KR19990028711A - 삼각대형 정속비 범용 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 삼각대형 정속비 범용 조인트는 조인트 부재의 회전축(35, 62)에 수직한 평면(34, 63)에 경사져 있는 그리고/또는 그러한 축(35, 62)으로부터 편심되어 있는 내부 조인트 부재(20, 51)의 아암(26 내지 28, 53 내지 55)의 축(32, 59 내지 61)을 가지고 있고, 각각의 롤러(29 내지 31, 56 내지 58)의 외면(41)은 롤러(29 내지 31, 56 내지 58)의 적도 반경 이상의 곡률 반경을 가진 볼록하고 일반적으로 호형 만곡선의 롤러축(35, 59 내지 61)에 대한 회전면이다.

Description

삼각대형 정속비 범용 조인트

이하에서는 그러한 삼각대형 조인트를 특정한 종류의 삼각대형 조인트로 칭하기로 한다.

지금까지 특정한 종류의 삼각대형 조인트에서, 각각의 롤러의 외주면은 실질적으로 부분 구상면이면서, 각각의 롤러의 외주면에 의해 결합된 제1 조인트 부재에서 각각의 트랙의 대향 측면은 부분 원통면이었다. 실제로 트랙 측면과 외주 롤러면 사이에는 약간의 불일치(disconformity)가 있었지만, 부분 구상 롤러면의 곡률 반경은 실질적으로 부분 원통 트랙 측면의 곡률 반경과 동일했기에, 롤러와 트랙 측면 사이의 접촉 면적은 감소하게 된다.

상술한 것처럼 종래 기술에 의한 삼각대형 조인트에서 발생하는 한 가지 문제점은, 조인트가 분절 상태(articulated condition)로(즉, 서로 경사진 2개의 조인트 부재의 회전축과 함께) 회전하는 경우에, 축력이 조인트 부재 사이에서 발생한다는 것이다. 그러한 힘은 3차 힘이다. 즉, 힘은 조인트의 회전 속도 변화량의 3배씩 변한다. 힘은 조인트의 분절 각도의 증가에 따라 증가한다.

그러한 힘의 효과는 특히 조인트가 전륜 구동 자동차의 구동축에 사용되는 경우에 명백하며, 그러한 조인트를 인보드 조인트(inboard joints)로서 사용하여 대개 2개의 조인트 부재가 진입하는, 즉 서로에 대해 축방향으로 운동하는 능력 때문에 차량 서스펜션 운동과 함께 발생하는 구동축의 전체 길이의 변화를 수용한다. 그러한 조인트의 사용과 관련된 한 가지 문제점은 조인트에 의해 발생된 축력이 차체에 전달되어 차량 탑승자가 어떤 조건하에서 떨리는 진동으로서 느낄 수 있는 "떨림(shudder)"의 존재이다. 떨림은 특히 대부분의 구동렬 장치와 함께 구동축 및 차량의 인보드 범용 조인트의 분절 각도를 증가시키는 차량의 전방이 상승하기 때문에 차량이 가속 중인 경우에 문제이며, 조인트에 의해 전달된 높은 토오크와 결합하여 문제를 악화시킨다. 상기 문제점은 현대의 승용차에서 증가되는 경향이 있으며, 관련된 요구 조건이 인보드 범용 조인트 상에 설치된 분절 각도를 증가시켜 그러한 문제점을 자주 직면하게 된다.

떨림의 문제가 특정한 종류의 상기 공지된 삼각대형 범용 조인트에 비해 적은 범용 조인트도 존재하며, 일부 그러한 조인트는 일반적으로 삼각대형 형태이지만 보다 복잡한 롤러 조립체를 가지기도 한다. 그러한 복잡성으로 인해 조인트의 제조 비용은 비싸지게 된다.

널리 본 발명의 목적은 상기 떨림 문제를 극복하거나 감소시키면서도, 추가의 부품을 포함하여 보다 복잡해지는 조인트에 비하면 상대적으로 비용이 감소된, 특정한 종류의 삼각대형 정속비 범용 조인트를 제공하는 것이다.

본 발명은 하나의 회전축 및 상기 회전축에 대해 원주를 따라 격리 배치되고 상기 회전축의 길이 방향으로 연장하는 3개의 트랙을 가진 제1 조인트 부재와, 하나의 회전축 그리고 각각의 축을 가지고 있고 제1 조인트 부재에서 트랙 내로 연장하는 3개의 아암을 가진 제2 조인트 부재와, 각각의 아암에 의해 보유되며 각각 하나의 축 그리고 롤러축에 대한 회전면이고 제1 조인트 부재에서 각각의 트랙의 대향 측면에 결합 가능한 외주면을 가지고 있고 아암축 및 그 길이 방향의 운동에 대해 회전하는 각각의 아암 상에 구속되고 각각의 트랙에서 경사 가능한 롤러를 포함하는 삼각대형 정속비 범용 조인트(universal joint)에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 범용 조인트의 제1 실시예의 부분 단면도이다.

