KR20120007717A - 꺽임각 및 전달 토크를 높인 더블형 유니버셜 조인트 - Google Patents

꺽임각 및 전달 토크를 높인 더블형 유니버셜 조인트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 꺽임 각 및 전달 토크를 높인 더블형 유니버셜 조인트에 관한 것으로서, 양측에 연결구(111)가 상호 대응되게 형성된 커플링 요크(110)와, 상기 커플링 요크(110)의 양측에 각각 설치되어 절각을 흡수하도록 하는 십자형 스파이더(120)와, 상기 스파이더(120)를 연결하며 한 부분은 프로펠러 축(S)으로부터 연결 설치되는 소켓 요크130()와, 차동기어측으로 연결 설치되는 플랜지 요크(140)로 구성된 더블형 유니버셜 조인트(100)에 있어서, 상기 커플링 요크(110)로부터 회전자재하게 설치된 스파이더의 교차측을 회전자재하게 연결하는 소켓 요크(130) 및 플랜지 요크(140) 사이에 절각 흡수 및 축을 관절형태로 연결하는 센터링 볼 어셈블리(150)가 설치된 것을 특징으로 하는바, 더블형 유니버셜 조인트를 구성하는 소켓 요크와 플랜지 요크 사이에 센터링 볼 어셈블리를 두어 작동 각의 변동에도 중심이 한 지점에 위치하도록 하여 각속도의 변동이나 위상 각의 변동발생을 방지함으로써, 고속회전 발생시 각속도변화에 의한 진동으로 하여금 발생하는 프로펠러 축의 파손을 방지와 함께 독립현가식 시스템의 액슬의 경우 회전반경이 적어 꺽임 각이 많이 요구되고 있는 중,대형의 차량, 중장비, 장갑차 등에 바람직하게 적용할 수 있으며, 트랜스밋션으로부터 차동기어측으로 동력 전달하는 프로펠러 축의 전달 토크를 높일 수 있기 때문에 전달 토크의 취약점을 갖고 있는 일반 승용차 및 RV차량에도 바람직하게 적용시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

꺽임각 및 전달 토크를 높인 더블형 유니버셜 조인트{Double type universal joint that improve curve angle and transmission torque}
본 발명은 차량의 플로펠러 축에 설치되는 더블형 유니버셜 조인트에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 차량에 적용되어 동력을 전달하는 프로펠러 축에 센터링 볼 어셈블리를 적용함으로써, 좌우측의 꺽임 각을 어떤 환경에서도 동일하게 유지시켜 회전운동일 이루어지도록 함은 물론, 전달 토크가 비교적 적은 승용차, RV차량에 적용가능하고, 꺽임 각이 비교적 낮은 중,대형 트럭 및 버스, 중장비 등의 독립 현가 시스템에 효율적으로 적용하여 프로펠러 축의 파손 방지 및 운전의 조작성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
차량에 적용되어 동력을 전달하도록 하는 유니버셜 조인트(universal joint)는 현존하는 등속 유니버셜 조인트 센터링 및 지지장치의 한계로 인하여 고각(high angles), 고속 및 고부하가 동시에 적용되는 조건에서 작동될 수 있는 등속 유니버셜 조인트(constant velocity universal joints)를 설계한다는 것이 쉽지않다.
이것은 통상적인 동력전달 속도에서 작동될 수 있는 롤링 요소들을 이용하는 패키지 로버스트 내부 지지장치(Packaging tobust intrrnal supporting devices)의 난점 때문이다.
고각, 고속 및 고토크 부하 하에서 등속으로 작동될 수 있는 자체 지지 유니버셜 조인트를 사용하면 설계 엔지니어들은 다음과 같은 요소를 제공받을 수 있다. 구동부재(예를 들면, 휠, 동력인출장치)의 동력전달 능력향상, 동력전달 계통 배치선택의 다양화, 보다 높은 회전수(rpm)에서의 엔진작동에 따른 연료절감 및 타이트한 차량의 회전반경 등이다.
통상적으로 차량에 있어, 후륜구동 차량과 같이 뒷바퀴 굴림(FR)이나 네바퀴굴림(4WD) 차량에서 트랜스미션을 통해 받은 엔진의 동력을 차량 뒤쪽의 디퍼렌셜기어(차동기어)까지 전달하는 프로펠러 축(propeller shaft) 및 프로펠러 축과 관련하여 차량의 휠을 구동시키는 등속조인트는 변속기(TRANS MISSION)에서 나온 동력을 일정하게 전달하기 위한 동력전달인 유니버셜 조인트가 설치되며,
상기 유니버셜 조인트는 전달 토크가 크고 꺽임 각이 큰 동력전달 체계에서는 기존 사용중인 프로펠러 축이나 등속조인트로는 꺽임 각과 전달 토크의 한계를 갖는다.
