KR20070110364A - 조인트 연결부 및 대응하는 조인트 연결부를 제조하기 위한방법 - Google Patents

조인트 연결부 및 대응하는 조인트 연결부를 제조하기 위한방법 Download PDF

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KR20070110364A
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Abstract

본 발명은 스퍼 기어 날(13)이 제공된 부품과 대응하는 스퍼 기어 날(11)이 제공된 등속 조인트(2)의 토크-전달 연결을 위한 조인트 연결부를 제조하는 방법에 관한 것이다. 스퍼 기어 날들은 기능적 표면들과 같이 서로 접촉하는 프랭크를 가지며 축방향 바이어스를 가함으로써 상호 연결될 수 있다. 본 발명은 상기 언급된 타입의 조인트 연결부에 관한 것이다.

Description

조인트 연결부 및 대응하는 조인트 연결부를 제조하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING A JOINT CONNECTION AND CORRESPONDING JOINT CONNECTION}
본 발명은 스퍼 기어 날들이 기능적 표면들과 같이 서로 접촉하는 프랭크를 가지며 축방향 바이어스를 가함으로써 상호 연결될 수 있도록 스퍼 기어 날이 제공된 부품과 대응하는 스퍼 기어 날이 제공된 등속 조인트의 토크-전달 연결을 위한 조인트 연결부를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 조인트 연결부에 관한 것이다.
샤프트와 같이, 조인트를 토크-전달식 방법과 탈착 가능한 방법으로 임의의 다른 부품으로 연결하기 위한 플랜지 연결부는 종래 기술에 공지되었으며, 이는 이용 시 상당히 큰 공간이 요구된다.
또한 토크 전달식 연결부를 제조하기 위하여 스플라인 샤프트를 조인트의 대응 형상의 보어로 삽입시키는 것도 종래 기술에 공지되었다. 그러나 이러한 연결부는 상대적으로 큰 축방향 조립체 변위 경로가 요구된다.
따라서 독일 특허 공보 DE 36 36 243 C2호, DE 43 10 007 C1호 및 DE 43 10 008 C2호의 기술 내용에 따르면, 조인트 연결부가 제공되며, 여기서 조인트의 외부 허브는 그 외의 다른 부품 상에서 대응 스퍼 기어 날과 토크 전달을 위해 연결될 수 있는 스퍼 기어 날이 제공된다.
독일 특허 공부 DE 197 51 855 C1호, DE 199 58 674 C2호 및 DE 101 27 458 C2호의 기술 내용에 따르면, 조인트의 외부 허브가 스퍼 기어 날에 의해 연결 요소 결합될 수 있는 위치에 연결 조립체가 제공된다. 이러한 스퍼 기어 날은 무칩 성형 공정에서 제조되는 큰 크기로 형성될 수 있다. 이러한 스퍼 기어 날의 제조는 스퍼 기어 날의 제조 정확성과 제조 비용에 있어서 개선될 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 높은 제조 정밀성과 동시에 낮은 제조 비용의 특징을 가지는 상기 언급된 타입의 방법과 대응하는 조인트 연결부를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따라서, 본 발명의 목적은 하나 이상의 공정 단계에서 스퍼 기어 날(spur gear teeth)을 예비 성형하고, 그 뒤 기능적 표면을 최종 치수로 다듬질함으로써 구현된다. 예를 들어 스퍼 기어 날들은 열간 성형 또는 온간 성형에 의해 예비 성형되고, 오직 기능적 표면들만이 코이닝(coining)에 의해 최종 치수로 다듬질된다.
적어도 최종 무칩 공정 단계에서 오직 기능적 표면들만이 변위(displacement)를 위해 코이닝되는 것이 선호된다. 지지 압력이 형성되고 높은 변형 하중이 요구되는 전체 세트의 스퍼 기어 날의 무칩 공정에 비해, 요구된 변형은 상대적으로 낮은 에너지 비용으로 변위시키고 오직 기능적 표면들만을 가공함으로써 구현될 수 있다. 기능적 표면들을 코이닝함으로써 상기 표면들은 매우 높은 재현 가능한 정확도에 따라 최종 치수로 다듬질될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법의 선호되는 실시예에서, 기능적 표면들은 무칩 다듬질 공정에 따라 최종 치수로 증가된다. 최종 치수로의 무칩 다듬질 단계에서 기능적 표면들에 인접한 날의 표면상에서 재료의 자유 흐름(free flow)을 보장하기 위하여 예비 성형 공정에서 스퍼 기어 날의 날 형태를 성형하는 것이 선호된다. 이는 스퍼 기어 날의 예비 성형 동안 최종 치수로의 무칩 다듬질 동안에 이동된 재료를 수용하기 위하여 각각의 날의 상부 및/또는 기저 영역에 틈새가 형성함으로써 구현될 수 있다. 그 결과, 이동되는 재료의 양이 최소화되는 동시에 지지 압력은 가능한 가장 적은 지점에서 발생된다.
