KR20080098555A - 허브-축 결합용 프로파일 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 허브(1)와 축(2)과 치형 프로파일의 단면이 실질적으로 사각형 또는 사다리꼴 단면을 포함하는 견고한 허브-축 결합을 위한 그루브 프로파일에 관한 것이다. 살 두께, 적어도 치형 프로파일 영역 내의 살 두께는 상기 치형 프로파일의 선단 직경과 베이스 직경의 차이보다 작다. 본 발명에 따르면, 상기 허브(1) 및 축(2)의 프로파일의 두 개의 맞닿는 측면(4, 5, 7, 8) 중 적어도 하나는 곡선 형태이고, 각각은 단면이 아크 형태이다. 바람직하게는, 측면(4, 7; 5, 8)의 양 방은 아크 형태이고 상기 허브(1) 및 축(2)은 동일한 방향의 곡선 형태이다.

허브-축 결합, 그루브 프로파일, 텔레스코픽 파이프

Description

허브-축 결합용 프로파일{PROFILE FOR A HUB-SHAFT CONNECTION}

본 발명은 청구항 1의 전문부에 따른 그루브 프로파일, 청구항 7의 전문부에 따른 텔레스코픽 파이프 및 청구항 9의 전문부에 따른 그루브 프로파일 제조 방법에 관한 것이다.

맞춤 키 또는 미끄럼 키는 축과 허브를 형 맞춤 결합하는 데에 주로 사용된다. 예를 들면, 연결축(articulated shaft)에 있어서, 큰 토크가 전달되어야 하거나 허브와 축 사이에 축 방향 이동이 필요한 경우에는, 복수 개의 그루브 프로파일 또는 복수 개의 웨지 축이 주로 사용된다.

상기 그루브는 주로 사각형 프로파일이거나 사다리꼴 프로파일 중 어느 하나이다. 상기 프로파일은 절삭(machining) 또는 충격 롤 방식(impact rolling process)과 같은 냉간 가공에 의해 형성된다. 절삭에 비해, 냉간 가공은 대량 생산하는 경우에 비용 측면에서 보다 유리하다.

이러한 프로파일은, 예를 들면, 자동차의 변속기용 클러치 디스크 캐리어 또는 예를 들면, 자동차 제작 시에 많은 수량이 사용되는 연결축 텔레스코픽 파이프용으로 사용된다. 안쪽 또는 바깥쪽 위에 상응하는 프로파일을 구비하는 내부 파이 프 및 외부 파이프가 각각 사용된다. 대량이 필요하기 때문에, 냉간 가공 방식이 경제적인 생산을 위해 많은 관심을 끌고 있다. 그러나 동작 중에 연결축 텔레스코픽 파이프는 고속으로 회전하고, 가해지는 하중이 크기 때문에 내부 파이프와 외부 파이프 사이의 프로파일 결합에 대해 매우 높은 정도의 정밀도가 요구된다.

다량의 토크를 전달하기 위해서는 상기 파이프들의 두 개의 프로파일 사이에는 가능한 큰 영역에서 결합이 이루어져야 하고, 높은 회전 속도를 달성하기 위해 상기 두 개의 파이프 사이에는 우수한 센터링이 보장되어야 한다.

따라서 본 발명의 목적은, 동작 중에 우수한 소음 특성을 구비하면서 가능한 최적의 동력 전달을 보장하는 구동 구성부품용, 특히 상호간에 미끄럼 동작이 가능한 텔레스코픽 파이프용 치형 프로파일을 개발하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명의 청구항 1에 기재된 특징을 구비하는 치형 프로파일을 통해 달성될 수 있다. 추가적으로, 본 발명에 따른 바람직한 실시예는 청구항 2 내지 청구항 6의 특징으로 이루어지는 것이다.

형 맞춤형 허브-축 결합을 위한 것으로 허브와 축의 치형 프로파일의 단면이 실질적으로 사다리꼴인 본 발명에 따른 그루브 프로파일에 있어서, 적어도 치형 프로파일의 영역 내의 살 두께는, 단면이 곡선 형태 또는 아크 형태인 상기 허브 및 축의 프로파일의 두 개의 맞닿는 측면(flank) 중 적어도 하나의 치형 프로파일의 선단 직경과 베이스 직경의 차이보다 작다.

본 발명에 따른 상기 측면의 이러한 구성으로 인해 하중이 걸려 있는 상태에서의 동작 중에 상기 측면들의 연속적인 상호 안착이 이루어진다. 단면에 있어 상당히 작은 길이만큼 접촉된 상태로 시작하여, 전달되는 토크에 기인하여 상호 계합된 측면들이 탄성 변형 되는 결과로서, 하중이 증가함에 따라서 단면에 있어서 프로파일 높이의 상당한 부분에 걸쳐서 접촉 길이가 늘어나게 된다. 상기 치형 프로파일의 축 길이를 고려하면, 하중의 증가와 소음과 관련해서는 면적이 크고 중심이 잘 맞는 결합이 보다 유리하다.

