KR101884926B1 - 트라이폿 등속 조인트 - Google Patents

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KR101884926B1
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스티븐 엠. 토마스
윌리엄 피. 스크바를라
에두아르도 알. 몬드라곤-파라
제프리 피. 쿠빌
존 엔. 밀러
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스티어링 솔루션즈 아이피 홀딩 코오포레이션
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Abstract

트라이폿 등속 조인트는 안내 채널을 한정하는 하우징을 포함한다. 스파이더 부재는 상기 하우징 안에 수용되고 트러니언을 구비하는바, 상기 트러니언은 제1 주 곡률 반경 및 상기 제1 주 곡률 반경과 상이한 제2 주 곡률 반경에 의해 한정되는 볼록한 윤곽을 가진 기능적 외측 표면을 구비한다. 제1 볼 부재의 제1 내측 표면은 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면에 맞물린다. 상기 제1 볼 부재의 제1 외측 표면에는 상기 제1 측벽에 맞물리는 조각마다 연속인 비대칭 윤곽이 제공된다.

Description

트라이폿 등속 조인트{Tripot constant velocity joint}
본 출원은 2013년 10월 30일자로 출원된 미국 가출원 제61/897,759호 및 2014년 10월 30일자로 출원된 미국 가출원 제62/072,747호의 우선권을 주장하는바, 그 개시는 그 전체가 본 명세서에 참조 병합된다.
본 개시서는 트라이폿 등속 조인트(tripot constant velocity joint)에 관한 것이다.
등속 조인트들은 회전 에너지의 전달에 널리 이용된다.
등속 조인트들은 구동 샤프트가 일정한 회전 속력에서 가변각을 통하여 동력을 전달할 수 있게 한다. 신축 등속(telescoping constant velocity)의 일 유형은 트라이폿 조인트(tripot joint)로 지칭된다. 트라이폿 조인트들은 다른 용례들뿐만 아니라 특히 전륜구동 차량들에 있어서, 트랜스액슬 차동장치(transaxle differential)와 구동 휠(driving wheel) 사이의 자동차 축방향 구동 샤프트들에 특히 유용하다. 이 신축 등속 조인트는 샤프트 부재들 사이의 다양한 회전 속력, 조인트 각도 및 신축 위치에서 토크를 전달한다.
트라이폿 등속 조인트는 하우징, 스파이더 부재, 및 볼 세트(ball set)를 포함한다. 상기 하우징은 제1 축을 따라 연장되는 제1 샤프트에 연결된다. 상기 하우징은 안내 채널(guide channel)을 구비하며, 상기 안내 채널은 제1 측벽, 상기 제1 측벽에 대향되게 배치된 제2 측벽, 및 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이에서 연장되는 상부벽을 포함한다. 상기 스파이더 부재(spider member)는 상기 하우징 안에 수용되며, 제2 축을 따라 연장되는 제2 샤프트에 연결된다. 상기 스파이더 부재는 트러니언(trunnion)을 포함하며, 상기 트러니언은 제1 주 곡률 반경 및 상기 제1 주 곡률 반경에 직교하는 제2 주 곡률 반경에 의해 특징 지어지는 볼록한 윤곽(profile)을 가진 기능적 외측 표면을 구비한다. 상기 제1 주 곡률 반경은 상기 제2 주 곡률 반경과 상이하다. 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면 상에 배치된 볼 세트는 제1 볼 부재, 제2 볼 부재, 및 복수개의 구름 요소(rolling element)들을 포함한다. 상기 제1 볼 부재(first ball member)는 제1 내측 표면 및 상기 제1 내측 표면에 대향되게 배치된 제1 외측 표면을 구비한다. 상기 제1 내측 표면은 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면에 맞물리는 조각마다 오목한 연속인 윤곽(piecewise concave continuous profile)을 가진다. 상기 제2 볼 부재는 제2 내측 표면 및 상기 제2 내측 표면에 대향되게 배치되며 조각마다 연속인 비대칭 윤곽(non-symmetric piecewise continuous profile)에 의해 한정되는 제2 외측 표면을 구비한다. 상기 조각마다 연속인 비대칭 윤곽은 실질적으로 곧은 부분 및 상기 실질적으로 곧은 부분에 인접한 볼록한 부분에 의해 한정된다. 상기 제2 외측 표면은 상기 제1 측벽에 맞물린다. 상기 복수개의 구름 요소들은 상기 제1 외측 표면과 상기 제2 내측 표면 사이에 배치된다.
트라이폿 등속 조인트는 하우징, 스파이더 부재, 및 볼 세트를 포함한다. 상기 하우징은 제1 측벽, 제2 측벽, 및 상부벽을 포함하는 안내 채널을 한정한다. 상기 제1 측벽에는 제1 측벽 부분 곡률 반경을 가지는 제1 측벽 부분 및 제2 측벽 부분 곡률 반경을 가지는 제2 측벽 부분에 의해 한정되는 오목한 윤곽이 제공된다. 상기 제2 측벽 부분 곡률 반경은 상기 제1 측벽 부분 곡률 반경보다 크다. 상기 제2 측벽은 상기 제1 측벽에 대향되게 배치된다. 상기 상부벽은 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이에서 연장된다. 상기 스파이더 부재는 상기 하우징 안에 수용되며, 제2 축을 따라 연장되는 제2 샤프트에 연결된다. 상기 스파이더 부재는 트러니언을 포함하며, 상기 트러니언은 제1 주 곡률 반경 및 상기 제1 주 곡률 반경에 직교하는 제2 주 곡률 반경에 의해 한정되는 볼록한 윤곽을 가진 기능적 외측 표면을 구비한다. 상기 제1 주 곡률 반경은 상기 제2 주 곡률 반경과 상이하다. 상기 볼 세트는 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면 상에 배치된다. 상기 볼 세트는 제1 볼 부재 및 제2 볼 부재를 포함한다. 상기 제1 볼 부재는 제1 내측 표면 및 상기 제1 내측 표면에 대향되게 배치된 제1 외측 표면을 구비한다. 상기 제1 내측 표면은 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면에 맞물리는 조각마다 오목한 연속인 윤곽을 가진다. 상기 제2 볼 부재는 제2 내측 표면 및 상기 제2 내측 표면에 대향되게 배치되며 조각마다 연속인 비대칭 윤곽에 의해 한정되는 제2 외측 표면을 구비한다. 상기 조각마다 연속인 비대칭 윤곽은 실질적으로 곧은 부분 및 상기 실질적으로 곧은 부분에 인접한 볼록한 부분에 의해 한정된다. 상기 제2 외측 표면은 상기 제1 측벽에 맞물린다.
트라이폿 등속 조인트는 하우징, 스파이더 부재, 및 제1 볼 부재를 포함한다. 상기 하우징은 제1 측벽, 상기 제1 측벽에 대향되게 배치된 제2 측벽, 및 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이에서 연장되는 상부벽을 포함하여 안내 채널을 한정한다. 상기 스파이더 부재는 상기 하우징 안에 수용되며 제2 축을 따라 연장되는 제2 샤프트에 연결된다. 상기 스파이더 부재는 트러니언을 포함하며, 상기 트러니언은 제1 주 곡률 반경 및 상기 제1 주 곡률 반경에 직교하는 제2 주 곡률 반경에 의해 한정되는 볼록한 윤곽을 가진 기능적 외측 표면을 구비한다. 상기 제1 주 곡률 반경은 상기 제2 주 곡률 반경과 상이하다. 상기 제1 볼 부재는 제1 내측 표면 및 상기 제1 내측 표면에 대향되게 배치된 제1 외측 표면을 구비한다. 상기 제1 내측 표면은 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면에 맞물리며, 상기 제1 내측 표면에는 조각마다 연속인 실질적으로 원통형인 대칭 윤곽(symmetric piecewise continuous substantially cylindrical profile)이 제공된다. 상기 제1 외측 표면에는 상기 제1 측벽에 맞물리는 조각마다 연속인 비대칭 윤곽이 제공된다. 상기 조각마다 연속인 비대칭 윤곽은 실질적으로 곧은 부분 및 볼록한 부분을 가진다.
