KR100984852B1 - 허브-축 결합용 그루브 결합 구조 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 허브-축의 끼워맞춤 결합을 위한 그루브 프로파일에 관한 것으로, 상기 그루브 프로파일은 허브(1)와 축(2)을 포함하며, 치형 프로파일의 단면은 실질적으로 사각형 또는 사다리꼴이다. 적어도 치형 프로파일 영역 내의 살 두께는 상기 치형 프로파일의 선단 직경과 베이스 직경의 차이보다 작다. 본 발명에 따르면, 허브(1) 및 축(2)의 프로파일의 단면에서 두 개의 맞닿는 측면(4, 5, 7, 8) 중 적어도 하나는 곡선 형태 또는 아크형으로 되어 있다. 바람직하게는, 측면(4, 7; 5, 8) 모두는 아크형이고 허브(1)와 축(2)은 동일한 방향으로 굽어져 있다.

허브-축 결합, 그루브 프로파일, 텔레스코픽 파이프

Description

허브-축 결합용 그루브 결합 구조 및 그 제조 방법{GROOVED CONNECTION STRUCTURE FOR A HUB-SHAFT CONNECTION AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 청구항 1의 전문부에 따른 그루브 결합 구조, 청구항 7의 전문부에 따른 텔레스코픽 파이프 및 청구항 9의 전문부에 따른 그루브 결합 구조 제조 방법에 관한 것이다.

맞춤 키 또는 미끄럼 키는 축과 허브를 형 맞춤 결합하는 데에 주로 사용된다. 예를 들면, 연결축(articulated shaft)에 있어서, 큰 토크가 전달되어야 하거나 허브와 축 사이에 축 방향 이동이 필요한 경우에는, 복수 개의 그루브 프로파일 또는 복수 개의 웨지 축이 주로 사용된다.

상기 그루브는 주로 사각형 프로파일이거나 사다리꼴 프로파일 중 어느 하나이다. 상기 프로파일은 절삭(machining) 또는 충격 롤 방식(impact rolling process)과 같은 냉간 가공에 의해 형성된다. 절삭에 비해, 냉간 가공은 대량 생산하는 경우에 비용 측면에서 보다 유리하다.

이러한 프로파일은, 예를 들면, 자동차의 변속기용 클러치 디스크 캐리어 또는 예를 들면, 자동차 제작 시에 많은 수량이 사용되는 연결축 텔레스코픽 파이프용으로 사용된다. 안쪽 또는 바깥쪽 위에 상응하는 프로파일을 구비하는 내부 파이프 및 외부 파이프가 각각 사용된다. 대량이 필요하기 때문에, 경제적인 생산을 위해 냉간 가공 방식이 많은 관심을 끌고 있다. 그러나 동작 중에 연결축 텔레스코픽 파이프는 고속으로 회전하고, 가해지는 하중이 크기 때문에 내부 파이프와 외부 파이프 사이의 프로파일 결합에 대해 매우 높은 정도의 정밀도가 요구된다.

다량의 토크를 전달하기 위해서는 상기 파이프들의 두 개의 프로파일 사이에는 가능한 큰 영역에서 결합이 이루어져야 하고, 높은 회전 속도를 달성하기 위해 상기 두 개의 파이프 사이에는 우수한 센터링이 보장되어야 한다.

따라서 본 발명의 목적은 구동장치 구성부품, 특히 구성부품 상호 간에 미끄럼 동작이 가능한 텔레스코픽 파이프용 치형 프로파일에 있어서, 동작 중에 소음 특성이 우수하면서도 가능하면 동력을 최적으로 전달할 수 있는 치형 프로파일을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명의 청구항 1에 기재된 특징을 구비하는 치형 프로파일에 의해 달성될 수 있다. 추가적으로, 본 발명에 따른 바람직한 실시예는 청구항 2 내지 청구항 5 및 청구항 11 내지 청구항 14의 특징으로 이루어진다.

형 맞춤형 허브-축 결합을 위한 것으로 허브와 축의 치형 프로파일의 단면이 실질적으로 사다리꼴인 본 발명에 따른 그루브 프로파일에 있어서, 적어도 치형 프로파일 영역 내의 살 두께는, 단면이 곡선 또는 아크형인 상기 허브 및 축의 프로파일 맞닿는 두 개의 측면(flank) 중 적어도 하나의 치형 프로파일의 선단 직경과 베이스 직경의 차이보다 작다.

