KR101792163B1 - 고정형 등속 조인트 - Google Patents

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KR101792163B1
KR101792163B1 KR1020160083530A KR20160083530A KR101792163B1 KR 101792163 B1 KR101792163 B1 KR 101792163B1 KR 1020160083530 A KR1020160083530 A KR 1020160083530A KR 20160083530 A KR20160083530 A KR 20160083530A KR 101792163 B1 KR101792163 B1 KR 101792163B1
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joint member
ball
center
outer joint
torque transmitting
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KR1020160083530A
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Inventor
김도현
장달수
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이래오토모티브시스템 주식회사
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Abstract

고정형 등속 조인트는 복수의 아웃터 볼 그루브(outer ball groove)를 가지는 내면을 포함하는 아웃터 조인트 멤버(outer joint member), 상기 아웃터 볼 그루브에 대응하는 복수의 인너 볼 그루브(inner ball groove)를 가지는 외면을 포함하는 인너 조인트 멤버(inner joint member), 상기 아웃터 볼 그루브와 상기 인너 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 복수의 볼 트랙(ball track)에 각각 배치되는 복수의 토크 전달 볼(torque transmitting ball), 그리고 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버 사이에 배치되며 상기 복수의 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지(ball cage)를 포함한다. 상기 아웃터 볼 그루브의 볼 접촉 라인(ball contract line)은 상기 아웃터 조인트 멤버의 결합 측에서 개방 측을 향하는 방향으로 차례로 배열되는 직선부 및 원호부를 포함한다. 상기 직선부와 상기 원호부의 접점은 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버의 비절각 상태에서 상기 토크 전달 볼의 중심을 연결하는 중심 면에서 상기 결합 측으로 이격되어 위치하며, 상기 직선부를 이루는 각 점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리는 상기 원호부와 상기 직선부의 접점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리 이상으로 유지된다.

Description

고정형 등속 조인트{Fixed-type constant velocity joint}
본 발명은 차량에 사용되는 고정형 등속 조인트에 관한 것이다.
고정형 등속 조인트는 차량의 구동 계통에 설치되며, 두 샤프트 사이에서 축 방향 이동은 허용하지 않고 각도 변위를 허용하는 조인트이다. 고정형 등속 조인트는 드라이브 샤프트의 아웃보드 측에 설치될 수 있다.
고정형 등속 조인트의 예로 제파 조인트(Rzeppa joint)가 있다. 제파 조인트는 아웃터 조인트 멤버와 인너 조인트 멤버를 포함하며, 아웃터 조인트 멤버와 인너 조인트 멤버는 각각 볼 그루브를 포함한다. 아웃터 조인트 멤버의 볼 그루브와 인너 조인트 멤버의 볼 그루브가 쌍을 이루어 볼 트랙을 형성하고, 각 볼 트랙에는 토크 전달을 위한 토크 전달 볼이 배치된다. 그리고 토크 전달 볼은 아웃터 조인트 멤버와 인너 조인트 멤버 사이에 배치되는 볼 케이지에 수용된다.
이러한 고정형 등속 조인트의 고절각, 효율 향상 등이 주요한 기술적 이슈에 해당한다. 이를 위해, 미국 공개특허공보 US2014/0243104 및 US2014/0309045에서 소개된 바와 같이, 트랙 그루브가 단일 형상이 아닌 서로 다른 형상을 가지는 두 부분의 조합으로 이루어지는 등속 조인트가 소개되었다.
이러한 종래의 고절각 등속 조인트의 경우 절각이 커지기는 하나, 아웃터 조인트 멤버의 볼 그루브의 개방 측 단에서의 볼의 거동이 상대적으로 커서 케이지의 두께가 증가해야 하는 문제가 있고, 또한 고절각 작동 시에 볼을 지탱하는 볼 그루브의 측벽의 높이가 작아서 충분한 강도가 확보되지 못하는 문제가 있었다. 특히 아웃터 볼 그루브의 측벽의 높이가 아웃터 조인트 멤버의 결합 측으로 갈수록 점차 감소하여 큰 절각에서 조인트가 작동하는 경우 충분한 강도가 확보되지 못하는 문제가 있었다.
