률형상의 오목면의 안내면(P,Q)을 갖는 트라이포드 하우징(3)을 특징으로 하는 것이다.이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)를 도시한 종단면도이고, 도 10은 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)의 제 1실시예를 도시한 상태도이며, 도 11은 본 발명의 제 2실시예를 도시한 상태도이고, 도 12는 본 발명의 제 3실시예를 도시한 상태도이며, 도 13은 본 발명의 제 4실시예를 도시한 상태도이고, 도 14는 본 발명의 제 5실시예를 도시한 상태도이고, 도 15는 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)와 종래 기술에 따른 트라이포드 등속조인트(1)의 성능비교를 도시한 그래프이며, 도 16은 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)의 입부 내측 부재의 분해사시도이다.
본 발명의 바람직한 일실시예의 구성을 설명하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 트라이포드 하우징(3)은 축선방향으로 뻗어 있고 축선 중심 주위에 각각 120°이격된 3개의 가이드 홈(14)이 형성되어 있고, 상기 가이드 홈(14)과 연결된 120°이격된 3개의 트랙홈(2)은 측면에 형성된 안내면(P,Q)을 포함하고 있다. 상기 가이드 홈(14)의 천정부는 트라이포드 하우징(3)의 외주면(11)을 따라 만곡된 오목부를 가지고 있고, 각각의 상기 안내면(P,Q)은 그 단면이 가변곡률형상인 오목면을 가지고 있다.
상기 트라이포드 하우징(3)의 내부에 삽입 설치되는 스파이더(5)는 3개의 트러니언(4)이 축선 중심 주위에 120°이격되고, 상기 스파이더(5)의 외주면(11)상에 일체로 형성된다. 각각의 트러니언(4)은 링형상의 스파이더(5) 보스부로부터 방사상 바깥쪽으로 확장되는 네크(15)와 상기 네크(15)와 일체로 형성되는 헤드(12)로 구성된다. 각각의 네크(15)의 외주에는 니이들 로울러(6)가 구성되고 상기 니이들 로울러(6)의 외주면(11)에 내측 로울러(7)가 상기 내측 로울러(7)의 외주면(11)에 외측 로울러(8)가 구성된다. 즉 네크(15)의 외주에는 니이들 로울러(6), 내측 로울러(7), 외측 로울러(8)의 순서로 각각 설치되는 것이다.상기 트러니언(4)의 외주 상부에는 상기 내측 로울러(7) 및 니이들 로울러(6)가 이탈되지 않도록 리테이너(9)가 구성되고 상기 리테이너(9)의 내부에는 리테이너(9)가 스파이더(5) 헤드(12)와의 접속과 이탈을 방지하기 위해 리테이너링(10)이 조립된다. 스파이더(5)의 네크(15)에 니이들 로울러(6)와 내측 로울러(7) 및 외측 로울러(8)가 조립되고 스파이더(5)가 트라이포드 하우징(3)에 조립되면, 상기 외측 로울러(8)는 트라이포드 하우징(3)의 트랙홈(2)에 배치되는 것이다. 상기 니이들 로울러(6)는 복수개의 니이들로 구성되며 각 니이들 직선형 원통 형상의 단면을 갖고 있으며 상기 니이들 로울러(6)와 서로 대응 표면 접촉하는 상기 내측 로울러(7)의 내주면은 직선 원통형의 링 부재이다. 상기 내측 로울러(7)의 외주면(11)과 상기 내측 로울러(7) 외주면(11)과 서로 대응 표면 접촉하는 상기 외측 로울러(8)의 내주면은 곡선 형상의 단면이되 내측 로울러(7)의 외주면(11)은 원호형상의 볼록면이고 외측 로울러(8)의 내주면은 원호형상의 오목면이다. 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 서로 대응 표면 접촉하는 트랙홈(2)의 안내면은 곡선 형상의 단면이되 외측 로울러(8)의 외주면(11)은 원호형상의 볼록면이고 안내면은 원호형상의 오목면이다. 상기의 구성의 형상은 도 16의 본 발명의 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)의 내측 부재의 분해사시도에 잘 도시되어 있다.상기 내측 로울러(7)는 상기 니이들 로울러(6)의 외부에서 상기 상기 외측 로울러(8)는 상기 내측 로울러(7)에서 끼워맞춤되고, 복수의 니들 로울러는 내측 로울러(7)의 내경부 내에서 구름운동을 할 수 있게 설치된다.본 발명의 실시예에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속 유니버설 조인트는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성에 대한 작용을 설명하면, 전달축(도면 미도시)이 회전되면 상기 전달축의 회전력은 트라이포드 하우징(3)을 통하여 스파이더(5)에 전달되고 상기 축(13)은 트러니언에 의해서 소정의 방향으로 회전 된다. 