KR101967815B1 - 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트용 유니버설조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러샤프트용 유니버설조인트에 관한 것이다. 이는, 프로펠러샤프트의 프론트샤프트의 후단부에 고정되며 일직선상에 배치되는 관통홀을 갖는 구동요크와, 리어샤프트의 선단부에 구비되며, 일직선상에 배치되는 관통홀을 구비한 종동요크와, 열십자의 형태를 취하며 상기 구동요크와 종동요크의 관통홀에 각각 끼워지는 네 개의 트러니언을 갖는 저어널크로스와, 상기 각 트러니언을 감싸 지지하는 베어링과, 상기 베어링과 트러니언을 그 내부에 수용한 상태로 각 관통홀에 고정되는 베어링캡과, 상기 베어링캡의 내부에 설치되어 트러니얼을 탄성 지지하는 것으로서, 베어링캡의 내부에서 평행하게 이격 배치되는 상부댐핑부재 및 하부댐핑부재와, 상기 상부댐핑부재와 하부댐핑부재의 사이에 구비되는 탄성지지부를 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러샤프트용 유니버설조인트는, 베어링캡의 내부에 탄성댐퍼가 구비되어, 프로펠러샤프트의 발생하는 진동을 감쇄 하여 공진에 따른 소음인 진동이 없다. 또한, 사용이 오래되더라도 진동에 의해 베어링의 손상이 없어 그만큼 프로펠러샤프트의 수명을 연장할 수 있다.

Description

탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트용 유니버설조인트{Universal joint for propeller shaft with elastic damper}

본 발명은 차량의 프로펠러 샤프트에 설치되는 유니버설조인트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유니버설조인트의 요크에 대한 저어널크로스의 결합이 탄력적으로 유지되므로 소음과 진동 감쇄되고 충격에 의한 수명단축이 없는 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트용 유니버설조인트에 관한 것이다.

후륜 구동 차량에는 변속기로부터 전해진 엔진의 동력을 리어액슬로 전달하기 위한 동력전달수단으로서 프로펠러 샤프트가 설치된다. 프로펠러샤프트는, 길이조절이 가능한 샤프트의 양단에 각각 유니버설조인트를 갖는 것으로서, 변속기와 리어액슬 사이의 드라이브 라인의 각도를 흡수하여 회전력이 원활하게 전달될 수 있도록 하는 역할을 한다.

상기 유니버설조인트는, 연결할 두 개의 동력축이 만나는 끝단에 고정되며 관통홀이 형성되어 있는 요크와, 상기 요크를 연결하는 열십자 형태의 저어널크로스의 기본 구성을 갖는다. 상기 저어널크로스의 단부에는 트러니언이 위치하며, 각 트러니언은 요크의 관통홀에 끼워진 상태로 베어링과 베어링캡에 의해 지지된다.

유니버설조인트의 원활한 동력전달을 위하여 두 개의 동력축의 각도는 대략 30도 이하의 각도로 제한되고, 또한 마찰에 의한 마모 및 변형을 방지하기 위해 지속적으로 윤활유가 공급되어야 한다. 상기 베어링캡은 그 내부에 베어링을 수용한 상태로 요크의 관통홀에 고정되어 저어널크로스의 상대 회전을 가능케 한다.

그런데, 상기 유니버설조인트는 고속 회전시 미세하게 진동하게 된다. 이러한 진동이 프로펠러샤프트가 갖는 고유한 진동수와 같아질 경우 공진이 발생하고 이러한 공진은 소음을 유발하여 운전자에게 피로감을 주게 된다.

특히 상기한 공진은, 프로펠러샤프트에서 유니버설조인트 부분에 많은 부담을 준다. 가령 상기 롤러베어링과 롤러베어링에 접하고 있는 트리니언의 사이로 유입한 진동은 많은 소음을 유발하고 롤러베어링의 수명을 단축시키는 원인이 되는 것이다.

