KR20120031442A - 연결차량용 피봇조인트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조인트에 의해 2개의 조인트구간이 서로 연결되는 연결차량용의 피봇조인트에 관한 것이다. 본 발명의 피봇조인트는 2개의 제1, 제2 조인트구간(1,2)을 조인트(10)로 연결한 것으로, 조인트(10)가 아치형 오목면(15a~b)을 갖고 제1 조인트구간에 결합되는 새들(15)과, 제2 조인트구간(2)에 위치하는 칼로트(11,12)를 포함하고; 상기 칼로트(11,12)의 아치형 볼록면(11a,12a)이 각각 새들(15)의 오목면(15a~b)을 마주보며; 칼로트(11,12)와 새들(15)이 핀(30)에 의해 연결되며; 탄성층(22,23)을 갖는 베어링 라이너(20)가 새들(15)과 칼로트(11,12) 사이에 배치된다.

Description

연결차량용 피봇조인트{A PIVOTING JOINT FOR AN ARTICULATED VEHICLE}
본 발명은 조인트에 의해 2개의 조인트구간이 서로 연결되는 연결차량용의 피봇조인트에 관한 것이다.
여러 구간들이 서로 연결될 수 있는 연결차량의 구간들은 피봇조인트에 의해 결합된다. 차량 사이를 사람들이 이동할 수 있도록 하는 브리지가 제공되는 벨로우즈는 보통 피봇조인트를 가로지른다.
이 경우의 피봇조인트는 2개의 차량 구간 사이의 전체 어셈블리를 포함한다. 주지하는 바와 같이, 연결차량들은 모든 방향의 운동을 한다. 따라서, 피봇조인트는 롤링, 피치 및 관절운동을 모두 수용할 수 있어야 한다. 롤링운동은 2개의 차량이 종축선을 중심으로 서로 상대회전할 때 생기며, 관절운동은 연결차량들이 회전할 때 생기고, 피치운동은 연결차량들이 웅덩이나 돌출부를 지날 때 생긴다.
기존의 피본조인트 연결부는 전술한 종류의 운동들 각각은 물론 이들 운동의 결합운동도 하는 것으로, 소위 2개의 피봇링이 서로 안팎으로 설치되어 있는 스윙 베어링 조인트를 포함하고, 2개의 링 중에서 안쪽 링은 전방 차량을 담당하고, 바깥 링은 후방 차량을 담당하는 것이 보통이다. 이를 위해, 바깥 링은 안쪽 링 위에 배치되고, 2개의 링은 수직 축을 중심으로 서로 반대로 회전하면서 차량이 회전할 때 관절운동을 수용한다.
피치운동은 2개의 차량구간들 중의 하나가 차량 종축선에 직각으로 배열된 고무쿠션 힌지조인트에 연결되기 때문에 가능하다. 이런 종류의 금속-고무 베어링에 의해 상기 피봇링에서 스윙베어링 조인트에 전방 차량이 연결된다.
2개의 금속-고무 베어링들이 중앙 종축선의 양쪽에 배치되면, 베어링 각각에 액슬핀이 있고, 이 핀이 차량의 종축선에 직각으로 놓인다. 액슬핀은 고무 슬리브로 둘러싸이고, 고무 슬리브는 슬리브 자켓에 둘러싸이며, 액슬핀은 피봇링에 연결되고, 슬리브는 차량 구간에 연결된다. 롤링운동은 한편으로는 차량의 새시에 의해 커버되고, 다른 한편으로는 금속-고무 베어링에 의해 커버된다.
