KR200283607Y1 - 자동차 전륜 구동축의 트리포드 자재이음 - Google Patents

자동차 전륜 구동축의 트리포드 자재이음 Download PDF

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Abstract

본 고안은 트리포드 자제이음에 조인트 절각이 크게 발생하더라도 스파이더 하우징과 회전로울러 간에 발생하는 미끄럼을 최소화시켜 차륜측 구동축에 미치는 축력이 감소될 수 있도록 하기 위한 것이다.
따라서, 본 고안은 축과 직교하는 방향으로 3개의 고정핀(12b)이 형성되어 있고 이 고정핀(12b)에 회동 가능하게 끼워지는 회전로울러(13)가 설치되며 이 회전로울러(13)와 상기 고정핀(12b)과의 사이에 설치되는 니들베어링(17)으로 구성되어 있는 스파이더 조립체(11)와, 상기 스파이더 조립체(11)의 회전로울러(13)가 삽입되어 축방향으로 유동하는 안내홈(22)이 형성되어 있는 스파이더 하우징(21)으로 구성된 트리포드 자재이음에 있어서, 상기 니들베어링(17)과 고정핀(12b)의 사이에 설치되며 상기 회전로울러(13)보다 폭이 큰 내측로울러(23)와, 상기 니들베어링(17)이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 내측로울러(23)의 상단부 양측에 설치되는 이탈방지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전륜 구동축의 트리포드 자재이음를 제공하여 조인트 절각시 회전로울러(13)에 발생되는 미끄럼을 줄일 수 있게 됨으로써, 조인트 절각이 클 경우에 차륜측 구동축에 발생되는 축력을 감소시켜 운전자 및 탑승자가 안정된 승차감을 얻을 수 있도록 한다.

Description

자동차 전륜 구동축의 트리포드 자재이음(tripod universal joint of car front wheel driving shaft)
본 고안은 기관(engine)으로부터의 발생되는 회전 동력을 바퀴에 전달하는 자동차 구동축(drive shaft)의 자재이음(universal joint)에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 트리포드 조인트의 조인트 절각이 클 경우 스파이더 하우징과 스파이더 조립체의 회전로울러 간에 미끄럼운동이 발생하고 이에 따라 구동축으로 유기되는 축력이 커지게 되어 차체가 좌우로 흔들리게 되는 현상을 개선하기 위한 트리포드(tripod) 자재이음에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에 있어서의 구동축은 변속기의 출력축 즉, 추진축에 연결 설치되어 기관으로부터 전달되어지는 회전 동력을 바퀴에 전달하는 역할을 하게 된다.
이러한 구동축은 주행 상태에 따른 바퀴의 변위에 따라 발생되는 각도 변화를 흡수할 수 있어야하는 바, 이러한 각도변화 및 그 각도변화에 의해 발생되는 구동축의 길이변화 등이 흡수될 수 있도록 하는 자재이음이 설치되어, 변속기로부터 출력되는 회전 동력을 바퀴에 원활히 전달되도록 한다.
상기와 같은 자재이음은 구동륜 위치와 현가장치 및 조향장치 등의 형식과 배치 방식에 따라 그 형태 및 설치 수가 달라지게 되는데, 크게는 조향장치에 의한 조향각을 소화할 수 있는 바퀴측 자재이음과, 현가장치의 상하운동에 의한 최대 변위량을 흡수할 수 있는 변속기측 자재이음으로 나누어지게 된다.
한편, 승용차의 현가장치는 승차감의 향상을 위해 독립현가식이 채택되어 최근 가장 많이 사용되고 있는데, 이러한 독립현가식 현가장치를 갖는 차체에 사용되는 구동축의 자재이음은 주행 상태에 따른 현가 스프링의 신축(伸縮)작용시 구동축에 길이 변화와 각도 변화가 반복하여 받게 됨으로써, 축방향 전위인 구동축의 길이 변화와 각도 변화를 보상할 수 있는 기능을 가진 자재이음이 제작되게 되었다.
이러한 축방향 전위와 각도 변화가 가능한 구동축 자재이음으로서는 트리포드 자재이음과 더블 오프셋(double offset) 자재이음 및 구형(ball-type) 자재이음 등이 있다.
