KR20210087668A - Universal joint - Google Patents

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KR20210087668A
KR20210087668A KR1020200000670A KR20200000670A KR20210087668A KR 20210087668 A KR20210087668 A KR 20210087668A KR 1020200000670 A KR1020200000670 A KR 1020200000670A KR 20200000670 A KR20200000670 A KR 20200000670A KR 20210087668 A KR20210087668 A KR 20210087668A
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shaft
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universal joint
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spider
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문환공
정재원
박무영
정세훈
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이래에이엠에스 주식회사
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/26—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns

Abstract

The present invention relates to a universal joint. The universal joint of the present invention comprises: a coupling yoke; a shaft connection yoke rotationally connected to the coupling yoke in two directions intersecting each other in a manner capable of transmitting a rotational force; a shaft connection member rotationally connected to the coupling yoke in two directions intersecting each other in the manner capable of transmitting the rotational force; and a flexible shaft each fastened to the shaft connection yoke and the shaft connection member. According to the present invention, by applying the flexible shaft, force transmission can be made constant during rotation, and friction and vibration characteristics can be improved.

Description

유니버셜 조인트{Universal joint}Universal joint

본 발명은 회전 힘을 전달하는 장치인 유니버셜 조인트에 관한 것이다.The present invention relates to a universal joint, a device for transmitting rotational force.

차량의 조향 중간 축의 힘 전달과 같이 꺾인 구간을 갖는 축과 축 사이의 회전 힘의 전달을 위해 유니버셜 조인트가 사용되고 있다. 유니버셜 조인트는 꺾인 각도가 큰 경우, 예를 들어 30도 이상인 경우, 힘 전달이 회전 중 일정하지 못하고 요동하기 때문에 마찰이나 진동 문제를 가진다.A universal joint is used to transmit a rotational force between a shaft having a bent section, such as a force transmission of a steering intermediate shaft of a vehicle. The universal joint has a problem of friction or vibration because the force transmission is not constant during rotation and fluctuates when the bending angle is large, for example, 30 degrees or more.

공개특허공보 10-2018-0078955 (공개일자: 2018년07월10일)Laid-Open Patent Publication No. 10-2018-0078955 (published date: July 10, 2018)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 회전 중 힘 전달이 일정하게 이루질 수 있으며 우수한 마찰 및 진동 특성을 가지는 유니버셜 조인트를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a universal joint that can uniformly transmit force during rotation and has excellent friction and vibration characteristics.

본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트는 커플링 요크, 회전 힘을 전달할 수 있는 방식으로 상기 커플링 요크에 서로 교차하는 두 개의 방향을 중심으로 회동 가능하게 연결되는 샤프트 연결 요크, 회전 힘을 전달할 수 있는 방식으로 상기 커플링 요크에 서로 교차하는 두 개의 방향을 중심으로 회동 가능하게 연결되는 샤프트 연결 부재, 그리고 상기 샤프트 연결 요크와 상기 샤프트 연결 부재에 각각 체결되는 플렉서블 샤프트를 포함한다.The universal joint according to an embodiment of the present invention is a coupling yoke, a shaft connection yoke that is rotatably connected around two directions crossing each other to the coupling yoke in a way that can transmit a rotational force, a rotational force can be transmitted and a shaft connecting member rotatably connected to the coupling yoke in two directions intersecting each other in an intersecting manner, and a flexible shaft respectively fastened to the shaft connecting yoke and the shaft connecting member.

상기 플렉서블 샤프트는 양측 단부가 상기 샤프트 연결 요크에 형성되는 제1 체결 홀 및 상기 샤프트 연결 부재에 형성되는 제2 체결 홀에 각각 삽입될 수 있다.Both ends of the flexible shaft may be respectively inserted into a first fastening hole formed in the shaft connecting yoke and a second fastening hole formed in the shaft connecting member.

상기 플렉서블 샤프트의 양측 단부 중 하나는 상기 제1 체결 홀 및 상기 제2 체결 홀 중 어느 하나에 압입되고 나머지 하나는 상기 제1 체결 홀 및 상기 제2 체결 홀 중 어느 하나에 슬라이딩 가능하게 삽입될 수 있다.One of both ends of the flexible shaft may be press-fitted into any one of the first fastening hole and the second fastening hole, and the other end may be slidably inserted into any one of the first fastening hole and the second fastening hole. have.

상기 플렉서블 샤프트는 외력이 가해지지 않는 상태에서 직선을 유지하도록 구성될 수 있다.The flexible shaft may be configured to maintain a straight line in a state where no external force is applied.

