KR19980011139U - 구동축 구형 자재이음의 부트구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 구동축 구형 자재이음의 부트구조에 관한 것으로서, 구형 부트의 내주면과 이에 접촉되는 볼 하우징의 외주면에 끼워진 접촉링에 의해 구형 부트가 굴곡 변위시 상기 접촉링과 선접촉을 이루게 하여, 종래 구형 부트가 하우징의 외주면과 면접촉하던 구조에 비해 굴곡 변위시 이에 미치는 작동 토크를 저감되도록 만든 부트구조이다.

Description

구동축 구형 자재이음의 부트구조

본 고안은 기관(engine)으로부터의 발생되는 회전 동력을 구동륜에 전달하는 자동차 구동축(drive shaft) 구형 자재이음(ball-type universal joint)의 부트(boot)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 이물질 유입 방지 및 윤활유의 누유를 방지하도록 자재이음의 외곽에 씌어지는 부트가 하우징과의 선접촉을 이루도록 하여 이에 미치는 작동 토크를 최소화하도록 개선한 구동축 자재이음의 부트구조에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에 있어서의 구동축은 변속기의 출력축에 연결 설치되어 기관으로부터 전달되어지는 회전 동력을 구동륜에 전달하는 역할을 하게 된다.

이러한 구동축은 주행 상태에 따른 바퀴의 변위에 따라 각도가 변화되도록 즉, 굴곡이 이루어지도록 하는 자재이음이 설치되어, 변속기로부터 출력되는 회전 동력을 구동륜에 원활히 전달되게 함을 물론 설치가 자유로워지게 한다. 이 자재이음은 구동륜 위치와 현가장치 및 조향장치 등의 형식과 배치 방식에 따라 그 형태 및 설치 수가 달라지게 되는데, 크게는 형식에 따라 구동축이 회전과 동시에 요동 운동을 하며 동시에 피동축에 대한 유효 반경이 변화하므로 부등속 상태가 되는 부등속자재이음과, 구동축과 피동축의 접촉점이 항상 굴적각의 2등분 선상에 위치하므로 등속 회전할 수 있는 등속 자재이음으로 구분되어 지며, 배치 방식에 따르게 되면 조향장치에 의한 조향각을 수용할 수 있는 바퀴측 자재이음과, 현가장치의 상하운동에 의한 최대 변위량을 흡수할 수 있는 변속기측 자재이음으로 구분되어 진다.

상기 등속 자재이음은 대표적으로 트리포드(tripod) 자재이음과 더블 오프셋(double offset) 자재이음 및 구형 자재이음, 이중 십자형(double spider) 자재이음등을 들 수 있다.

한편, 상기한 등속 자재이음 중에서 트리포드 자재이음과 더불 오프셋 자재이음 및 구형 자재이음은 고속 구동과 동시에 이루어지는 원활한 절곡변위 또는 축방향의 전위를 위해 하우징 내부와 하우징 내부에서 슬라이드 변위를 이루는 볼 또는 롤러등의 슬라이드 부재 사이에 윤활 유체가 주입되며, 이들의 외곽에는 이물질의 유입을 방지하고 상기 윤활 유체가 외부로 손실되는 것을 방지하는 부츠 씰이 씌워진다.

여기서 상기한 바와 같은 윤활 유체와 부츠 씰이 사용되는 등속 자재이음 중 바퀴측 구형 자재이음의 한 예를 도 1 및 도 2에 도시하였는바, 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.

도시되는 바와 같이, 중심축공(231)에 변속기로부터 회전 동력이 전달되는 엑슬측 구동축(210)이 체결 고정되고 외주면에 다수개의 원호형 볼 접촉면(232)을 갖는 이너 레이스(inner rase)(230)와, 그 이너 레이스(230)의 외곽에 위치되어 각 원호형 볼 접촉면(232)과 접촉되는 각 볼(241)을 갖는 볼 케이지(ball cage) (240)와, 일측이 개방된 공간부를 가지며 그 공간부의 내주면에 상기 볼 케이지(240)의 볼(341)이 접촉하도록 축방향의 반원형 레일홈(222)을 갖는 차륜측 구동축(220)의 볼 하우징(221)으로 구성되어 있다.

한편, 상기 볼 하우징(221) 내부로 먼지 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하도록 함과 동시에 볼 하우징(221) 내에 주입되는 윤활 유체가 외부로 손실되는 것을 방지하는 주름형 부트(211)가 상기 볼 하우징(221)의 개방측으로 씌워지며, 볼 하우징(221)내의 밀봉을 의해 상기 주름형 부트(211)의 일측단이 엑슬측 구동축(210)에, 타측단이 볼 하우징(221)의 선단에 각각의 씰 클램프(212)(213)로 고정되어 있다. 상기 윤활 유체로는 통상 그리스(grease)가 사용되고 있다.