본 발명에 따른 위와 같은 구성에 인해, 동작 중에 하중을 받으면측면들이 연속적으로 상호 안착하게 된다. 동작 초기에는 단면에서 상당히 작은 길이만 접촉된 상태로 시작하여, 전달되는 토크에 기인하는 하중이 증가함에 따라 상호 계합된 측면들이 탄성 변형됨으로써, 접촉 길이가 프로파일 단면에서의 높이의 상당한 부분으로 확장된다. 상기 치형 프로파일의 축방향 연장부의 면적이 크다는 점을 감안하면, 바람직하기로는 중심이 잘 맞는 결합이 이루어지고, 또한 최대 하중이 증가하고 소음이 감소하게 된다.

단면에서 양 측면의 만곡(curvature)은 동일한 방향으로 굽어진 볼록형 또는 아치형이다.

바람직하기로는, 허브의 내부 측면의 만곡은 오목하고, 축의 외부 측면의 만곡은 볼록하다.

전술한 바와 같이, 상기 측면 윤곽을 곡선형으로 함으로써, 한편으로는 하중이 걸릴 때 측면들이 꼭 맞게 접촉하여 하중이 접촉 영역 전체로 분산되고, 다른 한편으로는 우수한 센터링 효과를 나타내며 이에 따라 정숙성이 유리하게 달성될 수 있다.

상기 만곡은 그 단면이 아치형인 것이 바람직하고, 각 프로파일 높이의 적어도 50 내지 75% 이상 연장되는 것이 바람직하다. 하중이 큰 경우, 일례로 허브-축 결합이 큰 토크를 전달하거나 및/또는 고속으로 회전하는 중에도, 상기 프로파일 단면들 사이, 또는 상기 축과 허브의 상호 대향하는 측면들 사이의 영역에서 결합이 이루어진다.

맞닿는 측면들의 만곡된 호의 중심은 동일한 지점에 위치하거나 또는 반경 방향으로 이격되어 위치하거나 또는 소정의 양만큼 오프셋되어 위치하는 것이 바람직하다. 호의 중심들이 일정 간격, 즉 대략 일정한 간극으로 동축으로(concenterically) 위치하고 있는 경우, 두 개의 상호의 프로파일 단면들의 맞닿는 면들 사이에 안락한 상태가 달성될 수 있다. 상기 중심들이 상기 두 호 형상의 공통 반지름을 따라 이격되어 위치하면, 상기 프로파일 높이의 중앙 영역에서 유극이 최소로 되고, 프로파일 높이의 양 끝단에서 유극이 최대가 된다. 동작 중에는 일반적으로 프로파일 높이의 중앙에서 상기 두 개의 측면의 면적 접촉이 일어나고, 하중이 증가함에 따라 상기 접촉면은 대략 안쪽 및 바깥쪽으로 균등하게 증가한다. 상기 중심들이 공간상에서 서로에 대해 임의로 떨어져 있는 때에는, 최소 간극은 상기 축 또는 허브의 중심축에 대해 상대적으로 안쪽 또는 바깥쪽으로 이동하여 위치한다. 접촉점 또는 접촉면은 그에 상응하게 동작 중에 최소 간극이 형성되는 지점에 형성될 것이다. 연결축에 요구되는 사양에 따라, 접촉이 좀 더 안쪽에서 또는 좀 더 바깥쪽에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 상응하는 상기 만곡의 형상을 선택함으로써 제어 또는 조절될 수 있다.

상기 축과 허브의 맞닿는 측면 사이에는 측면을 따라 바람직하게는 최소 0.02 ㎜ 내지 최대 0.1 ㎜ 사이에서 변하는 간극이 있는 것이 바람직하다. 텔레스코픽 축의 경우에 있어서, 축과 허브의 최적의 치형(toothing)은 이러한 크기로 이루어지는데, 동작 중에 모든 프로파일의 측면들은 원주에서 서로 접촉된 상태로 있게 된다.

청구항 1 내지 청구항 5에 따르는 그루브 프로파일을 구비하는 내부 파이프 및 외부 파이프가 구비된 연결축의 경우, 텔레스코픽 파이프에 의해 상기 목적이 추가로 달성될 수 있다.

내부 파이프 및 외부 파이프는 대략적으로 살 두께가 균일한 중공체로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 연결축은 특히 자동차의 변속기에서 구동축 또는 바퀴로 토크를 전달하는 데에 적합하다.

본 발명은 추가적으로, 상기 그루브 프로파일에 따르는 단면 프로파일을 구비하는 하나 이상의 프로파일 롤 또는 하나 이상의 프로파일 롤러가 상기 허브 또는 축의 표면과 계합하는 냉간 압연 공정에 의해 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따르는 그루브 프로파일을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 프로파일은 바람직하게는 하나의 공정으로 제조될 수 있다. 상기 프로파일 롤 또는 프로파일 롤러는 주기적으로 타격 계합하는 것이 바람직하다. 특히, 이러한 충격 압연 공정으로 살 두께가 얇은 파이프에 정밀한 프로파일이 생성될 수 있다.