단면 상의 양 측면의 만곡(curvature)은 동일한 방향의 볼록형 또는 아치형이다.

허브의 내부 측면의 만곡은 오목형이고, 축의 외부 측면의 만곡은 볼록형인 것이 바람직하다.

이미 기재한 바와 같이, 상기 곡선 형태의 측면 윤곽은 하중이 걸릴 때, 상기 측면들의 아늑한 접촉 및 전 영역에 걸쳐서 하중의 분산 및 다른 한편으로는 우수한 센터링 효과를 나타내며 그에 의해 정숙성이 유리하게 달성될 수 있다.

상기 만곡은 그 단면이 아치형인 것이 바람직하고, 그리고 각 프로파일 높이의 적어도 50 내지 75% 이상 연장되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 허브-축 결합의 높은 토크의 전달 및/또는 고속도 회전과 같은 고 하중에서 동작되는 중에 상기 프로파일 단면들 사이의 면적에 걸친 결합 또는 상기 축 또는 허브의 상호 대향하는 측면 사이의 결합이 이루어질 수 있다.

맞닿는 측면들의 만곡된 호의 중심은 동일한 지점 또는 반경 방향으로 떨어져서 또는 소정의 오프셋으로 간격을 두고 위치하는 것이 바람직하다. 호의 중심들이 일정 간격, 즉 약 일정 간극으로 동축 상에(concenterically) 위치하고 있는 경우에, 두 개의 상호의 프로파일 단면들의 맞닿는 면들 사이에 안락한 상태가 달성될 수 있다. 상기 중심들이 상기 두 호 형상의 공통 반지름을 따라 떨어져서 위치하면, 상기 프로파일 높이의 중간치 영역에서 최소 유극이 형성되고, 상기 프로파일 높이의 양 끝단에서 최대 유극이 형성된다. 동작 중에 상기 두 개의 측면의 면 적 접촉은 일반적으로 프로파일 높이의 중간치에서 또한 일어나고, 하중이 증가함에 따라 상기 접촉면은 대략 안쪽 및 바깥쪽으로 균등하게 증가하게 된다. 상기 중심들이 임의로 서로 공간상에서 떨어져 있는 때에는, 최소 간극은 상기 축 또는 상기 허브의 중심축에 대해 상대적으로 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 이동하게 된다. 접촉점 또는 접촉면은 그에 상응하게 동작 중에 최소 간극이 형성되는 지점에 형성될 것이다. 연결축에 요구되는 의존 상태에 따라, 접촉이 좀 더 안쪽에서 또는 좀 더 바깥쪽에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 상응하는 상기 만곡의 형상을 선택함으로써 제어되거나 조절될 수 있다.

상기 축과 상기 허브의 맞닿는 측면 사이에는 일정 간극이 있거나 또는 측면을 따라 바람직하게는 최소 0.02㎜ 내지 최대 0.1㎜ 사이에서 변하는 간극이 있는 것이 바람직하다. 텔레스코픽 축의 경우에 있어서, 축과 허브의 최적의 치형은 이러한 수치에 의해 이루어지는데, 동작 중에 모든 프로파일의 측면들은 원주에서 서로 접촉된 상태로 있게 된다.

청구항 1 내지 청구항 6에 따르는 그루브 프로파일을 구비하는 내부 파이프 및 외부 파이프가 구비된 연결축의 경우에 텔레스코픽 파이프에 의해 상기 목적이 추가적으로 달성될 수 있다.

상기 내부 파이프 및 외부 파이프는 대략적으로 살 두께가 균일한 중공체로 구성되는 것이 바람직하다. 그러한 연결축은 특히 자동차에서 변속기로부터 구동축 또는 바퀴로 토크를 전달하는 데에 적합하다.

본 발명은 추가적으로, 상기 그루브 프로파일에 따르는 단면 프로파일을 구 비하는 하나 이상의 프로파일 롤 또는 하나 이상의 프로파일 롤러가 상기 허브 또는 축의 표면과 계합하는 냉간 압연 공정에 의해 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따르는 그루브 프로파일 제조 방법을 제공한다. 상기 프로파일은 바람직하게는 하나의 공정 단계로 제조될 수 있다. 상기 프로파일 롤 또는 프로파일 롤러는 주기적으로 타격 계합하는 것이 바람직하다. 특히, 이러한 충격 압연 공정으로 살 두께가 얇은 파이프 상에 정밀한 프로파일이 생성될 수 있다.