본 발명으로 고려되는 대상물은 본 명세서의 마지막 부분에 있는 청구범위에서 자세히 언급되고 명료하게 청구된다. 본 발명의 전술한 사항 및 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들과 함께 취해지는 아래의 상세한 설명으로부터 분명해질 것인바, 그 첨부된 도면들 중에서,
도 1은 트라이폿 등속 조인트의 부분 사시도이며;
도 2는 각도 관절 연결(angular articulation)의 미리 정해진 범위 내에 있는 조인트가 도시되는 상기 트라이폿 등속 조인트의 부분 사시도이며;
도 3은 상기 스파이더의 등각투영도(isometric view)이고;
도 4는 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면의 부분 단면도이며;
도 5a는 상기 트라이폿 등속 조인트의 제1 실시례의 도 1의 단면(3-3)을 따라 취한 단면도이며;
도 5b는 상기 트라이폿 등속 조인트의 제2 실시례의 도 1의 단면(3-3)을 따라 취한 단면도이고;
도 5c는 상기 트라이폿 등속 조인트의 제3 실시례의 도 1의 단면(3-3)을 따라 취한 단면도이다.
이제 도면들을 참조하면, 그 도면들에서는 본 발명을 한정하지 않는 특정 실시례들을 참조하여 본 발명이 설명될 것인바, 개시된 실시례들이 다양하고 대안적인 형태들로 실시되는 본 발명의 실시례일 뿐이라는 점이 이해될 것이다. 그 도면들이 반드시 축척대로 되지 않았을 수 있는바; 몇몇 특징부들은 과장 또는 축소되어 특정 구성요소들의 상세사항들을 보여준다. 따라서 본 명세서에 개시된 특정 구조적 상세사항들 및 기능적 상세사항들은 한정하는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명을 다양하게 채용하기 위하여 본 발명의 기술분야의 통상의 기술자에게 교시하기 위한 표현상의 기초(representative basis)로만 해석되어야 한다.
도 1 및 2를 참조하면, 등속 조인트(10)가 도시되어 있다. 상기 등속 조인트는 트라이포드(tripod) 또는 트라이폿(tripot) 등속 조인트와 같은 신축 등속 조인트이다. 상기 등속 조인트(10)는 트럭, 자동차, 여가용 차량(recreational vehicle), 또는 화물차, 기타 등등과 같은 차량에 제공된다. 그러한 등속 조인트(10)는 전륜구동 차량들에서의 이용에 적합할 수 있고 트랜스액슬과 구동 휠 사이에 배치되며 그 트랜스액슬과 그 구동 휠에 작동되게 결합되거나, 혹은 가능한 축방향 위치(axial position) 또는 각위치(angular position)가 서로에 대하여 변화되는 2개의 회전 가능한 샤프트 부재들 사이에서 토크가 전달되는 다른 용례들의 이용에 적합하다. 상기 트라이폿 등속 조인트는 제1 샤프트 부재(12)와 제2 샤프트 부재(14) 사이에서 토크를 전달한다. 상기 트라이폿 등속 조인트는 다양한 회전 속력, 조인트 각도 또는 신축 위치에 걸쳐 상기 제1 샤프트 부재(12)로부터 토크를 상기 제2 샤프트 부재(14)로 전달하도록 구성된다.
상기 제1 샤프트 부재(12)는 제1 축(20)을 따라 연장된다. 상기 제2 샤프트 부재(14)는 제2 축(22)을 따라 연장된다. 상기 제1 샤프트 부재(12) 및 상기 제2 샤프트 부재(14)는 개별의 축들을 중심으로 서로에 대하여 신축(telescope)되도록 그리고/또는 관절 연결되도록(articulate) 구성된다. 상기 등속 조인트(10)가 0도의 조인트 각도에 있는 때에 상기 제1 축(20)과 상기 제2 축(22)은 일치하거나 동일 선상에 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 등속 조인트(10)가 관절 연결되거나 비스듬히 굽힌 때에, 즉 상기 제1 샤프트 부재(12)와 상기 제2 샤프트 부재(14)가 서로에 대하여 관절로 이어진 때에, 상기 제1 축(20)과 상기 제2 축(22)은 교차한다. 상기 등속 조인트(10)는 하우징(30), 스파이더(spider; 32), 및 볼 세트(34)를 포함한다.
상기 하우징(30)은 상기 제1 샤프트 부재(12)에 연결되며 상기 제1 축(20)을 따라 연장된다. 상기 하우징(30)과 상기 제1 샤프트 부재(12)의 조합은 상기 제1 축(20)을 중심으로 회전 가능하다. 상기 하우징(30)은 복수개의 볼 세트 트랙들(ball set tracks) 또는 안내 채널들(40)을 한정한다. 각각의 안내 채널(40)은 상기 제1 축(20)을 따라 축방향으로 연장되며 상기 제1 축(20)에 실질적으로 평행하게 배치된다. 도면들에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(30)은 상기 제1 축(20)을 중심으로 반경방향으로 이격(space apart)된 3개의 안내 채널들을 한정한다. 각각의 안내 채널(40)은 서로로부터 120° 간격으로 똑같이 이격된다. 각각의 안내 채널(40)은 제1 측벽(42), 제2 측벽(44), 및 상부벽(46)을 포함한다.
상기 제1 측벽(42) 및 상기 제2 측벽(44)은 상기 제1 축(20)으로부터 멀어져 상기 상부벽(46)을 향하여 연장된다. 상기 제2 측벽(44)은 상기 제1 측벽(42)에 대향되게 배치된다. 상기 제1 측벽(42)은 상기 제2 측벽(44)과 실질적으로 평행하게 배치되나 상기 제2 측벽(44)과 동일 평면상에 있지 않다. 상기 상부벽(46)은 상기 제1 측벽(42)과 상기 제2 측벽(44) 사이에서 연장된다. 상기 상부벽(46)은 상기 제1 측벽(42)과 상기 제2 측벽(44) 둘 모두에 대하여 실질적으로 직각으로 배치된다. 상기 상부벽(46)은 상기 제1 축(20)에 실질적으로 평행하게 배치된다. 상기 상부벽(46)은 상기 제1 축(20)으로부터 상기 제1 측벽(42) 및 상기 제2 측벽(44)보다 더 멀게 배치된다.
상기 제1 측벽(42) 및 상기 제2 측벽(44) 각각은 상기 제1 축(20)을 가로지르는 단면에서 보았을 때 전체적으로 오목한 윤곽을 가진다. 상기 전체적으로 오목한 윤곽은 상기 제1 측벽(42)을 참조하여 설명될 것인데, 상기 제2 측벽(44)은 유사하지만 거울상으로 되거나(mirrored) 정반대(diametrically opposed)인 구성을 가질 수도 있다. 상기 제1 측벽(42)은 조각마다 오목한 연속인 윤곽을 전체적으로 한정하는 조각마다 연속인 표면이다. 상기 제1 측벽(42)의 상기 전체적으로 조각마다 오목한 연속인 윤곽은 제1 측벽 부분(50), 제2 측벽 부분(52), 및 제3 측벽 부분(54)에 의해 한정된다.
