KR102276334B1 - 등속 슬립 볼 조인트 - Google Patents

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KR102276334B1
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요하네스 군터
노르버트 크란시오크
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게카엔 드라이브라인 도이치란트 게엠베하
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Abstract

등속 슬립 볼 조인트(1)는 회전축(3) 및 외부 볼 트랙(4)을 가진 외부 조인트 부분(2), 내부 볼 트랙(6)을 가진 내부 조인트 부분(5), 각각 관련된 외부 및 내부 볼 트랙(4, 6) 내에서 안내되는 복수의 토크-전달 볼(7), 및 각 경우에 하나 이상의 볼(7)을 수용하는 복수의 케이지 윈도우(9)가 제공된 케이지(8)를 포함하고; 여기서, 상기 내부 조인트 부분(5)은 상기 회전축(3)을 따라 변위 거리(10)만큼 외부 조인트 부분(2)에 대해 변위될 수 있으며; 여기서, 외부 볼 트랙(4)의 적어도 일부 및 내부 볼 트랙(6)의 적어도 일부는 회전축(3)에 대해 트랙-나선 각도(11)에 있고; 여기서, 상기 변위 경로(10)를 따른 각 볼 트랙(4, 6)의 바닥(12)은 방사상 방향(14)을 따라 각각 일정한 간격(13)으로 회전축(3)에서 이격되며; 여기서, 상기 외부 조인트 부분(2)에 대한 내부 조인트 부분(5)의 최대 편향 각도(15)는 외부 조인트 부분(2)의 제1 접촉 표면(17)과 접촉을 형성하는 케이지(8)의 외부 접촉 표면(16)에 의해 및/또는 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)과 접촉을 형성하는 케이지(8)의 내부 접촉 표면(18)에 의해 미리 결정되며; 및 여기서 케이지(8)는 중심축(20)을 가지며 내부 접촉 표면(18)은 원뿔형이며; 여기서, 내부 접촉 표면(18)은 케이지의 중심축(20)에 대해 0도 이상의 개방 각도(21)에 있다.

Description

등속 슬립 볼 조인트
본 발명은 등속 슬립 볼 조인트에 대한 것이다. 본 등속 슬립 볼 조인트(또한 다음에서 조인트로서 나타낸)는, 특히, 자동차를 위한 종방향-샤프트 배열에 사용된다. 지금까지 등속 슬립 볼 조인트가 사용되었던 모든 다른 분야에서 또한 사용될 수 있다.
등속 슬립 볼 조인트는, 특히, 종방향-샤프트 배열의 영역에서뿐만 아니라, 측면-샤프트 배열에서, 자동차를 위해 사용된다. 종방향 샤프트는 기어 메커니즘(gear mechanism)에서 차축으로 구동력을 전달하는 역할을 한다. 특히, 여기서, 기어 메커니즘은 자동차의 전방 영역 및 종방향-샤프트 배열에 배열되며, 이는 자동차의 종방향 차축을 따라 연장되며, 상기 기어 메커니즘에서 후방 차축으로 구동력을 전달하는 역할을 한다. 종방향 샤프트 배열은, 조인트에 대해, 보통 상대적으로 작은 편향 각도, 특히 0 내지 10도(°)를 필요로 한다. 측면 샤프트는 기어 메커니즘 또는 차동 기어로부터 자동차의 차축에 본질적으로 평행한 휠로 구동력을 전달하는 역할을 한다. 측면 샤프트는 자동차의 종방향 차축을 가로질러 연장된다. 측면 샤프트는 보통, 측면 샤프트에 슬립 조인트(slip joints)가 존재하는 경우, 조인트에 대해, 특히 0 내지 22도, 바람직하게 3 내지 15도의 상대적으로 큰 각도 편향을 필요로 한다.
본원에서 논의되는 타입의 등속 슬립 볼 조인트는, 회전축 및 외부 볼 트랙을 가진 외부 조인트 부분, 내부 볼 트랙을 가진 내부 조인트 부분, 다수의 토크-전달 볼을 포함하고, 각각 관련된 외부 및 내부 볼 트랙에서 안내되고, 각각의 경우 하나 이상의 볼에 수용된 다수의 케이지 윈도우가 제공된 케이지(cage)를 포함한다. 내부 조인트 부분은 회전축을 따른 변위 거리에 의해 외부 조인트 부분과 관련하여 변위될 수 있다. 외부 볼 트랙의 적어도 일부 및 내부 볼 트랙의 적어도 일부는 회전축과 관련된 트랙-나선(track-helix) 각도로 있다. 특히, 변위 경로를 따라, 각각의 볼 트랙의 바닥(floor)(즉, 외부 볼 트랙의 경우, 각각의 경우 회전축으로부터 가장 이격된 볼 트랙의 영역; 내부 볼 트랙의 경우, 각각의 경우 내부 조인트 부분의 중심축으로부터 최소 이격된 볼 트랙의 영역), 방사상 방향을 따라 각각 일정하게 이격된 회전축으로부터 이격된다.
