KR101934618B1 - 누유방지와 마찰감소 구조를 갖는 유니버설 조인트용 크로스 유니트 - Google Patents

누유방지와 마찰감소 구조를 갖는 유니버설 조인트용 크로스 유니트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 누유방지와 마찰감소 구조를 갖는 유니버설 조인트용 크로스 유니트에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 크로스 유니트의 스파이더 축에 결합된 베어링의 윤활과 회전력을 증진시키고 회전 과열을 방지하도록 그리스(Grease)가 주입됨에 있어서, 상기 그리스는 고온 다습 환경(제철, 제강공장 등)에서 액화되어 누유되는 취약점이 있었는 바, 이에 스파이더 축과 베어링캡 사이에는 라미나링을 장착하도록 하되, 상기 라미나링은 고열 및 습기에 강하고 탄성력(텐션)이 우수함은 물론 외부 누유를 원천적으로 방지하도록 함으로써, 크로스 유니트의 내구성이 보장되고 특히 스파이더 축의 종단부와 베어링캡의 내주연 사이에는 링형 플레이트가 더 구비되어 내마모성이 향상되고 마찰력 감소로 인한 사용수명이 크게 개선되는 것을 특징으로 한다.

Description

누유방지와 마찰감소 구조를 갖는 유니버설 조인트용 크로스 유니트{A cross unit for universal joint}
본 발명은 크로스 유니트의 스파이더 축에 결합된 베어링의 윤활과 회전력을 증진시키고 회전 과열을 방지하도록 그리스(Grease)가 주입됨에 있어서, 상기 그리스는 고온 다습 환경(제철, 제강공장 등)에서 액화되어 누유되는 취약점이 있었는 바, 이에 스파이더 축과 베어링캡 사이에는 라미나링을 장착하도록 하되, 상기 라미나링은 고열 및 습기에 강하고 탄성력(텐션)이 우수함은 물론 외부 누유를 원천적으로 방지하도록 함으로써, 크로스 유니트의 내구성이 보장되고 특히 스파이더 축의 종단부와 베어링캡의 내주연 사이에는 링형 플레이트가 더 구비되어 내마모성이 향상되고 마찰력 감소로 인한 사용수명이 크게 개선되는 것을 특징으로 하는 누유방지와 마찰감소 구조를 갖는 유니버설 조인트용 크로스 유니트에 관한 것이다.
일반적으로 유니버설조인트(universal joint)는 도 5에 도시하는 바와 같이, 튜브 및 웰딩요크(3)의 양측에 형성된 결합부(3a)가 크로스축(1)의 양측에 형성된 결합축(2)에 삽입되어 결합되고, 플랜지요크(4)의 상,하부에 형성된 결합부(4a)는 상기 크로스축(1)의 상,하부에 형성된 결합축(2a)에 삽입되어 구성된다.
이에, 상기 크로스축(1)은 도 6에 도시하는 바와 같이, 십자축으로 형성된 본체(1a)의 둘레에 4개의 삽입축(5)이 각각 형성되고, 상기 삽입축의 외주연에 복수개의 니들베어링(7)이 설치되고, 상기 베어링(7)의 외주연에 결합캡(6)이 삽입되며 상기 결합캡(6)의 전방 내주연과 상기 니들베어링(7)의 전방부에 라데나 또는 베아링 고정링(8)을 설치하여 고정되도록 구성되어 결합축(2, 2a)을 구성하게 된다.
이러한 유니버설 조인트는 관계 위치가 끊임없이 변화하는 두 개의 동력 전달 축을 연결한 커플링으로서, 프로펠러 샤프트 전후단 등에 사용한다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면 트랜스미션과 샤프트, 샤프트로부터 파이널 드라이브로 동력을 전달하기 위해서는 이들을 연결하지 않으면 안 된다. 이에 엔진은 진동하고 리어 액슬은 또 상하로 진동하기 때문에 고정할 수 없게 된다.
이러한 이유로 인해 회전하면서 자유롭게 움직이는 이음새가 있어야 하는데 이것을 유니버설 조인트라고 한다.