본 발명은, 동작 중에 우수한 소음 특성을 구비하면서 가능한 최적의 동력 전달을 보장하는 구동 구성부품용, 특히 상호간에 미끄럼 동작이 가능한 텔레스코픽 파이프용 치형 프로파일을 제공한다.

이하에서, 상기 도면을 기초로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 좀 더 자세하게 설명한다.

도 1은, 예를 들면 차량 제작 시에 사용되는 중공형 프로파일로 제조되는 텔레스코픽 파이프의 허브 또는 외부 파이프(1) 및 축 또는 내부 파이프(2)의 단면도이다. 상기 외부 파이프(1) 및 내부 파이프(2)에는 실질적으로 사다리꼴 단면의 그루브(3)가 원주 전체에 걸쳐서 일정하게 배치되어 있는 프로파일이 위치하고 있다.

도 2는 도 1에 따른 텔레스코픽 파이프의 본 발명에 따라 형성된 각 그루브 프로파일 일부분의 상세 단면도이다. 상기 외부 파이프(1)는 안쪽을 향해 오목한 곡선 모양의 측면(4) 또는 측면(5)을 구비하는 단면이 실질적으로 사다리꼴인 그루 브(3)를 구비한다. 상기 그루브 헤드(6)는 상기 프로파일의 안쪽을 향해 볼록한 곡선 모양인 것이 유리하다.

상기 내부 파이프(2)는 위와 대응되도록 바깥쪽을 향해 볼록한 곡선 모양의 측면(7) 또는 측면(8)을 구비하는 단면의 그루브를 구비한다.

이러한 형상 때문에, 내부 파이프(2) 및 외부 파이프(1)의 상기 그루브(3)는 그들 측면 사이에 간격이 존재한다. 상기 내부 파이프(2) 및 외부 파이프(1)의 그루브의 측면(4)과 측면(7) 또는 측면(5)과 측면(8)의 만곡은 동일한 방향이기 때문에, 각각 대향하는 그루브 면은 단면 상에서 초기에 거의 점 접촉을 하는 데, 하중이 증가하거나 회전 속도가 증가함에 따라서, 상기 위치에서 전달되는 동력이 증가하기 때문에 대응하는 측면에 약간의 탄성 변형이 발생한다. 이러한 탄성 변형은 단면 상에서 두 개의 측면(5 및 8) 또는 두 개의 측면(4 및 7)의 계합의 선형적 확장이 이루어진다. 심지어 높은 토크가 전달되는 고속 회전 및 고 하중 하에서 증분 면 압축의 증가가 방지되고 허용 가능한 면 하중을 초과하지 않는다. 추가적인 이점으로, 하중이 가해질 때 내부 파이프와 외부 파이프 사이에 면적 접촉, 우수한 센터링이 이루어진다.

도 3에 도시하고 있는 바와 같이 측면(4, 7) 또는 측면(5, 8)의 만곡이 상기와 반대로 되어 있는 경우에도 또한 동일한 효과가 달성될 수 있다.

선택적으로 하나의 측면만이 만곡될 수도 있으며, 반면에 다른 측면은 직선형일 수 있다. 이는 살 두께가 두꺼운 파이프 또는 살 두께가 두꺼운 축 또는 고형체의 축인 경우에 특히 유리하다.

대향하는 측면(4)과 측면(7)의 다른 만곡 형태를 도 4a 내지 도 4c에 개략적으로 도시하였다.

도 4a는 대략적으로 일정 간격을 유지하는 두 개의 대향하는 측면들인 측면(4)과 측면(7)을 도시하고 있다. 이는 측면(4)과 측면(7)의 아치형으로 만곡된 호의 중심이 동일한 지점에 위치하고 있는 경우에, 측면(4)과 측면(7)의 아치형 만곡에 대해 이루어진다.

도 4b의 측면(4)과 측면(7)은 높이의 약 절반 정도의 지점에서 가장 작은 간격(m)이 형성되고, 가장 하부 에지 또는 상부 에지에서 가장 큰 간격(d)이 형성된다. 이것은 상기 측면(4)의 직경보다 측면(7)의 직경이 더 작으면서, 상기 측면(4)과 측면(7)에 대해 상대적으로 만곡의 중간치를 따라 상기 호들의 만곡의 중심을 오프셋하여 달성될 수 있다.

