KR101541807B1 - 등속 조인트 - Google Patents

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KR101541807B1
KR101541807B1 KR1020150001447A KR20150001447A KR101541807B1 KR 101541807 B1 KR101541807 B1 KR 101541807B1 KR 1020150001447 A KR1020150001447 A KR 1020150001447A KR 20150001447 A KR20150001447 A KR 20150001447A KR 101541807 B1 KR101541807 B1 KR 101541807B1
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ball
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center
horizontal
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KR1020150001447A
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김동욱
김성현
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서한산업(주)
한국프랜지공업 주식회사
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D2003/223—

Abstract

본 발명은 등속 조인트에 관한 것으로서, 상세하게는 절각 상태에서 토크가 가해지는 경우, 외륜의 내측 방향으로 가해지는 힘을 증대시키고, 이에 대응하여, 외륜의 내측 방향으로 가해지는 힘에 대항할 수 있는 케이지 및 컵 부의 구조를 개선하여, 등속 조인트의 동작 안정성 및 구조적인 안정성을 구현할 수 있는 발명에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 수용 공간을 갖는 컵(cup) 부 및 상기 컵 부 내면에 상호 이격되고 곡면 형태로 형성되는 복수의 외측 그루브를 구비하는 외륜과; 상기 외륜 내부에 수용되며 외면에 상기 외측 그루브에 대응되는 곡면 형태의 내측 그루브를 구비하는 내륜과; 상기 내측 그루브와 상기 외측 그루브 수용되는 복수의 볼과; 상기 외륜과 내륜 사이에 배치되며 볼의 위치를 정의하는 윈도우를 구비하는 케이지를 포함하되, 상기 케이지의 내측 단부와 윈도우의 사이의 살두께는 외측 단부와 윈도우 사이의 살 두께 보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 등속 조인트를 제공한다.

Description

등속 조인트{ Constant Veocity Joint}
본 발명은 등속 조인트에 관한 것으로서, 상세하게는 절각 상태에서 토크가 가해지는 경우, 외륜의 내측 방향으로 가해지는 힘을 증대시키고, 이에 대응하여, 외륜의 내측 방향으로 가해지는 힘에 대항할 수 있는 케이지 및 컵 부의 구조를 개선하여, 등속 조인트의 동작 안정성 및 구조적인 안정성을 구현할 수 있는 발명에 관한 것이다.
일반적으로 조인트는 회전축의 각도가 서로 다른 회전축에 회전동력(토크)을 전달하기 위한 것으로서, 동력전달각도가 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.
샤프트를 중심으로 바퀴측(아웃보드측)에 설치되어 있는 볼타입 조인트의 구성은, 한국 공개 특허 10-2011-0125107에서 나타난 바와 같이, 트라이포드 타입 조인트의 회전동력을 전달받아서 회전되는 샤프트와, 샤프트의 일단에 연결설치되는 내륜과, 상기 내륜의 외부에 설치되는 외륜과, 외륜에 전달하기 위한 다수개의 볼과, 볼을 지지하기 위한 케이지와, 외륜의 외부에 설치되는 센서링과, 상기 샤프트에 일단이 연결되고 상기 외륜에 일단이 연결되는 부트와, 상기 부트를 고정시키기 위한 클램핑 밴드를 포함하여 이루어진다.
종래의 차량의 볼타입 등속조인트는, 케이지 및 내륜이 볼을 고정하고 있으며, 조향에 따라 볼이 외륜의 내주면에 길이방향으로 형성되어 있는 그루브내에서 이동되는 구조로 이루어진다.
외륜의 그루브의 회전중심과 내륜의 그루브 회전중심은 볼에 의해서 구현되는 등속평면의 회전중심을 기준으로 일정한 오프셋을 가지고 평행하게 위치해 있다.
절각시에 케이지와 볼은 내륜의 절각량의 반각만큼 회전하며, 외륜의 그루브회전중심과 내륜의 볼트랙 회전 중심은 등속 평면의 회전중심 기준으로 오프셋량을 반지름 삼아 회전한다.
절각 상태에서 조인트가 구동 토크에 의해 회전을 하게 되면, 내륜과 외륜 트랙 구조에 의해 각각의 볼에 힘이 발생된다.
조인트가 회전하면서 각각의 볼들에 대해서 가해지는 힘의 크기와 방향의 차이가 있지만 볼을 등속평면에 잡아주고 있는 케이지는 볼들이 받는 힘을 등속 평면의 법선 방향으로 힘을 받는다.
따라서, 케이지의 피로 파괴 혹은 파단을 발생시킬 수 있다. 이러한 원인은 그루브의 열린 방향(내/외륜의 그루브가 볼을 바깥으로 밀어내는 방향)에 의해 결정되어지며, 최대 절각시에 외륜 최대 외측으로 나온 볼에 작용하는 힘이 케이지에 인장하중을 발생시킨다.