여기서, 도 1 및 도 2에 상기한 바와 같은 축방향 전위와 각도 변화의 기능을 가진 구동축 자재이음 중 바퀴측 트리포드 자재이음의 한 예를 도시하였는 바, 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.
도시되는 바와 같이, 중심부에 체결공(112a)이 형성되어 변속기로부터 회전 동력이 전달되는 액슬측 구동축(110)에 체결 고정되는 스파이더(112)의 외주면에 축직각 방향으로 120°간격 마다 형성된 3개의 고정핀(112b)이 뻗어 있고 이 고정핀(112b)에 회동가능하도록 니들베어링(117)이 삽입 고정된 회전로울러(113)가 설치되어 있는 스파이더 조립체(111)와, 일측면이 개구되어 내부에 상기 스파이더 조립체(111)가 체결되는 공간부가 형성되어 있고 타측면이 바퀴휠과 체결된 차륜측 구동축(120)에 축방향으로 연결 설치되어 있는 스파이더 하우징(121)으로 구성되어 있다.
상기 스파이더 조립체(111)가 체결되는 스파이더 하우징(121)의 내주면에는 상기 스파이더 조립체(111)의 회전로울러(113)가 삽입되어 축방향으로 유동하는 안내홈(122)이 형성되어 차륜측 구동축(120)에 회전 동력을 전달하도록 되어 있다.
한편, 상기 스파이더 하우징(121) 안내홈(122) 선단에 요홈(123)이 형성되고, 이 요홈(123)에 스파이더 조립체(111)의 회전로울러(113)가 안내홈(122)에서 축방향으로 유동하게 될 경우 스파이더 하우징(121)에서 이탈되는 것을 방지하도록 하는 링 리테이너(124)가 체결 설치되어 있다.
또한, 스파이더 하우징(121) 내부로 먼지 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하도록 부트(boot:114)의 일측단이 스파이더 조립체(111)를 덮도록 액슬측 구동축(110)에 고정되어 타측단이 스파이더 하우징(121) 선단외곽에 클램프(115)로 체결되어 있다.
상기된 바와 같이 구성되는 자동차 구동축의 트리포드 자재이음은 주행 상태에 따른 바퀴의 변위에 따라 스파이더 조립체(111)의 회전로울러(113)와 니들베어링(117)이 스파이더 하우징(121)의 안내홈(122)에서 회동하면서 축방향으로 유동되게 되어 구동축의 전체 길이 변화와 각도 변화를 줄 수 있게 되고, 또한 현가장치의 신축 작용시 구동축에 길이 변화와 각도 변화의 반복에 따라 대응할 수 있도록 되어 있다.
한편, 스파이더 조립체(111)의 회전로울러(113)가 스파이더 하우징(121)의 안내홈(122)에서 축방향으로 유동하면서 갖는 길이 변화시 안내홈(122)의 요홈(123)에 체결 설치된 링 리테이너(124)에 의해 회전로울러(113)가 안내홈(122)에서 이탈되는 것을 억제하게 되므로 스파이더 조립체(111)가 스파이더 하우징(121)에서 이탈되는 것을 방지하게 된다.
이와 같이 작동하는 과정에서 트리포드 자제이음의 조인트 절각이 크게 발생할 경우 스파이더 하우징과 회전로울러 간에 미끄럼이 발생하게 됨으로써, 이 미끄럼이 차륜측 구동축에 영향을 미치게 되고 이에 따라 구동축으로 유기되는 축력이 커지게 되며 이 축력이 바퀴로 전달되어 차체가 좌우로 흔들리게 되는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 안출된 것으로서, 자제이음에 조인트 절각이 크게 발생하더라도 스파이더 하우징과 회전로울러 간에 발생하는 미끄럼을 최소화시켜 차륜측 구동축에 미치는 축력이 감소될 수 있도록 함으로써, 미끄럼에 의해 차체가 흔들리는 정도를 경미하게 하여 운전자의 승차감이 불안정해지는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적으로 사용되고 자동차 구동축의 자재이음의 내부 구조를 보인 일측 단면도,
도 2는 도 1의 A-A선 단면도,
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 자동차 구동축의 자재이음의 내부 구조를 보 인 일측 단면도,
도 4는 도 3의 B-B선 단면도,
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 하우징 내의 스파이더 조립체에 발생하는 조인트 절각을 도시한 일측단면도.
