KR100706081B1 - 트라이포드 등속조인트의 구조 - Google Patents

트라이포드 등속조인트의 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 트라이포드 등속조인트의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 완만한 곡률을 갖는 이너롤러와 타원형 단면의 트러니언의 회전마찰로 인한 축력발생을 개선하여 트러니언 및 이너롤러의 단면을 원형으로 변경함으로써, 트러니언 및 이너롤러 사이 그리고 롤러 및 트랙 사이의 마찰력을 극소화하고, 등속 조인트의 안정된 작동성 및 내구성을 확보할 수 있도록 한 트라이포드 등속조인트의 구조관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 구동축의 끝단에 장착된 스파이더와, 이 스파이더에서 반경방향으로 형성된 세개의 트러니언과, 이 트러니언에 장착된 롤러를 포함하여 구성된 트라이포드 등속조인트의 구조에 있어서,
상기 롤러는 이너롤러와 아우터롤러가 동심원상으로 결합된 구조이고, 상기 이너롤러가 트러니언에 장착되도록 이너롤러의 중심부에 곡면홀이 형성되고, 상기 곡면홀에는 볼록부가 형성된 트라이포드 등속조인트의 구조를 제공한다.
트라이포드, 등속조인트, 롤러, 스파이더, 트러니언, 곡면홀, 볼록부

Description

트라이포드 등속조인트의 구조{Structure for tripod constant velocity joint}
도 1은 종래기술에 따른 트라이포드 조인트의 종단면도.
도 2는 도 1의 A방향에서 도시한 도면으로서, 종래기술에 따른 트라이포드 조인트를 나타내는 정면도.
도 3은 도 2의 B방향에서 도시한 도면으로서, 종래기술에 따른 트러니언에 롤러가 장착된 모습을 나타내는 장치구성도.
도 4는 도 3의 대응도로서, 본 발명에 따른 트러니언에 롤러가 장착된 모습을 나타내는 장치구성도.
도 5는 도 4의 "C-C"선을 따라 취한 도면으로서, 본 발명에 따른 롤러를 나타내는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 이너롤러 10a : 구면홀
10b : 볼록부 11 : 트러니언
11a : 곡면부 11b : 직선부
12 : 트랙 13 : 트라이포드 하우징
14 : 종동축 15 : 스파이더
16 : 니이들 베어링 17 : 아우터 롤러
18 : 구동축 19 : 리테이너링
20 : 방진재
본 발명은 트라이포드 등속조인트의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 완만한 곡률을 갖는 이너롤러와 타원형 단면의 트러니언의 회전마찰로 인한 축력발생을 개선하여 트러니언 및 이너롤러의 단면을 원형으로 변경함으로써, 트러니언 및 이너롤러 사이 그리고 롤러 및 트랙 사이의 마찰력을 극소화하고, 등속 조인트의 안정된 작동성 및 내구성을 확보할 수 있도록 한 트라이포드 등속조인트의 구조관한 것이다.
일반적으로, 트라이포드 조인트는(tripod joint)는 유니버설 등속조인트(universal constant velocity joint)의 일종으로서, 구동축과 종동축의 사이에 설치되어 축간의 굴절각도(=조인트각)에 상관없이 등속전동이 이루어지도록 하는 기계요소이다.
자동차에서는 전륜 구동방식의 차량에서 변속기 출력축과 양측 전륜의 구동축을 연결하는데 주로 사용되고 있다.
상기 트라이포드 조인트는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 구동축(18)의 끝단에 장착된 스파이더(15)와, 이 스파이더에서 원주방향을 따라 반경방향으로 형성된 세개의 트러니언(111)과, 이 트러니언(111)에 각각 구면부시(도시하지 않음)와 니들베어링(16)을 매개로 장착된 롤러(100)와, 종동축(14)에 고정된 하우징(13)의 내면에 형성된 세 개의 트랙(12)으로 구성되되, 상기 트랙(12)에는 트러니언(111)들이 삽입되어 트랙(12)의 구름면에 상기 롤러(100)가 구름접촉되는 구조로 이루어진다.