상기한 바와 같이 구성되는 자동차 구동축의 구형 자재이음은 주행 상태에 따른 차륜의 변위에 따라 엑슬측 구동축(210)에 체결된 이너 레이스(230)가 이의 원호형 볼 접촉면(232)과 볼 케이지(240)에 끼워진 볼(241)과 볼 하우징(221)의 원호형 레일 홈(222) 사이에서 슬라이드 유동되면서 굴곡 변화를 줄 수 있게 된다. 이때의 굴곡 변위량은 약 47°이며, 축방향의 전위는 이루어지지 않는다.

상기 볼 하우징의 레일홈(222)과 이너 레이스(230)의 원호형 접촉면(232) 및 볼 케이지(240)의 볼(241)에는 주입된 윤활 유체에 의해 유막이 형성되어 이들간의 슬라이드로 인한 마찰력을 최소화시키게 된다. 상기 주입된 윤활 유체는 주름형 부트(211)에 의해 고속회전시 원심력에 의해 외부로 손실되는 것이 방지되는 동시에 외부로부터의 이물질이 유입되는 것이 방지되며, 굴곡 변위시 주름이 신축되면서 굴곡변위에 대응하게 되는데, 이러한 주름형 부트(211)는 지속적인 반복 신축작용시 연질의 합성수지로 이루어져 주름이 꺾여지거나 서로 맞닿게 되면서 마모와 피로균열에 의해 결국 파손되는 단점을 가지고 있다.

한편, 이러한 주름형 부트의 단점을 보완하기 위하여 구형 부트가 적용된 구동축 자재이음이 계발된 바 있는데, 이 구형 부트가 적용된 구동축 구형 자재이음은 도 3에 도시되는 바와 같이, 중심축공(131)에 엑슬측 구동축(110)이 체결 고정되고 외주면에 다수개의 원호형 볼 접촉면(132)을 갖는 이너 레이스(130)와, 이 이너 레이스(130)의 각 원호형 볼 접촉면(132)과 접촉되는 각각의 볼(141)을 갖는 볼 케이지(140)와, 내주면에 상기 볼 케이지(140)의 볼(141)이 접촉하도록 축방향의 반원형 레일홈(122)을 갖는 차륜측 구동축(120)의 볼 하우징(121)으로 구성되는 것은 상기한 주름 부트(211)가 적용되는 구형 자재이음의 형태와 유사하며, 단 상기 볼 하우징(121)에 굴곡되는 반경을 중심으로 구형의 외주면이 형성되고, 상기 하우징의 외주면과 대응하는 구형 부트(111)가 상기 볼 하우징(121)의 개방측으로 씌워지며, 이볼 하우징(121)이 씌어진 구형 부트(111)의 타측은 볼 하우징(121) 내부의 밀봉을 위해 엑슬측 구동축(110)에 고정되어 있다.

상기된 바와 같이 구성되는 구형 부트(11)를 적용한 구형 자재이음은 상기한 주름형 부트를 적용한 구형 자재이음의 주행 상태에 따른 굴곡변위 작용과 동일하게 이루어진다. 한편, 자재이음의 굴곡변위시 구형 부트(111)는 굴곡되는 중심으로 볼 하우징(121)의 외주면에 슬라이드 접촉하면서 자재이음 내부의 폐쇄공간을 형성하여 외부로부터의 이물질 유입 방지 및 윤활 유체의 외부 손실을 방지하게 된다. 이때, 구형 부트(111)는 구겨지는 변형은 일어나지 않으므로 마모와 피로 균열이 방지된다.

그러나, 이러한 구동축 자재이음의 구형 부트(111)는 그 유용성에도 불구하고 문제점을 가지게 되었다. 즉, 볼 하우징(121)의 외주면과 구형 부트(111)의 내주면이 서로 면접촉하면서 굴곡변위 작용시 상기한 주름형 부트(211)에 비해 작동 토크가 보다 많이 걸리게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 자재이음의 외곽에 씌어지는 부트가 하우징과의 선접촉을 이루도록 하여 이에 미치는 작동 토크를 최소화하도록 개선한 구동축 자재이음의 부트구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 주름형 부트를 사용하는 구형 자재이음의 구성을 보인 분해 사시도

