KR101813156B1

KR101813156B1 - 고정형 등속 조인트

Info

Publication number: KR101813156B1
Application number: KR1020160124297A
Authority: KR
Inventors: 장달수; 김도현; 노경택
Original assignee: 이래에이엠에스 주식회사
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2017-12-28

Abstract

고정형 등속 조인트는 복수의 아웃터 트랙 그루브를 가지는 아웃터 조인트 멤버, 상기 복수의 아웃터 트랙 그루브와 각각 쌍을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하는 복수의 인너 트랙 그루브를 가지는 인너 조인트 멤버, 상기 복수의 볼 트랙에 각각 배치되는 복수의 토크 전달 볼, 그리고 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버 사이에 개재되며 상기 복수의 토크 전달 볼을 각각 수용하는 복수의 윈도우를 구비하는 볼 케이지를 포함한다. 상기 복수의 볼 트랙은, 곡률 중심이 비절각 상태에서의 상기 복수의 토크 전달 볼의 중심을 연결한 조인트 중심 면 상에 위치하여 축 방향 오프셋이 0인 메인 트랙부를 각각 포함하는 복수의 제1 볼 트랙, 곡률 중심이 상기 조인트 중심 면에서 외측으로 이격되어 외측 축 방향 오프셋을 가지는 메인 트랙부를 각각 포함하는 복수의 제2 볼 트랙, 그리고 곡률 중심이 상기 조인트 중심 면에서 내측으로 이격되어 내측 축 방향 오프셋을 가지는 메인 트랙부를 각각 포함하는 복수의 제3 볼 트랙을 포함한다.

Description

고정형 등속 조인트{Fixed type constant velocity joint}

본 발명은 차량의 구동 계통에 사용되는 고정형 등속 조인트에 관한 것이다.

고정형 등속 조인트는 아웃터 조인트 멤버와 인너 조인트 멤버를 포함하며, 아웃터 조인트 멤버와 인너 조인트 멤버는 각각 트랙 그루브를 포함한다. 아웃터 조인트 멤버의 트랙 그루브와 인너 조인트 멤버의 트랙 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.

차량의 연비 향상 및 고절각에서의 조인트 내구 성능 개선을 위하여 토크 손실이 최소화되는 고효율 등속 조인트의 필요성이 커지고 있으며, 나아가 제조가 용이하며 승차감을 높일 수 있는 고효율 등속 조인트가 요구되고 있다.

이러한 기술적 요구들을 달성하기 위해, 인접한 트랙 그루브가 서로 반대 방향으로 개방되는 구조를 갖는 카운터 그루브 구조의 등속 조인트, 또는 짝을 이루는 아웃터 트랙 그루브와 인너 트랙 그루브가 서로 반대 방향으로 경사지는 구조를 갖는 크로스 그루브 구조의 등속 조인트 등이 소개된 바 있다.

그러나 이러한 종래의 등속 조인트들은 토크 손실 최소화, 제조 용이성, 승차감 향상 등의 면에서 개선의 여지가 있었다. 특히 상기한 종래의 등속 조인트들은 그루브 형태에 의해 편하중이 유발되며 그에 의해 효율이 저하되는 문제가 있었다.

한국 공개특허공보 제10-2012-0106477호 (공개일자: 2012년 09월 26일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 마찰 손실을 줄이고 편하중을 방지하여 향상된 효율을 가지는 고정형 등속 조인트를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 고정형 등속 조인트는 복수의 아웃터 트랙 그루브를 가지는 아웃터 조인트 멤버, 상기 복수의 아웃터 트랙 그루브와 각각 쌍을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하는 복수의 인너 트랙 그루브를 가지는 인너 조인트 멤버, 상기 복수의 볼 트랙에 각각 배치되는 복수의 토크 전달 볼, 그리고 상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버 사이에 개재되며 상기 복수의 토크 전달 볼을 각각 수용하는 복수의 윈도우를 구비하는 볼 케이지를 포함한다. 상기 복수의 볼 트랙은 제1 메인 트랙부를 각각 포함하는 복수의 제1 볼 트랙, 제2 메인 트랙부를 각각 포함하는 복수의 제2 볼 트랙, 그리고 제3 메인 트랙부를 각각 포함하는 복수의 제3 볼 트랙을 포함한다. 상기 제1 메인 트랙부는 그에 배치된 상기 토크 전달 볼의 중심의 이동 궤적의 곡률 중심이 비절각 상태에서의 상기 복수의 토크 전달 볼의 중심을 연결한 조인트 중심 면 상에 위치하여 축 방향 오프셋이 0이고, 상기 제2 메인 트랙부는 그에 배치된 상기 토크 전달 볼의 중심의 이동 궤적의 곡률 중심이 상기 조인트 중심 면에서 상기 아웃터 조인트 멤버의 개방측인 외측으로 이격되어 외측 축 방향 오프셋을 가지며, 상기 제3 메인 트랙부는 그에 배치된 상기 토크 전달 볼의 중심의 이동 궤적의 곡률 중심이 상기 조인트 중심 면에서 상기 아웃터 조인트 멤버의 결합측인 내측으로 이격되어 내측 축 방향 오프셋을 가진다.