따라서 케이지에 분포되는 힘이 불균일하게 되며, 크랙 발생을 야기시키는 잠재적 원인이된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 마련된 것으로 볼이 외륜의 외측 방향으로 가하는 힘을 감소시켜서 이에 의한 케이지의 파손을 방지할 수 있는 등속 조인트를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 볼이 외륜의 외측 방향으로 가하는 힘을 감소시키는 대신, 외륜의 내측 방향으로 가해지는 힘을 증대시키고, 이에 대항할 수 있도록 케이지 또는 외륜의 내부 구조를 개선한 등속 조인트를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 서로 다른 오프셋을 적용하여 절각 및 토크 적용시 외륜의 내측방향으로 가해진 힘과 외측 방향으로 가해지는 힘을 조절하고, 이에 대응되는 구조를 개선하여 조인트의 안정화를 구현하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 수용 공간을 갖는 컵(cup) 부 및 상기 컵 부 내면에 상호 이격되고 곡면 형태로 형성되는 복수의 외측 그루브를 구비하는 외륜과; 상기 외륜 내부에 수용되며 외면에 상기 외측 그루브에 대응되는 곡면 형태의 내측 그루브를 구비하는 내륜과; 상기 내측 그루브와 상기 외측 그루브 수용되는 복수의 볼과; 상기 외륜과 내륜 사이에 배치되며 볼의 위치를 정의하는 윈도우를 구비하는 케이지를 포함하되, 상기 케이지의 내측 단부와 윈도우의 사이의 살두께는 외측 단부와 윈도우 사이의 살 두께 보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 등속 조인트를 제공한다.
또한, 본 발명은, 내부에 수용 공간을 갖는 컵(cup) 부 및 상기 컵 부 내면에 상호 이격되고 곡면 형태로 형성되되, 컵의 외부를 향하여 열려지거나 컵의 내부를 향하여 열려진 서로 다른 종류의 외측 그루브를 구비하는 외륜과; 상기 외륜 내부에 수용되며 외면에 상기 외측 그루브에 대응되고, 상기 외륜의 외부를 향해서 열려지거나 외륜의 내부를 향해서 열려지는 서로 다른 종류의 내측 그루브를 구비하는 내륜과; 상기 외측 그루브와 상기 내측 그루브 사이에 마련되 절각동작시 상기 외륜의 외부 방향으로 힘을 받거나 상기 외륜의 내부 방향으로 힘을 받는 복수의 볼을 포함하며, 외륜의 외부를 향하여 열려진 그루브의 회전 중심과 볼의 등속 평면의 중심간의 수평 오프셋은 외륜의 내부를 향하여 열려진 그루브의 회전 중심과 볼의 등속 평면의 중심 간의 수평 오프셋보다 크게 형성되어 절각 동작시 볼이 외륜의 외부 방향으로 가하는 힘보다 볼이 외륜의 내부 방향으로 가하는 힘이 커지는 것을 안내하는 것을 특징으로 하는 등속 조인트를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하여 수평 방향으로 서로 다른 크기를 갖는 오프셋을 구현함으로써, 볼이 조인트 외륜 안쪽으로 가해지는 힘을 증대시키고, 상대적으로 볼이 조인트 외륜 바깥쪽으로 가해지는 힘을 감소시킬 수 있다.
즉, 따라서 볼에 의하여 케이지 바깥 쪽 살에 가해지는 힘을 약화시켜서 종래보다 케이지 바깥쪽의 파손 가능성을 현저하게 줄일 수 있다.
그리고, 케이지 안쪽 살의 두께(전후 방향 두께)를 늘림으로써, 볼이 안쪽 살로 가하는 힘이 증가하여도 이를 감내할 수 있도록 하여 케이지의 안정성을 높였다.
그리고, 수평 오프셋뿐만 아니라, 수직 오프셋도 두어서 조인트의 컴팩트화를 구현하면서도, 외륜과 내륜의 간격을 그대로 유지함으로써 케이지의 두께(상하 두께)를 그대로 할 수 있게 하여 케이지의 상대적인 강도를 보강할 수 있게 되었다.
따라서, 조인트의 컴팩트화를 구현하면서도 케이지의 안정성을 동시에 구현할 수 있게 되었다.
도1은 본 발명에 의한 등속 조인트의 사시도이다.
도2는 본 발명에 의한 등속 조인트에서 수평방향의 서로 다른 오프셋이 형성된 제1실시예의 정면도 및 측단면도이다.
도3은 본 발명에 의한 등속 조인트에서 나타나는 등속 평면의 개요도이다.
도4는 본 발명에 의한 케이지의 사시도 및 측면도이다.
도5는 본 발명에 의한 등속 조인트에서 수평방향의 서로 다른 오프셋이 형성된 제1실시예의 전체 측단면도이다.
도6는 본 발명에 의한 등속 조인트에 수평방향 및 수직방향의 서로 다른 오프셋이 형성된 제2실시예의 정면도 및 측단면도이다.
도7는 본 발명에 의한 등속 조인트에서 수평방향의 서로 다른 오프셋이 형성된 제2실시예의 전체 측단면도이다.
도8은 본 발명에 의한 등속 조인트에서 절각 발생 및 구동 토크 입력시 힘의 분포를 도시한 상태도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 이외의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명에 의한 등속 조인트(1)의 구성을 보면, 컵(cup)부(10a)를 구비하여, 차량의 휠에 회전력을 전달하는 샤프트(2)와 연결되는 외륜(10)과, 외륜 내부에 마련되는 내륜(20)과, 외륜과 내륜 사이에 마련되는 복수의 볼(30) 및 볼을 지지하여 볼이 등속 평면을 유지하도록 돕는 케이지(40)를 포함한다.
도1에서는 8개의 볼(30)이 있는 것을 도시하였으나, 8개의 볼(30)에만 한정되지 않는다.
컵부(10a)의 내면에는 볼의 수량에 대응되는 수량의 외측 그루브(11,12)가 마련된다.
