KR20030008469A - 과도 토크에 의한 샤프트 파손 방지를 위한토크전달제한장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 과도 토크에 의한 샤프트 파손 방지를 위한 토크전달장치는 엔진의 동력을 전달받는 구동축과, 상기 구동축으로부터 동력을 전달받아 차량의 바퀴에 전달하는 피동축과, 상기 구동축이 고정되고 상기 피동축이 회전 가능하게 삽입된 케이스와, 상기 케이스의 피동축 대향면에 형성된 삽입홈부에 배치된 스프링과, 상기 스프링에 의해 상기 피동축으로 밀리고 상기 피동축에 형성된 걸림홈부에 걸려 상기 구동축에서 케이스로 전달된 동력을 피동축으로 전달하며 허용토크 이상이 전달되면 상기 걸림홈부에서 걸림 해제되는 볼로 구성되어, 과도한 토크 발생시 상기 볼이 피동축으로 전달되는 토크를 차단함으로써, 과도한 토크에 의해 구동축 또는 피동축이 파손되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

Description

과도 토크에 의한 샤프트 파손 방지를 위한 토크전달제한장치{ Torque transfer restriction apparatus for preventing damage by over-torque}

본 발명은 엔진측에서 휠측으로 전달되는 토크를 제한하는 토크전달제한장치에 관한 것으로서, 특히 엔진측에서 휠측으로 과도한 토크가 전달되는 것에 의해동력을 전달하는 샤프트가 파손되는 것을 막는 과도 토크에 의한 샤프트 파손을 방지하기 위한 토크전달제한장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 동력을 전달하는 구동축의 설계에서 샤프트에 걸리는 토크를 예측하는 것은 매우 중요한 과정이나, 설계자는 부하토크를 정확히 예측하기는 곤란하고 단지 이론적으로 엔진 토크, 바퀴 슬립 토크 등을 계산하여 동력을 원활히 전달할 수 있으며 충분한 내구성을 확보할 수 있는 구동축을 설계한다.

그러나, 실제 주행 시에는 설계단계에서 예측하지 못한 간헐적인 과도한 토크가 발생하게 되고, 이러한 과도한 토크는 샤프트를 파손시킴으로써 자동차의 내구성과 안전운행에 심각한 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구동축과 피동축 사이의 예기치 못한 과도한 토크 발생시 구동축과 피동축 사이에 상대회전이 발생하여 토크전달을 차단하는 과도 토크에 의한 샤프트 파손 방지를 위한 토크전달제한장치를 설계하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 토크전달제한장치의 주요부 구성이 도시된 단면도,

도 2는 도 1의 A-A 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 토크전달장치의 자유물체도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10: 구동축20: 피동축

22: 걸림홈부30: 케이스

32: 삽입홈부36: 조절나사

40: 스프링50: 볼

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 과도 토크에 의한 샤프트 파손을 방지하기 위한 토크전달제한장치는 엔진의 동력을 전달받는 구동축과, 상기 구동축으로부터 동력을 전달받아 차량의 바퀴에 전달하는 피동축과, 상기 구동축이고정되고 상기 피동축이 회전 가능하게 삽입된 케이스와, 상기 케이스의 피동축 대향면에 형성된 삽입홈부에 배치된 스프링과, 상기 스프링에 의해 상기 피동축으로 밀리고 상기 피동축에 형성된 걸림홈부에 걸려 상기 구동축에서 케이스로 전달된 동력을 피동축으로 전달하며 허용토크 이상이 전달되면 상기 걸림홈부에서 걸림 해제되는 볼로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 토크전달제한장치의 주요부 구성이 도시된 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.

본 발명에 의한 토크전달제한장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진 등의 기관(미도시)에서 출력된 동력을 전달받는 구동축(10)과, 상기 구동축(10)으로부터 동력을 전달받아 차량의 바퀴(미도시)에 전달하도록 바퀴에 연결된 피동축(20)과, 상기 구동축(10)이 고정되고 상기 피동축(20)이 회전 가능하게 삽입된 케이스(30)와, 상기 케이스(30)의 피동축(20) 대향면에 형성된 삽입홈부(32)에 내에 배치된 스프링(40)과, 상기 스프링(40)에 의해 상기 피동축(20)으로 밀리고 상기 피동축(20)에 형성된 걸림홈부(22)에 걸려 상기 구동축(10)에서 케이스(30)로 전달된 동력을 피동축(20)으로 전달하며 허용토크 이상이 전달되면 상기 걸림홈부(22)에서 걸림 해제되는 볼(50)로 구성된다.

상기 구동축(10)과 피동축(20)은 단부가 이격된 상태로 배치되고, 상기 케이스(30)과 스프링(40)과 볼(50)은 상기 구동축(10)의 토크를 피동축(20) 및 바퀴로전달하는 커플링의 역할을 하게 된다.

여기서, 상기 걸림홈부(22)는 상기 볼(50)의 반경 미만의 높이로 형성되어 볼(50)의 가장자리 일부만이 걸리도록 하므로써, 스프링(40)의 누름하중에 의한 모멘트와 케이스(30)에서 가해지는 힘에 의한 모멘트 차에 의해 상기 볼(50)이 걸림 해제되도록 한다.

상기 케이스(30)에는 상기 케이스(30)의 외측에서 나사 결합되면서 상기 스프링(40)을 볼(50)측으로 밀어내어 상기 볼(50)에 가해지는 스프링(40)의 압력을 조절하도록 조절나사(36)가 설치된다.