주지된 바와 같이 등속 조인트는 전달 토크가 비교적 낮은 승용차나, RV차량에 적용되며, 전달 토크가 큰 중, 대형 트럭 및 버스는 프로펠러 축이 적용되는 것으로, 상기와 같은 등속조인트는 동력전달의 정숙성 꺽임 각 등은 우수하지만, 전달 토크가 적고, 반면 상술한 바와 같이 전달 토크가 큰 제품은 가격 및 사이즈의 비대화로 적용이 불가한 문제점이 있다.
상기 프로펠러 축으로부터 연결되는 더블형 유니버셜 조인트를 살피면, 양측에 연결구가 상호 대응되게 형성된 커플링 요크와, 상기 커플링 요크의 양측에 설치되어 절각을 흡수하는 십자형의 유니버셜 조인트와, 상기 각 유니버셜 조인트를 연결 대상물에 연결하기 위한 플랜지 요크 및 소켓 요크로 구성된다.
상기 커플링 요크를 기준으로 유니버셜 조인트는 좌,우측의 꺽임 각이 서로 다르게 작동될 수 있기 때문에 고속 회전시 각속도의 차이가 발생하여 진동이 수반되며, 이 진동은 회전수가 증가함에 따라 급격히 커지게 되어 결국 프로펠러 축이 파손되는 사례가 발생한다.
특히, 차량이 선회를 하는 경우나 충돌에 의해 부딪히는 경우 최대 꺽임 현상이 발생할 때 이때의 꺽임 각은 내측보다 외측 꺽임이 커지게 되어 문제를 발생하게 된다.
또한, 상기와 같이 꺽임 각이 내측보다 외측이 커짐에 따라서 커플링 요크에 연결된 유니버셜 조인트는 커플링 요크에 간섭되며, 이는 내측의 중심과 꺽임이 되어 있는 회측의 중심이 커플링 요크의 중심선상과 일치되지 않고 어긋남과 상하, 좌우 중심이 이동된다.
상기와 같은 상태에서의 프로펠러 축이 회전한다면 꺽임 각의 위상이 아래, 위로 반복적으로 바뀌면서 각속도 변화에 의해 진동이 발생하게 되며, 회전수가 더욱 증가할수록 플로펠러 축의 파손은 물론, 위상변화가 회전속도에 비해 떨어질 수밖에 없기 때문에 프로펠러 축은 비틀림 파손이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같이 제반되는 종래의 문제점을 감안하여 발명한 것으로서, 차량에 적용되어 동력을 전달하는 프로펠러 축에 센터링 볼 어셈블리를 적용함으로써, 좌우측의 꺽임 각을 어떤 환경에서도 동일하게 유지시켜 회전운동일 이루어지도록 함은 물론, 전달 토크가 비교적 적은 승용차, RV차량에 적용가능하고, 꺽임 각이 비교적 낮은 중,대형 트럭 및 버스, 중장비 등의 독립 현가 시스템에 효율적으로 적용하여 프로펠러 축의 파손 방지 및 운전의 조작성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 양측에 연결구가 상호 대응되게 형성된 커플링 요크와, 상기 커플링 요크의 양측에 각각 설치되어 절각을 흡수하도록 하는 십자형 스파이더와, 상기 스파이더를 연결하며 한 부분은 프로펠러 축으로부터 연결 설치되는 소켓 요크와, 차동기어측으로 연결 설치되는 플랜지 요크로 구성된 더블형 유니버셜 조인트에 있어서,
상기 커플링 요크로부터 회전자재하게 설치된 스파이더의 교차측을 회전자재하게 연결하는 소켓 요크 및 플랜지 요크 사이에 절각 흡수 및 축을 관절형태로 연결하는 센터링 볼 어셈블리가 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 소켓 요크는 볼 어셈블리를 수용하는 하우징과, 하우징 내에 삽입되어 센터링 볼 어셈블리를 지지하는 아웃터 링과, 상기 센터링 볼 어셈블리가 삽입되는 하우징의 선단에 설치되어 아웃터링과 센터링 볼 사이에 이물질의 침투를 방지하는 오일 실이 마련되고,
상기 플랜지 요크는 센터링 볼의 중심측 내경에 삽입되는 연결축과, 상기 연결축 중앙에 마련된 안내홈 내에 안내되어 대응하는 소켓 요크으로부터 센터링 볼 어셈블리의 길이방향의 충격을 흡수하는 압축스프링과, 상기 연결축의 외측둘레에 설치되어 대응하는 소켓요크의 경계부위로부터 이물질의 유입을 차단하는 더스트 실을 포함하며,