마지막으로, 도 4c는 상기 만곡의 중간치에 대해 상대적으로 측면 호의 중심이 오프셋된 측면(4)과 측면(7)의 쌍을 도시하고 있다. 이러한 경우에는, 예를 들면, 가장 작은 간격(d1)은 상부 에지 영역에서 형성되고 가장 큰 간격(d2)은 하부 에지 영역에서 형성된다. 이상에서 언급한 그루브 프로파일은 특히 직경이 20㎜ 내지 200㎜이고 그루브 수가 2 내지 60 그루브 또는 치(tooth)인 축 또는 허브에 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 상기 그루브의 높이는 1㎜ 내지 10㎜ 사이이다. 상기 축과 허브 사이의 안락한 상태는 중간 측면 간격이 0.02㎜ 내지 0.10㎜ 사이의 만곡을 선택함으로써 달성할 수 있다. 아치형 만곡의 경우에는, 만곡의 반경이 상기 그루브 높이의 1 내지 40배 정도되는 것이 바람직하다. 만곡 호의 중심들이 공간상 에서 떨어져 위치할 때, 큰 만곡 호의 중심이 작은 만곡 호의 반경의 1/4 내지 2배 오프셋 되어 있는 것이 바람직하다.

도 1은 치 단면에 허브와 축을 구비하는 텔레스코픽 파이프의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 그루브 프로파일을 구비하는 허브 및 축을 구비하는 텔레스코픽 파이프의 일부에 대한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 또 다른 그루브 프로파일을 구비하는 허브 및 축을 구비하는 텔레스코픽 파이프의 일부에 대한 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 도 2에 따른 그루브 프로파일의 대향하는 만곡의 세 가지 변형 실시예의 개략도이다.

Claims (10)

1. 적어도 치형 프로파일의 영역 내의 살 두께가 상기 치형 프로파일의 선단 직경과 상기 치형 프로파일의 베이스 직경 사이의 차이보다 작으며, 허브(1)와 축(2) 양쪽의 상기 치형 프로파일의 단면(3)이 실질적으로 사다리꼴인 형 맞춤형 허브-축 결합을 위한 그루브 프로파일에 있어서,

   상기 허브(1)와 축(2)의 프로파일의 측면(4, 7; 5, 8)들 중 각각 대향하는 측면들 중의 어느 하나의 단면이 곡선 또는 아크형인 것을 특징으로 하는 그루브 프로파일.
2. 제1항에 있어서,

   두 개의 측면(4, 6; 5, 7)들 양쪽의 단면의 만곡이 동일한 방향의 곡선 또는 아크형인 것을 특징으로 하는 그루브 프로파일.
3. 제2항에 있어서,

   상기 허브(1)의 내부 측면(4, 5)의 만곡은 오목하고 상기 축(2)의 외부 측면(7, 8)의 만곡은 볼록한 것을 특징으로 하는 그루브 프로파일.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   단면 상의 만곡은 아치형이고 상기 만곡은 바람직하게는 각각의 프로파일 높 이(H)의 적어도 50% 내지 75%에 걸쳐서 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 그루브 프로파일.
5. 제4항에 있어서,

   대향하는 측면의 상기 만곡의 아치형의 중심은 동일한 지점에 위치하거나 또는 반경 방향으로 떨어져서 위치하고 있거나 또는 공간 상에서 서로 간에 임의로 오프셋 되어 있는 것을 특징으로 하는 그루브 프로파일.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 축(2)과 허브(1)의 대향하는 측면들 사이에는 일정한 간극이 존재하거나 또는 상기 측면을 따라 변화하는 간극, 바람직하게는 최소 0.02㎜ 내지 최대 0.1㎜ 사이에서 변화하는 간극이 존재하는 것을 특징으로 하는 그루브 프로파일.
7. 내부 파이프(2) 및 외부 파이프(1)를 구비하는 연결축용 텔레스코픽 파이프에 있어서, 상기 내부 파이프(2) 또는 외부 파이프(1)는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 그루브 프로파일(3)을 구비하는 것을 특징으로 하는 텔레스코픽 파이프.
8. 제7항에 있어서,

   내부 파이프(2) 및 외부 파이프(1)는 대략적으로 일정한 살 두께를 가지는 중공체로 구현되는 것을 특징으로 하는 텔레스코픽 파이프.
9. 냉간 가공 방식에 의해 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 그루브 프로파일(3)을 생성하는 방법에 있어서,

   상기 그루브 프로파일(3)에 따르는 프로파일 단면 형상을 구비하는 하나 이상의 프로파일 롤 또는 프로파일 롤러가 상기 허브(1) 또는 축(2)의 표면과 계합하는 것을 특징으로 하는 그루브 프로파일 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 프로파일 롤 또는 프로파일 롤러는 주기적으로 충격 계합하는 것을 특징으로 하는 그루브 프로파일 제조 방법.

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