이는 프로펠러 샤프트의 자재 이음을 말하는데, 일직선상에 있지 않은 두 개의 축을 연결하여 자유로이 회전하도록 하는 이음체로서, 액슬의 상하 진동으로 인한 각도 변환과 회전력 변환을 극소화시키는 역할을 한다. 즉, 축의 각도의 변화가 있더라도 동력을 전달하는 조인트를 말한다.
한편, 크로스축의 베어링 부분에는 원활한 작동을 위해서 그리스(grease)가 주입되고 있는데, 이러한 그리스의 누수를 막기 위해서 고무재질로 된 리데나를 이용하여 봉합시키고 있다.
이러한 리데나는 유니버설조인트를 사용할 때 먼지나 이물질의 침입을 방지하고 사용시 그리스가 액체화되어 밖으로 흘러내리는 것을 막아준다.
이와 같이, 리데나를 사용한 종래기술은 도 7과 도 8에 도시한 바와 같이, 십자형상의 스파이더(1)가 구비되고, 각 스파이더(1)에는 베어링캡(2)이 씌워져 있으며, 이 베어링캡(2) 내부에는 베어링(3)이 내설된다.
이때, 상기 베어링의 유동을 방지하기 위한 플레이트(4)가 구비되고, 그리스의 누출을 방지하기 위한 오일씰(oil seal; 5)을 포함하여 구성된다. 이때, 오일씰에는 고무재질의 리데나가 있을 수 있다.
그런데, 종래의 리데나를 이용하는 구조는 열이 높고 습기가 많은 제철, 제강 공장 등의 악조건 하에서는 그리스가 액체화되고 높은 고온에서는 고무재질의 리데나 마저 녹아버려서 그리스가 내부에서 외부로 흘러내려서 유출되기 때문에 스파이더의 베어링과 베어링캡이 서로 마찰하면서 마모현상과 함께 부식현상이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 조인트 베어링 어셈블리로서의 기능을 수행하지 못하고, 유니버설 조인트의 수명과 내구성이 현저하게 짧아지기 때문에 결과적으로 품질저하로 이어지는 단점이 있을 뿐만 아니라, 이를 사용하는 현장에서 시간적, 경제적, 인적 손실이 발생되고 있는 실정이다.
1. 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0078611호(2010.07.08.)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 크로스 유니트의 스파이더 축에 결합된 베어링의 윤활과 회전력을 증진시키고 회전 과열을 방지하도록 그리스(Grease)가 주입됨에 있어서, 상기 그리스는 고온 다습 환경(제철, 제강공장 등)에서 액화되어 누유되는 취약점이 있었는 바, 이에 스파이더 축과 베어링캡 사이에는 라미나링을 장착하도록 하되, 상기 라미나링은 고열 및 습기에 강하고 탄성력(텐션)이 우수함은 물론 외부 누유를 원천적으로 방지하도록 함으로써, 크로스 유니트의 내구성이 보장되고 특히 스파이더 축의 종단부와 베어링캡의 내주연 사이에는 링형 플레이트가 더 구비되어 내마모성이 향상되고 마찰력 감소로 인한 사용수명이 크게 개선되는 것을 특징으로 하는 누유방지와 마찰감소 구조를 갖는 유니버설 조인트용 크로스 유니트를 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 몸통을 기준으로 상하좌우 4방향으로 분기된 축(110)이 십(十)자 형태를 이루도록 하되, 각 축(110)이 분기된 연장부 부근에는 복수의 체결홈(120)을 갖는 결합턱(130)이 형성되는 스파이더(100)와; 상기 축(110)의 선상에 결합되어 구름 회전을 도모하도록 하는 복수의 베어링(200)과; 상기 베어링(200)을 내측에 수납하면서 스파이더의 각 축(110)에 대응되어 끼워지도록 일측이 개구된 원통체가 형성되되, 상기 원통체의 개구된 측 단부의 내주연에는 상기 결합턱(130)과 대응되면서 삽입되도록 결합홈(310)이 형성되고, 원통체의 닫힘측 면상에는 그리스 주입홈(320)이 형성되는 베어링캡(300)과; 상기 결합턱의 체결홈(120)과 베어링캡의 결합홈(310) 사이에 삽입되어 베어링(200) 측으로부터 충진된 그리스(Grease)의 외부 누유를 방지하도록 코일스프링 타입의 권선형 링체가 구비되도록 하되, 상기 링체는 단면이 직사각형인 납작한 띠를 원주방향으로 2회 권선함에 있어서 이웃한 띠와 소정간격의 피치가 형성되고, 상기 피치 사이에는 신축 탄성이 형성되어 체결홈(120)에 삽입시 권선된 링체의 상하 방향이 압착되면서 삽입되고, 링체의 외주연은 결합홈(310)의 내주연에 밀착되도록 형성되는 라미나링(400)이; 구성되어 이루어진다.
