KR100834215B1

KR100834215B1 - 트라이포드식 등속조인트

Info

Publication number: KR100834215B1
Application number: KR1020060038449A
Authority: KR
Inventors: 김대환
Original assignee: 위아 주식회사
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2008-05-30
Also published as: KR20070106059A

Abstract

이 발명은, 하우징과 그에 접촉되는 아우터 롤러사이의 마찰 저항을 감소시키고 슬라이딩력을 향상시킬 수 있는, 트라이포드식 등속조인트에 관한 것으로서,

둘레를 3등분하는 위치에 축방향으로 형성된 3개의 트랙홈을 가지며 상기한 트랙홈의 양측 가이드면이 제1 경사면(a, a')과 직선면(b, b')과 제2 경사면(c, c')의 3개의 면으로 절각 형성되어 있는 하우징과, 둘레를 3등분하는 위치에 돌출된 3개의 트러니온을 가지며 상기한 트러니언이 상기한 트랙홈에 삽입되는 스파이더와, 상기한 트러니언을 둘러싸고 있는 니들롤러와, 상기한 니들롤러를 감싸고 있는 인너롤러와, 상기한 인너롤러를 감싸고 있으며 하우징의 가이드면을 따라 트랙홈의 축방향으로 이동가능하게 형성되는 아우터 롤러를 포함하여 이루어진다.

하우징, 인너 롤러, 니들 롤러, 아우터 롤러, 등속조인트

Description

트라이포드식 등속조인트{tripod type constant velocity joint}

도 1a는 일반적인 등속 조인트의 단면 구성도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A선 단면도이다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 트라이포드식 등속 조인트의 작동 상태도이다.

도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 트라이포드식 등속조인트 단면 구성도이다.

도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 트라이포드식 등속조인트의 각도 및 면의 관계를 설명하기 위한 단면 구성도이다.

도 5a 및 도 5b는 이 발명의 일실시예에 따른 트라이포드식 등속조인트의 롤러의 작동을 설명하기 위한 단면 구성도이다.

도 6a 및 도 6b는 이 발명의 일실시예에 따른 트라이포드식 등속조인트의 스파이더의 정면도 및 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 하우징 21 : 스파이더

22 : 니들 롤러 23 : 아우터 롤러

24 : 인너 롤러

이 발명은 등속 조인트 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 하우징과 그에 접촉되는 아우터 롤러사이의 마찰 저항을 감소시키고 슬라이딩력을 향상시킬 수 있는, 트라이포드식 등속조인트에 관한 것이다.

일반적으로 조인트는 회전축의 각도가 서로 다른 회전축에 회전동력(토크)을 전달하기 위한 것으로서, 동력전달 각도가 작은 추진축의 경우에는 후크 조인트, 플렉시블 조인트 등이 사용되고, 동력전달 각도가 큰 전륜 구동차의 구동축의 경우에는 등속 조인트가 사용된다.

상기한 등속 조인트는 구동축과 피동축의 교차각이 큰 경우에도 등속으로 원활하게 동력을 전달할 수 있기 때문에 독립 현가 방식의 전륜 구동차의 액슬축에 주로 사용되며, 샤프트를 중심으로 엔진측은 트라이포드식 등속 조인트로 이루어지고, 샤프트를 중심으로 타이어측은 버필드식 등속 조인트로 이루어진다.

도 1a는 일반적인 등속 조인트의 단면 구성도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A선 단면도이다. 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이 일반적인 등속 조인트의 구성은, 샤프트(1)를 중심으로 우측(엔진측)은 트라이포드식 등속 조인트로 이루어지고, 샤프트(1)를 중심으로 좌측(바퀴측)은 버필드식 등속 조인트로 이루어진다.