상기 복수의 제1 볼 트랙 사이에 상기 제2 볼 트랙과 상기 제3 볼 트랙 중 어느 하나가 선택적으로 배열될 수 있다.

상기 복수의 제2 볼 트랙 및 상기 복수의 제3 볼 트랙은 원주 방향을 따라 등간격으로 각각 배열될 수 있다.

상기 제2 볼 트랙과 상기 제3 볼 트랙이 상기 제1 볼 트랙의 양 측에 각각 배치될 수 있다.

상기 제2 및 제3 볼 트랙의 곡률 중심은 조인트 길이방향 축 상에서 위치하면서 상기 조인트 중심 면에서 이격될 수 있다.

상기 제2 볼 트랙의 외측 축 방향 오프셋의 크기와 상기 제3 볼 트랙의 내측 축 방향 오프셋의 크기는 동일할 수도 있다.

상기 제1 내지 제3 볼 트랙은 상기 제1 내지 제3 메인 트랙부에서 상기 아웃터 조인트 멤버의 개방측 쪽인 외측에 배치되며 반경 방향 외측으로 확대되는 제1 내지 제3 외측 확대 트랙부를 각각 포함할 수 있다.

상기 볼 트랙은 총 8개일 수 있다. 이때, 상기 제1 볼 트랙은 4개이고, 상기 제2 볼 트랙은 2개이며, 상기 제3 볼 트랙은 2개일 수 있다.

상기 볼 트랙은 총 12개일 수 있다. 이때, 상기 제1 볼 트랙은 8개이고, 상기 제2 볼 트랙은 2개이며, 상기 제3 볼 트랙은 2개일 수 있다.

상기 제2 볼 트랙과 상기 제3 볼 트랙은 원주 방향을 따라 교대로 배치될 수 있으며, 상기 인접하는 제2 볼 트랙과 제3 볼 트랙 사이에 2개의 제1 볼 트랙이 각각 배치될 수 있다.

상기 볼 트랙은 원주 방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다.

본 발명에 의하면, 축 방향 오프셋이 없는 볼 트랙, 외측 축 방향 오프셋을 가지는 볼 트랙, 그리고 내측 축 방향 오프셋을 가지는 볼 트랙을 교대로 배열함으로써, 마찰을 최소화할 수 있고 편하중 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고정형 등속 조인트를 개략적으로 보여주는 정면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정형 등속 조인트를 개략적으로 보여주는 정면도이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 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)의 일측은 개방되고 다른 일측은 폐쇄되어 수용 공간(12)이 형성되고, 인너 조인트 멤버(20)가 아웃터 조인트 멤버(10)의 수용 공간(12)에 배치된다.

아웃터 조인트 멤버(10)는 복수의 제1 아웃터 트랙 그루브(outer track groove)(13a), 복수의 제2 아웃터 트랙 그루브(13b), 그리고 복수의 제3 아웃터 트랙 그루브(13c)를 가지는 내면(11)을 포함한다. 한편, 인너 조인트 멤버(20)는 복수의 제1 인너 트랙 그루브(inner track groove)(23a), 복수의 제2 인너 트랙 그루브(23b), 그리고 복수의 제3 인너 트랙 그루브(23c)를 가지는 외면(21)을 포함한다.