도2는 도1의 조인트의 제2 조인트 부재의 축방향 도면이다.

도3은 도1의 조인트의 롤러 및 트랙의 구성을 도시하는 개략도이다.

도4 및 도5는 각각 본 발명에 따른 조인트의 추가 실시예의 축방향 도면과 제2 조인트 부재의 종방향 부분 단면도이다.

본 발명에 따르면, 제2 조인트 부재의 아암축은 제2 조인트 부재의 회전축에 수직한 평면에 경사져 있고/또는 제2 조인트 부재의 회전축으로부터 편심되어 있고, 각각의 롤러의 외주면은 롤러의 적도 반경 이상의 반경을 가진 볼록하고 일반적으로 호형 만곡선의 롤러축에 대한 회전면이다.

본 명세서에서는 편의상 일반적으로 호형 만곡선의 상기 반경을 롤러의 자오선 반경으로 칭하기로 한다. 롤러의 적도 반경은 롤러축에 대한 최대 반경이다.

상기 적절한 설명 및 그 조합 덕분에 조인트 부재 사이에 발생하는 3차 축력을 감소시키고 이와 같이 떨림의 문제도 감소 가능하다는 것을 알게 되었다. 본 발명에 따른 조인트의 제조 비용은 추가의 부품을 이용하는 조인트의 제조 비용 이하이다.

롤러의 자오선 반경은 롤러의 적도 반경의 약 1.5배일 수도 있다.

롤러의 적도 반경 이상의 반경의 일반적으로 호형 만곡선의 롤러축에 대한 회전면으로서, 본 발명에 따른 조인트에서 롤러의 외주면의 구성은 그러한 롤러면이 실질적으로 배럴 형상을 가지고 있다는 것을 의미한다. 그러한 롤러면과 협동하기 위해, 제1 조인트 부재에서 트랙의 대향 측면은 각각 트랙의 중심으로부터 하향 연장하는 종방향 축을 가진 단일 실린더의 대향되어 있는 부분 원통형으로 할 수는 없지만, 대신에 각각의 트랙의 대향 측면이 롤러축에 대한 회전면인 롤러의 외주면을 가진 일반적으로 호형 만곡선의 곡률 반경 보다 약간 큰 반경을 가진 다른 실린더의 일부분이어야 한다.

제1 조인트 부재의 회전축의 길이 방향 단면에서 본 경우에 각각의 트랙 측면 부분의 곡률 반경은 롤러의 자오선 반경의 1.05배 이상인 것이 좋다.

첨부 도면을 참조하여 실시예를 통해 본 발명을 설명하기로 한다.

도면 중 도1 및 도2를 참조하면, 삼각대형 정속비 범용 조인트는 스텁축(15, stub shaft)이 연장하는 기부(14)에 의해 일단부에서 밀폐된 내부 공동(13)을 형성시키는 주연벽(12)을 가진 일반적으로 컵 형상의 부분(11)을 구비한 제1 외부 조인트 부재(10)를 포함한다. 스텁축(15)은 다른 회전 부품과 결합된 토오크 전달부용 스플라인부(16)를 가지고 있다. 대개의 경우에 조인트를 자동차용, 즉 차량의 차륜 구동용 구동축 조립체에서 사용하고자 하는 경우에, 그러한 추가 부품은 대개 차동 기어의 출력 부재일 것이다.

조인트 부재(10)의 회전축(17)이 도시되어 있다.

조인트 부재(10)의 컵 형상부(11)의 주연벽(12) 내부에는 도1에 도시된 원주를 따라 격리 배치된 3개의 트랙(18)이 제공된다. 트랙은 조인트 부재에 대해 원주를 따라 등간격으로 격리 배치되어 있고 그 축(17)에 평행 연장되어 있다. 각각의 트랙은 이하에서 보다 상세하게 설명되는 도1에 도시된 대향 측면부(19)를 포함한다.

조인트는 도2에 별도로 도시된 제2 내부 조인트 부재(20)도 포함하며, 상기 제2 조인트 부재(20)는 구동축 요소(24)의 스플라인 단부(23)와 결합된 토오크 전달부용 스플라인 보어(22)를 구비한 환형 구성의 몸체(21)도 포함한다. 조인트 부재(20)는 보유링(25)에 의해 구동축 요소 단부(23) 상에 보유되어 있다. 조인트 부재(20)는 각각 롤러(29, 30, 31)를 가지고 있는 3개의 외향 연장 아암 부재(26, 27, 28)도 포함한다. 도1에서, 아암(26) 상의 롤러(29)는 트랙(18)에 결합되어 있는 것으로 도시되어 있다. 다른 롤러(30, 31)도 마찬가지로 대응 트랙과 협동한다.