내부 조인트 부분이 편향되는 경우, (외부 조인트 부분의 회전축 및 내부 조인트 부분의 중심축이 서로에 대해 동축으로 배열된) 내부 조인트 부분은 (상이한) 편향된 위치로 곧게 펴진 위치 밖으로 선회된다. 이후 외부 조인트 부분의 회전축 및 내부 조인트 부분의 중심축은 편향 각도("0"도와 다른)를 형성한다. 외부 조인트 부분에 대한 내부 조인트 부분의 최대 편향 각도는 외부 조인트의 제1 접촉 표면과 접촉을 형성하는 케이지의 외부 접촉 표면에 의해 및/또는 내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면과 접촉을 형성하는 케이지의 내부 접촉 표면에 의해 미리 정해진다. 등속 슬립 볼 조인트는 바람직하게 외부 조인트 부분에 대한 내부 조인트 부분의 최대 편향 각도가 외부 조인트 부분의 제1 접촉 표면과 접촉을 형성하는 케이지의 외부 접촉 표면에 의해 미리 정해지도록 설계되고, 여기서, 상기 케이지의 내부 접촉 표면은 내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면과 (꽤) 접촉을 형성하지 않는다. 등속 슬립 볼 조인트에 관한 한, 조인트가 편향되는 경우, 케이지는 내부 조인트 부분의 편향 각도의 절반에 있다. 여기서, 케이지는, 외부에, 케이지의 중심축에 대해 원뿔 각을 가진 원뿔형 외부 접촉 표면을 가지며, 내부에, 실린더형 내부 접촉 표면을 갖는다. 내부 조인트 부분은, 마찬가지로, 내부 조인트 부분의 중심축에 대해 경사 각도를 가진, 원뿔형의, 제2 접촉 표면을 갖는다. 케이지의 외부 접촉 표면의 원뿔 각도 및 내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면의 경사 각도는 거의 값이 같고 동일한 방향으로 지향된다. 그러므로, 외부 조인트 부분에 대하여 내부 조인트 부분의 편향의 (최대) 달성 가능한 각도는 원뿔 각도와 경사 각도의 합계에 상응하거나 또는 원뿔 각도의 값에 두배에 상응한다(내부 조인트 부분과 케이지 사이의 접촉이 바람직하게 회피되어야 하므로).
특히 자동차의 대량 생산 분야에서, 달성 가능한 서비스 수명, 중량 및/또는 비용에 대해 모든 구성요소가 충족해야 하는 요구 사항이 증가하고 있다. 그러므로, 전술한 요구 사항의 관점에서, 이러한 타입의 조인트가 계속 더욱 개발되어야 할 필요가 있다.
출발점으로서 이를 고려하면, 적어도 어느 정도, 종래 기술과 관련하여 나타낸 문제점들에 대한 해결책을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 특히, 본 발명은 피로 강도와 관련하여 더욱 개선된 등속 슬립 볼 조인트를 제공하는 것이다.
이는 청구항 1의 특징에 따른 등속 슬립 볼 조인트에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예는 종속 청구항에 명시된다. 본 특허 청구항에서 개별적으로 주어진 특징들은 임의의 원하는, 기술적으로 바람직한 방식으로 서로 조합될 수 있으며, 발명의 추가 변형이 강조된 설명으로부터 설명 사실에 의해 보충될 수 있다.
본 등속 슬립 볼 조인트는 회전축과 외부 볼 트랙을 가진 적어도 하나의 외부 조인트 부분, 내부 볼 트랙을 가진 내부 조인트 부분, 각각 관련된 외부 및 내부 볼 트랙에서 안내되는 복수의 토크-전달 볼, 및 케이지를 포함하고, 여기서, 상기 케이지는 복수의 케이지 윈도우가 제공되며, 각 경우에 하나 이상의 볼을 수용한다. 내부 조인트 부분은 회전축을 따른 변위 거리에 의해 외부 조인트 부분과 관련하여 변위될 수 있다. 외부 볼 트랙의 적어도 일부 및 내부 볼 트랙의 적어도 일부는 회전축과 관련된 트랙-나선 각도로 있다(조인트가 곧게 펴진 위치에 있을 때). 각각의 볼 트랙의 바닥은, 변위 경로를 따라, 방사상 방향을 따라 각각 일정하게 이격됨으로써 회전축으로부터 이격된다.
외부 조인트 부분에 대해 내부 조인트 부분의 편향의 최대 각도는 외부 조인트 부분의 제1 접촉 표면과 접촉을 형성하는 케이지의 외부 접촉 표면에 의해 및/또는 내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면과 (동시에 가능한) 접촉을 형성하는 케이지에 의해 미리 정해진다. 등속 슬립 볼 조인트는 바람직하게 외부 조인트 부분에 대한 내부 조인트 부분의 최대 편향 각도가 외부 조인트 부분의 제1 접촉 표면과 접촉을 형성하는 케이지의 외부 접촉 표면에 의해 미리 정해지도록 설계되며, 여기서, 케이지의 내부 접촉 표면은 내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면과 접촉을 (전적으로) 달성하지 않는다. 케이지는 중심축을 가지며 케이지의 내부 접촉 표면은 원뿔형이며, 여기서, 상기 내부 접촉 표면은 케이지의 중심축에 대해, 0도 이상의 개구 각도, 특히 1도 이상, 바람직하게 4도 이상이다.
