KR20230095861A

KR20230095861A - 등속 볼 조인트

Info

Publication number: KR20230095861A
Application number: KR1020220180856A
Authority: KR
Inventors: 피터 뮬러
Original assignee: 게카엔 드라이브라인 도이치란트 게엠베하
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2023-06-29
Also published as: CN116336093A; US20230193960A1; JP2023093355A; DE102021134247A1

Abstract

등속 볼 조인트(1)는, 적어도 회전축(3)과 외부 볼 트랙(4) 및 외부 중심 라인(5)을 가진 조인트 외부 부분(2), 내부 볼 트랙(7)과 내부 중심 라인(8)을 가진 조인트 내부 부분(6), 및 상호 연관된 외부 볼 트랙(4)과 내부 볼 트랙(7)에서 각각 가이드되는 다수의 토크 전달 볼(9)을 구비한다.

Description

등속 볼 조인트{Constant-velocity ball joint}

본 발명은 등속 볼 조인트, 특히 등속 플러징 볼 조인트(constant-velocity plunging ball joint)에 관한 것이다. 본 사례에서 등속 (플러징) 볼 조인트(또한 아래에서 조인트로서 지칭됨)는 특히 자동차에서의 사이드 샤프트(sideshaft) 또는 종방향 샤프트(longitudinal shaft) 배열에서 사용된다. 더욱이, 등속 볼 조인트가 지금까지 사용되어 왔던 모든 추가 사용 사례에서 사용될 수 있다.

등속 볼 조인트는 종방향 샤프트 배열의 영역에서뿐만 아니라 사이드 샤프트 배열에서 특히 자동차에서 사용된다. 종방향 샤프트는 기어박스에서 차축으로 구동력을 전달하는 역할을 한다. 특히, 기어박스는 여기서 자동차의 전방 영역에 배열되고 자동차의 종축을 따라 연장되는 종방향 샤프트 배열은 이 기어박스로부터 후방 차축으로 구동력을 전달하는 역할을 한다. 종방향 샤프트 배열의 경우, 조인트의 더 작은 편향 각도(deflection angle)가 일반적으로 요구되며, 특히 0 내지 10도 요구된다. 사이드 샤프트는 기어박스 또는 차동 장치(differential)로부터, 즉, 근본적으로 자동차의 차축에 평행한 휠(wheel)로 구동력을 전달하는 역할을 한다. 사이드 샤프트는 자동차의 종축에 대해 가로로 연장된다. 사이드 샤프트의 경우, 등속 볼 조인트의 더 큰 편향 각도가 일반적으로 요구되고, 특히 0 내지 32도, 바람직하게는 3 내지 20도가 요구된다.

등속 볼 조인트는 예를 들어, 회전축과 외부 볼 트랙(ball tracks)(등속 플러징 볼 조인트의 외부 볼 트랙)을 가진 조인트 외부 부분, 내부 볼 트랙(등속 플러징 볼 조인트의 내부 볼 트랙)을 가진 조인트 내부 부분, 상호 연관된 외부 및 내부 볼 조인트에서 각각 가이드되는 다수의 토크 전달 볼, 및 가능한 하나 이상의 볼을 각각 수용하는 다수의 케이지 윈도우가 제공되는 케이지를 포함한다. 케이지는 조인트 외부 부분 및/또는 조인트 내부 부분(조인트에 고정된) 상에서 구형 접촉 표면을 통해 가이드될 수 있다. 대안으로, 케이지는 원통형 접촉 표면(플러징 조인트)을 통해 조인트 외부 부분 상에서 가이드될 수 있다.

플러징 조인트의 경우, 조인트 내부 부분은 회전축을 따른 총 변위 이동에 의해 조인트 외부 부분에 관하여 변위될 수 있다. 총 변위 이동(즉, 조인트 외부 부분에 관하여 조인트 내부 부분이 변위될 수 있는 최대 이동)은 특히 플러징 조인트의 경우에 적어도 5 밀리미터(mm)이다.

외부 볼 트랙의 적어도 일부 및 내부 볼 트랙의 적어도 일부는 회전축에 관하여 (임의의 배향의) 트랙 경사각을 가질 수 있고 또는 대안으로 트랙 경사각이 없고, 즉, 축방향 또는 회전축에 평행하게 이어진다. 등속 볼 조인트가 직선 위치 또는 배열되어 있는 경우(즉, 조인트 외부 부분에 관하여 조인트 내부 부분의 편향이 없는), 플러징 조인트의 경우, 공통 회전축을 따른 조인트 외부 부분에 관한 조인트 내부 부분의 변위는 회전축이 서로 동축으로 배열되도록 할 수 있다.