상기 센터링 볼 어셈블리는 상기 연결축이 삽입되는 중앙에 내경을 갖는 구형의 몸체와, 상기 몸체의 내경에 설치되어 절각시 유격 및 연결축의 습동을 유지하는 니들베어링과, 내경에 삽입 설치되어 이물질 침투를 방지하는 오일 실을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 더블형 유니버셜 조인트를 구성하는 소켓 요크와 플랜지 요크 사이에 센터링 볼 어셈블리를 두어 작동 각의 변동에도 중심이 한 지점에 위치하도록 하여 각속도의 변동이나 위상 각의 변동발생을 방지함으로써, 고속회전 발생시 각속도변화에 의한 진동으로 하여금 발생하는 프로펠러 축의 파손을 방지와 함께 독립현가식 시스템의 액슬의 경우 회전반경이 적어 꺽임 각이 많이 요구되고 있는 중, 대형의 차량, 중장비, 장갑차 등에 바람직하게 적용할 수 있으며, 트랜스밋션으로부터 차동기어측으로 동력 전달하는 프로펠러 축의 전달 토크를 높일 수 있기 때문에 전달 토크의 취약점을 갖고 있는 일반 승용차 및 RV차량에도 바람직하게 적용시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명인 더블형 유니버셜 조인트를 분리하여 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 더블형 유니버셜 조인트를 절개하여 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 주요부분인 센터링 볼 어셈블리가 소켓 요크에 적용된 상태를 보여주는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 더블형 유니버셜 조인트의 프로펠러 축과 연결된 상태를 도시한 정면도.
이하, 본 발명을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 양측에 연결구(111)가 상호 대응되게 형성된 커플링 요크(110)와, 상기 커플링 요크(110)의 양측에 각각 설치되어 절각을 흡수하도록 하는 십자형 스파이더(120)와, 상기 스파이더(120)를 연결하며 한 부분은 프로펠러 축(S)으로부터 연결 설치되는 소켓 요크(130)와, 차동기어측으로 연결 설치되는 플랜지 요크(140)로 구성된 더블형 유니버셜 조인트(100)에 있어서,
상기 커플링 요크(110)로부터 회전자재하게 설치된 스파이더의 교차측을 회전자재하게 연결하는 소켓 요크(130) 및 플랜지 요크(140) 사이에 절각 흡수 및 축을 관절형태로 연결하는 센터링 볼 어셈블리(150)가 설치된다.
상기 소켓 요크(130)는 볼 어셈블리(150)를 수용하는 하우징(131)과, 하우징(131) 내에 삽입되어 센터링 볼 어셈블리(150)를 지지하는 아웃터 링(132)과, 상기 센터링 볼 어셈블리(150)가 삽입되는 하우징(131)의 선단에 설치되어 아웃터 링(132)과 센터링 볼 어셈블리 사이에 이물질의 침투를 방지하는 오일 실(133)이 마련된다.
상기 플랜지 요크(140)는 센터링 볼 어셈블리(150)의 중심측 내경에 삽입되는 연결축(141)과, 상기 연결축(141) 중앙에 마련된 안내홈(141a) 내에 안내되어 대응하는 소켓 요크(130)로부터 센터링 볼 어셈블리(150)의 길이방향의 충격을 흡수하는 압축스프링(142)과, 상기 연결축(141)의 외측둘레에 설치되어 대응하는 소켓 요크(130)의 경계부위로부터 이물질의 유입을 차단하는 더스트 실(143)을 포함하여 구성된다.
상기 센터링 볼 어셈블리(150)는 상기 연결축(141)이 삽입되는 중앙에 내경을 갖는 구형의 몸체(151)와, 상기 몸체(150)의 내경에 설치되어 절각시 유격 및 연결축의 습동을 유지하는 니들베어링(152)과, 내경에 삽입 설치되어 이물질 침투를 방지하는 오일 실(153)을 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명인 더블형 유니버셜 조인트(100)는 상기 센터링 볼 어셈블리(150)의 설치로서 커플링 요크(110)로부터 스파이더(120)를 통한 꺽임 각 중심을 유지할 수 있게 된다.
상기와 같은 꺽임 각이 발생하는 상태에서의 센터링 볼 어셈블리(150)의 중심은 유지지시키면서 지지시키는 역할을 수행하는 것으로, 여기서 센터링 볼 어셈블리는 동력전달 매체는 아니므로 힘을 받지 않을 뿐 십자형의 스파이더(120)에 의한 꺽임 각 발생을 안정된 상태로 유지시켜 줌에 있다.