이에, 상기 스파이더의 축(110) 종단면과 베어링캡(300)의 닫힘측 내주면 사이에는 중공이 형성된 링형 플레이트(500)가 삽입되어 베어링캡(300)의 내주연이 축(110)의 종단면과 직접 닿아 회전시 마모되는 것을 방지하도록 형성된다.
이때, 상기 베어링캡(300)의 내주연 일측에는 스냅링 홈(330)이 형성되고, 상기 스냅링 홈(330)에는 스냅링(600)이 삽입되도록 형성되어 적층된 베어링(200)의 축방향 이탈을 방지하면서 견고한 지지 고정을 도모하도록 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 크로스 유니트의 스파이더 축에 결합된 베어링의 윤활과 회전력을 증진시키고 회전 과열을 방지하도록 그리스(Grease)가 주입됨에 있어서, 상기 그리스는 고온 다습 환경(제철, 제강공장 등)에서 액화되어 누유되는 취약점이 있었는 바, 이에 스파이더 축과 베어링캡 사이에는 라미나링을 장착하도록 하되, 상기 라미나링은 고열 및 습기에 강하고 탄성력(텐션)이 우수함은 물론 외부 누유를 원천적으로 방지하도록 함으로써, 크로스 유니트의 내구성이 보장되고 특히 스파이더 축의 종단부와 베어링캡의 내주연 사이에는 링형 플레이트가 더 구비되어 내마모성이 향상되고 마찰력 감소로 인한 사용수명이 크게 개선되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 크로스 유니트의 일 예시 사시도,
도 2는 도 1의 일부 분해사시도,
도 3은 도 1의 일측 단면도,
도 4는 도 1에 따른 스파이더의 단면도,
도 5 내지 도 8은 종래의 유니버설 조인트와 크로스 축 구조를 나타낸 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 스파이더(100)와 베어링(200), 베어링캡(300) 및 라미나링(400)으로 크게 구성된다.
이에, 상기 스파이더(100)는 몸통을 기준으로 상하좌우 4방향으로 분기된 축(110)이 십(十)자 형태를 이루도록 하되, 각 축(110)이 분기된 연장부 부근에는 복수의 체결홈(120)을 갖는 결합턱(130)이 형성된다.
이때, 상기 스파이더의 내부에는 십자 형태로 관통된 그리스 경유공이 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 상기 베어링(200)은 하나 이상 복수로 형성되는 것으로, 상기 축(110)의 선상에 결합되어 구름 회전을 도모하도록 형성된다.
즉, 상기 베어링은 볼 베어링인 것이 바람직한 것으로, 내외주링이 상기 볼 베어링을 기준으로 분할되는 회전체로 형성된다.
이에, 상기 베어링캡(300)은 상기 베어링(200)을 내측에 수납하면서 스파이더의 각 축(110)에 대응되어 끼워지도록 일측이 개구된 원통체가 형성되되, 상기 원통체의 개구된 측 단부의 내주연에는 상기 결합턱(130)과 대응되면서 삽입되도록 결합홈(310)이 형성되고, 원통체의 닫힘측 면상에는 그리스 주입홈(320)이 형성된다.
