KR20020084179A - 등속 조인트 및 등속 조인트용 기계식 전동 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명의 등속 전동 조인트는 복수의 암(14)을 갖는 수 부재(10), 상기 각각의 암(14)마다 암의 대향하는 측면 상에 위치되는 한 쌍의 대면하는 트랙(22, 23)을 형성하는 암 부재(20), 및 상기 각각의 암 상에 장착되고, 상기 쌍으로 된 트랙(22, 23)의 길이방향을 따라 이동가능하며, 상기 트랙에 의하여 축방향으로 지지되고, 암의 축(Y-Y)을 따라 선회 및 축방향 이동이 가능하도록 상기 암과 연결되는 기계식 전동 부재(30)를 포함하고, 상기 전동 부재는 상기 트랙 중 어느 하나 위를 주행하도록 대응하는 트랙 사이에 배치되는 원형 대칭인 외부 롤러를 포함한다. 각각의 암마다, 외부 롤러(32)의 자오선 절반부의 외측 형상은 동일 부호의 곡률을 가지며 결합된 트랙(22, 23)의 두 개의 실질적으로 상보적인 형상의 아크(22A, 22B)와 협동하여 두 개의 이격된 접촉 영역(37A, 37B)을 형성하는 두 개의 아크(32A, 32B)를 포함한다. 본 발명은 자동차 전동 장치용 등속 조인트에 적용가능하다.

Description

등속 조인트 및 등속 조인트용 기계식 전동 부재 {CONSTANT VELOCITY JOINT AND MECHANICAL TRANSMISSION MEMBER FOR SAME}

후술하는 상세한 설명에서 용어 "축방향" 및 "반경방향"은 당해 암의 축에 대하여 사용되는 것이다. 마찬가지로, 용어 "내부" 및 "외부"는 외부 롤러의 회전축에 대하여 사용되는 것이고, 상기 축은 편각(deflection angle) 제로에서 공통으로 만곡되도록 암의 축과 일치한다.

상기 조인트 분야에 있어서, 수 부재(male element)의 암(arm) 각각은 암의 축을 따라 왕복 이동할 때 대응하는 쌍의 트랙에 대하여 이동하는 것으로 알려져 있다. 조인트의 구조적인 외형 때문에 이러한 이동은 불가피하다. 이러한 이동은 조인트에 의하여 서로 결합된 두 개의 샤프트 사이에 편각이 있을 때 조인트가 동작하는 방식으로부터 발생하고, 또한 수 부재의 중심에 의하여 조인트 회전 주파수의 3배인 주파수로 실행되는 궤도 이동으로 구성되는 "오프셋" 현상으로부터 발생한다.

토크를 전달할 때, 마찰로 인하여 이들 이동이 각각의 외부 롤러가 받는 왕복 틸팅력(tilting force)을 발생시키는 구동력의 축방향 분력(component)을 발생시키게 되고, 롤러의 외면은 일반적으로 환상(toroidal)으로 되어 있다. 이 힘으로 인하여 외부 롤러는 자신이 움직이는 트랙과 접촉되는 지점을 중심으로 진동하게 된다. 압력을 가하는 부분과 정반대인 롤러 외면의 일부분은 롤러가 압력을 가하지 않는 트랙의 면에 대하여 강하게 진동함으로써, 조인트의 전달 효율을 감소시킨다.

이들 진동은 사용자의 신경을 거슬리게 하는 고레벨의 소음을 또한 발생시킨다. 또한, 롤러와 진동 접촉되는 트랙 영역의 표면 경도는 적당한 표면 처리에 의하여 보강되는 것이 필요하고, 이 처리는 암 부재의 형상 때문에 복잡한 경우가 종종 있다. 최종적으로, 이들 진동으로 외부 롤러가 트랙의 말단에서 움직이지 않게 될 위험이 있다.

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 정의된 유형의 등속 전동 조인트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자동차 전동 장치용 등속 조인트에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 삼각대형 등속 전동 조인트의 부분단면도이다.

