KR101040233B1 - 트라이포드 등속 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 구동축용 등속 조인트에 관한 것이다. 트라이포드 등속 조인트는 축 방향에 수직인 반경 방향으로 돌출되는 세 개의 트러니언을 포함하는 스파이더, 상기 트러니언의 외주면을 둘러싸는 이너 롤러와 상기 이너 롤러의 외주면을 둘러싸는 니들 롤러와 상기 니들 롤러에 대한 슬라이딩 모션이 가능하도록 상기 니들 롤러의 외주면을 둘러싸는 아우터 롤러를 포함하는 롤러 어셈블리, 그리고 일단이 함몰되고 함몰된 내주면에 상기 세 개의 트러니언에 각각 장착된 상기 롤러 어셈블리를 수용하는 세 개의 롤러 트랙 홈이 축 방향으로 형성되는 중공 원통형의 하우징을 포함하는 트라이포드 등속 조인트로서, 상기 스파이더의 축 방향과 상기 하우징의 축 방향이 나란한 상태에서는, 상기 롤러 트랙 홈과 상기 롤러 어셈블리 사이에 상기 하우징의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 홈 중심선이 상기 롤러 어셈블리와 상기 트러니언 사이에 상기 하우징의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 트러니언 중심선으로부터 상기 하우징의 반경 방향으로 미리 설정된 거리만큼 이격된다. 본 발명에 의하면, 축방향유기력(GAF)의 발생을 최소화시켜 소음진동(NVH) 성능이 개선될 수 있다.

Description

트라이포드 등속 조인트{Tripod constant velocity joint}

본 발명은 자동차 구동축용 등속 조인트에 관한 것이다.

등속 조인트는 보통 전륜 구동차에서 종감속 장치에 연결된 구동차축에 설치되어 바퀴에 동력을 전달하는데 사용된다. 이때 구동축과 피구동축의 접점이 교차각의 이등분선 상에 있게 함으로써 등속으로 동력을 전달하는 특성을 갖는다.

이러한 등속 조인트 중 트라이포드 등속 조인트는 일반적으로 세 개의 트러니언(trunnion)이 돌출 형성되는 스파이더(spider), 트러니언의 외주면에 구비되는 링 형상의 이너 롤러(inner roller), 이너 롤러의 외주면에 구비되는 링 형상의 니들 롤러(needle bearing), 그리고 니들 롤러의 외주면에 구비되는 아우터 롤러(outer roller)를 포함한다.

다만 이러한 기존의 트라이포드 등속 조인트는 작동되는 과정에서 조인트의 장착 각도(joint angle)나 적용 토크(torque)가 증가하게 될 경우, 기본적인 내부 부품의 구성의 한계 상 축방향유기력(GAF, Generated Axial Force)의 상승이 불가피하였고, 이로 인해 차체가 흔들리게 되는 셔더(shudder) 현상 등 소음진동(NVH, Noise, Vibration, Harshness)이 문제되었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실제 작동 상태에서 롤 트랙 홈, 롤러 어셈블리, 그리고 트러니언에 힘이 작용되는 중심선이 일치되도록 하여, 아우터 롤러의 불필요한 롤링(rolling), 피칭(pitching)에 의한 축방향유기력(GAF)의 발생을 최소화시켜 소음진동(NVH) 성능이 개선되는 트라이포드 등속 조인트를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 기본적인 롤러의 구성을 이너 롤러와 아우터 롤러로 분리시킴으로써, 하우징(housing) 내면의 롤러 트랙 홈에서의 롤러의 구름 운동(rolling motion)과 장착 각도에 따른 슬라이딩 모션(sliding motion)이 분리되는 트라이포드 등속 조인트를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트는 축 방향에 수직인 반경 방향으로 돌출되는 세 개의 트러니언을 포함하는 스파이더, 상기 트러니언의 외주면을 둘러싸는 이너 롤러와 상기 이너 롤러의 외주면을 둘러싸는 니들 롤러와 상기 니들 롤러에 대한 슬라이딩 모션이 가능하도록 상기 니들 롤러의 외주면을 둘러싸는 아우터 롤러를 포함하는 롤러 어셈블리, 그리고 일단이 함몰되고 함몰된 내주면에 상기 세 개의 트러니언에 각각 장착된 상기 롤러 어셈블리를 수용하는 세 개의 롤러 트랙 홈이 축 방향으로 형성되는 중공 원통형의 하우징을 포함하는 트라이포드 등속 조인트로서, 상기 스파이더의 축 방향과 상기 하우징의 축 방향이 나란한 상태에서는, 상기 롤러 트랙 홈과 상기 롤러 어셈블리 사이에 상기 하우징의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 홈 중심선이 상기 롤러 어셈블리와 상기 트러니언 사이에 상기 하우징의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 트러니언 중심선으로부터 상기 하우징의 반경 방향으로 미리 설정된 거리만큼 이격된다.

