KR102614131B1

KR102614131B1 - 등속조인트 허브 결합구조

Info

Publication number: KR102614131B1
Application number: KR1020180056416A
Authority: KR
Inventors: 김희일; 정공섭
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2023-12-13
Also published as: KR20190131702A

Abstract

본 발명에 의한 등속조인트 허브 결합구조는, 상기 등속조인트는 샤프트의 단부에 결합된 이너레이스 및 이너레이스와 연결되어서 함께 회전하는 아우터레이스를 포함하고, 상기 아우터레이스는 이너레이스가 내측 공간으로 수용되고 복수 개의 볼을 매개로 이너레이스와 연결된 하우징부, 및 하우징부로부터 연장되고 허브와 결합되는 스템부를 포함하며, 상기 아우터레이스의 하우징부와 허브가 스플라인 결합된 것을 특징으로 한다.

Description

등속조인트 허브 결합구조 {COMBINATION STRUCTURE OF CONSTANT VELOCITY JOINT AND HUB}

본 발명은 등속조인트 허브 결합구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휠에 장착되는 허브와 등속조인트를 결합시키는 등속조인트 허브 결합구조에 관한 것이다.

차량에서 사용되는 조인트는 회전축의 각도가 서로 다른 회전축에 동력(토크)을 전달하기 위한 것으로서, 일반적으로 동력 전달 각도가 비교적 작은 추진축의 경우에는 후크 조인트, 플렉시블 조인트 등이 사용되고, 동력 전달 각도가 비교적 큰 전륜 구동차의 구동축의 경우에는 등속조인트가 사용된다.

등속조인트는 구동축과 피동축의 교차 각도가 큰 구조에서 동력을 등속으로 전달할 수 있기 때문에 독립 현가방식의 전륜 구동차의 드라이브샤프트에 주로 사용되며, 특히 휠에 결합되는 허브와 드라이브샤프트의 결합부는 볼타입 등속조인트로 이루어진다.

도 1에 종래의 등속샤프트와 허브 간의 결합구조가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 등속조인트(20)는 샤프트(10)를 통해 엔진의 동력을 전달받고, 샤프트(10)의 단부에 결합된 이너레이스(21)와 이를 감싸는 아우터레이스(22) 사이를 복수 개의 볼(23)로 매개하여 동력을 등속으로 전달하게 된다.

또한, 샤프트(10)의 외주면과 아우터레이스(22)의 외주면 사이에 고무 재질의 부트(11)를 설치하고 고정링(12)으로 밀폐함으로써, 이너레이스(21)와 아우터레이스(22) 사이에 주입되어 마찰을 감소시키는 그리스가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

아우터레이스(22)는 이너레이스(21), 볼(23) 및 케이지(24)를 감싸도록 형성된 하우징(22a)과, 하우징(22a)에서 연장된 스템(22b)으로 구성되어 있다. 이때, 스템(22b)의 외주면에는 스플라인(22c)이 형성되어 허브(30)의 내경과 체결되게 된다.

그러나 이와 같이 스템(22b)에 스플라인(22c)이 형성되어 허브(30)와 결합되는 구조를 적용할 경우, 스템(22b)의 직경이 비교적 작기 때문에 스템(22b)에 형성된 스플라인(22c)의 치의 개수가 적어지고, 이에 따라 백래시가 증가하여 전/후진 전환이나 차량 속도의 변화에 따라 팁인/팁아웃 이음이 발생하게 된다.

또한, 고출력 파워트레인의 적용이 증가함에 따라 스플라인(22c)에 가해지는 하중이 증가하게 되는데, 스플라인(22c)의 각 치에 가해지는 하중을 일정 수준 이하로 억제하면서 등속조인트(20)와 허브(30) 사이의 전단강도를 유지할 수 있도록 스플라인(22c)이 형성되어 있는 스템(22b)의 길이 및 직경을 일정 이하로 감소시키기 어려운 문제가 있었다.

