KR20000075495A - 등속 유니버설 조인트 - Google Patents

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KR20000075495A
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베른트 피어부룩
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Abstract

외측 볼 트랙을 구비한 외측 조인트 부품과, 내측 볼 트랙을 구비한 내측 조인트 부품과, 대응 자오면 내에 위치된 한 쌍의 외측 및 내측 볼 트랙에 의해 안내되는 토오크 전달 볼과, 주연방향으로 분포된 창 내로 볼을 삽입 고정시키고 공통 면 내에 볼을 유지하고 조인트가 굴절될 때 각-이등분 면 상으로 볼을 안내하는 볼 케이지를 갖고, 외측 및 내측 볼 트랙의 중심선은 상호 인접한 적어도 두 개의 상이하게 만곡된 부분으로 구성되고, 외측 조인트 부품의 볼 트랙들의 중심선은 볼록하게 만곡된 내측 부분과 개방 단부를 향해 오목하게 만곡된 단부 부분을 포함하는, 토오크 전달용 등속 유니버설 조인트가 제공된다.

Description

등속 유니버설 조인트 {CONSTANT VELOCITY TURNING JOINT}
이러한 유형의 조인트는 Rzeppa 고정식 조인트(RF) 또는 언더컷 없는 고정식 조인트(UF)로 공지되어 있다. 언더컷 없는 고정식 조인트는 독일 특허 공보 제22 52 827호에 설명되어 있다. 특히 축방향 길이에 관해서 크기가 일정한 이러한 조인트에 있어서, 최대 굴절 각과 내측 조인트 부품에 연결되는 샤프트의 두께 사이에 상호 관계가 존재한다. 한편으로는, 볼이 트랙 단부를 이탈하는 것이 방지되어야 하는 점에서, 또는 보다 정확하게는, 트랙 단부의 에지 하중에 대해 트랙 내의 볼의 접촉점과 트랙 단부 에지 사이에 충분한 안전 거리가 존재하도록 해야 되는 점에서, 굴절 각은 제한된다. 또한, 내측 조인트 부품의 굴절 시에 외측 조인트 부품의 내측 원추부에 대해 접촉하여 더 이상의 굴절을 방지하는 연결 샤프트의 두께에 의해, 굴절 각이 제한된다. 연결 샤프트의 상기 접촉부가 볼의 접촉점과 트랙 단부 에지 사이의 안전 거리와 일치하는 방식으로 연결 샤프트의 두께와 내측 원추부의 형상 및 위치를 서로에 대해 조정하는 것이 타당하다.
자동차 공학의 발전으로 등속 유니버설 조인트가 훨씬 양호한 성능을 가질 것으로 기대된다. 이는 소정의 이용 가능한 공간 및 질량으로 사용 수명 및 기능 범위가 증가되어야 하며, 바꾸어 말하면 소정의 사용 및 기능 범위로 공간 및 질량이 감소되어야 한다는 것을 의미한다.
종래 기술의 조인트 설계로는, 예를 들어 굴절 각에 관한 측면에서의 개선은 사용 수명을 단축시킴으로써 그리고 파손 응력을 감소시킴으로써만이 획득될 수 있었다.
본 발명은, 외측 볼 트랙(ball track)들을 구비한 외측 조인트 부품과, 내측 볼 트랙들을 구비한 내측 조인트 부품과, 대응 자오면(meridian plane) 내에 위치된 외측 및 내측 볼 트랙 쌍들에 의해 안내되는 토오크 전달 볼과, 주연방향으로 분포된 창 내로 볼을 삽입 고정시키고 공통 면 내에 볼을 유지하고 조인트가 굴절될 때 각-이등분 면 상으로 볼을 안내하는 볼 케이지를 갖고, 외측 및 내측 볼 트랙의 중심선은 상호 인접한 적어도 두 개의 상이하게 만곡된 부분으로 구성된, 토오크를 전달하기 위한 등속 유니버설 조인트에 관한 것이다.
도1은 종래 기술의 기재에 따른 언더컷 없는 등속 유니버설 조인트(UF 조인트)의 종단면도이다.
도2는 도1에 따른 조인트의 외측 조인트 부품의 트랙 단부의 도면이다.
도3은 굴절된 연결 샤프트를 구비한, 도1에 따른 조인트의 외측 조인트 부품의 도면이다.
