KR20100079651A

KR20100079651A - 고정형 등속 조인트

Info

Publication number: KR20100079651A
Application number: KR1020080138188A
Authority: KR
Inventors: 윤동영
Original assignee: 한국프랜지공업 주식회사
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2010-07-08

Abstract

본 발명은 고정형 등속 조인트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전륜구동차량의 바퀴에 사용되는 기존의 제파형 등속 조인트의 경우 볼의 궤적이 원형이었던 것을 비원형으로 움직이는 구조로 이루어지도록 함으로써, 금형의 입력 및 출력 구배를 확보하여 단조성형에 의해 제조하기가 용이한 고정형 등속 조인트에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 내경면 상에 복수의 볼 안내홈이 원주방향을 따라 축방향으로 형성된 외륜; 상기 외륜의 볼 안내홈과 서로 마주보도록 외경면 상에 복수의 볼 안내홈이 원주방향을 따라 축방향으로 형성된 내륜; 상기 외륜의 볼 안내홈과 내륜의 볼 안내홈에 의해 작동각이 안내되도록 배치된 토크 전달 볼; 상기 토크 전달 볼을 지지하는 포켓을 가지며, 상기 외륜과 내륜 사이에 설치되는 케이지를 포함하고, 상기 외륜의 볼 안내홈의 중심궤적이 축 직각 단면과 만나는 지점에서부터 외륜의 개구측 방향으로 직선으로 형성되고, 상기 내륜의 볼 안내홈의 중심궤적이 축 직각 단면과 만나는 지점에서 외륜의 깊은측 방향으로 직선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고정형 등속 조인트를 제공한다.

등속 조인트, 제파형, 외륜, 내륜, 토크 전달 볼, 케이지

Description

고정형 등속 조인트{Constant Velocity Joint}

자동차용의 스티어링 샤프트로는 일반적으로 카던 조인트(십자축 조인트)가 복수개 이용되었다. 이 카던 조인트는 작동각이 커지면 입력축과 출력축 사이에서 회전 변동이 커지는 부등속 유니버설 조인트이며, 복수의 카던 조인트를 조합시켜서 등속성을 확보하기 위해서는 차량의 설계 자유도가 저하되는 문제점이 존재한다.

따라서, 스티어링용 축 이음으로서 고정형 등속 유니버설 조인트를 이용하면 임의의 작동각에서 등속성을 확보할 수 있으므로, 차량의 설계 자유도가 증대되는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 자동차의 드라이브 샤프트 등의 연결용 조인트로서 종래부터 사용되어 있는 고정형 등속 유니버설 조인트[제파(Rzeppa)형 등속 유니버설 조인트: 볼 픽스드 조인트(BJ;ball fixed joint)]을 나타내고 있다.

이 등속 유니버설 조인트는 구면상의 내경면(11a)에 6개의 곡선상의 볼 안내홈(11b)이 축방향으로 형성된 외륜(11)과, 구면상의 외경면(12a)에 6개의 곡선상의 볼 안내홈(12b)이 축방향으로 형성되고, 내경면에 톱니형[세레이션(serration) 또는 스플라인(spline)]을 갖는 맞물림부(12c)가 형성된 내륜(12)과, 외륜(11)의 볼 안내홈(11b)과 이에 대응하는 내륜(12)의 볼 안내홈(12b)이 서로 마주보게 형성되는 6개의 볼 트랙에 배치된 6개의 토크 전달 볼(13)과, 토크 전달 볼(13)을 유지하는 포켓(14c)을 구비한 케이지(14)로 구성된다.

외륜(11)의 볼 안내홈(11b)의 중심(A)은 내경면(11a)의 구면 중심에 대하여, 내륜(12)의 볼 안내홈(12b)의 중심(B)은 외경면(12a)의 구면 중심에 대하여, 각각 축방향으로 등거리만큼 반대측[동도에 나타낸 예에서는 중심(A)은 조인트의 개구측, 중심(B)은 조인트의 깊은측(奧部側)]에 오프셋되어 있다.

그 때문에, 볼 안내홈(11b)과 이에 대응되는 볼 안내홈(12b)이 서로 마주보게 형성되는 볼 트랙은 축방향의 한쪽(동도에 나타낸 예에서는 조인트의 개구측)을 향하여 쐐기상으로 열린 형상으로 된다.

외륜(11)의 내경면(11a)의 구면 중심과, 케이지(12)의 외경면(12a)의 구면 중심은 모두 토크 전달 볼(13)의 중심을 포함하는 조인트 중심면(O) 내에 있다.

외륜(11)과 내륜(12)이 각도 θ만큼 각도 변위되면, 케이지(14)에 안내된 토크 전달 볼(13)은 항상 어느 작동각(θ)에 있어서도 각도 θ의 2등분면(θ/2) 내에 유지되어 조인트의 등속성이 확보된다.