미국 공개특허공보 US2014/0243104 (공개일: 2014년 08월 24일) 미국 공개특허공보 US2014/0309045 (공개일: 2014년 10월 16일)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 볼 케이지의 두께 감소가 가능하고 또한 고절각 작동 시에 충분한 강도를 확보할 수 있는 고정형 등속 조인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 고정형 등속 조인트는 복수의 아웃터 볼 그루브(outer ball groove)를 가지는 내면을 포함하는 아웃터 조인트 멤버(outer joint member), 상기 아웃터 볼 그루브에 대응하는 복수의 인너 볼 그루브(inner ball groove)를 가지는 외면을 포함하는 인너 조인트 멤버(inner joint member), 상기 아웃터 볼 그루브와 상기 인너 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 복수의 볼 트랙(ball track)에 각각 배치되는 복수의 토크 전달 볼(torque transmitting ball), 그리고 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버 사이에 배치되며 상기 복수의 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지(ball cage)를 포함한다. 상기 아웃터 볼 그루브의 볼 접촉 라인(ball contact line)은 상기 아웃터 조인트 멤버의 결합 측에서 개방 측을 향하는 방향으로 차례로 배열되는 직선부, 원호부 그리고 상기 개방 측으로 갈수록 반경 방향 내측으로 오므라드는 형상의 볼 거동 축소부를 포함한다.
상기 직선부와 상기 원호부의 접점은 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버의 비절각 상태에서 상기 토크 전달 볼들의 중심을 지나는 중심 면에서 상기 결합 측으로 이격되어 위치할 수 있고, 상기 원호부와 상기 볼 거동 축소부의 접점은 상기 중심 면에서 상기 개방 측으로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 원호부의 곡률 중심은 상기 중심 면에서 상기 개방 측으로 이격되어 조인트 중심 축 상에 위치할 수 있다.
상기 직선부를 이루는 각 점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리는 상기 원호부와 상기 직선부의 접점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리 이상으로 유지될 수 있다.
상기 아웃터 조인트 멤버의 내면은 구면일 수 있다.
상기 아웃터 조인트 멤버의 내면의 곡률 중심은 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버의 비절각 상태에서 상기 토크 전달 볼의 중심을 연결하는 중심 면과 조인트 중심 축의 교점에 위치할 수 있다.
상기 볼 거동 축소부는 곡선일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고정형 등속 조인트는 복수의 아웃터 볼 그루브(outer ball groove)를 가지는 내면을 포함하는 아웃터 조인트 멤버(outer joint member), 상기 아웃터 볼 그루브에 대응하는 복수의 인너 볼 그루브(inner ball groove)를 가지는 외면을 포함하는 인너 조인트 멤버(inner joint member), 상기 아웃터 볼 그루브와 상기 인너 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 복수의 볼 트랙(ball track)에 각각 배치되는 복수의 토크 전달 볼(torque transmitting ball), 그리고 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버 사이에 배치되며 상기 복수의 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지(ball cage)를 포함한다. 상기 아웃터 볼 그루브의 볼 접촉 라인(ball contract line)은 상기 아웃터 조인트 멤버의 결합 측에서 개방 측을 향하는 방향으로 차례로 배열되는 직선부 및 원호부를 포함한다. 상기 직선부와 상기 원호부의 접점은 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버의 비절각 상태에서 상기 토크 전달 볼의 중심을 연결하는 중심 면에서 상기 결합 측으로 이격되어 위치하며, 상기 직선부를 이루는 각 점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리는 상기 원호부와 상기 직선부의 접점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리 이상으로 유지된다.
상기 원호부의 곡률 중심은 상기 중심 면에서 상기 개방 측으로 이격되어 조인트 중심 축 상에 위치할 수 있다.
상기 아웃터 조인트 멤버의 내면은 구면일 수 있다.
상기 아웃터 조인트 멤버의 내면의 곡률 중심은 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버의 비절각 상태에서 상기 토크 전달 볼의 중심을 연결하는 중심 면과 조인트 중심 축의 교점에 위치할 수 있다.
본 발명에 의하면, 아웃터 조인트 멤버의 결합 측 근처에서 아웃터 볼 그루브의 측벽의 높이가 상대적으로 커질 수 있으므로 고절각에서 작동할 때에도 충분한 강도의 확보가 가능하다.
