KR101187529B1 - 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트 - Google Patents

Abstract

이 발명은, 아웃터레이스의 직선트랙 구간과 인너레이스의 직선트랙 구간이 축방방향을 기준으로 테이퍼각도를 가지는 구조로 이루어지도록 하여 최대절각시에 볼의 중심이 케이지의 외구경을 벗어나지 않도록 함으로써 안정성을 높여줌과 동시에 인너레이스의 트랙의 최소면적부와 볼의 사이에서의 접촉응력을 감소시켜 내구성을 높일 수 있는, 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트에 관한 것으로서,
샤프트의 일단에 연결설치되는 인너레이스와, 상기 인너레이스의 외부에 설치되는 아웃터레이스와, 상기 인너레이스의 회전동력을 상기 아웃터레이스에 전달하기 위한 다수개의 볼과, 상기 볼을 각각 지지하기 위한 창이 형성되어 있는 케이지를 포함하여 이루어지며, 상기한 아웃터레이스와 인너레이스의 트랙은 반경트랙과 직선트랙으로 이루어지며, 상기한 아웃터레이스와 인너레이스의 직선트랙은 축방향을 기준으로 테이퍼각도를 가지는 구조로 이루어진다.

Description

자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트{angled offset ball type constant velocity joint for vehicle}

이 발명은 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 아웃터레이스의 직선트랙 구간과 인너레이스의 직선트랙 구간이 축방향을 기준으로 테이퍼각도를 가지는 구조로 이루어지도록 하여 최대절각시에 볼의 중심이 케이지의 외구경을 벗어나지 않도록 함으로써 안정성을 높여줌과 동시에 인너레이스의 트랙의 최소면적부와 볼의 사이에서의 접촉응력을 감소시켜 내구성을 높일 수 있는, 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 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.

상기 등속 조인트는 구동축과 피동축의 교차각이 큰 경우에도 등속으로 원활하게 동력을 전달할 수 있기 때문에 독립 현가 방식의 전륜 구동차의 액슬축에 주로 사용되며, 샤프트를 중심으로 엔진측(인보드측)은 트라이포드 타입 조인트로 이루어지고, 샤프트를 중심으로 타이어측(아웃보드측)은 볼타입 조인트로 이루어진다.

도 1은 일반적인 등속 조인트의 단면 구성도이고, 도 2는 일반적인 등속 조인트의 외형 구성도이다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 일반적인 등속 조인트의 구성은, 샤프트(1)를 중심으로 엔진측(인보드측)은 트라이포드 타입 조인트로 이루어지고, 샤프트(1)를 중심으로 바퀴측(아웃보드측)은 볼타입 조인트로 이루어진다.

샤프트(1)를 중심으로 엔진측(인보드측)에 설치되어 있는 트라이포드 타입 조인트의 구성은, 엔진(도시되지 않음)의 회전동력을 전달하며 내부에 그루우브가 형성되어 있는 하우징(2)과, 상기 하우징(2)의 회전동력을 전달받아서 회전되는 샤프트(1)와, 상기 하우징(2)과 샤프트(1)를 연결하기 위하여 상기 샤프트(1)의 일단에 연결되어 상기 하우징(2)의 내부에 설치되며 트라이포드 타입의 트러니언이 형성되어 있는 스파이더(3)와, 상기 스파이더(3)의 트러니언의 외주면에 설치되는 니들롤러(6)와, 상기 니들롤러(6)의 외주면에 설치되는 구면롤러(5)와, 상기 구면롤러(5)의 외주면에 설치되어 상기 하우징(2)과 샤프트(1)의 마찰을 감소시키는 원통롤러(4)와, 상기 니들롤러(6) 및 구면롤러(5)의 상단에 설치되는 스트라이크 아웃트(7)와, 클립(8)과, 상기 스파이더(3)의 측단에 설치되는 리테이너링(9)과, 상기 하우징(2)에 일단이 연결되고 상기 샤프트(1)에 일단이 연결되는 부트(10)와, 상기 부트(10)를 각각 고정시키기 위한 클램핑 밴드(11, 12)를 포함하여 이루어진다.