상기 미리 설정된 거리는 상기 하우징의 축 방향과 상기 스파이더의 축 방향이 정해진 각도를 이루는 경우에 상기 홈 중심선이 상기 롤러 중심선과 일치하도록 설정될 수 있다.

상기 미리 설정된 거리는 상기 하우징, 상기 롤러 어셈블리, 그리고 상기 스파이더의 구동 시에 서로 간에 작용되는 마찰력이 최소화되도록 설정될 수 있다.

상기 홈 중심선이 상기 트러니언 중심선으로부터 이격되는 방향은 상기 하우징의 반경 방향 중 상기 하우징의 중심 방향일 수 있다.

상기 이너 롤러는 상기 니들 롤러가 상하 방향으로 구속되도록 상측 및 하측에 형성되는 플랜지를 포함할 수 있다.

상기 플랜지는 상기 니들 롤러에 대한 작용력이 상하 방향에 미리 설정된 비율로 배분 되도록 형성될 수 있다.

상기 플랜지는 상기 하우징, 상기 롤러 어셈블리, 그리고 상기 스파이더의 구동 시에 상기 홈 중심선과 상기 트러니언 중심선이 일치되도록 상기 니들 롤러를 구속할 수 있다.

상기 이너 롤러는 상기 하우징, 상기 롤러 어셈블리, 그리고 상기 스파이더의 구동 시 상기 롤러 트랙 홈의 상면과 간섭되지 않는 높이로 형성될 수 있다.

상기 니들 롤러는 상하 방향의 양 끝단이 볼록한 곡면 형상 또는 쐐기 형상일 수 있다.

상기 세 개의 롤러 트랙 홈은 표면조도가 향상되도록 표면처리 될 수 있다.

본 발명에 의하면, 홈 중심선과 트러니언 중심선을 이격시켜 둠으로써, 하우징의 축과 스파이더의 축 사이에 장착 각도가 발생되는 실제 작동 상태에 있어서는 롤 트랙 홈, 롤러 어셈블리, 그리고 트러니언에 힘이 작용되는 중심선이 일치되도록 하여, 아우터 롤러의 불필요한 롤링(rolling), 피칭(pitching)에 의한 축방향유기력(GAF)의 발생을 최소화시켜 소음진동(NVH) 성능이 개선될 수 있다.

또한 기본적인 롤러의 구성을 이너 롤러와 아우터 롤러로 분리시킴으로써, 롤러 트랙 홈에서의 롤러의 구름 운동(rolling motion)과 장착 각도에 따른 슬라이딩 모션(sliding motion)이 분리되므로, 롤러의 구름 방향과 롤러의 이동 방향이 나란하게 되어 발생되는 마찰력을 최소화할 수 있다.

또한 플랜지를 통해 니들 롤러를 상하 방향으로 구속되도록 함으로써, 아우터 롤러의 니들 롤러에 대한 슬라이딩 모션이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 개략적인 입체도이다.
도 2는 도 1의 트라이포드 등속 조인트의 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 트라이포드 등속 조인트의 종단면도이다.
도 4는 니들 롤러의 상하 방향의 양 끝단의 형상의 다양한 실시예를 나타내는 부분 횡단면도이다.
도 5는 트러니언 중심선과 홈 중심선이 미리 설정된 거리만큼 이격된 상태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 스파이더의 축 방향과 하우징의 축 방향이 나란한 상태에서 홈 중심선과 트러니언 중심선이 일치되도록 한 등속 조인트가 구동될 때 회전 각도에 따라 스파이더의 축으로부터 트러니언 중심선 및 홈 중심선이 이격되는 거리를 나타낸 그래프이다.
도 7은 트러니언 중심선과 홈 중심선이 이격된 도 1의 트라이포드 등속 조인트의 경우와 트러니언 중심선과 홈 중심선이 일치하는 경우의 장착 각도(Joint Angle)에 따라 발생되는 축방향유기력(Generated Axial Force)을 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 8은 롤러 트랙 홈과 롤러 어셈블리 사이의 간격을 나타내는 개략도이다.
도 9는 롤러 어셈블리의 롤링 모션을 나타내는 개략도이다.
도 10은 롤러 어셈블리의 피칭 모션을 나타내는 개략도이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 개략적인 입체도이고, 도 2는 도 1의 트라이포드 등속 조인트의 횡단면도이며, 도 3은 도 1의 트라이포드 등속 조인트의 종단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트(100)는 스파이더(1), 롤러 어셈블리(2), 그리고 하우징(3)을 포함한다.

우선, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 스파이더(1)는 축 방향에 수직인 반경 방향으로 돌출되는 세 개의 트러니언(11)을 포함한다.