상기 샤프트 연결 요크는 복수의 연결 암을 구비하는 스파이더에 의해 상기 커플링 요크에 연결될 수 있다.The shaft connecting yoke may be connected to the coupling yoke by a spider having a plurality of connecting arms.

상기 샤프트 연결 부재는 복수의 연결 암을 구비할 수 있고, 상기 샤프트 연결 부재는 상기 연결 암이 회전 가능하게 연결되며 복수의 연결 암을 구비하는 스파이더에 의해 상기 커플링 요크에 연결될 수 있다.The shaft connecting member may include a plurality of connecting arms, and the shaft connecting member may be connected to the coupling yoke by a spider to which the connecting arms are rotatably connected and having a plurality of connecting arms.

본 발명에 의하면, 플렉서블 샤프트의 적용에 의해 회전 중 힘 전달이 일정하게 이루어질 수 있으며 마찰 및 진동 특성이 개선될 수 있다.According to the present invention, by applying the flexible shaft, force transmission can be made uniformly during rotation, and friction and vibration characteristics can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트의 일부 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트의 플렉서블 샤프트가 휘어진 상태를 보여주는 일부 절개 사시도이다.1 is a perspective view of a universal joint according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of a universal joint according to an embodiment of the present invention.
3 is a partially cut-away perspective view of a universal joint according to an embodiment of the present invention.
4 is a partially cut-away perspective view showing a bent state of the flexible shaft of the universal joint according to an embodiment of the present invention.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에 따른 유니버셜 조인트는 카단(cardan) 유니버셜 조인트이며, 차량의 조향 샤프트를 연결하는 용도로 사용될 수 있다.The universal joint according to an embodiment of the present invention is a cardan universal joint, and may be used to connect a steering shaft of a vehicle.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 샤프트 연결 요크(10)와 샤프트 연결 부재(20)가 커플링 요크(coupling yoke)(30)에 연결된다. 조향 샤프트를 구성하는 샤프트 부재가 샤프트 연결 요크(10) 및 샤프트 연결 부재(20)에 각각 연결될 수 있다. 샤프트 연결 요크(10)는 회전 힘 전달이 가능한 방식으로 커플링 요크(30)에 체결되며, 샤프트 연결 부재(20) 역시 회전 힘 전달이 가능한 방식으로 커플링 요크(30)에 체결된다. 샤프트 연결 요크(10)는 서로 교차하는 두 개의 방향을 중심으로 각각 회전 가능하게 커플링 요크(30)에 체결될 수 있고, 마찬가지로 샤프트 연결 부재(20) 역시 서로 교차하는 두 개의 방향을 중심으로 각각 회전 가능하게 커플링 요크(30)에 체결될 수 있다. 이때 서로 교차하는 두 개의 방향은 서로 수직인 두 개의 방향일 수 있다. 조향 샤프트를 구성하는 샤프트 부재가 샤프트 연결 요크(10)의 체결 홀(11)에 삽입되어 체결될 수 있고, 다른 샤프트 부재가 샤프트 연결 부재(20)의 체결 홀(21)에 삽입되어 체결될 수 있다. 이때 각 샤프트 부재는 샤프트 연결 요크(10) 및 샤프트 연결 부재(20)와 함께 회전하도록 샤프트 연결 요크(10) 및 샤프트 연결 부재(20)에 각각 체결될 수 있다.1 to 3 , the shaft connection yoke 10 and the shaft connection member 20 are connected to a coupling yoke 30 . Shaft members constituting the steering shaft may be respectively connected to the shaft connection yoke 10 and the shaft connection member 20 . The shaft connection yoke 10 is fastened to the coupling yoke 30 in a way that a rotational force can be transmitted, and the shaft connection member 20 is also fastened to the coupling yoke 30 in a way that a rotational force can be transmitted. The shaft connection yoke 10 may be respectively rotatably fastened to the coupling yoke 30 about two directions intersecting with each other, and similarly, the shaft connection member 20 is also each about two directions crossing each other. It may be rotatably fastened to the coupling yoke 30 . In this case, the two directions crossing each other may be two directions perpendicular to each other. A shaft member constituting the steering shaft may be inserted and fastened into the fastening hole 11 of the shaft connecting yoke 10 , and another shaft member may be inserted and fastened into the fastening hole 21 of the shaft connecting member 20 . have. At this time, each shaft member may be respectively fastened to the shaft connection yoke 10 and the shaft connection member 20 so as to rotate together with the shaft connection yoke 10 and the shaft connection member 20 .

