KR20020096879A - 투피스 액슬축 - Google Patents

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아메리칸 액슬 앤드 매뉴팩쳐링, 인코포레이티드
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Abstract

디퍼렌셜 어셈블리를 위한 액슬축. 액슬축은 축구조물과 플랜지 구조물을 포함한다. 축구조물은 맞물림면이 형성된 결합부를 가진다. 플랜지 구조물은 정밀 블랭킹 공정으로 형성되고 접촉면이 형성된 장착구를 가진다. 장착구는 회전력의 전달을 용이하게 하기 위해 맞물림면과 접촉면이 서로 맞물리는 결합부를 수용할 수 있는 크기로 형성된다. 축구조물과 플랜지 구조물은 맞물림면과 접촉면 사이에서 회전력의 전달을 용이하게 하기 위해 서로 고정 결합된다.

Description

투피스 액슬축{Two piece axle shaft}
본 발명은 액슬 어셈블리(axle assemblies)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 부분으로 된 액슬축(axle shaft)을 가진 액슬 어셈블리에 관한 것이다.
다수의 차량들은 디퍼렌셜(differential)에 의해 회전력을 한 쌍의 액슬축에 분배하는 동력전달장치(driveline systems)를 사용하고 있다. 전형적으로, 액슬축들은 휠(wheel)에 결합하도록 형성되는 플랜지(flange) 및 이 플랜지를 디퍼렌셜에 결합시키는 축을 포함한다. 종래에 공지된 이 액슬축들은, 적어도 일부분은, 단조 및 기계가공의 조합으로 통상 형성되고 여기서 단일 강편(steel billet)은 열간 단조 및 냉간압출에 의해 액슬의 일반적인 형상으로 성형된다. 그 다음, 최종 완제품은 연속된 2차 기계가공공정에 의해 생산된다. 이런 방식으로 생산된 액슬축들의 구조물은 몇 가지 결함이 있는 것으로 알려져 있다.
그러한 결함중 하나는 전체의 액슬축의 비용과 관련있다. 상기된 바와 같이, 먼저 액슬축은 예정된 결정립구조를 가진 액슬축을 제공하도록 단조공정으로 성형된다. 그러나, 단조는 액슬축들 및 다른 차량의 부품들을 전형적으로 최종 성형할 수 없는 비교적 비싼 공정이다. 더욱이, 몇몇의 2차 공정들은, 교정(straightening)과 같은, 단조된 액슬축의 최종 기계가공에 앞서서 종종 실시할 필요가 있다. 일반적으로, 액슬축의 최종 기계가공은 몇 개의 터닝(turing)공정들, 몇 개의 드릴링(drilling)공정, 호브절삭(hobbing) 또는 브로칭절삭((broaching)공정 및 대부분의 경우에 후열처리(follow-up heat treating)공정을 수반한다. 주요한 장치, 이들 공정과 관련된 힘든 단취작업(tooling) 및 노동(labor)의 비용의 결과때문에, 최종 기계가공 비용이 액슬축 단조 비용의 2배에 달하는 것이 일반적이다.
다른 하나의 결함은 완성된 액슬축의 무게와 관련된다. 단조공정이 강편으로부터 액슬축을 처음으로 성형하는데 사용되기 때문에, 액슬축은 최종적으로 차량 휠 및 차량 디퍼렌셜과 결합될 양단부 사이에 중실축(solid shaft)과 함께 성형된다. 그러나 종종 중실축에 의해 제공된 강도는 필요한 강도를 훨씬 능가하게 되고, 그 때문에 중실축의 부가 질량은 바람직하지 못하다. 그러나 부가 질량의 제거는 액슬축의 또 다른 기계가공공정과 관련된 비용 및/또는 액슬축의 다른 부분들에 미치는 영향때문에 전형적으로 실용적이지 못하다. 예를 들면, 드릴링 공정이 축에 구멍을 파내는데 사용될 수 있다고 가정한다면, 그 비용은 엄청 비싸질 것이고, 그 형성된 구멍은 디퍼렌셜에 결합하는 단부와 같은 액슬축 부분들에 부정적으로 영향을 가하게 될 우려가 있다.
따라서, 종래의 단조된 액슬축보다 제작이 훨씬 용이하고 무게가 더 가벼운 개선된 액슬축에 대한 필요성이 남게 된다.
바람직한 하나의 형태로, 본 발명은 디퍼렌셜 어셈블리를 위한 액슬축을 제공한다. 그 액슬축은 축구조물과 플랜지 구조물을 포함한다. 축구조물은 맞물림면이 형성된 결합부를 가지고, 플랜지 구조물은 접촉면이 형성된 장착구(mounting aperture)를 가진다. 장착구는 맞물림면과 접촉면 사이의 회전력의 전달을 용이하게 할 수 있도록 맞물림면과 접촉면을 서로 맞물리게 하는 결합부를 수용할 수 있는 크기로 만들어진다. 일실시예에 있어서는, 압입 끼워맞춤(press fit) 또는 수축 끼워맞춤(shrink fit)과 같은 억지 끼워맞춤(interference fit)이 장착구에 결합부를 고정하는데 사용되고, 레이저 용접이 축과 플랜지 구조물들이 서로 견고하게 고정된 상태로 유지되는 것을 보장하기 위하여 사용된다. 다른 실시예에 있어서는, 레이저 용접은 축과 플랜지 구조물들 사이의 구동토크(drive torque)의 전달을 용이하게 하고, 축과 플랜지 구조물들을 서로에 고정시키는 역할을 한다.