그리고, 내륜(20)의 외면에도 볼의 수량에 대응되며, 각각의 외측 그루브(11,12)에 대향되는 내측 그루브(21.22)가 마련된다.
케이지(40)에는 각각의 볼(30)이 삽입되는 윈도우(41)가 마련되며, 조인트가 절각되는 경우, 케이지(40)에 의하여 볼(30)의 등속평면이 유지될 수 있다.
도2(a)는 본 발명에 의한 등속 조인트의 정단면도이고, 도2(b)와 (c)는 본 발명에 의한 등속 조인트의 측단면도이다.
도2(a) 내지 도2(c)에서 도시한 바와 같이, 외측 그루브(11,12)는 2 종류로 구분되고, 내측 그루브(21,22)도 2 종류로 구분된다.
외측 그루브(11,12)는 제1 외측 그루브(11)와 제2외측 그루브(12)로 구분되고, 내측 그루브(21,22)는 제1 내측 그루브(21)와 제2 내측 그루브(22)로 구분된다.
제1외측 그루브(11)는 컵부(10a)에서 외측 방향으로 열려진 형태가 되는 곡면 형태로 구현되고, 제2외측 그루브(12)는 컵부(10a)에서 내측 방향으로 열려진 형태가 되는 곡면 형태로 마련된다.
또한, 제1내측 그루브(21)는 컵부(10a)의 외측 방향으로 열려진 형태가 되는 곡면 형태로 구현되고, 제2내측 그루브(22)는 컵부(10a) 내측 방향으로 열려진 형태가 되는 곡면 형태로 마련된다.
제1외측 그루브(11)와 제1내측 그루브(21)로 구성되는 한 쌍의 그루브에 설치되는 볼을 제1볼(31)이라고 하고, 제2외측 그루브(11)와 제2내측 그루브(21)로 구성되는 한 쌍의 그루브에 설치되는 볼을 제2볼(32)이라고 정의한다.
볼이 8개가 되는 경우, 제1볼(31)과 제2볼(32)은 각각 4개씩 구성되고, 4개가 하나의 세트 즉, 제1볼 세트, 제2볼 세트를 구성한다.
제1 외측 그루브(11)와 제2외측 그루브(12)는 컵부(10a) 내면에 교번적으로 설치되고, 제1 내측 그루브(21)와 제2 내측 그루브(22)로 내륜(20) 외면에 교번적으로 설치되므로, 제1볼(31)과 제2볼(32)도 외륜(10)과 내륜(20) 사이에서 교번적으로 설치된다.
도2(b)에서 제1외측 그루브(11)와 제1 내측 그루브(21)가 형성하는 볼 트랙 공간은 컵 부(10a)의 바깥쪽 방향으로 갈 수록 개방되어 있는 공간을 형성한다.
제1볼(31)은 제1 외측 그루브(11)와 제1 내측 그루브(21)와 접해져 있는데, 이때, 제1볼(31)이 제1외측 그루브(11)와의 접선과, 제1볼(31)과 제1 내측 그루브의 접선(21)은 컵부(10a) 내측 방향으로 모아져서 제1퍼넬각(θfunnel_1)을 형성한다.
조인트가 절각되면, 제1볼(31)은 제1외측 그루브(11)와 제1 내측 그루브(21)에 의하여 가압되어 컵부(10a)의 외측 방향으로 힘을 받으며, 제1볼(31)은 케이지(40)의 외측부로 힘을 가한다.
케이지(40)에서 실제 힘을 받는 부분은 케이지(40)의 외측 단부와 윈도우 사이의 바깥살(42) 부분이며, 이 부분에 과도하게 힘이 가해지면 케이지 파손이 발생하여 볼의 이탈이 발생할 수 있다.
도2(c)에서 제2외측 그루브(12)와 제2 내측 그루브(22)가 형성하는 볼 트랙 공간은 컵 부의 안쪽 방향으로 갈수록 개방되어 있는 공간을 형성한다.
제2볼(32)은 제2 외측 그루브(12)와 제2 내측 그루브(22)와 접해져 있는데, 이때, 제2볼(32)이 제2외측 그루브(12)와의 접선과, 제2볼(32)과 제2 내측 그루브(22)의 접선은 컵부(10a) 외측 방향으로 모아져서 제2퍼넬각(θfunnel_2)을 형성한다.
조인트가 절각되면, 제2볼(32)은 제2외측 그루브(12)와 제2 내측 그루브(22)에 의하여 가압되어 컵부(10a)의 내측 방향으로 힘을 받으며, 제2볼(32)은 케이지(40)의 내측부로 힘을 가한다.
케이지(40)에서 실제 힘을 받는 부분은 케이지(40)의 내측 단부와 윈도우 사이의 안쪽살(43) 부분이다.
한편, 도2(b)에서 도시한 바와 같이, 제1볼(31)의 중심점에 의하여 구현되는 가상의 등속 평면의 회전 중심점의 수평 좌표와, 제1 외측 그루브(11)의 회동 중심의 수평 좌표(a1) 간의 수평 오프셋(t)이 형성된다.
이하에서 언급하는 외측 그루브 또는 내측 그루브의 회전 중심점이란, 밀링머신으로 그루브를 곡면 형태로 가공하는 경우에, 외륜과 내륜의 모재가 되는 재료의 회전 중심이 되는 것을 의미한다.
따라서, 회전 중심점은 그루브의 곡면 가공을 위한 내륜 재료의 회전 중심점을 의미한다고 볼 수 있다.