상기 제1 측벽 부분(50)은 상기 상부벽(46)과 상기 제2 측벽 부분(52) 사이에서 상기 상부벽(46)과 상기 제2 측벽 부분(52)에 인접하게 배치된다. 상기 제1 측벽 부분(50)은 제1 측벽 부분 곡률 반경인 rs1을 가진다. 전이 영역(56)은 상기 제1 측벽 부분(50)과 상기 제2 측벽 부분(52) 사이에서 연장된다. 상기 전이 영역(56)은 상기 제1 측벽 부분(50)과 상기 제2 측벽 부분(52) 사이에 실질적으로 매끄럽거나 연속인 전이부(substantially smooth or continuous transition)를 제공한다. 상기 제2 측벽 부분(52)은 상기 제1 측벽 부분(50)과 상기 제3 측벽 부분(54) 사이에 배치된다. 상기 제2 측벽 부분(52)은 제2 측벽 부분 곡률 반경인 rs2를 가진다. 상기 제3 측벽 부분(54)은 상기 제2 측벽 부분(52)에 인접하게 배치된다. 상기 제3 측벽 부분(54)은 제3 측벽 부분 곡률 반경인 rs3을 가진다.
상기 제2 측벽 부분 곡률 반경인 rs2는 상기 제2 측벽 부분(52)이 실질적으로 곧은 부분이도록 상기 제1 측벽 부분 곡률 반경인 rs1보다 큰, 무한대(infinite large) 곡률 반경을 가진다. 상기 실질적으로 곧은 부분은 상기 제2 측벽 부분(52)이 트러니언 축(76) 또는 상기 볼 세트의 축(34)에 대하여 경사지거나(inclined) 기울도록(declined) 상기 트러니언 축(76) 또는 상기 볼 세트의 축(34)을 향하여 테이퍼진다.
상기 제1 측벽 부분 곡률 반경인 rs1, 및 상기 제3 측벽 부분 곡률 반경인 rs3은 상기 제1 측벽(42)의 상기 전체적으로 오목한 윤곽을 한정한다. 상기 제1 측벽 부분 곡률 반경인 rs1 에 대한 상기 제3 측벽 부분 곡률 반경인 rs3 의 비율의 절대값은 1보다 크거나 1보다 작을 수 있다.
상기 상부벽(46)은 상기 상부벽(46)의 면을 따라 연장된 돌출부(60)를 포함한다. 상기 돌출부(60)는 상기 제1 축(20)에 실질적으로 평행하게 연장되고 상기 제1 축(20)을 향하여 연장된다. 적어도 하나의 실시례에서 상기 돌출부(60)는 상기 제2 축(22)을 향하여 연장된다. 상기 돌출부(60)는 상기 제1 측벽(42)과 상기 제2 측벽(44)으로부터 실질적으로 등거리에 배치된 중심 안내부(center guide)를 한정한다. 상기 돌출부(60)는 상기 상부벽(46)보다 상기 스파이더(32)의 부분에 더 가까이 배치된다.
상기 스파이더(32)는 상기 제2 샤프트 부재(14) 상의 스플라인(spline)들과의 맞물림을 위한 스플라인 보어(splined bore)에 의해 상기 제2 샤프트 부재(14)에 연결된다. 상기 스파이더(32)는 상기 하우징(30) 안에 수용된다. 상기 스파이더(32) 및 상기 제2 샤프트 부재(14)는 상기 하우징(30) 및 상기 제1 샤프트 부재(12)에 대하여 움직이도록 구성된다. 상기 스파이더(32) 및 상기 제2 샤프트 부재(14)는 상기 제2 축(22)이 상기 제1 축(20)에 대하여 비스듬히(at an angle) 배치되도록 상기 하우징(30) 및 상기 제1 샤프트 부재(12)에 대하여 관절 연결되게끔 구성된다. 상기 스파이더(32)는 돌출부들로서 구성된, 상기 스플라인 보어로부터 멀어지게 연장되는 복수개의 스파이더 부재들(70)을 포함한다. 도면들에 도시된 바와 같이, 상기 스파이더(32)는 상기 제2 축(22)을 중심으로 반경방향으로 이격된 3개의 스파이더 부재들을 한정한다. 각각의 스파이더 부재는 서로로부터 120° 간격으로 똑같이 이격되며 안내 채널에 대응된다. 상기 복수개의 스파이더 부재들(70)의 각각의 스파이더 부재는 상기 돌출부(60)에 인접하게 배치된 트러니언 단부 표면(74)을 구비한 트러니언(72)으로서 구성된다.
상기 트러니언(72)은 트러니언 축(76)을 따라 상기 제2 축(22)으로부터 멀어지게 연장된다. 상기 트러니언 축(76)은 상기 제2 축(22)에 대하여 실질적으로 직각으로 배치된다. 상기 트러니언(72)은 토크 또는 힘을 전달하지 않는 상기 트러니언(72)의 비기능적 외측 표면(81)에 인접한 토크 또는 힘을 전달하는 기능적 외측 표면(80)을 구비한다. 상기 기능적 외측 표면(80)은 비원통형 윤곽을 가진다. 상기 기능적 외측 표면(80)은 그것이 볼록한 외측 표면(convex outer surface)이도록 상기 트러니언 축(76)과 동심(concentric)인 볼록한 윤곽을 가진다. 상기 볼록한 윤곽은 절단된 토로이드(truncated toroid) 또는 중단된 토로이드(interrupted toroid)이며, 도심(centroid)을 중심으로 회전되는 반경방향 호(radial arc) 또는 곡률 반경에 의해 기술된다.
상기 볼록한 윤곽은 제1 주 곡률 반경인 rt1 및 제2 주 곡률 반경인 rt2에 의해 특징지어진다. 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1는 제1 선분(82)에 대응된다. 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2는 제2 선분(84)에 대응된다. 상기 제1 선분은 상기 제2 선분(84)에 대해 가로 놓이게 배치된다. 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2는 적도면(86) 내에 배치된 상기 제2 선분(84)으로부터 연장된다. 기능적 외측 표면(80)
도 3 내지 5c를 참조하면, 상기 기능적 외측 표면(80)의 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1은 상기 기능적 외측 표면(80)과, 상기 트러니언 축(76)에 평행하게 배치된 횡방향 평면(85)의 교차에 의해 형성되는 상기 제1 선분(82) 상에 배치된다. 상기 기능적 외측 표면(80)의 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2는 상기 기능적 외측 표면(80)과, 트러니언 축(76)에 대해 직각으로 배치된 적도면(86)의 교차에 의해 형성되는 상기 제2 선분(84) 상에 배치된다. 상기 제1 선분(82)과 상기 제2 선분(84)은 단일 공통 지점에서 교차한다.
상기 제2 주 곡률 반경인 rt2는 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1에 직교하게 또는 rt1에 대해 직각으로 배치된다. 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1은 항상 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2보다 작다. 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1은 포물선 형상, 타원 형상, 다항식 형상(polynomial shape) 또는 쌍곡선 형상과 유사하나 이에 한정되지 않는 변화율(rate of change)로 상기 제1 선분(82)을 따라 달라진다. 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1은 상기 적도면(86)으로부터 멀어지게 연장되는 방향으로 감소된다. 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1의 감소는 상기 기능적 외측 표면(80)이 상기 트러니언 축(76)을 향하여 하강하거나 각지도록 상기 적도면(86)으로부터 멀어지게 연장되는 방향으로 된다.
적어도 하나의 실시례에서 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2는 포물선 형상, 타원 형상, 다항식 형상 또는 쌍곡선 형상과 유사하나 이에 한정되지 않는 변화율로 상기 제2 선분(84)을 따라 달라진다.