등속 슬립 볼 조인트와 관련하여 위에서 언급한 내용을 참조한다. 등속 슬립 볼 조인트는 적어도 6개 또는 6 + n개(n=1,2,3 등)의 볼을 갖는다.
특히, 외부 및/또는 내부 볼 트랙 중 적어도 개별 하나는 회전축에 대해 경사진 상태, 또는 트랙-나선 각도로 진행된다. 이는 볼이 회전축을 따른 축방향으로만이 아니라, (횡방향으로) 원주 방향으로 이동한다는 것을 의미한다.
등속 슬립 볼 조인트의 특히 바람직한 실시예에 따라, 외부 볼 트랙의 적어도 일부 및 내부 볼 트랙의 적어도 일부는 회전축에 대한 트랙-나선 각도에 있다. 이러한 트랙 나선 각도는 볼과 관련된 조인트의 제어 특성에 도움을 주며, 그러므로, 이는 등속 슬립 볼 조인트의 작동 중 모든 시점에서 축방향으로 후자의 위치를 정의한다. 특히, 외부 볼 트랙 및 내부 볼 트랙을 포함하고, 그 사이에 볼이 배열된, 적어도 한 쌍의 트랙은 상이한 방향으로 지향된 트랙-나선 각도로 설계되므로, 외부 볼 트랙은 내부 볼 트랙을 가로지른다.
따라서, 실린더형으로 설계된(즉, 케이지의 중심축에 평행한), 케이지의 내부 접촉 표면은 원뿔형이다. 이는, 특히, 케이지의 단부 측의 영역에서 케이지 엣지의 수축을 의미하며, 따라서, 케이지가 내부 조인트 부분과 관련하여 보다 현저한 규모로 편향되거나 및/또는 내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면의 경사 각도가 감소될 수 있다. 따라서, 내부 조인트 부분의 원뿔형의, 제2 접촉 표면에 의해 앞서 실현되었던, (대략 절반의) 편향 각도가 제2 접촉 표면 및 원뿔형의, 내부 접촉 표면 모두에 의해 형성되는 경우이다. 개방 각도 및 경사 각도는 함께 (특히, 최대) 절반의 편향 각도를 형성하거나, 또는 (미리 결정된, 특히, 원뿔 각도에 의해) 절반의 편향 각도보다 작다. 등속 슬립 볼 조인트의 운동학이 여기서 유지된다. 내부 조인트 부분이 편향 각도에 의해 외부 조인트 부분에 대해 편향된 경우, 중심축을 갖는 케이지가 절반의 편향 각도에 의해 회전축에 대해 선회되는 경우도 있다.
여기서 케이지의 외부 접촉 표면의 원뿔 각도는, 특히, 편향 각도의 절반에 상응한다. 바람직하게는, 등속 슬립 볼 조인트의 최대 편향 각도가 원뿔 각도를 통해 결정되는 경우이다. 이러한 목적으로 위해, 원뿔 각도는 개방 각도와 경사 각도의 합계보다 더 크다.
특히, 원뿔 각도는 최대 20 % 더 크거나 작고, 그러나 바람직하게는 개방 각도와 경사 각도의 합계보다 더 크다.
내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면의 경사 각도의 결과적인 감소는 내부 조인트 부분에서 볼의 인클로저(enclosure) 크기를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 인클로저의 크기는 조인트의 작동 도중 볼이 그를 따라 지지되는 내부 조인트 부분에서 볼 트랙의 측면 높이(원주 방향으로 볼 때)이다. 인클로저의 크기가 증가하면 내부 조인트 부분에 더 높은 토크가 가해질 수 있다. 또한, 등속 슬립 볼 조인트의 예상 수명과 마찬가지로, 피로 강도가 증가한다.
피로 강도 및 미리 정해진 수명를 증가시키기 위해, 지금까지 볼의 더 큰 지름의, 더 큰 인클로저가 이런 식으로 가능한, 내부 조인트 부분이 규칙적으로 사용되어 왔다.
내부 조인트 부분이 미리 정해진 편향 각도에 의해 외부 조인트 부분에 대해 편향된 경우, 케이지의 중심축은 특히, 절반의 편향 각도에 의해 회전축에 대해 기울어지며, 여기서, 상기 내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면은 내부 조인트 부분의 중심축에 대해 실린더형 또는 원뿔형이며 내부 조인트 부분의 중심축에 대해 적어도 0도의 경사 각도를 갖는다. 특히, 경사 각도 및 개구 각도의 합계는 최대 편향 각도의 (적어도) 절반이다.
따라서, 케이지의 원뿔형의 내부 접촉 표면은 특히, 내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면이 실린더형이 되고, 경사 각도는 이후 0도가 될 수 있게 한다. 특히, 개구 각도는 이때 최대 편향 각도의 (적어도) 절반에 상응하고; 조인트가 길이 방향 샤프트에 배열되는 경우, 개방 각도는 이때 최대 5도이며; 측면 샤프트에 배열되는 경우, 개구 각도는 최대 10도이다.