또, EP1916181에 소개된 관절 조인트에서는 2개의 조인트구간이 버킹베어링으로 연결된다. 한쪽 조인트구간은 한쪽 차량에 부착되고, 다른쪽 조인트구간은 반대쪽 차량에 부착된다. 다른쪽 조인트구간은 피치운동과 롤링운동을 커버하는 롤링조인트를 갖고 있으며, 이런 롤링조인트는 하우징 슬리브 안에 위치한다. 롤링조인트는 볼 라인을 따라 설계된 조인트 몸체를 갖고, 볼은 하우징 슬리브를 통해 2개의 탄성 쿠션 안에 들어가 있다. 롤링조인트의 양단부에 있는 스터프축에 의해, 롤링조인트와 전체 베어링이 차체에 부착된다. 이렇게 결합된 피치-롤링 베어링은 이름 그대로 롤링조인트의 탄성베어링 때문에 롤링운동과 피치운동 둘다를 커버할 수 있다. 비슷한 디자인이 EP1916180에도 소개되었다. 2개의 조인트가 비교적 저렴하게 생산되어 관절각도가 비교적 큰 버스와 같은 차량에 적용된다. 반면에, 철도차량은 관절각도가 작아야 한다.
이런 조인트 집단에 속하는 피봇조인트가 DE 20 2006 004 643 U1에 소개되었는데, 여기서는 연결차량의 피봇조인트의 2개 조인트구간들이 조인트를 통해 서로 연결된다. 이 조인트는 핀에 위치하는 칼로트(calotte)를 포함하는데, 핀은 저인트구간에 연결된다. 다른 조인트구간에는 새들이 있고, 이 새들의 오목면이 칼로트에 대응하며, 새들이 칼로트를 포함한다.
본 발명의 목적은, 롤링, 피치, 관절 운동들은 물론, 이들의 조합 운동 모두를 커버할 수 있는 피봇조인트를 극히 경제적인 가격으로 생산하는데 있다. 특히, 이 디자인은 구조적으로 단순해야 하고 부품수가 적어야 한다.
본 발명의 이런 목적 달성을 위해, 이상 설명한 종류의 연결차량용 피봇 조인트가 제시되는데, 베어링 라이너는 새들과 칼로트 사이에 위치하는 1개 이상의 탄성층을 갖는다. 피봇조인트에는 기본적으로 종래와 같은 회전부품들이 없고, 2개의 차량구간들 사이의 관절운동은 탄성 부품에 의해서만 커버된다. 본 발명의 요지는 구형 베어링에 있는데, 구형 베어링의 일부분인 칼로트와 다른 부분인 새들 사이에 탄성 중간 조인트가 배치되어, 칼로트와 새들 사이에 중간 조인트가 고정된다. 피봇연결된 2개 차량 사이에서 일어나는 관절운동은 물론 롤링과 피치 운동도 상기 탄성층에 의해 커버된다. 본 발명의 조인트는 생산비 측면에서 극히 경제적이며, 아주 튼튼하여, 관절형 버스는 물론 철도차량에도 적용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 조인트의 양쪽에 칼로트가 있어서, 양쪽에 아치형 오목면을 갖는 새들이 칼로트 사이에 배치되며, 어느 경우에도 베어링 라이너의 새들과 칼로트 사이에 탄성층이 설치되고, 2개의 칼로트들이 핀에 의해 서로 연결된다. 그 결과, 정대칭 베어링이 생기고, 2개의 칼로트 사이로 새들의 양쪽에 2개의 베어링 라이너가 있어서 비교적 큰 관절각도도 커버할 수 있어, 롤링과 피치운동을 상당한 정도로 커버할 수 있다.
또, 새들의 오목면의 반경이 칼로트의 볼록면의 반경과 다르다. 특히, 칼로트의 볼록면의 반경이 새들의 오목면의 반경보다 작다. 그 결과, 칼로트와 새들 사이에 하나 이상의 탄성층이 배치되어 바깥쪽으로 갈수록 점점 두꺼워지도록 베어링 라이너를 설계할 수 있다. 이 경우 탄성층의 전체 표면에서 일정한 장력을 유지할 수 있다는 장점이 있다. 하중이 걸릴 때 안쪽보다 바깥쪽으로 갈수록 장력이 크기 때문에, 바깥쪽으로 갈수록 탄성층의 부피가 커지면 장력은 줄어들어, 탄성층의 ㅁ모든 지점에서 장력이 거의 동일해진다.