본 발명의 다른 적용분야가 하기에 기술된 상세한 설명을 통해 명확하게 알 수 있을 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 보여주고 있지만, 상세한 설명 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적으로 의도된 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다라는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 장점 및 특징은 첨부도면과 관련하여 설명된 차후의 상세한 설명 및 부가된 청구항들로부터 명확하게 알 수 있을 것이다. 여기서:
도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 차량의 개략 예시도이다;
도 2는 더 상세하게 리어액슬을 도시한, 도 1의 차량의 일부 절개 사시도이다;
도 3은 도 2에 도시된 리어액슬의 부분 단면도이다;
도 4는 더 상세하게 리어액슬을 도시한 리어액슬의 부분 분해 사시도이다;
도 5는 액슬축의 일부 절개 측면도이다;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 액슬축 어셈블리를 가진 차량의 부분 단면도이다;
도 7은 더 상세하게 액슬축을 도시한, 도 6의 액슬축 어셈블리 부분의 일부 절개 사시도이다;
도 7a는 도 7의 액슬축의 부분과 유사하지만, 플랜지와 축구조물들을 결합시킬 돌기 용접 부분의 사용을 도시한 액슬축 어셈블리의 부분의 확대 단면도이다; 그리고
도 8은 도 7의 액슬축과 유사하지만 터뷸러 블랭크로부터 성형된 액슬축을도시한 도면이다.
도면들 중 도 1에 따르면, 본 발명의 원리들에 따라 구성된 디퍼렌셜 어셈블리를 가지는 차량이 전체적으로 참조번호(10)에 의해 지시된다.
차량(10)은 파워트레인(power train, 14)부를 통해 구동할 수 있는 동력전달장치(12)를 포함한다. 파워트레인(14)은 엔진(16) 및 트랜스미션(18)을 포함한다. 동력전달장치(12)는 구동축(20), 리어액슬(rear axle, 22) 및 복수의 휠들(24)을 포함한다. 엔진은 차량(10)의 축을 따라서 직렬(in-line)로 또는길이(longitudinal) 방향으로 장착되고, 그 출력(output)은 종래의 클러치를 통해 선택적으로 결합되어, 엔진과 트랜스미션 사이에 회전력(즉, 구동토크)을 전달한다. 트랜스미션(18)의 입력은 통상, 회전축 둘레의 회전을 위해 엔진(16)의 출력과 정렬된다. 트랜스미션(18)은 또한, 출력 및 기어감속유닛을 포함한다. 기어감속유닛은 예정된 기어속도비로 트랜스미션 입력을 트랜스미션 출력에 결합하기 위해 작동될 수 있다. 구동축(20)은 회전하기 위해 트랜스미션(18)의 출력과 결합된다. 구동토크는 구동축(20)을 통해 리어액슬에 전달되고, 여기서 리어액슬(22)에서 구동토크는 예정된 방식으로 좌, 우 리어휠들(24a, 24b)에 각각 선택적으로 배분된다.
도 2 및 도 3을 추가로 참조하면, 리어액슬(22)은 디퍼렌셜 어셈블리(30), 좌측 액슬축 어셈블리(32) 및 우측 액슬축 어셈블리(34)를 포함한다는 것을 보여주고 있다. 디퍼렌셜 어셈블리(30)는 하우징(40), 디퍼렌셜 유닛(42) 및 입력축 어셈블리(44)를 포함한다.
하우징(40)은 제 1 축(46) 둘레의 회전을 위한 디퍼렌셜 유닛(42)을 지지하고, 나아가 제 1 축(46)에 수직인 제 2축(48) 둘레의 회전을 위한 입력축 어셈블리(44)를 지지한다.
하우징(40)은 우선, 적절한 캐스팅(casting) 공정으로 성형되고, 그후 규정된 대로 기계가공된다. 하우징은 좌측 액슬 구멍(left axle aperture, 54), 우측 액슬 구멍(56) 및 입력축 구멍(58)을 가지는 중앙 캐비티(central cavity, 52)를 한정하는 측벽 부재(wall member, 50)를 포함한다.