국내등록특허공보 제10-0673672호 (유니버설 조인트) 국내공개특허공보 제10-2018-0003248호 (드라이 베어링을 이용한 전동식 파워 스티어링용 유니버설 조인트 장치 및 그 제조 방법) 국내공개실용신안공보 제20-2017-0002520호 (유니버설 조인트용 요크)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 프로펠러 샤프트의 구동시 공진에 의한 소음이나 진동의 발생이 거의 없는 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트용 유니버설조인트를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트용 유니버설조인트는, 프로펠러샤프트를 구성하는 프론트샤프트의 후단부와 리어샤프트의 선단부를 연결하는 것으로서, 상기 프론트샤프트의 후단부에 고정되며, 일직선상에 배치되는 관통홀을 갖는 구동요크와, 상기 리어샤프트의 선단부에 구비되어 상기 구동요크와 대응하며, 일직선상에 배치되는 관통홀을 구비한 종동요크와, 열십자의 형태를 취하며 상기 구동요크와 종동요크의 관통홀에 각각 끼워지는 네 개의 트러니언을 갖는 저어널크로스와, 상기 각 트러니언을 감싸 지지하는 베어링과, 상기 베어링과 트러니언을 그 내부에 수용한 상태로 각 관통홀에 고정되는 베어링캡과, 상기 베어링캡의 내부에 설치되어 트러니얼을 탄성 지지하는 것으로서, 베어링캡의 내부에서 평행하게 이격 배치되는 상부댐핑부재 및 하부댐핑부재와, 상기 상부댐핑부재와 하부댐핑부재의 사이에 구비되는 탄성지지부를 포함한다.

또한, 상기 상부댐핑부재의 중앙부에는, 상기 트러니언의 단부를 지지하는 지지홈이 형성되어 있고, 외주면에는 상기 베어링의 일부를 수용 지지하는 베어링홈이 형성되고, 하부댐핑부재는, 그 내부로 상가 트러니언을 통과시키고, 외주면에는 상기 베어링의 일부를 수용 지지하는 베어링홈을 갖는다.

아울러, 상기 탄성지지부는; 코일스프링 또는 탄력고무를 포함할 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트용 유니버설조인트는, 베어링캡의 내부에 탄성댐퍼가 구비되어, 프로펠러샤프트의 발생하는 진동을 감쇄 하여 공진에 따른 소음인 진동이 없다.

또한, 사용이 오래되더라도 진동에 의해 베어링의 손상이 없어 그만큼 프로펠러샤프트의 수명을 연장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러샤프트용 유니버설조인트의 일부 확대 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 탄성댐퍼의 장착 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 탄성댐퍼의 다른 예를 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

후술할 본 발명의 상세한 설명은, 차량용 프로펠러샤프트(10)에 관한 것이며, 특히 특수한 댐핑 구조를 갖는 유니버설조인트(16)의 구조에 관한 것이다. 프로펠러샤프트(10)는 자동차의 동력계통에 설치되는 동력전달수단으로서, 프론트샤프트(12)와, 유니버설조인트(16)와, 리어샤프트(14)를 기본 구성요소로 한다. 당연히, 실제 프로펠러샤프트(10)에는 다들 구성 요소들이 더 추가된다.

상기 유니버설조인트(16)는 탄성댐퍼(30)를 갖는다. 탄성댐퍼(30)는, 베어링캡(25)의 내부에 설치된 상태로 베어링캡(25) 내에 삽입되어 있는 트러니언(21)을 탄력적으로 지지하는 역할을 한다. 말하자면 트러니언(21)이 베어링캡(25)의 내측방향 또는 그 반대방향으로 탄력적으로 움직일 수 있게 하는 것이다. 이와 같이 탄성댐퍼(30)를 적용한 이유는 프로펠러샤프트(10)의 작동시 발생하는 진동이나 소음을 상쇄하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트(10)용 유니버설조인트(16)의 내부 구성을 설명하기 위한 일부 확대 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 유니버설 조인트(16)는, 구동요크(18), 종동요크(19), 저어널크로스(20), 베어링(23), 베어링캡(25), 상하부댐핌부재(31,32), 탄성지지부를 포함한다.

먼저, 상기 구동요크(18)는, 프론트샤프트(12)의 후단부에 고정되는 부속으로서 대략 ㄷ 자의 형태를 취하며, 일직선상에 배치되는 관통홀(18a)을 갖는다. 관통홀(18a)은 일정직경을 갖는 관통구멍으로서 그 내부에 후술할 베어링캡(25)이 고정된다.