이때, 상기 베어링캡의 결합턱은 스파이더의 결합턱에 삽입시 소폭의 간격이 형성되되, 상기 간격은 후술되는 라미나링으로 하여금 기밀이 유지될 수 있도록 형성된다.
이에, 상기 라미나링(400)은 상기 결합턱의 체결홈(120)과 베어링캡의 결합홈(310) 사이에 삽입되어 베어링(200) 측으로부터 충진된 그리스(Grease)의 외부 누유를 방지하도록 코일스프링 타입의 권선형 링체가 구비되도록 하되, 상기 링체는 단면이 직사각형인 납작한 띠를 원주방향으로 2회 권선함에 있어서 이웃한 띠와 소정간격의 피치가 형성되고, 상기 피치 사이에는 신축 탄성이 형성되어 체결홈(120)에 삽입시 권선된 링체의 상하 방향이 압착되면서 삽입되고, 링체의 외주연은 결합홈(310)의 내주연에 밀착되도록 형성된다.
이때, 상기 라미나링은 외주면에 일방향(베어링을 향한 방향)으로 미세 꺽임부(L자형)가 형성되어 베어링캡 내부에 충진된 그리스가 액화되어 외부를 향해 흐르는 경우 이를 접시형태로 받을 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 상기 스파이더의 축(110) 종단면과 베어링캡(300)의 닫힘측 내주면 사이에는 중공이 형성된 링형 플레이트(500)가 삽입되어 베어링캡(300)의 내주연이 축(110)의 종단면과 직접 닿아 회전시 마모되는 것을 방지하도록 형성된다.
이때, 상기 링형 플레이트는 교환 교체할 수 있는 것으로, 면상에 다수개의 돌기들이 형성되어 마찰계수는 낮추면서 내마모 효과는 증진시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 베어링캡(300)의 내주연 일측에는 스냅링 홈(330)이 형성되고, 상기 스냅링 홈(330)에는 스냅링(600)이 삽입되도록 형성되어 적층된 베어링(200)의 축방향 이탈을 방지하면서 견고한 지지 고정을 도모하도록 형성된다.
정리하면 스파이더의 각 축에는 상기 베어링(200)과 축(110)을 감싸듯 씌어지는 베어링캡(bearing cap; 300)이 구비된다.
이때, 상기 베어링캡(300)의 내부에는 축(110) 종단에 위치하고 편평한 원형 링으로 이루어진 링형 플레이트(500)가 구비된다.
이때, 상기 링형 플레이트(500)는 베어링캡의 닫힘측 면상에 형성된 끼움홈에 대응되면서 장착되도록 하되, 상기 끼움홈에 장착시에는 링형 플레이트의 단면 두께보다 끼움홈의 요홈 깊이가 낮아 링형 플레이트가 축의 종단부를 향해 더 돌출되도록 형성되고, 링형 플레이트의 외주연 직경은 스파이더 축의 직경과 동일하도록 형성되어 링형 플레이트의 일부 면이 베어링의 내주링에 삽입되도록 형성된다.
즉, 링형 플레이트의 양측면은 각각 축의 종단부와 베어링캡의 닫힘측 내주면에 밀착되도록 형성되고, 링형 플레이트의 외주면은 베어링캡의 끼움홈과 베어링의 내주링에 끼워지도록 함으로써, 견고한 구조와 함께 회전 마찰력을 감소시키도록 형성된다.
이때, 상기 스파이더(spider; 100)의 상기 체결홈(120)에는 금속재질의 2개의 라미나링(laminar ring; 400)이 구비된다.
이러한 라미나링은 코일스프링(spring) 타입으로 2회 정도 감겨지고, 일체로 형성된 납작한 띠 형태가 권선된 것으로 이루어진다.
이때, 상기 베어링(200)을 받쳐주는 구성요소가 필요하고, 이를 위해 상기 베어링(200)의 일측(스파이더 몸통을 향한 방향)에는 스냅링(600)이 구비된다.
