KR20180123137A - 프로펠러 샤프트용 교차 홈형 등속 조인트 - Google Patents

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KR20180123137A
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lines
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오승탁
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데이나 오토모티브 시스템즈 그룹 엘엘씨
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Abstract

프로펠러 샤프트가 제1 샤프트, 제1 샤프트에 구동 가능하게 연결된 제1 등속 조인트, 제2 샤프트, 제2 샤프트에 구동 가능하게 연결된 제2 등속 조인트, 제1 등속 조인트와 제2 등속 조인트를 구동 가능하게 연결하는 연결 샤프트, 및 제2 등속 조인트의 축방향 단부 주위에 배치된 그리스 커버를 포함한다. 제1 및 제2 등속 조인트는 외부 레이스 주위에 배치된 부트, 및 복수의 볼을 수용하도록 구성된 복수의 창이 내부에 형성된, 외부 레이스와 내부 레이스 사이에 배치된, 케이지를 포함한다. 창은 볼의 직경보다 큰 직경을 갖는 측벽을 가지고, 창의 길이는 볼의 직경보다 길다.

Description

프로펠러 샤프트용 교차 홈형 등속 조인트
본 개시 내용은 모터 차량용 프로펠러 샤프트, 보다 특히, 2개의 교차 홈형 등속 조인트를 가지는 프로펠러 샤프트에 관한 것이다.
관련 출원
본원은 2016년 4월 22일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/326,192호 및 2016년 9월 14일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/394,541호에 대한 우선권을 주장하고, 그러한 가특허출원의 전체 개시 내용이 본원에서 참조로 포함된다.
모터 차량은 등속 조인트를 통해서 입력 유닛으로부터 출력 유닛으로 토크를 전달하기 위해서 프로펠러 또는 구동 샤프트를 이용한다. 예를 들어, 프로펠러 샤프트는 사륜 구동 차량(all-wheel drive vehicle)에서 구동 유닛으로부터 차축 차동장치로 토크 및 회전 운동을 전달하기 위해서 이용된다. 프로펠러 샤프트는, 입력 유닛과 출력 유닛 사이의 상대적인 위치의 변화에 의해서 유발되는 각도 및 축방향 변위를 수용하기 위해서, 등속 유니버설 조인트를 구비한다.
전형적인 등속 유니버설 조인트는 샤프트에 연결된 원통형 내부 레이스 및 다른 샤프트에 연결된 중공형의 원통형 외부 레이스를 포함한다. 내부 레이스의 외부 표면 및 외부 레이스의 내부 표면은 그 내부에 형성된 복수의 홈을 각각 갖는다. 내부 레이스의 외부 표면 내에 형성된 각각의 홈은 외부 레이스의 내부 표면 내에 형성된 상응 홈과 연관된다. 볼이 연관된 홈의 쌍의 각각에 배치되고, 그러한 볼은 내부 레이스와 외부 레이스 사이의 구동 연결을 제공한다. 홈 내에서 볼을 유지하기 위해서, 일반적으로 중공형인 원통형 케이지가 내부 레이스와 외부 레이스 사이에 제공된다. 볼을 수용 및 유지하기 위해서, 케이지는 그 표면에 형성된 복수의 창을 갖는다.
공지된 하나의 유형의 등속 조인트는 일반적으로 교차 홈형 등속 조인트 또는 교차 홈형 조인트로 지칭된다. 교차 홈형 조인트에서, 내부 레이스의 외부 표면에 형성된 홈들이 조인트의 회전 축에 대해서 교번적으로(alternately) 경사진다. 유사하게, 외부 레이스의 내부 표면 내에 형성된 홈들은 내부 레이스 홈의 반대 방향으로 교번적으로 경사진다. 교차 홈형 조인트는 내부 레이스와 케이지 그리고 케이지와 외부 레이스 사이의 상대적인 축방향 이동을 허용한다. 따라서, 조인트에 연결된 2개의 샤프트의 회전 축의 교차점에 의해서 형성되는, 조인트의 중심이 사용 중에 축방향으로 이동될 수 있다.
등속 조인트는 모터 차량에서 널리 이용되고 일반적으로 부트(boot) 내에서 둘러싸인다. 부트는 등속 조인트의 단부를 둘러싸기 위해서, 그리고 조인트 내에서 윤활제를 유지하면서 분진, 파편 및 수분을 조인트로부터 차단하기 위해서 이용되는 잘 알려진 장치이다. 부트는 탄성중합체 또는 플라스틱 재료를 포함하는 가요성 재료로 제조될 수 있다.
하나의 구체적인 유형의 부트는 회선형(convoluted) 부트이다. 회선형 부트는, 부트를 등속 조인트의 2개의 구성요소에 부착하기 위해서 이용되는 2개의 부착 부분들 사이에서 연장되는 복수의 축방향으로 이격된 환형 회선 또는 접힘부(fold)를 갖는다. 조인트가 고온 조건 하에서 고속으로 회전될 때, 부트는, 원심력 및 그리스 부하(grease load)로 인해서 반경방향으로 반전될 수 있다. 이러한 반경방향 반전은 반경방향 변형을 유발하고 부트의 내구성을 감소시킨다. 부트의 반경방향 반전의 정도는 회선의 제1 피크 및 밸리의 기하형태에 의해서 영향을 받는데, 이는 부트가 전형적으로 이러한 영역 내에서 가장 큰 요동 직경(swing diameter)을 가지기 때문이다. 더 큰 요동 직경은 더 큰 정도의 반경방향 반전을 생성하는 경향을 갖는다. 부가적으로, 부트는 플러깅(pluging) 및 굴절 운동 모두를 받을 수 있고, 양 운동을 동시에 흡수하기 위해서 충분한 수의 회선을 가져야 한다.