본 발명은, 동작 중에 우수한 소음 특성을 구비하면서 가능하면 동력을 최적으로 전달하는 구동장치 구성부품, 특히 구성부품 상호 간에 미끄럼 동작이 가능한 텔레스코픽 파이프용 치형 프로파일을 제공한다.

이하에서, 첨부된 도면을 기초로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 좀 더 자세하게 설명한다.

도 1은, 일례로 차량에 사용되는 중공형 프로파일로 제조되는 텔레스코픽 파이프의 허브 또는 외부 파이프(1) 및 축 또는 내부 파이프(2)의 단면도이다. 외부 파이프(1) 및 내부 파이프(2)에는 실질적으로 사다리꼴 단면의 그루브(3)가 원주 전체에 걸쳐 일정하게 배치되어 있는 프로파일이 위치하고 있다.

도 2는 본 발명의 도 1에 따른 텔레스코픽 파이프에 형성된 각 그루브 프로파일의 부분 상세 단면도이다. 외부 파이프(1)는 안쪽을 향해 오목한 곡선 모양의 측면(4) 또는 측면(5)을 구비하는, 단면이 실질적으로 사다리꼴인 그루브(3)를 구비한다. 그루브 헤드(6)는 상기 프로파일의 안쪽을 향해 볼록한 곡선인 것이 유리하다.

내부 파이프(2)는 상기 외부 파이프와 대응되도록 바깥쪽을 향해 볼록한 곡선 모양의 측면(7) 또는 측면(8)을 구비하는 그루브를 구비한다. 그루브 베이스(9)는 오목한 곡선 모양인 것이 유리하다.

이러한 형상으로 인해, 내부 파이프(2) 및 외부 파이프(1)의 그루브(3)에는 이들 측면 사이에 간격(gap)이 존재한다. 상기 내부 파이프(2) 및 외부 파이프(1)의 그루브의 측면(4)과 측면(7) 또는 측면(5)과 측면(8)은 동일한 방향으로 만곡되어 있기 때문에, 각각 대향하는 그루브 면은 초기에는 단면에서 거의 점 접촉하는 데, 하중이 증가하거나 회전 속도가 증가함에 따라, 상기 점 접촉 위치에서 전달하는 동력이 증가하기 때문에, 대응하는 측면이 약간 탄성 변형한다. 이러한 탄성 변형에 의해 단면에서 두 개의 측면(5와 8) 또는 두 개의 측면(4와 7)의 계합이 선형적으로 확장된다. 심지어 높은 토크가 전달되는 고속 회전 및 고 하중 하에서 면 압축 증가량의 상승이 방지되어, 허용가능한 면 하중을 초과하지 않는다. 또 다른 이점으로, 하중이 가해질 때 내부 파이프와 외부 파이프 사이에 면적 접촉, 우수한 센터링이 이루어진다.

도 3에 도시하고 있는 바와 같이 측면(4, 7) 또는 측면(5, 8)의 만곡이 상기와 반대로 되어 있는 경우에도 또한 동일한 효과가 달성될 수 있다.

선택적으로 하나의 측면만이 만곡될 수 있으며, 다른 측면은 직선형일 수 있다. 이는 살 두께가 두꺼운 파이프 또는 살 두께가 두꺼운 축 또는 중실 축인 경우에 특히 유리하다.

도 4b 내지 도 4c에는 대향하는 측면(4)과 측면(7)의 선택가능한 만곡 형태가 개략적으로 도시되어 있다.

도 4b의 측면(4)과 측면(7)은 높이의 약 절반 지점에서 최소 간격(m)이 형성되고, 최하부 에지 또는 최상부 에지에서 최대 간격(d)이 형성된다. 이것은 상기 측면(4)의 직경보다 측면(7)의 직경을 더 작게 하고, 상기 측면(4)과 측면(7)에 대한 만곡의 중앙부를 따라 상기 호들의 만곡 중심을 오프셋시켜 달성할 수 있다.