같은 외측 그루브라고 하여도, 컵부(10a)의 바깥쪽을 향하여 열린 제1 외측 그루브(11)와, 안쪽을 향하여 열린 제2외측 그루브(12)를 곡면 가공하기 위한 재료들의 회전 중심이 달라질 것이고, 또한, 제1,2내측 그루브(21,22)를 각각 곡면 가공하기 위한 재료들의 회전 중심점이 달라진다.
한편, 제1볼(31)의 중심점에 의하여 구현되는 가상의 등속 평면의 회전 중심점의 수평 좌표와, 제1 내측 그루브(21)의 회동 중심의 수평 좌표(a2) 간의 수평 오프셋(t)이 형성된다.
이 두 개의 수평 오프셋의 크기는 동일하며, 이를 제1 수평 오프셋(t)이라고 하겠다.
그리고, 도2(c)에서 도시한 바와 같이, 제2볼(32)의 중심점에 의하여 구현되는 가상의 등속 평면의 회전 중심점의 수평 좌표와, 제2 외측 그루브(12)의 회동 중심의 수평 좌표(a3) 간의 수평 오프셋(t')이 형성된다.
그리고, 제2볼(32)의 중심점에 의하여 구현되는 가상의 등속 평면의 회전 중심점의 수평 좌표와, 제2 내측 그루브(22)의 회동 중심의 수평 좌표(a4) 간의 수평 오프셋(a')이 형성된다.
이 두 개의 수평 오프셋의 크기는 동일하며, 이를 제2 수평 오프셋(t')이라고 하겠다.
여기서 제2수평 오프셋(t')의 크기는 제1 수평 오프셋(t)의 크기보다 크게 형성되며, 제2 수평 오프셋(t')의 크기는 제1수평 오프셋의 1.05 ~ 2.5 배 정도가 되는 것이 바람직하다.
이와 같이 안쪽 방향을 항햐여 개방되는 볼 트랙과 관련되는 제2수평 오프셋(t')을 바깥쪽 방향을 향하여 개방되는 볼 트랙과 관련되는 제1 수평 오프셋(t) 보다 크게 하면, 제2볼(32)들에 의하여 구현되는 제2등속 평면원(PCD in)의 반경이 제1볼(31)들에 의하여 구현되는 제1 등속 평면원(PCD out)보다 작게 된다.
구동토크가 T이고, F가 볼이 케이지에 가하는 힘으로 정의될 때,
T = F * PCD의 반경
의 관계가 성립한다.
따라서, 제1볼(31)과 제2볼(32)에 가하지는 구동 토크가 동일하기 때문에, PCD의 반경이 크면, 볼이 케이지(40)에 가해지는 힘이 작아지고, PCD의 반경이 작아지면 볼이 케이지(40)에 가해지는 힘이 커진다.
따라서, 제1 등속 평면원(PCD out)의 반경이 제2등속 평면원(PCD in)의 반경보다 크기 때문에, 제1볼(31)이 케이지(40)의 바깥살(도2참조, 42)에 가하는 힘이, 제2볼(32)이 케이지(40)의 안쪽 살(도2참조, 43)에 가하는 힘에 비해서 작게 된다.
상술한 바와 같이, 볼의 가압으로 인하여 케이지(40)의 안쪽 살(43) 또는 바깥 살(42)이 응력을 받아서 변형되거나 파손되는 것이 문제가 되는데, 이는 케이지(40)의 안쪽 살(43)이나, 바깥 살(42)을 보다 두껍게 형성하면 가능하다.
다만, 케이지(42)의 바깥 살을 두껍게 하면, 케이지(40)의 최외곽이 컵부(10a)의 최외곽 보다 바깥으로 돌출될 수 있어서, 제품 운송이나, 절각 동작시 문제가 발생할 수 있으며, 주위 다른 구성요소들과의 간섭 문제도 발생할 수 있다.
따라서, 케이지(40)의 바깥 살(42)을 두껍게 하는 것보다는 케이지(40)의 바깥 살(42)에 가해지는 힘을 줄이고, 살 두께를 상대적으로 자유롭게 늘릴 수 있는 케이지(40)의 안쪽 살(43) 방향으로 가해지는 힘을 늘리고, 이에 대항할 수 있도록 케이지(40)의 안쪽 살(43) 두께를 늘리는 것이 좋은 방법이 될 수 있다.
케이지(40)의 안쪽 살(43) 두께를 늘려도 컵부(10a) 내부에서 연장될 뿐이어서, 적재나, 다른 구성요소와의 간섭 등의 문제가 없기 때문이다.
종래 기술에서는 제1수평 오프셋과, 제2수평 오프셋의 크기가 동일하여, 제1등속 평면원과 제2등속 평면원의 직경이 같았고, 그에 따라서 절각시 구동 토크가 가해지는 경우에, 케이지(40)의 안쪽 살에 가해지는 힘과, 바깥 살에 가해지는 힘이 같았다.
그런데 이러한 경우, 최대 절각시 바깥 살에 대한 파손으로 인하여, 볼의 이탈을 발생하는 경우가 있었다.
따라서, 본 발명에서는 제1볼(31)의 케이지(40)의 바깥살(43)에 대한 가압력을 줄이도록 제1등속 평면원(PCD out)의 반경을 제2등속 평면원(PCD in)의 반경보다 크게 되도록 하였고, 이를 위해서 제1 수평 오프셋(t)을 제2 수평 오프셋(t')보다 상대적으로 작게 한 것이다.