샤프트 연결 요크(10)는 스파이더(40)를 통해 커플링 요크(30)에 연결될 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 스파이더(40)는 허브(hub)(41)와 원주방향을 따라 등간격으로, 즉 90도 간격으로 배치되는 네 개의 연결 암(42)을 구비할 수 있다. 스파이더(40)의 네 개의 연결 암(42) 중 서로 마주하는 두 개의 연결 암(42)은 베어링(44)을 통해 샤프트 연결 요크(10)의 연결 플랜지(12)에 형성된 체결 구멍(13)에 체결되며, 나머지 두 개의 연결 암(42)은 베어링(44)을 통해 커플링 요크(30)에 구비되는 체결 구멍(13)에 체결된다. 한편 스파이더(40)의 허브(41)에는 조향 샤프트가 체결되는 관통 홀(43)이 형성될 수 있으며, 조향 샤프트는 스파이더(40)와 함께 회전하도록 스파이더(40)에 체결된다. 이러한 구조에 의해 스파이더(40)는 커플링 요크(30)에 대해 한 방향을 중심으로 회전 가능하며, 샤프트 연결 요크(10)는 스파이더(40)와 함께 커플링 요크(30)에 대해 회전 가능함과 동시에 스파이더(40)의 회전 중심 방향에 수직인 방향을 중심으로 스파이더(40)에 대해 회전 가능하다.The shaft connection yoke 10 may be connected to the coupling yoke 30 through the spider 40 . 1 to 3 , the spider 40 may include a hub 41 and four connecting arms 42 arranged at equal intervals along the circumferential direction, that is, at intervals of 90 degrees. Two connecting arms 42 facing each other among the four connecting arms 42 of the spider 40 are connected to the fastening hole 13 formed in the connecting flange 12 of the shaft connecting yoke 10 through the bearing 44 . It is fastened, and the other two connecting arms 42 are fastened to the fastening hole 13 provided in the coupling yoke 30 through the bearing 44 . Meanwhile, a through hole 43 to which the steering shaft is fastened may be formed in the hub 41 of the spider 40 , and the steering shaft is fastened to the spider 40 to rotate together with the spider 40 . With this structure, the spider 40 is rotatable in one direction with respect to the coupling yoke 30, and the shaft connection yoke 10 is rotatable with respect to the coupling yoke 30 together with the spider 40. At the same time, it is rotatable with respect to the spider 40 about a direction perpendicular to the direction of the rotation center of the spider 40 .

샤프트 연결 부재(20)는 스파이더(50)를 통해 커플링 요크(30)에 연결된다. 샤프트 연결 부재(20)는 몸체부(22)에 구비되는 한 쌍의 연결 암(23)을 구비할 수 있으며, 연결 암(23)은 베어링(56)을 통해 스파이더(50)의 체결 구멍(53)에 체결된다. 한편 스파이더(50)는 샤프트 연결 부재(20)의 연결 암(23)과 수직을 이루는 방향으로 돌출되는 한 쌍의 연결 암(54)을 구비할 수 있으며, 스파이더(50)의 연결 암(54)은 베어링(55)을 통해 커플링 요크(30)에 구비되는 체결 구멍(32)에 체결될 수 있다. 스파이더(50)는 커플링 요크(30)의 관통 홀(33)에 배치되며, 샤프트 연결 부재(20)의 몸체부(22)의 일부는 스파이더(50)의 관통 홀(53)에 배치된다. 이러한 구조에 의해 스파이더(50)는 한 방향으로 중심으로 커플링 요크(30)에 대해 회전 가능하며, 샤프트 연결 부재(20)는 스파이더(50)와 함께 커플링 요크(30)에 대해 회전 가능함과 동시에 스파이더(50)의 회전 중심 방향에 수직인 방향을 중심으로 스파이더(50)에 대해 회전 가능하다.The shaft connecting member 20 is connected to the coupling yoke 30 via a spider 50 . The shaft connecting member 20 may include a pair of connecting arms 23 provided in the body portion 22 , and the connecting arms 23 are connected to the fastening hole 53 of the spider 50 through the bearing 56 . ) is connected to Meanwhile, the spider 50 may include a pair of connecting arms 54 protruding in a direction perpendicular to the connecting arms 23 of the shaft connecting member 20 , and the connecting arms 54 of the spider 50 . The silver bearing 55 may be fastened to the fastening hole 32 provided in the coupling yoke 30 . The spider 50 is disposed in the through hole 33 of the coupling yoke 30 , and a part of the body 22 of the shaft connecting member 20 is disposed in the through hole 53 of the spider 50 . Due to this structure, the spider 50 is rotatable with respect to the coupling yoke 30 in the center in one direction, and the shaft connecting member 20 is rotatable with respect to the coupling yoke 30 together with the spider 50. At the same time, it is rotatable with respect to the spider 50 about a direction perpendicular to the direction of the rotation center of the spider 50 .