디퍼렌셜 유닛(42)은 하우징의 중앙 캐비티(52) 안에 설치되고, 케이스(70),이 케이스(70)와 함께 회전하기 위해 고정되는 링기어(ring gear, 72) 및 이 케이스(70) 안에 설치되는 기어셋(gearset, 74)을 포함한다. 기어셋(74)은 제 1 및 제 2 사이드기어들(82, 86)과, 케이스(70)에 장착된 피니언 축들(90) 상에 회전 가능하도록 지지되는 복수의 디퍼렌셜 피니언들(88)을 포함한다. 케이스(70)는 한 쌍의 트루니언들(92, 96) 및 기어캐비티(gear cavity, 98)를 포함한다. 한 쌍의 베어링 어셈블리들(102, 106)은 제 1 축(46) 둘레의 회전을 위해 트루니언들(92, 96) 각각을 지지하고 있는 것을 보여준다. 좌측 및 우측 액슬 어셈블리들(32, 34)은 좌측 및 우측 액슬 구멍들(54, 56) 각각을 통해 연장되고, 이 구멍들에서 좌측 및 우측 액슬 어셈블리들(32, 34)은 제 1 축(46)에 대한 회전을 위해 제 1 및 제 2 사이드기어들(82, 86)과 각각 결합된다. 케이스(70)는 제 1 축(46)에 수직인 하나 또는 그 이상의 축들에 대한 기어캐비티 내에서 회전하기 위해 복수의 디퍼렌셜 피니언들(88)을 지지하도록 작동된다. 제 1 및 제 2 사이드기어들(82, 86) 각각은 디퍼렌셜 피니언들(88) 상에 형성된 톱니들(teeth, 110)에 정확하게 맞물리는 복수의 톱니들(teeth, 108)을 포함한다.
입력축 어셈블리(44)는 입력축 구멍(58)을 통해 연장되고, 입력축 구멍(58)에서 입력축 어셈블리(44)는 제 2 축(48) 둘레의 회전을 위해 하우징(40) 내부에 지지된다. 입력축 어셈블리(44)는 입력축(120), 링기어(72) 상에 형성된 톱니들(126)과 정확하게 맞물리는 복수의 피니언 톱니들(124)을 가지는 피니언기어(122), 및 입력축(120)을 회전 가능하게 지지하도록 하우징(40)과 협동하는 한 쌍의 베어링 어셈블리들(128, 130)을 포함한다. 입력축 어셈블리(44)는 구동축(20)과 회전하도록 결합되고, 디퍼렌셜 유닛(42)에 구동토크를 전달하기 위해 작동될 수 있다. 더욱 상세하게는, 입력축(120)으로부터 받은 구동토크는 디퍼렌셜 피니언들(88)을 통해 구동토크가 제 1 및 제 2 사이드기어들(82, 86)에 분산되도록, 피니언 톱니들(124)에 의해 링기어(72)의 톱니들(126)로 전달된다.
좌측 및 우측 액슬축 어셈블리들(32, 34)은 구조 및 작동에 있어서 동일하기 때문에, 단지 좌측 액슬축 어셈블리(32)만이 상세하게 기술될 것이다. 유사하거나 상응되는 우측 액슬축 어셈블리의 부품들은 좌측 액슬축 어셈블리를 설명하는데 사용된 동일한 참조번호에 의해 동일한 것으로 간주된다. 좌측 액슬축 어셈블리(32)는 좌측 액슬 구멍(54)에 고정된 액슬 튜브(150), 및 제 1 축(46)에 대한 액슬 튜브(150) 안에서 회전하기 위한 베어링(154)에 의해 지지되는 액슬축(152)을 포함한다. 당업자가 이해할 것이기 때문에, 반유동설계(semi-floating design) 상태의 좌측 액슬축 어셈블리(32)가 예시되어 있고, 반유동설계 상태에서 이 액슬축(152)은 차량(10)의 중량의 일부를 지지한다.
도 4 및 도 5를 추가로 참조하면, 액슬축(152)이 축구조물(160) 및 플랜지 구조물(162)을 포함한다는 것을 보여준다. 축구조물(160)은 본체부(170), 베어링 지지부(172), 입력부(174) 및 결합부(176)를 포함한다는 것을 보여준다. 본체부(170)는 단면이 전체적으로 동일하고, 그의 양단부에 베어링 지지부(172) 및 입력부(174)와 결합된다. 베어링 지지부(172)는 베어링(154)의 내부 베어링 레이스(inner bearing race)와 압입 끼워맞춤(press-fit) 방식으로 결합될 정도의 크기를 갖는 베어링 표면(80)을 포함하며, 예시된 특정 실시예에서는 본체부의 외경보다 전체적으로 더 큰 외경을 가진다. 결합부(176)는 베어링 지지부(172)의 반대편 단부에 고정 결합되고 플랜지 구조물(162)에 축구조물(160)을 결합시키도록 형성된다. 결합부(176)는 접경 플랜지(abutting flange, 184)를 구비한 헤드부(182) 및 맞물림면(186)을 포함한다. 제시된 실시예에서, 헤드부(182)는 복수의 돌출된 톱니를 포함하지만, 대안적으로 어떤 다른 기하학적 형상으로 형성될 수 있다. 헤드부(182)는 접경 플랜지(184)에서 끝난다. 