도4는 언더컷 없는 트랙을 구비한 신규한 등속 유니버설 조인트의 종단면도이다.
도5는 도4에 따른 조인트의 외측 조인트 부품의 트랙 단부의 도면이다.
도6은 굴절된 연결 샤프트를 구비한, 도4에 따른 조인트의 외측 조인트 부품의 도면이다.
본 발명의 목적은, 다른 변수들에 역효과를 주지 않고 공간 및 질량이 감소될 수 있는 방법으로 성능이 개선된, 최초 언급한 유형의 조인트를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 목적은 외측 조인트 부품의 볼 트랙의 중심선(S)들이 볼록하게 만곡된 내측 부분(S1)들 및 개방 단부를 향해 대향해서 만곡된 오목한 단부 부분(S2)들을 각각 포함한다는 점에서 달성된다. 이는 내측 부분(S1)들이 조인트 중심(C) 주위의 만곡된 경로 내에서 적어도 부분적으로 연장되고 개방 단부를 향해 위치된 단부 부분(S2)들이 대향 방향으로, 즉 외측으로 만곡된 것을 의미한다. 통상, 결과는 단부 부분(S2)들 내에서 축(AA)으로부터의 외측 조인트 부품 내의 볼 트랙의 중심선의 거리가 외측 조인트 부품의 개방 단부를 향해 증가하게 된다.
외측 조인트 부품의 형상은 볼 트랙들의 단부가 넓어지고 외측 조인트 부품의 개방 단부를 향해 서로로부터 멀리 반경방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
특수한 실시예에 따르면, 내측 부분(S1)들이 외측 조인트 부품 내부의 중심(Z1) 주위로 만곡된 경로 내에서 각각 연장되는 것이 제안되고, 또한 단부 부분(S2)들이 외측 조인트 부품 외부의 중심(Z2) 주위로 만곡된 경로 내에서 각각 연장되는 것이 제안된다. 본 발명의 양호한 실시예는 특별히 참조된 다른 종속항에서 설명된다.
통상의 대칭 조건에 의해, 내측 조인트 부품 내의 볼 트랙들은 넓어지고, 내측 조인트 부품의 축(AA)으로부터 거리가 상기 단부에서 최대인 볼 트랙의 중심선과 관련해서 축방향 대향 단부의 단부 부분 내에서 서로로부터 멀리, 즉 외측 조인트 부품의 기부를 향해 이동한다.
만곡부의 일정 선에 따라, 상기 단부 부분(S2)들은 예를 들어 원호(circular arc)로서 연장되지만, 트랙의 단부 부분은 또한 종방향 축(AA)에 대해 각을 이루는 직선 내에서 연장된다.
본 발명에 따른 트랙 형상에 의해 얻어지는 효과는, 트랙 내의 볼의 접촉점이 대략 볼의 각각의 중심을 통해 연장되는 반경방향 면 내에 위치되는 종래 기술의 내용에 따른 조인트와는 반대로, 접촉점이 중심 조인트 면을 향해 오프셋되어 있는, 조인트 중심을 통과하는 반경방향 면에 대해서 트랙 내의 볼의 접촉점들 사이의 축방향 거리가 얻어지는 것에 있다. 이러한 방법으로, 조인트 길이/조인트 질량, 최대 굴절 각 및 연결 샤프트의 두께의 변수들의 관계와 관련된 개선을 달성할 수 있다. 이하의 도면을 참조하여, 신규한 수단 및 효과에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도시된 실시예에서, 신규한 조인트는 UF 조인트로 도시된다. 그러나, 본 발명에 따른 기술적 내용을 실시하기 위해, 볼 트랙은 언더컷이 없을 필요는 없다.