따라서, 이음 발생이 최소화되고 소형화가 가능하면서 강성을 증가시킬 수 있는 새로운 등속조인트-허브 간 결합구조가 요구되고 있는 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

JP 2013-543462 A (2013.12.05)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 아우터레이스의 하우징부에 스플라인을 형성시킴으로써, 이음 발생을 방지하면서 강성을 향상시킬 수 있는 등속조인트 허브 결합구조를 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 등속조인트 허브 결합구조는, 엔진의 동력을 전달받아 회전하는 등속조인트와 허브간의 결합구조로서, 상기 등속조인트는 샤프트의 단부에 결합된 이너레이스 및 이너레이스와 연결되어서 함께 회전하는 아우터레이스를 포함하고; 상기 아우터레이스는 이너레이스가 내측 공간으로 수용되고 복수 개의 볼을 매개로 이너레이스와 연결된 하우징부를 포함하며; 상기 아우터레이스의 하우징부와 허브가 스플라인 결합될 수 있다.

상기 허브는 아우터레이스의 하우징부가 내측 공간으로 수용되면서 스플라인 결합되는 조인트수용부; 상기 조인트수용부로부터 연장 형성된 플랜지를 구비한 휠체결부; 및 상기 조인트수용부와 플랜지사이에 형성된 격벽;을 포함할 수 있다.

상기 아우터레이스는 하우징부로부터 연장되고 허브와 결합되는 스템부를 더 포함하고; 상기 스템부는 격벽의 관통홀을 관통해서 허브너트와 체결되고; 상기 스템부 외주면과 관통홀 내주면 중 적어도 하나가 곡률반경을 가지는 원호 형상으로 형성되어 스템부와 관통홀은 선접촉을 이룰 수 있다.

상기 하우징부의 외주면에는 제1스플라인이 형성되어 조인트수용부의 내측면에 형성된 제2스플라인과 스플라인 결합되고; 상기 제1스플라인의 PCD(Pitch Circle Diameter)는 복수 개의 볼의 PCD보다 더 크게 형성될 수 있다.

상기 제1스플라인의 축방향 길이는 제1스플라인의 PCD의 1/15 이상, 1/10 이하일 수 있다.

상기 아우터레이스에서 하우징부의 일측면과 격벽의 일면은 면접촉을 이룰 수 있다.

상기 아우터레이스의 하우징부에는 제1스플라인보다 큰 직경으로 형성된 확관부가 구비되고; 상기 아우터레이스의 조립시 확관부의 일측면과 조인트수용부의 단부가 서로 면접촉을 이루어 하우징부와 조인트수용부가 스플라인 결합되는 부위를 밀폐할 수 있다.

상기 허브에서 격벽의 타면과 플랜지 사이에 수용홈이 형성되고; 상기 수용홈 속에 허브너트가 수용되도록 스템부에 체결될 수 있다.

본 발명에 의한 등속조인트 허브 결합구조에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 등속조인트와 허브 사이를 연결하는 스플라인의 치의 개수가 증가함에 따라 백래시를 저감시켜 이음 발생을 감소시킬 수 있다.

둘째, 허브를 중공 구조로 변경하여 중량을 절감시킬 수 있다.

셋째, 스플라인의 치의 개수가 증가함에 따라 각각의 치에 가해지는 하중이 감소하여 전단강도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 등속조인트 허브 결합구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 등속조인트 허브 결합구조를 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 등속조인트 허브 결합구조의 부분 절개 조립 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 등속조인트 허브 결합구조의 부분 절개 사시도이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 등속조인트 허브 결합구조에 대하여 설명하기로 한다.

도 2에 본 발명에 따른 등속조인트 허브 결합구조의 단면도가 도시되어 있고, 도 3 및 도 4에 본 발명에 따른 등속조인트 허브 결합구조의 사시도가 도시되어 있다.

도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 등속조인트(100)와 허브(200)의 결합구조로서, 등속조인트(100)의 아우터레이스(120)와 허브(200)의 하우징부(121) 사이의 결합구조와, 이를 구현하기 위한 아우터레이스(120)와 허브(200)의 세부적인 형상에 핵심적인 특징이 있다.

등속조인트(100)는 샤프트(10)의 단부에 결합된 이너레이스(111) 및 이너레이스(111)와 연결되어서 함께 회전하는 아우터레이스(120)를 포함하고, 아우터레이스(120)는 이너레이스(111)가 내측 공간으로 수용되고 복수 개의 볼(112)을 매개로 이너레이스(111)와 연결된 하우징부(121) 및 하우징부(121)로부터 연장되고 허브와 결합되는 스템부(123)를 포함하며, 아우터레이스(120)의 하우징부(121)와 허브(200)가 스플라인 결합되는 것을 특징으로 한다.