도 6a, 도 6b는 본 고안의 실시예에 따른 회전로울러와 내측로울러의 상대운 동에 의해 변화되는 위치를 도시한 개략 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 액슬측 구동축 11 : 스파이더 조립체
12 : 스파이더 12a : 체결공
12b : 고정핀 13 : 회전 로울러
17 : 니들베어링 20 : 차륜측 구동축
21 : 스파이더 하우징 22 : 안내홈
23 : 내측로울러 25 : 1차 이탈방지링
27 : 2차 이탈방지링 29 : 돌기
31 : 삽입부 37 : 체결홈
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안은 축과 직교하는 방향으로 3개의 고정핀이 형성되어 있고 이 고정핀에 회동 가능하게 끼워지는 회전로울러가 설치되며 이 회전로울러와 상기 고정핀과의 사이에 설치되는 니들베어링으로 구성되어 있는 스파이더 조립체와, 일측면이 개구되어 내부에 상기 스파이더 조립체가 체결되는 공간부가 형성되어 이 공간부 내주면에 상기 스파이더 조립체의 회전로울러가 삽입되는 안내홈이 형성되어 있는 스파이더 하우징으로 구성된 트리포드 자재이음에 있어서, 상기 니들베어링과 고정핀의 사이에 설치되며 상기 회전로울러보다 폭이 큰 내측로울러와, 상기 니들베어링이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 내측로울러의 상단부 양측에 설치되는 이탈방지수단과, 상기 이탈방지수단은 상기 내측로울러의 상부 양측 원주상에 상기 내측로울러의 원주보다 작게 형성되는 삽입홈이 형성되어 있고 상기 삽입홈에 끼워지는 1차 이탈방지링과, 상기 1차 이탈방지링과 접촉하며 상기 삽입홈에 요입 형성되는 체결홈에 삽입 고정되는 2차 이탈방지링을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전륜 구동축의 트리포드 자재이음을 제공한다.
이하, 본 고안의 실시예를 첨부도면에 의거 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 자재이음의 조립상태를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 자재이음의 스파이더 조립체의 내부구성을 보인 일측 단면도이며, 도 5는 본 고안의 실시예에 따른 조인트 절각이 발생한 스파이더 조립체의 형상을 도시한 일측면도로서, 도시되는 바와 같이 본 고안의 트리포드 자재이음은 먼저 액슬측 구동축(10)에 설치될 수 있도록 중심부에 체결공(12a)을 갖는 스파이더(12)와, 스파이더(12) 외주면의 축방향에 직교하여 형성되며 상호 120°각도를 유지하는 3개의 고정핀(12b)과, 고정핀(12b)에 회동 가능하도록 설치되며 중심부에 연통공(33)이 형성되어 있는 회전로울러(13)와, 상기 연통공(33)에 삽입되는 니들베이링(17)과, 니들베어링(17)의 내부에 삽입되어 상기 고정핀(12b)과 접촉하고 니들베어링(17)보다 그 크기가 작은 내측로울러(23)로 구성되는 스파이더 조립체(11)와, 일측면이 개구되어 내부에 상기 스파이더 조립체(11)가 삽입되어 체결되는 공간부가 형성되어 있으며 타측면이 바퀴휠과 연결되어 있는 차륜측 구동축(20)에 축방향으로 연결된 스파이더 하우징(21)으로 이루어져 있다.
상기 내측로울러(23)의 중앙에 형성되는 삽입공(30)의 내주면에 구형으로 요입형성된 삽입부(31)가 형성되어 있으며, 이 삽입부(31)에 고정핀(12b)의 외주면에 형성되는 구형모양의 돌기(29)가 삽입되어 내측로울러(23)와 면접촉되어 각도 변위가 이루어질 수 있도록 되어 있는 면 접촉되어 진다.