삭제

마지막으로, 도 4c는 상기 만곡의 중간 위치에 대해 상대적으로 측면 호의 중심이 오프셋된 측면(4)과 측면(7)의 쌍을 도시하고 있다. 이러한 경우에는, 예를 들면, 최소 간격(d1)은 상부 에지 영역에 형성되고, 최대 간격(d2)은 하부 에지 영역에 형성된다. 이상에서 언급한 그루브 프로파일은 특히 직경이 20 ㎜ 내지 200 ㎜이고 그루브 수가 2 내지 60 그루브 또는 치(tooth)인 축 또는 허브에 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 상기 그루브의 높이는 1 ㎜ 내지 10 ㎜ 사이이다. 상기 축과 허브 사이의 안락한 상태는 중간 측면 간격이 0.02 ㎜ 내지 0.10 ㎜ 사이의 만곡을 선택함으로써 달성할 수 있다. 아치형 만곡의 경우에는, 만곡의 반경이 상기 그루브 높이의 1 내지 40배 정도되는 것이 바람직하다. 만곡 호의 중심들이 공간상에서 떨어져 위치할 때, 큰 만곡 호의 중심이 작은 만곡 호의 반경의 1/4 내지 2배 오프셋 되어 있는 것이 바람직하다.

도 1은 허브와 축을 구비하는 텔레스코픽 파이프의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 그루브 프로파일을 구비하는 허브와 축을 구비하는 텔레스코픽 파이프의 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 또 다른 그루브 프로파일을 구비하는 허브와 축을 구비하는 텔레스코픽 파이프의 부분 단면도이다.

도 4b 및 도 4c는 도 2에 따른 그루브 프로파일의 대향하는 만곡의 두 가지 변형 실시예의 개략도이다.

Claims (14)

1. 적어도 치형 프로파일의 영역 내의 살 두께가 상기 치형 프로파일의 선단 직경과 상기 치형 프로파일의 베이스 직경 사이의 차이보다 작으며, 허브(1)와 축(2) 양쪽의 상기 치형 프로파일의 단면이 실질적으로 사다리꼴인 형 맞춤형 허브-축 결합을 위한 그루브 결합 구조에 있어서,

   상기 허브(1)와 축(2)의 프로파일의 측면들(4, 7; 5, 8) 중 각각 대향하는 측면들 중의 어느 하나의 단면이 곡선 또는 아크형이고, 상기 축(2)과 허브(1)의 대향하는 측면들 사이에는 변화하는 간극이 존재하며, 회전 속도와 하중 중 어느 하나 또는 모두가 증가하면 상기 허브(1)와 축(2)의 대향하는 측면들 중 적어도 하나가 탄성 변형되어 대향하는 측면들 사이의 접촉 면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조.
2. 제1항에 있어서,

   두 개의 측면들(4, 7; 5, 8) 양쪽의 단면의 만곡이 동일한 방향의 곡선 또는 아크형인 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조.
3. 제2항에 있어서,

   상기 허브(1)의 내부 측면(4, 5)의 만곡은 오목하고 상기 축(2)의 외부 측면(7, 8)의 만곡은 볼록한 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조.
4. 제1항에 있어서,

   단면 상의 만곡이 아치형인 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조.
5. 제4항에 있어서,

   대향하는 측면의 상기 만곡의 아치형의 중심은 동일한 지점에 위치하거나 또는 반경 방향으로 이격되어 위치하거나 또는 공간상에서 서로 간에 임의로 오프셋 되어 있는 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조.
6. 삭제
7. 내부 파이프(2) 및 외부 파이프(1)를 구비하는 연결축용 텔레스코픽 파이프에 있어서, 상기 내부 파이프(2) 또는 외부 파이프(1)는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 그루브 결합 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 텔레스코픽 파이프.
8. 제7항에 있어서,

   내부 파이프(2) 및 외부 파이프(1)는 대략적으로 일정한 살 두께를 가지는 중공체로 구현되는 것을 특징으로 하는 텔레스코픽 파이프.
9. 냉간 가공 방식에 의해 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 그루브 결합 구조를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 그루브 결합 구조에 따르는 프로파일 단면 형상을 구비하는 하나 이상의 프로파일 롤 또는 프로파일 롤러가 상기 허브(1) 또는 축(2)의 표면과 계합하는 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 프로파일 롤 또는 프로파일 롤러는 주기적으로 충격 계합하는 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조 제조 방법.
11. 제4항에 있어서,

    상기 만곡은 각각의 프로파일 높이(H)의 적어도 50%에 걸쳐서 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조.
12. 제4항에 있어서,

    상기 만곡은 각각의 프로파일 높이(H)의 적어도 75%에 걸쳐서 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조.
13. 제1항에 있어서,

    두 개의 대향하는 측면들(4, 7; 5, 8)이 직접적으로 대면하고 있는 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조.
14. 제1항에 있어서,

    실질적으로 사다리꼴인 치형 프로파일의 단면은, 사다리꼴을 이루는 이웃하는 2개의 측면들 사이의 단변이 장변보다 반경방향으로 더 바깥쪽에 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 그루브 결합 구조.

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