샤프트(1)를 중심으로 우측(엔진측)에 설치되어 있는 상기한 트라이포드식 등속 조인트의 구성은, 엔진(도시되지 않음)의 회전동력을 전달하며 내부에 트랙홈이 형성되어 있는 하우징(2)과, 상기한 하우징(2)의 회전동력을 전달받아서 회전되 는 샤프트(1)와, 상기한 하우징(2)과 샤프트(1)를 연결하기 위하여 상기한 샤프트(1)의 일단에 연결되어 상기한 하우징(2)의 내부에 설치되며 3개의 트러니언이 형성되어 상기한 트랙홈에 삽입되는 스파이더(3)와, 상기한 스파이더(3)의 트러니언의 외주면에 설치되는 니들롤러(6)와, 상기한 니들롤러(6)의 외주면에 설치되는 인너롤러(5)와, 상기한 인너롤러(5)의 외주면에 설치되어 상기한 하우징(2)과 샤프트(1)의 마찰을 감소시키는 아우터롤러(4)와, 상기한 니들롤러(6) 및 인너롤러(5)의 상단에 설치되는 리테이너링(8)과, 상기한 하우징(2)에 일단이 연결되고 상기한 샤프트(1)에 일단이 연결되는 부트(10)와, 상기한 부트(10)를 각각 고정시키기 위한 클램핑 밴드(11, 12)를 포함하여 이루어진다.

샤프트(1)를 중심으로 좌측(타이어측)에 설치되어 있는 상기한 버필드식 등속 조인트의 구성은, 상기한 트라이포드식 등속 조인트의 회전동력을 전달받아서 회전되는 샤프트(1)의 일단에 연결설치되는 인너레이스(15)와, 상기한 인너레이스(15)의 외부에 설치되는 아웃터레이스(13)와, 상기한 인너레이스(15)의 회전동력을 상기한 아웃터레이스(13)에 전달하기 위한 볼(16)과, 상기한 볼(16)을 지지하기 위한 케이지(14)와, 상기한 아웃터 레이스(13)의 외부에 설치되는 센서링(17)과, 상기한 샤프트(1)에 일단이 연결되고 상기한 아웃터 레이스(13)에 일단이 연결되는 부트(18)와, 상기한 부트(18)를 고정시키기 위한 클램핑 밴드(19, 20)를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한 일반적인 등속 조인트의 작용은 다음과 같다.

엔진(도시되지 않음)으로부터 출력된 회전동력이 트랜스미션(도시되지 않음) 을 거쳐 하우징(2)에 전달되면 하우징(2)이 회전되며, 이러한 하우징(2)의 회전동력은 아우터롤러(4), 인너롤러(5), 니들롤러(6)를 통해 스파이더(3)로 전달됨으로써 스파이더(3)에 중심에 연결되어 있는 샤프트(1)를 회전시킨다. 또한, 상기한 샤프트(1)의 회전동력은 인너레이스(15)와 볼(16)을 거쳐 아웃터 레이스(13)로 전달됨으로써 아웃터 레이스(13)에 연결되는 바퀴(도시되지 않음)를 회전시키게 된다.

이 경우에, 샤프트(1)를 중심으로 우측(엔진측)에 설치되어 있는 트라이포드식 등속 조인트에서는 아우터롤러(4)가 하우징(2)의 트랙홈내를 슬라이딩 이동함으로써 아우터롤러(4)와 연관되어 있는 샤프트(1)의 회전 각도가 달라지게 됨으로써 차량의 변위에 따라 절각이 되고, 샤프트(1)를 중심으로 좌측(바퀴측)에 설치되어 있는 버필드식 등속 조인트에서는 볼(16)에 의해 아웃터 레이스(13)의 회전각도가 달라지게 됨으로써 차량의 변위에 따라 절각이 된다. 이와 같은 트라이포드식 등속조인트와 버필드식 등속조인트의 절각에 의해 차량의 운동 변위가 흡수된다.

상기한 트라이포드식 등속 조인트측의 부트(10)와 버필드식 등속 조인트측의 부트(18)는 각각 트라이포드식 등속 조인트와 버필드식 등속 조인트의 외부를 감싸 밀봉시킴으로써 트라이포드식 등속 조인트와 버필드식 등속 조인트가 외부 오염물질에 의해 손상되는 것을 방지한다.