상기 제2 주 곡률 반경인 rt2 에 대한 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1 의 비율의 절대값은 1보다 작다. 적어도 하나의 실시례에서 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1은 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2보다 커, 타원체 형상(ellipsoid shape)에 해당된다. 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2 에 대한 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1 의 비율의 절대값은 1보다 크다. 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2 에 대한 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1 의 비율로서 1과 같지 않은 비율은 상기 기능적 외측 표면(80)이 구형 윤곽(spherical profile)을 가지지 않는다는 점을 보장할 수 있다.
도 3 및 4를 참조하여, 상기 트러니언(72)의 상기 기능적 외측 표면(80)이 더 명확하게 설명될 것이다. 상기 기능적 외측 표면(80)은 상기 볼 세트(34)의 부재에 접촉하는, 적어도 하나의 접촉 지점을 가진 트러니언 접촉 표면이다. 상기 기능적 외측 표면(80)은 토로이드형 비구면(toroid-like non-spherical surface)을 제공하는 볼록한 윤곽을 가진다. 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1은 상기 제2 선분(84)에 대하여 각지게 배치된 상기 제1 선분(82) 상에 배치된다. 도시된 실시례에서 상기 제1 선분(82)은 상기 제2 선분(84)에 대해 가로 놓이게 또는 상기 제2 선분(84)에 직교하게 배치된다. 상기 제1 선분(82)은 상기 횡방향 평면(85) 내에 배치된다. 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2는 상기 적도면(86) 내에 배치된 상기 제2 선분(84) 상에 배치된다. 상기 제1 선분(82)은 상기 트러니언 축(76)에 대해 가로 놓이거나 상기 트러니언 축(76)에 직교하는 축을 중심으로 회전되거나(revolved) 이어진(swept) 것이다. 상기 제2 선분(84)은 상기 트러니언 축(76)을 중심으로 회전되거나 이어진 토로이드형 비구면의 적도(equator) 또는 축일 수 있다.
상기 기능적 외측 표면(80)은 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1 및 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2에 의해 특징지어진다. 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1은 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1이 상기 적도면(86)으로부터 멀어지게 연장되는 방향으로 감소되도록 연속적으로 달라진다. 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1은 상기 적도면(86)으로부터 멀어져 상기 트러니언 단부 표면(74)을 향하여 연장되는 방향으로 점진적으로 감소된다. 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1은 상기 적도면(86)으로부터 멀어지고 상기 트러니언 단부 표면(74)으로부터 멀어지게 연장되는 방향으로 점진적으로 감소된다. 제1 주 곡률 반경인 rt1이 상기 적도면(86)으로부터 멀어지게 연장되는 방향으로 감소됨의 결과로서, 상기 기능적 외측 표면(80)이 상기 트러니언 축(76)을 향하여 하강하거나 각진다. 상기 기능적 외측 표면(80) 상의 지점과 상기 트러니언 축(76) 사이의 직선 거리는 상기 적도면(86)으로부터 멀어지게 연장되는 방향으로 감소된다. 달리 말하자면, 상기 기능적 외측 표면(80) 상의 지점과, 상기 볼 세트(34)의 부재와 같은 인접한 구성요소의 지점 사이의 직선 거리는 상기 적도면(86)으로부터 멀어지게 연장되는 방향으로 점진적으로 증가된다.
도 5a 내지 5b를 참조하면, 상기 볼 세트(34)는 상기 트러니언(72)의 상기 기능적 외측 표면(80) 상에 배치된다. 상기 트러니언(72)은 회전가능하게 상기 볼 세트(34)를 지지한다. 도면들에 도시된 바와 같이 3개의 볼 조립체들(ball assemblies)이 제공되어 개별의 트러니언들 상에 배치된다. 상기 볼 세트(34)는 트러니언(72) 상에 배치되고, 개별의 안내 채널(40) 안에 슬라이드 가능하게(slidably) 또는 구르게(rollingly) 수용된다. 상기 볼 세트(34)는 제1 볼 부재(90), 제2 볼 부재(92), 및 복수개의 구름 요소들(94)을 포함한다.
상기 제1 볼 부재(90)는 제1 내측 표면(100) 및 제1 외측 표면(102)을 구비한다. 상기 제1 내측 표면(100)은 오목한 윤곽(concave profile)을 가지는 조각마다 연속인 표면인바, 그 조각마다 연속인 표면은 볼록한 윤곽을 가지는 상기 트러니언(72)의 상기 기능적 외측 표면(80)에 맞물린다. 상기 제1 내측 표면(100)은 0 미만의 Rsk 값을 충족하는 표면 질감(surface texture)을 가진다. 상기 제1 내측 표면(100)의 상기 오목한 윤곽은 제1 볼 부재 제1 부분(110) 및 제1 볼 부재 제2 부분(112)에 의해 한정된다.
상기 제1 내측 표면(100)의 상기 오목한 윤곽은 절단된 토로이드, 절단된 타원체(truncated ellipsoid), 절단된 회전 타원체(truncated spheroid), 상기 트러니언 축(76)을 중심으로 회전된 조각마다 연속인 윤곽 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제1 볼 부재 제1 부분(110)은 상기 제1 볼 부재 제2 부분(112)에 인접하게 배치된다. 상기 제1 볼 부재 제1 부분(110)은 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면(80)에 맞물려 제1 볼-트러니언 접촉면(first ball-trunnion contact patch; 114)을 한정한다. 상기 제1 볼 부재 제1 부분(110)은 제1 주 곡률 반경인 rf1을 가진다. 상기 제1 볼 부재 제2 부분(112)도 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면(80)에 맞물려 제2 볼-트러니언 접촉면(116)을 한정한다. 상기 제1 볼 부재 제2 부분(112)은 제2 주 곡률 반경인 rf2를 가진다. 상기 제2 주 곡률 반경인 rf2는 상기 제1 주 곡률 반경인 rf1과 상이하다. 상기 제2 주 곡률 반경인 rf2 에 대한 상기 제1 주 곡률 반경인 rf1 의 비율은 1보다 작다. 적어도 하나의 실시례에서 상기 제2 주 곡률 반경인 rf2 에 대한 상기 제1 주 곡률 반경인 rf1 의 비율은 1보다 크다.
상기 제1 볼 부재 제1 부분(110)의 상기 제1 주 곡률 반경인 rf1이 상기 제1 선분(82)의 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1보다 크다면, 상기 제1 볼-트러니언 접촉면(114)에 단일의 접촉 지점이 있다. 상기 제1 볼-트러니언 접촉면(114)에서의 상기 단일의 접촉 지점은 상기 제1 볼 부재(90)에 의하여 상기 트러니언(72)과 상기 볼 세트(34) 사이의 마찰을 감소시킨다. 마찰에 있어서의 그러한 감소는 가령 차량 횡요동(vehicle shudder)과 같은 차량의 소음, 진동, 하시니스(noise, vibration, harshness; NVH) 성능을 개선한다.
상기 제1 외측 표면(102)은 상기 제1 내측 표면(100)에 대향되게 배치된다. 상기 제1 외측 표면(102)은, 상기 복수개의 구름 요소들(94)의 구름 요소에 맞물리는 곧은 부분까지를 포함하는 크라운 형상(crowned)의 표면 또는 실질적으로 곧은 표면일 수 있다. 상기 곧은 부분까지를 포함하는 실질적으로 곧은 표면은 상기 제1 외측 표면(102)이 상기 트러니언 축(76) 또는 상기 볼 세트의 축(34)에 대하여 경사지거나 기울도록 상기 트러니언 축(76) 또는 상기 볼 세트의 축(34)을 향하여 테이퍼진다. 상기 제1 외측 표면(102)은 0보다 작은 Rsk 값을 충족하는 표면 질감을 가진다.