접경 플랜지(184)는 결합부(176) 둘레의 원주방향으로, 그리고 맞물림면(186)의 외측 반경방향으로 연장된다. 맞물림면(186)은 원형형상일 수 있지만, 바람직하게는 베어링 표면(180)의 직경보다 일반적으로 더 큰 외경 또는 치수를 가진 비원형 형상이다. 예시된 특정 실시예에서 설명되고 있듯이, 맞물림면(186)은 아래에 더 상세하게 기술될 원주 방향으로 일정간격으로 형성된 복수의 스플라인 톱니들(spline teeth)을 포함한다. 그러나, 당업자는 어떤 적절한 기하학적 형상도 특히, 수축 끼워맞춤(shrink fit)이나 용접 구조의 경우에 돌출부 또는 평탄부까지도 포함하는 스플라인 톱니들(188)을 대체할 수 있다는 것을 하기의 설명으로부터 이해될 것이다. 입력부(174)는 입력 스플라인(190) 및 잠금 슬롯(192)을 포함하고 있다는 것을 보여주고 있고, 예시된 특정 실시예에서, 본체부(170)로부터 약간 네킹(necking)되어 있다. 입력 스플라인(190)은 제 1 사이드기어(82)에 형성된 복수의 스플라인 이들(196)에 맞물리게 결합되도록 형성되는 복수의 스플라인 톱니들(194)을 포함한다. 스플라인 톱니들(194, 196)의 맞물림 결합은 디퍼렌셜 유닛(42)으로부터 축구조물(160)로의 회전력 전달을 용이하게 한다. 잠금 슬롯(192)은 입력부(174)의 외주면에 형성된 환형홈이다. 입력 스플라인(190)과 환형 측벽부재는 잠금 슬롯(192)의 양측면에 접한다. 잠금 슬롯(192)은 당업자에게 잘 알려진 방식으로 제 1 사이드기어(82)에 입력부(174)를 결합하기 위해 사용되는 종래의 C형 잠금 클립(C-lock clip, 미도시)을 수용할 수 있는 치수로 형성되어 있다.
예시된 특정 실시예에서, 축구조물(160)은 종래 구조물의 중실 액슬축과 비교하여 액슬축(152)의 전체적인 무게를 실질적으로 감소시키는 중공 관형 블랭크(tubular blank)를 사용하여 형성된다. 현재의 바람직한 실시예에 있어서, 길쭉한 결정립구조를 가진 용접된 밀봉(seam) 관형재(tubular material)가 관형 블랭크를 형성하기 위해 사용된다. 먼저, 관형 블랭크는 유체가 액슬축(152)을 통해 흐르는 것을 방지하기 위해 입력부(174)와 가까운 지점에서 중공 중앙 캐비티를 막을 뿐만 아니라, 결합부(176), 입력부(174) 및 베어링 표면(180)을 미리 형성하기 위해 회전식 스웨이징(rotary swaging)되고/되거나 맨드릴 위에서 궤도적으로(orbitally) 단조된다. 롤성형(roll forming), 터닝(turning) 및/또는 그라인딩(grinding)과 같은 추가적인 공정들이 축구조물(160)의 부분들을 최종적 또는 거의 최종적으로 성형하는데 사용된다. 예를들면, 입력 스플라인(190), 맞물림면(186)의 스플라인 톱니들(188), 헤드부(182)의 돌출부들(182a) 및 접경 플랜지(184)와 같은 형상들은 롤성형 공정(rolling forming operation)에서 최종적으로 성형된다. 잠금 슬롯(192)은 롤성형 공정에서 거의 최종적으로 성형되고, 그 후에 터닝공정에서 기계가공으로 마무리된다. 베어링 표면(180)은 롤성형 공정에서 거의 최종적으로 성형되고, 입력 스플라인(190), 스플라인 톱니들(188) 및 베어링표면(180)은 고주파 소입(induction hardening)에 의해 적절하게 열처리된 후에 그라인딩과 같은 적절한 기계가공 공정으로 마무리된다.
플랜지 구조물(162)은 휠 장착부(200) 및 중심허브(202)를 가진 원피스형(one-piece) 환형판이다. 휠 장착부(200)는 휠들(24)중 관련된 하나의 휠과 접하도록 형성된 전체적으로 편평한 접경면(210), 및 접경면(210)에 수직인 축 상에 휠 장착부(200)를 관통하여 연장되고 원통형상의 원주방향을 따라 일정간격으로 배열된 휠 스터드(stud) 장착구들(wheel stud mounting apertures, 212)을 포함한다. 각각의 휠 스터드 장착구(212)는 헤드(218)와 나사부(220)를 가지는 종래의 휠 스터드(216)와 압입 끼워맞춤 방식으로 맞물릴 수 있는 크기로 가공된다. 휠 스터드(216)의 헤드(218)는 접경면(210) 반대측의 휠 장착부(200)의 측면(222)에 접하고, 종래의 러그 너트(lug nut, 미도시)와 나사방식으로 맞물리도록 형성되어 있는 나사부(220)는 접경면(210)으로부터 외측방향으로 연장된다.