스퍼 기어 날 및 이에 인접한 부품들은 급랭처리되고, 템퍼링되며 및/또는 담금질된다면 예를 들어 축방향 바이어스(axial bias)가 가해지고 및/또는 토크가 전달될 때 스퍼 기어 날의 기능적 표면들은 고정될 수 있다(settle). 스퍼 기어 날이 정역학적으로 과잉결정되기 때문에(statically overdetermined), 조인트 연결부의 이용 또는 조립 동안 기능적 표면들의 고정의 최소각(minimum degree)이 요구되고 선호된다. 이를 위해, 부품들의 코어(core)는 고정(settling)을 돕기 위해 상대적으로 연성을 가지도록 형성되는 것이 선호되며, 반면 외부 층은 강성을 가지며 내구성을 가지는 것이 선호된다.
본 발명의 목적은 바람직하게 상기 기술된 방법에 따라 제조된 조인트 연결부에 의해 구현된다.
서로에 대해 등속 조인트와 부품을 중심에 위치시키기 위하여(center), 스퍼 기어 날은 적어도 작은 쐐기각을 가져야 한다. 바람직하게 이러한 쐐기각은 자체-고정 메커니즘의 인접부에 위치된다. 그러나 본 발명에 따르는 조인트 연결부에서 토크 전달 동안 발생된 축방향 하중을 최소화시키기 위하여 바람직하게 스퍼 기어 날의 쐐기각은 대략 1° 내지 15°, 특히 대략 1.5° 내지 5° 사이에서 선택된다.
대안으로 또는 추가적으로, 본 발명의 선호되는 실시예는 고정너트가 축방향 바이어스 하에서 상호 맞물리게 스퍼 기어 날들을 고정시키도록 유니온 너트 또는 고정너트와 연결을 위해 등속 조인트와 부품상에 연결 수단이 제공된다. 이를 위해, 조인트 연결부는 한 단부에 스퍼 기어 날이 제공되는 내부 허브를 가질 수 있다. 등속 조인트의 외부 허브는 공지된 방식에 따라 관형 샤프트에 연결될 수 있다.
내부 허브는 한 단부에 스퍼 기어 날이 제공되는 원통형 섹션을 가진다면, 상기 원통형 섹션의 외부 표면은 축방향 바이어스를 제공하기 위해 이용되는 고정너트를 고정하기 위한 수단을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 조인트 연결부에 의해 조인트로 연결되는 부품은 원통형 섹션을 가지며, 이의 단부는 스퍼 기어 날이 제공되고, 이의 외부 표면은 고정너트를 고정하기 위한 수단을 가진다. 고정너트는 고정너트 내의 대응 요홈과 2개의 원통형 섹션들 중 한 섹션의 요홈에 연결되는 서클립에 의해 고정될 수 있으며, 그 외의 다른 원통형 섹션과 함께 나사 고정될 수 있다. 2 세트의 스퍼 기어 날을 서로 연결시키기 위하여 정해진 축방향 바이어스를 가할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 등속 조인트의 내부 허브와 부품은 보어를 각각 가지며, 상기 보어들 중 적어도 하나는 내부 스레드가 제공되어 정해진 축방향 바이어스가 내부 허브와 부품을 서로 연결하는 볼트 또는 나사산 핀에 의해 가해질 수 있다. 특히 등속 조인트의 외부 허브가 샤프트에 연결된다면 볼트는 내부 허브로 나사 고정되고 부품 내의 보어를 통해 안내되는 것이 선호된다.
독일 특허 공보 DE 102 09 933 A1호에 공개된 바와 같이 이러한 등속 조인트는 바람직하게 대향 경로 조인트이다.