따라서, 등속 조인트가, 비용 효과적인 방식으로 내구성을 높이기 위해서 반경방향 반전을 억제하는 부트를 가지는 경우에, 교차 홈형 조인트에 대한 불균일한 분포의 축방향 부하를 방지하여 프로펠러 샤프트의 내구성을 높일 수 있는 2개의 교차 홈형 조인트를 이용하는 프로펠러 샤프트에 대한 필요성이 존재한다.
제1 샤프트, 제1 샤프트에 구동 가능하게 연결된 제1 등속 조인트, 제2 샤프트, 제2 샤프트에 구동 가능하게 연결된 제2 등속 조인트, 제1 등속 조인트와 제2 등속 조인트를 구동 가능하게 연결하는 연결 샤프트, 및 제2 등속 조인트의 축방향 단부 주위에 배치된 그리스 커버를 포함하는 프로펠러 샤프트가 제공된다. 제1 및 제2 등속 조인트는 축방향으로 적어도 일 측면에서 개구부를 가지고 내향 대면 볼 홈의 세트를 가지는 외부 레이스, 외부 레이스의 내측에 배치되고 외향 대면 볼 홈의 세트를 가지는 내부 레이스, 외부 레이스와 내부 레이스 사이에서 토크를 전달하기 위해서 외부 레이스 볼 홈 및 내부 레이스 볼 홈 내에서 롤링될 수 있는 복수의 볼, 외부 레이스 주위에 배치된 부트, 및 복수의 볼을 내부에 수용하도록 구성된 복수의 창을 내부에 가지고 외부 레이스와 내부 레이스 사이에 배치되는 케이지를 포함한다. 창은 볼의 직경보다 큰 직경을 갖는 측벽을 가지고, 창의 길이는 볼의 직경보다 길다.
본 실시예의 전술한 그리고 다른 장점은, 첨부 도면을 참조하여 고려할 때, 이하의 구체적인 설명으로부터 당업자에 의해서 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 2개의 교차 홈형 등속 조인트를 갖는 공지된 프로펠러 샤프트의 개략적인 횡단면 측면도이다.
도 2는 프로펠러 샤프트의 바람직한 실시예의 개략적 횡단면 측면도이다.
도 3은 프로펠러 샤프트의 다른 바람직한 실시예의 개략적 횡단면 측면도이다.
도 4a는 프로펠러 샤프트의 다른 바람직한 실시예의 개략적 횡단면 측면도이다.
도 4b는 도 4a의 하나의 등속 조인트의 상세 단면도이다.
도 4c는 도 4b의 등속 조인트의 홈 및 그리스 커버의 상세 단면도이다.
도 5는 프로펠러 샤프트의 다른 바람직한 실시예의 개략적 횡단면 측면도이다.
도 6a는 프로펠러 샤프트의 다른 바람직한 실시예의 횡단면 측면도이다.
도 6b는 도 6a의 프로펠러 샤프트의 그리스 커버 및 스프링 메커니즘의 상세 단면도이다.
도 6c는 도 6a의 프로펠러 샤프트의 부트의 상세 단면도이다.
도 6d는 도 6c의 부트의 부착 부분의 상세한 단면도이다.
도 7a는 외부 레이스로부터 축방향으로 변위된 내부 레이스를 갖는 교차 홈형 조인트의 바람직한 실시예의 정면도이다.
도 7b는 외부 레이스로부터 축방향으로 변위된 내부 레이스를 갖는 교차 홈형 조인트의 바람직한 실시예의 배면도이다.
도 7c는 케이지가 제거되고 외부 레이스로부터 축방향으로 변위된 내부 레이스를 갖는 교차 홈형 조인트의 바람직한 실시예의 정면도이다.
도 8a는 도 7a 내지 도 7c의 교차 홈형 조인트의 내부 레이스의 사시도이다.
도 8b는 도 7a 내지 도 7c의 교차 홈형 조인트의 외부 레이스의 사시도이다.
도 8c는 도 7a 내지 도 7c의 교차 홈형 조인트의 케이지의 사시도이다.
도 9a는, 내부 레이스가 외부 레이스와 센터링되지 않았을 때의, 도 7a 내지 도 7c의 교차 홈형 조인트의 내부 레이스, 케이지 및 볼의 측면도이다.
도 9b는, 내부 레이스가 외부 레이스와 센터링되지 않았을 때의, 도 7a 내지 도 7c의 교차 홈형 조인트의 내부 레이스 및 볼의 측면도이다.
도 10a는, 내부 레이스가 외부 레이스와 센터링되었을 때의, 도 7a 내지 도 7c의 교차 홈형 조인트의 내부 레이스 및 볼의 측면도이다.
도 10b는, 내부 레이스가 외부 레이스와 센터링되었을 때의, 도 7a 내지 도 7c의 교차 홈형 조인트의 내부 레이스, 케이지 및 볼의 측면이다.
반대되는 것으로 명백하게 구체화된 경우를 제외하고, 바람직한 실시예가 다양한 대안적인 경향 및 단계 순서를 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 첨부 도면에 도시되고 이하의 명세서에서 설명된 구체적인 장치 및 프로세스가 발명의 개념의 단순한 예시적인 실시예라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 따라, 개시된 실시예와 관련된 구체적인 치수, 방향 도는 다른 물리적 특성이 제한적인 것으로 간주되지 않을 것이다.