이에, 상기 베어링(200)의 회전시에는 지지 안정성을 확보하도록 스냅링(600)의 상측에 지지링(700)이 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 크로스 유니트(스파이더, 축, 체결홈)는 열처리가 필요한데 침탄 처리하는 것이 바람직하다.
이러한 침탄 처리는 경제적이면서 저탄소강의 표면에 탄소를 침투시켜 표면만 고탄소강으로 만드는 공정으로 표면은 딱딱하게 내부는 무르게 하여 기계적 성질 즉, 강하면서 부러지지 않는 성질을 얻기 위한 열처리방법이다.
이때, 필요에 따라서는 침탄 처리보다 질화 처리 즉, 표면에 질소를 투입하여, 더욱 강한 고경도를 얻을 수도 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 ... 스파이더 110 ... 축
120 ... 체결홈 130 ... 결합턱
200 ... 베어링 300 ... 베어링캡
310 ... 결합홈 320 ... 조입홈
330 ... 스냅링 홈 400 ... 라미나링
500 ... 링형 플레이트 600 ... 스냅링

Claims (3)

  1. 몸통을 기준으로 상하좌우 4방향으로 분기된 축(110)이 십(十)자 형태를 이루도록 하되, 각 축(110)이 분기된 연장부 부근에는 복수의 체결홈(120)을 갖는 결합턱(130)이 형성되는 스파이더(100); 상기 축(110)의 선상에 결합되어 구름 회전을 도모하도록 하는 복수의 베어링(200); 상기 베어링(200)을 내측에 수납하면서 스파이더의 각 축(110)에 대응되어 끼워지도록 일측이 개구된 원통체가 형성되되, 상기 원통체의 개구된 측 단부의 내주연에는 상기 결합턱(130)과 대응되면서 삽입되도록 결합홈(310)이 형성되고, 원통체의 닫힘측 면상에는 그리스 주입홈(320)이 형성되는 베어링캡(300); 및 상기 결합턱의 체결홈(120)과 베어링캡의 결합홈(310) 사이에 삽입되어 베어링(200) 측으로부터 충진된 그리스(Grease)의 외부 누유를 방지하도록 코일스프링 타입의 권선형 링체가 구비되도록 하되, 상기 링체는 단면이 직사각형인 납작한 띠를 원주방향으로 2회 권선함에 있어서 이웃한 띠와 소정간격의 피치가 형성되고, 상기 피치 사이에는 신축 탄성이 형성되어 체결홈(120)에 삽입시 권선된 링체의 상하 방향이 압착되면서 삽입되고, 링체의 외주연은 결합홈(310)의 내주연에 밀착되도록 형성되는 한편 외주면에 베어링을 향한 방향으로 L자형의 미세 꺽임부가 형성되어 베어링캡 내부에 충진된 그리스가 액화되어 외부를 향해 흐르는 경우 이를 받을 수 있는 접시형태의 라미나링(400);을 포함하고,
    상기 스파이더의 축(110) 종단면과 베어링캡(300)의 닫힘측 내주면 사이에는 중공이 형성된 링형 플레이트(500)가 삽입되어 베어링캡(300)의 내주연이 축(110)의 종단면과 직접 닿아 회전시 마모되는 것을 방지하도록 구성되며, 상기 베어링캡(300)의 내주연 일측에는 스냅링 홈(330)이 형성되고, 상기 스냅링 홈(330)에는 스냅링(600)이 삽입되도록 형성되어 적층된 베어링(200)의 축방향 이탈을 방지하면서 견고한 지지 고정을 도모하도록 구성되고,
    상기 스파이더의 각 축(110) 및 체결홈(120)의 각각은 저탄소강의 표면에 탄소를 침투시켜 표면만 고탄소강으로 만들어 표면은 딱딱하게 하고 내부는 무르게 하여 강하면서 부러지지 않는 성질을 얻도록 침탄 처리된 것을 특징으로 하는, 누유방지와 마찰감소 구조를 갖는 유니버설 조인트용 크로스 유니트.
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