특히, (0도 이상의 경사 각도를 가진 경우) 예컨대, 조인트가 곧게 펴진 위치에 있을 때, 개구 각도 및 경사 각도는, 회전축에 대해, 상이한 방향으로, 또는 반대 방향으로 지향된다.
개구 각도 및 경사 각도는 동일한 값을 가질 수 있다.
개구 각도 및 경사 각도는 상이한 값을 가질 수 있다. 특히, 개구 각도의 값이 경사 각도의 값보다 더 큰 것이 바람직하다.
케이지의 내부 접촉 표면의 개구 각도가 가능한 크게 되도록 선택되고 및 내부 조인트 부분의 제2 접촉 표면의 경사 각도는 가능한 작게 되도록 선택되어, 내부 조인트 부분의 내부 볼 트랙에서 볼의 인클로저의 크기를 최대화시킬 수 있다. 특히, 적어도 2:1 또는 적어도 4:1까지, 바람직하게 대략 5:1의 경사 각도에 대한 개구 각도의 비율이 제안된다.
특히, 개구 각도는 적어도 4도가 되도록 제안되며; 바람직하게 적어도 8도 및 특히 바람직하게 적어도 12도가 되도록 제안된다.
특히, 케이지는 내부 접촉 표면이 원주 방향으로 주위에서 내내 진행되게 설계되도록 구성된다.
내부 접촉 표면은 내부 원주 표면에 배열되고, 외부 접촉 표면은 케이지의 외부 원주 표면에 배열되고, 여기서, 접촉 표면은 케이지의 중심축을 따라 지향되는 케이지의 2개의 단부 측에 (직접) 인접하여 각각 배열되고, 케이지 윈도우는, 단부 측면과 접촉 표면 사이에서, 원주 방향으로 서로 인접하여 배열된다. 특히, (비스듬하거나 둥근 모서리인) 챔퍼(chamfers)는 단부 측면과 접촉 표면 사이에 배열되고, 그러나 이들 챔버가 등속 슬립 볼 조인트의 기능에 영향을 미치지 않는다.
특히, 등속 슬립 볼 조인트에 관한 한, 변위 거리는 적어도 5 mm 및 최대 100 mm, 바람직하게 적어도 10 mm 및 최대 80 mm, 특히 바람직하게 적어도 30 mm, 특히 바람직하게 최대 60 mm이다.
변위 거리는, 특히, 등속 슬립 볼 조인트의 예상 작동 중 볼이 배열될 수 있는/배열되어야 하는 볼 트랙의 부분을 나타낸다. 여기서, 변위 거리는 특히 이른바 볼 트랙의 단부 영역을 커버하지 않으며, 볼이 거기에 배열되는 경우, 이미 등속 슬립 볼 조인트에 대한 기능적 제한이 존재한다. 여기서 달성 가능한 변위 거리는 트랙-나선 각도 및 볼의 지름에 따른다.
특히, 외부 조인트 부분은 각각의 경우에, 원주 방향으로 볼 때, 인접한 볼 트랙들 사이에 하나의 내부 크로스피스(crosspiece)를 갖는다. 제2 접촉 표면은 내부 크로스피스에 배열된다.
본 발명은 또한 여기에 제안된 적어도 하나의 등속 슬립 볼 조인트를 가진 자동차를 제안한다. 특히, 등속 슬립 볼 조인트는 승용차에 사용하기 위해 제안된다.
여기에서 사용된 숫자("제1", "제2", "제3" 등)는 주로 동일한 유형의 여러 객체, 값 또는 공정을 구별하는 데만 사용되며, 즉, 이들은 반드시 이들 객체, 값 또는 공정의 상호 의존성 및/또는 순서를 반드시 미리 결정하지는 않는다는 것을 알아야 한다. 의존성 및/또는 시퀀스가 필요한 경우, 여기에 명시적으로 지정되거나, 구체적으로 설명된 실시예들을 연구함에 따라 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명 및 기술 분야는 도면들을 참고하여 아래에서 더 자세하게 설명될 것이다. 본 발명은 도시된 예시적인 실시예에 의해 제한되도록 의도되지 않았다는 것이 지적되어야 한다. 특히, 달리 구체적으로 제시되지 않는 한, 도면에 설명된 주제의 특정 측면은 본 명세서 및/또는 도면으로부터 다른 구성 부분 및 발견을 추출하고 이와 조합될 수 있다. 동일한 참조 번호는 동일한 객체를 나타내고, 이는 다른 도면들로부터의 설명이 적절한 경우 보충적인 방식으로 사용될 수 있게 한다.
도 1은 곧게 펴진 상태의 공지된 등속 슬립 볼 조인트의 종방향 단면을 나타낸다.
도 2는 곧게 펴진 상태의 등속 슬립 볼 조인트의 종방향 단면을 나타낸다.
도 3은 편향된 상태의 도 1에 따른 공지된 등속 슬립 볼 조인트의 종방향 단면도이다.
도 4는 편향된 상태의 도 2를 따른 등속 슬립 볼 조인트의 종방향 단면도이다.
