KR910006834B1

KR910006834B1 - 대형 요우크

Info

Publication number: KR910006834B1
Application number: KR1019830002323A
Authority: KR
Inventors: 쥐.조이너 로버트
Original assignee: 데이나 코퍼레이션; 로버트 엠.레오나르디
Priority date: 1982-05-26
Filing date: 1983-05-26
Publication date: 1991-09-06
Also published as: GB2120751B; JPS58214020A; SE8302934D0; DE3318504C2; NL8301837A; US4472158A; AU1457483A; IT8348355A0; SE8302934L; GB2120751A; MX156314A; AU558898B2; AU612568B2; IT1168878B; DE3318504A1; FR2530753B1; JPH06100232B2; ES281136Y; FR2530753A1; BE896850A

Abstract

내용 없음.

Description

대형 요우크

제1도는 공지 기술의 미끄럼 스프라인 요우크(spline yoke)의 정면도.

제2도는 제1도에 도시한 공지된 요우크의 측면도.

제3도는 제1도와 2도에 도시한 공지된 요우크의 평면도.

제4도는 본 발명에 따라 설계된 미끄럼 스프라인 요우크의 정면도.

제5도는 제4도에 도시한 미끄럼 스프라인 요우크의 측면도.

제6도는 제4도와 제5도에 도시한 미끄럼 스프라인 요우크의 평면도.

본 발명은 유니버설 조인트(universal joints)에 관한 것으로, 특히 유니버설 조인트 요우크에 관한 것이다. 유니버설 조인트의 요우크 부재는 강도문제 때문에 단조강(forged steel)으로 제작하는 것이 전형적이다. 특히 강력 모델(heavy duty model)에 있어서 강도 및 비틀림 강성도는 그 전체 중량에 대한 임계치이다. 단조강은 신뢰도가 입증된 재료이나, 광범위한 열처리 및 공정을 필요로 하기 때문에 불행히도 비경제적인 재료이다.

에너지 비용이 증가함에 따라, 기업측에서는 일반적으로 단조강 부분의 재료를 대체함으로써 그 원가를 낮추려고 시도해 왔다. 몇가지 재료들이 대체물로서 적당하지만 그것들 역시 원가가 높다. 몇몇 제작자들은 단조강 대신 주철을 대체하는데 있어서 제한된 성공을 거두었다. 그러나 유니버설 조인트 분야에서, 그것은 거대한 하중, 비틀림력 등에 적용되지 못하는 소형 요우크에 국한되어 왔다.

강력 부품으로서, 단순히 주철의 대체만으로는 그것의 특성, 특히 낮은 피로강도(fatigue strength) 때문에 적용할 수 없다. 주조재료는 부품의 임계면에 나타날 수 있는 라이저(riser)들의 응력에 매우 예민한다.

상기한 이유들 때문에 기업에서는 대체로 강력한 비틀림 부재로서는 단조강 대신 신종 재료를 사용하려는 경향이 짙다.

본 발명은 주철과 같은 재료들로 제작할 수 있는 요우크이다. 그러므로 본 발명의 요우크 제작은 공지 기술보다 적은 에너지를 사용한다. 본 발명의 요우크는 강력 적용부에 사용하기에 충분한 비틀림 강도와 피로강도를 갖는다.

본 발명의 요우크는 축방향으로 뻗은 스프라인 부재와, 러그 결합 부재에 의해 스프라인 부재와 결합된 2개의 러그(lug)를 포함한다. 러그 결합 부재에는 러그들과 스프라인 부재 사이에 쇼울더(shoulder)가 포함되어 있다. 선택된 실시예에서, 러그 부재의 내부 표면의 반경은 두 러그 부재 사이 거리의 20% 내지 50%정도이다. 선택된 미끄럼 요우크에서, 스프라인 부재는 원통(barrel, 또는 배럴)형이고, 러그 결합 부재는 쇼울더와 배럴 사이에 환형 경사면(annular transition surface)이 포함되고, 이것은 배럴축에 관해 45°이하의 경사각을 형성한다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서는 통상의 공지 기술의 장치를 이해하는 것이 필요하다. 제1도, 2도 및 제3도는 통상의 공지된 강력 단조강으로 된 미끄럼 스프라인 요우크(10)을 예시한 것이다. 이것은 축방향으로 연장된 스프라인(14)를 가진 중공(hollow) 스프라인 부재 또는 배럴(12)를 포함한다. 공지의 스프라인 요우크(10)은 종축(18)에 관해 회전가능하다. 배럴(12) 내에는 스프라인(14)와 축방향으로 미끄럼 결합하여 회전 구동가능하게 하기 위하여 상대 스프라인을 설치한 관축(tube shaft)(도시않함)이 있다. 배럴(12)에는 공지 기술에서 잘 알려진 바와 같이 관축을 밀봉하는 나사가 형성된 먼지 마개 또는 더스트 캡(dust cap)(도시않함)을 나사결합하는 제1단부(17)가 포함되어 있다. 배럴(12)의 중간의 외측 표면은 외부 원통형 면(19)으로 되어 있는데 이것은 2의 절삭공구로써 배럴의 외측면을 조화시키기 위한 약간의 단(step)을 형성할 수도 않할 수도 있다. 원통부(19)들 가운데 하나의 직경이 다른 하나보다 작으면 그것은 나사결합된 단부(17)이다.