또한 본 발명에 의하면 아웃터 조인트 멤버의 개방 측의 단부에 위치하는 아웃터 볼 그루브의 볼 접촉 라인이 반경 방향 내측으로 오므라들도록 형성됨으로써, 볼 거동의 감소에 따른 볼 케이지의 두께 감소가 가능하여 전체 무게 및 크기의 감소가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고정형 등속 조인트의 개략적인 정면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 도 2의 아웃터 조인트 멤버의 일부를 확대한 도면이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고정형 등속 조인트는 아웃터 조인트 멤버(outer joint member)(10)와 인너 조인트 멤버(inner joint member)(20)를 포함한다. 아웃터 조인트 멤버(10)는 수용 공간(12)을 형성하고, 인너 조인트(20)가 수용 공간(12)에 삽입된다.
아웃터 조인트 멤버(10)는 복수의 아웃터 볼 그루브(outer ball groove)(13)를 가지는 내면(11)을 포함한다. 한편, 인너 조인트 멤버(20)는 복수의 인너 볼 그루브(inner ball groove)(23)를 가지는 외면(21)을 포함한다.
아웃터 볼 그루브(13)와 인너 볼 그루브(23)는 동일 개수로 구비되며 원주 방향으로 각각 배열된다. 하나의 아웃터 볼 그루브(13)와 하나의 인너 볼 그루브(23b)가 쌍을 이루어 볼 트랙(ball track)(130)을 형성한다. 예를 들어, 아웃터 볼 그루브(13)와 인너 볼 그루브(23)는 각각 8개씩 구비될 수 있으며, 이 경우 8개의 볼 트랙(130)이 형성된다.
복수의 토크 전달 볼(torque transmitting ball)(30)이 아웃터 볼 그루브(13)와 인너 볼 그루브(23)의 쌍에 의해 형성되는 복수의 볼 트랙(130)에 각각 배치된다.
볼 케이지(ball cage)(40)가 아웃터 조인트 멤버(10)와 인너 조인트 멤버(20) 사이에 개재된다. 볼 케이지(40)는 복수의 토크 전달 볼(30)을 수용한다. 이를 위해, 볼 케이지(40)에는 원주 방향을 따라 복수의 윈도우(41)가 형성될 수 있으며, 토크 전달 볼(30)이 윈도우(41)에 각각 삽입될 수 있다. 볼 트랙(130)이 8개인 경우, 볼 케이지(40)의 윈도우(41) 및 토크 전달 볼(30)도 각각 8개로 구비된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고정형 등속 조인트에서, 아웃터 볼 그루브(13)와 토크 전달 볼(30)이 접촉하는 볼 접촉 라인(ball contact line)(50)의 형상의 변경을 통해 큰 절각 시의 강도 확보 및 볼 거동의 축소가 달성된다. 아웃터 볼 그루브(13)의 볼 접촉 라인(50)은 토크 전달 볼(30)이 볼 트랙(130)을 이동할 때 아웃터 볼 그루브(13)를 형성하는 면과 접촉하는 지점을 연결한 라인을 의미한다. 볼 접촉 라인(50)은 토크 전달 볼(30)이 아웃터 볼 그루브(13)의 바닥 라인(bottom line)에 접촉하는 경우에는 아웃터 볼 그루브(13)의 바닥 라인과 일치하며, 토크 전달 볼(30)이 아웃터 볼 그루브(13)의 양쪽 측벽에 접촉하는 경우에는 아웃터 볼 그루브(13)의 측벽을 따라 형성될 수도 있다. 도 2에는 도시의 편의를 위해 볼 접촉 라인(50)이 아웃터 볼 그루브(13)의 바닥 라인과 일치하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 아웃터 볼 그루브(13)의 볼 접촉 라인(50)은 직선부(51), 원호부(53) 그리고 볼 거동 축소부(55)를 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 직선부(51), 원호부(53) 그리고 볼 거동 축소부(55)는 아웃터 조인트 멤버(10)의 결합 측(10a)서 개방 측(10b)을 향하는 방향으로 차례로 배열될 수 있다.