상기 트러니언(111)에 장착된 롤러(100)는 일정한 폭과 직경을 갖는 아우터 롤러(117)와, 이 아우터 롤러(117)의 내부에 장착된 이너롤러(110)와, 상기 이너롤러(110)가 빠지지 않도록 측면에 설치된 스트라이커 아우트 및 리테이너링(19)이 설치되어 있다.
이때, 상기 트러니언(111)의 단면은 도 3에 도시한 바와 같이 타원형이고, 이너롤러(110)의 단면은 완만한 곡률을 갖는다.
이와 같은 구성에 의해, 구동축(18)의 회전력은 스파이더(15)에 전달되고, 스파이더(15)과 함께 세개의 트러니언(111)이 회전되면서 롤러(100)에 회전력이 전달되게 되며, 롤러(100)가 하우징(13)의 내면에 형성된 트랙(12)의 구름면에서 롤링 및 슬라이딩하면서 회전력을 전달하여, 하우징(13)과 함께 종동축(14)이 회전하게 된다.
따라서, 회전력이 구동축(18)→스파이더(15)→롤러(100)→하우징(13)→종동축(14) 순으로 전달될 때 상기 롤러(100)가 트랙(12)의 구름면에서 롤링 및 슬라이 딩하면서 조인트각의 변화량을 보상할 수 있도록 되어 있다.
이에 따라 축간에 굴절각도가 존재할때도 등속으로 회전력을 전달할 수 있게 된다.
그런데, 상기 이너롤러의 내경면에 장착된 타원형 단면의 트러니언에 의해 축간의 굴절각도(이하, "절각"이라 함)가 발생하게 되나, 트러니언 및 이너롤러 사이 그리고 아우터 롤러 및 트랙 사이의 마찰력의 증가 및 축력 발생의 증가로 인해 등속 조인트의 작동성 및 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 종래의 트러니언의 단면 및 이너롤러의 단면을 원형으로 변경하여 축간의 절각이 가능하도록 함으로써, 구조적 안정성을 유지하면서 트러니언과 트랙에서 발생하는 마찰력을 극소화하고, 축력 발생을 현저하게 저감시키며, 등속 조인트의 안정된 작동성 및 내구성을 확보할 수 있도록 한 트라이포드 등속조인트의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 구동축의 끝단에 장착된 스파이더와, 이 스파이더에서 반경방향으로 형성된 세개의 트러니언과, 이 트러니언에 장착된 롤러를 포함하여 구성되고, 상기 롤러는 이너롤러와 아우터롤러가 동심원상으로 결합된 구조이면서, 상기 이너롤러가 트러니언에 장착되도록 이너롤러의 중심부에 곡면홀이 형성되며, 상기 곡면홀은 일정한 직경(R1)을 갖는 원형이고, 상기 이너롤러의 내주면에는 반경방향으로 일정한 곡률(R3)을 갖는 볼록부가 형성되며, 상기 트러니언은 상기 이너롤러의 내주면을 따라 구름 및 슬라이딩되되, 상기 이너롤러의 내주면과 접촉되는 트러니언의 양측면에는 반구형(R2)의 곡면부가 형성된 트라이포드 등속조인트의 구조에 있어서,
상기 트러니언의 곡면부의 반경(R2)과 이너롤러의 중심부에 형성된 곡면홀의 내경(R1) 비(R2/R1)는 0.5 ~ 0.9인 것을 특징으로 하는 트라이포드 등속조인트의 구조를 제공한다.
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또한, 상기 이너롤러의 내주면에 반경방향으로 볼록형성된 볼록부의 반경(R3)과 상기 트러니언의 곡면부의 반경(R2) 비(R3/R2)는 0.5 ~ 2인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 4는 도 3의 대응도로서, 본 발명에 따른 트러니언에 롤러가 장착된 모습을 나타내는 장치구성도이고, 도 5는 도 4의 "C-C"선을 따라 취한 도면으로서, 본 발명에 따른 롤러를 나타내는 단면도이다.
본 발명은 축간의 굴절각도(=조인트각)에 상관없이 등속전동이 이루어지는 트라이포드 등속조인트의 구조에 관한 것이다.
