KR102488403B1 - 등속 조인트 - Google Patents

Abstract

등속 조인트가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 등속 조인트는 저절각 또는 고절각의 작동 범위에서 구름 접촉되는 볼의 안정적인 작동과 케이지의 내구 수명이 향상된 등속 조인트를 제공한다.

Description

등속 조인트{Constant velocity joint}

본 발명은 등속 조인트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내구성을 향상시키고 고절각에서 정적인 작동을 가능하게 할 수 있는 등속 조인트에 관한 것이다.

일반적으로 조인트는 회전축의 각도가 서로 다른 회전축에 회전동력(토크)을 전달하기 위한 것으로서, 동력전달각도가 작은 추진축의 경우에는 후크 조인트, 플렉시블 조인트 등이 사용되고, 동력전달 각도가 큰 전륜 구동차의 구동축의 경우에는 등속 조인트가 사용된다.

상기 등속 조인트는 구동 축과 피동축의 교차각이 큰 경우에도 등속으로 원활하게 동력을 전달할 수 있기 때문에 독립 현가 방식의 전륜 구동차의 액슬축에 주로 사용되며, 샤프트를 중심으로 변속기측(인보드측)은 트라이포드식 등속 조인트나 슬라이드형 볼 타입 등속 조인트로 이루어지고, 샤프트를 중심으로 휠 측(아웃보드측)은 고정형 볼 타입 등속 조인트로 이루어진다.

변속기측의 트라이포드식 등속 조인트나 슬라이드형 볼 타입 등속 조인트는 축 방향 운동과 절각 운동을 통해 차량의 변위를 흡수하고, 휠측의 고정형 볼 타입 등속 조인트는 휠 측의 조향각 만큼 회전하여 등속으로 동력을 전달한다.

상기한 고정형 볼 타입 등속 조인트는, 외륜과 내륜의 트랙이 곡선으로만 이루어져 최대 절각이 47도인 볼 조인트와, 외륜과 내륜의 트랙이 곡선과 직선으로 이루어져 최대 절각이 50도인 언더컷 볼 조인트로 나뉜다.

종래의 차량용 볼 타입 등속 조인트는, 케이지 및 내륜이 볼을 고정하고 있으며, 조향에 따라 볼이 외륜의 내주면에 길이방향으로 형성되어 있는 그루브내에서 이동되는 구조로 이루어진다.

예를 들어 허브측에 체결되는 등속 조인트의 경우 차량의 조향에 따라 절각을 하는 기능을 가진다. 좁은 도로 여건에서 차량의 회전 반경의 축소는 차량개발에 있어서 중요한 요인으로 작용하였으며 종래의 등속 조인트에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 등속 조인트는 차량의 주행 상태에 따라 특정 고절각으로 볼(30)이 외륜(10)의 내측에서 외측 또는 외측에서 내측으로 그루브를 따라 이동하게 된다.

종래의 등속 조인트는 일 예로 고절각이 0도 일 경우 볼(30)이 그루브와 접촉되는 접촉 면적을 AO, Ai 하고, 특정 고절각에서 볼(30)과 그루브의 접촉 면적을 AO' Ai'라 가정할 때 상기 접촉 면적은 AO, Ai > AO' Ai'의 관계가 성립된다.

즉 등속 조인트가 고절각 상태로 작동될 때 볼(30)과 그루브간의 접촉 면적이 감소하여 불필요한 진동 및 소음이 발생되고 내구성이 약해지는 문제점이 유발되었다.

이와 함께 종래의 등속 조인트에서 볼(30)은 고절각에서 그루부간 퍼널각에 의해 도2에 도시된 바와 같이 한 방향의 힘을 받고 케이지(40)를 밀어내는 힘(F)이 발생하여 케이지(40)의 강도를 저하시키는 문제점이 유발되었다.

이와 같이 종래의 등속 조인트는 전술한 문제점과 더불어서 볼(30)이 접촉하는 구간에서 곡선 그루브 사이를 직선 그루부가 연결하여 전체적인 그루부를 구성하게 된다.

상기 볼(30)은 작동각이 작을 때 외륜(10)과 내륜(20)의 직선 그루브 구간의 방향이 일치하여 볼(30)에 작용하던 캠 작용이 부족하게 됨으로써 상기 볼(30)이 끼이는 현상(Locking) 발생되어 안정적인 작동과 끼임이 발생되지 않는 등속 조인트에 대한 개발의 필요성이 대두되었다.