이때, 이너레이스(111)와 아우터레이스(120) 사이에 개재된 복수 개의 볼(112)의 위치를 유지시키기 위한 케이지(113)와, 이너레이스(111)와 아우터레이스(120)의 개방부를 감싸 밀폐하는 부트(11)가 설치되는 것이 바람직하다.

이를 통해 샤프트(10)를 통해 전달되는 동력을 아우터레이스(120)로 전달하면서, 회전축의 방향이 다른 샤프트(10)와 아우터레이스(120)를 등속으로 회전시킬 수 있다.

하우징부(121)의 외주면에는 제1스플라인(122)이 형성되어 허브(200)와 스플라인 결합을 이루게 된다. 즉, 샤프트(10)를 통해 전달되는 동력은 이너레이스(111)에서 아우터레이스(120)로 전달된 후, 아우터레이스(120)의 하우징부(121)를 통해 허브(200)로 전달되는 것이다.

하우징부(121)의 외주면에 형성되어 있는 제1스플라인(122)의 PCD(Pitch Circle Diameter)는 아우터레이스(120)와 이너레이스(111) 사이에 개재되어 있는 복수 개의 볼(112)의 중심을 잇는 가상의 원의 직경, 즉 복수 개의 볼(112)의 PCD보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

이렇게 제1스플라인(122)의 PCD를 크게 형성시키면, 종래에 스템부(123)에 스플라인을 형성시킬 때에 비해서 스플라인의 치(齒)의 개수를 증가시킬 수 있다. 스플라인의 치의 개수가 증가하면 각각의 치에 가해지는 하중이 분산되기 때문에 등속조인트(100)와 허브(200) 사이의 전단강도가 상승할 뿐만 아니라, 백래시(backlash)가 저감되어 전/후진 변경 및 차량 속도 변경시 발생하는 팁인(tip-in), 팁아웃(tip-out) 이음을 감소시킬 수 있다.

제1스플라인(122)의 최대 직경이 복수 개의 볼(112)의 PCD보다 작을 경우, 종래에 스템부(123)에 스플라인을 형성시킬 때와 치의 개수가 크게 다르지 않게 된다. 따라서, 제1스플라인(122)의 최대 직경을 상술한 바와 같이 한정함으로써, 치의 개수를 증가시켜 전단강도 상승 및 이음 감소 효과를 나타낼 수 있다.

한편, 하우징부(121)의 외주면에 형성된 제1스플라인(122)의 축방향 길이는 제1스플라인(122)의 PCD의 1/15 이상, 1/10 이하인 것이 바람직하다.

제1스플라인(122)의 축방향 길이가 상기 범위를 초과할 경우 중량 측면에서 불리하고, 상기 범위에 미달할 경우 스플라인 결합시에 내구도가 저하되게 된다.

제1스플라인(122)의 형상은 특별히 한정하지 않지만, 예를 들어 인볼류트 스플라인, 각형 스플라인, 세레이션 등 여러 종류의 스플라인 중에서 선택하여 형성시킬 수 있을 것이다.

한편, 스템부(123)는 하우징부(121)에서 일체로 연장되고 외주면이 매끈한 봉 형상으로 제공된다. 스템부(123)에는 별도의 스플라인이 형성되어 있지 않기 때문에 허브(200)과 스플라인 결합을 이루지 않는다.

스템부(123)가 허브(200)와 스플라인 결합을 이루지 않기 때문에, 회전시 스템부(123)에 하중이 집중되지 않게 된다. 따라서, 스템부(123)의 길이 및 직경을 감소시키더라도 하중의 집중에 의한 파손이 발생하지 않으므로, 본 발명에 따른 결합 구조의 전체적인 크기를 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 스템부(123)의 단부에는 나사산(124)이 형성되어 후술할 허브너트(300)와 결합될 수 있다.