상기 내측로울러(23)의 상부 원주상의 양측면에는 상기 내측로울러 보다 작은 삽입홈(35)이 형성되어 있고, 이 삽입홈(35)에 설치되어 니들베어링(17)이 외부로 이탈되는 방지하는 이탈방지수단이 설치되어 있다.
이 이탈방지수단은 삽입홈(35)에 니들베어링(17)이 회전로울러(13)와 내측로울러(23)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 상단이 바깥쪽으로 구부러져 있는 1차 이탈방지링(25)이 삽입되어지고, 이 1차 이탈방지링(25)을 지지하며 삽입홈(35)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 이 삽입홈(35)에는 체결홈(37)이 요입형성되며, 이 체결홈(37)에 1차 이탈방지링(25)보다 크기가 작은 2차 이탈방지링(27)이 내주면에 삽입되어 고정되어 있다.
상기 스파이더 조립체(11)가 체결되는 스파이더 하우징(21)의 내주면에는 스파이더(12)에 설치되는 회전로울러(13)가 삽입되어 축방향으로 유동가능하도록 안내홈(22)이 형성되어 있고, 이 안내홈(22)의 양측면에는 요입홈(39)이 형성되어 있어 회전로울러(13)의 원주 상부가 삽입되어 액슬측 구동축(10)의 회전에 따라 차륜측 구동축(20)에 회전력을 전달할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이 구성되어 있는 본 고안의 작동상태를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
액슬측 구동축(10)의 회전에 따라 연동하는 스파이더 조립체(11)가 회전하게 되고, 이 스파이더 조립체(11)의 스파이더(12)가 스파이더 하우징(21)에 형성되어 있는 안내홈(22)에 삽입되어 있어 스파이더 조립체(11)의 회전에 연동되어 스파이더 하우징(21)이 회전할 수 있도록 되어 있으며, 스파이더 하우징(21)의 회전에 따라 차륜측 구동축(20)이 회전하게 된다.
구동축의 트리포트 자재이음은 주행상태에 따른 바퀴휠의 변위에 따라 스파이더(12)의 회전로울러(13)가 스파이더 하우징(21)의 안내홈(22) 내에서 회동하면서 축방향으로 유동하게 되어 구동축의 전체적인 길이변화와 각도 변화를 줄 수 있도록 되어 있으며, 현가장치의 신축작용시 구동축의 길이 변화와 각도 변화에 반복해 대응 하게 된다.
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 현가장치의 신축작용에 의해 각도 변위가 이루어지는 스파이더 조립체(11)의 조인트는 그 외주면에 축직각방향으로 형성되어 있는 고정핀(12b)의 상부에 형성되어 있는 구형모양의 돌기(29)와 접촉하도록 구형모양으로 요입형성되어 있는 삽입부(31)가 형성된 삽입구에 돌기(29)가 삽입되어 삽입구와 면접촉을 하면서 각도 변위를 이루게 된다. 도면중, θ는 스파이더 조립체(11)가 절각된 상태를 나타낸 것이다.
이와 같이 변화하는 각도의 변위나 길이변위에 따라 스파이더 조립체(11)가 동작하는 과정에서 내측로울러(23)의 원주 상부의 양측면에 설치되어 있는 이탈방지수단에 의해 회전로울러(13)와 내측로울러(23) 사이에 설치되는 니들베어링(17)이 이들의 외부로 이탈되는 것을 방지하게 된다.
이러한, 니들베어링(17)은 회전로울러(13)와 내측로울러(23)의 사이에 설치되어 회전로울러(13)와 내측로울러(23)가 구름운동과 미끄럼운동이 원활하게 할 수 있도록 도와주게 되며, 내측로울러(23)와 고정핀(12b)에 의해 조인트 절각시 발생하는 각도 변위를 소화할 수 있게 된다.
또한, 내측로울러(23)에 형성되어 있는 삽입공(30)의 내주면에 구형모양의 삽입부(31)에 삽입되는 고정핀(12b)의 상부에 구형모양 돌기(29)가 면접촉을 하여 조인트가 절각되는 과정에서 스파이더 하우징(21)과 회전로울러(13)에 발생하는 미끄럼 발생폭을 줄임으로써, 차륜측 구동축(20)으로 유기되는 축력을 내측로울러(23)의 구름운동과 니들베어링(17)의 미끄럼운동으로 흡수되어 축력을 감소시키게 된다.