도 2를 참조하면, 2개의 등속 교차 홈형 조인트(100, 102) 및 연결 샤프트(103)를 포함하는 프로펠러 샤프트(10)가 도시되어 있다. 2개의 교차 홈형 조인트(100, 102)는 연결 샤프트(103)에 의해서 서로 연결된다. 교차 홈형 조인트(100, 102) 각각은 외부 레이스(113, 113'), 내부 레이스(117, 117') 및 케이지(114, 114')를 갖는다. 외부 레이스(113, 113')는 축방향으로 적어도 하나의 측면에서 개구부를 갖는다. 내부 레이스(117, 117')는 축방향 이동을 허용하는 외부 레이스(113, 113') 내측에 활주 가능하게 배치된다. 일부 실시예에서, 내부 레이스(117, 117') 및 외부 레이스(113, 113')는, 비제한적으로 강을 포함하는, 강성 재료로 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 교차 홈형 조인트(100, 102) 각각은, 내향 대면 볼 홈(113a)의 세트를 가지는 외부 레이스(113(또는 113')), 외향 대면 볼 홈(117a)의 세트를 가지는 내부 레이스(117(또는 117')), 및 내부 레이스(117) 및 외부 레이스(113) 사이에 배치된 케이지(114(또는 114'))를 갖는다.
다시 도 2를 참조하면, 샤프트(106, 106')가 내부 레이스(117, 117') 내측에 배치된다. 부트(107, 107')는 외부 레이스(113, 113')와 샤프트(106, 106')를 연결한다. 일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 그리스 커버(118')는 부트(107')에 대향되는 교차 홈형 조인트(102)의 단부 상에 배치된다. 앞서서 그리고 이하에서 언급된 샤프트가, 차동 기어 유닛과 자동차 바퀴를 함께 연결하기 위해서 이용되는 샤프트, 또는 변속기 또는 연소 엔진과 차동 기어 유닛을 함께 연결하기 위해서 이용되는 샤프트일 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
일부 실시예에서, 도 8a에 도시된 바와 같이, 내부 레이스(117(또는 117'))는, 전반적으로 원통형 형상인 외부 표면(117b) 및 내부 표면(117c)을 갖는다. 복수의 볼 홈(117a)이 내부 레이스(117)의 외부 표면(117b) 내에 형성된다. 홈(117a)은 축방향으로 연장되고 전반적으로 반-원형의 횡단면 형상을 갖는다. 내부 레이스(117)의 외부 표면(117b) 내에 형성된 홈들(117a)은, 교차 홈형 조인트(100, 102)의 회전 축에 대해서 교번적으로 경사지도록 배향된다.
내부 레이스(117, 117')의 내부 표면(117c, 117c')은 도 2에 도시된 바와 같이 샤프트(106, 106')와 결합되는 보어(119, 119')를 포함한다. 샤프트(106, 106')는, 내부 레이스(117, 117')의 보어(119, 119')의 스플라인(미도시)과 교합되도록 스플라인 가공된 외부 표면(106a, 106a')을 갖는다.
일부 실시예에서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 외부 레이스(113 (또는 113')) 상의 볼 홈(113a)이 축방향으로 각도를 가지고 경사진다. 내부 레이스(117 (또는117')) 상의 볼 홈(117a)은, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 경사지고 교번적으로 형성된다. 각각의 내부 레이스 볼 홈(117a)이 외부 레이스 볼 홈(113a)에 커플링되고, 여기에서 각각의 내부 레이스 볼 홈(117a) 및 외부 레이스 볼 홈(113a)이 서로 대면되고 교차된 쌍을 형성한다. 볼(112(또는 112'))은 볼 홈들(113a, 117a) 사이에 배치되고 그 내부에서 롤링될 수 있다. 토크는 볼(112)을 통해서 외부 레이스(113)와 내부 레이스(117) 사이에서 전달된다. 바람직한 실시예에서, 교차 홈형 조인트(100, 102)는 6개의 토크 전달 홈/볼을 포함한다. 그러나, 더 많은 수의 홈 및 볼의 쌍이 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 케이지(114 (또는 114'))가 외부 레이스(113)의 내부 표면(113b)과 내부 레이스(117)의 외부 표면(117c) 사이에 배치된다. 일부 실시예에서, 케이지(114)는, 도 8c에 도시된 바와 같이, 전반적으로 원뿔형인 형상이고 중공형이다. 케이지(114)는 등각도로(equiangularly) 배열된 복수의 근접 창들(114b)을 갖는다. 창(114b)의 수는 볼(112)의 수와 동일하다. 일부 실시예에서, 케이지(114)는, 비제한적으로 강을 포함하는, 강성 재료로 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 스냅 링(115, 115')을 이용하여 내부 레이스(117, 117')를 샤프트(106, 106') 상에서 축방향으로 유지할 수 있다. 내부 레이스(117, 117')는, 샤프트(106, 106')의 외부 표면 내에 형성된 홈(미도시) 내에 배치된 스냅 링(115, 115')을 이용하여 샤프트(106, 106')에 고정된다. 대안적으로, 임의의 다른 유형의 체결부를 이용하여 내부 레이스(117, 117')를 샤프트(106, 106')에 고정할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 부트(107, 107')를 이용하여 샤프트(106)를 외부 레이스(113, 113')와 연결할 수 있다. 부트(107, 107')는, 클램프(미도시)에 의해서, 그 개방 단부에서 외부 레이스(113, 113')의 외부 표면(113c, 113c')에 직접 고정될 수 있다. 부트(107, 107')의 타 단부는 다른 클램프(미도시)에 의해서 샤프트(106, 106')의 외부 표면에 직접 고정된다. 부트 클램프는, 비제한적으로, 강을 포함하는 재료로 제조될 수 있다. 부트(107, 107')는 외부 레이스(113, 113')의 개방 단부를 밀봉한다. 부트(107, 107')는, 비제한적으로, 열가소성 재료를 포함하는 압축 가능 재료로 제조된다. 부트(107, 107')는 δ1, δ2에 의해서 표시된 바와 같이 축방향으로 압축되고 샤프트(106, 106')를 따라 활주될 수 있다. 부트 압축에 의해서 생성된 압축력(F1, F2)은 2개의 조인트(100, 102)를 중심-정렬된 위치에서 유지한다.