제1 아웃터 트랙 그루브(13a)와 제1 인너 트랙 그루브(23a)가 쌍을 이루어 복수의 제1 볼 트랙(130a)을 형성하고, 제2 아웃터 트랙 그루브(13b)와 제2 인너 트랙 그루브(23b)가 쌍을 이루어 복수의 제2 볼 트랙(130b)을 형성하며, 제3 아웃터 트랙 그루브(13c)와 제3 인너 트랙 그루브(23c)가 쌍을 이루어 복수의 제3 볼 트랙(130c)을 형성한다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 네 개의 제1 아웃터 트랙 그루브(13a)가 원주 방향을 따라 등간격을 이루도록 배열될 수 있으며, 두 개의 제2 아웃터 트랙 그루브(13b)와 두 개의 제3 아웃터 트랙 그루브(13c)가 제1 아웃터 트랙 그루브(13a) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제2 아웃터 트랙 그루브(13b)와 제3 아웃터 트랙 그루브(13c)는 제1 아웃터 트랙 그루브(13a)의 양측에 각각 배치될 수 있으며, 결과적으로 두 개의 제2 아웃터 트랙 그루브(13b)도 원주 방향을 따라 등간격을 이루게 되며 두 개의 제3 아웃터 트랙 그루브(13c)도 원주 방향을 따라 등간격을 이루게 된다. 마찬가지로, 네 개의 제1 인너 트랙 그루브(23a), 두 개의 제2 인너 트랙 그루브(23b), 그리고 두 개의 제3 인너 트랙 그루브(23c)가 구비되며, 제1 내지 제3 인너 트랙 그루브(23a, 23b, 23c)는 제1 내지 제3 아웃터 트랙 그루브(13a, 13b, 13c)에 각각 대응하도록 배열된다. 이에 의해 네 개의 제1 볼 트랙(130a), 두 개의 제2 볼 트랙(130b), 그리고 두 개의 제3 볼 트랙(130c)이 형성된다.

복수의 토크 전달 볼(torque transmitting ball)(30)이 복수의 볼 트랙(130a, 130b, 130c)에 각각 배치된다. 예를 들어, 8개의 볼 트랙이 형성되는 경우, 8개의 토크 전달 볼이 8개의 볼 트랙에 각각 하나씩 배치될 수 있다.

볼 케이지(ball cage)(40)가 아웃터 조인트 멤버(10)와 인너 조인트 멤버(20) 사이에 배치된다. 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(130a, 130b, 130c)이 8개인 경우, 볼 케이지(40)의 윈도우(41) 및 토크 전달 볼(30)도 각각 8개로 구비된다.

이하에서 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제3 볼 트랙(130a, 130b, 130c)에 대해 설명한다.

먼저, 도 2를 참조하면, 제1 볼 트랙(130a)은 메인 트랙부(131)를 포함하며, 메인 트랙부(131)의 곡률 중심(O1)은 조인트 중심 면(CS) 상에 위치하여 축 방향 오프셋(axial offset)이 0이다. 여기서, 조인트 중심 면(CS)은 비절각 상태, 즉 아웃터 조인트 멤버(10)와 인너 조인트 멤버(20)의 중심 축이 나란한 상태에서 토크 전달 볼(30)의 중심(BC)을 연결하는 면을 의미하며, 메인 트랙부(131)의 곡률 중심(O1)은 메인 트랙부(131)에서 토크 전달 볼(30)이 이동할 때 토크 전달 볼(30)의 중심(BC)이 지나는 궤적(RB)의 곡률 중심을 의미한다. 이때, 곡률 중심(O1)은 조인트 길이방향 축(LA) 상에 위치할 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 제2 볼 트랙(130b)은 메인 트랙부(132)를 포함하며, 메인 트랙부(132)의 곡률 중심(O2)은 조인트 중심 면(CS)에서 외측으로 이격되어 외측 축 방향 오프셋을 가진다. 여기서 외측은 아웃터 조인트 멤버(10)의 개방측(도 3에서 우측)을 의미한다. 이때, 곡률 중심(O2)은 조인트 길이방향 축(LA) 상에 위치할 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 제3 볼 트랙(130c)은 메인 트랙부(133)를 포함하며, 메인 트랙부(133)의 곡률 중심(O3)은 조인트 중심 면(CS)에서 내측으로 이격되어 내측 축 방향 오프셋을 가진다. 여기서 내측은 아웃터 조인트 멤버(10)의 개방측의 반대측(도 4에서 좌측)을 의미한다. 이때, 곡률 중심(O3)은 조인트 길이방향 축(LA) 상에 위치할 수 있다.