또한, 종동요크(19)는 구동요크(18)와 동일한 형상을 갖는 부속으로서, 리어샤프트(14)의 선단부에 링크되고, 일직선상에 배치되는 관통홀(19a)을 구비한다.

상기 구동요크(18)와 종동요크(19)는, 구동요크(18)의 관통홀(18a)을 연결하는 직선과, 종동요크(19)의 관통홀(19a)을 연결하는 직선이 상호 직교하도록 배치되며 그 사이에 저어널크로스(20)을 갖는다.

저어널크로스(20)는, 말하자면 열십자의 형태를 취하는 연결부재로서, 네 개의 트러니언(21)을 구비한다. 네 개의 트러니언(21) 중, 두 개의 트러니언(21)은 구동요크(18)의 관통홀(18a)에, 나머지 두 개의 트러니언(21)은 종동요크(19)의 관통홀(19a)에 삽입된다.

또한 상기 베어링(23)은 니들형 베어링으로서, 도 2 또는 도 3에 도시한 바와 같이, 베어링캡(25)에 수용된 상태로 트러니언(21)을 감싼다. 베어링(23)은 베어링캡(25)에 수용되어 있는 트러니언(21)을 회전 가능하도록 지지하는 역할을 한다.

상기 베어링캡(25)은, 상단부가 밀폐되고 하부가 개방된 부속으로서, 트러니언(21)과 베어링(23)과 탄성댐퍼(30)를 그 내부에 수용한 상태로, 관통홀(18a,19a)의 내주면에 고정된다. 베어링캡(25) 자체는 관통홀(18a,19a)에 대해 압입방식 또는 용접 방식으로 고정된다.

한편, 상기 탄성댐퍼(30)는, 베어링캡(25) 내부의 트러니얼(21)을 탄력적으로 지지하는 것으로서, 상하부댐핑부재(31,32)와 탄성지지부를 포함한다. 탄성지지부는 도 2에 도시한 스프링(33)이나 도 3에 도시한 탄력고무(35)일 수 있다. 경우에 따라 스프링(33)이나 탄력고무 이외의 다른 탄성 제공 수단을 얼마든지 적용할 수 있음은 당연하다.

먼저, 상부댐핑부재(31)는 지지홈(도 2의 31a)과 베어링홈(31b)을 갖는 원판형 부재로서, 베어링캡(25)의 내측면에 면접한 상태로 미끄럼 운동 가능하다. 지지홈(31a)은 일정 내경을 갖는 홈으로서 하부로 개방되고 그 내부에 트러니언(21)의 상단부를 수용한다. 또한 베어링홈(31b)은 베어링(23)의 일부를 수용하며 지지하는 역할을 한다.

베어링(23)은 베어링홈(31b)에 걸쳐진 상태로, 베어링캡(25)의 내주면측으로 지지되며 프로펠러샤프트(10)의 회전시 상기 내주면의 원주방향을 따라 주행한다.

하부댐핑부재(32)는 링의 형태를 취하며 일정 내경의 지지구멍(32a)을 갖는다. 지지구멍(32a)은 트러니언(21)을 통과시키는 관통로이다. 지지구멍(32a)의 내주면은 트러니언(21)에 대해 고정시킬 수 있다. 가령 트러니언(21)에 대해 하부댐핑부재(32)를 결합시킬 수 있는 것이다. 하지만, 경우에 따라, 지지구멍(32a)의 내주면과 트러니언(21)의 외주면을 고정시키지 않고 단지 면접시킬 수도 있다.

아울러, 하부댐핑부재(32)의 외주면에도 베어링홈(32b)이 마련되어 있다. 베어링홈(32b)은 베어링(23)의 하단부 일부를 수용하는 홈으로서, 베어링(23)을 베어링캡(25)의 내주면측으로 지지한다.

상기 탄성지지부에 대한 설명은 도 2 및 도 3을 통해 후술하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시한 탄성댐퍼의 장착 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 상부댐핑부재(31)와 하부댐핑부재(32)의 사이에 다수의 스프링(33)이 설치되어 있음을 알 수 있다. 스프링(33)은, 위에 언급한 탄성지지부의 일예로서, 그 하단부가, 하부댐핑부재(32)의 스프링고정홈(32c)에 고정되고 상단부가 상부댐핑부재(31)에 접한다.