또한, 샤프트(1)를 중심으로 바퀴측(아웃보드측)에 설치되어 있는 볼타입 조인트의 구성은, 상기 트라이포드 타입 조인트의 회전동력을 전달받아서 회전되는 샤프트(1)와, 상기 샤프트(1)의 일단에 연결설치되는 인너레이스(15)와, 상기 인너레이스(15)의 외부에 설치되는 아웃터레이스(13)와, 상기 인너레이스(15)의 회전동력을 상기 아웃터레이스(13)에 전달하기 위한 다수개의 볼(16)과, 상기 볼(16)을 지지하기 위한 케이지(14)와, 상기 아웃터 레이스(13)의 외부에 설치되는 센서링(17)과, 상기 샤프트(1)에 일단이 연결되고 상기 아웃터 레이스(13)에 일단이 연결되는 부트(18)와, 상기 부트(18)를 고정시키기 위한 클램핑 밴드(19, 20)를 포함하여 이루어진다.

그리고, 샤프트(1)의 중간에는 댐퍼(21)가 밴드(22, 23)를 이용하여 설치되며, 상기 댐퍼(21)는 몸체(212)의 내부에 질량체(211)가 설치되는 구조로 이루어진다.

상기 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 원통롤러(4), 구면롤러(5), 니들롤러(6)를 통해 스파이더(3)로 전달됨으로써 스파이더(3)에 연결되어 있는 샤프트(1)를 회전시킨다.

또한, 상기 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 엔진측(인보드측)에 설치되어 있는 트라이포드 타입 조인트에서는 원통롤러(4)가 하우징(2)의 그루우브내를 슬라이딩 이동함으로써 원통롤러(4)와 연관되어 있는 샤프트(1)의 회전 각도가 달라지게 됨으로써 차량의 변위에 따라 절각이 되고, 샤프트(1)를 중심으로 바퀴측(아웃보드측)에 설치되어 있는 볼타입 조인트에서는 볼(16)에 의해 아웃터 레이스(13)의 회전각도가 달라지게 됨으로써 차량의 변위에 따라 절각이 된다.

이와 함께, 트라이포드 타입 조인트측의 부트(10)와 볼타입 조인트측의 부트(18)는 각각 트라이포드 타입 조인트와 볼타입 조인트의 외부를 감싸 밀봉시킴으로써 트라이포드 타입 조인트와 볼타입 조인트가 외부 오염물질에 의해 손상되는 것을 방지한다.

또한, 엔진으로부터 출력되어진 토크가 트랜스미션을 거쳐 샤프트(1)를 통해 바퀴측으로 토크를 전달할 때, 고속으로 회전하는 샤프트(1)에 있어서 어느 회전 속도에서는 불균형 회전이 발생하게 되는데, 이러한 불균형 회전은 바람직하지 못한 진동을 야기시키고 구동계의 작동에 좋지 않은 영향을 미친다. 이와 같은 불균형 회전에 의한 바람직하지 못한 진동을 억제하기 위해 샤프트(1)의 중간부분에 설치된 댐퍼(2)는 샤프트(1)의 고속회전시 샤프트(1)에서 일어나는 유해한 진동 주파수로 인한 부밍 노이즈(booming noise)를 방지한다.

도 3는 종래의 자동차용 볼타입 등속 조인트의 사시도이고, 도 4는 종래의 자동차용 볼타입 등속 조인트의 정면도이고, 도 5는 종래의 자동차용 볼타입 등속 조인트의 절각전 단면 구성도이고, 도 6은 종래의 자동차용 볼타입 등속 조인트의 절각후 단면 구성도이다.

도 3 내지 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 자동차용 볼타입 등속조인트는, 케이지(14)가 볼(16)을 고정하고 있으며, 조향에 따라 볼(16)이 아웃터레이스(13)의 내주면과 인너레이스(15)의 외주면에 길이방향으로 각각 형성되어 있는 트랙(131, 151)내에서 이동되는 구조로 이루어진다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이 0도 절각시에, 아웃터레이스(13)의 트랙(131)과 인너레이스(15)의 트랙(151)은 모두 직선트랙과 반경트랙을 가지고 있으며 직선트랙은 고절각을 가능하게 만드는 기능을 갖는다. 아웃터레이스(13)의 트랙(131)의 회전중심(o1)과 인너레이스(15)의 트랙(151)의 회전중심(o2)은 조인트 회전중심(o)을 기준으로 일정한 오프셋을 가지고 평행하게 위치해 있다.