일부 실시예에서, 그리스 커버(118')가 교차 홈형 조인트(102)의 일 단부에 배치된다. 그리스 커버(118')는 일반적으로 컵 형상의 외형을 갖는다. 그리스 커버(118')는 일반적으로 금속 재료로 제조되나; 임의의 플라스틱, 고무, 세라믹, 복합 재료 등이 또한 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 그리스 커버(118')는 체결부(미도시) 또는, 비제한적으로, 결합 등을 포함하는 다른 고정 방법에 의해서 외부 레이스(113')의 외부 표면(113c')에 압입되거나 연결된다. 그리스 커버(118')는 윤활제로서 이용되는 그리스가 교차 홈형 조인트(102)의 외부로 누출되는 것을 방지한다.
다른 실시예에서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 케이지(114 (또는114'))는, 내부 레이스(117 또는(117'))가 외부 레이스(113 (또는 113'))의 축방향 외측으로 이동될 때 볼(112)의 이동을 제한하는 창(114b)을 포함한다. 창(114b)은 측벽(114a)을 가지도록 형성된다. 이러한 실시예에서, 도 9a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 창(114b)의 직경(114c)은 볼(112 (또는 112'))의 직경보다 약간 더 크고, 그에 따라 창(114b)의 측벽(114a)과 볼(112) 사이에는 작은 간격(X)이 있을 수 있다. 창(114b)의 길이(114d)는 볼(112)의 직경보다 약간 더 길고, 그에 따라 간극(Y)이 볼(112)과 창(114b) 사이에 존재한다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 내부 레이스(117 또는(117'))가 외부 레이스(113 (또는 113'))와 축방향으로 정렬될 때, 볼(112 (또는 112'))이 내부 레이스 홈(113a) 및 창(114b) 내에서 센터링되고, 간극(X)이 볼(112)과 창(114b) 사이에 존재한다. 내부 레이스(117)가 외부 레이스(113)와의 정렬을 벗어나 축방향으로 이동될 때, 도 9b에 도시된 바와 같이, 볼(112)은 내부 레이스 홈(113a)의 단부까지 이동된다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 내부 레이스(117)의 축방향 변위에도 불구하고, 볼(112)은 케이지 측벽(114a)에 의해서 교차 홈형 조인트 내에서 유지된다.
다른 바람직한 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로펠러 샤프트(20)는 스프링(105') 및 스프링 안착부(104')를 포함하는 스프링 메커니즘(120)을 포함한다. 프로펠러 샤프트(20)는 프로펠러 샤프트(10)와 실질적으로 유사하고, 유사한 구성요소는 도 2에서와 유사한 번호로 표시되었고, 이러한 구성요소에 대해서 전술한 설명을 참조할 수 있을 것이다. 스프링 메커니즘(120)은 그리스 커버(118')와 샤프트(106') 사이에 배치된다. 스프링 안착부(104')는 스프링 메커니즘(120)의 하나의 축방향 단부에 배치되고, 샤프트(106')의 부분적으로 볼록한 구체 부분(106b')과 교합되는 부분적으로 오목한 구체 부분(104a')을 갖는다. 스프링 메커니즘(120)의 다른 축방향 단부는 그리스 커버(118')의 단부에 형성된 스프링 안착부(118b')와 교합된다.
일부 실시예에서, 스프링(105')은 스프링 메커니즘(120)의 2개의 축방향 단부들 사이에서 압축된 상태로 배치된다. 스프링(105')은 힘(Fs)을 연결 샤프트(103)의 타 단부에 인가하여 연결 샤프트(103)를 대향되는 교차 홈(100) 내로 강제하고, 그에 의해서 프로펠러 샤프트(20)의 이동 구성요소의 소음 및 진동 발생을 방지한다. 그에 따라, 스프링 메커니즘(120)은, 연결 샤프트(103)가 2개의 교차 홈형 조인트들(100, 102) 사이에서 각도를 이룰 때 발생되는 축방향 부하를 감소시킨다.