대한민국등록특허 제10-1187529호

본 발명의 실시 예들은 볼의 끼임을 방지하고, 케이지의 강도가 개선된 등속 조인트를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시 예는 등속 조인트의 중심(CO)을 바라보며 내측면 바깥쪽 방향에서 소정의 곡률로 연장된 제1 외륜곡선구간(Ro1)과, 상기 제1 외륜 곡선구간(Ro1)과 반대 방향의 곡률을 갖고 안쪽을 향해 소정의 곡률로 연장된 제1 외륜 경사구간(Ro2)과, 상기 제1 외륜 경사구간(Ro2)의 연장된 단부에서 제1 외륜 경사구간(Ro2)과 반대 방향의 곡률을 갖고 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 제2 외륜 곡선구간(Ro3)이 형성된 외륜(100); 상기 외륜(100)의 내부에 설치되며 외주면 안쪽에서부터 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 연장된 제1 내륜 곡선구간(Ri1)과, 상기 제1 내륜 곡선구간(Ri1)과 반대 방향의 곡률을 갖고 안쪽을 향해 소정의 곡률로 연장된 제2 내륜 경사구간(Ri2)과, 상기 제2 내륜 경사구간(Ri2)의 연장된 단부에서 제2 내륜 경사구간(Ri2)과 반대 방향의 곡률을 갖고 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 제3 내륜 곡선구간(Ri3)이 형성된 내륜(200); 상기 외륜(100)의 회전동력을 상기 내륜(200)에 전달하기 위해 상기 외륜(100)과 상기 내륜(200) 사이에서 구름 접촉되는 다수개의 볼(300); 및 상기 볼(300)을 지지하는 케이지(400)를 포함한다.
상기 등속 조인트의 중심(CO)을 기준으로 X축 방향에서 소정의 거리로 이격 되고 상기 외륜(100)의 중심(C1)이 위치된 제1 오프셋(f1)과, 상기 등속 조인트의 중심(CO)을 기준으로 상기 제1 오프셋(f1)과 X축 방향에서 반대방향으로 서로 동일한 거리로 이격 되고, 상기 내륜(200)의 중심(C2)이 위치된 제2 오프셋(f2)이 유지된다.
상기 제2 외륜 곡선구간(Ro3)은 상기 제1 외륜 곡선구간(Ro1) 보다 상대적으로 작은 곡률로 연장된다.
상기 제3 내륜 곡선구간(Ri3)은 상기 제1 내륜 곡선구간(Ri1) 보다 상대적으로 작은 곡률로 연장된다.
상기 제1 외륜곡선구간(Ro1)은 상기 제1 오프셋(f1)에 위치한 중심(C1)을 갖고 연장되고, 상기 제2 외륜 곡선구간(Ro3)은 상기 제2 오프셋(f2)에 위치한 중심(C2)을 갖고 연장된 것을 특징으로 한다.
상기 볼(300)의 중심선(CL1)에서 상기 등속 조인트의 중심선(CLO)과 Y축 방향에서 동일 거리만큼 이격된 중심선(CL2)을 기준으로 상기 등속 조인트의 중심(CO)에서 X축 방향에서 소정의 거리로 이격된 중심(C3)을 갖는 제3 오프셋(f3)과, 상기 제3 오프셋(f3)과 X축 방향에서 반대방향으로 서로 동일한 거리로 이격된 중심(C4)를 갖는 제4 오프셋(f4)이 유지된다.
상기 볼(300)은 구동 축과 피동 축의 절각 범위가 ±10도 이상에 해당되는 고절각 위치에서 상기 케이지(400)를 향해 가하는 분력은 상기 케이지(400)의 상측과 하측 위치에서 각각 반대 방향으로 가해지는 것을 특징으로 한다.
상기 볼(300)은 구동 축과 피동 축의 절각 범위가 0도 ~ ±10도 이내에 해당되는 저절각 위치에서 상기 케이지(400)를 향해 가하는 분력 방향은 상기 케이지(400)의 상측과 하측 위치에서 동일 방향으로 가해지는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 실시 예들은 등속 조인트가 저절각 또는 고절각 위치에서 볼의 접촉 면적이 일정하게 유지되어 케이지의 강도 저하를 예방하고, 진동 및 소음 발생을 최소화 시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 고절각 위치에서 볼의 분력이 반대 방향으로 가해지게 되어 케이지의 강도가 개선되고, 등속 주행에 따른 안정성이 향상된다.

