KR20180128265A - 역방향 트라이포드 조인트 - Google Patents

역방향 트라이포드 조인트 Download PDF

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KR20180128265A
KR20180128265A KR1020170063616A KR20170063616A KR20180128265A KR 20180128265 A KR20180128265 A KR 20180128265A KR 1020170063616 A KR1020170063616 A KR 1020170063616A KR 20170063616 A KR20170063616 A KR 20170063616A KR 20180128265 A KR20180128265 A KR 20180128265A
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    • F16D3/2055—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members one coupling part having radially projecting pins, e.g. tripod joints the pins extending radially outwardly from the coupling part having three pins, i.e. true tripod joints

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Abstract

본 발명은 역방향 트라이포드 조인트에 관한 것으로, 변속기측에 연결되는 트라이포드 하우징과 휠측에 연결되는 스파이더 샤프트 및 상기 트리포드 하우징의 내부면과 상기 스파이더 샤프트간에 연계되며, 동력을 전달하는 스파이더 조립체를 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 종래 차량의 트라이포드 조인트의 연결 형태를 역방향으로 적용하여 축력을 저감하는 효과가 있다.

Description

역방향 트라이포드 조인트{REVERSE TYPE TRIPOD JOINT}
본 발명은 역방향 트라이포드 조인트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 차량의 트라이포드 조인트의 연결 형태를 역방향으로 적용하여 축력을 저감시킨 조인트에 관한 것이다.
통상 조인트는 회전축의 각도가 서로 다른 회전축에 회전동력(토크)을 전달하기 위한 장치로서, 동력전달 각도가 작은 구동축의 경우에는 후크 조인트, 플렉시블 조인트 등이 사용되고, 동력전달 각도가 큰 구동축의 경우에는 등속 조인트가 사용된다.
도 1 및 도 2에는 등속 조인트의 한 종류로서 트라이포드 조인트(1;tripod joint)의 일 형태가 게시된다.
종래 트라이포드 조인트(1)는 휠측에는 드라이버 샤프트(2)를 연결하고, 변속기측에는 트라이포드 하우징(5)이 연결되며, 스파이더 조립체(4)가 연결을 유지하면서 회전동력을 전달하는 기능을 한다.
그런데 휠측에 드라이브 샤프트(2)가 연결되어 있다 보니, 스파이더 조립체(4)가 트라이포드 하우징(5) 내부에서의 요동운동이 크게 작용하고 이로 인해 마찰저항에 의해 축력이 증가하는 문제가 있다.
국내특허 공개번호 : 10-2016-0037553
본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 차량의 트라이포드 조인트의 연결 형태를 역방향으로 적용하여 축력을 저감시킬 수 있는 조이트를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 역방향 트라이포드 조인트에 관한 것으로, 휠측에 연결되는 트라이포드 하우징과 변속기측에 연결되는 스파이더 샤프트 및 상기 트라이포드 하우징의 내부면과 상기 스파이더 샤프트간에 연계되며, 동력을 전달하는 스파이더 조립체를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 스파이더 조립체는, 상기 스파이더 샤프트의 단부에 배치되는 스파이더바디 및 상기 스파이더바디에서 상기 스파이더 샤프트의 수직방향으로 배치되는 트루니언부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 트루니언부는 상기 스파이더바디의 외주면상에서 3개가 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 트루니언부는 상기 스파이더바디의 외주면상에서 동일 간격을 두고 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 트루니언부는, 상기 스파이더바디의 외주면에 돌출되어 배치되는 원통형의 트루니언바디 및 상기 트루니언바디의 외측단부에 배치되는 롤러부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 롤러부재는, 상기 트루니언바디의 외측단부에 배치되는 니들롤러 및 상기 니들롤러의 외측 둘레를 감싸며 배치되는 구면롤러를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 롤러부재는, 상기 구면롤러가 상기 트루니언바디에서 이탈되는 것을 방지하도록, 상기 트루니언바디의 외측단부에 배치되는 아우터링를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 롤러부재는, 상기 아우터링이 상기 트루니언바디에서 이탈되는 것을 방지하도록, 상기 트루니언바디의 외측단부와 상기 아우터링 사이에 배치되는 인너링을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 트라이포드 하우징의 내부면은 상기 롤러부재가 안착되는 3개의 그루브가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 그루브는 상기 스파이더 샤프트의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 그루브는 상기 트라이포드 하우징의 내부면상에서 일정 간격을 두고 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 그루브의 폭방향 길이는 상기 롤러부재의 두께 길이보다 크게 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래와는 달리 차량의 휠측에 트라이포드 하우징을 연결하고, 차량의 변속기측에 스파이더 샤프트를 연결하여, 차량의 운행시 발생되는 요동운동의 주체를 종래 스파이더 샤프트에서 트라이포드 하우징으로 변경함으로써, 요동운동을 감소시켜 궁극적으로는 마찰저항 발생을 저감하여 조인트에서의 축력을 저감시키게 된다.
도 1 및 도 2는 종래 트라이포드 조인트의 연결형태에 따른 축력 발생 상태를 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트의 연결형태에 따른 축력 발생 상태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트를 나타낸 사시도.
도 6은 종래 트라이포드 조인트와 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트간의 축력 저감 비교를 나타낸 도표.