도1은 외측 조인트 부품(11), 내측 조인트 부품(12), 토오크 전달 볼(13) 및 볼 케이지(14)를 포함하는 종래 기술의 등속 유니버설 조인트를 도시한다. 한쪽 단부에서, 외측 조인트 부품(11)은 조인트 저널(16)에서 연장되는 기부(15)에 의해 폐쇄된다. 외측 조인트 부품(11)의 개구(17)는 기부(15)에 축방향으로 대향해서 제공된다. 외측 조인트 부품(11) 내에, 개방 단부(17)에서 보았을 때 언더컷이 없는 다수의 주연방향으로 분포된 외측 볼 트랙(18)들 중 하나가 도시된다. 내측 조인트 부품(12)은 고정 링(21)에 의해 축방향으로 고정된 연결 샤프트(20)가 삽입되는 중심 개구(19)를 구비한다. 내측 조인트 부품(12) 내에, 개방 단부(17)에서 보았을 때 언더컷이 없는 다수의 주연방향으로 분포된 내측 볼 트랙(22)들 중 하나가 도시된다. 외측 볼 트랙(18) 및 내측 볼 트랙(22)들은 쌍으로 상호 협동하고, 토오크 전달 볼(13)을 쌍으로 공동으로 수용한다. 볼(13)들은 볼이 중심 조인트 면(E)과 일치하는 중심 케이지 면 내의 케이지 창(23) 내로 삽입된다는 점에서 볼 케이지(14)에 의해 하나의 면 내에 공동으로 유지된다.
중심 조인트 부품(E)은 또한 조인트가 굴절될 때 외측 조인트 부품 및 내측 조인트 부품의 축들(AA, AI)의 교차점에 의해 형성된 조인트 중심(C)을 포함한다. 외측 조인트 부품(11)의 개방 단부(17)에서, 조인트가 굴절되고 이하에서 설명되는 바와 같이 조인트의 굴절 각(β)을 제한할 때 내측 조인트 부품(12)의 연결 샤프트(20)를 위한 멈춤부를 형성하는 내측 원추부(24)가 제공된다.
도2는 외측 볼 트랙(18)이 절결된 외측 조인트 부품(11)을 도시한다. 개방 단부(17)에서 외측 볼 트랙(18)을 절결한 상기 내측 원추부(24)가 도시된다. 또한, 내측 조인트 부품이 외측 조인트 부품에 대해 최대량으로 굴절되었을 때 볼(13)에 의해 획득된 위치에서 볼 트랙(18) 내의 볼(13)이 도시된다. 이러한 경우에서, 이하에서 설명되는 축들 사이의 최대 굴절 각(β)은 도면에 도시되어 있는 β/2인 외측 조인트 부품에 대한 케이지의 굴절 각을 일으킨다. 중심 조인트 면(E)에 대한 케이지의 중심 면을 상응하게 굴절시킴으로써, 볼(13)은 또한 중심 조인트 면으로부터 각(β/2)만큼 이동한다. 볼의 중심(M)은 축(AA) 상의 중심(Z)이 중심 조인트 면(E)에 대한 오프셋(O1)만큼 오프셋된 반경(R1)을 구비한 원호(S)에 의해, 그리고 축(AA)에 대해 동일한 접선방향을 따르며 평행하게 연장되는 직선(G)에 의해 형성된 외측 볼 트랙(18)의 중심선인 일점 쇄선을 따른다. 도시된 볼의 위치에서, 외측 볼 트랙(18) 내의 볼의 접촉점(B)은 볼 중심(M)을 통하는 반경방향 면 내에 위치된다. 내측 원추부(24)에 의해 형성된 트랙 단부 에지에 대해, 접촉점(B)은 트랙 단부의 에지 파손의 가능성의 관점에서 감소되는 것이 불가능한 최소 축방향 거리(L)에 있다. 접촉점(B)과 중심 조인트 면(E) 사이의 거리는 도면 부호 N으로 표시된다.
도3은 외측 조인트 부품(11)의 축(AA)과 조인트 중심(C) 내의 내측 조인트 부품의 축(AI) 사이의 전술한 조인트 굴절 각(β)을 도시한다. 이러한 경우에, 연결 샤프트(20)는 내측 조인트 부품을 대신해서 도시되고, 이 위치에서 내측 원추부(24)에 대해 지지된다. 굴절 각도를 각(β)으로 제한함으로써, 접촉점(B)과 볼 트랙(18)의 트랙 단부 에지 사이의 최소 거리(L)가 확보된다.