즉, 트라이포드 하우징(3)의 회전력은 상기 안내면과 접촉하는 상기 외측 로울러(8)에 전달되고 외측 로울러(8)의 회전력은 외측 로울러(8)와 접촉하는 내측 로울러(7)를 통하여 니이들 로울러(6)로 전달된다. 또한, 상기 회전력은 내측 로울러(7)의 내주면과 접촉하는 상기 네크(15)를 통하여 트러니언(4)으로 전달되므로 트러니언(4)과 맞물리는 상기 축(13)이 회전하게 된다.상기 축(13)이 전달축(도면 미도시)을 가지고 있는 상기 트라이포드 하우징(3)에 대하여 소정의 각도로 경사질 때, 트러니언(4)은 상기 가이드 홈(14)과 축(13)의 방향으로 상하 슬라이딩 변위를 하거나 또는 트러니언(4)은 트러니언(4)의 상기 안내면을 따라 둘레방향으로 슬라이딩 변위를 한다. 이때, 트러니언(4)의 네크(15)부는 외측 로울러(8)의 내주면과 표면 접촉 상태로 유지되어 있는 것이다.상술한 바와 같이, 전달축(도면 미도시)의 회전운동은 트라이포드 하우징(3)에 대한 상기 축(13)의 경사 각도에 관계없이 즉, 상기 종래기술에서 설명한 스파이더 중심의 궤도운동 및 내측 로울러의 조심운동에 관계없이 원활하게 축(13)으로 전달되는 것이다.본 발명은 상기 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)과 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11)은 다단계식 가변곡률형상의 구면을 가지고 있어 축선 방향으로 변위가 가능하여 축력을 감소시키는 것이 가능한 것이다.상기와 같은 축력의 감소로 인하여 등속 유니버설 조인트가 원활하게 구동됨으로써 등속 유니버설 조인트에서 발생하는 소음 및 진동을 저감시킬 수 있고, 이로 인하여 차량에서 발생되는 진동을 최소화함으로써 사용자의 승차감을 향상시킴과 자동차의 품질을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.여기서, 상기의 구조로 이루어진 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)는 다양한 상태의 실시예를 가질 수 있는 바, 도 10은 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)의 제 1 실시예로서, 상기 트라이포드 등속조인트(1)의 조인트각에 따라 순차적으로 변화하는 내측 로울러(7)의 조심각 또는 구동력의 작용각을 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)과 외측 로울러(8)의 외주면(11)과의 접촉에 의해서 생성되는 임의의 접촉각과 일치시키고, 임의의 조인트각 및 조심각에서도 구동력과 반력이 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)과 외측 로울러(8)의 외주면(11)과의 접촉면에서 서로 상쇄되어 구동력에 의해서 추가적으로 발생되는 분력이 없도록한 것으로, 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11) 형상이 원주방향의 구간별로 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면이 형성된 외측 로울러(8)와 상기 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)의 형상이 원주방향의 구간별로 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 오목면인 트라이포드 하우징(3)이 구성되는 것이다.즉, 상기 안내면(P,Q)에서 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2) 의 안내면(P,Q)의 형상이 중심선(N-N)을 기준으로 구간 φ0의 곡률 Ro중심은 O, 구간 φ0에서 φ1사이의 곡률 R1중심은 하단측은 O11, 상단측은 O12, 구간 φ1에서 φ2사이의 곡률 R2중심은 하단측이 O21, 상단측은 O22, 구간φ2에서 φ3사이의 곡률 R3중심은 하단측은 O31, 상단측은 O32이고, 같은 방법으로 구간 φn-1에서 φn사이의 곡률 Rn중심은 하단측이 On1, 상단측은 On2 로 형성되어 있으며, 구간 φ0에서 φn-1까지의 곡률은 Ro에서 Rn까지 점진적으로 커지는 형상을 갖추고 있는 것이다.그러므로, 구간 φ0의 곡률중심(O)은 트랙홈(2)상에서 외측 로울러(8)의 구름을 원활하게 하기 위하여 외측 로울러(8) 외경의 1/2이 되며, 상기 O11, O12의 좌표(X,Y)는 각각 (δ1,H1), (-δ1,H1)이고, 같은 방법으로 On1, On2의 좌표(X,Y)는 각각 (δn,Hn), (-δn,Hn)이다. 