특히, 볼 트랙 베이스(ball track base)(즉, 외부 볼 트랙의 경우, 각각의 경우 회전축으로부터 최대 간격으로 배열된 볼 트랙의 영역; 내부 볼 트랙의 경우, 각각의 경우 조인트 내부 부품의 회전축으로부터 최단 간격으로 배열된 볼 트랙의 영역) 또는 변위 이동을 따른 각각의 볼 트랙의 중심 라인(볼이 볼 트랙을 따라 이동할 때 볼의 중심점의 진행)은 반경 방향으로 회전축으로부터 각각의 (본질적으로) 일정한 간격에 있다. 그러나, 등속 볼 조인트의 설계는 볼 트랙 베이스 또는 중심 라인이 회전축에서 일정한 간격을 두지 않은 것으로 알려져 있다. 회전축으로부터의 간격은 여기에서 특히(오직) 대향하는 볼 트랙에 대해 동일하지만 변위 이동 또는 볼 트랙을 따라 일정하지 않다.

조인트 내부 부분의 편향의 경우, 조인트 내부 부분은 (발산하는(diverging)) 편향된 위치로 직선 위치(조인트 외부 부분의 회전축과 조인트 내부 부분의 회전축이 서로 동축으로 배치됨)를 벗어나 선회된다. 조인트 외부 부분의 회전축과 조인트 내부 부분의 회전축은 이후 ("0"도로부터 발산되는) 편향 각도를 형성한다.

조인트 내부 부분이 조인트 외부 부분에 관하여 변위될 때, 볼은 볼 트랙에서 트랙에 의해 가이드되는 움직임(예를 들어, 롤링, 슬립(slipping), 슬라이딩, 등)을 수행한다. 여기에서 케이지는 조인트 외부 부분에 관한 조인트 내부 부분의 변위 이동의 범위의 절반만큼 이상적으로 이동한다.

규정된 팩 부피(pack volume)로 인해, 등속 플런징 볼 조인트(또는 변위 유닛이 있는 볼 조인트)는 최대 사용 가능한 변위 용량을 가지므로 조인트 외부 부분과 조인트 내부 부분 사이의 최대 총 변위 이동, 또는 케이지와 조인트 내부 부품 사이의 최대 변위 이동을 갖는다.

볼 조인트에서 변위 유닛의 목적은 가능한 가장 작은 공간에 걸쳐 조인트 성능을 유지하면서 최대 변위에 영향을 미치는 것이다. 케이지(cage)(볼 케이지) 상의 조인트 내부 부분(볼 허브(hub))의 내부 물리적 접합부(abutment)가 있는 볼 조인트는 롤링 바디(rolling body)가, 예를 들어, 볼이 설명된 물리적 접합부가 발생할 때까지 외부 및 내부 부분 트랙(내부 및 외부 볼 트랙)에서 만들 수 있는 최대 가능한 이동만큼 서로에 관하여 조인트 구성요소의 가능한 변위를 규정한다.

회전축에 평행하게 이어지는 볼 트랙을 갖는 등속 볼 조인트의 경우(즉, 트랙의 경사각이 없는), 조인트가 편향된 경우, 볼은 케이지를 통해 각도 이등분선에서 유지된다. 직선 조인트의 경우(0도의 편향), 동일한 힘이 모든 볼에 작용한다. 편향된 조인트의 경우(0도 이상의 편향), 볼에서 작용하는 힘 또는 힘 진행은, 조인트의 한 회전에 걸쳐 볼 때, 각각 위상이 이동된, 모든 몰에 대해 동일하다.

조인트에서의 볼의 "0도 또는 360도" 위치(조인트 내부 부분으로 회전축을 따라 볼 때)가 이후 상단 및 각도에서 반시계 방향으로 이어지는 것은 다음 설명과 관련된다. 그러므로, 조인트가 0도 편향 각도에 있는 경우, 모든 볼은 동일한 양만큼 응력을 받고 볼의 움직임은 축 방향으로 볼 트랙에서 발생하지 않는다. 조인트의 편향의 경우(여기에서 조인트 내부 부분이 아래로 편향되는 것으로 가정함), 볼은 조인트 내부 부분에서 볼 트랙의 "0도" 위치에서 후방으로 그리고 조인트 외부 부분에서 전방으로 이동한다. 볼이 "90도" 위치에 도달하면, 내부 및 외부 볼 트랙에서 중심으로 돌아가고, "180도" 위치로 이동하면, 볼 트랙에서의 볼의 편차(deviation)는 이때 반전되고 볼은 내부 볼 트랙에서 전방으로 그리고 외부 볼 트랙에서 후방으로 이동한다. "270도" 위치로 이동하면, 볼은 이때 ("90도" 위치에서와 같이) 내부 및 외부 볼 트랙의 중앙 위치에 다시 위치된다. 조인트의 회전에 대해 편향 각도가 증가함에 따라, 즉, 볼에 의해 전달되는 힘이 회전에 대해 사인파의 근사치를 실행함에 따라 여기서 볼의 점점 더 불균일한 힘 전달이 관찰될 수 있다. 여기서 최대 전달된 힘은 편향되지 않은 조인트의 경우 힘의 상수 값보다 동일한 토크에서 더 크다.