도4는 외측 조인트 부품(31)과, 내측 조인트 부품(32)과, 토오크 전달 볼(33)과, 볼 케이지(34)를 포함하는 신규한 등속 유니버설 조인트를 도시한다. 한쪽 단부에서, 외측 조인트 부품(31)은 조인트 저널(36)에서 연장되는 기부(35)에 의해 폐쇄된다. 외측 조인트 부품(31)의 개구(37)는 기부(35)에 축방향으로 대향해서 제공된다. 외측 조인트 부품(31) 내에서, 절대적으로 필수적인 것을 아니지만, 개방 단부(37)에서 보았을 때 언더컷이 없는 다수의 주연방향으로 분포된 외측 볼 트랙(38)들 중 하나가 도시된다. 내측 조인트 부품(32)은 고정 링(41)에 의해 축방향으로 고정되는 연결 샤프트(40)가 삽입되는 중심 개구(39)를 구비한다. 내측 조인트 부품(32) 내에, 중심 조인트 면(E)을 기준으로 외측 볼 트랙에 대해 대칭으로 연장되고 개방 단부(17)에서 보았을 때 언더컷이 없는 다수의 주연방향으로 분포된 내측 볼 트랙(42)들 중 하나가 도시된다. 외측 볼 트랙(38)들 및 내측 볼 트랙(42)들은 쌍으로 상호 협동하고, 토오크 전달 볼(33)을 쌍으로 공동으로 수용한다. 볼(33)들은 조인트의 중심 면(E)과 일치하는, 볼 케이지(34)의 중심 면 내의 케이지 창(43) 내로 삽입되고, 볼 케이지(34)에 의해 하나의 면 내에 공동으로 유지된다. 중심 조인트 면(E)은 또한 조인트가 굴절될 때 외측 조인트 부품 및 내측 조인트 부품의 축(AA, AI)들의 교차점에 의해 형성된 조인트 중심(C)을 포함한다. 외측 조인트 부품 내의 개방 단부(37)의 측면 상에, 조인트가 굴절될 때 연결 샤프트를 위한 멈춤부를 형성할 수 있는 내측 원추부(44)가 제공된다. 각각의 트랙 기부에 대해 평행하게 연장되고 (도시되지 않은) 볼(33)의 중심 내에서 상호 교차되는 볼 트랙(38, 42)의 중심선은 변곡점을 포함한다. 개방 단부(37)를 향한 외측 볼 트랙(38)이 종방향 축(AA)으로부터 멀리 이동하는 것은 예를 들어, 외측 볼 트랙의 중심선의 단부 부분의 곡률 중심이 외측 조인트 부품 및 상기 선 외부에 각각 위치한다는 점에서 중요한 태양이다. 따라서, 기부 단부(35)를 향한 내측 볼 트랙(42)은 내측 볼 트랙의 중심선의 단부 부분의 곡률 중심이 내측 조인트 부품 및 상기 중심선 외부에 각각 위치한다는 점에서 종방향 축(AI)으로부터 멀리 이동한다.
도5는 절결된 외측 볼 트랙(38)을 구비한 외측 조인트 부품(31)을 도시한다. 개방 단부(37)에서 외측 트랙 기부(38)를 절결한 내측 원추부(44)를 볼 수 있다. 또한, 볼 트랙(38)의 볼(33)은 내측 조인트 부품이 변경되지 않은 조인트 굴절 각(γ)만큼 외측 조인트 부품에 대해 굴절된 위치에서 도시된다. 이하에서 언급되는 축들 사이의 조인트 굴절 각(β)은 도면에 도시되어 있는 β/2인 외측 조인트 부품에 대한 케이지의 굴절 각을 일으킨다. 케이지의 중심 면이 중심 조인트 면(E)에 대해 굴절되면, 볼(33) 또한 중심 조인트 면(E)으로부터 각(β/2)만큼 이동한다. 볼의 중심(M)은 축(AA) 상의 중심(Z1)이 중심 조인트 면(E)에 대한 오프셋(O1)만큼 오프셋되는 반경(R1)을 구비한 제1 원호(S1)에 의해, 그리고 종방향 축(AA)으로부터 거리(OY2)로 조인트의 외부로 연장되는 직선상의 중심(Z2)이 중심 조인트 면(E)에 대한 오프셋(OZ2)만큼 오프셋되는 반경(R2)을 구비한 인접 제2 원호(S2)에 의해 형성되는 외측 볼 트랙(38)의 일점 쇄선으로 된 중심선을 따른다.
굴절 각(β)이 변경되지 않는다고 가정하면, 볼 중심(M)은 중심 조인트 면(E)을 향해 약간 이동된다. 반면에, 외측 볼 트랙에서의 볼(33)의 접촉점(B)은 다시 중심 조인트 면(E)을 향해 볼 중심(M)의 후방으로 이동하고, 또한 반경방향 외측으로 이동한다. 결과적으로, 접촉점(B)의 중심 조인트 면으로부터 거리(N*)는 이전의 거리(N)에 비해서 작아진다. 이는 트랙 단부 에지로부터의 접촉점의 최소 축방향 거리(L)를 유지함으로써, 내측 원추부(44)의 위치는 기부(15)를 향해 이동되고, 즉 외측 조인트 부품이 짧아진다.