도 5는 도 1 및 도 3을 따른 공지된 등속 슬립 볼 조인트의 케이지의 종방향 단면도이다.
도 6은 도 2 및 도 4를 따른 등속 슬립 볼 조인트의 케이지의 종방향 단면도이다.
도 7은 도 1 및 도 3을 따른 공지된 등속 슬립 볼 조인트의 내부 조인트 부분의 종방향 단면도이다.
도 8은 도 2 및 도 4를 따른 등속 슬립 볼 조인트의 내부 조인트 부분의 종방향 단면도이다.
도 9는 도 8에 따른 내부 조인트 부분의 단면이다.
도 10은 내부 조인트 부분의 중심축을 따라 볼 때 도 9에 따른 내부 부분의 단면도이다.
도 11은 곧게 펴진 상태의 다른 등속 슬립 볼 조인트의 종방향 단면도이다.
도 12는 등속 슬립 볼 조인트를 참고하여 변위 경로의 단면을 보여준다.
도 1은 곧게 펴진 상태의 공지된 등속 슬립 볼 조인트(1)의 종방향 단면도이다. 등속 슬립 볼 조인트(1)는, 회전축(3) 및 외부 볼 트랙(4)을 가진 외부 조인트 부분(2), 내부 볼 트랙(6)을 가진 내부 조인트 부분(5), 각각 관련된 외부 및 내부 볼 트랙(4, 6)에서 안내되는 복수의 토크-전달 볼(7), 및 각각의 경우에 상기 하나 이상의 볼(7)을 수용하는 복수의 케이지 윈도우(9)가 제공되는 케이지(8)를 포함한다. 상기 외부 볼 트랙(4)은 외부 크로스피스(25)에 의해 서로 이격된다. 내부 볼 트랙(6)은 내부 크로스피스(26)에 의해 서로 이격된다.
외부 볼 트랙(4)의 적어도 일부분 및 내부 볼 트랙(6)의 적어도 일부분은 회전축(3)에 대해 트랙-나선 각도(11)로 있다. 변위 거리(10)를 따라, 각각의 볼 트랙(4, 6)의 바닥(12)은 방사상 방향(14)을 따라 각각의 일정 간격(13)(도 10 참고)만큼 회전축(3)에서 이격된다.
내부 조인트 부분(5)은 회전축(3)을 따라 변위 거리(10)만큼 외부 조인트 부분(2)에 대해 변위될 수 있다. 달성 가능한 변위 거리(10)는 트랙-나선 각도(11) 및 볼의 지름에 의존하며 도 1에서 또한 나머지 도면들(도 12 참고)에서 오직 개략적으로 특정될 수 있다.
내부 조인트 부분(5)이 편향된 경우, 내부 조인트 부분(5)은 곧게 펴진 위치(외부 조인트 부분(2)의 회전축(3) 및 내부 조인트 부분의 중심축(22)이 서로에 대해 동축으로 배열됨)로부터 편향된 위치(도 3 참고)로 선회된다. 도 3에서, 외부 조인트 부분(2)의 회전축(3) 및 내부 조인트 부분의 중심축(22)은 서로에 대해 최대 편향 각도(15)로 배열된다. 외부 조인트 부분(2)에 대한 내부 조인트 부분(5)의 최대 편향 각도(15)는 외부 조인트 부분(2)의 제1 접촉 표면(17)과 접촉을 형성하는 케이지(8)의 외부 접촉 표면(16)에 의해 미리 정해진다. 케이지(8)의 내부 접촉 표면(18) 및 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)은 여기서 서로 (단지) 이격된다. 등속 슬립 볼 조인트(1)에 관한 한, 조인트가 편향된 경우, 케이지(8)는 내부 조인트 부분(5)의 편향 각도(15)의 절반에 있다.
도 1에 따른 등속 슬립 볼 조인트(1)의 케이지(8)는, 외부에, 케이지의 중심축(20)에 대해 원뿔 각도(27)를 가진 (종방향 단면으로 볼 때) 원뿔형 외부 접촉 표면(16)을 가지며, 내부에, 실린더형 내부 접촉 표면(18)을 갖는다. 내부 조인트 부분(5)은 마찬가지로 내부 조인트 부분의 중심축(22)에 대한 경사 각도(23)로 원뿔형 제2 접촉 표면(19)을 갖는다. 케이지(8)의 외부 접촉 표면(16)의 원뿔 각도(27)와 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)의 경사 각도(23)는 여기서 값이 거의 같으며 동일한 각도로 지향된다. 외부 조인트 부분(2)에 대해 내부 조인트 부분(5)의 (최대) 달성 가능한 편향 각도(15)는 원뿔 각도(27) 값의 두 배에 상응한다.
도 2는 곧게 펴진 상태의 등속 슬립 볼 조인트(1)의 종방향 단면도이다. 도 1에 대해 언급한 것을 참고한다. 도 1을 따른 공지된 등속 슬립 볼 조인트(1)와 대조적으로, 등속 슬립 볼 조인트(1)의 케이지(8)는 중심축(20)을 가지며 케이지(8)의 내부 접촉 표면(18)은 원뿔형이며, 여기서, 상기 내부 접촉 표면(18)은, 케이지의 중심축(20)에 대해, 0도 이상, 이 경우 대략 4도의 개방 각도(21)에 있다.