각각의 롤러는 아암의 길이 방향으로의 운동 그리고 또한 롤러와 아암(26)의 아암축(32)에 대한 회전을 위해 각각의 아암 상에서 (종래 기술에 따르면 니들 롤러 베어링 등의 지지 수단의 개재에 의해 삼각대형 범용 조인트에서) 지지되어 있다. 롤러 및 개재된 베어링은 보유링(33)에 의해 그 아암 상에 포획 보유되어 있다. 도1에서 명백한 것처럼, 아암(26)의 축(32)은 내부 조인트 부재(20) 및 축 요소(24)의 회전축(35)에 수직한 평면(34)에 경사져 있다. 즉, 도1에서 이러한 축(35)은 조인트가 정렬된(분절 형상이 아닌) 상태에 있는 경우에 일치한다. 아암축은 조인트 부재의 축(35)에 교차되어 있다.

도면 중 도3은 조인트의 롤러 중 하나의 구성과 관련 트랙과의 협동을 보다 상세하게 도시하고 있다. 도3에서, 롤러(29)는 그 트랙(18)에서 확대된 축척으로 도시되어 있으며, 트랙의 대향측 표면(19, 19a)은 아암 및 롤러의 축(32)이 조인트 부재(10)의 회전축을 포함하는 평면에 평행한 선(40)에 지시된 비틀림각(39)으로 경사져 있는 각도를 가진 분절 형상으로 되어 있고 그 각도로 회전되도록 될 것이다.

롤러는 롤러의 적도 반경(R_적도) 이상인 곡률 반경(R_자오선)을 가진 볼록한 호형 만곡선의 롤러축(32)에 대한 회전면인 외주면(41)을 가지고 있다. 이와 같이, 롤러면(41)은 일반적으로 지금까지의 종래 기술처럼 부분 구상 형상이 아니라 어느 정도 배럴 형상을 가진다.

여러 실험으로 R_자오선이 약 1.5×R_적도인 경우에 양호한 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

트랙의 대향 측면(19, 19a)은 각각의 실린더의 R_자오선이상의 R_트랙을 가져 롤러와 트랙 측면 사이의 접촉이 이론적으로는 한 점에서, 실질적으로는 상당히 작은 표면적(중심은 43)에 걸쳐 발생하는 각각의 실린더의 일부분이다. R_자오선과 R_트랙사이의 관계는, 그 사이의 유사성(conformity)으로 알려져 있는 것처럼 R_트랙÷ R_자오선이 1.05이상이도록, 가능하면 약 1.1이상이 되도록 되어 있다.

도3에서는 틈(clearance)이 롤러의 외주면과 트랙(18)의 측면(19a) 사이에 도시되어 있다는 것을 주목하여야 한다. 그러한 틈이 나타내어져 있는 트랙의 측면은 물론 조인트가 토오크를 전달하는 방향에 의존한다. 제조 공차의 요구는 약간의 틈이 존재하여야 롤러가 서비스 중에 직면할 수도 있는 조인트 접합(joint articulation)의 어떠한 조건하에서도 트랙에 걸리지 않을 수 있다는 것이다.

도면 중 도4 및 도5를 참조하면, 본 발명에 따른 조인트의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도1 및 도2에 도시되어 있는 조인트 부재(20)와 마찬가지로, 제2 내부 조인트 부재는 스플라인 보어(52)와 외향 연장하는 3개의 아암(53, 54, 55)을 구비한 환형 몸체(51)를 포함한다. 아암은 각각의 롤러(56, 57, 58)를 가지고 있다. 롤러는 제1 실시예의 조인트와 관련하여 상술한 것과 같은 방식으로 각각의 아암 상에 운동 가능하게 지지되어 있다.

아암(53, 54, 55)은 조인트 부재의 회전축(62)과 교차하지 않지만 대신에 격리 배치되어 있는 각각의 축(59, 60, 61)을 가지고 있다. 또한 도5에 도시되어 있는 것처럼, 축(59, 60, 61)은 조인트 부재의 회전축(62)에 수직한 평면(63)에 경사져 있다.