한편, 트라이포드식 등속조인트가 절각이 되는 과정에서, 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 상기한 아우터롤러(4)는 자동 조심각(α)의 범위내에서 자동 조심운동을 하게 되는데 상기한 자동 조심각(α)은 스파이더(3)의 간섭으로 인하여 3~6도 정도로 이루어지므로 6도 이상에서는 상기한 아우터롤러(4)가 스파이 더(3)의 전체 절각(θ₁)보다 3~6도 작은 각도(θ₂)로 하우징(2)의 트랙홈을 따라 운동하게 되면서 마찰저항을 감소시키게 된다. 상기한 스파이더(3)의 전체 절각(θ₁)은 23도 정도이므로 상기한 아우터롤러(4)의 각도(θ₂)는 17~20도 정도가 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 트라이포드식 등속 조인트는, 아우터 롤러(4)가 3~6도의 절각을 제외하고는 스파이더(3)의 절각(θ₁)보다는 적은 각도를 갖는 미끌림 절각(θ₂)을 하게 되므로 마찰저항이 발생하게 되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 아우터 롤러(원통 롤러)의 구름 운동시에 아우터 롤러와 하우징의 트랙홈(접촉 그루브)와의 사이에서 발생하는 마찰저항을 감소시켜 보다 원활하게 자동될 수 있도록 하는 기술이 대한민국 등록실용신안 20-0260930(공고일자: 2002년 9월 27일)의 "트라이포드식 등속조인트"에서 본 출원인에 의해 개시된 바 있다.

그러나, 상기한 등록실용신안 20-0260930은, 하우징(2)의 트랙홈에서의 2점 접촉이 아우터 롤러(4)의 자동 조심운동시 접촉되는 관계로 슬라이딩 저항이 커지게 되며, 하우징(2)의 트랙홈의 면과 아우터 롤러(4) 사이의 틈새가 커질수록 끼임이 발생하여 슬라이딩력이 크게 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하우징과 그에 접촉되는 아우터 롤러사이의 마찰 저항을 감소시키고 슬라이딩 력을 향상시킬 수 있는, 트라이포드식 등속조인트를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 둘레를 3등분하는 위치에 축방향으로 형성된 3개의 트랙홈을 가지며 상기한 트랙홈의 양측 가이드면이 제1 경사면(a, a')과 직선면(b, b')과 제2 경사면(c, c')의 3개의 면으로 절각 형성되어 있는 하우징과, 둘레를 3등분하는 위치에 돌출된 3개의 트러니온을 가지며 상기한 트러니언이 상기한 트랙홈에 삽입되는 스파이더와, 상기한 트러니언을 둘러싸고 있는 니들롤러와, 상기한 니들롤러를 감싸고 있는 인너롤러와, 상기한 인너롤러를 감싸고 있으며 하우징의 가이드면을 따라 트랙홈의 축방향으로 이동가능하게 형성되는 아우터 롤러를 포함하여 이루어진다.

이 발명의 구성은, 상기한 하우징의 안내면의 제1 경사면(a, a')은 경사각(∠ B)을 가지고, 제2 경사면(c, c')은 경사각(∠A)을 가지며, 제2 경사면(c)은 제1 경사면(a')과 평행(//D)하며, 제1 경사면(a)은 제2 경사면(c')과 평행(//E)하며, 직선면(b, b')도 서로 평행(//C)하게 구성되면 바람직하다.

이 발명의 구성은, 상기한 아우터 롤러의 내경부는 구면부와 원통형부로 구성되면 바람직하다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직 한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 트라이포드식 등속조인트의 구성은, 둘레를 3등분하는 위치에 축방향으로 형성된 3개의 트랙홈(20a)을 가지며 상기한 트랙홈(20a)의 양측 가이드면이 제1 경사면(a, a')과 직선면(b, b')과 제2 경사면(c, c')의 3개의 면으로 절각 형성되어 있는 하우징(20)과, 둘레를 3등분하는 위치에 돌출된 3개의 트러니온(21a)을 가지며 상기한 트러니언(21a)이 상기한 트랙홈(20a)에 삽입되는 스파이더(21)와, 상기한 트러니언(21a)을 둘러싸고 있는 니들롤러(22)와, 상기한 니들롤러(22)를 감싸고 있는 인너 롤러(24)와, 상기한 인너 롤러(24)를 감싸고 있으며 하우징(20)의 가이드면을 따라 트랙홈(20a)의 축방향으로 이동가능하게 형성되는 아우터 롤러(23)를 포함하여 이루어진다.

도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 트라이포드식 등속조인트의 각도 및 면을 설명하기 위한 단면 구성도이고, 도 5a 및 도 5b는 이 발명의 일실시예에 따른 트라이포드식 등속조인트의 롤러의 작동을 설명하기 위한 단면 구성도이다.