도 1A는 도 1의 상세도이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 삼각대형 등속 전동 조인트의 특정 실시예를 각각 도시하는 도 1과 유사한 도면이다.

본 발명의 목적은 외부 롤러의 임의의 진동 동작이 간단한 수단에 의하여 방지되어 현저한 안정성이 롤러에 제공되는, 전술한 유형의 등속 전동 조인트를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 목적은 특허청구범위 제1항의 특징부에 개시된 특징을 포함하는 전술한 유형의 등속 전동 조인트에 의하여 달성된다.

본 발명의 여러 가지 실시예에 있어서, 조인트는 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능하게 결합된 특허청구범위 제2항 내지 제10항의 특징 중 한 가지 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 등속 전동 조인트용 전동 부재를 제공한다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 단지 예를 들어 개시하는 다음의 상세한 설명으로부터 보다 더 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 다음 부품을 필수적으로 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각대형 등속 조인트(1)의 일부분을 예시하는 도면이다.

먼저, 조인트(1)는 도 1의 평면과 직교하는 중앙축(X-X)을 중심으로 세 방향으로 대칭인 수, 스파이더 부재(male, spider element) 또는 "삼각대(tripod)"(10)를 포함하고, 상기 부재는 허브(hub)(12) 및 120°로 경사져서 이격된 세 개의 반경방향 암(14)(여기서는 단지 하나의 암만 도시되어 있음)을 포함한다. 상기 각각의 암(14)의 말단부는 암의 축(Y-Y) 상에 중심을 둔 구형(球形)의 이축(trunnion)(16)을 형성한다. 삼각대(10)는 제1 샤프트(18)에 고정된다.

다음에, 조인트(1)는 중앙축(X'-X')을 중심으로 세 방향으로 대칭인 암, 레이스 부재(female, race element) 또는 "튤립(tulip)"(20)을 포함하고, 상기 축은도시된 조인트가 직선으로 또는 정렬된 위치에 있을 때 축(X-X)과 일치된다. 각각의 암(14)의 양쪽에는, 튤립이 두 개의 대면하는 트랙(22, 23)을 제공한다. 튤립은 제2 샤프트(도시되지 않음)에 고정된다.

최종적으로, 각각의 암(14)마다, 조인트(1)는 쌍으로 된 트랙(22, 23)에 의하여 축방향으로 지지되는 기계식 전동 부재(mechanical transmission member)(30)를 갖는다. 기계식 전동 부재(30)는 어느 하나의 트랙(22, 23) 위를 롤링하는 외부 롤러(32), 상기 외부 롤러(32) 내측에 위치된 내부 링(34), 및 상기 내부 링(34)과 상기 외부 롤러(32)를 서로 결합시키는 결합 수단(36)을 포함한다. 롤러(32)는 도 1의 축(Y-Y)과 일치되는 회전축(Z-Z)을 제공한다.

세 개의 기계식 전동 부재(30)는 동일하고, 삼각대(10) 및 튤립(20)은 세 방향으로 대칭이기 때문에, 도 1에 도시된 조인트(1)의 단지 일부분만 상세하게 설명한다.

기계식 전동 부재(30)는 암(14)의 축(Y-Y)을 중심으로 선회 및 이동하도록 연결되고, 여기에서 내부 링(34)의 내면과 이축(16)의 외면 사이는 접촉 상태를 유지한다. 따라서, 내부 링(34)은 암(14)을 중심으로 회전하고, 기울어지며, 슬라이딩한다.

전동 부재(30)는 쌍으로 된 트랙(22, 23)의 길이방향, 즉 도 1의 평면과 수직방향으로 또한 이동할 수 있다.