상기 제2 볼 부재(92)는 제2 내측 표면(120) 및 제2 외측 표면(122)을 구비한다. 상기 제2 내측 표면(120)은 상기 제2 외측 표면(122)에 대향되게 배치된다. 상기 제2 내측 표면(120)은 상기 복수개의 구름 요소들(94)의 구름 요소에 맞물리는 곧은 부분까지를 포함하는 크라운 형상의 표면 또는 실질적으로 곧은 표면일 수 있다. 상기 제2 내측 표면(120)은 0보다 작은 Rsk 값을 충족하는 표면 질감을 가진다.
한 쌍의 스러스트 숄더(thrust shoulder){또는 플랜지(flange)}가 제2 내측 표면(120)의 대향되는 단부들에 배치된다. 상기 한 쌍의 스러스트 숄더는 반경방향 내향으로 상기 제2 내측 표면(120)으로부터 상기 트러니언 축(76)을 향하여 돌출된다. 상기 한 쌍의 스러스트 숄더는 상기 복수개의 구름 요소들(94)의 구름 요소를 축방향으로 유지하는 것을 돕는다.
상기 제2 외측 표면(122)은 오목한 윤곽을 가지는 상기 안내 채널(40)의 상기 제1 측벽(42)에 맞물리는 조각마다 연속인 비대칭 윤곽(볼록한 윤곽) 또는 볼록한 곡률 반경을 가지는 조각마다 연속인 비대칭 표면이다. 상기 제2 외측 표면(122)은 상기 복수개의 구름 요소들(94)의 구름 요소에 맞물리는 곧은 부분까지를 포함하는 크라운 형상의 표면 또는 실질적으로 곧은 표면일 수 있다. 상기 곧은 부분까지를 포함하는 실질적으로 곧은 표면은 상기 제2 외측 표면(122)이 상기 트러니언 축(76) 또는 상기 볼 세트의 축(34)에 대하여 경사지거나 기울도록 상기 트러니언 축(76)을 향하여 테이퍼진다. 상기 제2 외측 표면(122)은 0보다 작은 Rsk 값을 충족하는 표면 질감을 가진다. 상기 제2 외측 표면(122)의 상기 볼록한 윤곽은 제2 외측 표면 제1 부분(130), 제2 외측 표면 제2 부분(132), 및 제2 외측 표면 제3 부분(134)에 의해 한정된다. 상기 제2 외측 표면(122)의 상기 볼록한 윤곽은 절단된 토로이드, 절단된 타원체, 절단된 구체, 상기 트러니언 축(76)을 중심으로 회전된 조각마다 연속인 윤곽 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제2 외측 표면 제1 부분(130)은 상기 제2 볼 부재(92)의 상부 표면과 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132) 사이에서 상기 제2 볼 부재(92)의 상부 표면 및 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132)에 인접하게 배치된다. 상기 제2 외측 표면 제1 부분(130)은 제2 외측 표면 제1 부분 곡률 반경인 ro1을 가진다. 볼 전이 영역(ball transition region; 136)은 상기 제2 외측 표면 제1 부분(130)과 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132) 사이에서 연장된다. 상기 볼 전이 영역(136)은 상기 제2 외측 표면 제1 부분(130)과 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132) 사이에서 실질적으로 매끄럽거나 연속인 전이부를 제공한다. 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132)은 상기 제2 외측 표면 제1 부분(130)과 상기 제2 외측 표면 제3 부분(134) 사이에 배치된다. 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132)은 제2 외측 표면 제2 부분(132) 곡률 반경인 ro2를 가진다. 상기 제2 외측 표면 제3 부분(134)은 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132)과 상기 제2 볼 부재(92)의 하부 표면 사이에서 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132) 및 상기 제2 볼 부재(92)의 하부 표면에 인접하게 배치된다. 상기 제2 외측 표면 제3 부분(134)은 제2 외측 표면 제3 부분 곡률 반경인 ro3를 가진다.
상기 제2 외측 표면 제2 부분 곡률 반경인 ro2는 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132)이 실질적으로 곧은 부분이도록 큰 곡률 반경을 가진다. 상기 제2 외측 표면 제1 부분 곡률 반경인 ro1 및 상기 제2 외측 표면 제3 부분 곡률 반경인 ro3은 실질적으로 상기 제2 외측 표면(122)의 전체적으로 볼록한 윤곽을 한정한다. 상기 제1 외측 표면 제2 부분 곡률 반경인 ro1 에 대한 상기 제2 외측 표면 제3 부분 곡률 반경인 ro3 의 비율의 절대값은 1보다 크거나 1보다 작을 수 있다.
상기 제2 외측 표면 제1 부분(130)은 상기 제1 측벽 부분(50)에 인접하게 배치된다. 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132)은 상기 제2 측벽 부분(52)에 인접하게 배치된다. 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132)은 상기 제2 측벽 부분(52)에 맞물린다. 상기 제2 외측 표면 제2 부분(132)과 상기 제2 측벽 부분(52) 사이의 맞물림은 제2 볼-측벽 접촉면(second ball-sidewall contact patch; 140)을 한정한다. 상기 제2 외측 표면 제3 부분(134)은 상기 제3 측벽 부분(54)에 인접하게 배치된다. 상기 제2 외측 표면 제3 부분(134)은 상기 제3 측벽 부분(54)에 맞물린다. 상기 제2 외측 표면 제3 부분(134)과 상기 제3 측벽 부분(54) 사이의 맞물림은 제3 볼-측벽 접촉면(142)을 한정한다.
상기 제2 외측 표면 제1 부분(130)의 상기 제2 외측 표면 제1 부분 곡률 반경인 ro1이 상기 제1 측벽(42)의 상기 제1 측벽 부분 곡률 반경인 rs1보다 작다면, 상기 볼 전이 영역(138)에 인접한 곳에 간극 상태(clearance condition)가 있을 것이다.
상기 제2 외측 표면 제2 부분(132)의 상기 제2 외측 표면 제2 부분 곡률 반경인 ro2가 상기 제2 측벽 부분(52)의 상기 제2 측벽 부분 곡률 반경인 rs2보다 작다면, 상기 볼 전이 영역(136)에 간극 상태가 있다. 상기 제2 볼-측벽 접촉면(140)에서의 단일의 접촉 지점은 상기 제2 볼 부재(92)에 의하여 상기 안내 채널(40)과 상기 볼 세트(34) 사이의 마찰을 더 감소시킨다. 마찰에 있어서의 그러한 감소는 상기 볼 세트(34)가 상기 트러니언 축(76)을 중심으로 회전하거나 상기 트러니언 축(76)을 따라 축방향으로 이동(translate)하는 경우 동안의 차량의 NVH 성능을 개선한다.
상기 제2 외측 표면(122)은 상기 제1 측벽(42)의 상기 전이 영역(56) 및 상기 제2 외측 표면(122)의 상기 볼 전이 영역(136)에 인접한 상기 제1 측벽(42)으로부터 이격된다. 적어도 하나의 실시례에서 상기 제2 외측 표면(122)이 상기 전이 영역(56) 및 상기 볼 전이 영역(136)에 인접한 상기 제1 측벽(42)으로부터 이격되는 것을 보장하도록 상기 제2 외측 표면(122)에 언더컷(146)이 추가된다. 상기 등속 조인트(10)가 설계 토크 하(under design torques)에 있는 때에 상기 제2 외측 표면(122)과 상기 제1 측벽(42) 사이의 간극의 양이 상기 전이 영역들에 인접한 하우징(30) 구성요소 또는 볼 세트(34) 구성요소 중의 적어도 하나의 탄성 변형의 양을 초과하도록 상기 언더컷(146)의 크기가 정해진다. 상기 제2 외측 표면 제3 부분(134)은 상기 제3 측벽 부분(54)이 상기 제2 외측 표면 제3 부분(134)에 맞물리지 않도록 상기 제3 측벽 부분(54)으로부터 이격된다. 상기 제2 외측 표면 제3 부분(134)은 상기 제3 측벽 부분(54)으로부터 이격된다.