도 4 및 5에 도시되어 있는 바와 같이, 하우징(20)의 안내면의 제1 경사면(a, a')은 경사각(∠ B)을 가지고, 제2 경사면(c, c')은 경사각(∠A)을 가지며, 제2 경사면(c)은 제1 경사면(a')과 평행(//D)하며, 제1 경사면(a)은 제2 경사면(c')과 평행(//E)하며, 직선면(b, b')도 서로 평행(//C)하게 구성된다.

상기한 아우터 롤러(23)의 내경부는 구면부(RG)와 원통형부(H)로 이루어진다.

도 6a 및 도 6b에 도시되어 있는 바와 같이 이 발명의 일실시예에 따른 트라이포드식 등속조인트의 스파이더(21)는 정면에서 볼때의 폭(M)이 측면에서 볼 때의 폭(N)보다 크도록 설정한다.

상기한 구성에 의한 이 발명의 실시예에 따른 트러이포드식 등속조인트의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

엔진(도시되지 않음)으로부터 출력된 회전동력이 트랜스미션(도시되지 않음)을 거쳐 하우징(20)에 전달되면 하우징(20)이 회전되며, 이러한 하우징(20)의 회전동력은 아우터 롤러(23), 인너 롤러(24), 니들 롤러(22)를 통해 스파이더(21)로 전달됨으로써 스파이더(21)에 중심에 연결되어 있는 샤프트를 회전시킨다.

이 경우에, 아우터 롤러(23)가 하우징(20)의 트랙홈(20a)내를 슬라이딩 이동함으로써 아우터 롤러(23)와 연관되어 있는 샤프트의 회전 각도가 달라지게 됨으로써 차량의 변위에 따라 절각이 되며, 이와 같은 트라이포드식 등속조인트의 절각에 의해 차량의 운동 변위가 흡수된다.

상기한 인너 롤러(24)의 외경은 아우터 롤러(23)의 내경과 접촉하는 경우에 초기에 아우터 롤러(23)의 구면부(RG)에서 접촉되어 도 5a에 도시되어 있는 바와 같이 조인트각(∠E)이 크게 발생될 때 아우터 롤러(23)의 원통부(H)와 점접촉되는 형태로 작동된다.

따라서, 인너 롤러(24)는 절각시 아우터 롤러(23)의 구면부(RG)와 1점 접촉이 일어나게 하여 아우터 롤러(23)가 아래쪽 방향(y)으로 미끄러져 내려가는 것을 방지한다. 이와 함께, 아우터 롤러(23)는 하우징(20)의 제1 경사면(a)의 경사각(∠B)에 의해 윗쪽 방향(z)으로 이동되는 것도 규제된다. 그리고, 절각시 아우터 롤러(23)는 절각되지 않고 하우징(20)의 트랙면을 따라 운동을 하게 된다.

아우터 롤러(23)의 조심운동은 아우터 롤러(23)와 하우징(20)의 틈새(k1)만큼 이루어지는데, 이때 아우터 롤러(23)와 하우징(20)의 틈새(k1)는 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이 인너 롤러(24)와 스파이더(21)의 틈새(k3)보다 작게 설계되어 조심운동시 발생할 수 있는 미끌림 현상을 작게 한다.

아우터 롤러(23)는 구면부(RG)와 원통형부(H)로 이루어져 있어서 인너 롤러(24)와 일반적 상용각에서는 구면 접촉이 일어나게 되고 고절각에서는 점접촉이 일어나게 되는데, 이때 인너 롤러(24)의 폭(SI)은 도 5a에 도시되어 있는 바와 같이 아우터 롤러(23)의 구면부(RG) 폭(SOI)보다 2.8배 내지 3배로 커야 된다.

스파이더(21)를 정면에서 볼때의 폭(M)과 측면에서 볼 때의 폭(N)은 도 6a 및 도 6b에서와 같은 형상으로 하여 인너 롤러(24)의 K2 부분이 접촉될 때 접촉면적을 줄이게 되므로 마찰저항을 줄일 수 있다.

또한, 인너 롤러(24)와 아우터 롤러(23)와 하우징(20)의 틈새(i, g, h)를 이용하여 윤활제인 그리스의 유입이 자유롭게 이루어지도록 하여 윤활작용 효과를 높일 수가 있다.