이러한 등속 슬립 볼 조인트(1)에 관한 한, 케이지(8)의 내부 접촉 표면(18)은, 실린더형으로 설계되기 보다는(즉, 도 1을 참고하면, 케이지의 중심선(20)에 평행한), 원뿔형이다. 이는 케이지(8)의 단부 측(29)의 영역에서 케이지 엣지(28)의 수축(retraction)을 의미한다. 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)의 경사 각도(23)의 결과적인 감소는 내부 조인트 부분(5)에서의 볼(7)의 인클로저의 크기를 증가시킬 수 있게 한다. 그러나, 등속 슬립 볼 조인트(1)의 운동학은, 여기서, 유지되고, 즉, 내부 조인트 부분(5)이 편향 각도(15)에 의해 외부 조인트 부분(2)에 대해 편향된 경우에 유지되고, 또한, 중심축(20)을 갖는, 케이지(8)가 편향 각도(15)의 절반만큼 회전축(3)에 대해 선회되는 경우도 유지된다.
또한, 여기서, 케이지(8)의 외부 접촉 표면(16)의 원뿔 각도(27)는 (도 1에서와 같이) 절반의 편향 각도(15)에 상응한다.
도 2에서, 개구 각도(21) 및 경사 각도(23)는 동일한 값을 가진다. 개구 각도(21)와 경사 각도(23)는 회전축(3)에 대해 서로 반대 방향으로 지향된다.
도 3은 편향된 상태의 도 1에 따른 공지된 등속 슬립 볼 조인트(1)의 종방향 단면도이다. 상기 도 1과 관련하여 언급한 것을 참고한다. 도 3에서, 내부 조인트 부분(5)은 최대 편향 각도(15)만큼 외부 조인트 부분(2)에 대해 편향된 상태로 배열된다. 외부 조인트 부분(2)에 대해 내부 조인트 부분(5)의 최대 편향 각도(15)는 외부 조인트 부분(2)의 제1 접촉 표면(17)과 접촉을 형성하는 케이지(8)의 외부 접촉 표면(16)에 의해 미리 정해진다. 케이지(8)의 내부 접촉 표면(18)과 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)은 여기서 서로 접촉을 형성하지 않는다. 등속 슬립 볼 조인트(1)에 관한 한, 조인트가 편향된 경우, 케이지(8)는 내부 조인트 부분(5)의 편향 각도(15)의 절반에 있다.
도 4는, 편향된 상태에 있는, 도 2에 따른 등속 슬립 볼 조인트(1)의 종방향 단면도이다. 상기 도 2 및 3과 관련하여 언급한 것을 참고한다.
도 3과 대조적으로, 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)의 경사 각도(23)에서의 결과적인 감소는 내부 조인트 부분(5)에서의 볼(7)의 인클로저의 크기를 증가시킬 수 있게 한다. 그러나, 여기서 등속 슬립 볼 조인트(1)의 운동학은 유지되며, 즉, 내부 조인트 부분(5)이 편향 각도(15)에 의해 외부 조인트 부분(2)에 대해 편향되는 경우에 유지되고, 또한 중심축(20)을 가진 케이지(8)가 편향 각도(15)의 절반만큼 회전축(3)에 대해 유지된다.
또한, 케이지(8)의 외부 접촉 표면(16)의 원뿔 각도(27)는 여기서 편향 각도(15)의 절반(도 1 및 3에서와 같이)에 상응한다.
도 5는 도 1 및 3에 따른 공지된 등속 슬립 볼 조인트(1)의 케이지(8)의 종방향 단면도이다. 도 6은 도 2 및 4를 따른 등속 슬립 볼 조인트(1)의 케이지(8)의 종방향 단면도이다. 도면들은 아래에서 어느 정도 함께 설명될 것이다. 케이지(8)는 내부 접촉 표면(18)이 원주 방향(24)으로 둘레에 모든 방향으로 연장되게 설계되도록 구성된다. 내부 접촉 표면(18)은 케이지(8)의 내부 원주 표면(32) 상에 배열되고, 외부 접촉 표면(16)은 케이지(8)의 외부 원주 표면(31) 상에 배열되며, 여기서, 접촉 표면(16, 18)은 각각 케이지(8)의 2개의 단부 측(29)에 (직접) 인접하여 배열되며, 이는 케이지의 중심축(20)을 따른 방향으로 지향되며, 여기서 상기 케이지 윈도우(9)는 단부 측면(9)들과 접촉 표면(16, 18) 사이에서 원주 방향(24)으로 서로 인접하여 배열된다.
공지된 등속 슬립 볼 조인트(1)가 도 5에 따른 케이지를 가진 것과 반대로, 실린더형 내부 접촉 표면(18)을 통해, 도 6에 따른 등속 슬립 볼 조인트(1)의 케이지(8)의 내부 접촉 표면(18)은 원뿔형이며, 여기서, 내부 접촉 표면(18)은 케이지의 중심축(20)에 대해, 이 경우 거의 4도인, 0도 이상의 개방 각도(21)에 있다.