이때, 도 3에서 메인 트랙부(132)의 곡률 중심(O2)이 조인트 중심 면(CS)에서 외측으로 이격되는 거리는 도 4에서 메인 트랙부(133)의 곡률 중심(O3)이 조인트 중심 면(CS)에 내측으로 이격되는 거리와 같을 수도 있다.

위에서 설명한 제1 내지 제3 볼 트랙(130a, 130b, 130c)은 서로 다른 축 방향 오프셋을 가지나 조인트 길이방향 축(LA)에 대해 경사지지 않고 나란하게 형성된다.

상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 축 방향 오프셋이 0인 볼 트랙(130a)과 반대 측의 축 방향 오프셋을 가지는 볼 트랙(130b, 130c)이 구비됨으로써, 비절각 상태(조인트 각도 0)에서 볼 케이지(40)와 토크 전달 볼(30)의 자유로운 움직임을 제한하여 조인트가 기구학적으로 작동 가능하게 된다. 이들 볼 트랙에 의해 볼 케이지(40)와 아웃터 및 인너 조인트 멤버(10, 20) 사이의 마찰 손실이 최소화될 수 있으며, 이에 의해 조인트 작동 시에 편하중 발생을 방지하여 조인트 효율이 향상될 수 있다.

한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 아웃터 트랙 그루브(13a, 13b, 13c)는 위에서 설명한 메인 트랙부(131, 132, 133)의 외측에 배치되는 외측 확대 트랙부(134, 135, 136)를 각각 구비할 수 있다. 외측 확대 트랙부(134, 135, 136)가 구비됨으로써, 조인트의 최대 절각이 향상될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정형 등속 조인트를 보여준다. 도 5를 참조하면, 아웃터 조인트 멤버(10)는 제1 내지 제3 아웃터 트랙 그루브(33a, 33b, 33c)를 포함하며 이에 대응하여 인너 조인트 멤버(20)는 제1 내지 제3 인너 트랙 그루브(43a, 43b, 43c)를 포함한다. 제1 내지 제3 아웃터 트랙 그루브(33a, 33b, 33c)와 제1 내지 제3 인너 트랙 그루브(43a, 43b, 43c)가 각각 쌍을 이루어 제1 내지 제3 볼 트랙(230a, 230b, 230c)를 형성한다. 이때, 제1 볼 트랙(230a)은 축 방향 오프셋이 없는 메인 트랙부를 구비하고, 제2 볼 트랙(230b)은 외측 축 방향 오프셋을 가지는 메인 트랙부를 구비하며, 제3 볼 트랙(230c)은 내측 축 방향 오프셋을 가지는 메인 트랙부를 구비한다. 이들 트랙의 형태는 위에서 설명한 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예에서는, 8개의 제1 볼 트랙(230a), 2개의 제2 볼 트랙(230b), 그리고 2개의 제3 볼 트랙(230c)이 구비된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 제2 볼 트랙(230b)과 2개의 제3 볼 트랙(230c)이 원주 방향을 따라 교대로 배열되며, 인접하는 제2 볼 트랙(230b)과 제3 볼 트랙(230c) 사이에 2개의 제1 볼 트랙(230a)이 각각 배열된다. 이때, 2개의 제2 볼 트랙(230b)은 서로 마주하도록 배치되며, 또한 2개의 제3 볼 트랙(230c)도 서로 마주하도록 배치된다. 그리고 전체 볼 트랙(230a, 230b, 230c)은 원주 방향을 따라 등간격을 배열된다. 이와 같은 배열에 의해 서로 반대 방향의 오프셋을 가지는 볼 트랙이 구비되면서도 오프셋이 없는 볼 트랙의 개수가 최대화될 수 있고, 그에 의해 효율의 극대화가 도모될 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
20: 인너 조인트 멤버
13a, 13b, 13c: 아웃터 트랙 그루브
23a, 23b, 23c: 인너 트랙 그루브
130a, 130b, 130c: 볼 트랙
30: 토크 전달 볼
40: 볼 케이지
41: 윈도우
LA: 조인트 중심축
BC: 볼 중심