이와 같이 본원발명은, 아우터 롤러(23)를 하우징(20)의 안내면(a, b, c)에 2점 접촉시키는 것과 절각시 3점 접촉되는 조심운동의 ∠F가 일어나게 구성하였으며, 인너 롤러(24)를 아우터 롤러(23)의 내경에 1/2 구면접촉시키고, 아우터 롤러(23)의 아래쪽 방향(y)의 움직임을 인너 롤러(24)의 외경에 의해 규제하고, 하우징(20)의 안내면중 경사면에 의해 위쪽 방향(z)의 이동을 규제하여 평행운동이 일어나게 하므로 아우터 롤러(23)의 고절각시 발생하는 미끌림에 의한 축력발생인자를 저감할 수 있으며, 인너 롤러(24)의 회전시 스파이더(21)의 접촉부(k2)의 형상으로서 불완전한 형상을 채택하여 마찰력을 줄인다.

또한, 절각시 롤러의 중심이 일치하게 하였으며, 아우터 롤러(23)의 원통형에 의한 조립으로 조립성 및 내구성을 향상시킨다.

그리고, 내측둘레에 경사각(∠A, ∠ B)과 평행한 면(c, d, e)을 갖는 접촉 그루부가 형성된 3개의 트랙홈(20a)이 축방향으로 등간격으로 형성된 하우징(20)의 내부에 3개의 트러니온이 돌출형성된 스파이더(21)가 설치되고, 각각의 트러니온의 바깥 둘레에 니들 롤러(22), 인너 롤러(24), 아우터 롤러(23)가 설치된다.

또한, 아우터 롤러(23)의 접촉시에 축 중심방향으로 틈새(k1)를 갖고 접촉이 2~3점 발생된다.

그리고, 인너 롤러(24)의 구면형상폭이 아우터 롤러(23)의 내부에 설치되는 구면의 길이보다 2.5배 이상이고, 인너 롤러(24)의 외구면과 아우터 롤러(23)의 내경부가 1/2 구면 접촉과 절각시 구면과 점접촉이 일어난다.

또한, 아우터 롤러(23)의 반경(RP)을 이용하여 선회를 방지하고 평행이동을 유도한다.

그리고, 인너 롤러(24)가 스파이더(21)의 단면에 접촉될 때 스파이더(21)의 단면을 원둘레로 타원식 단면으로 하여 마찰을 감소시킨다.

또한, 하우징(20)의 그루부와 아우터 롤러(23)를 초기상태에서 2점 접촉을 시도하였고, 아우터 롤러(23)의 내측형상을 평면(원통형)과 구면으로 형성하여 아우터 롤러(23)의 조심운동시 발생되는 미끌림 마찰력을 평행운동과 조심운동으로 작용할 수 있도록 하여 슬라이드 저항 감소를 할 수 있도록 함은 물론 축력을 저감시켜 차량의 진동을 감소시킨다.

이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 이 발명은, 하우징과 그에 접촉되는 아우터 롤러사이의 마찰 저항을 감소시키고 슬라이딩력을 향상시킬 수 있는, 효과를 갖는다.

Claims

둘레를 3등분하는 위치에 축방향으로 형성된 3개의 트랙홈을 가지며 상기한 트랙홈의 양측 가이드면이 제1 경사면(a, a')과 직선면(b, b')과 제2 경사면(c, c')의 3개의 면으로 절각 형성되어 있는 하우징;

둘레를 3등분하는 위치에 돌출된 3개의 트러니온을 가지며 상기한 트러니언이 상기한 트랙홈에 삽입되는 스파이더;

상기한 트러니언을 둘러싸고 있는 니들롤러;

상기한 니들롤러를 감싸고 있는 인너롤러;

상기한 인너롤러를 감싸고 있으며 하우징의 가이드면을 따라 트랙홈의 축방향으로 이동가능하게 형성되는 아우터 롤러를 포함하여 이루어지며,

상기한 아우터 롤러의 내경부는 구면부와 원통형부로 구성되는 것을 특징으로 하는 트라이포드식 등속조인트.
제 1항에 있어서,

하우징의 안내면의 제1 경사면(a, a')은 경사각(∠ B)을 가지고, 제2 경사면(c, c')은 경사각(∠A)을 가지며, 제2 경사면(c)은 제1 경사면(a')과 평행(//D)하며, 제1 경사면(a)은 제2 경사면(c')과 평행(//E)하며, 직선면(b, b')도 서로 평행(//C)하게 구성되는 것을 특징으로 하는 트라이포드식 등속조인트.
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