예시적으로 트러니언(11) 각각은 도 1에서 보듯이 돌출되는 방향에 수직인 단면이 원형인 형상으로 형성될 수 있다. 또한 도 2에서 보듯이 트러니언(11) 각각은 외주면(측면)이 일정한 곡률 반경을 갖도록 볼록하게 형성될 수 있다. 이처럼 트러니언(11)의 외주면이 곡률 반경을 갖는 볼록한 형태로 형성됨으로써, 트러니언(11)의 볼록한 외주면과 후술한 이너 롤러(21)의 오목한 내주면 간의 곡률 반경을 따라 이루어지는 상대적인 슬라이딩 이동이 자연스럽게 발생될 수 있다. 또한 도 2에서 보듯이 트러니언(11)은 상면도 일정한 곡률 반경을 갖도록 볼록하게 형성될 수 있다. 이는 롤 트랙 홈(31)의 상면(311)에 트러니언(11)이 간섭되는 경우가 있다면, 이때 발생되는 마찰을 최소화하기 위함일 수 있다.

또한 도 2 및 도 3을 참고하면, 롤러 어셈블리(2)는 이너 롤러(21), 니들 롤러(22), 그리고 아우터 롤러(23)를 포함한다.

이너 롤러(21)는 트러니언(11)의 외주면을 둘러싼다. 이러한 이너 롤러(21)는 내주면이 곡률 반경에 따라 오목하게 들어간 링 형상일 수 있고, 상술한 바와 같이 이너 롤러(21)의 오목하게 들어간 내주면에 트러니언(11)의 볼록한 외주면이 맞물리면서 서로 간의 슬라이딩 이동이 원활해질 수 있다.

그리고 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 이너 롤러(21)는 니들 롤러(22)가 상하 방향으로 구속되도록 상측 및 하측에 형성되는 플랜지(211)를 포함할 수 있다. 예를 들면 플랜지(211)는 이너 롤러(21)의 외주면의 상측과 하측에 각각 둘레를 따라 연속적으로 돌출된 돌기의 형태로 형성될 수 있으며, 니들 롤러(22)는 이러한 상하측 플랜지(211)의 사이에 배치될 수 있다. 이때 이너 롤러(21)의 외주면의 형상은 오목한 내주면과는 달리 니들 롤러(22)를 수용할 수 있는 평평한 형상일 수 있다. 참고로, 상하 방향이라 함은 도 3 상의 롤러 어셈블리(2)에 대한 상하 방향일 수 있다.

또한 플랜지(211)는 니들 롤러(22)에 대한 작용력이 상하 방향에 미리 설정된 비율로 배분되도록 형성될 수 있다. 니들 롤러(22)의 구속 위치를 상하 방향으로 적절히 조정하면, 이너 롤러(21)와 아우터 롤러(23) 사이의 상대적인 슬라이딩 모션이 발생할 때 작용하는 힘의 상하 방향에 대한 배분 비율이 조정될 수 있다. 이러한 힘의 상하 방향 배분 비율을 조정함으로써, 후술할 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)의 위치를 조정할 수 있다. 따라서 미리 설정된 비율은 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)이 적절하게 위치될 수 있도록 힘이 배분되는 비율을 의미할 수 있다.

이와 같이 플랜지(211)를 통해 니들 롤러(22)를 상하 방향으로 구속되도록 함으로써, 아우터 롤러(23)의 니들 롤러(22)에 대한 슬라이딩 모션이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

그리고 이너 롤러(21)는 하우징(3), 롤러 어셈블리(2), 그리고 스파이더(1)의 구동 시 롤러 트랙 홈(31)의 상면(311)과 간섭되지 않는 높이로 형성될 수 있다. 이는 이너 롤러(21)가 아우터 롤러(23)보다 상측으로 돌출되어 하우징(3)의 내주면 중 롤러 트랙 홈(31)의 상면(311)과 간섭되는 경우 마찰이나 그로 인한 손상이 발생될 수 있어 이를 방지하기 위함이다.

도 4는 니들 롤러의 상하 방향의 양 끝단의 형사의 다양한 실시예를 나타내는 부분 횡단면도이다.

또한, 니들 롤러(22)는 이너 롤러(21)의 외주면을 둘러싼다. 예시적으로, 니들 롤러(22)는 도 2에 도시된 것과 유사한 단면을 지닌 링 형상일 수 있다. 즉 니들 롤러(22)는 내주면과 외주면이 모두 상하 방향으로 평평하게 형성될 수 있다. 이렇게 니들 롤러(22)의 외주면이 상하 방향으로 평평하게 형성됨으로써, 후술할 아우터 롤러(23)에 대한 니들 롤러(22) 및 이너 롤러(21)의 상하 방향 슬라이딩 모션이 용이해질 수 있다. 또한 니들 롤러(22)는 앞서 살핀 바와 같이 상하측의 플랜지(211)에 의해 상하 방향의 이동이 구속될 수 있다.