또한, 중심허브(202)는 접경면(210)에 수직하게 배열된 장착구(230)를 포함한다. 장착구(230)는 환상 립(annular lip, 232) 및 접촉면(234)을 포함한다. 접촉면(234)은 접촉면(234)과 결합부(176)의 맞물림면(186) 사이의 회전력의 전달을 용이하게 하는 방식으로, 결합부(176)의 맞물림면(186)과 맞물리도록 형성된다. 제시된 실시예에서, 복수의 스플라인 홈들(238)은 장착구(230)의 둘레에 형성된다. 추가적으로, 장착구(230)는 압입 끼워맞춤 방식으로 결합부(176)를 수용할 수 있는 크기로 형성된다. 환상 립(232)은 접경 플랜지(184)에 접하고, 그것만으로 플랜지 구조물(162)이 축구조물(160) 상의 예정된 위치에 위치되도록, 접경 플랜지(184)와협동한다.
또한, 제시된 실시예에서, 중심허브(202)는 축구조물(160)과 플랜지 구조물(162) 사이에 상호연결의 강도를 증가시키기 위해 장착구(230)의 축을 따라서 다소 연장된다. 이점에 있어서, 중심허브(202)는 제 2 접촉면(242)과 헤드부(182)의 외부표면(244) 사이의 회전력을 전달하기 위해 헤드부(182)의 외부 표면(244)과 맞물리는 제 2 접촉면(242)을 가진 제 2 장착구(240)를 포함한다. 따라서, 제 2 장착구는 헤드부의 적어도 일부분을 수용할 수 있는 크기로 형성되고, 그것만으로 헤드부(182)의 돌출부들(182a)과 맞물리게 결합되도록 형성된 복수의 돌출부들(240a)을 포함한다. 맞물림면과 접촉면 사이의 연결에 있어서, 압입 끼워맞춤이나 수축 끼워맞춤과 같은 억지 끼워맞춤이 헤드부의 외부 표면(244)에 제 2 접촉면(242)을 고정하는데 사용되는 것이 바람직하다. 당업자가 알 수 있듯이, 제 2 용접부(250)는 결합부(182)를 중심허브(202)에 고정 결합하는데 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 헤드부(182)는 축구조물(160)이 플랜지 구조물(162)을 통과하여 완전하게 슬라이딩될 수 없는 크기로 형성된다. 이런 식의 구조물은 부품들을 함께 고정하는 결합수단(즉, 억지 끼워맞춤 및/또는 레이저 용접)이 파괴된 상황에서도 플랜지 구조물(162)이 축구조물(160)과 결합된 상태로 유지되는 것을 보장한다.
플랜지 구조물(162)은 전체적으로 정밀 블랭킹(fine blanking) 공정으로 형성되는 것이 바람직하다. 현재의 바람직한 실시예에서, 플랜지 구조물(162)의 소재는 예정된 방향으로 결정립구조를 연장하기 위해 롤공정으로 가공된 판재(a sheet) 또는 평탄한 금속편재(stock material)로 형성된다. 당업자가 알 수 있듯이, 정밀 블랭킹은 정밀 다듬질(fine finish) 및 스트레이트 에지(straight edge)를 갖는 정밀 가공부재를 생산하기 위해 견고하게 고정된 가공부재에 다이 입구(die opening)를 통해 힘이 가해지는 제어 전단 공정(controlled shearing process)이다. 그러나, 당업자가 알 수 있듯이, 대안적 및/또는 추가적인 성형 및/또는 기계가공 공정들이 플랜지 구조물(162)을 성형하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 플랜지 구조물(162)은 소형의 장착구(230)를 사용하는 스탬핑(stamping) 공정으로 우선 성형되고, 그 후에 장착구(230)를 마무리하기 위해 브로칭 공정과 같은 제 2 공정을 통해 제작된다.
우선, 축구조물(160) 및 플랜지 구조물(162)은 상기에 기술된 방식으로 우선 성형되고, 그 후에 결합부(176)가 장착구(230)에 결합되도록 조립된다. 플랜지 구조물(162)은 환상 립(232)이 접경 플랜지(184)에 접하도록, 결합부(176)에 맞대어져 접한다. 그 다음, 축구조물(160) 및 플랜지 구조물(162)은 서로 고정 결합될 수 있도록 레이저 용접된다. 제시된 실시예에서, 맞물림면 및 접촉면(186, 234)은 축구조물(160)과 플랜지 구조물(162) 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 형성된다. 이점에 있어서, 압입 끼워맞춤 또는 수축 끼워맞춤과 같은 억지 끼워맞춤이 축구조물(160) 및 플랜지 구조물(162)을 고정 결합하기 위해 사용되는 것과 레이저 용접부(250)가 축구조물(160) 및 플랜지 구조물(162) 사이에 회전력을 전달하기 위한 주된 수단으로서 역할을 하지 않는 것이 현재로선 바람직하다. 따라서,축구조물(160) 및 플랜지 구조물(162)에 전달되는 열량을 최소화하기 위해 레이저 용접부(250)가 성형시, 레이저 용접부(250)는 상당히 작은 크기로 형성될 수 있다. 그러나, 당업자가 알 수 있듯이, 축구조물(160) 및 플랜지 구조물(162)의 결합은 다소 어렵게 이루어질 수 있다. 예를들면, 억지 끼워맞춤만이 축 및 플랜지 구조물들(160, 162)을 고정 결합하고 그 사이에서 회전력을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 또 하나의 실시예로서, 레이저 용접만이 축 및 플랜지 구조물들(160, 162)을 고정 결합하고 그 사이에서 회전력을 전달하기 위해 사용될 수 있다.