다른 바람직한 실시예에서, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 프로펠러 샤프트(30)는 교차 홈형 조인트(100)에 적용된 제2 스프링 메커니즘(122)을 포함한다. 프로펠러 샤프트(30)는 프로펠러 샤프트(10)와 실질적으로 유사하고, 유사한 구성요소는 도 2에서와 유사한 번호로 표시되었고, 이러한 구성요소에 대해서 전술한 설명을 참조할 수 있을 것이다. 제2 스프링 메커니즘(122)은 샤프트(106)와 연결 샤프트(103) 사이에서 교차 홈형 조인트(100) 내에 배치된다. 스프링 메커니즘(122)의 스프링 안착부(104)는, 샤프트(106)의 부분적으로 볼록한 구체 부분(106b)과 교합되는 부분적으로 오목한 구체 부분(104a)을 갖는다. 스프링 메커니즘(122)의 다른 축방향 단부는 외부 레이스(113)의 하단부 상의 스프링 안착부(126)와 교합된다. 스프링(105)은 스프링 메커니즘(120, 122)의 2개의 축방향 단부들 사이에서 압축된 상태로 배치된다. 스프링(105')은 힘(Fs1)을 연결 샤프트(103)의 타 단부에 인가하여 연결 샤프트(103)를 대향되는 교차 홈(100) 내로 강제한다. 부가적으로, 스프링(105)은, 연결 샤프트(103)를 교차 홈형 조인트(102) 내로 강제하는 힘(Fs2)을 인가한다. 그에 따라, 스프링 메커니즘(120, 122)은, 연결 샤프트(103)가 2개의 교차 홈형 조인트들(100, 102) 사이에서 각도를 이룰 때 발생되는 축방향 부하를 감소시킨다. 스프링 메커니즘(120)의 다른 축방향 단부는 그리스 커버(118')의 단부에 형성된 스프링 안착부(118b')와 교합된다. 일부 실시예에서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 그리스 커버(118' (또는 118))의 스프링 안착부(104')(또는 104))는 그 내부 표면 상에 홈(1183)을 갖는다. 홈(1183)의 내경은 증가된 직경(OD1) 및 폭(W)을 갖는다. 홈(1183)은, 스프링(105' (또는 105))이 축방향으로 홈(1183)의 외부로 당겨지는 것을 방지하도록 설계된다.
일부 실시예에서, 부트(107, 107')는 조인트(100, 102) 주위에 배치되고, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 일 단부가 연결 샤프트(106, 106')에 부착되고 타 단부는 부트 캔(111, 111')에 부착된다. 부트(107, 107')는 설치 후에 축방향으로 압축된다. 부트(107, 107')의 축방향 압축은, 2개의 조인트(100, 102)가 축방으로 계속 센터링되게 하는 힘을 생성한다. 일부 실시예에서, 부트(107, 107')는 피크 및 밸리를 생성하는 다수의 회선을 가질 수 있다.
조인트(100, 102)가 고온 조건 하에서 고속으로 회전될 때, 부트(107, 107')는, 원심력 및 그리스 부하로 인해서 반경방향으로 반전될 수 있다. 부트(107, 107')의 반경방향 반전의 정도는 부트(107, 107')의 회선의 제1 피크 및 밸리의 기하형태에 의해서 주로 영향을 받는데, 이는 부트(107, 107')가 전형적으로 이러한 영역 내에서 가장 큰 요동 직경을 가지기 때문이다.
다른 바람직한 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 프로펠러 샤프트(40)는 2개의 교차 홈형 조인트(100, 102) 및 연결 샤프트(103)를 포함한다. 프로펠러 샤프트(40)는 프로펠러 샤프트(10)와 실질적으로 유사하고, 유사한 구성요소는 도 2에서와 유사한 번호로 표시되었고, 이러한 구성요소에 대해서 전술한 설명을 참조할 수 있을 것이다. 2개의 교차 홈형 조인트(100, 102)는 연결 샤프트(103)에 의해서 서로 연결된다. 교차 홈형 조인트(100, 102) 각각은 외부 레이스(113, 113'), 내부 레이스(117, 117') 및 케이지(114, 114')를 갖는다. 내부 레이스(117, 117')는 축방향 이동을 허용하는 외부 레이스(113, 113') 내측에 활주 가능하게 배치된다. 내부 레이스(117, 117') 및 외부 레이스(113, 113')는, 비제한적으로 강을 포함하는, 강성 재료로 제조될 수 있다. 샤프트(106, 106')는 내부 레이스(117, 117') 내측에 배치되고, 부트(107, 107')는 외부 레이스(113, 113') 및 샤프트(106, 106')를 연결하고, 그리스 커버(118, 118')는 부트(107, 107')에 대향되는 교차 홈형 조인트(100, 102)의 단부에 배치된다.
내부 레이스(117, 117')의 내부 표면(117c, 117c')은 샤프트(106, 106')와 결합되는 보어(119, 119')를 포함한다. 케이지(114 (또는 114'))가 외부 레이스(113)의 내부 표면(113c)과 내부 레이스(117')의 외부 표면(117c) 사이에 배치된다.
일부 실시예에서, 그리스 커버(118, 118')가 교차 홈형 조인트(100, 102)의 일 단부에 배치된다. 일부 실시예에서, 그리스 커버(118, 118')는 일반적으로 컵 형상의 외형을 갖는다. 그리스 커버(118, 118')는 일반적으로 금속 재료로 제조되나; 임의의 플라스틱, 고무, 세라믹, 복합 재료 등이 또한 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 그리스 커버(118, 118')는 체결부(미도시) 또는, 비제한적으로, 결합 등을 포함하는 다른 고정 방법에 의해서 외부 레이스(113, 113')의 외부 표면(113c, 113c')에 압입되거나 연결된다. 그리스 커버(118, 118')는 윤활제로서 이용되는 그리스가 교차 홈형 조인트(100, 102)의 외부로 누출되는 것을 방지한다. 그리스 커버(118, 118')는, 2개의 교차 홈형 조인트(100, 102)를 연결하는 연결 샤프트(103)의 축방향 대향 단부들에 연결된다.