또, 베어링 라이너의 2개의 탄성층 사이에 아치판이 배치되고, 아치판의 반경이 칼로트의 볼록면의 반경보다는 크고 새들의 오목면의 반경보다는 작은 것도 본 발명의 특징이다. 이로부터 알 수 있는 것은, 아치판 위아래 양쪽에 각각 탄성층이 제공되고, 아래쪽 탄성층이 위쪽 탄성층보다 더 두껍다. 특히, 하부 탄성층은 가장자리에서 상부 탄성층보다 두껍다. 아치판 밑의 탄성층이 위의 탄성층보다 두꺼운 것이 좋다. 2개의 탄성층을 이렇게 비대칭으로 배열한 것은, 2개의 탄성층의 장력이 전 부분에 걸쳐 동일해야만 한다는 조건을 만족하기 위해서이다. 2개 이상의 탄성층과 아치판 때문에, 큰 관절각도는 물론 큰 롤링운동과 피치운동도 커버할 수 있다. 이런 탄성층은 가황작용에 의해 아치판에 영구적으로 부착된다.
탄성층을 갖는 베어링 라이너를 파괴하지 않고도 큰 관절각도를 커버하기 위해, 칼로트와 탄성층 사이에 가황작용에 의한 영구연결을 하지 않고, 미끄럼 운동을 허용할 수도 있다. 칼로트와 새들 사이의 연결부를 통해 베어링 라이너에 가해진 장력에 따라, 칼로트나 새들과 베어링 라이너가 서로에 대해 미끄럼 운동을 하도록 하는 출발회전력을 설정할 수 있다. 이런 식으로, 관절각도가 클 때에도 베어링 라이너의 탄성층의 파괴가 방지된다. 구체적으로, 베어링 라이너와 칼로트나 새들 사이에 미끄럼면을, 구체적으로는 테프론으로 된 미끄럼면을 배치하여, 차량이 회전을 하는 동안 피봇조인트가 하중을 받았을 때 출발회전력에 영향을 줄 수 있다.
칼로트와 베어링 라이너 사이나, 새들과 베어링 라이너 사이의 상대적 미끄럼 운동은 탄성층에 대한 하중이 너무 커서 베어링 라이너를 찢어 파괴시킬 우려가 있는 경우에만 구현하는 것이 기본이다. 관절각도가 항상 베어링 라이너가 견딜 수 있는 범위내에 있다면, 베어링 라이너를 가황처리에 의해 칼로트나 새들에 영구적으로 부착하는 것이 좋다.
조인트용 베어링 라이너의 생산에 탄성층을 사용하는데 있어서의 문제점은 각각의 탄성층의 장력이 거의 일정해야만 한다는 것이다. 이는 각각의 탄성층의 장력이 전 지점에서 거의 동일해야 함을 의미한다. 본 발명에 의하면, 이때문에 탄성층 가장자리를 아치형 오목면으로 구성한다. 이런 종류의 연결차량이 주행하는 동안 탄성층에 하중이 걸리면, 각각의 탄성층이 한쪽면은 하중을 받고 다른쪽 면은 하중이 줄어들어 비대칭 하중을 받게된다. 하중을 받은 탄성층은 바깥쪽으로 부풀어오른다. 움직이지 않을 때의 탄성층의 가장자리가 오목면이기 때문에, 하중을 받을 때에도 탄성층이 볼록하게 부풀어오른 형상을 취하지 않는데, 탄성층 가장자리가 부풀어오르면 장력이 커져 찢어질 우려가 크다. 같은 이유로, 다른쪽 탄성층도 오목하게 설계한다.
본 발명의 다른 특징은, 칼로트들 사이의 간격을 슬리브로 조정하는 것이다. 이 경우, 베어링 라이너가 어느정도로 사전하중만을 받기 때문에 조립이 단순해진다.