본 발명의 실시 예들은 저절각 위치에서 볼의 끼임이 방지되고, 상기 볼에 작용하는 힘이 안정적으로 유지될 수 있다.

도 1내지 도 3은 종래의 등속 조인트를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 등속 조인트의 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 등속 조인트의 종 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 등속 조인트에서 볼의 접촉 면적을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 등속 조인트가 고절각 위치일 때의 작동 상태도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 의한 등속 조인트가 저절각 위치일 때의 작동 상태도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 등속 조인트에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 등속 조인트의 분해 사시도 이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 등속 조인트의 종 단면도 이다.

첨부된 도 4내지 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 등속 조인트는 고절각으로 작동될 때 볼(300)과 그루브의 접촉 면적이 증대되어 내구성이 증대되고, 볼(300)의 끼임이 방지되어 안정적인 작동을 도모할 수 있다.

이를 위해 본 실시 예는 등속 조인트의 중심(CO)을 바라보며 바깥쪽 방향에서 소정의 곡률로 연장된 제1 외륜곡선구간(Ro1)과, 상기 제1 외륜 곡선구간(Ro1)과 반대 방향의 곡률을 갖고 안쪽을 향해 소정의 곡률로 연장된 제1 외륜 경사구간(Ro2)과, 상기 제1 외륜 경사구간(Ro2)의 연장된 단부에서 제1 외륜 경사구간(Ro2)과 반대 방향의 곡률을 갖고 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 제2 외륜 곡선구간(Ro3)이 형성된 외륜(100)이 구비된다.

그리고 외륜(100)의 내부에 설치되며 외주면 안쪽에서부터 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 연장된 제1 내륜 곡선구간(Ri1)과, 상기 제1 내륜 곡선구간(Ri1)과 반대 방향의 곡률을 갖고 안쪽을 향해 소정의 곡률로 연장된 제2 내륜 경사구간(Ri2)과, 상기 제2 내륜 경사구간(Ri2)의 연장된 단부에서 제2 내륜 경사구간(Ri2)과 반대 방향의 곡률을 갖고 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 제3 내륜 곡선구간(Ri3)이 형성된 내륜(200)이 구비된다.

또한 상기 외륜(100)의 회전동력을 상기 내륜(200)에 전달하기 위해 상기 외륜(100)과 상기 내륜(200) 사이에서 구름 접촉되는 다수개의 볼(300) 및 상기 볼(300)을 지지하는 케이지(400)가 구비된다.

상기 외륜(100)은 구동 축이 결합되어 회전력을 전달받아 회전되고, 제1 외륜곡선구간(Ro1)과, 제1 외륜 경사구간(Ro2)과, 제2 외륜 곡선구간(Ro3)이 순차적으로 형성되고, 상기 볼(300)은 제1 외륜곡선구간(Ro1)과, 제1 외륜 경사구간(Ro2)과, 제2 외륜 곡선구간(Ro3)과 구름 접촉되면서 이동이 이루어진다.

본 실시 예는 후술할 제1,2 오프셋(f1, f2)이 유지되는 조건에서 제1 외륜 경사구간(Ro2)이 상기 제1,2 외륜곡선구간(Ro1, Ro3)과 곡률진 방향이 반대로 형성된다.

즉 상기 제1 외륜곡선구간(Ro1)은 상기 제1 오프셋(f1)에 위치한 중심(C1)을 갖고 외륜(100)의 바깥쪽을 향해 라운드지게 연장되고, 상기 제2 외륜 곡선구간(Ro3)은 상기 제2 오프셋(f2)에 위치한 중심(C2)을 갖고 외륜(100)의 안쪽을 향해 라운드지게 연장된다. 여기서 바깥쪽은 등속 조인트의 중심(CO)를 기준으로 반경 방향 외측을 향하는 방향을 의미한다.

또한 상기 제1 외륜 경사구간(Ro2)은 상기 제1,2 외륜곡선구간(Ro1, Ro3)의 곡률진 방향이 반대로 상기 볼(300)을 향해 라운드 지게 연장된다.

이와 같이 제1 외륜 경사구간(Ro2)이 곡률진 방향성이 상이하게 형성될 경우 상기 볼(300)의 안정적인 작동을 도모할 수 있어 케이지(400)에 가해지는 국부적인 응력을 감소시켜 강도를 개선하여 소음 및 진동 발생을 최소화 시킬 수 있다.