도 6a 내지 도 6d는 프로펠러 샤프트(50)의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 프로펠러 샤프트(50)는 프로펠러 샤프트(10)와 유사하고, 유사한 구성요소는 도 2에서와 유사한 번호로 표시되었고, 이러한 구성요소에 대해서 전술한 설명을 참조할 수 있을 것이다. 프로펠러 샤프트(50)는 연결 샤프트(203) 및 2개의 교차 홈형 조인트(200, 202)를 포함한다. 조인트(200, 202)는 외부 레이스(213, 213'), 내부 레이스(217, 217'), 케이지(214, 214'), 복수의 토크 전달 요소 또는 볼(212, 212'), 부트(207, 207'), 부트 캔(211, 211') 및 그리스 커버(218, 218')를 포함한다.
일부 실시예에서, 외부 레이스(213 (또는 213'))는, 비제한적으로 강을 포함하는, 강성 재료로 형성된 중공형의 원통형 본체이다. 북수의 외부 트랙(track)이 외부 레이스(213)의 내부 표면 내에서 균일하게 이격되어 형성된다.
일부 실시예에서, 내부 레이스(217(또는 217'))는 강과 같은 강성 재료로 형성된 중공형 부재이나; 내부 레이스(217)가 임의의 강성 재료로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 내부 레이스(217)는 내부 레이스 외부 표면 및 내부 레이스 내부 표면을 포함한다. 내부 레이스 내부 표면은 내부 레이스(217)를 통한 원통형 보어를 형성한다. 샤프트(206)와의 구동 가능한 결합을 위해서, 복수의 스플라인(미도시)이 내부 레이스 내부 표면 상에 형성된다. 복수의 내부 트랙이 내부 레이스 외부 표면 내에서 축을 중심으로 균일하게 이격된다.
내부 레이스(217) 및 외부 레이스(213)의 복수의 트랙이 축방향으로 경사지고 교번적으로 형성된다. 트랙들이 서로 교차되고, 복수의 토크 전달 요소(212 (또는 212')), 또는 볼이 내부 레이스(217) 및 외부 레이스(213)의 트랙들 사이에 배치된다. 하나의 볼(212)이 내부 레이스(217) 및 외부 레이스(213)의 상응 트랙의 각각의 세트 내에 배치된다.
케이지(214 (또는 214'))는 외부 레이스(213)와 내부 레이스(217) 사이에 배치된다. 케이지(214)는, 비제한적으로, 강을 포함하는 강성 재료로 제조된 중공형 본체이다. 케이지(214)는, 볼(212)을, 임의의 굴절 각도로 복수의 경사진 트랙에 의해서 생성된 양분 평면 상에 배치한다.
외부 표면 상에 스플라인을 가지는 샤프트(206)가 내부 레이스(217)의 원통형 보어를 통해서 연장되고, 연결 샤프트(2016)의 스플라인은 내부 레이스(217) 상의 스플라인과 교합된다. 스냅 링(215 (또는 215'))은 내부 레이스(217)를 샤프트(206) 상에서 축방향으로 유지한다.
부트(207 (또는 207'))가 샤프트(206) 및 부트 캔(211) 주위에 그리고 그와 밀봉 결합되게 배치된다. 부트 캔(211 (또는 211'))은 샤프트(206) 주위에 배치되고, 하나의 축방향 단부는 부트(207)에 부착되고 다른 축방향 단부는 외부 레이스(213)에 부착된다. 일 실시예에서, 클램핑 장치(210)를 이용하여 부트(207)를 샤프트(206) 및 부트 캔(211)에 고정할 수 있다. 클램핑 장치(210)가 밴드 스타일의 클램프일 수 있으나; 다른 유형의 클램핑 장치가 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
조인트(200, 202)는 또한 스프링 메커니즘(220)을 포함할 수 있다. 스프링 메커니즘(220)은, 하나의 축방향 단부 상에서 오목한 형상을 가지는 스프링 안착부(204)를 가지는 스프링(205)을 포함할 수 있다. 스프링 안착부(204)는 볼록한 형상을 가지는 샤프트(206)의 하나의 축방향 단부(206b)와 교합된다. 스프링 조립체의 타 단부는 그리스 커버(218)에 형성된 스프링 안착부(218b) 또는 외부 레이스(213)의 스프링 안착부(226)과 교합된다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 이격부(221)가 스프링(205 (또는 205'))과 그리스 커버(218 (또는 218')) 사이에 배치된다. 이격부(221)는 스프링(205)의 단부 주위의 스프링 안착부(218b) 부근에 피팅된다(fit). 그리스 커버(218)는 또한 그 축방향 단부 부근에서 측면부(flank) 또는 감소된 직경 부분(218c)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 그리스 커버(218)가 이격부(221)에 부착된다. 그리스 커버(218)는 측면부 부분(218c)에서 이격부(221)에 대해서 놓이거나 제공될 수 있다. 측면부 부분(218c)은 이격부(221)의 외부 표면 내의 유사하게 성형된 홈과 정렬 또는 교합될 수 있고, 이는 이격부(221)가 이동되는 것을 방지한다. 또한, 스프링(205)은 그 단부 부근에서 외경(OD)을 가지는 감소된 직경 부분(205b) 및 OD보다 큰 외경(OD1) 및 폭(W)을 가지는 축방향 단부 부분(221b)을 가질 수 있다. 단부 부분(221b)의 폭은 스프링(205)이 축방향으로 이동되는 것을 방지한다.
도 6c은 부트(207)의 일 실시예를 도시한다. 부트(207 (또는 207'))는 클램핑 장치(210)를 이용하여 부트 캔(211 (또는 211')) 및 샤프트(206)에 부착된다. 일부 실시예에서, 부트(207)는 열가소성 재료로 구성된다.