따라서 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)과의 전체 접촉각을 φ라 하면, 다음과 같은 관계식을 갖게 되는 것이다.nφ = φo + ∑(φi - φi-1) ( i = 1, 2 ,3 ,4 ,5 ..... n )i=1φi = βi + αi ( i = 1, 2 ,3 ,4 ,5 ..... n )βi = arctan((1-cos(θi))/(2*cos(θi))αi : 내측로울러 외구면과 내측로울러의 내구면과의 임의의 접촉각θi : 임의의 조인트각φo : 중심점 O에서의 초기 곡률반경( Ro )의 적용구간상기의 관계식에 의해 형성되는 본 발명의 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 볼록면의 형상은 외측 로울러(8)의 단면이 중심부로부터 가장자리로 갈수록 그 직경이 감소하는 것으로, 단면 중심부의 직경이 가장 크고 양 가장자리의 직경이 중심부의 직경보다 작으나 양 가장자리의 직경은 동일하다. 상기 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 오목면 형상은 안내면(P,Q)의 단면이 중심부로부터 단면 가장자리로 갈수록 그 직경이 감소하는 것으로 단면 중심부의 직경이 가장 크고 양 가장자리의 직경이 가장 작으나 양 가장자리의 직경은 동일한 것이다.종래의 기술은 외측 로울러(107)의 외주면(11)이 트라이포드 하우징(102) 트랙홈(101)의 안내면(P,Q)과 접촉하면서 기울기를 형성할 때, 그들 사이의 마찰저항력으로 인하여 외측 로울러(107)가 이동할려는 경향이 발생하나 외측 로울러(107)의 외주면(11)이 원통형상으로 된 안내면(P,Q)으로 인하여 이동에 제한을 받는 것이다. 즉 안내면(P,Q)가 외측 로울러(107)에 저항력을 주는 현상이 발생하는 것이다.따라서, 본 발명은 상기의 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)과의 접촉점의 영역에서 발생하는 마찰 저항력이 발생하지 않토록 하고 외측 로울러(8)의 이동을 원활히 하기 위하여, 조인트 각에 따라 다단계식 가변곡률을 적용하여 그 곡률에 의해 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)의 형상을 구성한 것이다.한편, 도 11은 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)의 제 2 실시예로서, 임의의 상용 조인트각에 해당하는 조심각 혹은 구동력의 작용각을 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)과 외측 로울러(8)의 중심(O)을 통과하는 직선으로 표시하면, 상기 직선은 트랙홈(2) 혹은 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 각각 상/하단부에서 교차하게 되고, 이때 상기 교차점과 중심선(N-N)과의 거리를 옵셋량 δ로 정한 후, 외측 로울러(8)의 외주면(11)을 중심선(N-N)을 기준하여 축(13) 방향으로 δ만큼 미리 옵셋시키거나, 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)과 외측 로울러(8)의 외주면(11) 모두에 중심선(N-N)을 기준으로 축(13) 방향으로 δ만큼 미리 옵셋시킨 중심선(N3-N4)의 상태에서 다단계식 가변곡률반경을 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q) 및 외측 로울러(8)의 외주면(11) 모두에 부여함으로서 구동력에 의한 추가적인 분력발생이 없도록한 것으로, 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N3-N4)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면이 형성된 외측 로울러(8)와, 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N3-N4)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 오목면이 형성된 트라이포드 하우징(3)이 구성되는 것이다.상기의 제 2 실시예에 의해 형성되는 본 발명의 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 볼록면의 형상은 외측 로울러(8)의 단면이 상부로부터 하부로 즉 헤드(12) 방향으로부터 축(13)방향으로 갈수록 그 직경이 증가하는 것으로, 단면의 헤드(12)부 방향의 직경이 가장 작고 축(13) 방향의 직경이 가장 큰 것이다. 