지금까지 본 발명의 액슬축들이 반유동 액슬 어셈블리와 관련하여 설명되었지만, 당업자는, 본 발명이 넓은 관점에서, 다소 다르게 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명에 따른 액슬축들은, 도 6 및 도 7에 예시된 바와 유사하게, 전유동 액슬(full-floating axle)에 합체될 수 있다. 도시된 바와 같이, 액슬축 어셈블리(300)가 액슬 어셈블리(302) 및 휠(304)과 결합되는 것을 보여 준다. 액슬 어셈블리(302)는 외측방향으로 연장하는 한 쌍의 중공 허브들(308)(단지 하나만 도시됨)을 가진 하우징(306)을 포함한다. 하우징(306)은 상술한 하우징(40)과 거의 유사하다. 한 쌍의 베어링들(310)이 각 허브(308)와 결합된 휠(304) 사이에 배열되고 허브(308) 상의 회전을 위해 작동 가능하게 휠(304)을 지지한다. 액슬축 어셈블리들(300)의 각각은 축구조물(322)과 플랜지 구조물(324)을 가진 액슬축(320)을 포함한다. 축구조물(322)은 허브(308) 안의 중공 캐비티(326)를 통해 연장되는 것을 보여주며, 상술한 디퍼렌셜 유닛(42)과 구조 및 작동면에서 유사한 디퍼렌셜 유닛(미도시)에 결합된다. 플랜지 구조물(324)은 휠(304)과 결합되고, 디퍼렌셜로부터 휠에 구동토크를 전달하기 위해 축구조물(322)과 함께 작동된다. 당업자가 알 수 있듯이, 전유동설계 상태의 액슬축 어셈블리(300)가 예시되어 있고, 여기서 액슬축(320)은 휠(304)을 구동시키지만 휠(304)을 정지시키거나 차량의 중량을 지탱하지는 않는다.
일반적으로, 액슬축(320)은 액슬축(152)과 유사하고, 베어링 표면이 축구조물(322) 상에 형성될 필요가 없다는 관점에서 다소 단순화되어 있다. 따라서, 축구조물(322)은 본체부(170′), 입력부(174′) 및 결합부(176′)를 포함하며, 전술한 액슬축(152)의 본체부(170), 입력부(174) 및 결합부(176) 각각과 구조에 있어서 실질적으로 유사하다. 그래서, 축구조물(322)은, 결합부(176′)가 바람직하게는 형상에 있어서 비원형인 맞물림면(186′)과 제 2 맞물림면(244′)을 포함한다는 것을 설명하는 것 이외에는 상세하게 설명되지 않을 것이다. 예시된 특정 실시예에서 맞물림면(186′)은 원주방향으로 일정간격으로 배열된 복수의 스플라인 톱니들(188′)을 포함하고, 제 2 맞물림면(244′)은 복수의 돌출부들(182a′)을 포함한다. 둘 다 하기에서 상세하게 서술될 것이다. 그러나, 당업자가 하기의 설명으로부터 적절한 기하학적 형상이 스플라인 톱니들(188′) 및 돌출부들(182a′)을 대체할 수 있거나 또는 이들의 인터페이스들(interfaces)이 원통형이 될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 당업자가 알 수 있듯이, 액슬축(320)은 도 7에 도시된 바와 같이 중공 빌릿으로부터 성형되거나 또는 도 8에 도시된 바와 같이 중공 튜브(330)로부터 성형될 수도 있다.
도 6 및 도 7로 다시 참조하면, 플랜지 구조물(324)은, 플랜지 구조물도 바람직하게는 정밀 블랭킹 공정에 의해 성형되는 원피스 환상판(one-piece annular plate)이라는 점에서 전술한 플랜지 구조물(162)과 유사하다는 것이 예시되고 있다. 플랜지 구조물(324)은 휠 장착부(200′) 및 중심 허브(202′)를 포함한다. 휠 장착부(200′)는, 일반적으로 평평하고 휠들 중 관련된 휠과 접하도록 형성된 접경면과, 접경면(210′)에 수직인 축 상의 휠 장착부(200′)를 통해 연장되고 종래의 휠 스터드(336)의 나사부(334)를 수용하는 크기로 형성되어 있으며 원통형상의 원주방향으로 일정간격으로 배열되는 복수의 휠 스터드 수용구(216′)를 포함한다. 너트(338)는 나사부(334)와 나사방식으로 결합되고, 플랜지 구조물(324)을 휠(304)에 고정시키는 고정력(clamping force)을 발생시킨다.