본 발명은 이너롤러(10)의 내경면과 트러니언(11)이 접촉되는 부분을 최소화함으로써, 트러니언(11)과 트랙(12)에서 발생하는 마찰력을 극소화하여 출력발생을 현저하게 저감시키도록 한 점에 주안점이 있다.
일반적으로, 등속조인트는 두 축간의 굴절각도에 변화가 생기는 이음부에서 입력축과 출력축간의 굴절각도의 변동에 무관하게 입력축의 회전력을 동일 속도로 출력축에 전달하기 위한 장치이다.
상기 등속조인트 중에는 차량의 상하, 좌우의 움직임에 따른 진동을 흡수하도록 된 트라이포드(tripod) 등속조인트가 있는 바, 상기 트라이포드 등속조인트는 내측 둘레에 축방향의 등간격으로 완만한 구름면을 갖는 3개의 트랙(12))이 형성된 트라이포드 하우징(13)이 구비된다. 이때, 상기 트라이포드 하우징(13)은 종동축(출력축;14)과 일체로 형성되어 있다.
상기 트라이포드 하우징(13)의 트랙(12)에 3개의 트러니언(11)이 반경방향으로 돌출된 스파이더(15)가 삽입설치되며, 상기 각 트러니언(11)의 바깥 둘레에 니이들 베어링(16)와 이너롤러(10) 및 아우터롤러(17)가 각각 설치된다. 이때, 상기 스파이더(15)는 구동축(입력축;18)과 일체로 형성되어 있다.
상기 트러니언(11)의 외주 상부에 이너롤러(10)가 이탈되지 않도록 리테이너와 리테이너링(19)이 조립된 상태로 설치되어 있고, 상기 아우터롤러(17)와 이너롤러(10) 사이에는 진동 및 소음을 저감시키는 고무 등과 같은 방진재(20)가 삽입되어 있다.
여기서, 상기 이너롤러(10)의 중심부에는 트러니언(11)이 관통될 수 있도록 구면홀(10a)이 형성되고, 이 구면홀(10a)은 트러니언(11)이 회전가능하도록 일정한 직경(R1)을 갖는 완전 원형이며, 이 이너롤러(10)의 내경면에는 일정한 곡률(R3)을 갖는 볼록부(10b)가 원주방향을 따라 반경방향으로 볼록형성되어 있다.
상기 트러니언(11)은 이너롤러(10)의 볼록부(10b)와 접촉되는 곡면부(11a)와, 이너롤러(10)와 접촉되지 않는 직선부(11b)로 구성되어 있고, 곡면부(11a)는 구형으로 형성되며, 트러니언(11)의 양측면(트러니언의 단면기준)에 위치하여 이너롤러(10)의 볼록부(10b)와 슬라이딩 및 구름접촉하게 된다.
상기 직선부(11b)는 트러니언(11)의 중간부분으로 트러니언(11)과 이너롤러(10)와의 접촉면적을 최소로 줄이기 위하여 갖게 되는 구조이고, 이러한 단면구조에 따라 이너롤러(10)의 내경면에서 슬라이딩 또는 회전하는 트러니언(11)은 최소접촉면을 갖게 된다.
즉, 이너롤러(10)의 내경보다 상대적으로 작은 직경을 갖고 이너롤러(10)의 내주면에서 회전하면서 마찰력을 최소화하기 위하여 트러니언(11)의 단면구조는 가운데에 형성된 직선부(11b)와, 이 직선부(11b)의 양측면에는 일정한 직경(R2)을 갖도록 형성된 곡면부(11a)로 구성되게 된다. 이때, 직선부(11b)의 폭(B)은 곡면부(11a)의 반경(R2)의 2배가 된다.
이와 같은 구조로 된 트러니언(11)의 곡면부(11a)와 이너롤러(10)의 볼록부(10b)는 두개의 구(球)가 서로 대향하여 접촉하는 것과 같게 되므로, 마찰면적이 면접촉이 아닌 점 또는 직선접촉이 된다.