도 7은 도 1 및 3에 따른 공지된 등속 슬립 볼 조인트(1)의 내부 조인트 부분(5)의 종방향 단면도이다. 도 8은 도 2 및 4에 따른 등속 슬립 볼 조인트(1)의 내부 조인트 부분(5)의 종방향 단면도이다. 도 7 및 8은 아래에서 함께 설명될 것이다.
내부 조인트 부분(5)은 각각 내부 조인트 부분의 중심축(22)에 관련된 경사 각도(23)에서 원뿔형 제2 접촉 표면(19)을 갖는다. 도 7에 따른 내부 조인트 부분(5)의 경사 각도(23)가 도 8에 따른 내부 조인트 부분(5)의 경사 각도(23)보다 상당히 더 큰 것을 알 수 있다.
도 9는 도 8에 따른 내부 조인트 부분(5)의 측면도이다. 내부 조인트 부분(5)은 내부 볼 트랙(6)을 가지며, 그 각각에는 각각의 토크-전달 볼(7)이 배열될 수 있다. 내부 볼 트랙(6)의 적어도 일부는 회전축(3)에 대해 트랙-나선 각도(11)로 있다. 각각의 볼 트랙(6)의 바닥(12)은, 변위 거리(10)를 따라, 방사상 방향(14)을 따라 각각 일정한 간격(13) 만큼 회전축(3)에서 이격된다(도 10 참고). 내부 조인트 부분(5)은, 각 경우에, 원주 방향(24)에서 볼 때, 인접한 내부 볼 트랙(6)들 사이에 하나의 내부 크로스피스(26)를 갖는다. 제2 접촉 표면(19)은 내부 크로스피스(26) 상에 배열된다.
내부 크로스피스(26)는 각각 볼-트랙 바닥(12) 너머 방사상 방향(14)으로 연장되며 따라서 볼 트랙(6)의 측면 둘레 및 볼의 인클로저(30)를 형성한다.
도 9는 도 10에 따른 예시의 단면을 도시한다.
도 10은 내부 조인트 부분의 중심선(22)을 따라 볼 때의 단면으로(도 9에서 예시된 것처럼) 도 9에 따른 내부 조인트 부분(5)을 도시한다. 내부 볼 트랙(6)에서의 볼(7)은 여기서 점선으로 도시되어 있다.
케이지(8)의 내부 접촉 표면(18)의 원뿔형 설계에 의해 달성된 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)의 경사 각도(23)의 감소는, 이때, 내부 조인트 부분(5)의 볼(7)의 인클로저(30)의 크기를 증가시킬 수 있게 한다(표시된 인클로저(30)의 더 큰 크기 참조). 인클로저(30)의 크기는 (원주 방향(24)에서 볼 때) 조인트의 작동 중 볼(7)이 지지되는 내부 조인트 부분(5)의 볼 트랙(6)의 (방사상 방향(14)에서의) 측면 높이이다. 인클로저(30)의 크기 증가는 내부 조인트 부분(5)에더 높은 토크가 가해지게 할 수 있다. 더욱이, 그러므로 등속 슬립 볼 조인트(1)의 예상 수명과 마찬가지로, 피로 강도가 증가된다.
도 11은 곧게 펴진 상태의 다른 등속 슬립 볼 조인트(1)의 종방향 단면도이다. 도 2에 대해 언급한 것을 참고한다. 여기서 또한, 케이지(8)의 내부 접촉 표면(18)은 도 2에서와 같이 원뿔형이며, 내부 접촉 표면(18)은, 이 경우, 케이지의 중심축(20)에 대해, 거의 4도인, 0도 이상의 개구 각도(21)로 있는다.
여기서, 도 2에 따른 등속 슬립 볼 조인트(1)와 달리, 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)은 내부 조인트 부분의 중심축(22)에 대해 실린더형이며, 따라서, 내부 조인트 부분의 중심축(22)에 대해 0도의 경사 각도(23)에 있다. 여기서 경사 각도(23)와 개방 각도(21)의 합계가 최대 편향 각도(15)의 절반보다 더 작고 원뿔 각도(27)보다 더 작다.
그러므로 케이지(8)의 원뿔형 내부 접촉 표면(18)은 특히 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)이 실린더형이 되게 할 수 있고, 이 경우 경사 각도(23)는 0도이다.
도 12는 등속 슬립 볼 조인트를 참조하여 변위 거리(10)의 단면도를 도시한다. 내부 조인트 부분(5)은 외부 조인트 부분(2)과 관련하여 회전축(3)을 따라 변위 거리(10)만큼 변위될 수 있다. 달성 가능한 변위 거리(10)는 트랙-나선 각도(11) 및 볼(7)의 직경에 의존한다. 도 12에 도시된 상부 부분의 내부 조인트 부분(5)은 회전축(3)을 따라 외부 조인트 부분(2) 밖으로 최대 규모로 변위되었다. 도 12의 회전축(3)은 회전축(3)을 따라 외부 조인트 부분(2) 내로 최대로 변위되었다.