내륜(200)은 제2 내륜 경사구간(Ri2)이 상기 제1 내륜 곡선구간(Ri1)과, 제3 내륜 곡선구간(Ri3)의 곡률진 방향과 반대 방향으로 형성된다.

즉 상기 제2 내륜 경사구간(Ri2)은 후술할 중심(C3)을 갖고 내륜(200)의 반경 방향 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 라운지게 연장된다.

이와 같이 제2 내륜 경사구간(Ri2)이 연장될 경우 상기 제1 외륜 경사구간(Ro2)과 접촉되는 볼의 접촉 면적이 증가하게 되며 이에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 제2 외륜 곡선구간(Ro3)은 상기 제1 외륜 곡선구간(Ro1) 보다 상대적으로 작은 곡률로 연장되고, 상기 제3 내륜 곡선구간(Ri3)은 상기 제1 내륜 곡선구간(Ri1) 보다 상대적으로 작은 곡률로 연장된다.

이와 같이 제2 외륜 곡선구간(Ro3)과, 제3 내륜 곡선구간(Ri3)이 전술한 곡률로 연장될 경우 고절각 또는 저절각의 각도 조건에서 볼(300)의 안정적인 작동과 함께, 끼임이 예방될 수 있다. 또한 상기 볼(300)이 케이지(400)를 향해 가해지는 응력이 감소될 수 있어 상기 케이지(400)의 내구성도 향상시킬 수 있다.
참고로 상기 고절각 위치는 상기 볼(300)이 구동 축과 피동 축의 절각 범위가 ±10도 이상에 해당되는 위치를 의미하고, 상기 저절각 위치는 구동 축과 피동 축의 절각 범위가 0도 ~ ±10도 이내에 해당되는 위치를 의미한다.

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본 실시 예는 등속 조인트의 중심(CO)을 기준으로 X축 방향에서 소정의 거리로 이격 되고 상기 외륜(100)의 중심(C1)이 위치된 제1 오프셋(f1)과, 상기 등속 조인트의 중심(CO)을 기준으로 상기 제1 오프셋(f1)과 X축 방향에서 반대방향으로 서로 동일한 거리로 이격 되고, 상기 내륜(200)의 중심(C2)이 위치된 제2 오프셋(f2)이 유지된다.

제1,2 오프셋(f1, f2)과 함께 전술한 제1 외륜 경사구간(Ro2)과, 제2 내륜 경사구간(Ri2)이 연장될 경우 고절각 또는 저절각의 조건에서 볼(300)의 이동이 안정적으로 이루어질 수 있다.

상기 볼(300)의 중심선(CL1)에서 상기 등속 조인트의 중심선(CLO)과 Y축 방향에서 동일 거리만큼 이격된 중심선(CL2)을 기준으로 상기 등속 조인트의 중심(CO)에서 X축 방향에서 소정의 거리로 이격된 중심(C3)을 갖는 제3 오프셋(f3)과, 상기 제3 오프셋(f3)과 X축 방향에서 반대방향으로 서로 동일한 거리로 이격된 중심(C4)를 갖는 제4 오프셋(f4)이 유지된다.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예는 전술한 제1 외륜 경사구간(Ro2)과, 제2 내륜 경사구간(Ri2)의 곡률진 방향에 의해 저절각 상태일 때 볼(300)과의 접촉되는 접촉 면적을 AO, Ai 하고, 고절각에서 볼(300)과 접촉 면적을 AO' Ai'라 가정할 때 상기 접촉 면적은 서로 간에 비슷하게 유지되므로 케이지(400)의 내구수명이 연장되고 진동 및 소음이 발생이 최소화 된다.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 실시 예는 등속 조인트가 고절각의 각도 범위에서 작동될 경우 케이지(400)를 밀어내는 분력(F1, F2)이 화살표 방향으로 가해지거나, 반대 방향 분력((F1', F2')이 가해지는 경우에도 케이지(400)의 특정 위치에 집중되지 않고 분산됨으로써 강도 저하가 최소화 된다.

이 경우 볼(300)에 상이한 방향으로 각각 분력을 발생시켜 방향성을 유지하고, 외륜(100) 또는 내륜(200)과 끼임이 발생되지 않고 안정적으로 볼 조인트의 작동을 도모할 수 있다.

첨부된 도 8을 참조하면, 등속 조인트는 저절각의 각도 범위(0도 내지 ±10도)에서 특정 각도로 작동될 때 볼(300)의 끼임이 방지되도록 절각되기 이전에 퍼넬각이 볼(300)에 작용하여 끼임이 방지되고, 절각력이 축소된다.