허브(200)는 크게 아우터레이스(120)와 결합되는 조인트수용부(210), 차량의 휠과 결합되는 플랜지(223)를 구비한 휠체결부(220), 및 조인트수용부(210)와 플랜지(223)사이에 형성된 격벽(221)을 포함한다.

조인트수용부(210)는 내측 공간으로 하우징부(121)가 수용되면서 스플라인 결합되는 파이프 형상의 구성으로서, 그 내주면에는 제2스플라인(211)이 형성되어 하우징부(121)의 외주면에 형성된 제1스플라인(122)과 체결된다.

한편, 아우터레이스(120)에는 하우징부(121)에서 연장 형성되고 제1스플라인(122)이 형성된 부위보다 직경이 더 크게 형성된 확관부(125)가 구비된다. 이 확관부(125)의 일측면과 조인트수용부(210)의 단부는 서로 맞닿아 면접촉을 이루면서 제1스플라인(122)과 제2스플라인(211)이 결합되는 부위를 밀폐할 수 있다.

이를 통해, 제1스플라인(122)과 제2스플라인(211)이 결합되는 부위에 이물질이 침입하는 것을 방지하여 내구성 및 수명을 증대시킬 수 있다.

휠체결부(220)는 조인트수용부(210)에서 일체로 연장되어 형성되는데, 휠과 체결되는 링 형상의 플랜지(223)가 구비된다. 플랜지(223)에는 휠과의 체결을 위한 복수 개의 체결홀(224)이 형성되어 있다.

격벽(221)은 조인트수용부(210)와 플랜지(223)사이에 위치하면서 휠체결부(220)의 내측 공간으로 돌출된 판 형상의 구성으로서, 중앙에 관통홀(222)이 형성되어 아우터레이스(120)의 스템부(123)가 삽입된다.

한편, 격벽(221)의 일면은 하우징부(121)의 일측면과 면접촉을 이루게 된다.이때 하우징부(121)의 일측면은 샤프트(10)와 결합되는 반대 방향의 단부를 의미한다. 하우징부(121)의 일측면이 격벽(221)과 밀착하면서 조인트수용부(210)와 스플라인 결합됨으로써, 하우징부(121)와 조인트수용부(210) 사이에 불필요한 간극을 최소화하여 소음 발생을 최소화할 수 있고, 두 구성이 더욱 강고하게 결속되어 고속 회전시에도 신뢰성을 유지할 수 있다.

또한, 격벽(221)의 관통홀(222)을 통과하여 돌출된 스템부(123)의 단부에는 허브너트(300)가 체결되면서 격벽(221)의 타면과 밀착하게 된다.

이렇게 격벽(221)의 양측면에 스템부(123)를 매개로 하여 하우징부(121)와 허브너트(300)가 결합됨으로써, 아우터레이스(120)와 허브(200)의 상대위치가 고정될 수 있다.

이때, 앞서 설명한 바와 같이 스템부(122)의 외주면에는 스플라인이 형성되어 있지 않고, 이와 맞닿는 관통홀(222)의 내주면에도 스플라인이 형성되어 있지 않다. 스템부(123) 외주면과 관통홀(222) 내주면 중 적어도 하나가 곡률반경을 가지는 원호 형상으로 형성되어 스템부(123)와 관통홀(222)은 선접촉을 이루게 된다.
격벽(221)은 휠체결부(220)의 플랜지(223)와 동일 평면상에 형성되어 있지 않고, 플랜지(223)에서 하우징부(121) 방향으로 소정 간격 이격되어 형성되어 있다. 따라서, 플랜지(223)의 중앙에는 격벽(221)을 바닥으로 하는 오목한 수용홈(225)이 형성된다. 이 수용홈(225) 속에 상술한 허브너트(300)가 수용되면서 스템부(123)에 체결될 수 있다.

삭제

이렇게 수용홈(225) 내부에서 허브너트(300)를 스템부(123)에 체결함으로써, 격벽(221)을 관통하는 스템부(123)의 길이를 최소화시킬 수 있고, 이에 따라 스템부(123)의 중량을 최대한 저감시킬 수 있다.

이때, 스템부(123)의 길이, 즉 축방향 길이는 하우징부(121)의 축방향 길이보다 짧게 형성시키는 것이 바람직하다.