적어도 하나의 실시례에서 상기 제2 외측 표면(122)은 원통형 부위(cylindrical section; 150)를 포함한다. 상기 원통형 부위(150)는 상기 제2 볼 부재(152)의 상부 표면과 상기 제2 볼 부재(154)의 하부 표면 사이에 배치된다. 상기 제2 볼 부재(152)의 상기 상부 표면은 비원통형 부분이다. 상기 제2 볼 부재(154)의 상기 하부 표면은 비원통형 부분이다. 상기 원통형 부위(150) 최소 높이인 H는 다음의 등식을 만족한다:
Figure 112015105605063-pat00001
수학식 1에서 BCD는 상기 스파이더(32)의 볼 원 직경(ball circle diameter)이며, theta는 최대 트라이폿 등속 조인트 각도이다. 상기 하우징(30)은 볼 원 직경을 가진다. 그런데 상기 스파이더(32)의 볼 원 직경이 상기 하우징의 볼 원 직경과 실질적으로 동일 선상에 있다면, 상기 트라이폿 등속 조인트의 부하(loading)는 상기 볼 세트(34)의 중심을 통한 것이다.
제1 측벽 부분 곡률 반경인 rs1, 상기 제2 측벽 부분 곡률 반경인 rs2, 상기 제3 측벽 부분 곡률 반경인 rs3의 반경들; 제2 외측 표면 제1 부분 곡률 반경인 ro1, 상기 제2 외측 표면 제2 부분 곡률 반경인 ro2의 반경들, 상기 제2 외측 표면 제3 부분 곡률 반경인 ro3; 상기 제1 주 곡률 반경인 rt1, 상기 제2 주 곡률 반경인 rt2; 또는 상기 제1 볼 부재 제1 부분 곡률 반경인 rf1, 및 상기 제1 볼 부재 제2 부분 곡률 반경인 rf2;의 조합은 부하가 상기 볼 세트(34)의 중심을 통하는 것일 수 있도록 상기 트라이폿 등속 조인트(10)가 제조상 분산(manufacturing variances)으로 인한 상기 하우징 볼 원 직경과 상기 스파이더 볼 원 직경 사이의 변동들 또는 오프셋(offset)들에 대해 덜 민감하거나 더 견고(more robust)해질 수 있게 한다.
상기 복수개의 구름 요소들(94)은 상기 제1 외측 표면(102)과 상기 제2 내측 표면(120) 사이에 배치된다. 상기 복수개의 구름 요소들(94)은 볼(ball)들, 콘(cone)들, 롤러(roller)들, 니들(needle)들 등등일 수 있다.
상기 제1 샤프트 부재(12)와 상기 하우징(30) 및 또는 상기 제2 샤프트 부재(14)와 상기 스파이더(32)가 관절 문턱값보다 큰 조인트 각도로, 즉 과관절 상태(over articulation condition)로 관절 연결된다면 상기 볼 세트(34)의 적어도 일 부분은 상기 돌출부(60)에 맞물리고 상기 제1 볼 부재(90)는 상기 트러니언(72)으로부터 탈착된다. 상기 제1 샤프트 부재(12)와 상기 하우징(30) 및 또는 상기 제2 샤프트 부재(14)와 상기 스파이더(32)가 상기 과관절 상태로부터 복귀하여 상기 관절 문턱값 이내의 조인트 각도로 관절 연결되는 때에, 상기 제1 볼 부재(90){상기 볼 세트(34)}가 상기 트러니언(72)으로부터 탈착되었다면 상기 제1 볼 부재(90)가 상기 트러니언(72)에 재부착되도록 상기 제1 볼 부재(90)가 상기 돌출부(60)에 맞물린다. 또한 상기 돌출부(60)는 상기 등속 조인트(10)의, 상기 관절 문턱값에 인접하거나 그보다 큰 관절 연결로 인한 상기 볼 세트(34)의 젖혀짐(tipping)을 저해한다.
도 5c에 도시된 바와 같이 상기 복수개의 구름 요소들(94)이 제공되지 않는다. 그러한 실시례에서 상기 제1 외측 표면(102)은 상기 제2 내측 표면(120)에 인접하게 배치되어 상기 제2 내측 표면(120)에 맞물린다. 도 5c를 참조하면, 예시적인 등속 조인트(10)가 도시되어 있다. 상기 등속 조인트(10)는 하우징(30), 스파이더(32), 및 볼 세트(34)를 포함하며, 전술된 실시례들과 다르게 상기 볼 세트(34)는 제2 볼 부재(92) 또는 복수개의 구름 요소들(94)을 포함하지 않을 수 있다. 상기 하우징(30)은 제1 측벽 오목한 부분, 제2 측벽 곧은 부분, 및 제3 측벽 오목한 부분을 구비한다. 상기 제1 측벽 오목한 부분 및 상기 제3 측벽 오목한 부분 중의 적어도 하나의 곡률 반경과 상기 제2 측벽 곧은 부분의 곡률 반경 사이의 비율은 1보다 크다.
상기 볼 세트(34)는 제1 내측 표면(100) 및 제1 외측 표면(170)을 구비한 제1 볼 부재(160)를 포함한다. 상기 제1 내측 표면(100)은 실질적으로 곧은 부분 및 상기 실질적으로 곧은 부분에 인접한 크라운 형상의 부분 또는 볼록한 부분을 구비한 크라운 형상의 표면(crowned surface)일 수 있다. 상기 제1 내측 표면(100)은 상기 제1 선분(82)에 맞물린다. 상기 제1 볼 부재 제1 부분(110)과 상기 제1 선분(82) 사이의 맞물림은 제1 볼-트러니언 접촉면(114)을 한정한다. 상기 제1 볼 부재 제1 부분(110)은 제1 주 곡률 반경인 rf1을 가진다.
상기 제1 외측 표면(170)은 오목한 윤곽을 가지는 상기 안내 채널(40)의 상기 제1 측벽(42)에 맞물리는 볼록한 윤곽을 가진 조각마다 연속인 비대칭 표면이다. 상기 제1 외측 표면(170)은 0보다 작은 Rsk 값을 충족하는 표면 질감을 가진다. 상기 제1 외측 표면(170)의 상기 볼록한 윤곽은 제1 외측 표면 제1 분절(180), 제1 외측 표면 제2 분절(182), 및 제1 외측 표면 제3 분절(184)에 의해 한정된다. 상기 제1 외측 표면(170)의 상기 볼록한 윤곽은 절단된 토로이드, 절단된 타원체, 절단된 회전 타원체 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제1 외측 표면 제1 분절(180)은 상기 제1 볼 부재(160)의 상부 표면과 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182) 사이에서 상기 제1 볼 부재(160)의 상부 표면 및 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182)에 인접하게 배치된다. 상기 제1 외측 표면 제1 분절(180)은 제1 외측 표면 제1 분절 곡률 반경인 rfs1을 가진다. 볼 전이 영역(190)은 상기 제1 외측 표면 제1 분절(180)과 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182) 사이에서 연장된다. 상기 볼 전이 영역(190)은 상기 제1 외측 표면 제1 분절(180)과 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182) 사이에 실질적으로 매끄럽거나 연속인 전이부를 제공한다. 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182)은 상기 제1 외측 표면 제1 분절(180)과 상기 제1 외측 표면 제3 분절(184) 사이에 배치된다. 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182)은 제1 외측 표면 제2 분절 곡률 반경인 rfs2를 가진다. 상기 제1 외측 표면 제3 분절(184)은 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182)과 상기 제1 볼 부재(160)의 하부 표면 사이에서 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182) 및 상기 제1 볼 부재(160)의 하부 표면에 인접하게 배치된다. 상기 제1 외측 표면 제3 분절(184)은 제1 외측 표면 제3 분절 곡률 반경인 rfs3을 가진다.