도 7은 트라이포드 조인트에서 축력 발생에 대한 수식이 표시된 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 역방향 트라이포드 조인트의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트의 연결형태에 따른 축력 발생 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트를 나타낸 사시도이며, 도 6은 종래 트라이포드 조인트와 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트간의 축력 저감 비교를 나타낸 도표이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트는 트라이포드 하우징(20), 드라이브 샤프트(30), 스파이더 샤프트(70) 및 스파이더 조립체(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 트라이포드 하우징(20)은 드라이브 샤프트(30)과 결합되며 휠측에 연결되고, 상기 스파이더 샤프트(70)는 변속기측에 연결된다. 그리고 상기 스파이더 조립체(50)는 상기 트라이포드 하우징(20)의 내부면(21)과 상기 스파이더 샤프트(70)간에 연계되며, 동력을 전달하는 기능을 한다.
여기서 상기 스파이더 조립체(50)는 스파이더바디(51) 및 트루니언부(57)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스파이더바디(51)는 상기 스파이더 샤프트(70)의 단부에 배치되고, 상기 트루니언부(57)는 상기 스파이더바디(51)에서 상기 스파이더 샤프트(70)의 수직방향으로 배치될 수 있다.
그리고 상기 트루니언부(57)는 상기 스파이더바디(51)의 외주면상에서 3개가 배치될 수 있으며, 동일 간격으로 배치될 수 있다.
또한 상기 트루니언부(57)는 트루니언바디(58) 및 롤러부재(52)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 트루니언바디(58)는 상기 스파이더바디(51)의 외주면에 돌출되어 배치되는 원통형 부재이고, 상기 롤러부재(52)는 상기 트루니언바디(58)의 외측 단부에 배치될 수 있다.
여기서 상기 롤러부재(52)는 상기 트루니언바디(58)의 외측 단부에 배치되는 니들롤러(53) 및 상기 니들롤러(53)의 외측 둘레를 감싸며 배치되는 구면롤러(54)를 포함할 수 있다.
이때 상기 롤러부재(52)는 상기 구면롤러(54)가 상기 트루니언바디(58)에서 이탈되는 것을 방지하도록, 상기 트루니언바디(58)의 외측 단부에 배치되는 아우터링(55)을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 롤러부재(52)는 상기 아우터링(55)이 상기 트루니언바디(58)에서 이탈되는 것을 방지하도록, 상기 트루니언바디(58)의 외측 단부와 상기 아우터링(55) 사이에 배치되는 인너링(56)을 더 포함할 수 있다.
다음 상기 트라이포드 하우징(20)의 내부면(21)에는 상기 롤러부재(52)가 안착되는 3개의 그루브(23)가 동일 간격을 두고 배치될 수 있으며, 상기 그루브(23)는 상기 스파이더 샤프트(70)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
이때 상기 그루브(23)의 폭 방향 길이는 상기 롤러부재(52)의 두께 길이보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 구조로 형성되며, 휠측에 상기 트라이포드 하우징(20)이 연결되어 있어, 차량의 운행시에 휠측에서 발생되는 요동운동은 트라이포드 하우징(20)에 전달된다.
이에 따라 종래의 트라이포드 조인트에 의한 동력전달순서는 도 1 및 도 2를 참고하면 엔진 및 변속기→트라이포드 하우징(5)→스파이더 조립체(4)→드라이브 샤프트(2)→휠 순서였으나, 본 발명의 동력전달순서는 도 3 및 도 4를 참고하면 엔진 및 변속기→스파이더 샤프트(70)→스파이더바디(51)→니들롤러(53)→구면롤러(54)→트라이포드 하우징(20)→드라이브 샤프트(30)→휠 순서로 변경되게 된다.
그리고 변속기측에 상기 스파이더 샤프트(70)가 연결되어 있어, 상기 스파이더 샤프트(70)는 차량의 운행시에 고정되어 있다.
요동운동은 트라이포드 하우징(20)에서 진행되게 되며, 이에 따라 트라이포드 하우징(20)의 내부면(21)에 형성된 그루브(23)가 고정된 롤러부재(52)를 가운데 두고 상대운동을 진행하게 된다.
구체적으로 도 1 및 도 2를 참고하면 종래의 트라이포드 조인트(1)는 드라이브 샤프트(2)의 움직임에 따라 스파이더 조립체(4) 자체가 요동한다. 이는 스파이더 조립체(4)에 장착된 롤러부재의 회전축이 지속적으로 변경되는 것을 의미한다.
이로 인해 롤러부재를 구성하는 구면롤러와 니들롤러의 회전축이 불일치되고, 이는 트라이포드 하우징(5) 내부에 형성된 그루브면에서 롤러부재와의 회전 마찰력 증가를 초래하고, 축력 상승을 유발하게 된다.
그에 비해 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트는 도 3 및 도 4를 참고하면 스파이더 샤프트(70)가 변속기측에 연결되어 고정되어 있어, 롤러부재(52)의 회전축 변경이 발생하지 않는다. 이는 구면롤러(54)와 니들롤러(53)의 회전축이 계속적으로 일치된 상태를 유지함을 의미한다.
휠측에 연결된 것은 트라이포드 하우징(20)이므로, 트라이포드 하우징(20)의 그루브(23)가 롤러부재(52)를 가운데 두고 상대적인 요동운동을 진행하게 되므로, 롤러부재(52)의 회전축이 유지된 상태에서 회전 동력을 전달하게 되어, 회전 마찰력은 종래에 비해 감소하게 된다. 이는 궁극적으로 축력 저감을 발생시킨다.
도 6에는 스파이더 조립체(50)의 롤러부재(52)와 트라이포드 하우징(20)의 그루브(23)간의 접촉각에 따른 축력(Pn)의 변화 상태를 나타낸 실험결과 도표가 게시된다. RTJ는 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트를 지칭하며, TJ는 종래 트라이포드 조인트를 지칭한다. 하기 조건에 따라 각각 2회에 걸쳐 실험하였다.
종래 트라이포드 조인트와 본 발명인 역방향 트라이포드 조인트에 대한 비교 시험 조건은 하기 표 1와 같다.
구분 토크(torgue) 회전속도(rpm) 접촉각(°) 시간
조건 900Nm 300 0~10°(1CPM) 10MIN
도 7에는 트라이포드 조인트에서 축력 발생에 대한 수식이 표시된 롤러부재(52)와 그루브(23)면이 도시되어 있다. 도 7를 참고하여 축력을 수식화하면,
Pn = Ft × sin θ0 + f1 ± Ps
(*Ft = Fa × tan θ1, f1 = Fa × μ)
=>Pn = Fa × (tan θ1 × sin θ0 + μ) ± Ps
로 표현될 수 있다.
여기서, Pn(축력), Fa(회전 구동력), Ft(회전 구동력 Fa의 분력성분), θ0/θ1(롤러부재(52)와 그루브(23)면의 접촉각), μ(마찰계수), Ps(스핀(spin) 마찰저항에 의한 축력성분)를 각각 나타낸다.
축력식을 통해 도 6의 그래프를 살펴보면, 구면롤러(54)의 회전축과 니들롤러(53)의 회전축이 본 발명에서는 일치하므로, 아래와 같은 수식을 얻을 수 있다.
Fa × μ = 0
즉 회전에 의한 마찰저항이 0이 되므로, 회전구동력인 Fa 가 전체적으로 저감되어, 축력의 가장 큰 인자인 롤러부재(52)와 그루브(23)면의 접촉각으로 인해 발생되는 축력이 줄어들게 된다.
이는 트라이포드 조인트의 동력전달 효율을 향상시키게 되고, 수명을 연장시키게 된다.
이상의 사항은 역방향 트라이포드 조인트의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
10:역방향 트라이포드 조인트
20:트라이포드 하우징
21:내부면
23:그루브
30:드라이브 샤프트
50:스파이더 조립체
51:스파이더바디
52:롤러부재
53:니들롤러
54:구면롤러
55:아우터링
56:인너링
57:트루니언부
58:트루니언바디
70:스파이더 샤프트