도 6에 도시되어 있는 바와 같이 약 15도 이상 절각시에, 볼(16)은 아웃터레이스(13)의 트랙(131)과 인너레이스(15)의 트랙(151)의 반경트랙 부분에 위치하게 된다. 이 경우에, 케이지(14)의 외구경(d1)과 내구경(d2)은 아웃터레이스(13)의 트랙(131)의 회전중심(o1)을 중심으로 회전하며 케이지(14)는 인너레이스(15)의 절각량의 반각만큼 절각된다. 또한, 아웃터레이스(13)의 트랙(131)의 회전중심(o1)과 인너레이스(15)의 트랙(151)의 회전중심(r2)은 조인트 회전중심(o)을 기준으로 오프셋량을 반지름 삼아 회전한다. 그리고, 볼(16)은 아웃터레이스(13)의 트랙(131)의 반경(r1)과 인너레이스(15)의 트랙(151)의 반경(r2) 사이에 위치하며, 케이지(14)와 같이 인너레이스(15)의 절각량의 반각의 평면위에 위치한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 볼타입 등속조인트는 아웃터레이스(13)의 직선트랙 구간과 인너레이스(15)의 직선트랙 구간이 축방향과 수평하게 형성되기 때문에, 도 6에 도시되어 있는 바와 같은 최대 절각시에, 볼(16)의 중심이 케이지(14)의 외구경(d2)을 δ만큼 벗어나게 되어 인너레이스(15)의 트랙(151)의 최소면적부와 볼(16)의 사이에서 많은 접촉 응력을 발생시키게 됨으로써 내구성이 감소되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 아웃터레이스의 직선트랙 구간과 인너레이스의 직선트랙 구간이 축방향을 기준으로 테이퍼각도를 가지는 구조로 이루어지도록 하여 최대절각시에 볼의 중심이 케이지의 외구경을 벗어나지 않도록 함으로써 안정성을 높여줌과 동시에 인너레이스의 트랙의 최소면적부와 볼의 사이에서의 접촉응력을 감소시켜 내구성을 높일 수 있는, 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 샤프트의 일단에 연결설치되는 인너레이스와, 상기 인너레이스의 외부에 설치되는 아웃터레이스와, 상기 인너레이스의 회전동력을 상기 아웃터레이스에 전달하기 위한 다수개의 볼과, 상기 볼을 각각 지지하기 위한 창이 형성되어 있는 케이지를 포함하여 이루어지며, 상기한 아웃터레이스와 인너레이스의 트랙은 반경트랙과 직선트랙으로 이루어지며, 상기한 아웃터레이스와 인너레이스의 직선트랙은 축방향을 기준으로 테이퍼각도를 가지는 구조로 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 구성은, 상기한 아웃터레이스의 직선트랙은 반경트랙의 전방에 위치하며, 축중심으로부터 직선트랙까지의 반경이 직선트랙의 후방보다 전방이 작게 설정되면 바람직하다.

이 발명의 구성은, 상기한 인너레이스의 직선트랙은 반경트랙의 후방에 위치하며, 축중심으로부터 직선트랙까지의 반경이 직선트랙의 전방보다 후방이 작게 설정되면 바람직하다.

이 발명의 구성은, 상기한 테이퍼각도에 의해, 인너레이스의 트랙의 최소면적부의 면적을 높여주어 접촉응력을 감소시키면 바람직하다.

이 발명의 구성은, 상기 아웃터레이스의 트랙 회전중심과 인너레이스의 트랙 회전중심이 오프셋 각도에 의해 대칭을 이루면 바람직하다.

이 발명의 구성은, 상기한 볼은 8개가 형성되면 바람직하다.

이 발명은, 아웃터레이스의 직선트랙 구간과 인너레이스의 직선트랙 구간이 축방향을 기준으로 테이퍼각도를 가지는 구조로 이루어지도록 하여 최대절각시에 볼의 중심이 케이지의 외구경을 벗어나지 않도록 함으로써 안정성을 높여줌과 동시에 인너레이스의 트랙의 최소면적부와 볼의 사이에서의 접촉응력을 감소시켜 내구성을 높일 수 있는, 효과를 갖는다.

도 1은 일반적인 등속 조인트의 단면 구성도이다.
도 2는 일반적인 등속 조인트의 외형 구성도이다.
도 3는 종래의 자동차용 볼타입 등속 조인트의 사시도이다.
도 4는 종래의 자동차용 볼타입 등속 조인트의 정면도이다.
도 5는 종래의 자동차용 볼타입 등속 조인트의 절각전 단면 구성도이다.
도 6은 종래의 자동차용 볼타입 등속 조인트의 절각후 단면 구성도이다.
도 7은 이 발명의 일실시예에 따른 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트의 절각전 단면 구조도이다.
도 8은 이 발명의 일실시예에 따른 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트의 절각후 단면 구조도이다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 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 7은 이 발명의 일실시예에 따른 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트의 절각전 단면 구조도이고, 도 8은 이 발명의 일실시예에 따른 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트의 절각후 단면 구조도이다.