AT 277675는 힘 전달에서의 높은 변화의 이러한 문제를 해소하는 것을 목표로 하는 등속 플러징 조인트에 관한 것이다. 이를 위해, 내부 볼 트랙의 중심 라인이 오목한 진행을 가지므로 조인트 내부 부분의 회전축으로부터 볼 트랙의 단부로 중심 라인의 수직 간격이 증가한다고 제안된다.

특히 자동차의 대량 생산 분야에서, 달성되야 하는 구조적 공간, 중량 및/또는 비용의 측면에서 모든 구성요소에 대한 요구가 증가한다. 따라서, 언급된 요구에 대한 이러한 타입의 조인트를 추가로 개발하기 위한 지속적인 필요성이 있다.

이러한 배경에 대해, 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 약술된 문제를 적어도 부분적으로 해결하는 것이다. 특히 편향의 경우에 볼에 걸쳐 그리고 조인트의 회전에 걸쳐 힘 전달이 가능한 한 균일한 등속 볼 조인트를 제공하는 것이 의도된다.

이것은 청구항 1의 특징에 따른 등속 볼 조인트로 달성된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예는 종속 청구항에 기재되어 있다. 청구범위에서 개별적으로 설명된 특징은 임의의 기술적으로 적절한 방식으로 조합될 수 있고 설명으로부터의 설명 내용에 의해 보충될 수 있으며, 여기에서 본 발명의 또 다른 대안적인 구현예가 설명된다.

등속 볼 조인트가 제안되고, 이는 적어도:

- 회전축, 외부 볼 트랙 및 외부 중심 라인을 가진 조인트 외부 부분,

- 내부 볼 트랙 및 내부 중심 라인을 가진 조인트 내부 부분,

- 상호 연관된 외부 볼 트랙 및 내부 볼 트랙에서 가이드되는 다수의 토크 전달 볼.

등속 볼 조인트의 직선 배열의 경우, 외부 중심 라인은 회전축으로부터 일정한 간격으로 이어진다. 조인트 내부 부분 및 내부 중심 라인은 제1 전방 측면과 제2 전방 측면 사이에서 회전축을 따라 연장된다. 내부 중심 라인 중 적어도 하나는 제1 전방 측면에 존재하는 제1 단부와 제2 전방 측면에 존재하는 제2 단부 사이에서 연장되고 회전축으로부터 변화하는 제2 간격으로 이어진다. 제2 간격의 최대값은 제1 단부와 제2 단부로부터의 거리에 배열된다.

모든 중심 라인은 바람직하게 전술한 바와 같이 연장되고 이어진다.

특히, 따라서 적어도 하나의 내부 중심 라인은 볼록한 진행을 가지며, 여기서 중심 라인의 제2 간격은 그 최대값으로부터 시작하여 단부를 향해 줄어든다.

여기에 제안된 조인트의 설명에 완전히 포함될 수 있는 조인트의 상기 구현예를 참조한다.

이러한 등속 볼 조인트에 대해, 조인트의 편향의 경우, 볼에 대한 최대 응력이 "0도" 및 "180도" 위치 영역에서 발생하는 것으로 나타났다. 볼에 대한 응력의 현저한 균질화는 특히 현재 제안된 내부 중심 라인의 특정 형상에 의해 달성될 수 있다.

특히, 적어도 하나의 내부 중심 라인은 원, 타원, 쌍곡선의 호의 형태, 또는 자유롭게 결정될 수 있고, 개별 부분 형태가 각각의 경우 접선 전이(tangential transition)를 통해 서로 연결되는 형태를 갖는다. 특히, 적어도 하나의 중심 라인은 굴곡진 진행을 갖는다. 여기서 곡률은 일정할 수 있고 또는 대안적으로 또한 변할 수 있다. 곡률은 최대값의 영역 또는 최대값으로부터의 거리에서 최소 또는 최대일 수 있다.

특히, 적어도 하나의 내부 중심 라인은 다중 부분-형태에 의해 형성되며, 여기서 적어도 하나의 부분-형태는 직선을 포함한다. 특히, 굴곡진 진행에 의해 다른 부분 형태가 형성될 수 있다. 특히, 개별 부분 형태는 각 경우 접선 전이를 통해 서로 연결된다.

특히, 각 단부에서 제2 간격은 최대값보다 작다.

특히, 적어도 하나의 내부 중심 라인은 단조롭게 감소하는 방식으로 최대값과 각각의 단부 사이에서 이어진다. 단조롭게 감소한다는 것은 내부 중심 라인의 제2 간격이 최대값에서 시작하여 각 단부를 향해 점점 더 작아지거나 가능한 적어도 일부 영역에서 일정하게 유지됨을 의미한다.