자오선 절반부, 예를 들면, 도 1의 축(Z-Z)에 대한 좌측 절반면에 있어서, 외부 롤러(32)는 두 개의 볼록한 원형 아크(32A, 32B)를 포함하는 외측 형상을 제공하는 반면, 대응하는 트랙(22)은 롤러(32)의 외측 형상의 볼록한 아크(32A, 32B)와 실질적으로 상보적인 두 개의 오목한 원형 아크(22A, 22B)를 포함하는 내측 형상을 제공한다. 이들 아크에는, 조인트가 구동될 수 있는 각 방향마다, 롤러(32) 및 결합된 트랙(22)이 롤러의 축(Z-Z)과 실질적으로 수직인 각각의 합력(resultant)(R_A, R_B)을 제공하는 두 개의 접촉 영역(37A, 37B)을 형성한다. 이들 접촉 영역(37A, 37B)은 트랙(22) 내측의 두 개의 아크(22A, 22B)의 바닥에 위치되므로, 서로 이격되어 있다.

보다 정확하게는(도 1A 참조), 아크(32A, 32B)의 반경은 아크(22A, 22B)의 반경보다 약간 작고 , 아크(32A, 32B)를 상호 연결하는 오목한 아크(32C)의 반경은 아크(22A, 22B)를 상호 연결하는 볼록한 아크(22C)와 확실하게 접촉되지 않도록 하기에 충분할 정도로 작다. 반경의 차이는 도면에 명료하게 나타내기 위하여 도 1A에 확대하여 나타내었다.

내부 링(34)과 외부 롤러(32) 사이의 결합 수단(36)은, 내부 링(34)의 원통형 외측면과 외부 롤러(32)의 원통형 내측면 사이에 배치된 원형의 니들(38) 세트를 링(34) 및 니들(38) 세트의 양쪽에 배치된 두 개의 편평한 베어링 와셔(39, 40)와 함께 포함한다. 각각의 베어링 와셔(39, 40)의 외주는 외부 롤러의 내면에 형성되어 있는 환형 홈에 수용된다.

동작 간극을 무시하면, 이들 결합 수단(36)은 축(Z-Z)을 중심으로 외부 롤러(32)와 내부 링(34) 사이에서 단독으로 상대 피벗할 수 있다.

조인트(1)는 다음과 같이 동작한다.

도 1의 시계 반대방향으로 샤프트(18)에 가해지는 구동 토크의 영향으로, 암(14)이 전동 힘(T)을 기계식 전동 부재(30)에 가한다. 상기 힘이 가해지는 지점은 암(14)의 이축(16)과 부재(30)의 내부 링(34) 사이의 접촉점이다. 상기 힘은 샤프트(18)에 가해진 구동 토크의 인가로부터 직접 얻어지는 반경방향 분력(T_R), 및 이축(16)의 외면과 내부 링(34)의 내면 사이의 마찰로부터 얻어지는 축(Z-Z)을 따르는 축방향 분력(T_A)을 포함한다. 이 마찰은 조인트가 제로가 아닌 편각으로, 그리고 전술한 바와 같이 수 부재(10)의 축(X-X)의 "오프셋" 궤도 움직임으로 동작할 때마다 이축(16)과 링(34) 사이의 상대적인 슬라이딩 움직임에 의하여 발생된다.

힘의 반경방향 분력(T_R)은 이 반경방향 분력(T_R)을 받는 외부 롤러(32)와 암 부재(20)의 결합된 트랙(22) 사이에 유지되는 접촉 영역(37A, 37B)을 거쳐 암 부재(20)에 전달된다.

공칭값이 일반적으로 반경방향 분력(T_R)의 10분의 1인 전동력의 축방향 분력(T_A)이 전동 부재(30)를 기울어지게 하는 힘을 발생한다. 그러나, 이 힘은 롤러(32)와 트랙(22) 사이에 유지되는 접촉 영역(37A, 37B)을 거쳐 암 부재의 트랙(22)에 의하여 완전하게 수용된다.