상기 하부댐핑부재(32)와 상부댐핑부재(31)는 스프링(33)을 그 사이에 두고 상하로 배치되며 트러니언(21)을 수용한다. 특히 트러니언(21)의 주변에는 걸림턱(20a)이 형성되어 있는데, 하부댐핑부(32)는 걸림턱(20a)에 걸려 베어링캡(25)의 내측방향으로 지지된다. 상기 걸림턱(20a)의 작용에 의해 탄성댐퍼(30)는 베어링캡(25)의 외부로 이탈할 염려가 없다.

한편, 상기 스프링(33)은 상부댐핑부재(31)와 하부댐핑부재(32)의 사이에 개재된 상태로, 프로펠러샤프트(10)의 축회전시 가해지는 진동이나 소음을 상쇄시킨다. 가령, 프로펠러샤프트(10)의 축회전시 발생한 진동에 의해 트러니언(21)이 화살표 a방향으로 밀릴 때 압축되어 진동을 완충하는 것이다.

도 3은 도 2에 도시한 탄성댐퍼의 다른 예를 도시한 단면도이다.

상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리키면 그에 관한 반복된 설명은 생략하기로 한다.

도 3을 참조하면, 상기 상부댐핑부재(31)와 하부댐핑부재(32)의 사이에 탄력고무(35)가 설치되어 있음을 알 수 있다. 탄력고무(35)는 위에 설명한 스프링(33)과 같은 목적을 갖는 탄성수단으로서 그 하단부가 하부댐핑부재(32)에 고정된다. 탄력고무(35)는 일정높이를 갖는 링의 형태를 취할 수 있다. 상기 탄력고무(35)는, 저어널크로스(20)에 화살표 a방향으로 충격이 들어올 때 압축되어 진동을 상쇄한다.

결국, 본 실시예에 따른 유니버설조인트(16)는, 그 내부에 상기한 탄성댐퍼(30)를 구비하므로, 프로펠러샤프트(10)의 구동시 소음이나 진동을 최소화 할 수 있는 것이다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10:프로펠러샤프트 12:프론트샤프트
14:리어샤프트 16:유니버설조인트
18:구동요크 18a:관통홀
19:종동요크 19a:관통홀
20:저어널크로스 20a:걸림턱
21:트러니언 23:베어링
25:베어링캡 30:탄성댐퍼
31:상부댐핑부재 31a:지지홈
31b:베어링홈 32:하부댐핑부재
32a:지지구멍 32b:베어링홈
32c:스프링고정홈 33:스프링
35:탄력고무

Claims (3)

1. 프로펠러샤프트를 구성하는 프론트샤프트의 후단부와 리어샤프트의 선단부를 연결하는 것으로서,
   상기 프론트샤프트의 후단부에 고정되며, 일직선상에 배치되는 관통홀을 갖는 구동요크와;
   상기 리어샤프트의 선단부에 구비되어 상기 구동요크와 대응하며, 일직선상에 배치되는 관통홀을 구비한 종동요크와;
   열십자의 형태를 취하며 상기 구동요크와 종동요크의 관통홀에 각각 끼워지는 네 개의 트러니언을 갖는 저어널크로스와;
   상기 각 트러니언을 감싸 지지하는 베어링과;
   상기 베어링과 트러니언을 그 내부에 수용한 상태로 각 관통홀에 고정되는 베어링캡과;
   상기 베어링캡의 내부에 설치되어 트러니언을 탄성 지지하는 것으로서, 베어링캡의 내부에서 평행하게 이격 배치되는 상부댐핑부재 및 하부댐핑부재와, 상기 상부댐핑부재와 하부댐핑부재의 사이에 구비되는 탄성지지부를 포함하는 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트용 유니버설조인트.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부댐핑부재의 중앙부에는, 상기 트러니언의 단부를 지지하는 지지홈이 형성되어 있고, 외주면에는 상기 베어링의 일부를 수용 지지하는 베어링홈이 형성되고,
   하부댐핑부재는, 그 내부로 상기 트러니언을 통과시키고, 외주면에는 상기 베어링의 일부를 수용 지지하는 베어링홈을 갖는 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트용 유니버설조인트.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 탄성지지부는;
   코일스프링 또는 탄력고무를 포함하는 탄성댐퍼가 구비된 프로펠러 샤프트용 유니버설조인트.

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