일부 실시예에서, 부트(207)는 제1 부착 부분(2094), 제2 부착 부분(2096), 그리고 제1 및 제2 부착 부분(2094, 2096) 사이의 복수의 회선을 포함한다. 제1 부착 부분(2094)은 샤프트(206)에 연결되고, 제2 부착 부분(2096)은 부트 캔(211)에 연결된다. 일부 실시예에서, 클램프 장치(210)가 부트(207)의 부착 부분(2094, 2096) 주위에 배치되어, 부트(207)를 샤프트(206) 및 부트 캔(211) 각각에 고정하나; 다른 체결부가 또한 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 부트(207)는 복수의 회선을 갖는다. 하나의 바람직한 실시예에서, 부트(207)는, 제1 밸리(2071), 제1 피크(2072), 제2 밸리(2073), 제2 피크(2074), 제3 밸리(2075), 제3 피크(2076), 제4 밸리(2077), 제4 피크(2078), 제5 밸리(2079), 제5 피크(2080), 제6 밸리(2081), 제6 피크(2082), 제7 밸리(2083), 제7 피크(2084), 제8 밸리(2085), 제8 피크(2086), 제9 밸리(2087), 제9 피크(2088), 제10 밸리(2089), 제10 피크(2090), 제11 밸리(2091) 및 제11 피크(2092)를 포함하는 11개의 회선을 갖는다. 밸리 및 피크(2071, 2072, 2073, 2074, 2075, 2076, 2077, 2078, 2079, 2080, 2081, 2082, 2083, 2084, 2085, 2086, 2087, 2088, 2089, 2090, 2091, 2092)는 2개의 부착 부분(2094, 2096) 사이에서 축방향으로 배치된다.
부트(207)는, 부착 부분(2094, 2096) 그리고 회선의 밸리 및 피크(2071, 2072, 2073, 2074, 2075, 2076, 2077, 2078, 2079, 2080, 2081, 2082, 2083, 2084, 2085, 2086, 2087, 2088, 2089, 2090, 2091, 2092)을 포함하는 단일 구성 단편이다.
일부 실시예에서, 제1 밸리(2071), 제1 피크(2072), 제2 밸리(2073), 제2 피크(2074), 제3 밸리(2075), 제3 피크(2076)를 포함하는 제1 세트의 회선이 부착 부분(2096)에 축방향으로 인접하여 배치되고 조인트(200, 202)의 굴절 운동을 일차적으로 흡수한다. 추가적인 실시예에서, 제2 세트의 회선이 제1 세트의 회선에 축방향으로 인접하여 배치되고 제4 밸리(2077), 제4 피크(2078), 제5 밸리(2079), 제5 피크(2080), 제6 밸리(2081), 제6 피크(2082), 제7 밸리(2083), 제7 피크(2084), 제8 밸리(2085), 제8 피크(2086), 제9 밸리(2087), 제9 피크(2088), 제10 밸리(2089), 제10 피크(2090), 제11 밸리(2091) 및 제11 피크(2092)를 포함하고, 조인트(200, 202)의 플러깅 운동을 일차적으로 흡수한다.
피크 및 밸리(2071, 2072, 2073, 2074, 2075, 2076, 2077, 2078, 2079, 2080, 2081, 2082, 2083, 2084, 2085, 2086, 2087, 2088, 2089, 2090, 2091, 2092)는, 조인트(200, 202)의 중심과 부트(207)의 외부 표면 사이의 거리에 의해서 형성된 외경을 갖는다. 제1 세트의 회선의 피크의 외경은 제1 피크(2072)로부터 제3 피크(2076)까지 점진적으로 감소된다. 또한, 제1 세트의 회선의 밸리의 외경은 제1 밸리(2071)로부터 제3 밸리(2075)까지 점진적으로 감소된다.
일부 실시예에서, 제2 세트의 회선이 피크 및 밸리의 4개의 균일한 그룹을 갖는다. 제1 그룹은, 제3 및 제4 피크(2076, 2080)의 외경보다 작은 외경을 갖는 제4 피크(2078)를 포함한다. 제2 그룹은, 제5 및 제7 피크(2080, 2084)의 외경보다 작은 외경을 갖는 제6 피크(2082)를 포함한다. 제3 그룹은, 제7 및 제9 피크(2084, 2088)의 외경보다 작은 외경을 갖는 제8 피크(2086)를 포함한다. 제4 그룹은, 제9 및 제11 피크(2088, 2092)의 외경보다 작은 외경을 갖는 제10 피크(2090)를 포함한다.
일 실시예에서, 제3 피크(2076), 제5 피크(2080), 제7 피크(2084), 제9 피크(2088) 및 제11 피크(2092)의 외경은 서로 비교적 동일하다. 제4 밸리(2077), 제5 밸리(2079), 제6 밸리(2081), 제7 밸리(2083), 제8 밸리(2085), 제9 밸리(2087), 제10 밸리(2089) 및 제11 밸리(2091)의 외경은 서로 비교적 동일하고, 제3 밸리(2075)의 외경보다 작다.
일부 실시예에서, 조인트(200, 202) 내에 포함되는 그리스 부하에 의한 제1 밸리(2071) 및 제1 피크(2072)의 반경방향 반전을 최소화하기 위해서, 부트 캔(211)은, 도 6d에 도시된 바와 같이, 부트(207)의 부착 부분(2096) 아래에서 그리고 부분적으로 제1 세트의 회선의 제1 밸리(2071) 아래에서 축방향으로 연장되는 둥근 연부(2111)를 갖는다.