예를 들어서, 제1수평 오프셋을 2mm로 한 경우, 제2수평 오프셋을 2.2mm로 할 수 있다.
그리고, 도4에서 도시한 바와 같이, 케이지(40)의 바깥살(42) 두께(T1)보다 안쪽 살(43) 두께(T2)를 두껍게 하여, 증가된 안쪽 방향으로의 응력에 대한 저항력을 늘릴 수 있게 구조를 보강할 수 있다.
여기서 안쪽 살(43)의 두께(T2)는 바깥살(42) 두께(T1)의 두께의 1.05 ~ 2 인 것이 바람직하다.
도5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 등속 조인트의 단면을 보면, 제1외측 그루브(11)와 제2외측 그루브(12)의 단면이 교차하고, 제1 내측 그루브(21)와 제2 내측 그루브(22)의 단면이 교차한다.
도5(a)는 제1 내측 그루브(21)와 제2 내측 그루브(22)와 관련되는 제1 수평 오프셋(t)과, 제2수평 오프셋(t')을 도시한 것이다.
제2내측 그루브(22)의 회전 중심의 수평 좌표(a3)는 등속 평면의 중심에 대해서 바깥 쪽 방향으로 제2 수평 오프셋(t')만큼 떨어져있다.
그리고, 제1내측 그루브(21)의 회전 중심의 수평 좌표(a2)는 등속 평면의 중심에 대해서 안쪽 방향으로 제1 수평 오프셋(t)만큼 떨어져있다.
한편, 도5(b)는 제1 외측 그루브(11)와 제2 외측 그루브(12)와 관련되는 제1 수평 오프셋(t)과, 제2수평 오프셋(t')을 도시한 것이다.
제1외측 그루브(11)의 회전 중심의 수평 좌표(a1)는 등속 평면의 중심에 대해서 바깥 쪽 방향으로 제1 수평 오프셋(t)만큼 떨어져있다.
그리고, 제2외측 그루브(12)의 회전 중심의 수평 좌표(a4)는 등속 평면의 중심에 대해서 안쪽 방향으로 제2 수평 오프셋(t')만큼 떨어져있다.
따라서, 등속 평면의 회전 중심점을 기준으로 하여, 바깥 쪽으로는 제2 내측 그루브(22)의 회전 중심점이 제2수평 오프셋(t')만큼 떨어져 있고, 제1 외측 그루브(11)의 회전 중심점이 제1수평 오프셋(t)만큼 떨어져 있다.
또한, 등속 평면의 회전 중심점을 기준으로 하여, 안쪽으로는 제1 내측 그루브(21)의 회전 중심점이 제1수평 오프셋(t)만큼 떨어져 있고, 제2 외측 그루브(12)의 회전 중심점이 제2수평 오프셋(t')만큼 떨어져 있다.
이러한 구성을 통해서 절각시 제1볼(31)에 의한 제1등속 평면원(PCD out, 도3 참조 )의 직경이, 제2볼(32)에 의한 제2 등속 평면원(PCD in)의 직경보다 크게 되고, 결론적으로 절각시, 제1볼(31)이 케이지(40)의 바깥 살(42)을 가압하는 힘이 종전보다 감소하고, 제2볼(32)이 케이지(40)의 안쪽 살(43)을 가압하는 힘이 종래보다 증가한다.
따라서, 바깥 살(42)의 파손이나 변형 가능성이나 위험성이 종전보다 감소한다.
도6과 도 7은 본 발명의 제2실시예를 도시한 것이다.
제2실시예의 대부분의 구성은 제1실시예와 동일하다.
다만, 제2실시예에서는 제1실시예에서 언급한 제1,2수평 오프셋(t,t')을 구비하는 동시에, 제1,2수직 오프셋(a, a')을 구비하는 것이 특징이다.
제2실시예에서는 외륜(10)과 내륜(20)의 크기를 좀더 작게 하면서도, 외륜(10)과 내륜(20)의 간격은 그대로 유지하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 외륜(10) 및 내륜(20)과 비교한 케이지(40)의 상대적인 두께가 제1실시예보다 두꺼워지므로, 볼의 응력에 대한 저항력이 커져서 케이지(40)의 안정성에 기여할 수 있다.
이하에서는 제1,2수평 오프셋(t,t') 및 제1외측 그루브(11)의 회전 중심의 수평좌표(a1) 및 제1내측 그루브(21)의 회전 중심의 수평 좌표(a2), 제2내측 그루브(22)의 회전 중심의 수평 좌표(a3), 제2외측 그루브(12)의 회전 중심의 수평 좌표(a4)는 동일하게 적용되는 전제하여 설명하고, 제1실시예와 중복된 설명은 가급적 생략하도록 하겠다.
도6(b)에서 제1외측 그루브(11)의 회전 중심점의 수직 좌표(b1)와, 제1볼(31)에 의한 등속 평면원의 중심의 수직 좌표간에는 제1수직 오프셋(a)이 형성된다.
그리고, 제1내측 그루브(21)의 회전 중심점의 수직 좌표(b2)와, 제1볼(31)에 의한 등속 평면원의 중심의 수직 좌표간에도 제1수직 오프셋(a)이 형성된다.
한편, 도6(c)에서 도시한 바와 같이 제2내측 그루브(22)의 회전 중심점의 수직 좌표(b3)와, 제2볼(32)에 의한 등속 평면원의 중심의 수직 좌표(b4)간에는 제2수직 오프셋(a')이 형성된다.