도 7 및 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트의 구성은, 샤프트(도시되지 않음)의 일단에 연결설치되는 인너레이스(35)와, 상기 인너레이스(35)의 외부에 설치되는 아웃터레이스(33)와, 상기 인너레이스(35)의 회전동력을 상기 아웃터레이스(33)에 전달하기 위한 다수개의 볼(36)과, 상기 볼(36)을 각각 지지하기 위한 창이 형성되어 있는 케이지(34)를 포함하여 이루어지며, 상기한 아웃터레이스(33)와 인너레이스(35)는 반경트랙과 직선트랙으로 이루어지며, 상기한 아웃터레이스(33)와 인너레이스(35)의 직선트랙은 축방향을 기준으로 테이퍼각도를 가지는 구조로 이루어진다.

상기한 아웃터레이스(33)의 직선트랙은 반경트랙의 전방에 위치하며, 축중심으로부터 직선트랙까지의 반경(β)이 직선트랙의 후방보다 전방이 작게 설정되는 구조로 이루어진다.

상기한 인너레이스(35)의 직선트랙은 반경트랙의 후방에 위치하며, 축중심으로부터 직선트랙까지의 반경(β)이 직선트랙의 전방보다 후방이 작게 설정되는 구조로 이루어진다.

상기한 아웃터레이스(33)의 트랙 회전중심과 인너레이스(35)의 트랙 회전중심이 오프셋 각도에 의해 대칭을 이루는 구조로 이루어진다.

상기한 볼(36)은 8개가 형성되는 8볼 타입 구조로 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트의 작용은 다음과 같다.

엔진(도시되지 않음)으로부터 출력된 회전동력이 샤프트를 회전시키면, 샤프트의 회전동력은 인너레이스(35)와 볼(36)을 거쳐 아웃터 레이스(33)로 전달됨으로써 아웃터 레이스(33)에 연결되는 바퀴(도시되지 않음)를 회전시키게 된다.

이 경우에, 샤프트를 중심으로 바퀴측(아웃보드측)에 설치되어 있는 앵글드 오프셋 볼타입 등속 조인트에서는 볼(36)에 의해 아웃터 레이스(33)의 회전각도가 달라지게 됨으로써 차량의 변위에 따라 절각이 되는데, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 상기한 아웃터레이스(33)와 인너레이스(35)의 직선트랙이 축방향을 기준으로 테이퍼각도를 가지는 구조로 인하여 최대절각시에 볼(36)의 중심이 케이지(34)의 외구경을 벗어나지 않게 되어 안정성을 높여줌과 동시에, 인너레이스(35)의 트랙의 최소면적부(A)의 면적을 높여주어 접촉응력을 감소시킴으로써 내구성을 증대시킨다.

1 : 샤프트 33 : 아웃터레이스
34 : 케이지 35 : 인너레이스
36 : 볼

Claims (8)

1. 샤프트의 일단에 연결설치되는 인너레이스와,
   상기 인너레이스의 외부에 설치되는 아웃터레이스와,
   상기 인너레이스의 회전동력을 상기 아웃터레이스에 전달하기 위한 다수개의 볼과,
   상기 볼을 각각 지지하기 위한 창이 형성되어 있는 케이지를 포함하여 이루어지며,
   상기한 아웃터레이스와 인너레이스의 트랙은 반경트랙과 직선트랙으로 이루어지며, 상기한 아웃터레이스와 인너레이스의 직선트랙은 축방향을 기준으로 테이퍼각도를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트.
2. 제 1항에 있어서,
   상기한 아웃터레이스의 직선트랙은 반경트랙의 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트.
3. 제 2항에 있어서,
   축중심으로부터 상기한 직선트랙까지의 반경이, 상기한 직선트랙의 후방보다 전방이 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트.
4. 제 1항에 있어서,
   상기한 인너레이스의 직선트랙은 반경트랙의 후방에 위치하는 것을 특징으로 하는 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트.
5. 제 4항에 있어서,
   축중심으로부터 상기한 직선트랙까지의 반경이, 상기한 직선트랙의 전방보다 후방이 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트.
6. 제 1항에 있어서,
   상기한 테이퍼각도에 의해, 인너레이스의 트랙의 최소면적부의 면적을 높여주어 접촉응력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 아웃터레이스의 트랙 회전중심과 인너레이스의 트랙 회전중심이 오프셋 각도에 의해 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트.
8. 제 1항에 있어서,
   상기한 볼은 8개가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 앵글드 오프셋 볼타입 등속조인트.

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