또, 베어링 라이너가 반경방향으로 핀이나 슬리브와 떨어져 있다. 이때문에, 제동을 하거나 출발할 때와 같이 축방향으로 하중을 받을 때, 베어링 라이너가 슬리브나 핀과 맞닿지 않는다. 또, 새들이 핀이나 슬리브와 반경방향으로 떨어질 수도 있는데, 이 경우에도 마찬가지로 제동을 하거나 출발할 때 새들이 슬리브나 핀에 맞닿지 않는다. 그 결과, 조인트 내부에서 새들이 자유롭게 지지된다. 조인트의 일부분이 핀이나 슬리브에 닿을 때 탄성층이 장력에 의해 찢어지지 않을 정도의 간격을 두면 된다.
또, 본 발명에 의하면 핀이 나사식 볼트로 설계되고, 칼로트에 나사가 형성되어, 나사볼트와 나사결합할 수도 있다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 조인트의 측면도;
도 2는 평면도;
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도.
도 1에 의하면, 제2 조인트구간(2)의 다리(3,4) 사이에 제1 조인트구간(1)이 위치한다. 제1, 제2 조인트구간들(1,2)의 연결은 조인트(10)에 의해 이루어진다. 2개 조인트구간(1,2)을 연결하는 조인트(10)에 대해서는 도 3에서 뒤에 설명한다.
조인트(10)는 2개의 칼로트(11,12; calotte)를 구비한다. 2개의 칼로트(11,12) 사이에 새들(15; saddle)이 위치한다. 새들(15)의 2개의 아치형 오목면(15a~b)은 칼로트(11,12)의 볼록면(11a~b)을 각각 마주본다. 칼로트(11)의 볼록면(11a)이나 칼로트(12)의 볼록면(12a)과 새들(15) 사이에 베어링 라이너(20)가 위치한다. 베어링 라이너(20)에 아치판(21)이 있고, 아치판(21)의 윗면과 아랫면에 탄성층(22,23)이 각각 위치한다. 2개의 탄성층은 가황반응에 의해 아치판(21)에 연결된다. 탄성층(22)이 탄성층(23)보다 두껍다.
이는 조인트의 구조상 아래쪽 탄성층이 윗쪽 탄성층보다 더 큰 부하를 받기 때문이다. 상하 탄성층의 크기가 다른 것은, 탄성재가 견딜 수 있는 한도내에서 장력을 유지하기 위해서이다. 2개 탄성층(22,23) 모두 가장자리가 아치형 오목면(22a,23a; 22b,23b) 형상을 갖기 때문에, 베어링 라이너가 압축될 때 탄성층들이 볼록하게 부풀어오르지 않게된다. 하중을 받았을 때 볼록하게 팽창된 부분은 오목한 아치부분에 비해 찢어지기 쉽다. 이때문에 탄성층의 바깥부분과 안쪽 부분 둘다 오목한 아치형을 이룬다.
2개의 칼로트(11,12)는 나사볼트를 포함한 핀(30)에 의해 고정된다. 한쪽 칼로트(12)에는 핀과 나사결합하는 나사(31)가 있다. 2개의 칼로트는 슬리브(35)에 의해 서로 연결된다. 슬리브(35)로 인해 탄성층(22,23)과 베어링 라이너(20)를 조립하기 위한 임계점 이상으로 칼로트가 압축되지 않는다. 베이렁 라이너(20)와 칼로트 또는 새들(15) 사이에 테플론 등으로 이루어진 미끄럼면(25)이 배치될 수 있다. 미끄럼면 때문에, 차량의 연결각도에 의해 칼로트와 새들 사이에 생긴 토크가 칼로트/새들과 베어링 라이너의 탄성층 사이의 출발회전력보다 클 때 부품들 사이에 미끄럼이 생겨 베어링 라이너(20), 특히 탄성층이 파손되는 것을 막는다. 즉, 미끄럼면이 있으면 과부하가 걸려도 베어링 라이너가 파괴되지 않는다. 동시에, 슬리브는 아치판(21), 새들(15) 및 아치판 양쪽의 2개의 탄성층(22,23)에 대한 스토퍼 역할도 한다. 아치판(21) 끝에는 비이드(21a)가 달려있는데, 이것은 가황공구를 받는 역할을 한다.