그리고 도 4를 참고하면, 니들 롤러(22)는 상하 방향의 양 끝단이 볼록한 곡면 형상 또는 쐐기 형상일 수 있다. 니들 롤러(22)의 양 끝단을 둥글게 만들어 이너 롤러(21) 및 니들 롤러(22)와 아우터 롤러(23) 간의 슬라이딩 모션이 보다 원활하게 이루어지도록 하기 위함이다. 예시적으로 도 4의 (a)에 나타난 바와 같이, 니들 롤러(22)의 양 끝단은 볼록한 곡면 형상일 수 있다. 이러한 곡면 형상은 그 단면이 원 또는 타원 형상일 수도 있고, 여러 가지 곡률 반경이 조합된 형상일 수도 있다. 또한 도 4의 (b)에 나타난 바와 같이, 니들 롤러(22)의 양 끝단은 쐐기 형상일 수도 있다. 니들 롤러(22)의 양 끝단은 본 트라이포드 등속 조인트(100)가 구동됨에 따라 슬라이딩 모션이 가장 원활하게 이루어질 수 있는 형상으로 결정함이 바람직할 것이다.

또한, 아우터 롤러(23)는 니들 롤러(22)에 대한 슬라이딩 모션이 가능하도록 니들 롤러(22)의 외주면을 둘러싼다. 예시적으로, 상술한 바와 같이 니들 롤러(22)의 외주면은 평평하게 형성되고, 이에 맞춰 아우터 롤러(23)의 내주면도 상하 방향으로 평평하게 형성될 수 있다. 이에 따라 상하 방향의 슬라이딩 모션이 가능하다. 그리고 아우터 롤러(23)는 외주면이 곡률 반경을 갖는 볼록한 형태일 수 있다. 예시적으로 후술할 롤러 트랙 홈(31)의 측면(312)이 동일하거나 유사한 곡률 반경을 갖는 오목한 형태로 형성됨으로써, 이러한 곡률 반경을 따라 슬라이딩 모션이 자연스럽게 이루어질 수 있다.

그리고 도 1 및 도 3을 참고하면, 하우징(3)은 일단이 함몰되는 중공 원통형이다. 다만 완전한 원형 단면을 가지는 원통형은 아닐 수 있으며, 도 1 및 도 2에 주로 나타난 바와 같이, 이러한 하우징(3)에는 함몰된 내주면에 세 개의 트러니언(11)에 각각 장착된 롤러 어셈블리(2)를 수용하는 세 개의 롤러 트랙 홈(31)이 축 방향으로 형성된다. 예시적으로, 롤러 트랙 홈(31) 각각은 하우징(3)의 축 방향에 수직인 단면상에서 보았을 때(도 2 참고) 측면(312)은 곡률 반경을 갖는 오목한 형태일 수 있고, 상면(311)은 곡률 반경이 없는 평평한 형태일 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 오목한 형태의 측면에 상술한 아우터 롤러(23)의 볼록한 외주면이 맞물려 슬라이딩 모션이 가능해질 수 있다.

이처럼 롤러 어셈블리(2)의 구성을 이너 롤러(21)와 아우터 롤러(23)로 구분하여 둠으로써, 롤러 트랙 홈(31)에서의 롤러의 구름 운동(rolling motion)과 장착 각도에 따른 슬라이딩 모션(sliding motion)이 분리되므로, 롤러 어셈블리(2)의 구름 방향과 롤러 어셈블리(2)의 이동 방향이 나란하게 되어, 구동 시에 하우징(3)에 대해 발생되는 마찰력을 최소화할 수 있다.

한편, 도 5는 트러니언 중심선과 홈 중심선이 미리 설정된 거리만큼 이격된 상태를 설명하기 위한 개략도이다.

도 5의 (b)를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트(100)는 스파이더(1)의 축 방향과 하우징(3)의 축 방향이 나란한 상태에서는, 롤러 트랙 홈(31)과 롤러 어셈블리(2) 사이에 하우징(3)의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 홈 중심선(42)이 롤러 어셈블리(2)와 트러니언(11) 사이에 하우징(3)의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 트러니언 중심선(41)으로부터 하우징(3)의 반경 방향으로 미리 설정된 거리(d)만큼 이격되는 것을 특징으로 한다.

도 6은 스파이더의 축 방향과 하우징의 축 방향이 나란한 상태에서 홈 중심선과 트러니언 중심선이 일치되도록 한 등속 조인트가 구동될 때 회전 각도에 따라 스파이더의 축으로부터 트러니언 중심선 및 홈 중심선이 이격되는 거리를 나타낸 그래프이다.