상기 제1 외측 표면 제1 분절 곡률 반경인 rfs1는 무한대의 곡률 반경을 가진다. 상기 제1 외측 표면 제2 분절 곡률 반경인 rfs2 및 상기 제1 외측 표면 제3 분절 곡률 반경인 rfs3은 실질적으로 상기 제1 외측 표면(170)의 전체적으로 볼록한 윤곽을 한정한다. 상기 제1 외측 표면 제3 분절 곡률 반경인 rfs3은 상기 제1 외측 표면 제2 분절 곡률 반경인 rfs2보다 크다. 상기 제1 외측 표면 제3 분절 곡률 반경인 rfs3과 상기 제1 외측 표면 제2 분절 곡률 반경인 rfs2 사이의 비율의 절대값은 1보다 클 수 있다.
상기 제1 외측 표면 제1 분절(180)은 상기 제1 측벽 부분(50)에 인접하게 배치된다. 상기 제1 외측 표면 제1 분절(180)은 상기 제1 측벽 부분(50)에 맞물린다. 상기 제1 외측 표면 제1 분절(180)과 상기 제1 측벽 부분(50) 사이의 맞물림은 제1 접촉 영역(186)을 한정한다. 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182)은 상기 제2 측벽 부분(52)에 인접하게 배치된다. 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182)은 상기 제2 측벽 부분(52)에 맞물린다. 상기 제1 외측 표면 제2 분절(182)과 상기 제2 측벽 부분(52) 사이의 맞물림은 제2 접촉 영역(188)을 한정한다. 상기 제1 외측 표면 제3 분절(184)은 상기 제3 측벽 부분(54)에 인접하게 배치된다. 상기 제1 외측 표면 제3 분절(184)은 상기 제3 측벽 부분(54)으로부터 이격되며 상기 제3 측벽 부분(54)에 맞물리지 않는다.
상기 제1 외측 표면 제1 분절(180)의 상기 제1 외측 표면 제1 분절 곡률 반경인 rfs1이 상기 제1 측벽(42)의 상기 제1 측벽 부분 곡률 반경인 rs1보다 작다면, 상기 제1 접촉 영역(186)에 단일의 접촉 지점이 있다. 상기 제1 접촉 영역(186)에서의 단일의 접촉 지점은 상기 제1 볼 부재(160)에 의하여 상기 안내 채널(40)과 상기 볼 세트(34) 사이의 마찰을 감소시킨다. 마찰에 있어서의 그러한 감소는 상기 볼 세트(34)가 상기 트러니언 축(76)을 중심으로 회전하거나 상기 트러니언 축(76)을 따라 축방향으로 이동(translate)하는 경우 동안의 차량의 NVH 성능을 개선한다.
상기 제1 외측 표면 제2 분절(182)의 상기 제1 외측 표면 제2 분절 곡률 반경인 rfs2가 상기 제2 측벽 부분(52)의 상기 제2 측벽 부분 곡률 반경인 rs2보다 작다면, 상기 제2 접촉 영역(188)에 단일의 접촉 지점이 있다. 상기 제2 접촉 영역(188)에서의 단일의 접촉 지점은 상기 제1 볼 부재(160)에 의하여 상기 안내 채널(40)과 상기 볼 세트(34) 사이의 마찰을 더 감소시킨다. 마찰에 있어서의 그러한 감소는 상기 볼 세트(34)가 상기 트러니언 축(76)을 중심으로 회전하거나 상기 트러니언 축(76)을 따라 축방향으로 이동(translate)하는 경우 동안의 차량의 NVH 성능을 개선한다.
상기 제1 외측 표면(170)은 상기 제1 측벽(42)의 상기 전이 영역(56) 및 상기 제1 외측 표면(170)의 상기 볼 전이 영역(190)에 인접한 상기 제1 측벽(42)으로부터 이격된다. 적어도 하나의 실시례에서 상기 제1 외측 표면(170)이 상기 전이 영역(56) 및 상기 볼 전이 영역(190)에 인접한 상기 제1 측벽(42)으로부터 이격되는 것을 보장하도록 언더컷(196)이 상기 제1 외측 표면(170)에 추가된다. 상기 등속 조인트(10)가 설계 토크 하(under design torques)에 있는 때에 상기 제1 외측 표면(170)과 상기 제1 측벽(42) 사이의 간극의 양이 상기 전이 영역들에 인접한 하우징(30) 구성요소 또는 볼 세트(34) 구성요소 중의 적어도 하나의 탄성 변형의 양을 초과하도록 상기 언더컷(196)의 크기가 정해진다. 상기 제1 외측 표면 제3 분절(184)은 상기 제3 측벽 부분(54)이 상기 제1 외측 표면 제3 분절(184)에 맞물리지 않도록 상기 제3 측벽 부분(54)으로부터 이격된다. 상기 제1 외측 표면 제3 분절(184)은 상기 제3 측벽 부분(54)으로부터 이격된다.
적어도 하나의 실시례에서 상기 제1 외측 표면 제3 분절(184)은 원통형 부위(200)를 포함한다. 상기 원통형 부위(200)는 상기 제1 볼 부재(160)의 상부 표면(172)과 상기 제1 볼 부재(160)의 하부 표면(174) 사이에 배치된다. 상기 제1 볼 부재(160)의 상기 상부 표면(172)은 비원통형 부분이다. 상기 제1 볼 부재(160)의 상기 하부 표면(174)은 비원통형 부분이다. 상기 원통형 부위(200)는 최소 높이인 H를 가지는바, 그 최소 높이는 수학식 1을 만족한다.
윤활제가 상기 등속 조인트(10)에 적용될 수 있다. 그 윤활제는 상기 등속 조인트(10)의 마찰을 감소시키거나 NVH 응답(NVH response)을 개선시키는 것을 돕는다. 상기 윤활제의 결과로서 상기 트라이폿 등속 조인트(10)의 전체 마찰 계수는 0.1보다 작다. 상기 윤활제는 상기 등속 조인트(10)의 구성요소들 사이의 마찰들 더 감소시키도록 고체 첨가물(solid additives)을 함유하지 않을 수 있다. 적어도 하나의 실시례에서 상기 윤활제는 0.5-100미크론 사이의 입자 크기 중앙값(median particle size)을 가진 몰리브덴계 고체 첨가물(molybdenum based solid additives)을 함유한다.
본 발명이 한정된 개수의 실시례들만을 가지고 상세히 설명되었지만 본 발명이 그렇게 개시된 실시례들에 한정되지 않는다는 점이 쉽게 이해될 것이다. 오히려, 본 발명은 지금까지 설명되지 않았지만 본 발명의 진의 및 범위에 상응하는 변형물들(variations), 변경물들(alterations), 대체물들(substitutions) 또는 균등한 구성들을 포함하도록 변형될 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 다양한 실시례들이 설명되었지만, 본 발명의 양상들이 상기 설명된 실시례들 중의 몇몇만을 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명이 전술한 설명서에 의하여 한정되는 것으로 이해되어서는 아니된다.