도 3은 본 발명에 따른 토크전달제한장치의 자유물체도이다.

여기서, 상기 스프링의 압력(P)은 볼(50)에 작용하는 모멘트 방정식을 이용하여 결정되는 것으로, 상기 볼(50)과 걸림홈부(22)가 걸림 접촉하는 접촉점 A에 대한 모멘트 방정식을 도 3을 참조하여 세우면 다음과 같다.

ΣMA = Pa-Qb =0

그리고, 엔진으로부터의 전달토크 T=Q(R+b) 이므로, 스프링 압력 P=Q~b/a =T~b/a(R+b) 로 정해진다.

여기서, a는 볼의 중심선과 접촉점 A 사이의 거리이고, b는 볼의 중심점과 걸림홈부 선단까지의 거리이며, Q는 케이스에서 볼에 가해진 하중이고, R은 피동축의 반경이다.

그러므로, 상기 조절나사(36)를 이용하여 스프링 압력(P)를 조절하는 것에 의해 상기 볼(50)이 걸림홈부(22)에서 이탈되어 동력이 차단되는 최대토크를 조절할 수 있게 된다.

그리고, 상기 스프링(40)과 볼(50)과 걸림홈부(22)는 상기 볼(50)이 걸림홈부(22)에서 걸림 해제되어 볼(50)과 걸림홈부(22)의 선단이 충돌할 때 구동축(10)의 1회전시 2회 이상의 충돌소음이 발생될 수 있도록 복수개 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 구동축(10)에 조절나사(36)에 의해 정해진 토크값보다 작은 토크가 가해지면 상기 볼(50)에는 스프링(40)의 압력이 작용하여 상기 걸림홈부(22)에 밀착되어 상기 구동축(10)으로부터 케이스(30)에 전달된 토크를 상기 피동축(20)에 전달한다.

한편, 상기 구동축(10)에 상기 조절나사(36)에 의해 정해진 토크 값보다 큰 토크가 가해지면, 상기 볼(50)에는 상기 스프링(40)의 압력보다 큰 하중이 전달되어 상기 걸림홈부(22)에서 걸림 해제되고, 상기 볼(50)이 스프링(40)을 압축시키면서 상기 걸림홈부(22)에서 이탈되게 된다. 상기 볼(50)이 상기 걸림홈부(22)에서 이탈되면서 피동축(20)으로의 동력전달은 차단되고, 상기 볼(50)은 걸림홈부(22)의 선단과 충돌하면서 격렬한 충격소음을 발생시켜 운전자에게 과다 토크로 인한 동력 차단을 알리게 된다.

그런 다음, 과도한 토크가 제거되면 상기 볼(50)은 상기 스프링(40)의 압력에 의해 다시 피동축(20)의 걸림홈부(22)에 걸림되어 구동축(10)의 동력을 피동축(20) 및 바퀴에 전달하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 과도 토크에 의한 샤프트 파손을 방지하기 위한 토크전달장치는 구동축의 토크를 볼을 통해 피동축으로 전달하고, 설계 단계에서 예측하지 못한 과도한 토크가 발생하는 경우 전달되는 토크를 차단하여 과도한 토크에 의해 구동축 또는 피동축이 파손되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

그리고, 과도한 토크가 제거되면 별도의 조작없이 동력전달기능이 회복될 뿐만 아니라, 과적에 의한 바퀴의 슬립이 발생하면 과도한 토크가 발생하게 되는데, 상기 볼에 의한 동력이 차단되어 주행불가 상태가 되므로, 과적운행을 미연에 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.

그리고, 간헐적으로 발생되는 과도 토크를 설계단계에서 지나치게 고려하지 않아도 되므로, 보다 경제적인 구동축 설계가 가능하게 되는 효과가 있다.

그리고, 조절나사를 이용하여 토크의 전달을 차단하는 최대 토크를 조정할 수 있어 차종이나 엔진에 따라 다양하게 적용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 엔진의 동력을 전달받는 구동축과, 상기 구동축으로부터 동력을 전달받아 차량의 바퀴에 전달하는 피동축과, 상기 구동축이 고정되고 상기 피동축이 회전 가능하게 삽입된 케이스와, 상기 케이스의 피동축 대향면에 형성된 삽입홈부에 배치된 스프링과, 상기 스프링에 의해 상기 피동축으로 밀리고 상기 피동축에 형성된 걸림홈부에 걸려 상기 구동축에서 케이스로 전달된 동력을 피동축으로 전달하며 허용토크 이상이 전달되면 상기 걸림홈부에서 걸림 해제되는 볼로 구성된 것을 특징으로 하는 과도 토크에 의한 샤프트 파손을 방지하기 위한 토크전달제한장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 케이스에는 상기 케이스의 외측에서 나사 결합되면서 상기 스프링을 볼측으로 밀어내어 상기 볼에 가해지는 스프링의 압력을 조절하는 조절나사가 설치된 것을 특징으로 하는 과도 토크에 의한 샤프트 파손을 방지하기 위한 토크전달제한장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스프링과 볼과 걸림홈부는 상기 볼이 걸림홈부에서 걸림 해제되어 볼과 걸림홈부가 충돌할 때 구동축의 1회전시 2회 이상의 충돌소음이 발생될 수 있도록 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 과도 토크에 의한 샤프트 파손을 방지하기 위한토크전달제한장치.