특히, 적어도 하나의 내부 중심 라인은 엄격하게 단조롭게 감소하는 방식으로 최대값과 각각의 단부 사이에서 이어진다. 엄격하게 단조롭게 감소한다는 것은 내부 중심의 제2 간격이 최대값에서 시작하여 각 단부를 향해 지속적으로 작아지는 것을 의미한다. 이때 일정한 제2 간격의 섹션이 전혀 표시되지 않는다.

특히, 단부에 존재하는 제2 간격은 서로 상이하거나 또는 대안으로 동일한 크기이다.

특히, 최대값은 제1 단부로부터의 제1 거리 및 제2 단부로부터 제2 거리에서 배열된다. 거리는 동일하거나 서로 상이하다.

특히, 상기 적어도 하나의 내부 중심 라인의 가장 큰 반경은 볼의 피치 원 직경(pitch circle diameter)의 적어도 1.0 배, 바람직하게 적어도 1.2 배, 특히 바람직하게 적어도 1.56 배에 해당한다.

볼의 피치 원 직경은 볼 중심점이 배열되는(직선 조인트의 경우) 직경이다.

특히, 적어도 하나의 내부 중심 라인의 가장 큰 반경은 볼의 피치 원 직경의 50 배 이하, 특히 20 배 이하, 바람직하게 10 이하 또는 6.5 배 이하에 해당한다.

대표적인 등속 볼 조인트에서, 피치 원 직경(PCD)은 60 밀리미터(millimetres, mm)이고, 볼의 직경은 16.5 mm이며 최대 반경은 85 mm 또는 170 mm이다.

특히, 등속 볼 조인트는 하나 이상의 볼을 각각 수용하는 다수의 케이지 윈도우가 제공되는 적어도 하나의 케이지를 추가로 포함한다.

케이지는 특히 조인트 내부 부분의 구형 외부 원주 표면 위로 구형 내부 원주 표면으로 가이드된다. 여기에서 원주 표면 사이에 유격(裕隔, play)이 있을 수 있다. 따라서 회전축을 따라 조인트 내부 부분에 대해 제한된 범위, 특히 1 mm의 최대 변위로 제한되는 케이지를 변위시키는 것이 가능하다.

케이지가 조인트 내부 부분에 의해 가이드되기 때문에, 볼은 케이지에 의해서만 조인트 내부 부분에 대해 가이드된다. 따라서, 등속 볼 조인트가 예를 들어 플런지 조인트로 구성된 경우, 볼은 조인트 내부 부분이 아닌 조인트 외부 부분에 대해서만 변위된다.

특히, 등속 볼 조인트의 직선 배치의 경우, 내부 중심 라인 및 외부 중심 라인은 회전축을 포함하는 평면에 배타적으로 평행하게 이어진다(즉, 원주 방향으로 축방향에 대해 중심 라인의 경사를 설명하는, 트랙의 경사 각도 없이).

특히, 등속 볼 조인트는 플런징 조인트이다. 특히, 총 변위(즉, 조인트내부 부분이 조인트 외부 부분에 대해 회전축을 따라 변위될 수 있는 최대 이동)는 적어도 5 mm, 바람직하게는 적어도 10 mm이다.

등속 볼 조인트의 설명은 특히 일반적으로 등속 볼 조인트의 적절한 사용 또는 작동에 관한 것이다(즉, 장착 또는 서비스를 위해 제공될 수 있는 극한 상황이 아님). 이는 특히, 예를 들어, 조인트 외부 부분, 조인트 내부 부분 및 볼뿐만 아니라 존재할 수 있는 케이지가, 예를 들어 총 변위 이동 내에 있는 배열에서 적절히 사용하기 위해 제공되는 배열에서 서로에 관하여 위치되는 것을 의미한다.

특히, 적어도 하나의 내부 중심 라인의 진행의 설명은 볼은 등속 볼 조인트의 적절한 사용의 경우에 배열되는 내부 볼 트랙의 영역에 관한 것이다.

등속 볼 조인트는 적어도 6 또는 6 + n(n=1, 2, 3, ...)개의 볼을 갖는다.

더욱이 적어도 설명된 등속 볼 조인트 및 조인트 외부 부분에 연결된 제1 샤프트 및 조인트 내부 부분에 연결된 제2 샤프트를 포함하는 샤프트 배열이 제안된다.

더욱이 여기에서 제안된 적어도 등속 볼 조인트를 가진 자동차가 제안된다. 특히, 등속 볼 조인트는 승용차에서 사용하기 위해 제안된다.

특히 청구범위 및 이를 재현하는 설명에서 부정관사의 사용은 숫자가 아니라 그 자체로 이해되어야 한다. 그에 따라 도입된 용어 및 구성요소는 적어도 한 번은 존재하지만 특히 다중으로 존재할 수 있는 것으로 상응하게 이해되어야 한다.