이 경우 등속 조인트는 볼(300)이 특정 위치에서 케이지에 끼이거나 이동성에 지장이 발생되지 않고 안정적으로 구름 접촉될 수 있어 작동 안정성이 향상된다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 외륜
200 : 내륜
300 : 볼
400 : 케이지

Claims (8)

1. 등속 조인트의 중심(CO)을 바라보며 내측면 바깥쪽 방향에서 소정의 곡률로 연장된 제1 외륜곡선구간(Ro1)과, 상기 제1 외륜 곡선구간(Ro1)과 반대 방향의 곡률을 갖고 안쪽을 향해 소정의 곡률로 연장된 제1 외륜 경사구간(Ro2)과, 상기 제1 외륜 경사구간(Ro2)의 연장된 단부에서 제1 외륜 경사구간(Ro2)과 반대 방향의 곡률을 갖고 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 제2 외륜 곡선구간(Ro3)이 형성된 외륜(100);
   상기 외륜(100)의 내부에 설치되며 외주면 안쪽에서부터 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 연장된 제1 내륜 곡선구간(Ri1)과, 상기 제1 내륜 곡선구간(Ri1)과 반대 방향의 곡률을 갖고 안쪽을 향해 소정의 곡률로 연장된 제2 내륜 경사구간(Ri2)과, 상기 제2 내륜 경사구간(Ri2)의 연장된 단부에서 제2 내륜 경사구간(Ri2)과 반대 방향의 곡률을 갖고 바깥쪽을 향해 소정의 곡률로 제3 내륜 곡선구간(Ri3)이 형성된 내륜(200);
   상기 외륜(100)의 회전동력을 상기 내륜(200)에 전달하기 위해 상기 외륜(100)과 상기 내륜(200) 사이에서 구름 접촉되는 다수개의 볼(300); 및
   상기 볼(300)을 지지하는 케이지(400)를 포함하는 등속 조인트.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 등속 조인트의 중심(CO)을 기준으로 X축 방향에서 소정의 거리로 이격 되고 상기 외륜(100)의 중심(C1)이 위치된 제1 오프셋(f1)과,
   상기 등속 조인트의 중심(CO)을 기준으로 상기 제1 오프셋(f1)과 X축 방향에서 반대방향으로 서로 동일한 거리로 이격 되고, 상기 내륜(200)의 중심(C2)이 위치된 제2 오프셋(f2)이 유지되는 등속 조인트.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 외륜 곡선구간(Ro3)은 상기 제1 외륜 곡선구간(Ro1) 보다 상대적으로 작은 곡률로 연장된 등속 조인트.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제3 내륜 곡선구간(Ri3)은 상기 제1 내륜 곡선구간(Ri1) 보다 상대적으로 작은 곡률로 연장된 등속 조인트.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 외륜곡선구간(Ro1)은 상기 제1 오프셋(f1)에 위치한 중심(C1)을 갖고 연장되고,
   상기 제2 외륜 곡선구간(Ro3)은 상기 제2 오프셋(f2)에 위치한 중심(C2)을 갖고 연장된 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 볼(300)의 중심선(CL1)에서 상기 등속 조인트의 중심선(CLO)과 Y축 방향에서 동일 거리만큼 이격된 중심선(CL2)을 기준으로 상기 등속 조인트의 중심(CO)에서 X축 방향에서 소정의 거리로 이격된 중심(C3)을 갖는 제3 오프셋(f3)과,
   상기 제3 오프셋(f3)과 X축 방향에서 반대방향으로 서로 동일한 거리로 이격된 중심(C4)를 갖는 제4 오프셋(f4)이 유지되는 등속 조인트.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 볼(300)은 구동 축과 피동 축의 절각 범위가 ±10도 이상에 해당되는 고절각 위치에서 상기 케이지(400)를 향해 가하는 분력은 상기 케이지(400)의 상측과 하측 위치에서 각각 반대 방향으로 가해지는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 볼(300)은 구동 축과 피동 축의 절각 범위가 0도 ~ ±10도 이내에 해당되는 저절각 위치에서 상기 케이지(400)를 향해 가하는 분력 방향은 상기 케이지(400)의 상측과 하측 위치에서 동일 방향으로 가해지는 것을 특징으로 하는 등속 조인트.
   

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