각 접촉 영역의 분력(R_A, R_B)은 롤러의 축(Z-Z)과 수직을 유지하고, 각 접촉 영역의 트랙(22, 23)의 중앙면(P)으로부터의 거리(d)는 힘(T_R)이 가해지는 지점이축(Z-Z)과 수직이며 접촉 영역(37A, 37B)의 각각의 중심을 포함하는 두 개의 평행면(P_A, P_B) 사이에 형성된 체적 내에 영구적인 유지가 확실하게 되도록 하기에 충분하도록 선택된다.

따라서, 구동 토크의 영향으로, 기계식 전동 부재(30)는 자유롭게 움직인다는 점에서 상기 트랙을 따라 롤링하고 상기 쌍으로 된 트랙의 길이방향 축을 따라 슬라이딩할 수 있다.

따라서, 본 발명은 전동 부재(30)가 안정적이어서, 대응하는 쌍의 트랙에 대하여, 외부 롤러(32)가 축(Z-Z)을 따라 임의로 병진 이동하고, 상기 쌍으로 된 트랙의 길이방향 축을 중심으로 임의로 회전 이동하며, 축(Z-Z)과 수직인 축을 중심으로 임의로 회전 이동하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

외부 롤러(22)의 안정성이 개선되기 때문에, 조인트의 진동 레벨 및 전동 효율이 개선된다. 마찬가지로, 암 부재의 소정 영역의 표면 강도를 보강하기 위하여 종래 기술의 조인트에 필수적이었던 표면 처리가 더 이상 필요하지 않다.

상기 제1 실시예의 변형예(도시되지 않음)는 내부 형상이 실질적으로 상보적인 두 개의 볼록한 아크를 나타내는 트랙과 결합되도록 그 외부 형상이 두 개의 오목한 아크를 갖는 외부 롤러를 배치하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예의 조인트(1)가 도 2에 도시되어 있다.

조인트(1)는 다음의 상이점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 부재를 갖는다.

첫째, 암(14)의 이축(16)은 회전축(Y-Y)을 중심으로 실질적으로 원통형이다.

둘째, 기계식 전동 부재(30)는 내부 링(34)과 암(14) 사이에 위치된 결합 수단을 포함한다. 이들 결합 수단은 이축(16)의 양쪽에 있는 두 개의 쇼울더(50, 51)에 의하여 반경방향으로 지지되는 원형의 니들(38) 세트로 구성된다. 따라서, 상기 결합 수단이 축(Y-Y)을 따라 상대적으로 피벗하고, 내부 링(34)과 암(14) 사이에서 상기 축을 따라 병진 이동할 수 있다.

또한, 외부 롤러(32)의 내면은 실질적으로 구형이고, 상보적인 구형 형상을 갖는 내부 링(34)의 구형면과 협동함으로써 외부 롤러(32)와 내부 링(34) 사이에서만 선회 이동할 수 있다.

상기 제2 실시예는 전술한 바와 유사한 방식으로 동작한다.

암(14)으로부터 전달되는 힘(T)은 이축(16)의 외면과 니들(38) 세트의 내면 사이의 접촉라인을 따라 가해진다. 다음에, 내부 링(34)이 상기 힘을 받고, 그 외측 형상이 실질적으로 구형이기 때문에, 롤러(32)의 상보적인 내면의 만곡부 바닥에 위치됨으로써 힘이 전달되는 영역을 외부 롤러(32)를 지지하는 접촉 영역, 즉 작은 점에 해당하는 영역의 조인트 외측으로 향하게 한다.

상기 압력에 의하여 외부 롤러(32)에 전달된 힘은, 전술한 바와 같은 축방향 분력(T_R) 및 롤러(32)와 대응하는 트랙(22) 사이에 지지된 두 개의 접촉 영역(37A, 37B)에 의하여 완전히 수용된 축방향 분력(T_A)을 제공한다. 힘(T_R)이 가해지는 지점은 전술한 두 개의 평면(P_A, P_B) 사이에 위치된 체적 내에 포함된다.