의심의 여지를 없애기 위해, 여기서 사용된 숫자("제1", "제2", "제3" 등)는 주로 다수의 유사한 객체, 크기 또는 프로세스를 구별하는 역할을 한다, 즉, 서로에서 또는 서로에 대해 이들 객체, 크기 또는 프로세스의 임의의 종속성 및/또는 순서가 규정하지 않는다. 종속성 및/또는 순서가 요구되는 경우, 이것은 여기서 명시적으로 언급되거나 특정 기술된 구현예를 연구할 때 당업자에게 명백하다.

본 발명과 기술적인 배경은 도면들의 도움으로 아래에서 자세히 설명된다. 본 발명은 대표적인 구현예로 제한되지 않음을 유의해야 한다. 특히, 다른 곳에서 명시적으로 언급되지 않는 한, 도면에서 설명된 내용의 하위 관점을 얻어내고 본 설명 및/또는 도면들로부터 다른 부분들 및 식견들과 이를 조합할 수 있다. 동일한 참조 부호는 동일한 객체를 지칭하므로 다른 도면들의 설명은 보완적인 방식으로 사용될 수 있다, 도면에서 개략적으로 다음과 같다:
도 1은 회전축을 따라 보는 직선 배열에서의 공지된 등속 볼 조인트를 나타낸다.
도 2는 측면 단면으로 내부 중심 라인과 함께 도 1에 따른 등속 볼 조인트의 조인트 내부 부분을 나타낸다.
도 3은 회전축을 따라 보는 직선 배열 상의 등속 볼 조인트의 제1 대안 구현예를 나타낸다.
도 4는 측면 단면으로 도 3에 따른 등속 볼 조인트를 나타낸다.
도 5는 측면 단면으로 내부 중심 라인과 함께 도 3 및 4에 따른 등속 볼 조인트의 조인트 내부 부분을 나타낸다.
도 6은 측면 단면으로 직선 배열의 등속 볼 조인트의 제2 대안 구현예를 나타낸다.
도 7은 회전축을 따라 보는 도 6에 따른 등속 볼 조인트를 나타낸다.
도 8은 측면 단면으로 직선 배열의 등속 볼 조인트의 제3 대안 구현예를 나타낸다.
도 9는 회전축을 따라 보는 도 8에 따른 등속 볼 조인트를 나타낸다.
도 10은 회전축을 따라 보는 조인트 내부 부분 또는 조인트 외부 부분의 상세를 부분으로 나타낸다.
도 11은 그래프를 나타낸다.

도 1는 회전축(3)을 따라 볼 때 직선 배열의 공지된 등속 볼 조인트(1)를 나타낸다. 도 2는 측면 단면도로 내부 중심 라인(8)을 가진 도 1을 따른 등속 볼 조인트(1)의 조인트 내부 부분(6)을 나타낸다. 도 1은 아래에서 함께 설명된다.

등속 볼 조인트(1)는 플러징 조인트이다. 등속 볼 조인트(1)는 회전축(3) 및 외부 볼 트랙(4) 및 외부 중심 라인(5)을 가진 조인트 외부 부분(2)을 갖는다. 더욱이, 등속 볼 조인트(1)는 내부 볼 트랙(7) 및 내부 중심 라인(8)을 가진 조인트 내부 부분(6)을 갖는다. 조인트 내부 부분(6)과 조인트 외부 부분(2)은 동시 회전한다. 조인트 부분(2, 6)의 회전축(3)은 등속 볼 조인트(1)의 직선 배열로 서로 동축으로 배열된다. 등속 볼 조인트(1)가 편향된 경우, 조인트 부분(2, 6)의 회전축(3)이 편향 각도(26)(도 4에 표시됨)만큼 서로에 대해 선회되게 배열된다.

등속 볼 조인트(1)는 또한 상호 연관된 외부 볼 트랙(4) 및 내부 볼 트랙(7)에서 각각 가이드되는 다수의 토크 전달 볼(9)을 갖는다. 또한, 등속 볼 조인트(1)는 추가적으로 각각 볼(9) 중 하나를 수용하는 다수의 케이지 윈도우(22)가 제공되는 케이지(21)를 포함한다.

케이지(21)는 조인트 내부 부분(6)의 구형 외부 원주 표면(24) 위로 구형 내부 원주 표면(23)(미도시)에 의해 가이드된다. 케이지(21)는 조인트 내부 부분(6)에 의해 가이드되기 때문에, 볼(9)은 케이지(21)에 의해서만 조인트 내부 부분(6)에 대해 가이드된다.

등속 볼 조인트(1)의 직선 배열의 경우, 외부 중심 라인(5)과 내부 중심 라인(8)은 서로 동축으로 이어지고 외부 중심 라인(5)은 회전축(3)(도 2 참조)으로부터 일정한 제1 간격(10)으로 배열된다. 조인트 내부 부분(6)과 내부 중심 라인(8)은 회전축(3)을 따라 연장되고 회전축(3)으로부터 일정한 간격(15)으로 배열된다.