상기 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 오목면 형상은 안내면(P,Q)의 단면이 상부로부터 하부로 즉 헤드(12) 방향으로부터 축(13) 방향으로 갈수록 그 직경이 증가하는 것으로 단면의 헤드(12)부 방향의 직경이 가장 작고 축(13) 방향의 직경이 가장 큰 것이다.그리고, 도 12는 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)의 제 3 실시예로서, 상기 제 2 실시예의 내용에서 옵셋량 δ을 중심선(N-N)에서 헤드(12) 방향으로 부여하여 제 1 실시예에서 적용된 다단계식 가변곡률반경을 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q) 또는 외측 로울러(8)의 외주면(11) 모두에 부여함으로서 구동력에 의해서 추가적인 분력발생이 없도록한 것으로, 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 헤드(12) 방향으로 옵셋된 중심선(N1-N2)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면이 형성된 외측 로울러(8)와, 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 헤드(12) 방향으로 옵셋된 중심선(N1-N2)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 오목면이 형성된 트라이포드 하우징(3)이 구성되는 것이다.상기의 제 3 실시예에 의해 형성되는 본 발명의 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 볼록면의 형상은 외측 로울러(8)의 단면이 상부로부터 하부로 즉 헤드(12) 방향으로부터 축(13) 방향으로 갈수록 그 직경이 감소하는 것으로, 단면의 헤드(12)부 방향의 직경이 가장 크고 축(13) 방향의 직경이 가장 작은 것이다. 상기 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 오목면 형상은 안내면(P,Q)의 단면이 상부로부터 하부로 즉 헤드(12) 방향으로부터 축(13) 방향으로 갈수록 그 직경이 감소하는 것으로 단면의 헤드(12)부 방향의 직경이 가장 크고 축(13) 방향의 직경이 가장 작은 것이다.또한, 도 13는 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)의 제 4 실시예로서, 상기 제 2 실시예의 내용에서 옵셋량 δ을 좌측에는 축(13) 방향으로, 우측에는 헤드(12) 방향으로 미리 부여한 후, 각각 부여된 옵셋량과 중심점(O)을 연결하는 직선을 기준으로 제 1 실시예에서 적용된 다단계식 가변곡률반경을 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q) 또는 외측 로울러(8)의 외주면(11) 모두에 부여함으로서 구동력에 의해서 추가적인 분력발생이 없도록한 것으로, 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 우측은 헤드(12) 방향으로 좌측은 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N2-N3) 중에서 상기 중심선(N-N)보다 헤드(12)에 접근하는 중심선(0-N2)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면이 형성된 외측 로울러(8)와, 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 우측은 헤드(12) 방향으로 좌측은 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N2-N3) 중에서 상기 중심선(N-N)보다 헤드(12)에 접근하는 중심선(0-N2)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 오목면이 형성된 트라이포드 하우징(3)이 구성되는 것이다.상기의 제 4 실시예에 의해 형성되는 본 발명의 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 볼록면의 형상은 외측 로울러(8)의 단면이 상부로부터 하부로 즉 헤드(12) 방향으로부터 축(13) 방향으로 갈수록 그 직경이 증가하는 것으로, 단면의 헤드(12)부 방향의 직경이 가장 작고 축(13) 방향의 직경이 가장 큰 것이다. 