그리고, 제2외측 그루브(12)의 회전 중심점의 수직 좌표(b4)와, 제2볼(32)에 의한 등속 평면원의 중심의 수직 좌표간에도 제2수직 오프셋(a')이 형성된다.
이와 같이 각각의 그루브의 회전 중심점이 등속 평면과 같은 수직 위치에 놓여 있지 않고, 수직 방향으로 오프셋이 되면, 그 오프셋 양 만큼 그루브와 회전 중심점이 놓인 회전중심선 간의 간격이 줄어들고, 그 만큼 외륜과 내륜의 크기도 줄어들 수 있음을 의미한다.
따라서, 조인트의 전체적인 크기를 줄일 수 있음을 의미한다.
제2실시예에서도 도4에서 도시한 바와 같이 케이지(40)의 안쪽 살(43)의 폭또는 두께를 바깥 살(42)에 비해서 증가시켜서 안쪽 살(43)로 가해지는 압력의 증대를 버텨낼 수 있게 할 수 있다.
한편, 조인트의 전체적인 크기, 특히 외경을 제1실시예보다 줄일 수 있으면서도 , 케이지(40)의 살의 상하 두께는 제1실시예와 동일하게 할 수 있기 때문에, 조인트의 크기 대비 케이지(40)의 두께의 상대적인 비율이 증가하여 케이지(40)의 상대적인 강도를 증가시키는 효과를 가져올 수 있다.
도7은 본 발명의 제2실시예를 도시한 것이다.
도7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 등속 조인트의 단면을 보면, 제1외측 그루브(11)와 제2외측 그루브(12)의 단면이 교차하고, 제1 내측 그루브(21)와 제2 내측 그루브(22)의 단면이 교차한다.
도7(a)는 제1 내측 그루브(21)와 제2 내측 그루브(22)와 관련되는 제1 수평/수직 오프셋(t, a)과, 제2수평/수직 오프셋(t', a')을 도시한 것이다.
제2 내측 그루브(22)의 회전 중심의 수평 좌표(a3)는 등속 평면의 중심에 대해서 바깥 쪽 방향으로 제2 수평 오프셋(t')만큼 떨어져 있고, 제2내측 그루브(22)의 회전 중심의 수직 좌표(b3)는 등속 평면의 중심 축으로부터 제2수직 오프셋(a')만큼 떨어져 있다.
그리고, 제1내측 그루브(21)의 회전 중심의 수평 좌표(a2)는 등속 평면의 중심에 대해서 안쪽 방향으로 제1 수평 오프셋(t)만큼 떨어져있다.
제1내측 그루브(21)의 회전 중심의 수직 좌표(b2)는 등속 평면의 중심 축으로부터 제1수직 오프셋(a)만큼 떨어져 있다.
한편, 도7(b)는 제1 외측 그루브(11)와 제2 외측 그루브(12)와 관련되는 제1 수평/수직 오프셋과, 제2수평/수직 오프셋을 도시한 것이다.
제1외측 그루브(11)의 회전 중심의 수평 좌표(a1)는 등속 평면의 중심에 대해서 바깥 쪽 방향으로 제1 수평 오프셋(t)만큼 떨어져있다.
그리고, 제1외측 그루브(11)의 회전 중심의 수직 좌표(b1)은 등속 평면의 중심 축으로부터 제1수직 오프셋(a)만큼 떨어져 있다.
그리고, 제2외측 그루브(12)의 회전 중심의 수평좌표(a4)는 등속 평면의 중심으로부터 제2수평 오프셋(t')만큼 떨어져 있으며 , 제2외측 그루브(12)의 회전 중심의 수직 좌표(b4)는 등속 평면의 중심축으로부터 제2수직 오프셋(a')만큼 떨어져 있다.
이러한 구성을 통해서 제1실시예 때보다 더 컴팩트한 조인트를 구성할 수 있으면서도, 케이지(40)의 상대적인 두께가 두꺼워지는 효과를 가져올 수 있어서 안정성도 개선될 수 있다.
그리고, 절각시 제1볼(31)에 의한 제1등속 평면원(PCD out, 도3참조)의 직경이, 제2볼(32)에 의한 제2 등속 평면원(PCD in, 도3참조)의 직경보다 크게 되고, 결론적으로 절각시, 제1볼(31)이 케이지(40)의 바깥쪽 살(42)을 가압하는 힘이 종전보다 감소하고, 제2볼(32)이 케이지(40)의 안쪽 살(43)을 가압하는 힘이 종래보다 증가한다.
따라서, 바깥 살의 파손이나 변형 가능성이나 위험성이 종전보다 감소한다.
여기서도 제2수평 오프셋(t')은 제1 수평 오프셋(t)의 1.01~2.5배 정도인 것이 바람직하고, 제2수직 오프셋(a')은 제1수직 오프셋(a)의 1.01~2.5배가 되는 것이 바람직하다.
이하에서는 도8을 참고하여 본 발명의 동작에 대해서 알아보도록 하겠다.
도8에서 도시한 바와 같이, 절각이 되면, 제1볼(31)은 제1외측 그루브(11)와 제1내측 그루브(21)에 의하여 가압되어 외륜(10)의 외측 방향을 향하고(빗금친 화살 표 방향), 이에 따라서 케이지(40)의 바깥 살을 가압한다.