등속 볼 조인트(1)의 직선 배열의 경우, 내부 중심 라인(8)과 외부 중심 라인(5)은 회전축(3)을 포함하는 평면(25)에 배타적으로 평행하게 이어진다(즉, 트랙의 경사 각도 없이).

도 3은 회전축(3)을 따라 볼 때 직선 배열의 등속 볼 조인트(1)의 제1 대안 구현예를 나타낸다. 도 4는 도 3에 따른 등속 볼 조인트(1)의 측면 단면을 나타낸다. 도 5는 내부 중앙 라인(8)을 갖는 도 3 및 도 4에 따른 등속 볼 조인트(1)의 조인트 내부 부분(6)을 측면 단면으로 나타낸다. 도 3 내지 5는 아래에서 함께 설명된다. 도 1 및 2의 설명을 참조한다.

등속 볼 조인트(1)는 플러징 조인트이다. 등속 볼 조인트(1)는 회전축(3), 외부 볼 트랙(4) 및 외부 중심 라인(5)을 갖는 조인트 외부 부분(2)을 갖는다. 또한 등속 볼 조인트(1)는 내부 볼 트랙(7)과 내부 중심 라인(8)을 갖는 조인트 내부 부분(6)을 갖는다. 조인트 내부 부분(6)과 조인트 외부 부분(2)은 동시에 회전한다. 조인트 부분(2, 6)의 회전축(3)은 등속 볼 조인트(1)의 직선 배열에서 서로 동축으로 배열된다. 등속 볼 조인트(1)가 편향되면, 조인트 부분(2, 6)의 회전축(3)은 편향 각도(26)만큼 서로에 대해 선회하도록 배열된다.

또한 등속 볼 조인트(1)는 상호 연관된 외부 볼 트랙(4) 및 내부 볼 트랙(7)에서 각각 가이드되는 다수의 토크 전달 볼(9)을 갖는다. 등속 볼 조인트(1)는 더욱이 볼(9)들 중 하나를 각각 수용하는 다수의 케이지 윈도우(22)가 제공되는 케이지(21)를 추가로 포함한다.

케이지(21)는 조인트 내부 부분(6)의 구형 외부 원주 표면(24) 위로 구형 내부 원주 표면(23)으로 가이드된다. 원주 표면(23, 24)들 사이에 유격이 있다. 그러므로 오직 제한된 범위로 회전축(3)을 따라 조인트 내부 부분(6)에 대해 케이지(21)를 변위시킬 수 있다. 케이지(21)가 조인트 내부 부분(6)에 의해 가이드되기 때문에, 볼(9)은 케이지(21)에 의해서만 조인트 내부 부분(6)에 대해 가이드된다.

등속 볼 조인트(1)의 직선 배열의 경우, 내부 중심 라인(8) 및 외부 중심 라인(5)은 회전축(3)을 포함하는 평면에 배타적으로 평행하게 이어진다(즉, 트랙의 경사 각도 없이).

등속 볼 조인트(1)의 직선 배열의 경우, 외부 중심 라인(5) 및 내부 중심 라인(8)은 회전축(3)에서 일정한 제1 간격(10)으로 배열된다.

도 1 및 2에 따른 공지된 등속 볼 조인트(1)와 대조적으로, 여기에서 제안된 등속 볼 조인트(1)에서, 모든 내부 중심 라인(8)은 제1 전방 측면(11)에 존재하는 제1 단부(13)와 제2 전방 측면(12) 사이에 연장되고 회전축(3)으로부터 변화하는 제2 간격(15)을 따라 이어진다. 제2 간격(15)의 최대 값(16)은 제1 단부(13) 및 제2 단부(14)로부터 일정한 거리로 배열된다.

내부 중심 라인(8)은 원의 호와 같은 볼록한 진행을 가지며, 여기서 내부 중심 라인(8)의 제2 간격(15)은 최대 값(16)에서 시작해서 단부(13, 14)들을 향해 줄어든다.

내부 중심 라인(8)은 단일 반경(19)을 따라 이어진다. 내부 중심 라인(8)의 반경(19)은 볼(9)의 피치 원 직경(20)의 대략 2.8배에 해당한다. 볼(9)의 피치 원 직경(20)은 볼 중심점(29)(직선 조인트의 경우)이 배열된 직경이다(도 4 참조).

내부 중심 라인(8)은 최대 값(16)과 각각의 단부(13, 14) 사이에서 단조롭게 감소되거나 또는 엄격하게 단조롭게 감소하는 방식으로 이어진다.

단부(13, 14)에 존재하는 제2 간격(15)은 상이한 크기이다. 최대 값(16)은 제1 단부(13)로부터 제1 거리(17)로 그리고 제2 단부(14)로부터 제2 거리(18)로 배열된다. 거리(17, 18)는 서로 상이하다.

도 6은 측면 단면으로 직선 배열의 등속 볼 조인트(1)의 제2 대안 구현예를 나타낸다. 도 7은 회전축(3)을 따라 볼 때 도 6에 따른 등속 볼 조인트(1)를 나타낸다. 도 6 및 7은 아래에서 함께 설명된다. 도 3 내지 5의 설명을 참조한다.