도 6에서 가로축은 스파이더(1)와 하우징(3)이 함께 특정 장착 각도를 이루면서 회전될 때의 회전 각도를 나타내고, 세로축은 트러니언 중심선(41)과 홈 중심선(42)이 각각 스파이더(1)의 축으로부터 이격된 거리를 나타낸다. 또한 "Trunnion Center"는 스파이더(1)의 축으로부터의 트러니언 중심선(41)의 위치를 나타내고, "Mean Outer Roller Center"는 스파이더(1)의 축으로부터의 홈 중심선(42)의 위치를 나타낸다.

여기서 "Mean Outer Roller Center"는 아우터 롤러(23)의 평균 중심선이라는 의미인데, 롤러 트랙 홈(31)과 롤러 어셈블리(2) 사이에 하우징(3)의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선이 홈 중심선(42)이고, 롤러 트랙 홈(31)과 롤러 어셈블리(2) 사이에 하우징(3)의 원주 방향으로 작용되는 힘은 곧 롤러 트랜 홈(3)의 측면(312)과 롤러 어셈블리(2) 중 아우터 롤러(23) 사이에 작용되는 힘일 수 있으므로, 아우터 롤러(23)의 평균 중심선은 홈 중심선(42)과 동일한 의미로 해석될 수 있다.

다만, 아우터 롤러(23)의 "평균" 중심선이라는 표현에서도 알 수 있듯이, 홈 중심선(42)은 스파이더(1)의 축으로부터의 이격된 거리가 회전 각도에 따라 계속 변하며, 이를 평균적으로 나타낸 것이 아우터 롤러(23)의 평균 중심선인 홈 중심선(42)이다. 장착 각도가 달라지더라도 스파이더(1)로부터 돌출되는 트러니언(11)과 이러한 트러니언(11)에 맞닿아 있는 이너 롤러(21)는 스파이더(1)와 함께 움직이므로, 트러니언 중심선(41)은 스파이더(1)의 축을 기준으로 한 상대적인 거리가 거의 변하지 않는다. 하지만 아우터 롤러(23)와 이너 롤러(21) 사이에는 아우터 롤러(23)가 이너 롤러(21)에 대해 슬라이딩 모션이 가능하도록 하는 니들 롤러(22)가 있으므로, 아우터 롤러(23)는 이너 롤러(21)나 트러니언(11)처럼 스파이더(1)와 함께 움직이는 것이 아니다. 이에 따라 홈 중심선(42)은 스파이더(1)의 축에 대해 상대적으로 이격된 거리가 회전 각도에 따라 계속 변하게 된다. 이를 나타낸 것이 도 6의 사인(sine) 형태의 곡선이다. 하나의 스파이더(1)에 대해 세 개의 롤러 어셈블리(2)가 대응되므로 세 종류의 사인 곡선(P1, P2, P3)이 서로 차이를 두고 주기성을 띄며 나타나 있다.

여기서 유의할 점은, 스파이더(1)의 축을 기준으로 이격되는 거리를 산정하면, 앞서 살핀 바와 같이 홈 중심선(42)이 회전 각도에 따라 변하므로 홈 중심선(42)은 평균의 개념으로 사용된다. 하지만 하우징(1)의 축을 기준으로 이격되는 거리를 산정하면, 하우징(1)에 형성된 롤러 트랙 홈(31)과 이에 맞닿은 아우터 롤러(23)의 위치는 하우징(1)에 대해 거의 변하지 않으므로, 홈 중심선(42)은 하우징(1)의 축을 기준으로 한 상대적인 거리가 거의 변하지 않는다. 이와는 반대로 트러니언 중심선(41)은 하우징(1)의 축에 대해 상대적으로 이격된 거리가 회전 각도에 따라 계속 변하게 되므로, 하우징(1)의 축을 기준으로 하는 경우에는 트러니언 중심선(41)이 평균의 개념으로 사용될 수 있음에 유의할 필요가 있다. 즉 스파이더(1) 또는 하우징(1) 중 어느 것의 축을 기준으로 하느냐에 따라 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41) 중 하나는 일정하게 고정되고, 다른 하나는 회전 각도에 따라 변하게 되어 평균적인 개념의 값을 사용할 수 있다.

이러한 도 6과 도 5의 (a)에 나타난 바와 같이, 스파이더(1)의 축 방향과 하우징(3)의 축 방향이 나란한 상태에서 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)이 일치되도록 한 등속 조인트의 경우, 실제로 이러한 등속 조인트가 구동될 때에는 스파이더(1)의 축 방향이 하우징(3)의 축 방향에 대해 상대적으로 기울어져 트러니언(11)도 기울어지고, 이너 롤러(21)가 아우터 롤러(23)에 대해 상하 방향으로 슬라이딩 되면서, 홈 중심선(42)과 일치되어 있었던 트러니언 중심선(41)이 홈 중심선(42)으로부터 이격되는 현상이 발생한다. 다시 말하면, 스파이더의 축 방향과 하우징의 축 방향이 나란한 상태에서 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)을 맞춰 놓으면 실제 구동 시에는 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)이 일치하지 않아 힘 작용 중심이 어긋나게 되어 구동에 불필요한 롤링이나 피칭 등이 발생되는 문제가 있다.