도6은 외측 조인트 부품(31)의 축(AA)과 내측 조인트 부품(32)의 축(AI) 사이의 전술한 조인트 굴절 각(β)을 도시한다. 도6에서, 내측 조인트 부품은 연결 샤프트(40)로서 도시되고, 전술한 바와 같이 이 위치에서 내측 원추부의 이동의 결과로서 내측 원추부(44)로부터 일정 거리에 위치된다. 결과적으로, 굴절 각(β)을 변경하지 않고, 토오크 전달 용량을 증가시키기 위해 연결 샤프트(40)의 두께를 증가시키는 것이 가능해 진다. 도면과 다르게, 연결 샤프트의 두께를 유지하면서 그리고 볼 트랙의 단부로부터 접촉점(B)의 적절한 안전 거리(L)를 유지하면서 내측 원추부의 위치가 약간 변경되면, 굴절 각(β)은 증가될 수 있다.

Claims (9)

  1. 외측 볼 트랙(38)을 구비한 외측 조인트 부품(31)과, 내측 볼 트랙(42)을 구비한 내측 조인트 부품(32)과, 대응 자오면 내에 위치하는 외측 및 내측 볼 트랙(38, 42) 쌍들에 의해 안내되는 토오크 전달 볼(33)과, 주연방향으로 분포된 창(43) 내로 볼(33)을 삽입 고정시키고 공통 면 상에 볼(33)을 유지하고 조인트가 굴절될 때 각-이등분 면 상에서 볼을 안내하는 볼 케이지(34)를 갖고, 외측 및 내측 볼 트랙(38, 42)의 중심선은 상호 인접한 적어도 두 개의 상이하게 만곡된 부분으로 구성되고, 외측 및 내측 볼 트랙(38, 42)들의 중심선들은 각각의 볼의 중심부와 교차하고 중심 조인트 면(E)에 대해 상호 대칭인, 토오크 전달용 등속 유니버설 조인트에 있어서,
    외측 조인트 부품(31)의 볼 트랙(38)의 중심선(S)은 볼록하게 만곡된 내측 부분(S1)들과 개방 단부(37)를 향해 대향 만곡된 오목형 단부 부분(S2)들을 각각 포함하고, 내측 조인트 부품(32)의 볼 트랙(42)들의 중심선은 볼록하게 만곡된 외측 부분들과 외측 조인트 부품(31)의 기부 단부(35)를 향해 대향 만곡된 오목형 단부 부분들을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 등속 유니버설 조인트.
  2. 제1항에 있어서, 내측 부분(S1)들은 외측 조인트 부품(31) 내부의 중심(Z1) 주위로 만곡된 경로 내에서 각각 연장되는 것을 특징으로 하는 등속 유니버설 조인트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단부 부분(S2)들은 외측 조인트 부품(31) 외부의 중심(Z2) 주위로 만곡된 경로 내에서 각각 연장되는 것을 특징으로 하는 등속 유니버설 조인트.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중심선의 단부 부분(S2)들은 중심선(S)의 내측 부분(S1)들과 연속적으로 접하는 것을 특징으로 하는 등속 유니버설 조인트.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중심선의 단부 부분(S2)들은 변곡점 내에서 중심선의 내측 부분(S1)들과 접하는 것을 특징으로 하는 등속 유니버설 조인트.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 변곡점 내의 중심선(S) 상의 접선들은 축에 평행한 것을 특징으로 하는 등속 유니버설 조인트.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중심선의 단부 부분(S2)들 및 내측 부분(S1)들은 원호인 것을 특징으로 하는 등속 유니버설 조인트.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단부 부분(S2)들의 곡률 반경(R2)은 중심선의 내측 부분(S1)들의 곡률 반경(R1)보다 작은 것을 특징으로 하는 등속 유니버설 조인트.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외측 조인트 부품(31) 내의 볼 트랙(38)의 내측 부분(S1)들은 외측 조인트 부품(31)의 개방 단부(37)를 향해 중심 조인트 면(E)을 넘어서 10°만큼 연장되는 것을 특징으로 하는 등속 유니버설 조인트.
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