면들의 기능적 표면들을 고정시키기 위하여(settle), 등속 조인트의 내부 허브는 담금질되는 것이 선호된다. 역으로 스퍼 기어 날이 제공된 적어도 일부분 또는 등속 조인트에 연결된 부품은 급랭처리되고 템퍼링되거나 또는 담금질될 수 있다.
본 발명의 추가적인 개선점, 장점 및 잠재적인 분야는 도면과 실시예의 하기 기술내용으로부터 기인된다. 기술되고 도시된 모든 특징들은 단독으로 또는 이의 조합하여 본 발명의 주요 사상을 구성한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 조인트 연결부의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 조인트 연결부의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따르는 조인트 연결부의 단면도.
도 4는 다양한 제조 단계에서 본 발명에 따르는 조인트 연결부의 날을 도시하는 도면.
도 1 내지 3에 도시된 조인트 연결부들은 부품(1)에 결합되는 등속 조인트(constant velocity joint, 2)를 도면의 상부 부분에 도시하는 반면 도면의 하부 부분에는 등속 조인트(2)로 결합되지 않는 부품(1)을 도시한다. 도 1 내지 3에서의 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 도시된다.
도시된 실시예에서 등속 조인트(2)는 예를 들어 독일 특허 공보 102 09 933 A1호에 공개된 바와 같이 대향 경로 조인트이다.
등속 조인트(2)는 외부 허브(3)의 내측에 배열된 레이스(3a)를 포함하는 외부 허브(3), 내부 허브(4)의 외측에 배열된 내부 레이스(4a)를 포함하는 내부 허브(4), 외부 허브(3) 내에서 안내되고 외부 허브(3)와 내부 허브(4) 사이에 배열된 케이지(cage, 5) 및 레이스(3a, 4a) 내에서 안내되는 볼(6)을 포함한다. 외부 허브(3)는 시트 금속 수용 수단(sheet metal receiving means, 7)과 회전 불가하게 연결되고 이에 의해 둘러싸여 진다. 상기 수용 수단(7)은 예를 들어 용접 조인트(8)에 의해 관형 샤프트(9)로 연결된다.
등속 조인트(2)로 연결되는 부품(1)은 예를 들어 샤프트, 휠 플랜지, 그 외의 다른 조인트 또는 이와 유사한 부품일 수 있다. 등속 조인트(2)의 내부 허브(4) 는 원통형 섹션(10)을 가지며, 도시된 실시예에서 부품(1)을 향하는 단부에 스퍼 기어 날(spur gear teeth, 11)이 제공되고 부품(1)을 향하여 연장된 슬리브의 타입이다.
유사하게, 부품(1)은 원통형 섹션(12)을 가지며, 등속 조인트(2)를 향하는 단부에는 스퍼 기어 날(13)이 제공된다. 도 1 내지 3의 상부 부분에 도시된 바와 같이, 상기 스퍼 기어 날(11, 13)은 토크를 전달하기 위해 상호 맞물릴 수 있도록 서로에 대해 적합하게 형성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 부품(1)의 원통형 섹션(12)은 부품(1)과 일체 구성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 대안으로 원통형 섹션(12)은 부품(1)에 회전 불가능하게 연결될 수 있는 개별적인 요소일 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 원통형 섹션(12)은 부품(1)의 외부 표면 상에서 부분적인 영역 위로 형성된 대응 세트의 종방향 날(longitudinal tooth, 14)에 회전 불가능하게 연결될 수 있으며, 적어도 내부 표면의 부분적인 영역 위로 형성된 일련의 종방향 날을 가진 슬리브로서 구성된다.
등속 조인트(2)의 내부 허브(4)와 부품(1) 사이의 토크 전달 연결은 축방향 바이어스 하에서 2 세트의 스퍼 기어 날(11, 13)들을 연결시킴으로써 구현된다. 이를 위해 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 고정 너트(15)가 제공되며, 상기 고정 너트는 원통형 섹션(12) 상에 형성된 외부 스레드(external thread, 16)로 나사 고정될 수 있는 내부 스레드를 가진다.
내부 허브(4)의 원통형 섹션(10)에 형성된 요홈은 서클립(circlip, 17)을 고 정하며, 고정 너트(15)는 등속 조인트(2)를 향하는 돌출부(18)와 함께 상기 서클립에 대해 배열된다. 고정너트(15)를 나사고정시킴에 따라, 부품(1)의 원통형 섹션(12)은 2 세트의 스퍼 기어 날(11, 13)이 서로 연결되도록 내부 허브(4)의 원통형 섹션(10)을 향해 끌어 당겨질 수 있다.