이에 반해 도 5의 (b)에 나타난 바와 같이, 본 트라이포드 등속 조인트(100)는 스파이더(1)의 축 방향과 하우징(3)의 축 방향이 나란한 상태에서의 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)을 서로 의도적으로 이격시켜, 하우징(3)의 축과 스파이더(1)의 축 사이에 각도(장착 각도)가 발생되는 실제 작동 상태에서는 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)이 일치되도록 한다.

이러한 중심선(41, 42) 사이의 이격을 위해서는, 롤러 트랙 홈(31)의 형상 및 이에 장착되는 아우터 롤러(23)의 외측 형상을 조정함으로써 롤러 트랙 홈(31)과 롤러 어셈블리(2) 사이에 하우징(3)의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 홈 중심선(42)에 변화를 줄 수도 있고, 또는 트러니언(11)의 형상 및 이를 둘러싸는 이너 롤러(21)의 내측 형상을 조정함으로써 롤러 어셈블리(2)와 트러니언(11) 사이에 하우징(3)의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 트러니언 중심선(41)에 변화를 줄 수도 있다.

또한 플랜지(211)에 의해 하우징(3), 롤러 어셈블리(2), 그리고 스파이더(1)의 구동 시에 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)이 일치되도록 니들 롤러(22)를 구속할 수 있다. 이는 니들 롤러(22)의 구속 위치를 상하 방향으로 적절히 조정하여 확정함으로써, 이너 롤러(21)와 아우터 롤러(23) 사이의 상대적인 슬라이딩 모션이 발생할 때 작용하는 힘의 상하 방향 배분을 조정하여 하우징(3), 롤러 어셈블리(2), 그리고 스파이더(1)의 구동 시에 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)이 일치되도록 하고자 함이다.

다만, 니들 롤러(22)의 구속 위치를 조정하는 것만으로 구동시의 두 중심선(41, 42)이 일치되도록 할 수 없는 경우가 있을 수 있으므로, 앞서 살핀 바와 같이 롤러 트랙 홈(31), 아우터 롤러(23), 그리고 이너 롤러(21)의 형상을 함께 고려하여 두 중심선(41, 42)이 이격되는 정도를 설정함이 바람직할 것이다.

이와 같이 작동 상태에서 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)이 일치되면 전반적으로 작용되는 힘의 중심이 일치되므로, 아우터 롤러(23) 등의 불필요한 롤링(rolling), 피칭(pitching)에 의한 축방향유기력(GAF)의 발생을 최소한으로 줄일 수 있다.

여기서, 도 5의 (b)에 나타난 미리 설정된 거리(d)는 도 3을 참고하면 하우징(3)의 축 방향과 스파이더(1)의 축 방향이 정해진 각도를 이루는 경우에 홈 중심선(42)이 롤러 중심선(41)과 일치하도록 설정될 수 있다. 본 트라이포드 등속 조인트(100)가 구동되는 경우에는 하우징(3)의 축 방향과 스파이더(1)의 축 방향이 서로 나란하지 않고 서로 특정 각도(장착 각도)를 이루어 꺾어질 수 있다. 이러한 특정 각도를 정해진 각도로 설정하고, 정해진 각도를 이루면 홈 중심선(42)이 롤러 중심선(41)과 일치되도록 함으로써, 작용되는 힘의 중심이 하나로 일치되도록 한 것이다. 따라서 정해진 각도라 함은 본 트라이포드 등속 조인트(100)가 일반적으로 구동되는 경우에 하우징(3)의 축 방향과 스파이더(1)의 축 방향이 이루는 각도를 의미할 수 있다.

또한 도 5의 (b)에 나타난 미리 설정된 거리(d)는 하우징(3), 롤러 어셈블리(2), 그리고 스파이더(1)의 구동 시에 서로 간에 작용되는 마찰력이 최소화되도록 설정될 수 있다. 앞서 살핀 바와 달리, 미리 설정된 거리는 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 구동 시에 그 구성들 사이에 작용되는 마찰력을 최소화하는 방향으로 결정될 수도 있다. 다만 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 구동 시에 작용되는 힘의 중심이 하나로 일치되도록 미리 설정된 거리가 결정되면 아우터 롤러(23)의 불필요한 롤링이나 피칭이 최소화될 것이므로, 본 트라이포드 등속 조인트(100)를 구성하는 부품들 사이의 마찰력도 최소화될 수 있다. 즉 미리 설정된 거리를 결정하는 상술한 두 가지 경우는 서로 연관될 수 있다.