요우크에서 나사단부(17)의 반대편은 두 개의 대칭적이고, 반경방향으로 이격된 2개의 러그(16)를 포함하고 있다. 각 러그는 횡방향 지지구멍(22)이 설치되어 횡방향 저널 트러니언(journal trunnion)을 수용하도록 되어 있다. 제2도에서 명확히 알 수 있는 바와 같이 러그(16)의 외측 표면에는 베어링 외측 레이스(a bearing outer race)를 지지하는 캡 스크루(cap screw)들을 수용하기 위한 테이퍼 구멍(23)들이 설치되어 있다.

러그(16)는 러그 결합 부재(24)를 통하여 배럴(12)에 결합되고, 이 러그 결합 부재(24)는 각기 러그(16)에 결합된 두 개의 네크 부재(neck)(26)와 네크 부재(26)에 각각 결합된 두 개의 쇼울더(28)와 쇼울더(28)에 인접한 저크(zerk) 표면부(48)와 배럴(12)에 저크 표면(48)이 이어지는 램프(ramp) 또는 경사면(50)으로 구성되어 있다. 그 원추형상의 경사면 또는 램프(50)은 요우크 축(18)과 약 60°정도의 각(52)을 형성한다. 이 저크 표면부(48)에는 윤활결합을 이루기 위한 테이퍼진 윤활구(lubrication port)(51)가 포함되어 있다. 제2도를 참조하면, 네크 부재(26)의 폭(38)은 러그(16)의 폭(39)보다 작은 것을 알 수 있다.

각 러그(16)의 안쪽면(30)은 각 횡방향 지지구멍(22)에서 직하(直下)방향으로 형성되어 있다. 러그 안쪽면(30) 사이 거리는 제1도에 도시한 바와 같이 요우크 축(18)에 수직한 면 사이의 거리(34)로 도시되어 있다. 러그 결합 부재(24)의 안쪽면(32)는 각기 러그 안쪽면(30)으로부터 2개의 러그 결합 부재(24)의 안쪽면(32)와 만나는 바닥면(35)까지 연장된다. 러그 결합 부재(24)의 안쪽면(32)에는 러그(16) 사이에서 대칭 이격된 대응 노치(notch)(43)가 형성되어 있다. 대응 노치(43)는 공지된 바와 같이 유니버설 조인트의 최대각을 허용하는 릴리프면(relief area)을 형성한다. 바닥면(35)은 비교적 평탄하고 균형공(balance hole)(40)이 포함되어 있고, 이 균형공(40)은 요우크(10)이 요우크 축(18)에 관하여 회전할 때 회전균형을 이루기 위해 전략적으로 계산하여 배치한다. 또한 바닥면(35)에는 스프라인(14)에 분진이나 이물질 조각 등이 들어가는 것을 막기 위한 먼지 마개를 수용하도록 된 카운터 보어(counter bore)(15)가 형성되어 있다(도시않함).

러그 결합 부재(24)의 안쪽면(32)은 바닥면(35)와 러그의 안쪽면(30) 사이에 비교적 작은 표면 반경(36)으로 형성되어 있다. 반경(36)은 통상적으로, 균형공(40)과 같은 균형공들을 형성하기 위해 상대적으로 크고 납작한 바닥면(35)에 대해 비교적 작게 한다. 반경(36)은 곡면상에 균형공을 뚫기가 용이하지 않으므로 통상 크게 하지 않는다.

저크 표면부(48)는 원통형이고, 스프라인(14)와 윤활겹합을 이루기 위한 간격을 유지하기 위해서 비교적 큰 직경을 갖는다. 또한 이 저크 표면부(48)는 높은 응력을 받는 부분이고 피로(fatigue)를 야기하는 윤활구(51)와 결합하여 응력문제가 복잡해지므로 비교적 큰 직경이 주어진다. 더우기, 저크 표면부(48)은 연결된 스터브축(stub sharft)이 이 부분에서 끝나기 때문에 고응력이 걸리게 되어 축은 저크 표면부 아래에서 직접적으로 레버로서 작용하게 된다.