도 6a 와 도 6b는 회전로울러와 내측로울러의 상대운동에 따라 스파이더 조립체가 위치할 수 있는 형태를 보인 것으로서, 도시되는 바와 같이, 스파이더(12)의 반경변화에 따라 내측로울러(23)와 니들베어링(17)의 위치가 변화하는 것을 볼 수 있다.
이 위치변화는 차량의 진행상태에 따라 변화되어지며, 이는 스파이더 조립체(11)가 작동되고 있음을 의미하는 것이다. 이와 같이 작동하는 과정에서 회전로울러(13)는 안내홈(22)의 양측면에 형성되어 있는 요입홈(39)에 삽입되어 이 요입홈(39)을 따라 직선운동을 하게 되고, 조인트가 절각됨에 따른 절각량은 내측로울러(23)의 삽입공(30)에 구형모양으로 요입 형성되어 있는 삽입부(31)에 삽입되는 고정핀(12b)의 구형모양의 돌기(29)가 면접촉을 하면서 절각됨으로써 소화하게 된다. 또한, 스파이더(12)의 반경 변화는 회전로울러(13)와 내측로울러(23)가 상대운동으로 소화하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은 내측로울러와 이 내측로울러에 형성되어 있는 삽입부에 삽입되는 스파이더의 고정핀에 형성된 돌기를 통하여 조인트 절각시 회전로울러에 발생되는 미끄럼을 줄일 수 있게 됨으로써, 조인트 절각이 클 경우에 차륜측 구동축에 발생되는 축력을 감소시킬 수 있으며 이에 따라 바퀴휠의 흔들림이 작아지게 되어 차체의 흔들림이 작아져 운전자 및 탑승자가 안정된 승차감을 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 축과 직교하는 방향으로 3개의 고정핀(12b)이 형성되어 있고 이 고정핀(12b)에 회동 가능하게 끼워지는 회전로울러(13)가 설치되며 이 회전로울러(13)와 상기 고정핀(12b)과의 사이에 설치되는 니들베어링(17)으로 구성되어 있는 스파이더 조립체(11)와, 일측면이 개구되어 내부에 상기 스파이더 조립체(11)가 체결되는 공간부가 형성되어 이 공간부 내주면에 상기 스파이더 조립체(11)의 회전로울러(13)가 삽입되는 안내홈(22)이 형성되어 있는 스파이더 하우징(21)으로 구성된 트리포드 자재이음에 있어서, 상기 니들베어링(17)과 고정핀(12b)의 사이에 설치되며 상기 회전로울러(13)보다 폭이 큰 내측로울러(23)와, 상기 니들베어링(17)이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 내측로울러(23)의 상단부 양측에 설치되는 이탈방지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전륜 구동축의 트리포드 자재이음.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징(21)의 안내홈(22)의 양측면에는 상기 회전로울러(13)의 상부가 삽입되어 지지되며 축방향으로 슬라이딩 운동할 수 있도록 요입홈(39)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 전륜 구동축의 트리포드 자재이음.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고정핀(12b)의 상부 원주상에 반구형모양으로 돌기(29)가 돌출 형성되어 있어 상기 돌기(29)와 면접촉 할 수 있도록 상기 내측로울러(23)의 삽입공(30) 내주면에 반구형모양으로 요입된 삽입부(31)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 전륜 구동축의 트리포드 자재이음.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 이탈방지수단은 상기 내측로울러(23)의 상부 양측 원주상에 상기 내측로울러(23)의 원주보다 작게 형성되는 삽입홈(35)이 형성되어 있고 상기 삽입홈(35)에 끼워지는 1차 이탈방지링(25)과, 상기 1차 이탈방지링(25)과 접촉하며 상기 삽입홈(35)에 요입 형성되는 체결홈(37)에 삽입 고정되는 2차 이탈방지링(27)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 전륜 구동축의 트리포드 자재이음.
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