또한 이러한 미리 설정된 거리는 실제 적용되는 다양한 차량에 대해 일률적으로 결정할 것이 아니라, 본 트라이포드 등속 조인트(100)가 각 차량마다 최적으로 장착될 수 있도록 실제 적용되는 차량의 조건에 따라 가변적으로 결정함이 바람직하다.

그리고 도 6을 참고하면, 홈 중심선(42)이 트러니언 중심선(41)으로부터 이격되는 방향은 하우징(3)의 반경 방향 중 하우징(3)의 중심 방향일 수 있다. 도 6에 나타난 바와 같이, 스파이더의 축 방향과 하우징의 축 방향이 나란한 상태에서 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)을 일치시켜 놓으면, 홈 중심선(42)(Mean Outer Roller Center)이 트러니언 중심선(41)보다 스파이더(1)의 축으로부터 멀리 이격된다. 따라서 구동 시에 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)이 일치되도록 하려면, 홈 중심선(42)을 하우징(3)의 중심 방향으로 이격시켜 둠이 바람직하다. 이러한 이격 방향은 실제 적용되는 다양한 차량에 대해 일률적으로 결정되는 것은 아니나, 일반적으로 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 각 구성의 구동 특징상 이와 같은 이격 방향으로 설정되는 것이 일반적일 수 있다.

이와 같이 본 트라이포드 등속 조인트(100)에 의하면, 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)을 이격시켜 둠으로써, 하우징(3)의 축과 스파이더(1)의 축 사이에 장착 각도가 발생되는 실제 작동 상태에 있어서는 롤 트랙 홈(31), 롤러 어셈블리(2), 그리고 트러니언(11)에 힘이 작용되는 중심선이 일치되도록 하여, 아우터 롤러(23)의 불필요한 롤링(rolling), 피칭(pitching)에 의한 축방향유기력(GAF)의 발생을 최소화시켜 소음진동(NVH) 성능이 개선될 수 있다.

이러한 본 발명의 작용 효과를 검증하기 위해 축방향유기력(GAF)의 발생에 관한 비교 시험을 수행하였다.

우선, 도 7은 트러니언 중심선과 홈 중심선이 이격된 도 1의 트라이포드 등속 조인트의 경우와 트러니언 중심선과 홈 중심선이 일치하는 경우의 장착 각도(Joint Angle)에 따라 발생되는 축방향유기력(Generated Axial Force)을 비교하여 나타내는 그래프이다.

도 7에서, 사각형을 따라 도시된 그래프(Off-Set된 BCD 제품)가 본 트라이포드 등속 조인트(100)의 경우(도 5의 (b) 참고)이고, 원형을 따라 도시된 그래프(동일한 BCD 제품)가 트러니언 중심선(41)과 홈 중심선(42)이 일치하는 경우(도 5의 (a) 참고)이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 트러니언 중심선(41)과 홈 중심선(42)이 일치하는 경우는 하우징(3)의 축과 스파이더(1)의 축 사이의 장착 각도(Joint Angle)가 커질수록 발생되는 축방향유기력이 점점 증가한다. 반면에 본 트라이포드 등속 조인트(100)은 장착 각도가 커지더라도 발생되는 축방향유기력은 증가하지 않으며 오히려 약간 감소되었다.

한편, 도 8은 롤러 트랙 홈과 롤러 어셈블리 사이의 간격을 나타내는 개략도이고, 도 9는 롤러 어셈블리의 롤링 모션을 나타내는 개략도이며, 도 10은 롤러 어셈블리의 피칭 모션을 나타내는 개략도이다.

도 8을 참고하면, 롤러 트랙 홈(31)의 상면(311)과 롤러 어셈블리(2) 사이에는 간격(A)(internal clearance)이 존재할 수 있고, 롤러 트랙 홈(31)의 측면(312)과 롤러 어셈블리(2) 사이에도 간격(B)이 존재할 수 있다. 이러한 간격(A, B)이 존재하므로, 롤러 어셈블리(2), 특히 아우터 롤러(23)의 티핑(tipping) 운동으로 인하여 하우징(3) 내주면의 롤러 트랙 홈(31)의 상면(311)이나 측면(312)에 대한 불필요한 간섭이 발생할 수 있다. 이를 테면 도 9에 나타난 바와 같은 롤러 어셈블리(2)의 롤링 모션이나, 도 10에 나타난 바와 같은 롤러 어셈블리(2)의 피칭 모션에 의해, 롤러 트랙 홈(31)의 상면(311)이나 측면(312)에 대한 간섭이 발생할 수 있다.