볼 거동 축소부(55)는 개방 측(10b)으로 갈수록 반경 방향 내측으로 오므라드는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 볼 거동 축소부(55)는 원호부(53)와 볼 거동 축소부(55)의 접점(CP2)에서 조인트 중심 축(CA)과 평행하게 그은 선(PL)을 기준으로 반경 반향 내측에 위치하게 형성될 수 있다. 이와 같이 볼 거동 축소부(55)가 개방 측(10b)으로 갈수록 반경 방향 내측으로 오므라드는 형상을 가지기 때문에, 아웃터 조인트 멤버(10)의 개방 측(10b) 근처에서 토크 전달 볼(30)의 거동의 크기가 감소하게 된다. 토크 전달 볼(30)의 거동 감소에 의해 토크 전달 볼(30)을 지지하는 볼 케이지(40)의 두께를 줄일 수 있으며, 이에 따라 등속 조인트의 전체 무게의 감소 및 전체 크기의 감소가 달성될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 볼 거동 축소부(55)는 곡선으로 형성될 수 있으며, 이에 의해 토크 전달 볼(30)의 부드러운 거동이 확보될 수 있다.
직선부(51)와 원호부(53)의 접점(CP1)은 아웃터 조인트 멤버(10)와 인너 조인트 멤버(20)의 비절각 상태에서 토크 전달 볼들(30)의 중심을 지나는 중심 면(CS)에서 결합 측(10a)으로 이격되어 위치할 수 있다. 그리고 원호부(53)와 볼 거동 축소부(55)의 접점(CP2)은 중심 면(CS)에서 개방 측(10b)으로 이격되어 위치할 수 있다.
한편, 원호부(53)의 곡률 중심(53a)은 중심 면(CS)에서 개방 측(10b)으로 이격되어 조인트 중심 축(CA) 상에 위치할 수 있다.
또한, 아웃터 조인트 멤버(10)의 내면(11) 및 인너 조인트 멤버(20)의 외면(21)은 각각 구면(spherical surface)일 수 있다. 이때, 아웃터 조인트 멤버(10)의 내면(11)의 곡률 중심(11a)은 상기한 중심 면(CS)과 조인트 중심 축(CA)의 교점에 위치할 수 있다.
이때, 도 2 및 도 3을 참조하면, 직선부(51)를 이루는 각 점과 아웃터 조인트 멤버(10)의 내면(11) 사이의 거리는 원호부(53)와 직선부(51)의 접점(CP1)과 아웃터 조인트 멤버(10)의 내면(11) 사이의 거리(D1) 이상으로 유지될 수 있다. 이에 의해 등속 조인트가 큰 절각 상태에서 작동하는 경우에도 직선부(51)에 위치하는 볼을 지탱하는 아웃터 볼 그루브(13)의 측벽의 높이가 일정 값 이상으로 유지될 수 있어 강도가 향상될 수 있다.
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.
10: 아웃터 조인트 멤버
12: 수용 공간
20: 인너 조인트 멤버
13: 아웃터 볼 그루브
23: 인너 볼 그루브
130: 볼 트랙
40: 볼 케이지
41: 윈도우
50: 볼 접촉 라인
51: 직선부
53: 원호부
55: 볼 거동 축소부

Claims (11)

  1. 복수의 아웃터 볼 그루브(outer ball groove)를 가지는 내면을 포함하는 아웃터 조인트 멤버(outer joint member),
    상기 아웃터 볼 그루브에 대응하는 복수의 인너 볼 그루브(inner ball groove)를 가지는 외면을 포함하는 인너 조인트 멤버(inner joint member),
    상기 아웃터 볼 그루브와 상기 인너 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 복수의 볼 트랙(ball track)에 각각 배치되는 복수의 토크 전달 볼(torque transmitting ball), 그리고
    상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버 사이에 배치되며 상기 복수의 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지(ball cage)를 포함하며,
    상기 아웃터 볼 그루브의 볼 접촉 라인(ball contact line)은 상기 아웃터 조인트 멤버의 결합 측에서 개방 측을 향하는 방향으로 차례로 배열되는 직선부, 원호부 그리고 상기 개방 측으로 갈수록 반경 방향 내측으로 오므라드는 형상의 볼 거동 축소부를 포함하고,
    상기 직선부와 상기 원호부의 접점은 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버의 비절각 상태에서 상기 토크 전달 볼들의 중심을 지나는 중심 면에서 상기 결합 측으로 이격되어 위치하고, 상기 원호부와 상기 볼 거동 축소부의 접점은 상기 중심 면에서 상기 개방 측으로 이격되어 위치하는 고정형 등속 조인트.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 원호부의 곡률 중심은 상기 중심 면에서 상기 개방 측으로 이격되어 조인트 중심 축 상에 위치하는 고정형 등속 조인트.