칼로트(11,12)는 베어링 라이너(20) 및 새들(15)과 대조적으로 슬리브(35)와 맞닿는다. 새들(15)는 슬리브와 x의 간격을 두고 있으며, 마찬가지로 아치판(21)도 슬리브(35)와 반경 방향으로 떨어져 있다. 탄성층(22,23)도 슬리브에서 떨어져 있다. 제동을 하거나 차량을 출발시킬 때, 제1 조인트구간에 연결된 새들(15)에 얹혀있는 베어링 라이너(20)가 화살표(40) 방향으로 가해지는 응력을 보상한다. 베어링 라이너(20)와 새들(15)이 슬리브(35)와 접촉하지 않도록 전술한 바와 같은 간격을 둔다. 간격 x의 크기는 탄성층이 슬리브와 맞닿았을 때 생기는 장력이 탄성층을 찢지 않을 정도로 선택한다.

Claims (15)

  1. 2개의 제1, 제2 조인트구간(1,2)을 조인트(10)로 연결한 연결차량용 피봇조인트에 있어서:
    상기 조인트(10)가 아치형 오목면(15a~b)을 갖고 제1 조인트구간에 결합되는 새들(15)과, 제2 조인트구간(2)에 위치하는 칼로트(11,12)를 포함하고; 상기 칼로트(11,12)의 아치형 볼록면(11a,12a)이 각각 새들(15)의 오목면(15a~b)을 마주보며; 칼로트(11,12)와 새들(15)이 핀(30)에 의해 연결되며; 탄성층(22,23)을 갖는 베어링 라이너(20)가 새들(15)과 칼로트(11,12) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조인트(10)의 양쪽에 칼로트(11,12)가 있고, 양쪽에 아치형 오목면(15a~b)을 갖는 새들(15)이 칼로트(11,12) 사이에 배치되며, 탄성층(22,23)을 갖는 베어링 라이너(20)가 칼로트와 새들(15) 사이에 각각 배치되고, 2개의 칼로트(11,12)가 핀(30)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 새들(15)의 오목면(15a~b)의 반경이 칼로트(11,12)의 볼록면(11a,12a)의 반경과 다른 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 칼로트(11,12)의 볼록면(11a,12a)의 반경이 새들(15)의 오목면의 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 베어링 라이너(20)의 2개의 탄성층(22,23) 사이에 아치판(21)이 배치되고, 아치판(21)의 반경이 칼로트(11,12)의 반경보다는 크고 새들(15)의 오목면(15a~b)의 반경보다는 작은 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 탄성층(22,23)이 아치판(21)에 영구적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 탄성층(22,23)이 칼로트(11,12)에 영구적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 칼로트(11,12) 및/또는 새들(15)이 베어링 라이너(20)에 대해 미끄러질 수 있는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  9. 제8항에 있어서, 상기 베어링 라이너(20)와 칼로트(11,12) 및/또는 새들 사이에 미끄럼면(25)이 배치되는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 탄성층(22,23)의 가장자리가 아치형 오목면(22a,23a,22b,23b)을 갖는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  11. 제2항에 있어서, 상기 칼로트(11,12)의 간격이 슬리브(35)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  12. 제1항 또는 제11항에 있어서, 상기 베어링 라이너(20)가 핀(30)이나 슬리브(35)와 반경방향으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  13. 제1항 또는 제11항에 있어서, 상기 새들(15)이 핀(30)이나 슬리브(35)와 반경방향으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  14. 제1항에 있어서, 상기 핀(30)이 나사볼트로 이루어지고, 한쪽 칼로트(12)에는 나사볼트와 결합하는 나사(31)가 형성된 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
  15. 제1항에 있어서, 제1 조인트구간이 조인트(10)에 의해 U형의 제2 조인트구간의 다리 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 연결차량용 피봇조인트.
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