도 3은 본 발명에 따른 조인트(1)의 제3 실시예의 도면이며, 다음에 개시된 부재만 도 2에 도시된 실시예와 상이하다.

첫째, 기계식 전동 부재(30)는 링(34)을 암(14)에 결합하는 전술한 수단 및 조인트 외측에 위치된 이축(16)의 말단에 인접한 환형 홈에 부분적으로 수용되는 스플릿 베어링 와셔(52)를 포함한다. 이축(16)은 조인트 내측에 위치된 말단에 인접하는 쇼울더(53)를 또한 갖는다. 상기 쇼울더(53) 및 와셔(52)는 원형의 니들(38) 세트 및 링(34)의 대향하는 말단에 위치된다.

따라서, 동작 간극을 무시하면, 암(14)과 링(34) 사이에는 축(Y-Y)을 중심으로하는 단지 상대적인 회전만 가능하다.

또한, 외부 롤러(32)의 내면은 축(Z-Z)을 중심으로 원통형이고, 이로써 내부 링(34)이 자신의 구형 형상의 외면을 거쳐 롤러(32)에 대하여 축(Z-Z)을 중심으로 슬라이딩 및 선회 동작을 할 수 있다.

상기 실시예는 전술한 실시예와 동일하게 동작한다. 암(14)으로부터 전달되는 힘(T)은 내부 링(34)이 롤러(32)와 유지되는 접촉 영역을 거쳐 외부 롤러(32)에 가해진다.

다음에, 전술한 실시예에서와 같이, 외부 롤러(32)에 전달된 힘의 반경방향 분력(T_R)의 인가점은 평면(P_A, P_B) 사이에 영구적으로 지지되고, 축방향 분력(T_A)은 두 개의 접촉 영역(37A, 37B)에 의하여 지지된다.

도 4는 본 발명의 등속 조인트(1)의 제4 실시예의 도면으로서, 도 1에 도시된 제1 실시예와 다음과 같은 상이점을 갖는다.

외부 롤러(32)는 평면(P)을 중심으로 대칭인 두 개의 병렬로 배치된 절반부(33A, 33B)로 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 절반부(33A, 33B)의 내면은 각각 내측으로 돌출하는 쇼울더(54A, 54B)가 제공되는 것이 바람직하다. 두 개의 절반부(33A, 33B)가 병렬로 배치되어 완전한 외부 롤러를 형성할 때, 두 개의 쇼울더(54A, 54B)는 결합 수단(36), 이 경우에는 원형의 니들(38) 세트에 의하여 구성된 결합 수단을 수용하는 캐버티를 형성한다.

내부 링(34)은 링(34)의 외면에 수용되는 니들(38) 세트에 의하여 축(Z-Z)에 대하여 축방향으로 지지되고, 이 외면은 그 형상이 니들(38) 세트의 내면과 상보적이며 두 개의 반경방향 외측으로 향하는 말단 쇼울더(56A, 56B)를 갖는 캐버티(55)를 제공한다.

상기 구조는 제1 실시예에서와 같이 전동 부재(30)와 암(14) 사이에서의 이동이 똑같이 자유롭고 제한되지 않으며, 조인트(1)는 동일하게 동작한다.

상기 제4 실시예의 조인트(1)는 결합 수단(36)이 임의의 와셔를 필요로 하지 않기 때문에 추가적인 장점을 제공하고, 내부 링(34)은 캐버티(55) 내에 수용되는 니들(38) 세트에 의하여 축(Z-Z)에 대하여 축방향으로 지지되며, 상기 니들 세트 자체는 외부 롤러를 형성하는 병렬로 배치된 두 개의 절반부(33A, 33B) 어셈블리에 의하여 축방향으로 지지된다.

최종적으로, 외부 롤러(32)의 외측 형상은 모든 도면에서 롤러의 중앙면(P)을 중심으로 대칭되는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 대칭이 요구되는 것은 아니다. 또한, 비대칭인 롤러(32)를 고려할 수도 있다.