  4. 복수의 아웃터 볼 그루브(outer ball groove)를 가지는 내면을 포함하는 아웃터 조인트 멤버(outer joint member),
    상기 아웃터 볼 그루브에 대응하는 복수의 인너 볼 그루브(inner ball groove)를 가지는 외면을 포함하는 인너 조인트 멤버(inner joint member),
    상기 아웃터 볼 그루브와 상기 인너 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 복수의 볼 트랙(ball track)에 각각 배치되는 복수의 토크 전달 볼(torque transmitting ball), 그리고
    상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버 사이에 배치되며 상기 복수의 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지(ball cage)를 포함하며,
    상기 아웃터 볼 그루브의 볼 접촉 라인(ball contact line)은 상기 아웃터 조인트 멤버의 결합 측에서 개방 측을 향하는 방향으로 차례로 배열되는 직선부, 원호부 그리고 상기 개방 측으로 갈수록 반경 방향 내측으로 오므라드는 형상의 볼 거동 축소부를 포함하고,
    상기 직선부를 이루는 각 점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리는 상기 원호부와 상기 직선부의 접점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리 이상으로 유지되는 고정형 등속 조인트.
  5. 제4항에서,
    상기 아웃터 조인트 멤버의 내면은 구면인 고정형 등속 조인트.
  6. 제5항에서,
    상기 아웃터 조인트 멤버의 내면의 곡률 중심은 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버의 비절각 상태에서 상기 토크 전달 볼의 중심을 연결하는 중심 면과 조인트 중심 축의 교점에 위치하는 고정형 등속 조인트.
  7. 제1항 또는 제4항에서,
    상기 볼 거동 축소부는 곡선인 고정형 등속 조인트.
  8. 복수의 아웃터 볼 그루브(outer ball groove)를 가지는 내면을 포함하는 아웃터 조인트 멤버(outer joint member),
    상기 아웃터 볼 그루브에 대응하는 복수의 인너 볼 그루브(inner ball groove)를 가지는 외면을 포함하는 인너 조인트 멤버(inner joint member),
    상기 아웃터 볼 그루브와 상기 인너 볼 그루브의 쌍에 의해 형성되는 복수의 볼 트랙(ball track)에 각각 배치되는 복수의 토크 전달 볼(torque transmitting ball), 그리고
    상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버 사이에 배치되며 상기 복수의 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지(ball cage)를 포함하며,
    상기 아웃터 볼 그루브의 볼 접촉 라인(ball contract line)은 상기 아웃터 조인트 멤버의 결합 측에서 개방 측을 향하는 방향으로 차례로 배열되는 직선부 및 원호부를 포함하고,
    상기 직선부와 상기 원호부의 접점은 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버의 비절각 상태에서 상기 토크 전달 볼의 중심을 연결하는 중심 면에서 상기 결합 측으로 이격되어 위치하며,
    상기 직선부를 이루는 각 점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리는 상기 원호부와 상기 직선부의 접점과 상기 아웃터 조인트 멤버의 내면 사이의 거리 이상으로 유지되는 고정형 등속 조인트.
  9. 제8항에서,
    상기 원호부의 곡률 중심은 상기 중심 면에서 상기 개방 측으로 이격되어 조인트 중심 축 상에 위치하는 고정형 등속 조인트.
  10. 제8항에서,
    상기 아웃터 조인트 멤버의 내면은 구면인 고정형 등속 조인트.
  11. 제10항에서,
    상기 아웃터 조인트 멤버의 내면의 곡률 중심은 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버의 비절각 상태에서 상기 토크 전달 볼의 중심을 연결하는 중심 면과 조인트 중심 축의 교점에 위치하는 고정형 등속 조인트.
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