그러나, 종래의 제파형 등속 유니버설 조인트는 케이지의 강도가 취약한 문제가 있고, 구동력의 입력과 출력 이등분면 상에서 등속을 유지하며 동력을 전달하는 토크 전달 볼의 트랙면이 원형이므로, 단조시 금형의 입력 및 출력 구배가 없어서 단조성형에 의해 제조하기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 토크 전달 볼의 트랙 형상에 직선구간을 형성함으로써, 단조시 금형의 입력 및 출력 구배를 확보하여 단조성형에 의해 제조하기가 용이한 고정형 등속조인트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적은 고정형 등속 조인트에 있어서,

내경면 상에 복수의 볼 안내홈이 원주방향을 따라 축방향으로 형성된 외륜; 상기 외륜의 볼 안내홈과 서로 마주보도록 외경면 상에 복수의 볼 안내홈이 원주방향을 따라 축방향으로 형성된 내륜; 상기 외륜의 볼 안내홈과 내륜의 볼 안내홈에 의해 작동각이 안내되도록 배치된 토크 전달 볼; 상기 토크 전달 볼을 지지하는 포켓을 가지며, 상기 외륜과 내륜 사이에 설치되는 케이지를 포함하고, 상기 외륜의 볼 안내홈의 중심궤적이 축 직각 단면과 만나는 지점에서부터 외륜의 개구측 방향으로 직선으로 형성되고, 상기 내륜의 볼 안내홈의 중심궤적이 축 직각 단면과 만나는 지점에서 외륜의 깊은측 방향으로 직선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고정형 등속 조인트에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 토크 전달 볼은 조인트 절각이 0°도 일 때를 기준으로 '외륜의 피치원지름(PCD)/볼 직경=γ' 값이 2.5~3.5 범위에 있도록 형성된 것을 특 징으로 한다.

또한, 상기 케이지의 두께는 조인트 절각이 0°도 일 때를 기준으로 '외륜의 피치원지름/케이지 두께=θ' 값이 11.4~13.2 범위에 있도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명에 따른 고정형 등속 조인트에 의하면, 토크 전달 볼의 트랙 형상에 직선구간을 둠으로써, 절각을 크게 하고, 기존의 제파형 등속조인트의 단점인 케이지 강도를 개선하고, 단조시 금형의 입력 및 출력 구배를 확보하여 단조성형에 의해 제조하기가 용이한 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

본 발명은 전륜구동차량의 바퀴에 사용되는 등속조인트에 관한 것으로서, 기존의 제파형 등속조인트 구조를 변경하여 절각이 크게 되고, 기존의 제파형 등속 조인트의 약점인 케이지(140)의 강도가 취약한 문제점을 개선하고, 볼 트랙면을 비원형(원형+직선형)으로 형성함으로써, 단조시 금형의 입력 및 출력 구배를 확보하여 단조 성형이 용이하도록 한 점에 주안점이 있다.

이를 위하여 본 발명은 구조적으로 케이지(140)의 두께가 두꺼워지고 볼 움직임 또한 원형으로 움직이던 것이 비원형(원형+직선형)으로 움직이게 된다.

고정식 등속 유니버설 조인트인 제파형 등속 유니버설 조인트는 외륜(110), 내륜(120), 토크 전달 볼(130) 및 케이지(140)로 이루어진다. 외륜(110)의 내구면에는 복수의 곡선상의 볼 안내홈(120a)이 등간격으로 형성된다. 내륜(120)의 외구면에는 동수의 곡선상 볼 안내홈(120a)이 형성된다. 외륜(110) 볼 안내홈(120a)의 곡률중심과 내륜(120) 볼 안내홈(120a)의 곡률중심은 조인트의 중심에 대하여 좌우로 등거리 옵셋된다. 볼은 외륜(110) 볼 안내홈(110a)과 내륜(120) 볼 안내홈(120a) 사이에 장착되고, 케이지(140)는 외륜(110)과 내륜(120) 사이에 장착된다. 케이지(140)는 외륜(110)의 내구면과 내륜(120)의 외구면에 접촉 안내되는 구면을 내외에 갖는다. 또한 케이지(140)는 볼을 수용하는 포켓(140a)을 둘레 방향으로 등간격으로 형성된다.