상기와 같은 구조의 트러니언(11)의 곡면부(11a)와 이너롤러(10)의 볼록부(10b)에 의해 축 간의 굴절각도에 변화가 생겨도 구동축(18)의 회전력을 굴절각도에 상관없이 등속으로 종동축(14)에 전달하게 된다.
이때, 트러니언(11)의 두께는 곡면부(11a) 외경(R2)에 의해 결정되므로, 이너롤러(10)의 내경(R1)과 트러니언(11)의 곡면부(11a) 외경(R2)의 비율(R2/R1)이 0.5 미만인 경우에는 트러니언(11)의 회전 방향 두께가 작아지므로 강도상 문제가 발생하고, 0.9를 초과하는 경우에는 강도상 유리하나 절각시 이너롤러(10)의 내경(R1)부와 간섭이 생겨서 절각이 불가능하므로, 0.5 ~ 0.9 인 것이 바람직하다.
또한, 이너롤러(10)의 볼록부(10a)(R3)와 트러니언(11)의 곡면부(11b) 외경(R2)의 비율(R3/R2)이 0.5 미만인 경우에는 두께가 얇아져서 강도상 문제가 발생하고, 2를 초과하는 경우에는 트러니언(11)의 곡면부(11b)와 간섭이 생겨 절각에 어려움이 발생하므로, 0.5 ~ 2 인 것이 바람직하다.
기존의 타입은 트러니언(111)의 단면 형상을 계란형으로 하여 절각을 가능하게 하였으나, 본 발명은 트러니언(11)의 강도를 위해 직선부(11b) 및 구형의 곡면부(11b)로 하였고, 트러니언(11)과 이너롤러(10)의 마찰을 최소화 하기 위하여 이너롤러(10)의 내경면을 구형의 볼록부(10b)로 함으로써, 트러니언(11)이 이너롤러(10)의 마찰되는 부분이 점 또는 직선으로 되어 축력 발생을 현저하게 저감시키며, 등속 조인트의 안정된 작동성 및 내구성을 확보할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 트라이포드 등속조인트의 구조에 의하면, 기존의 타입은 트러니언의 단면 형상을 계란형으로 하여 절각이 발생하던 것을 개선하여, 트러니언의 강도를 위해 직선부 및 구형의 곡면부로 하고, 트러니언과 이너롤러의 마찰을 최소화 하기 위하여 이너롤러의 내경면을 구형의 볼록부로 형성함으로써, 트러니언가 이너롤러의 마찰되는 부분이 점 또는 직선으로 되어 축력 발생을 현저하게 저감시키며, 등속 조인트의 안정된 작동성 및 내구성을 확보할 수 있다.

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  1. 삭제
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  4. 구동축의 끝단에 장착된 스파이더와, 이 스파이더에서 반경방향으로 형성된 세개의 트러니언과, 이 트러니언에 장착된 롤러를 포함하여 구성되고, 상기 롤러는 이너롤러와 아우터롤러가 동심원상으로 결합된 구조이면서, 상기 이너롤러가 트러니언에 장착되도록 이너롤러의 중심부에 곡면홀이 형성되며, 상기 곡면홀은 일정한 직경(R1)을 갖는 원형이고, 상기 이너롤러의 내주면에는 반경방향으로 일정한 곡률(R3)을 갖는 볼록부가 형성되며, 상기 트러니언은 상기 이너롤러의 내주면을 따라 구름 및 슬라이딩되되, 상기 이너롤러의 내주면과 접촉되는 트러니언의 양측면에는 반구형(R2)의 곡면부가 형성된 트라이포드 등속조인트의 구조에 있어서,
    상기 트러니언의 곡면부의 반경(R2)과 이너롤러의 중심부에 형성된 곡면홀의 내경(R1) 비(R2/R1)는 0.5 ~ 0.9인 것을 특징으로 하는 트라이포드 등속조인트의 구조.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 이너롤러의 내주면에 반경방향으로 볼록형성된 볼록부의 반경(R3)과 상기 트러니언의 곡면부의 반경(R2) 비(R3/R2)는 0.5 ~ 2인 것을 특징으로 하는 트라이포드 등속조인트의 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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