제1 대안 구현예와 대조적으로, 더 작은 반경(19)이 제2 대안 구현예에 제공된다. 내부 중심 라인(8)의 반경(19)은 볼(9)의 피치 원 직경(20)의 대략 1.4 배에 해당한다.

도 8은 측면 단면으로 직선 배열의 등속 볼 조인트(1)의 제3 대안 구현예를 나타낸다. 도 9는 회전축(3)을 따라 볼 때 도 8에 따른 등속 볼 조인트(1)를 나타낸다. 도 8 및 9는 아래에서 함께 설명된다. 도 3 내지 7의 설명을 참조한다.

제1 및 제2 대안 구현예와 대조적으로, 제3 대안 구현예에서 평균 반경(19)이 제공된다. 내부 중심 라인(8)의 반경(19)은 볼(9)의 피치 원 직경(20)의 대략 2.3 배에 해당한다.

도 10은 회전축(3)을 따라 볼 때 조인트 내부 부분(6) 또는 조인트 외부 부분(2)의 상세의 일부분을 나타낸다. 도 1 내지 9의 설명을 참조한다.

볼(9)은 트랙 베이스(27)의 영역에서 볼 트랙(4, 7)과 접촉하지 않고 대신 볼 트랙(4, 7)의 측면 플랭크(side flank)의 영역에서 접촉한다. 전달된 토크는 이 영역을 통해 볼(9)에 비례적으로 적용된다. 측면 플랭크 상의 이 영역의 위치는 예시된 힘 각도(28)로 설명된다. 볼(9)은 볼(9)이 볼 트랙(4, 7)을 따라 이동할 때 중심 라인(5, 8)을 따라 이동하는 볼 중심점(29)을 갖는다.

도 11은 그래프를 나타낸다. 원주 방향(31)으로 등속 볼 조인트(1)의 회전 중 볼(9)의 각도의 위치(30)는 수평축에 예시된다. 볼(9) 당 전달된 힘은 뉴턴(Newtons, N)으로 수직축에 예시된다.

다음의 설명에 대해, 조인트(1)의 볼(9)의 "0도 또는 360도" 위치는 상단에 있고(예를 들어, 도 3 참조) 이때 각도는 원주 방향(31)으로 반시계 방향으로 진행한다고 규정된다. 따라서, 조인트(1)가 0도의 편향 각도(26)에 있는 경우, 모든 볼(9)은 동일한 크기로 응력을 받고 볼(9)의 어떠한 움직임도 볼 트랙(4, 7)에서 축방향(9)으로(회전축(3)에 평행하게) 일어난다. 조인트(1)가 편향되면(여기서 조인트 내부 부분(6)은 15도만큼 아래로 편향되는 것으로 가정됨, 도 4 참조), 볼(9)은 내부 볼 트랙(7)에서 "0도" 위치(30)로 후방으로 이동하고, 조인트 외부 부분(2)에서 전방으로 이동한다. 볼(9)이 "90도" 위치(30)에 도달하면(도 3의 좌측), 내부 및 외부 볼 트랙(4, 7)의 중심에서 뒤에 있고, "180도" 위치(30)에서 이동하는 경우(도 3의 바닥에서), 볼 트랙(4, 7)에서 볼(9)의 편향은 이때 역전되고 볼(9)은 내부 볼 트랙(7)에서 전방으로 그리고 외부 볼 트랙(4)에서 후방으로 이동한다. "270도" 위치(30)로 이동하면(도 3에서 우측), 볼(9)은 이때 내부 및 외부 볼 트랙(4, 7)에서 중심 위치에 다시 위치된다("90도" 위치(30)에서와 같이).

편향 각도(26)가 조인트(1)의 일 회전에 걸쳐 증가함에 따라, 볼(9)의 훨씬 더 불균일한 힘 전달이 관찰될 수 있다, 즉, 볼(9)에 의해 전달된 힘(32)은 회전에 걸처 사인파의 근사를 수행한다. 이러한 진동은 도 11에서 제1 곡선(33)으로 예시된다. 여기서 최대 전달된 힘(32)은, 동일한 토크에 대해, 편향되지 않은 조인트(1)의 경우에서(도시되지 않음) 힘(32)의 일정한 값보다 크다.

등속 볼 조인트(1)에 대해, 조인트가 편향되는 경우, 볼(9)에서의 가장 높은 응력이 "0도" 및 "180도" 위치(30)의 영역에서 일어나는 것으로 나타났다. 볼(9)에서의 응력의 중요한 균질화는 지금 제안되는 내부 중심 라인(7)의 형태에 의해 특히 달성될 수 있다.