상기 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 오목면 형상은 안내면(P,Q)의 단면이 상부로부터 하부로 즉 헤드(12) 방향으로부터 축(13) 방향으로 갈수록 그 직경이 증가하는 것으로 단면의 헤드(12)부 방향의 직경이 가장 작고 축(13) 방향의 직경이 가장 큰 것이나, 제 4 실시예에 의해 형성되는 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)의 형상은 직경의 확대되는 과정이 상기의 제 2 실시예의 형상보다 약간 큰 정도의 것이다.도 14는 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)의 제 5 실시예로서, 상기 제 2실시예의 내용에서 옵셋량 δ를 좌측에는 헤드(12) 방향으로, 우측에는 축(13) 방향으로 미리 부여한 후, 각각 부여된 옵셋량과 중심점(O)을 연결하는 직선을 기준으로 제 1 실시예에서 적용된 다단계식 가변곡률반경을 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q) 또는 외측 로울러(8)의 외주면(11) 모두에 부여함으로서 구동력에 의해서 추가적인 분력발생이 없도록 한 것으로, 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 좌측은 헤드(12) 방향으로 우측은 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N1-N4) 중에서 상기 중심선(N-N)보다 축(13)에 접근하는 중심선(0-N4)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면이 형성된 외측 로울러(8)와, 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 좌측은 헤드(12) 방향으로 우측은 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N1-N4) 중에서 상기 중심선(N-N)보다 축(13)에 접근하는 중심선(0-N4)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 오목면이 형성된 트라이포드 하우징(3)이 구성되는 것이다.상기의 제 5 실시예에 의해 형성되는 본 발명의 상기 외측 로울러(8)의 외주면(11)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 볼록면의 형상은 외측 로울러(8)의 단면이 상부로부터 하부로 즉 헤드(12) 방향으로부터 축(13) 방향으로 갈수록 그 직경이 감소하는 것으로, 단면의 헤드(12)부 방향의 직경이 가장 크고 축(13) 방향의 직경이 가장 작은 것이다. 상기 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)에 형성되는 다단계식 가변곡률의 오목면 형상은 안내면(P,Q)의 단면이 상부로부터 하부로 즉 헤드(12) 방향으로부터 축(13) 방향으로 갈수록 그 직경이 감소하는 것으로 단면의 헤드(12)부 방향의 직경이 가장 크고 축(13) 방향의 직경이 가장 작은 것이나, 제 3 실시예에 의해 형성되는 외측 로울러(8)의 외주면(11)과 트라이포드 하우징(3) 트랙홈(2)의 안내면(P,Q)의 형상은 직경의 축소되는 과정이 상기의 제 3 실시예의 형상보다 약간 큰 정도의 것이다.끝으로, 도 15는 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)와 종래 기술에 따른 트라이포드 등속조인트(1)의 성능비교를 나타낸 것으로서, 종래의 트라포드 등속조인트는 조인트각의 증가에 따라 축력값이 증가하는 반면, 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)는 전반적으로 축력의 경향이 조인트각의 크기에 관계없이 일정한 값을 유지하는 것이다.따라서, 상기와 같은 특징을 갖는 가변접촉식 트라이포드 등속조인트(1)에 의해 샤프트의 회전시 조인트각의 증가에 상관 없이 축력이 일정한 값을 유지하기 때문에 축력에 의한 진동을 최소화할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가변접촉식 트라이포드 등속조인트에 의하면, 샤프트에서 발생되는 축력을 최소화하면서도 조인트가 원활하게 구동됨으로써 소음 및 진동을 저감시킬 수 있고, 차량에서 발생되는 진동을 최소화함으로써 사용자의 승차감을 향상시킴과 더불어 제작되는 자동차의 품질을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.