중심 허브(202′)는 접경면(210′)에 수직으로 배열되고 접촉면(210′)을 가지는 장착구(230′)를 포함할 뿐만 아니라, 제 2 접촉면(242′)을 가진 제 2 장착구(240′)를 포함한다. 접촉면(234′)은 접촉면(234′)과 결합부(176′)의 맞물림면(186′) 사이의 회전력의 전달이 용이하도록 결합부(176′)의 맞물림면(186′)과 맞물리게 형성된다. 제시된 실시예에서, 복수의 스플라인 홈들(238′)은 장착구(230′)의 둘레 내부로 형성된다. 또한, 제공된 실시예에서, 제 2 접촉면(242′)은 제 2 맞물림면(244′)에 형성된 돌출부들(182a′)과 맞물리도록 형성된 복수의 돌출부들(240a′)을 포함한다. 전술한 실시예에서, 장착구(230′) 및 제 2 장착구(240′)는 맞물림면(186′) 및 접촉면(234′) 뿐만 아니라 제 2 맞물림면(244′) 및 제 2 접촉면(242′)이 억지 끼워맞춤으로 고정 결합될 수 있는 크기인 것이 바람직하다. 하나 또는 그 이상의 용접부(250′)가 축구조물(322)과플랜지 구조물(324)을 서로 결합시키는 데에 부가적이거나 또는 변형적으로 채용될 수 있다. 도 7A를 참조하면, 복수의 돌기(projection, 350)는 대안적으로 접촉면(234′)과 제 2 접촉면(242′) 중 하나의 접촉면 상에 형성될 수 있다. 돌기(350)는 플랜지 구조물(324)에 헤드부(182′)를 고정 결합하는 돌기 용접(projection welding) 공정을 용이하게 한다. 축구조물(322) 및 플랜지 구조물(324)은 상술한 바와 같이 성형되며, 그 후에 이 구조물들은 결합부(176′)가 장착부(230′)에 결합되도록 조립된다. 그 다음, 축구조물(322)과 플랜지 구조물(324)은 확실하게 서로 고정 결합될 수 있도록 레이저 용접된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 맞물림면(186′) 및 접촉면(234′)은 바람직하게는 축구조물(322) 및 플랜지 구조물(324) 사이에 회전력을 전달할 수 있도록 형성된다. 따라서, 레이저 용접부(250′)는 축구조물(322) 및 플랜지 구조물(324) 사이에 회전력을 전달하기 위한 주요수단으로서 역할을 할 필요는 없다.
본 발명이 명세서에 상세히 설명되고 상기된 실시예의 참조도면에 도시된 바와 같이, 당업자는 다양한 변경실시가 가능하고 대체물들은 청구범위에 한정된 발명의 범위를 벗어남이 없이 부품들을 대체할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 필수 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 기술에 특별한 상황이나 재료가 적용되는 다양한 실시예가 가능하다. 그리하여, 본 발명은 본 발명을 실시하기 위한 현재의 개량된 최적의 조건으로 도면에 도시되고 명세서에 설명된 특별한 실시예에 한정되지 않지만, 본 발명은 상술한 상세한 설명 및 첨부된 청구범위 내에 다양한실시예들을 포함한다.

Claims (43)

  1. 맞물림면을 가진 결합부를 가지는 축구조물;
    접촉면을 가진 장착구를 가지며, 상기 장착구는 맞물림면과 접촉면 사이에서 회전력의 전달을 용이하게 할 수 있도록 맞물림면과 접촉면이 서로 맞물리는 결합부를 수용할 수 있는 크기로 형성되는 정밀 블랭킹 플랜지 구조물; 및
    축구조물과 플랜지 구조물을 결합하기 위한 수단을 포함하는 디퍼렌셜 어셈블리 액슬축.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 축구조물은 제 1 소재로 성형되고, 상기 플랜지 구조물은 상기 제 1 소재와 다른 제 2 소재로 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 축구조물은 전체적으로 관형재로 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 관형재는 용접관인 것을 특징으로 하는 액슬축.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 축구조물의 적어도 일부분은 회전 스웨이징 공정으로 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 맞물림면은 상기 접촉면과 맞물리게 결합되도록 형성되는 비원형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 맞물림면과 접촉면 중 한 면은 상기 맞물림면과 상기 접촉면 중 다른 면에 성형되는 복수의 스플라인 홈들과 맞물리게 하는 복수의 스플라인 톱니들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 복수의 스플라인 톱니들은 롤성형 공정에서 상기 축구조물 상에 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 결합수단은 적어도 하나의 레이저 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 축구조물과 상기 플랜지 구조물을 고정 결합하기 위해 적어도 하나의 돌기 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 맞물림면과 상기 접촉면 사이에 억지 끼워맞춤을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 축구조물은 상기 디퍼렌셜 어셈블리의 사이드기어에 성형된 스플라인 홈을 맞물리게 결합되도록 적용되는 입력 스플라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 플랜지 구조물 내부에 형성된 제 2 장착구 안에 적어도 부분적으로 배열된 헤드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 헤드부는 상기 장착구의 직경보다 더 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 플랜지 구조물에 상기 헤드부를 견고하게 결합하기 위해 적어도 하나의 레이저 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 결합부는 상기 헤드부 및 상기 플랜지 구조물을 고정 결합하기 위한 적어도 하나의 돌기 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 헤드부와 상기 제 2 장착구 사이에억지 끼워맞춤을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  18. 제 13항에 있어서, 상기 헤드부는 제 2 맞물림면을 가지고, 상기 제 2 장착구는 제 2 접촉면을 가지며, 상기 제 2 맞물림면이 상기 제 2 접촉면과 맞물리게 결합되도록 형성되는 비원형 형상인 것을 특징으로 하는 액슬축.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 제 2 맞물림면과 제 2 접촉면 중 한 면은 상기 맞물림면과 상기 접촉면 중 다른 면에 성형되는 복수의 스플라인 홈들을 맞물리게 하기 위한 복수의 스플라인 톱니들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 복수의 스플라인 톱니들은 롤성형 공정 중에 상기 헤드부 상에 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지 구조물은 롤공정으로 제조된 판재로 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 축구조물은 압입 끼워맞춤 방식으로 베어링 레이스를 결합하기 위해 적용되는 베어링 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬축.