대조적으로, 도 3에 도시된 실시예에서, 부품(1)은 보어(bore, 19)가 제공된다. 나사산 보어(20)는 등속 조인트(2)의 내부 허브(4) 내에 형성된다. 부품(1)과 내부 허브(4)는 기어 날(11, 13)이 토크-전달 방식으로 서로 연결되도록 나사산 볼트(21)에 의해 서로 나사 고정될 수 있다.
스퍼 기어 날(11, 13)의 제조는 도 4에 따라 상세히 설명될 것이다. 스퍼 기어 날 세트(11, 13)는 복수의 날(tooth)을 포함한다. 도 4는 날(22)의 도식적인 도면이다.
스퍼 기어 날 세트의 날(22)은 도 4에서 점선으로 도시된 외형(23)이 제공되도록 예비 성형된다. 이러한 예비 성형(preforming)은 칩 제거(chip removal) 없이 예를 들어 열간 성형(hot forming)에 의해 구현된다. 날(22)들은 이의 최종 치수로 칩 없이(chiplessly) 다듬질되어 상기 날들은 도 4의 실선으로 도시된 최종 외형(24)으로 형성된다.
바람직하게, 이러한 무칩 공정 단계(chipless process step)는 변위 압력(displacement pressure)이 오직 날의 기능적 표면(25), 즉 대응하는 스퍼 기어 날의 날 프랭크(teeth flank)와 접촉하는 날 프랭크의 영역으로 가해지도록 하나 이상의 코이닝 공정(coining process)에 의해 수행된다. 오직 기능적 표면(25)으로 만 코이닝 공정이 수행되기 때문에 이러한 무칩 공정에서 지지 압력이 형성되지 않아 기능적 표면(25)은 낮은 하중과 높은 정밀성에 따라 최종 치수로 다듬질될 수 있다.
예비 성형된 날의 외형(contour, 23)은 기능적 표면과 인접하는 표면을 따라 코이닝 공정 동안 재료의 자유 흐름(free flow)을 보장할 수 있도록 선택된다. 이를 위해, 예를 들어 틈새(clearance, 26)가 제공될 수 있으며, 변형에 의해 이동된 재료는 상기 틈새로 흐를 수 있다. 도 4에 도시된 틈새(26)는 오직 실례로서 지시된다. 날(22)의 최종 외형(24)에 의존하여 상이한 위치에 배열된 다양한 틈새들 및/또는 틈새가 선호되는 것으로 여겨질 수 있다.
날(11, 13)들이 급랭처리되고(quench), 템퍼링되며 및/또는 담금질된다면(case harden), 기능적 표면(25)들은 토크 전달을 위해 필요한 경도를 가진다. 그러나 날(22)의 코어(core)는 충분히 연성을 가져 기능적 표면(25)들이 나사산 볼트(21) 또는 고정너트(15)에 의해 가해진 축방향 바이어스 또는 토크 전달에 의해 가해진 하중으로 인해 고정될 수 있다. 이러한 고정(settling)은 날(22)이 가능한 균일하게 토크를 전달한다면 정역학적으로 과잉결정된 기어(statically overdetermined gear)에서 요구된다.