이러한 실시예의 조인트에서, 각각의 롤러(56, 57, 58)의 외주면의 구성은 도면 중 도3을 참조하여 상술한 것과 같으며, 조인트의 제1 부재에서 각각의 트랙 측면은 상술한 것과 유사한 형상을 가져야 한다. 조인트의 외부 부재(65)는 도면 중 도4에 도시되어 있고 내부에 있는 3개의 트랙(66, 67, 68)을 가지고 있다. 회전축으로부터 내부 조인트 부재의 아암축의 편심에 대응하는, 외부 조인트 부재의 트랙의 방향은 명확하게 보이게 된다.

도1에서, 제2 조인트 부재의 아암은 제2 조인트 부재에 접속되어 있는 축의 대향 단부를 향해 경사져 있다. 편의상, 본 명세서에서는 이를 조인트 부재의 회전축에 수직한 평면에 후방 경사 또는 음각(negative angle)의 경사로 칭하기로 한다. 혹은 아암은 본 명세서에서 전방 경사 또는 양각(positive angle)의 경사로 칭했던 개념과 반대인 평면에 경사져 있을 수 있다. 실시예를 통해, 경사는 -10° 내지 +10°의 범위에 있을 수도 있고 실험에서는 8° 내지 9°의 범위에서, 구체적으로 8.7°의 아암 경사각으로써 조인트의 작동 중에 발생하는 3차 축력을 감소시킨다는 견지에서 구체적으로 양호한 결과를 얻는다.

본 발명에 따른 다른 실시예의 조인트에서, 제2 조인트 부재의 아암은 도4 및 도5를 참조하여 상술한 것처럼 조인트 부재의 회전축으로부터 편심되어 있지만 회전축에 수직한 평면에 경사져 있지 않은 축을 가질 수도 있다.

본 명세서에서는 롤러의 외면의 자오선 형상과 트랙 측면부의 단면 형상을 분절 형상으로 언급하였지만, 그것들은 실질적으로 완전한 분절 형상과는 약간 다를 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 예컨대, 롤러의 모서리 부분은 깎여져 있을 수도 있다.

상술한 설명, 다음의 특허 청구 범위 또는 첨부 도면에 개시되어 있는, 그리고 특정한 형태로 또는 개시된 기능을 실행하기 위한 수단의 견지에서 또는 적절하게 개시된 결과를 달성하기 위한 방법 또는 공정이 설명되어 있는 특징은 다양한 형태로 본 발명을 실현시키기 위해 그러한 특징을 분리 또는 조합하여 이용될 수도 있다.

Claims (8)

1. 삼각대형 정속비 범용 조인트에 있어서,

   하나의 회전축 및 상기 회전축에 대해 원주를 따라 격리 배치되고 상기 회전축의 길이 방향으로 연장하는 3개의 트랙을 가진 제1 조인트 부재와,

   하나의 회전축 그리고 각각의 축을 가지고 제1 조인트 부재에서 트랙 내로 연장하는 3개의 아암을 가진 제2 조인트 부재와,

   각각의 아암에 의해 보유되며 각각 하나의 축 그리고 롤러축에 대한 회전면이고 제1 조인트 부재에서 각각의 트랙의 대향 측면에 결합 가능한 외주면을 가지고 있고 아암축 및 그 길이 방향의 운동에 대해 회전하는 각각의 아암 상에 구속되고 각각의 트랙에서 경사 가능한 롤러를 포함하며,

   제2 조인트 부재의 아암축은 제2 조인트 부재의 회전축에 수직한 평면에 경사져 있고/또는 제2 조인트 부재의 회전축으로부터 편심되어 있고, 각각의 롤러의 외부면은 롤러의 (본 명세서에서 정의된) 적도 반경 이상의 반경을 가진 볼록하고 일반적으로 호형 만곡선의 롤러축에 대한 회전면인 것을 특징으로 하는 조인트.
2. 제1항에 있어서, 롤러의 자오선 반경이 롤러의 적도 반경의 약 1.5배인 것을 특징으로 하는 조인트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 조인트 부재의 회전축의 길이 방향 단면에서 보았을 경우에 각각의 트랙 측면이 일반적으로 롤러의 자오선 반경의 1.05배 이상의 곡률 반경을 구비한 호형인 것을 특징으로 하는 조인트.
4. 제3항에 있어서, 상기 트랙 측면 반경이 롤러의 자오선 반경의 1.1배인 것을 특징으로 하는 조인트.
5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평면에 대한 제2 조인트 부재의 아암의 경사가 8° 내지 9°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 조인트.
6. 제5항에 있어서, 상기 경사가 약 8.7°인 것을 특징으로 하는 조인트.
7. 첨부 도면의 도1 내지 도3, 또는 도4 및 도5를 참조하여 상기 항에 기술한 바와 같은 조인트.
8. 본 특허 청구 범위 및 첨부 도면에 설명되어 있는 신규한 특징 또는 상기 특징의 조합.