Claims (11)

1. 등속 전동 조인트에 있어서,

   복수의 암(14)을 갖는 수 부재(male element)(10),

   상기 각각의 암(14)마다 그 암의 대향하는 측면 상에 위치되는 한 쌍의 대면하는 트랙(facing tracks: 22, 23)을 형성하는 암 부재(female element)(20), 및

   상기 각각의 암 상에 장착되고, 상기 쌍으로 된 트랙(22, 23)의 길이방향을 따라 이동가능하며, 상기 트랙에 의하여 축방향으로 지지되고, 암의 축(Y-Y)을 따라 선회 및 축방향 이동이 가능하도록 상기 암과 연결되는 기계식 전동 부재(30)

   를 포함하고,

   상기 전동 부재는 상기 트랙 중 어느 하나 위를 주행하도록 대응하는 트랙 사이에 배치되는 원형 대칭인 외부 롤러(32)를 포함하며,

   상기 조인트는, 각각의 암마다, 외부 롤러(32)의 자오선 절반부의 외측 형상이 결합된 트랙(22, 23)의 두 개의 실질적으로 상보적인 아크(22A, 22B)와 협동하는, 동일 부호의 곡률을 가져서 두 개의 이격된 접촉 영역(37A, 37B)을 형성하는 두 개의 아크(32A, 32B)를 포함하고,

   상기 각각의 접촉 영역(37A, 37B)은 상기 외부 롤러(32)의 축(Z-Z)과 실질적으로 수직인 접촉 합력(R_A, R_B)을 결정하는

   등속 전동 조인트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 롤러(32)의 두 개의 아크(32A, 32B)는 그 형상이 볼록한 등속 전동 조인트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 롤러(32)의 아크(32A, 32B)는 원형 아크인 등속 전동 조인트.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 롤러(32)의 외측 형상은 롤러의 중앙면(P)을 중심으로 대칭인 등속 전동 조인트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전동 부재(30)는 상기 외부 롤러(32) 내측에 배치된 내부 링(34), 및 상기 외부 롤러와 내부 링을 서로 결합시켜 상기 외부 롤러와 내부 링 사이에서 공통 회전축을 중심으로 상대적으로 피벗할 수 있도록 해주는 결합 수단(36)을 포함하고,

   상기 내부 링은 상기 암에 대하여 선회 및 슬라이드하도록 장착되는

   등속 전동 조인트.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전동 부재(30)는 상기 외부 롤러 내에서 선회하도록 장착된 내부 링(34)을 포함하는 등속 전동 조인트.
7. 제6항에 있어서,

   상기 내부 링(34)은 공통의 회전축(Z-Z)을 따라 상기 암(14) 상에서 슬라이드하도록 장착되고,

   상기 롤러(32)의 내면 및 상기 링(34)의 외면은 구형이며 실질적으로 상보적인

   등속 전동 조인트.
8. 제6항에 있어서,

   상기 내부 링(34)은 상기 롤러의 회전축(Z-Z)을 따라 외부 롤러(32)에 대하여 슬라이드 가능하고,

   상기 내부 링(34)은 상기 암에 대하여 축방향으로 이동하는 것이 방지되는

   등속 전동 조인트.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 외부 롤러는 자오선 절반부에 외부 롤러의 상기 두 개의 아크(32A, 32B) 중 하나를 포함하는 외측 형상을 각각 제공하는 두 개의 병렬로 배치된부분(33A, 33B)을 포함하는 등속 전동 조인트.
10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 외부 롤러의 각 부분(33A, 33B)은 상기 롤러의 축(Z-Z)을 중심으로 자신의 내면 상에 내측으로 향하는 말단 쇼울더(54A, 54B)를 포함하고,

    상기 두 개의 쇼울더는 상기 결합 수단(36)을 수용하는 캐버티를 상기 두 개의 쇼울더 사이에 형성하는

    등속 전동 조인트.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 등속 전동 조인트용 전동 부재.