결국, 상기 센터링 볼 어셈블리(150)의 역할은 플랜지 요크(140)와 소켓 요크(130)의 중앙에 위치하여 플랜지 요크(140)의 연결축(141)상에 설치된 압축스프링(142)으로서 항상 센터링 볼 어셈블리(150)의 구형 몸체에(151) 전달되는 충격흡수는 물론, 소켓 요크(130)의 하우징(131) 내에 아웃터 링(132)에 의해 관절형태로 상기와 같은 꺽임 각 발생시 좌, 우측 꺽임 각이 동일하게 발생할 수 있도록 유지시켜 준다.
이는 기존의 더블형 유니버셜 조인트에서 발생하였던 고속회전 발생시 각속도변화에 의한 진동으로 하여금 발생하는 프로펠러 축의 파손을 방지할 수 있게 되고, 특히 독립현가식 시스템의 액슬의 경우 꺽임 각을 많이 요구하는 중, 대형의 차량, 중장비, 장갑차 등에 적용이 가능하다.
즉, 회전반경이 적은 중장비 및 기타 특수차량의 운전조작성을 높일 수 있고, 기타 드라이브 구동축의 설계범위에서도 적용 가능하다.
상기와 같이 좌우측 꺽임 각을 동일하게 유지시켜 줄 수 있는 센터링 볼 어셈블리(150)는 트랜스밋션(도면에서 생략함)으로부터 차동기어측으로 동력 전달하는 프로펠러 축(S)의 전달 토크를 높일 수 있으면서 정숙성을 제공할 수 있는 효율적인 면이 있기에 승용차 및 RV차량에도 바람직하게 적용시킬 수 있게 된다.
100: 더블형 유니버셜 조인트 110: 커플링 요크
120: 스파이더 130: 소켓 요크
131: 하우징 132: 아웃터 링
133: 오일 실 140: 플랜지 요크
141: 연결축 141a: 안내홈
142: 압축스프링 143: 더스트 실
150: 센터링 볼 어셈블리 151: 몸체
152: 니들베어링 ` 153: 오일 실
S: 프러펠러 축

Claims (2)

  1. 양측에 연결구(111)가 상호 대응되게 형성된 커플링 요크(110)와, 상기 커플링 요크(110)의 양측에 각각 설치되어 절각을 흡수하도록 하는 십자형 스파이더(120)와, 상기 스파이더(120)를 연결하며 한 부분은 프로펠러 축(S)으로부터 연결 설치되는 소켓 요크130()와, 차동기어측으로 연결 설치되는 플랜지 요크(140)로 구성된 더블형 유니버셜 조인트(100)에 있어서,
    상기 커플링 요크(110)로부터 회전자재하게 설치된 스파이더의 교차측을 회전자재하게 연결하는 소켓 요크(130) 및 플랜지 요크(140) 사이에 절각 흡수 및 축을 관절형태로 연결하는 센터링 볼 어셈블리(150)가 설치된 것을 특징으로 하는 꺽임각 및 전달 토크를 높인 더블형 유니버셜 조인트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소켓 요크(130)는 볼 어셈블리(150)를 수용하는 하우징(131)과, 하우징(131) 내에 삽입되어 센터링 볼 어셈블리(150)를 지지하는 아웃터 링(132)과, 상기 센터링 볼 어셈블리(150)가 삽입되는 하우징(131)의 선단에 설치되어 아웃터 링(132)과 센터링 볼 어셈블리 사이에 이물질의 침투를 방지하는 오일 실(133)이 마련되고,
    상기 플랜지 요크(140)는 센터링 볼 어셈블리(150)의 중심측 내경에 삽입되는 연결축(141)과, 상기 연결축(141) 중앙에 마련된 안내홈(141a) 내에 안내되어 대응하는 소켓 요크(130)로부터 센터링 볼 어셈블리(150)의 길이방향의 충격을 흡수하는 압축스프링(142)과, 상기 연결축(141)의 외측둘레에 설치되어 대응하는 소켓 요크(130)의 경계부위로부터 이물질의 유입을 차단하는 더스트 실(143)을 포함하며,
    상기 센터링 볼 어셈블리(150)는 상기 연결축(141)이 삽입되는 중앙에 내경을 갖는 구형의 몸체(151)와, 상기 몸체(150)의 내경에 설치되어 절각시 유격 및 연결축의 습동을 유지하는 니들베어링(152)과, 내경에 삽입 설치되어 이물질 침투를 방지하는 오일 실(153)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 꺽임각 및 전달 토크를 높인 더블형 유니버셜 조인트.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103953659A (zh) * 2014-04-08 2014-07-30 北京控制工程研究所 一种带角度测量的十字轴万向节
KR102467127B1 (ko) 2022-07-07 2022-11-16 대동기어(주) 더블형 유니버셜 조인트

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