반면, 제2볼(32)은 제2외측 그루브(12)와 제2 내측 그루브(22)에 의하여 가압되어 외륜(10)의 내측 방향을 향하고, 이에 따라서 케이지(40)의 안쪽 살을 가압한다.
제1볼 세트에 의하여 이루어지는 등속평면원(도3참조, PCD out)의 반경은, 제2볼세트에 의하여 이루어지는 등속 평면원(도3참조, PCD in)의 반경보다 크게 형성된다.
이는 상술한 바와 같이 제2수평 오프셋(t')이 제1수평 오프셋(t)보다 크기 때문이다.
따라서, 절각 상태에서 구동 토크(T)가 가해지면, 제1볼(31) 세트가 바깥 살에 가하는 힘은 제2볼(32) 세트가 케이지(40)의 안쪽 살에 가하는 힘보다 작게 형성된다.
따라서, 종래 기술보다 케이지(40)의 바깥 살(42)의 변형 정도가 파손 가능성이 낮아진다.
한편, 케이지(40)의 안쪽 살(43)의 좌우(전후) 두께를 종래보다 두껍게 함으로써, 제2볼(32) 세트가 케이지(40)의 안쪽 살에 힘을 종래보다 더 가하여도 이를 이겨 낼 수 있어서 안정성에 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제2실시예와 같은 경우도, 제1,2수직 오프셋(a, a')에 의하여 내륜(20)과 외륜(10)의 크기만 작아졌을 뿐 도8에서 나타난 동작과 효과가 모두 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
10: 외륜 10a: 컵부
11: 제1외측 그루브 12: 제2외측 그루브
20: 내륜 21: 제1내측 그루브
22: 제2내측 그루브 31: 제1볼
32: 제2볼 40: 케이지
41: 윈도우 42: 바깥살
43: 안쪽 살

Claims (20)

  1. 내부에 수용 공간을 갖는 컵(cup) 부 및 상기 컵 부 내면에 상호 이격되고 곡면 형태로 형성되는 복수의 외측 그루브를 구비하는 외륜과;
    상기 외륜 내부에 수용되며 외면에 상기 외측 그루브에 대응되는 곡면 형태의 내측 그루브를 구비하는 내륜과;
    상기 내측 그루브와 상기 외측 그루브 수용되는 복수의 볼과;
    상기 외륜과 내륜 사이에 배치되며 볼의 위치를 정의하는 윈도우를 구비하는 케이지를 포함하되,
    상기 케이지의 내측 단부와 윈도우의 사이의 살두께는 외측 단부와 윈도우 사이의 살 두께 보다 두껍게 형성되며,
    상기 외측 그루브는 상기 컵부 외측 방향으로 열려진 제1 외측 그루브와; 상기 컵부 내측 방향으로 열려진 제2외측 그루브를 포함하고,
    상기 내측 그루브는 상기 컵부 외측 방향으로 열려지며 상기 제1 외측 그루브와 대향되는 제1 내측 그루브와; 상기 컵부 내측 방향으로 열려지며 상기 제2외측 그루브와 대향되는 제2내측 그루브를 포함하며,
    상기 외륜에 배치되는 특정 종류의 외측 그루브의 대칭되는 정반대 편에는 그 특정 종류의 외측 그루브와 동일한 종류의 외측 그루브가 배치되고,
    상기 내륜에 배치되는 특정 종류의 내측 그루부의 대칭되는 정반대편에는 그 특정 종류의 내측 그루브와 동일한 종류의 내측 그루브가 배치되며,
    상기 제1외측 그루브의 회전 중심의 수평좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수평좌표가 이격되어 형성되는 수평 오프셋 및 상기 제1내측 그루브의 회전 중심의 수평좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수평좌표가 이격되어 형성되는 수평 오프셋은 제1수평 오프셋으로서 서로 동일한 값을 갖고,
    상기 제2외측 그루브의 회전 중심의 수평좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수평좌표가 이격되어 형성되는 수평 오프셋과, 상기 제2내측 그루브의 회전 중심의 수평좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수평좌표가 이격되어 형성되는 수평 오프셋은 제2수평 오프셋으로 서로 동일한 값을 갖되,
    상기 제2수평 오프셋은 제1수평 오프셋보다 큰 값을 갖고,
    제1 외측 및 제1내측 그루브에 수용되는 제1볼 세트에 의해서 구현되는 가상의 제1등속 평면원의 반경(PCD out)은 제2 외측 및 제2내측 그루브에 수용되는 제2볼 세트에 의해서 구현되는 가상의 제2등속 평면원의 반경(PCD in)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1외측 그루브의 회전 중심의 수직좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수직좌표가 이격되어 형성되는 제1 수직 오프셋과;
    상기 제1내측 그루브의 회전 중심의 수직좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수직좌표가 이격되어 형성되는 제1 수직 오프셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2외측 그루브의 회전 중심의 수직좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수직좌표가 이격되어 형성되는 제2 수직 오프셋과;
    상기 제2내측 그루브의 회전 중심의 수직좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수직좌표가 이격되어 형성되는 제2 수직 오프셋을 포함하되,
    상기 제2수직 오프셋은 상기 제1수직 오프셋보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수평 오프셋은 제1 수평 오프셋의 1.01 ~ 2.5배의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 수직 오프셋은 상기 제1 수직 오프셋의 1.01~2.5배의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 볼은 8개로 구성되되, 4개의 볼로 구성되는 제1볼 세트와, 다른 4개의 볼로 구성되는 제2볼 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서