1: 등속 슬립 볼 조인트 2: 외부 조인트 부분
3: 회전축 4: 외부 볼 트랙
5: 내부 조인트 부분 6: 내부 볼 트랙
7: 볼 8: 케이지
9: 케이지 윈도우 10: 변위 거리
11: 트랙-나선 각도 12: 볼-트랙 바닥
13: 간격 14: 방사상 방향
15: 편향 각도 16: 외부 접촉 표면
17: 제1 접촉 표면 18: 내부 접촉 표면
19: 제2 접촉 표면 20: 케이지의 중심축
21: 개방 각도 22: 내부 조인트 부분의 중심축
23: 경사 각도 24: 원주 방향
25: 외부 크로스피스 26: 내부 크로스피스
27: 원뿔 각도 28: 케이지 엣지
29: 단부 측 30: 인클로저(의 크기)
31: 외부 원주 표면 32: 내부 원주 표면

Claims (10)

  1. 회전축(3) 및 외부 볼 트랙(4)을 가진 외부 조인트 부분(2), 내부 볼 트랙(6)을 가진 내부 조인트 부분(5), 각각 관련된 외부 및 내부 볼 트랙(4, 6) 내에서 안내되는 복수의 토크-전달 볼(7), 및 각 경우에 하나 이상의 볼(7)을 수용하는 복수의 케이지 윈도우(9)가 제공된 케이지(8)를 포함하는 등속 슬립 볼 조인트(1)에 있어서,
    여기서, 상기 내부 조인트 부분(5)은 상기 회전축(3)을 따라 변위 거리(10)만큼 외부 조인트 부분(2)에 대해 변위될 수 있으며; 여기서, 상기 외부 볼 트랙(4)의 적어도 일부 및 내부 볼 트랙(6)의 적어도 일부는 회전축(3)에 대해 트랙-나선 각도(11)에 있고; 여기서, 상기 변위 거리(10)의 경로를 따른 각 볼 트랙(4, 6)의 바닥(12)은 방사상 방향(14)을 따라 각각 일정한 간격(13)으로 회전축(3)에서 이격되며; 여기서, 상기 외부 조인트 부분(2)에 대한 내부 조인트 부분(5)의 최대 편향 각도(15)는 외부 조인트 부분(2)의 제1 접촉 표면(17)과 접촉을 형성하는 케이지(8)의 외부 접촉 표면(16) 및 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)과 접촉을 형성하는 케이지(8)의 내부 접촉 표면(18) 중 적어도 하나에 의해 미리 결정되며; 여기서, 상기 케이지(8)는 중심축(20)을 가지며 내부 접촉 표면(18)은 원뿔형이고; 여기서, 상기 내부 접촉 표면(18)은 케이지의 중심축(20)에 대해 0도 이상의 개방 각도(21)에 있으며,
    상기 내부 조인트 부분(5)이 편향 각도(15)만큼 상기 외부 조인트 부분(2)에 대해 편향되는 경우, 상기 케이지의 중심축(20)은 상기 편향 각도(15)의 절반만큼 회전축(3)에 대해 경사지고, 여기서, 상기 내부 조인트 부분(5)의 제2 접촉 표면(19)은 내부 조인트 부분의 중심축(22)에 대해 실린더형 또는 원뿔형이며 내부 조인트 부분의 중심축(22)에 대해 적어도 0도의 경사 각도(23)에 있으며, 상기 경사 각도(23)와 개방 각도(21)의 합은 최대 편향 각도(15)의 절반 이하인, 등속 슬립 볼 조인트(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 개방 각도(21) 및 경사 각도(23)는 동일한 값을 가진, 등속 슬립 볼 조인트(1).
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 개방 각도(21) 및 경사 각도(23)는 상이한 값을 가진, 등속 슬립 볼 조인트(1).
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 개방 각도(21)의 값은 경사 각도(23) 값보다 더 큰, 등속 슬립 볼 조인트(1).
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개방 각도(21)는 적어도 4도(°)인, 등속 슬립 볼 조인트(1).
  6. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 접촉 표면(18)은 원주 방향(24)으로 둘레에 모든 방향으로 연장되도록 설계되는, 등속 슬립 볼 조인트(1).
  7. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변위 거리(10)는 적어도 10 mm인, 등속 슬립 볼 조인트(1).
  8. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 조인트 부분(2)은, 원주 방향(24)으로 볼 때, 각각의 경우 인접한 볼 트랙(4)들 사이에 하나의 외부 크로스피스(25)를 가지며; 여기서, 상기 제1 접촉 표면(17)은 상기 외부 크로스피스(25)에 배열되는, 등속 슬립 볼 조인트(1).
  9. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 조인트 부분(5)은, 원주 방향(24)으로 볼 때, 각각의 경우 인접한 볼 트랙(6)들 사이에 하나의 내부 크로스피스(26)를 가지며; 여기서, 상기 제2 접촉 표면(19)은 상기 내부 크로스피스(26)에 배열되는, 등속 슬립 볼 조인트(1).
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