이러한 간섭이 발생되었을 때 그 간섭으로 인한 마찰을 감소시키기 위해서, 세 개의 롤러 트랙 홈(31)은 표면조도가 향상되도록 표면처리 될 수 있다. 예를 들면, 본 트라이포드 등속 조인트(100)를 제작함에 있어서 표도조도 향상을 위한 숏 블라스트(Shot Blast) 등의 후처리 공정이 추가될 수 있다. 참고로, 숏 블라스트 공정은 숏 또는 그릿(grit)이라고 하는 금속ㅇ비금속의 미세한 입자를 고속으로 회전시켜 주물에 투사함으로써 원심력에 의해 주물 표면이 깨끗해지도록 하는 공정일 수 있다.

또한 이러한 간섭의 발생을 장치의 구동 측면에서 최소화하기 위해, 스파이더의 축 방향과 하우징의 축 방향이 나란한 상태(본 트라이포드 등속 조인트(100)가 구동되지 않는 상태)에서는 홈 중심선(42)과 트러니언 중심선(41)이 서로 소정의 거리만큼 이격되도록 하였으며, 이에 대한 보다 상세한 사항은 앞서 살핀 바와 같다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100. 트라이포드 등속 조인트
1. 스파이더 11. 트러니언
2. 롤러 어셈블리 21. 이너 롤러
211. 플랜지 22. 니들 롤러
23. 아우터 롤러 3. 하우징
31. 롤러 트랙 홈 311. 상면
312. 측면 41. 트러니언 중심선
42. 홈 중심선

Claims (10)

1. 축 방향에 수직인 반경 방향으로 돌출되는 세 개의 트러니언을 포함하는 스파이더, 상기 트러니언의 외주면을 둘러싸는 이너 롤러와 상기 이너 롤러의 외주면을 둘러싸는 니들 롤러와 상기 니들 롤러에 대한 슬라이딩 모션이 가능하도록 상기 니들 롤러의 외주면을 둘러싸는 아우터 롤러를 포함하는 롤러 어셈블리, 그리고 일단이 함몰되고 함몰된 내주면에 상기 세 개의 트러니언에 각각 장착된 상기 롤러 어셈블리를 수용하는 세 개의 롤러 트랙 홈이 축 방향으로 형성되는 중공 원통형의 하우징을 포함하는 트라이포드 등속 조인트로서,
   상기 스파이더의 축 방향과 상기 하우징의 축 방향이 나란한 상태에서는, 상기 롤러 트랙 홈과 상기 롤러 어셈블리 사이에 상기 하우징의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 홈 중심선이 상기 롤러 어셈블리와 상기 트러니언 사이에 상기 하우징의 원주 방향으로 작용되는 힘의 작용 중심선인 트러니언 중심선으로부터 상기 하우징의 반경 방향으로 미리 설정된 거리만큼 이격되고,
   상기 미리 설정된 거리는 상기 하우징, 상기 롤러 어셈블리, 그리고 상기 스파이더의 구동 시 서로 간에 작용되는 마찰력이 최소화되도록, 상기 구동 시 상기 스파이더의 축으로부터 상기 트러니언 중심선이 이격되는 거리와 상기 스파이더의 축으로부터 상기 홈 중심선이 이격되는 평균거리가 동일해지게 설정되는 트라이포드 등속 조인트.
2. 제1항에서,
   상기 미리 설정된 거리는 상기 하우징의 축 방향과 상기 스파이더의 축 방향이 정해진 각도를 이루는 경우에 상기 홈 중심선이 상기 트러니언 중심선과 일치하도록 설정되는 트라이포드 등속 조인트.
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 홈 중심선이 상기 트러니언 중심선으로부터 이격되는 방향은 상기 하우징의 반경 방향 중 상기 하우징의 중심 방향인 트라이포드 등속 조인트.
5. 제1항에서,
   상기 이너 롤러는 상기 니들 롤러가 상하 방향으로 구속되도록 상측 및 하측에 형성되는 플랜지를 포함하는 트라이포드 등속 조인트.
6. 제5항에서,
   상기 플랜지는 상기 니들 롤러에 대한 작용력이 상하 방향에 미리 설정된 비율로 배분되도록 형성되는 트라이포드 등속 조인트.
7. 제5항에서,
   상기 플랜지는 상기 하우징, 상기 롤러 어셈블리, 그리고 상기 스파이더의 구동 시에 상기 홈 중심선과 상기 트러니언 중심선이 일치되도록 상기 니들 롤러를 구속하는 트라이포드 등속 조인트.
8. 제1항에서,
   상기 이너 롤러는 상기 하우징, 상기 롤러 어셈블리, 그리고 상기 스파이더의 구동 시 상기 롤러 트랙 홈의 상면과 간섭되지 않는 높이로 형성되는 트라이포드 등속 조인트.
9. 제1항에서,
   상기 니들 롤러는 상하 방향의 양 끝단이 볼록한 곡면 형상 또는 쐐기 형상인 트라이포드 등속 조인트.
10. 제1항에서,
    상기 세 개의 롤러 트랙 홈은 표면조도가 향상되도록 표면처리 되는 트라이포드 등속 조인트.

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