제4도, 5도 및 6도에는 본 발명의 선택된 실시예가 도시되어 있다. 제4도를 참조하면, 미끄럼 요우크(110)에는 스프라인(114)를 가진 중공 배럴(112)를 포함하고 있고, 종축(118)에 대하여 회전 가능하다. 배럴(112)는 외부의 원통면(119)를 가지며, 한쪽 단부(117)는 나사가 형성되어 있다.

요우크(110)은 두 개의 러그(116)을 포함하고 있는데, 각 러그에는 횡방향 지지구멍(112)와 캡나사구멍(123)을 포함한다. 러그(116)은 비틀림 강도의 보강을 위해서 통상적인 단조강이기 요우크의 러그보다 더 두껍다. 이 러그들은 러그 결합 부재(124)를 통하여 배럴에 결합되어 있고, 러그 결합 부재는 네크 부재(126)들과 쇼울더(128), 저크 표면부(148)를 포함하고 저크 표면부(148)는 윤활구(151)와 램프 또는 경사면(150)을 포함하고 있다.

램프(150)은 배럴축(118)에 관하여 15°의 각(152)을 형성한다. 램프(150)의 기울기는 경사면에서 발생할수도 있는 응력 라이저에 매우 효과적임을 알 수 있었다. 도면에는 15°의 경사면을 도시하였으나 램프(경사면)은 45°이하에서는 상기와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 이러한 설계의 부가적인 이익은 램프(150)의 경사면은 요우크 주물을 부어넣기에 가장 이상적인 면을 제공한다는 것이다.

각 러그(116)는 횡방향 지지구멍(122)의 바로 아래에 안쪽면(130)이 형성되어 있다. 러그 안쪽면(130)들 사이의 거리는 축(118)에 수직인 평면들 사이의 거리로서 (134)로 표시하였다. 러그 결합 부재(124)의 안쪽면에는 러그 결합면(132)들이 포함되고 이들 러그 결합면(132)는 러그 안쪽면(130)에서부터 바닥면(135)까지 연장된다. 바닥면(135)는 두 개의 러그 결합면(132)를 연결한다. 바닥면(135)상에는 균형공(40)과 같은 균형을 맞추기 위한 별도의 구멍이 없다. 왜냐하면 러그 결합 부재의 곡면상에 구멍을 형성하기가 용이하지 않기 때문이다. 바닥면(135)에는 먼지 마개를 수용하기 위한 카운터 보어(115)가 형성되어 있다. (도시않함). 또한 러그 결합 부재(124)의 안쪽면에는 대응 노치(143)들이 제공되어 대응 노치(143)들은 대응하는 요우크들 간의 최대각을 허용한다.

각 러그 결합 부재 내측면(132)에서 러그 안쪽면(130)과 바닥면(135)이 형성하는 곡률반경(136)은 크다. 즉 러그 안쪽면(130)들 간의 거리(134)에 20%-50% 정도이다. 곡률반경이 크면 러그 결합부재와 배럴간의 결합강도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한 원심력에 대한 강성도와 피로강도가 향상된다. 본 발명의 선택된 실시예에서 골률반경(136)은 러그 내측거리(134)의 24%이다. 표면반경(136)이 러그 내측거리(134)의 50%이면 러그 결합 부재 내측면(132)은 리그 내측면(130) 사이에 단일 곡면을 형성할 것이다. 곡률 반경(136)들이 러그 내측거리(134)의 50% 이상되게 하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 러그 내측면(130)과 바닥면(135) 사이에 노치를 발생할 것이기 때문이다. 큰 곡률반경(136) 때문에 먼지 마개를 수용하는 카운터 보어(115)를 위해서 비교적 낮은 타원형 면적(141)(제6도 참조)을 제공할 필요가 있다.

제5도를 참조하면, 네크 부재(126)의 폭(138)은 적어도 러그(116)의 폭(139)만큼 되어야 한다는 것을 알 수 있다. 증가된 두께만큼 네크 부재의 폭(138)은 반경 응력, 비틀림 응력에 대한 강도가 증가되고, 러그(116)로 하여금 비틀림 응력을 조절할 수 있게 한다. 따라서 본 발명은 지금까지 응력에 견딜 수 없었던 대단히 큰 요우크에 주철 사용을 가능케 한 것이다.