플렉서블 샤프트(flexible shaft)(60)는 샤프트 연결 요크(10) 및 샤프트 연결 부재(20)에 각각 체결된다. 플렉서블 샤프트(60)는 탄성 변형이 가능한 재질, 예를 들어 스프링 강으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스프링 강으로 형성된 복수의 가닥을 꼬아서 플렉서블 샤프트(60)를 제조할 수 있다.A flexible shaft 60 is respectively fastened to the shaft connection yoke 10 and the shaft connection member 20 . The flexible shaft 60 may be formed of an elastically deformable material, for example, spring steel. For example, the flexible shaft 60 may be manufactured by twisting a plurality of strands formed of spring steel.

플렉서블 샤프트(60)의 일단은 샤프트 연결 요크(10)의 한 쌍의 연결 플랜지(12)을 연결하는 연결부(14)에 구비되는 체결 홀(15)에 체결될 수 있고, 플렉서블 샤프트(60)의 다른 일단은 샤프트 연결 부재(20)의 몸체부(22)에 형성되는 체결 홀(24)에 체결될 수 있다. 이때 플렉서블 샤프트(60)의 양측 단 중 하나는 샤프트 연결 요크(10) 및 샤프트 연결 부재(20) 중 어느 하나에 압입될 수 있고 다른 하나는 샤프트 연결 요크(10) 및 샤프트 연결 부재(20) 중 나머지 하나에 슬라이딩 가능하게 체결될 수 있다. 이에 의해 플렉서블 샤프트(60)의 탄성 특성이 유지될 수 있다.One end of the flexible shaft 60 may be fastened to the fastening hole 15 provided in the connecting part 14 for connecting the pair of connecting flanges 12 of the shaft connecting yoke 10 , The other end may be fastened to the fastening hole 24 formed in the body 22 of the shaft connecting member 20 . At this time, one of both ends of the flexible shaft 60 may be press-fitted into any one of the shaft connection yoke 10 and the shaft connection member 20 , and the other of the shaft connection yoke 10 and the shaft connection member 20 . It may be slidably fastened to the other one. Accordingly, the elastic properties of the flexible shaft 60 may be maintained.

플렉서블 샤프트(60)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 직선 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 이에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 샤프트 연결 요크(10)와 샤프트 연결 부재(20)가 동축으로 배치되는 상태에서 중립 위치, 즉 탄성 복원력이 작용하지 않는 위치를 가질 수 있다. 한편, 도 4에는 샤프트 연결 요크(10)와 샤프트 연결 부재(20)의 중심축이 서로 어긋난 상태가 도시되어 있으며, 이때 플렉서블 샤프트(60)는 탄성 변형된 상태이며 탄성 복원력이 작용하는 상태이다.The flexible shaft 60 may be formed to have a straight shape in a state in which no external force is applied, whereby the shaft connection yoke 10 and the shaft connection member 20 are coaxially disposed as shown in FIG. 3 . may have a neutral position, that is, a position where elastic restoring force does not act. On the other hand, FIG. 4 shows a state in which the central axes of the shaft connection yoke 10 and the shaft connection member 20 are displaced from each other. At this time, the flexible shaft 60 is in an elastically deformed state and an elastic restoring force is applied.