도 2는 종래 주름형 부트를 사용하는 구형 자재이음의 구조를 보인 일측 단면도

도 3은 종래 구형 부트를 사용하는 구형 자재이음의 구조를 보인 일측 단면도

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 구형 자재이음의 구조를 보인 일측 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11 : 구형 부트14 : 접촉링

21 : 볼 하우징

본 고안의 실시예를 첨부도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 실시예에 따른 구동축 자재이음의 부트구조는 도 4에 도시되는 바와 같이, 외주면에 다수개의 원호형 볼 접촉면(32)을 갖는 이너 레이스(30)의 중심축공(31)에 변속기로부터 회전 동력이 전달되는 엑슬측 구동축(10)이 체결 고정되고, 그 이너 레이스(30)의 외곽에 위치되는 볼 케이지(40)에 상기 각 원호형 볼 접촉면(32)과 접촉되는 각각의 볼(41)이 끼워지며, 일측이 개방된 공간부를 갖으며 그 공간부의 내주면에 상기 볼 케이지(40)의 볼(41)이 접촉하도록 축방향의 반원형 레일홈(22)을 갖는 볼 하우징(21)에 굴곡되는 반경을 중심으로 구형의 외주면이 형성되는 한편, 상기 볼 하우징(21)의 외주면과 대응하는 구형 부트(11)가 상기 볼 하우징(21)의 개방된 측으로 씌워지며 이 볼 하우징(21)에 씌어진 구형 부트(11)의 타측은 볼 하우징(21)내의 밀봉을 위해 엑슬측 구동축(10)에 고정되며, 상기 구형 부트(11)의 내주면과 접촉되는 볼 하우징(21)의 선단 외주면에 접촉링(14)이 끼워진다. 그 접촉링(14)은 내부에 상기 볼 하우징(21)의 외주면과 대응하는 삽입공이 형성된다.

이와 같이 구성되는 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

종래의 자재이음과 같이, 주행 상태에 따른 차륜의 변위에 따라 엑슬측 구동축(10)에 체결된 이너 레이스(30)가 이의 원호형 볼 접촉면(32)과 볼 케이지(40)에 끼워진 볼(41)과 볼 하우징(21)의 원호형 레일홈(22) 사이에서 슬라이드 유동되면서 굴곡 변화를 줄 수 있게 된다.

한편, 구형 부트(11)는 자재이음의 굴곡변위시 굴곡되는 중심으로 볼 하우징(21)의 선단 외주면에 끼워진 접촉링(14)과 선접촉하면서 자재이음 내부의 폐쇄공간을 형성하여 외부로부터의 이물질 유입 방지 및 윤활 유체의 외부 손실을 방지하게 된다.

따라서, 본 고안은 구형 부트(11)의 내주면과 접촉되는 볼 하우징(21)의 외주면에 끼워진 접촉링(14)에 의해 구형 부트(11)가 굴곡 변위시 상기 접촉링과 선접촉을 이루기 때문에, 종래 구형 부트(11)가 볼 하우징(21)의 외주면과 면접촉하던 구조에 비해 굴곡변위시에 걸리는 작동 토크가 저감되는 효과가 있다.

또한, 상기 접촉링(14)의 설치외에도 볼 하우징(21) 외주면 또는 구형 부트(11)의 내주면에 환형의 돌출 돌기를 형성하여 볼 하우징(21)의 외주면과 구형 부트(11)의 내주면이 서로 선접촉을 이루도록 할 수 있다.

Claims (3)

1. 볼 하우징(21)에 굴곡되는 반경을 중심으로 구형의 외주면이 형성되고, 상기 하우징(21)의 외주면과 대응하는 구형 부트(11)가 상기 하우징(21)의 개방된 측으로 씌워지는 구동축 자재이음에 있어서, 상기 구형 부트(11)의 내주면과 접촉되는 볼 하우징(21)의 외주면 일측에 이들 간의 접촉이 선접촉을 이루도록 하는 접촉부재가 설치됨을 특징으로 하는 구동축 구형 자재이음의 부트구조.
2. 제1 항에 있어서, 상기 접촉부재는 볼 하우징(21)의 외주면과 구형 부트(11)의 사이에 끼워지는 접촉링(14)인 것을 특징으로 하는 구동축 자재이음 부트구조.
3. 제1 항에 있어서, 상기 접촉부재는 볼 하우징(21)의 외주면 또는 구형 부트(11) 내주면에 환형으로 형성된 돌출 돌기로 이루어짐을 특징으로 하는 구동축 자재이음 부트구조.