Claims (16)

  1. 스퍼 기어 날이 제공된 부품과 대응하는 스퍼 기어 날이 제공된 등속 조인트의 토크-전달 연결을 위한 조인트 연결부를 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 스퍼 기어 날들은 기능적 표면들과 같이 서로 접촉하는 프랭크를 가지며 축방향 바이어스를 가함으로써 상호 연결될 수 있으며, 상기 스퍼 기어 날은 하나 이상의 공정 단계에서 예비 성형되고, 오직 기능적 표면의 무칩 성형(chipless forming)에 의해 최종 치수로 다듬질되는(finish) 것을 특징으로 조인트 연결부를 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 스퍼 기어 날은 열간 또는 온간 성형에 의해 예비 성형되고, 오직 기능적 표면들만이 코이닝에 의해 최종 치수로 다듬질되는 것을 특징으로 조인트 연결부를 제조하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 적어도 최종 무칩 공정 단계(chipless process step)에서 오직 기능적 표면들만이 변위(displacement)를 위해 코이닝되는 것을 특징으로 조인트 연결부를 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 기능적 표면들은 무칩 다듬질 공정에 따라 최종 치수로 증가되는 것을 특징으로 조인트 연결부를 제조하기 위 한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 스퍼 기어 날의 예비 성형 동안 날의 형태는 최종 치수로의 무칩 다듬질 동안 날의 기능적 표면에 인접한 표면을 따라 재료의 자유 흐름을 보장하도록 형성되는 것을 특징으로 조인트 연결부를 제조하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 스퍼 기어 날의 예비 성형 동안 최종 치수로의 무칩 다듬질 동안에 이동된 재료를 수용하기 위하여 각각의 날의 상부 및/또는 기저 영역에 틈새가 형성되는 것을 특징으로 조인트 연결부를 제조하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 스퍼 기어 날의 기능적 표면들은 축방향 바이어스가 가해지고 및/또는 토크가 전달될 때 고정될 수 있도록(settle) 적어도 스퍼 기어 날들이 급랭처리되며, 템퍼링되고 및/또는 담금질되는 것을 특징으로 조인트 연결부를 제조하기 위한 방법.
  8. 스퍼 기어 날이 제공된 부품과 대응하는 스퍼 기어 날이 제공된 조인트의 토크 전달 연결을 위한 조인트 연결부에 있어서, 상기 스퍼 기어 날들은 기능적 표면들과 같이 서로 접촉하는 프랭크를 가지며 축방향 바이어스를 가함으로써 상호 연결될 수 있으며, 스퍼 기어 날들이 고정너트에 의한 축방향 바이어스 하에서 서로 맞물리게 고정될 수 있도록 고정너트와의 연결을 위한 조인트와 부품상에 연결 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 조인트 연결부.
  9. 스퍼 기어 날이 제공된 부품과 대응하는 스퍼 기어 날이 제공된 조인트의 토크 전달 연결을 위한 조인트 연결부에 있어서, 상기 스퍼 기어 날들은 기능적 표면들과 같이 서로 접촉하는 프랭크를 가지며 축방향 바이어스를 가함으로써 상호 연결될 수 있으며, 스퍼 기어 날의 기능적 표면들은 대략 1° 내지 대략 15°, 특히 대략 1.5° 내지 대략 5° 사이의 자체-고정 메커니즘(self-locking mechanism)의 인접부에 쐐기각(wedge angle)을 가지는 것을 특징으로 하는 조인트 연결부.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 전 항들 중 어느 한 항에 따르는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 조인트 연결부.
  11. 제 9 항에 있어서, 등속 조인트는 내부 허브를 가지며, 상기 내부 허브의 한 단부에는 스퍼 기어 날이 제공되는 것을 특징으로 하는 조인트 연결부.
  12. 제 11 항에 있어서, 내부 허브는 원통형 섹션을 가지며, 상기 원통형 섹션의 한 단부에는 스퍼 기어 날이 제공되며, 상기 원통형 섹션의 외부 표면은 축방향 바이어스를 가하기 위한 수단으로써 고정너트를 고정하기 위한 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 조인트 연결부.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 부품은 원통형 섹션을 가지며, 상기 원통형 섹션의 한 단부에는 스퍼 기어 날이 제공되고, 상기 원통형 섹션의 외부 표면은 축방향 바이어스를 가하기 위한 수단으로써 고정너트를 고정하기 위한 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 조인트 연결부.
  14. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 등속 조인트의 내부 허부와 부품은 보어를 각각 가지며, 상기 하나 이상의 보어는 내부 스레드가 제공되고, 나사산 볼트는 축방향 바이어스를 가하기 위한 수단으로써 내부 허브와 부품을 연결시키기 위해 내부 스레드를 통해 나사 고정되는 것을 특징으로 하는 조인트 연결부.
  15. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 등속 조인트는 대향 경로 조인트인 것을 특징으로 하는 조인트 연결부.
  16. 제 8 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 허브는 담금질되고 및/또는 스퍼 기어 날이 제공된 부품의 적어도 일부분이 급랭 처리되고 템퍼링되는 것을 특징으로 하는 조인트 연결부.
KR1020077021041A 2005-03-15 2006-02-28 조인트 연결부 및 대응하는 조인트 연결부를 제조하기 위한방법 KR101216279B1 (ko)

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