Claims (12)

  1. 휠측에 연결되는 트라이포드 하우징;
    변속기측에 연결되는 스파이더 샤프트; 및
    상기 트라이포드 하우징의 내부면과 상기 스파이더 샤프트간에 연계되며, 동력을 전달하는 스파이더 조립체;
    를 포함하는 역방향 트라이포드 조인트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스파이더 조립체는,
    상기 스파이더 샤프트의 단부에 배치되는 스파이더바디; 및
    상기 스파이더바디에서 상기 스파이더 샤프트의 수직방향으로 배치되는 트루니언부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 트루니언부는 상기 스파이더바디의 외주면상에서 3개가 배치되는 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 트루니언부는 상기 스파이더바디의 외주면상에서 동일 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 트루니언부는
    상기 스파이더바디의 외주면에 돌출되어 배치되는 원통형의 트루니언바디; 및
    상기 트루니언바디의 외측단부에 배치되는 롤러부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 롤러부재는,
    상기 트루니언바디의 외측단부에 배치되는 니들롤러; 및
    상기 니들롤러의 외측 둘레를 감싸며 배치되는 구면롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 롤러부재는, 상기 구면롤러가 상기 트루니언바디에서 이탈되는 것을 방지하도록, 상기 트루니언바디의 외측단부에 배치되는 아우터링;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 롤러부재는, 상기 아우터링이 상기 트루니언바디에서 이탈되는 것을 방지하도록, 상기 트루니언바디의 외측단부와 상기 아우터링 사이에 배치되는 인너링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 트라이포드 하우징의 내부면은 상기 롤러부재가 안착되는 3개의 그루브가 형성된 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 스파이더 샤프트의 길이방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 트라이포드 하우징의 내부면상에서 일정 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 그루브의 폭방향 길이는 상기 롤러부재의 두께 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 역방향 트라이포드 조인트.




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* Cited by examiner, † Cited by third party
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