Claims

복수의 아웃터 트랙 그루브를 가지는 아웃터 조인트 멤버,
상기 복수의 아웃터 트랙 그루브와 각각 쌍을 이루어 복수의 볼 트랙을 형성하는 복수의 인너 트랙 그루브를 가지는 인너 조인트 멤버,
상기 복수의 볼 트랙에 각각 배치되는 복수의 토크 전달 볼, 그리고
상기 아웃터 조인트 멤버와 상기 인너 조인트 멤버 사이에 개재되며 상기 복수의 토크 전달 볼을 각각 수용하는 복수의 윈도우를 구비하는 볼 케이지를 포함하고,
상기 복수의 볼 트랙은 제1 메인 트랙부를 각각 포함하는 복수의 제1 볼 트랙, 제2 메인 트랙부를 각각 포함하는 복수의 제2 볼 트랙, 그리고 제3 메인 트랙부를 각각 포함하는 복수의 제3 볼 트랙을 포함하고,
상기 제1 메인 트랙부는 그에 배치된 상기 토크 전달 볼의 중심의 이동 궤적의 곡률 중심이 비절각 상태에서의 상기 복수의 토크 전달 볼의 중심을 연결한 조인트 중심 면 상에 위치하여 축 방향 오프셋이 0이고,
상기 제2 메인 트랙부는 그에 배치된 상기 토크 전달 볼의 중심의 이동 궤적의 곡률 중심이 상기 조인트 중심 면에서 상기 아웃터 조인트 멤버의 개방측인 외측으로 이격되어 외측 축 방향 오프셋을 가지며,
상기 제3 메인 트랙부는 그에 배치된 상기 토크 전달 볼의 중심의 이동 궤적의 곡률 중심이 상기 조인트 중심 면에서 상기 아웃터 조인트 멤버의 결합측인 내측으로 이격되어 내측 축 방향 오프셋을 가지는 고정형 등속 조인트.
제1항에서,
상기 복수의 제1 볼 트랙 사이에 상기 제2 볼 트랙과 상기 제3 볼 트랙 중 어느 하나가 선택적으로 배열되는 고정형 등속 조인트.
제2항에서,
상기 복수의 제2 볼 트랙 및 상기 복수의 제3 볼 트랙은 원주 방향을 따라 등간격으로 각각 배열되는 고정형 등속 조인트.
제1항에서,
상기 제2 볼 트랙과 상기 제3 볼 트랙이 상기 제1 볼 트랙의 양 측에 각각 배치되는 고정형 등속 조인트.
제1항에서,
상기 제2 및 제3 볼 트랙의 곡률 중심은 조인트 길이방향 축 상에서 위치하면서 상기 조인트 중심 면에서 이격되는 고정형 등속 조인트.
제1항에서,
상기 제2 볼 트랙의 외측 축 방향 오프셋의 크기와 상기 제3 볼 트랙의 내측 축 방향 오프셋의 크기는 동일한 고정형 등속 조인트.
제1항에서,
상기 제1 내지 제3 볼 트랙은 상기 제1 내지 제3 메인 트랙부에서 상기 아웃터 조인트 멤버의 개방측 쪽인 외측에 배치되며 반경 방향 외측으로 확대되는 제1 내지 제3 외측 확대 트랙부를 각각 포함하는 고정형 등속 조인트.
제1항에서,
상기 볼 트랙은 총 8개이고,
상기 제1 볼 트랙은 4개이고, 상기 제2 볼 트랙은 2개이며, 상기 제3 볼 트랙은 2개인 고정형 등속 조인트.
제1항에서,
상기 볼 트랙은 총 12개이고,
상기 제1 볼 트랙은 8개이고, 상기 제2 볼 트랙은 2개이며, 상기 제3 볼 트랙은 2개인 고정형 등속 조인트.
제9항에서,
상기 제2 볼 트랙과 상기 제3 볼 트랙은 원주 방향을 따라 교대로 배치되며,
상기 인접하는 제2 볼 트랙과 제3 볼 트랙 사이에 2개의 제1 볼 트랙이 각각 배치되는 고정형 등속 조인트.
제10항에서,
상기 볼 트랙은 원주 방향을 따라 등간격으로 배열되는 고정형 등속 조인트.