Claims (16)

  1. 트라이폿 등속 조인트(tripot constant velocity joint)로서, 상기 트라이폿 등속 조인트는:
    제1 축을 따라 연장되는 제1 샤프트에 연결된 하우징으로서, 상기 하우징은 안내 채널(guide channel)을 구비하며, 상기 안내 채널은 제1 측벽, 상기 제1 측벽에 대향되게 배치된 제2 측벽, 및 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이에서 연장되는 상부벽을 포함하는, 하우징;
    상기 하우징 안에 수용되며 제2 축을 따라 연장되는 제2 샤프트에 연결된 스파이더 부재(spider member)로서, 상기 스파이더 부재는 트러니언(trunnion)을 포함하며, 상기 트러니언은 제1 주 곡률 반경 및 상기 제1 주 곡률 반경에 직교하는 제2 주 곡률 반경에 의해 특징지어지는 볼록한 윤곽을 가진 기능적 외측 표면을 구비하며, 상기 제1 주 곡률 반경은 상기 제2 주 곡률 반경보다 작고, 상기 제1 주 곡률 반경은 적도면(equatorial plane)으로부터 멀리 트러니언 단부 표면(trunnion end surface)을 향하여 연장되는 방향으로 제1 선분(first line segment)을 따라 점진적으로 감소되는, 스파이더 부재; 및
    상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면 상에 배치된 볼 세트(ball set);를 포함하며,
    상기 볼 세트는:
    제1 내측 표면 및 상기 제1 내측 표면에 대향되게 배치된 제1 외측 표면을 구비한 제1 볼 부재(first ball member)로서, 상기 제1 내측 표면은 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면에 맞물리는 조각마다 오목한 연속인 윤곽(piecewise concave continuous profile)을 가지는, 제1 볼 부재,
    제2 내측 표면 및 상기 제2 내측 표면에 대향되게 배치되며 조각마다 연속인 비대칭 윤곽(non-symmetric piecewise continuous profile)에 의해 한정되는 제2 외측 표면을 구비한 제2 볼 부재로서, 상기 조각마다 연속인 비대칭 윤곽은 곧은 부분 및 상기 곧은 부분에 인접한 볼록한 부분에 의해 한정되며, 상기 제2 외측 표면은 상기 제1 측벽에 맞물리는, 제2 볼 부재, 및
    상기 제1 외측 표면과 상기 제2 내측 표면 사이에 배치되는 복수개의 구름 요소(rolling element)들을 포함하는, 트라이폿 등속 조인트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 주 곡률 반경에 대한 상기 제1 주 곡률 반경의 비율은 1보다 작은, 트라이폿 등속 조인트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 주 곡률 반경에 대한 상기 제1 주 곡률 반경의 비율은 1보다 큰, 트라이폿 등속 조인트.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 주 곡률 반경은 횡단 면(transverse plane)으로부터 멀어지게 연장되는 방향으로 제2 선분을 따라 점진적으로 감소되는, 트라이폿 등속 조인트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 곧은 부분은 상기 볼 세트의 축을 향하여 테이퍼지는, 트라이폿 등속 조인트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 외측 표면은 상기 제2 내측 표면에 맞물리는, 트라이폿 등속 조인트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 측벽은 제1 측벽 부분 곡률 반경을 가지는 제1 측벽 부분, 제2 측벽 부분 곡률 반경을 가지는 제2 측벽 부분, 및 제3 측벽 부분 곡률 반경을 가지는 제3 측벽 부분에 의해 한정되는 전체적으로 오목한 윤곽을 가지는, 트라이폿 등속 조인트.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 측벽 부분 및 상기 제3 측벽 부분은 상기 제2 외측 표면에 맞물리고 상기 제1 측벽 부분은 상기 제2 외측 표면에 맞물리지 않는, 트라이폿 등속 조인트.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제2 측벽 부분 곡률 반경은 상기 제1 측벽 부분 곡률 반경 및 상기 제3 측벽 부분 곡률 반경보다 큰, 트라이폿 등속 조인트.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제2 외측 표면이 상기 제2 측벽 부분과 상기 제3 측벽 부분 사이의 볼 전이 영역(ball transition region)에 인접하여 상기 제1 측벽에 맞물리지 않도록 상기 제2 외측 표면이 상기 볼 전이 영역에 인접한 언더컷(undercut)을 가지는, 트라이폿 등속 조인트.
  12. 제1항에 있어서, 상기 상부벽은, 상기 제2 축을 향하여 연장되며 상기 제2 축에 평행하게 배치되는 적어도 하나의 돌출부들을 포함하는, 트라이폿 등속 조인트.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 볼 부재가 상기 트러니언으로부터 탈착되고 상기 돌출부와 맞물리는 과관절 상태(over articulation condition)와, 상기 트라이폿 등속 조인트의 과관절 상태로부터 관절 문턱값(articulation threshold) 이내의 관절 상태(articulation condition)로의 복귀에 응하여, 상기 제1 볼 부재가 상기 트러니언에 재부착(reattach)되는, 트라이폿 등속 조인트.
  14. 제1항에 있어서, 윤활제(lubricant)의 결과로서 상기 트라이폿 등속 조인트의 전체 마찰 계수(overall coefficient of friction)가 0.1보다 작은, 트라이폿 등속 조인트.
  15. 트라이폿 등속 조인트로서, 상기 트라이폿 등속 조인트는:
    제1 측벽, 상기 제1 측벽에 대향되게 배치된 제2 측벽, 및 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이에서 연장되는 상부벽을 포함하여 안내 채널을 한정하는, 하우징;
    상기 하우징 안에 수용되며 제2 축을 따라 연장되는 제2 샤프트에 연결된 스파이더 부재로서, 상기 스파이더 부재는 트러니언을 포함하며, 상기 트러니언은 제1 주 곡률 반경 및 상기 제1 주 곡률 반경에 각지게 배치(angularly dispose)된 제2 주 곡률 반경에 의해 한정되는 볼록한 윤곽을 가진 기능적 외측 표면을 구비하며, 상기 제1 주 곡률 반경은 상기 제2 주 곡률 반경과 상이하고, 상기 제1 주 곡률 반경은 트러니언 축에 대해 직각으로 배치된 적도면(equatorial plane)으로부터 멀리 그리고 트러니언 단부 표면(trunnion end surface)을 향하여 연장되는 방향으로 제1 선분(first line segment)을 따라 점진적으로 감소되며, 상기 제2 주 곡률 반경은 상기 트러니언 축에 대해 평행하게 배치된 횡단 면(transverse plane)으로부터 멀리 연장되는 방향으로 제2 선분을 따라 점진적으로 감소되는, 스파이더 부재; 및
    제1 내측 표면 및 상기 제1 내측 표면에 대향되게 배치된 제1 외측 표면을 구비한 제1 볼 부재로서, 상기 제1 내측 표면은 상기 트러니언의 상기 기능적 외측 표면에 맞물리며, 상기 제1 내측 표면에는 조각마다 연속인 원통형의 대칭 윤곽(symmetric piecewise continuous substantially cylindrical profile)이 제공되며, 상기 제1 외측 표면에는 상기 제1 측벽에 맞물리는 조각마다 연속인 비대칭 윤곽이 제공되며, 상기 조각마다 연속인 비대칭 윤곽은 곧은 부분 및 볼록한 부분을 가지는, 제1 볼 부재;를 포함하는 트라이폿 등속 조인트.
  16. 삭제
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