  23. 액슬 하우징;
    내부에 설치되어 상기 액슬 하우징에 의해 회전 가능하게 지지되며, 구동토크 입력을 작동 가능하도록 받아들이고 한 쌍의 출력 기어들에 상기 구동토크 입력을 분배하는 디퍼렌셜 어셈블리; 및
    축구조물과 플랜지 구조물을 가지며, 상기 축구조물은 맞물림면이 형성된 결합부를 가지고, 상기 플랜지 구조물은 정밀 블랭킹 공정으로 적어도 부분적으로 성형되고 접촉면이 형성된 장착구를 가지며, 상기 장착구는 상기 맞물림면과 상기 접촉면 사이에서 회전력의 전달을 용이하게 하기 위해 상기 맞물림면과 상기 접촉면이 서로 결합될 수 있도록 상기 결합부를 수용할 수 있는 크기로 성형되고, 여기서, 상기 축구조물과 상기 플랜지 구조물은 서로 견고하게 고정되는 한 쌍의 액슬축들을 포함하는 액슬 어셈블리.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 축구조물은 제 1 소재로 성형되고, 상기 플랜지 구조물은 상기 제 1 소재와 다른 제 2 소재로 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 축구조물은 전체적으로 관형재로 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 관형재는 용접관인 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  27. 제 25항에 있어서, 상기 축구조물의 적어도 일부분은 회전 스웨이징 공정으로 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  28. 제 23항에 있어서, 상기 맞물림면은 상기 접촉면과 맞물리게 결합되도록 형성되는 비원형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 맞물림면과 접촉면 중 한 면은 상기 맞물림면과 상기 접촉면 중 다른 면에 성형되는 복수의 스플라인 홈들과 맞물리게 하는 복수의 스플라인 톱니들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 복수의 스플라인 톱니들은 롤성형 공정으로 상기 축구조물 상에 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  31. 제 29항에 있어서, 적어도 하나의 레이저 용접이 상기 플랜지 구조물과 상기 축구조물을 고정 결합하기 사용되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  32. 제 23항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 축구조물과 상기 플랜지 구조물을 고정 결합하기 위해 적어도 하나의 돌기 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  33. 제 23항에 있어서, 상기 맞물림면과 상기 접촉면 사이에 억지 끼워맞춤이 상기 플랜지 구조물과 상기 축구조물을 고정 결합하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  34. 제 23항에 있어서, 상기 축구조물은 상기 디퍼렌셜 어셈블리의 출력 기어들 중 하나에 성형된 스플라인 홈을 맞물리게 결합되도록 형성된 입력 스플라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  35. 제 23항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 플랜지 구조물 내부에 형성된 제 2 장착구 안에 적어도 부분적으로 배열된 헤드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 헤드부는 상기 장착구의 직경보다 더 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  37. 제 35항에 있어서, 적어도 하나의 레이저 용접이 상기 플랜지 구조물에 상기 헤드부를 고정 결합하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  38. 제 35항에 있어서, 상기 헤드부 및 상기 제 2 장착구 사이에 억지 끼워맞춤이 상기 플랜지 구조물에 상기 헤드부를 고정 결합하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  39. 제 35항에 있어서, 상기 헤드부는 제 2 맞물림면을 가지고, 상기 제 2 장착구는 제 2 접촉면을 가지며, 상기 제 2 맞물림면은 상기 제 2 접촉면을 맞물리게 결합되도록 비원형 형상인 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 제 2 맞물림면과 제 2 접촉면 중 한 면은 상기 맞물림면과 접촉면 중 다른 면에 성형되는 복수의 스플라인 홈들을 맞물리게 하기 위한 복수의 스플라인 톱니들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 복수의 스플라인 톱니들은 롤성형 공정 중에 상기 헤드부 상에 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  42. 제 23항에 있어서, 상기 플랜지 구조물은 롤공정으로 제조된 판재로부터 성형되는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
  43. 제 23항에 있어서, 상기 축구조물은 압입 끼워맞춤 방식으로 베어링 레이스를 결합하기 위해 적용되는 베어링 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액슬 어셈블리.
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