도 4는 본 발명의 고정형 등속조인트 구조를 나타내는 구성도이고, 도 5는 도 4의 최대 절각시 모습을 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 4에서 외륜(110)과 내륜(120)을 나타내는 분해도이고, 도 7은 본 발명에 따른 케이지(140)의 두께가 종래에 비해 증가한 모습을 나타내는 설명도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 고정형 등속조인트의 경우 외륜(11)의 볼 안내홈(11b)의 중심궤적과, 내륜(12)의 볼 안내홈(12b)의 중심궤적이 원형으로 형성되어, 토크 전달 볼(13)의 궤적(트랙)라인이 원형이었다.

그러나, 본 발명에서는 도 6에 도시한 바와 같이 외륜(110) 볼 안내홈(110a)의 볼 중심 궤적이 외륜(110)의 볼 안내홈(110a) 중심(C1)을 지나는 축 직각 단면에서 외륜(110)의 개구측방향으로 조인트 축(150)(조인트 절각이 0°일때를 기준) 과 평행하게 직선으로 되어 있다.

또한, 내륜(120) 볼 안내홈(120a)의 볼 중심 궤적이 내륜(120)의 볼 안내홈(120a) 중심(C2)을 지나는 축 직각 단면에서 외륜(110)의 깊은측 방향(개구측의 반대방향)으로 조인트 축(150)과 평행하게 직선으로 되어 있다.

상기 볼 트랙, 즉 외륜(110)의 볼 안내홈(110a) 및 내륜(120)의 안내홈의 궤적라인, 그리고 토크 전달 볼(130)의 궤적라인이 원형에서 비원형(원형+직선형)으로 변경됨에 따라 조인트의 최대 절각이 46°에서 50°로 증가하게 되고(도 5 참조), 도 7에 도시한 바와 같이 케이지(140)의 두께가 증가하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 볼 트랙 형상을 직선으로 형성함으로써, 단조시 금형의 입력 출력 구배를 확보하여 단조성형에 의해 제조하기가 훨씬 용이해진다. 그리고, 트랙 단조면을 그대로 사용하여 트랙을 가공하는데 소용되는 비용이 절감된다.

여기서, 조인트 절각이 0°도 일 때를 기준으로 '피치원지름(PCD)/볼 직경=γ' 값이 2.5~3.5 범위에 있도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, γ값이 2.5보다 작은 경우에는 어떠하고, γ값이 3.5보다 큰 경우에는 어떠하기 때문이다.

또한, 케이지(140)의 두께는 조인트 절각이 0°도 일 때를 기준으로 '피치원지름/케이지 두께=θ" 값이 11.4~13.2 구간을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, θ 값이 11.4보다 작은 경우에는 어떠하고, θ값이 13.2보다 큰 경우에는 어떠하기 때문이다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야 에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 종래의 고정형 등속조인트 구조를 나타내는 구성도,

도 2는 도 1에서 C-C선을 따라 취한 단면도,

도 3은 도 1의 최대 절각시 모습을 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명의 고정형 등속조인트 구조를 나타내는 구성도,

도 5는 도 4의 최대 절각시 모습을 나타내는 단면도,

도 6은 도 4에서 외륜과 내륜을 나타내는 분해도,

도 7은 본 발명에 따른 케이지의 두께가 종래에 비해 증가한 모습을 나타내는 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 외륜 110a,120a : 볼 안내홈

120 : 내륜 130 : 토크 전달 볼

140 : 케이지 140a : 포켓

150 : 조인트 축 PCD : 피치원지름

Claims

고정형 등속 조인트에 있어서,

내경면 상에 복수의 볼 안내홈이 원주방향을 따라 축방향으로 형성된 외륜;

상기 외륜의 볼 안내홈과 서로 마주보도록 외경면 상에 복수의 볼 안내홈이 원주방향을 따라 축방향으로 형성된 내륜;

상기 외륜의 볼 안내홈과 내륜의 볼 안내홈에 의해 작동각이 안내되도록 배치된 토크 전달 볼;

상기 토크 전달 볼을 지지하는 포켓을 가지며, 상기 외륜과 내륜 사이에 설치되는 케이지를 포함하고, 상기 외륜의 볼 안내홈의 중심궤적이 축 직각 단면과 만나는 지점에서부터 외륜의 개구측 방향으로 직선으로 형성되고, 상기 내륜의 볼 안내홈의 중심궤적이 축 직각 단면과 만나는 지점에서 외륜의 깊은측 방향으로 직선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고정형 등속 조인트.
청구항 1에 있어서,

상기 토크 전달 볼은 조인트 절각이 0°도 일 때를 기준으로 '외륜의 피치원지름(PCD)/볼 직경=γ' 값이 2.5~3.5 범위에 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 고정형 등속 조인트.
청구항 1에 있어서,

상기 케이지의 두께는 조인트 절각이 0°도 일 때를 기준으로 '외륜의 피치원지름/케이지 두께=θ' 값이 11.4~13.2 범위에 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 고정형 등속 조인트.