본 발명의 실시예에 따르면, 플렉서블 샤프트(60)는 조향 샤프트를 구성하는 두 샤프트 부재가 30도 이상의 큰 각도로 꺾인 경우 토크 변동율을 완화하는 작용을 한다. 기존에는 강체(rigid body)로 이루어진 중간 연결 부재를 통해 양 조향 샤프트 부재를 연결하는 방식을 취하였는데, 이러한 경우 부품들의 정밀도가 떨어지거나 조립 시 조향 샤프트 부재의 축이 틀어지는 경우 중간 연결 부재의 작동이 원활하지 못하게 되는 문제가 있다. 그러나 본 발명의 실시예에는 플렉서블 샤프트(60)가 중간 연결 부재로 사용되기 때문에 공차를 흡수할 수 있어 불량률이 현저히 감소한다. 또한 플렉서블 샤프트(60)의 적용에 의해 높은 가공 정밀도가 요구되지 않을 뿐만 아니라 플렉서블 샤프트(60)에 작용하는 직선 형태로 복원하려는 힘이 차체의 진동을 흡수하는 기능을 한다.According to the embodiment of the present invention, the flexible shaft 60 acts to alleviate the torque fluctuation rate when the two shaft members constituting the steering shaft are bent at a large angle of 30 degrees or more. In the past, the method of connecting both steering shaft members through an intermediate connecting member made of a rigid body was taken. In this case, the operation of the intermediate connecting member is difficult if the precision of the parts is lowered or the shaft of the steering shaft member is misaligned during assembly. There is a problem that it does not work smoothly. However, in the embodiment of the present invention, since the flexible shaft 60 is used as an intermediate connecting member, the tolerance can be absorbed, so that the defective rate is significantly reduced. In addition, high processing precision is not required by the application of the flexible shaft 60 , and the force to restore to a straight line acting on the flexible shaft 60 functions to absorb vibrations of the vehicle body.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.Although the embodiment of the present invention has been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and it is easily changed by a person skilled in the art from the embodiment of the present invention and recognized as equivalent. including all changes and modifications to the scope of

10: 샤프트 연결 요크
20: 샤프트 연결 부재
30: 커플링 요크
40, 50: 스파이더
60: 플렉서블 샤프트10: shaft connection yoke
20: shaft connection member
30: coupling yoke
40, 50: Spider
60: flexible shaft

Claims (6)

커플링 요크,
회전 힘을 전달할 수 있는 방식으로 상기 커플링 요크에 서로 교차하는 두 개의 방향을 중심으로 회동 가능하게 연결되는 샤프트 연결 요크,
회전 힘을 전달할 수 있는 방식으로 상기 커플링 요크에 서로 교차하는 두 개의 방향을 중심으로 회동 가능하게 연결되는 샤프트 연결 부재, 그리고
상기 샤프트 연결 요크와 상기 샤프트 연결 부재에 각각 체결되는 플렉서블 샤프트
를 포함하는 유니버셜 조인트.coupling yoke,
a shaft connecting yoke rotatably connected to the coupling yoke about two directions intersecting each other in a manner capable of transmitting a rotational force;
a shaft connecting member rotatably connected to the coupling yoke about two directions intersecting each other in a manner capable of transmitting a rotational force, and
Flexible shafts respectively fastened to the shaft connection yoke and the shaft connection member
A universal joint comprising a. 제1항에서,
상기 플렉서블 샤프트는 양측 단부가 상기 샤프트 연결 요크에 형성되는 제1 체결 홀 및 상기 샤프트 연결 부재에 형성되는 제2 체결 홀에 각각 삽입되는 유니버셜 조인트.In claim 1,
The flexible shaft is a universal joint in which both ends are respectively inserted into a first fastening hole formed in the shaft connecting yoke and a second fastening hole formed in the shaft connecting member. 제2항에서,
상기 플렉서블 샤프트의 양측 단부 중 하나는 상기 제1 체결 홀 및 상기 제2 체결 홀 중 어느 하나에 압입되고 나머지 하나는 상기 제1 체결 홀 및 상기 제2 체결 홀 중 어느 하나에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 유니버셜 조인트.In claim 2,
One of both ends of the flexible shaft is press-fitted into any one of the first fastening hole and the second fastening hole, and the other is slidably inserted into any one of the first fastening hole and the second fastening hole. joint. 제1항에서,
상기 플렉서블 샤프트는 외력이 가해지지 않는 상태에서 직선을 유지하도록 구성되는 유니버셜 조인트.In claim 1,
The flexible shaft is a universal joint configured to maintain a straight line in a state where no external force is applied. 제1항에서,
상기 샤프트 연결 요크는 복수의 연결 암을 구비하는 스파이더에 의해 상기 커플링 요크에 연결되는 유니버셜 조인트.In claim 1,
The shaft connecting yoke is a universal joint connected to the coupling yoke by a spider having a plurality of connecting arms. 제1항에서,
상기 샤프트 연결 부재는 복수의 연결 암을 구비하고,
상기 샤프트 연결 부재는 상기 연결 암이 회전 가능하게 연결되며 복수의 연결 암을 구비하는 스파이더에 의해 상기 커플링 요크에 연결되는
유니버셜 조인트.In claim 1,
The shaft connecting member has a plurality of connecting arms,
The shaft connecting member is rotatably connected to the connecting arm and connected to the coupling yoke by a spider having a plurality of connecting arms.
Universal joint.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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