스템부(123)의 축방향 길이가 하우징부(121)의 축방향 길이보다 길게 형성될 경우, 스템부(123)의 길이를 축소하여 중량을 저감시키는 효과를 나타내기 어렵다. 한편, 스템부(123)의 길이와 대응되는 격벽(221)은 필요 최소한의 강도를 유지할 수 있는 두께로 형성시킬 수 있고, 스템부(123)의 길이 하한은 격벽(221)의 두께에 따라 결정될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 결합 구조를 사용할 경우, 아우터레이스(120)의 하우징부(121)와 허브(200)의 조인트수용부(210)를 스플라인 결합시킴으로써 스플라인의 직경을 종래에 비해 확대하여 스플라인의 치의 개수를 증가시키고 백래시를 감소시킬 수 있다. 이를 통해, 이음방지와셔를 삭제하여도 이음 발생을 감소시킬 수 있고, 각각의 스플라인의 치에 가해지는 하중이 감소하여 전단강도를 향상시킴으로써 고출력 파워트레인을 적용할 수 있는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 샤프트 20: 등속조인트(종래)
30: 허브(종래) 40: 허브너트(종래)
100: 등속조인트 111: 이너레이스
112: 볼 113: 케이지
120: 아우터레이스 121: 하우징부
122: 제1스플라인 123: 스템부
124: 나사산 125: 확관부
200: 허브 210: 조인트수용부
211: 제2스플라인 220: 휠체결부
221: 격벽 222: 관통홀
223: 플랜지 224: 체결홀
225: 수용홈 300: 허브너트

Claims

엔진의 동력을 전달받아 회전하는 등속조인트와 허브간의 결합구조로서,
상기 등속조인트는 샤프트의 단부에 결합된 이너레이스 및 이너레이스와 연결되어서 함께 회전하는 아우터레이스를 포함하고;
상기 아우터레이스는 이너레이스가 내측 공간으로 수용되고 복수 개의 볼을 매개로 이너레이스와 연결된 하우징부를 포함하며;
상기 아우터레이스의 하우징부와 허브가 스플라인 결합되고;
상기 허브는 아우터레이스의 하우징부가 내측 공간으로 수용되면서 스플라인 결합되는 조인트수용부;
상기 조인트수용부로부터 연장 형성된 플랜지를 구비한 휠체결부;
상기 조인트수용부와 플랜지사이에 형성된 격벽; 및
상기 아우터레이스는 하우징부로부터 연장되고 허브와 결합되는 스템부를 포함하고;
상기 스템부는 격벽의 관통홀을 관통해서 허브너트와 체결되고;
상기 스템부 외주면과 관통홀 내주면 중 적어도 하나가 곡률반경을 가지는 원호 형상으로 형성되어 스템부와 관통홀은 선접촉을 이루는 것을 특징으로 하는 등속조인트 허브 결합구조.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 하우징부의 외주면에는 제1스플라인이 형성되어 조인트수용부의 내측면에 형성된 제2스플라인과 스플라인 결합되고;
상기 제1스플라인의 PCD(Pitch Circle Diameter)는 복수 개의 볼의 PCD보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 등속조인트 허브 결합구조.
청구항 4에 있어서,
상기 제1스플라인의 축방향 길이는 제1스플라인의 PCD의 1/15 이상, 1/10 이하인 것을 특징으로 하는 등속조인트 허브 결합구조.
청구항 1에 있어서,
상기 아우터레이스에서 하우징부의 일측면과 격벽의 일면은 면접촉을 이루는 것을 특징으로 하는 등속조인트 허브 결합구조.
청구항 1에 있어서,
상기 아우터레이스의 하우징부에는 제1스플라인보다 큰 직경으로 형성된 확관부가 구비되고;
상기 아우터레이스의 조립시 확관부의 일측면과 조인트수용부의 단부가 서로 면접촉을 이루어 하우징부와 조인트수용부가 스플라인 결합되는 부위를 밀폐하는 것을 특징으로 하는 등속조인트 허브 결합구조.
청구항 1에 있어서,
상기 허브에서 격벽의 타면과 플랜지 사이에 수용홈이 형성되고;
상기 수용홈 속에 허브너트가 수용되도록 스템부에 체결된 것을 특징으로 하는 등속조인트 허브 결합구조.