특허법의 규정에 따라, 실시예는 그 바람직한 실시예를 나타내는 것으로 간주되는 것으로 설명되었다. 그러나, 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고도, 본 발명이 구체적으로 도시되고 설명된 것과 달리 실행될 수 있다는 것을 주목하여야 한다.

Claims (14)

  1. 프로펠러 샤프트로서:
    제1 샤프트;
    상기 제1 샤프트에 구동 가능하게 연결된 제1 등속 조인트;
    제2 샤프트;
    상기 제2 샤프트에 구동 가능하게 연결된 제2 등속 조인트;
    상기 제1 등속 조인트 및 상기 제2 등속 조인트에 구동 가능하게 연결된 연결 샤프트; 및
    상기 제2 등속 조인트의 축방향 단부 주위에 배치된 그리스 커버를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 등속 조인트는:
    축방향으로 적어도 일 측면에서 개구부를 가지고 내향 대면 볼 홈의 세트를 가지는 외부 레이스;
    상기 외부 레이스의 내측에 배치되고 외향 대면 볼 홈의 세트를 가지는 내부 레이스;
    상기 외부 레이스와 상기 내부 레이스 사이에서 토크를 전달하기 위해서 상기 외부 레이스 볼 홈 및 상기 내부 레이스 볼 홈 내에서 롤링될 수 있는 복수의 볼;
    상기 외부 레이스 주위에 배치된 부트; 및
    상기 복수의 볼을 내부에 수용하도록 구성된 복수의 창이 내부에 형성된, 상기 외부 레이스와 상기 내부 레이스 사이에 배치된 케이지를 포함하고,
    상기 창은 상기 볼의 직경보다 큰 직경을 갖는 측벽을 가지고, 그리고
    상기 창의 길이는 상기 볼의 직경보다 긴, 프로펠러 샤프트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 등속 조인트는, 스프링 및 스프링 안착부를 포함하는 스프링 메커니즘을 구비하고, 상기 스프링 안착부는 상기 스프링 메커니즘의 하나의 축방향 단부에 배치되고 상기 제2 샤프트의 부분적으로 볼록한 구체와 교합되는 부분적으로 오목한 구체 부분을 가지며, 상기 스프링 메커니즘의 다른 축방향 단부는 그리스 커버의 단부에 형성된 스프링 안착부와 교합되는, 프로펠러 샤프트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 등속 조인트의 축방향 단부 주위에 배치된 제2 그리스 커버를 더 포함하고, 상기 제1 등속 조인트는, 스프링 및 스프링 안착부를 포함하는 스프링 메커니즘을 구비하고, 상기 스프링 안착부는 상기 스프링 메커니즘의 하나의 축방향 단부에 배치되고 상기 제1 샤프트의 부분적으로 볼록한 구체와 교합되는 부분적으로 오목한 구체 부분을 가지며, 상기 스프링 메커니즘의 다른 축방향 단부는 상기 제2 그리스 커버의 단부에 형성된 스프링 안착부와 교합되는, 프로펠러 샤프트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 등속 조인트는 상기 볼과 상기 창의 측벽 사이에서 간극을 더 포함하는, 프로펠러 샤프트.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 등속 조인트는, 상기 스프링과 상기 그리스 커버 사이에 배치되고 상기 그리스 커버에 부착된 이격부를 더 포함하는, 프로펠러 샤프트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그리스 커버는 감소된 직경 부분을 가지고, 상기 이격부는 상기 감소된 직경 부분에서 상기 그리스 커버에 부착되는, 프로펠러 샤프트.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스프링은 축방향 단부 부분 및 감소된 직경 부분을 가지며, 상기 감소된 직경 부분의 외경은 상기 단부 부분의 외경보다 작은, 프로펠러 샤프트.
  8. 제1항에 있어서,
    부트 캔을 더 포함하고, 상기 부트는:
    제1 부착 부분,
    제2 부착 부분,
    상기 제1 부착 부분에 축방향으로 인접하는 점진적으로 감소되는 직경을 갖는 피크 및 밸리를 포함하는 제1 세트의 회선, 및
    상기 제1 세트의 회선 및 상기 제2 부착 부분에 축방향으로 인접하는 피크 및 밸리를 가지는 제2 세트의 회선을 포함하고,
    상기 제1 부착 부분은 상기 연결 샤프트에 연결되고, 그리고
    상기 제2 부착 부분은 상기 부트 캔에 연결되는, 프로펠러 샤프트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 세트의 회선은 복수의 회선의 그룹을 가지며, 회선의 각각의 그룹은 제1 밸리, 제1 피크, 제2 밸리 및 제2 피크를 포함하고, 상기 제1 피크의 외경은 상기 제2 피크의 외경보다 작고, 상기 제2 피크의 외경은 상기 제1 세트의 회선 중 가장 작은 외경과 같거나 그보다 작은, 프로펠러 샤프트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 세트의 회선은 회선의 4개의 그룹을 포함하는, 프로펠러 샤프트.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 부트는, 상기 제1 부착 부분 아래에서 축방향으로 연장되는 둥근 연부 부분을 포함하는, 프로펠러 샤프트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 부트 캔이, 부분적으로, 상기 제1 세트의 회선의 제1 밸리 아래에서 연장되는, 프로펠러 샤프트.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제2 세트의 회선의 제1 및 제2 밸리의 외경이 상기 제1 세트의 회선의 밸리 중 가장 작은 외경과 같거나 그보다 작은, 프로펠러 샤프트.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 등속 조인트의 축방향 단부 주위에 배치된 제2 그리스 커버를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 그리스 커버는 그 축방향 대향 단부들에서 상기 연결 샤프트에 연결되는, 프로펠러 샤프트.
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