도 11에 예시된 제2 곡선(34)은 제1 대안 구현예에 따라 등속 볼 조인트(1)에 대한 힘(32)의 균질화를 나타낸다. 따라서 내부 중심 라인(8)의 반경(19)은 볼(9)의 피치 원 직경(20)의 대략 2.8 배에 해당한다. 도 11에 예시된 제3 곡선(35)은 제2 대안 구현예에 따른 등속 볼 조인트(1)에 대한 힘(32)의 균질화를 나타낸다. 따라서 내부 중심 라인(8)의 반경(19)은 볼(9)의 피치 원 직경(20)의 대략 1.4 배에 해당한다.

1: 등속 볼 조인트
2: 조인트 외부 부분
3: 회전축
4: (조인트 외부 부분의) 외부 볼 트랙
5: (외부 볼 트랙의) 외부 중심 라인
6: 조인트 내부 부분
7: (조인트 내부 부분의) 내부 볼 트랙
8: (내부 볼 트랙의) 내부 중심 라인
9: 볼
10: 제1 간격
11: 제1 전방 측면
12: 제2 전방 측면
13: 제1 단부
14: 제2 단부
15: 제2 간격
16: 최대 값
17: 제1 거리
18: 제2 거리
19: 반경
20: 피치 원 직경
21: 케이지
22: 케이지 윈도우
23: 내부 원주 표면
24: 외부 원주 표면
25: 평면
26: 편향 각도
27: 트랙 베이스
28: 힘 각도
29: 볼 중심점
30: 위치
31: 원주 방향
32: 힘
33: 제1 곡선
34: 제2 곡선
35: 제3 곡선

Claims

회전축(3)과 외부 볼 트랙(4) 및 외부 중심 라인(5)을 가진 적어도 조인트 외부 부분(2), 내부 볼 트랙(7)과 내부 중심 라인(8)을 가진 조인트 내부 부분(6), 및 상호 연관된 외부 볼 트랙(4)과 내부 볼 트랙(7)에서 각각 가이드되는 다수의 토크 전달 볼(9)을 구비하는 등속 볼 조인트(1)로서,
여기서, 상기 등속 볼 조인트(1)의 직선 배열의 경우, 상기 외부 중심 라인(5)은 회전축(3)으로부터 일정 간격(10)에서 이어지고; 여기서 상기 조인트 내부 부분(6)과 내부 중심 라인(8)은 제1 전방 측면(11)과 제2 전방 측면(12) 사이에서 회전축(3)을 따라 연장되고, 상기 내부 중심 라인(8) 중 적어도 하나는 제1 전방 측면(11)에 존재하는 제1 단부(13)와 제2 전방 측면(12)에 존재하는 제2 단부(14) 사이에서 연장되고 회전축(3)으로부터 변화하는 제2 간격(15)으로 이어지며, 여기서, 상기 제2 간격(15)의 최대 값(16)은 제1 단부(13)와 제2 단부(14)로부터 일정 거리에 배열되는, 등속 볼 조인트(1).
청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 내부 중심 라인(8)은 원, 타원, 쌍곡선의 호 형태 또는 자유롭게 결정될 수 있고 각각의 경우 접선 전이를 통해 개별 부분 형상이 서로 연결되는 형태를 갖는, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 내부 중심 라인(8)은 다중 부분 형상으로 형성되고, 여기서 적어도 하나의 부분 형상은 직선을 포함하는, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
상기 제2 간격(15)은 각각의 단부(13, 14)에서 최대 값(16)보다 작은, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 내부 중심 라인은 최대 값(16)과 각각의 단부(13, 14) 사이에서 단조롭게 감소하는 방식으로 이어지는, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
상기 단부들(13, 14)에 존재하는 제2 간격(15)은 서로 상이한, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
상기 최대 값(16)은 제1 단부(13)로부터의 제1 거리(17) 및 제2 단부(14)로부터 제2 거리(18)에서 배열되고, 여기서 거리(17, 18)는 서로 동일하거나 상이한, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 내부 중심 라인(8)의 가장 큰 반경(19)은 볼(9)의 피치 원 직경(20)의 적어도 1.0 배에 해당하는, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 내부 중심 라인(8)의 가장 큰 반경(19)은 볼(9)의 피치 원 직경(20)의 50 배 이하에 해당하는, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
하나 이상의 볼(9)을 각각 수용하는 다수의 케이지 윈도우(22)가 제공되는 케이지(21)를 적어도 부가적으로 포함하고; 여기서 상기 케이지(21)는 조인트 내부 부분(6)의 구형 외부 원주 표면(24) 위로 구형 내부 원주 표면(23)을 통해 가이드되는, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
상기 등속 볼 조인트(1)의 직선 배열의 경우에, 상기 내부 중심 라인(8)과 외부 중심 라인(5)은 회전축(3)을 포함하는 평면(25)에 배타적으로 평행하게 이어지는, 등속 볼 조인트(1).
전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
상기 등속 볼 조인트(1)는 플러징 조인트(plunging joint)인, 등속 볼 조인트(1).