    상기 케이지의 내측 단부와 윈도우의 사이의 살두께는 외측 단부와 윈도우 사이의 살 두께의 1.05 ~ 2배인 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  13. 내부에 수용 공간을 갖는 컵(cup) 부 및 상기 컵 부 내면에 상호 이격되고 곡면 형태로 형성되되, 컵의 외부를 향하여 열려지거나 컵의 내부를 향하여 열려진 서로 다른 종류의 외측 그루브를 구비하는 외륜과;
    상기 외륜 내부에 수용되며 외면에 상기 외측 그루브에 대응되고, 상기 외륜의 외부를 향해서 열려지거나 외륜의 내부를 향해서 열려지는 서로 다른 종류의 내측 그루브를 구비하는 내륜과;
    상기 외측 그루브와 상기 내측 그루브 사이에 마련되 절각동작시 상기 외륜의 외부 방향으로 힘을 받거나 상기 외륜의 내부 방향으로 힘을 받는 복수의 볼을 포함하며,
    외륜의 외부를 향하여 열려진 그루브의 회전 중심과 볼의 등속 평면의 중심간의 제1수평 오프셋은 외륜의 내부를 향하여 열려진 그루브의 회전 중심과 볼의 등속 평면의 중심 간의 제2수평 오프셋보다 크게 형성되고,
    외륜의 외부를 향하여 열려진 그루브에 수용되는 제1볼 세트에 의해서 구현되는 가상의 제1등속 평면원의 반경(PCD out)은 외륜의 내부를 향하여 열려진 그루브에 수용되는 제2볼 세트에 의해서 구현되는 가상의 제2등속 평면원의 반경(PCD in)보다 크게 형성되어,
    상기 외륜에 배치되는 특정 종류의 외측 그루브의 대칭되는 정반대 편에는 그 특정 종류의 외측 그루브와 동일한 종류의 외측 그루브가 배치되고,
    상기 내륜에 배치되는 특정 종류의 내측 그루부의 대칭되는 정반대편에는 그 특정 종류의 내측 그루브와 동일한 종류의 내측 그루브가 배치되며,
    절각 동작시 볼이 외륜의 외부 방향으로 가하는 힘보다 볼이 외륜의 내부 방향으로 가하는 힘이 커지는 것을 안내하는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 외륜과 내륜 사이에 배치되며 볼의 위치를 정의하는 윈도우를 구비하는 케이지를 포함하되,
    상기 케이지의 내측 단부와 윈도우의 사이의 살두께는 외측 단부와 윈도우 사이의 살 두께 보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 외측 그루브는 상기 볼이 상기 컵부의 외측 방향으로 힘을 받을 수 있도록 상기 컵부 외측 방향으로 열려진 제1 외측 그루브와; 상기 제1외측 그루브와 이웃하게 배치되어 상기 볼이 컵부 내측 방향으로 힘을 받을 수 있도록 상기 컵부 내측 방향으로 열려진 제2외측 그루브를 포함하고,
    상기 내측 그루브는 상기 볼이 상기 컵부의 외측 방향으로 힘을 받을 수 있도록 상기 컵부 외측 방향으로 열려지며 상기 제1 외측 그루브와 대향되는 제1 내측 그루브와; 상기 제1내측 그루브와 이웃하게 배치되어 상기 볼이 컵부 내측 방향으로 힘을 받을 수 있도록 상기 컵부 내측 방향으로 열려지며 상기 제2외측 그루브와 대향되는 제2내측 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1외측 그루브의 회전 중심의 수평좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수평좌표가 이격되어 형성되는 제1 수평 오프셋과;
    상기 제1내측 그루브의 회전 중심의 수평좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수평좌표가 이격되어 형성되는 제1 수평 오프셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2외측 그루브의 회전 중심의 수평좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수평좌표가 이격되어 형성되는 제2 수평 오프셋과;
    상기 제2내측 그루브의 회전 중심의 수평좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수평좌표가 이격되어 형성되는 제2수평 오프셋을 포함하되,
    상기 제2수평 오프셋은 제1수평 오프셋보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1외측 그루브의 회전 중심의 수직좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수직좌표가 이격되어 형성되는 제1 수직 오프셋과;
    상기 제1내측 그루브의 회전 중심의 수직좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수직좌표가 이격되어 형성되는 제1 수직 오프셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2외측 그루브의 회전 중심의 수직좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수직좌표가 이격되어 형성되는 제2 수직 오프셋과;
    상기 제2내측 그루브의 회전 중심의 수직좌표와 상기 볼에 의해서 구현되는 가상의 등속 평면의 중심점의 수직좌표가 이격되어 형성되는 제2 수직 오프셋을 포함하되,
    상기 제2수직 오프셋은 상기 제1수직 오프셋보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 볼은 8개로 구성되되, 4개의 볼로 구성되는 제1볼 세트와, 다른 4개의 볼로 구성되는 제2볼 세트를 포함하되,
    상기 제1외측 그루브 및 상기 제1내측 그루브 사이에 제1볼 세트를 구성하는 제1볼이 수용되고, 상기 제2외측 그루브 및 상기 제2내측 그루브 사이에 제2볼 세트를 구성하는 제2볼이 수용되며,
    상기 제1볼 세트에 의하여 구현되는 가상의 제1등속 평면원의 반경(PCD1)은 상기 제2볼 세트에 의해서 구현되는 가상의 제2등속 평면원의 반경(PCD2)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
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