Claims (4)
- 내주면에 곡면형상의 안내면(P,Q)을 갖는 3개의 트랙홈(2)이 축방향의 등간격으로 형성된 트라이포드 하우징(3)이 구비되고, 3개의 트러니언(4)이 돌출된 스파이더(5)가 상기 트라이포드 하우징(3) 내부에 삽입 설치되고, 상기 스파이더(5)의 트러니언(4)의 네크에 니이들 로울러(6)와 내측 로울러(7) 및 외측 로울러(8)가 순서로 각각 설치되고, 상기 트러니언(4)의 외주 상부에 상기 내측 로울러(7)가 이탈되지 않도록 리테이너(9)와 리테이너링(10)이 조립된 트라이포드 등속조인트에 있어서,상기 외측 로울러(8)의 외주면(11) 형상이 원주방향의 구간별로 아래 식 ① 내지 식 ③을 만족하는 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면인 외측 로울러(8)와; 상기 안내면(P,Q)의 형상이 원주방향의 구간별로 아래 식 ① 내지 식 ③을 만족하는 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 오목면인 트라이포드 하우징(3)을 특징으로 하는 가변접촉식 트라이포드 등속조인트.nφ = φo + ∑(φi - φi-1) ( i = 1, 2 ,3 ,4 ,5 ..... n ) ---- ①i=1φi = βi + αi ( i = 1, 2 ,3 ,4 ,5 ..... n ) ---- ②βi = arctan((1-cos(θi))/(2*cos(θi)) ---- ③φ: 외측 로울러의 외측 구면과 트라이포트 하우징의 안내면과의 접촉각αi : 내측 로울러 외구면과 내측 로울러의 내구면과의 접촉각θi : 조인트각φo : 중심점 O에서의 초기 곡률반경( Ro )의 적용구간
- 제 1 항에 있어서, 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N3-N4) 또는 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 헤드(12) 방향으로 옵셋된 중심선(N1-N2)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면을 갖는 외측 로울러(8) 및 다단계식 가변곡률형상의 오목면의 안내면(P,Q)을 갖는 트라이포드 하우징(3)을 특징으로 하는 가변접촉식 트라이포드 등속조인트.
- 제 1 항에 있어서, 상기 외주면(11)과 상기 안내면(P,Q)과의 중심선(N-N)을 임의의 조심각에 해당하는 량 만큼 우측은 헤드(12) 방향으로 좌측은 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N2-N3) 중에서 상기 중심선(N-N)보다 헤드(12)에 접근하는 중심선(0-N2)에서의 접촉각 또는 좌측은 헤드(12) 방향으로 우측은 축(13) 방향으로 옵셋된 중심선(N1-N4) 중에서 상기 중심선(N-N)보다 축(13)에 접근하는 중심선(0-N4)에서의 접촉각에 의해 곡률로 형성되는 다단계식 가변곡률형상의 볼록면을 갖는 외측 로울러(8) 및 다단계식 가변곡률형상의 오목면의 안내면(P,Q)을 갖는 트라이포드 하우징(3)을 특징으로 하는 가변접촉식 트라이포드 등속조인트.
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| KR10-2001-0021770A KR100397375B1 (ko) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 가변접촉식 트라이포드 등속조인트 |
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| JPH09324822A (ja) * | 1996-06-03 | 1997-12-16 | Nippon Seiko Kk | トリポード型等速ジョイント |
| KR19990028711A (ko) * | 1995-07-04 | 1999-04-15 | 스툴만; 하커 | 삼각대형 정속비 범용 조인트 |
| JP2000136830A (ja) * | 1998-11-02 | 2000-05-16 | Ntn Corp | 等速自在継手 |
-
2001
- 2001-04-23 KR KR10-2001-0021770A patent/KR100397375B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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| KR19990028711A (ko) * | 1995-07-04 | 1999-04-15 | 스툴만; 하커 | 삼각대형 정속비 범용 조인트 |
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