균형공(140)은 러그(116) 중의 하나의 외측 표면(131) 상에 제공한다. 네크 부재(126)의 추가되는 폭(138)은 균형공으로 인하여 러그가 약해지지 않도록 충분한 면적을 허용하도록 되어야 한다. 주철의 비중은 단지 단조강의 밀도에 약90% 정도밖에 않되지만, 균형공(140)은 공지 기술에서 바닥면에 제공한 균형공(40)만큼 효과적이다. 그 까닭은 요우크 축(118)로부터 반경방향으로 더 많이 이격시킬 수 있기 때문이다.

본 발명은 요우크(110) 재료를 단조강 대신에 주철로 대체 가능케 한다. 주철재 요우크(110)는 공기 지술의 단조강 요우크보다 질량은 더 크지만, 그 중량은 주철의 비중이 단조강의 약 90%이기 때문에 단조강보다 크지 않다. 주철은 세제곱 인치당 약 0.25파운드의 무게가 나가는 반면, 단조강은 세제곱 인치당 약0.283파운드이다.

요우크(110)에 사용된 주철 재료는 주조[(미국) SAE(자동차 기술자학회)재료 규격 D 7003(수정)]에 사용된 구상 흑연주철(pearlitic modular (ductile) iron)이다. 이 주철의 인장강도는 100,000PSI이고 항복 강도는 70,000 PSI 이다. 2인치에 대한 연신율은 3 내지 5%이고, 탄성계수는 22-24×10⁶PSI 이다. 이 재료의 강도는 C20-30의 록크웰 강도와 229-285 BHN의 브린넬 강도를 갖는다. 이 주철의 강도는 기계가공에 충분하다.

상기 선택된 실시예에 관한 설명은 미끄럼 요우크만에 관한 것이고, 본 발명의 목적은 다른 유형의 여러 가지 요우크 즉 스프라인 부재가 원통이 아닌 단부 요우크 등에도 사용할 수 있다. 본 발명의 또다른 변형된 실시예는 다음의 특허청구 범위에 기재한 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 얼마든지 가능하다.

Claims

연관된 부재의 쌍대 스프라인과 결합되게 하기 위하여 축방향으로 연장된 스프라인을 한정하는 스프라인 부재를 포함하고, 스프라인 축에 대하여 대칭으로 위치한 축방향으로 연장된 두 개의 러그를 포함하고, 스프라인 축에 교차하는 방향으로 각 러그에 형성된 횡방향으로 일치된 지지구멍을 포함하고, 러그들을 스프라인 부재에 결합시키는 러그 결합 부재를 포함하고, 러그 결합 부재에는 러그들과 각기 결합되는 2개의 네크 부재를 포함하고, 각 네크 부재를 스프라인 부재에 각기 결합하는 쇼울더 부재를 포함하는 대형 요우크에 있어서, 각 러그의 내측면들은 횡방향 지지구멍의 가장 안쪽부분에 인접하고, 러그 결합 부재의 내측면은 상기 러그들 가운데 적어도 어느 하나에서부터 스프라인 부재에 인접한 부분까지 연장되고, 러그 결합부재의 내측면의 곡률반경이 러그들의 내측면 사이의 수직거리의 20% 내지 50%가 되게 하는 것을 특징으로 하는 대형 요우크.
제1항에 있어서, 각 네크 부재들의 폭(두께)이 적어도 러그들의 폭(두께)보다 큰 것을 특징으로 하는 대형 요우크.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 주철로 제작된 것을 특징으로 하는 대형 요우크.
연관된 부재의 상대 스프라인과 결합되게 하기 위하여 축방향으로 연장된 스프라인을 한정하는 스프라인 부재를 포함하고, 원통축에 대하여 대칭으로 위치한 축방향으로 연장된 두 개의 러그를 포함하고, 원통축에 교차하는 방향으로 각 러그에 형성된 횡방향으로 일치된 지지구멍을 포함하고, 러그들을 원통 부재에 결합시키는 러그 결합 부재를 포함하고, 러그 결합 부재에는 러그들과 각기 결합되는 2개의 네크 부재를 포함하고, 각 네크 부재를 원통 부재에 각기 결합하는 쇼울더 부재를 포함하는 대형 요우크에 있어서, 상기한 러그 결합 부재는 쇼울더 부재와 원통 부재 사이에 환형 경사면을 포함하고, 경사면의 직경은 원통 부재의 지름보다 크고, 경사면과 원통 부재를 연결하는 환형 램프를 포함하고, 램프면이 원통축과 45°이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 대형 요우크.
제4항에 있어서, 주철로 제작된 것을 특징으로 하는 대형 요우크.