KR101467913B1 - 등속 유니버설 조인트 - Google Patents

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KR101467913B1
KR101467913B1 KR1020130109257A KR20130109257A KR101467913B1 KR 101467913 B1 KR101467913 B1 KR 101467913B1 KR 1020130109257 A KR1020130109257 A KR 1020130109257A KR 20130109257 A KR20130109257 A KR 20130109257A KR 101467913 B1 KR101467913 B1 KR 101467913B1
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이현일
이장선
김동진
정재승
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Abstract

등속 유니버설 조인트는, 복수의 외측 볼 그루브를 구비하는 외측 조인트 부재, 상기 복수의 외측 볼 그루브에 각각 대응하는 복수의 내측 볼 그루브를 구비하는 내측 조인트 부재, 상기 한 쌍의 외측 볼 그루브 및 내측 볼 그루브에 의해 각각 안내되는 복수의 토크 전달 볼, 그리고 상기 복수의 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지를 포함한다. 상기 외측 및 내측 볼 그루브는 서로 다른 형상이 연결되어 이루어지는 이중 형상을 각각 가지며, 상기 외측 조인트 부재와 상기 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 상기 내측 조인트 부재의 중심선과 상기 토크 전달 볼의 중심 사이의 거리(H)에 대한 상기 외측 볼 그루브의 변곡 중심점과 상기 외측 조인트 부재와 상기 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 상기 복수의 토크 전달 볼의 중심들을 연결하는 선 사이의 거리인 오프셋(offset) 값(O)의 비율(O/H)이 0.07 내지 0.11이다.

Description

등속 유니버설 조인트{Constant velocity universal joint}
본 발명은 차량의 등속 유니버설 조인트에 관한 것이다.
등속 유니버설 조인트는 외측 볼 그루브를 포함하는 외측 조인트 부재, 내측 볼 그루브를 포함하는 내측 조인트 부재, 한 쌍의 외측 볼 그루브와 내측 볼 그루브에 의해 안내되도록 배치되는 토크 전달 볼, 그리고 상기 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지를 포함한다. 이러한 등록 유니버설 조인트는 차량의 변속기와 구동 휠 사이에 배치되어 토크를 전달하는 기능을 수행할 수 있다.
종래에 이와 같은 등록 유니버설 조인트에서 볼 그루브는 서로 다른 형상을 가지는 부분이 접합되어 형성되는 이중 형상을 가지며 고절각(예를 들어 50도 이상)을 가지도록 형성된다.
통상 고절각의 등속 유니버설 조인트에서 외측 조인트 부재와 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 내측 조인트 부재의 중심선과 볼의 중심 사이의 거리(H)에 대한 외측 볼 그루브의 변곡 중심점과 외측 조인트 부재와 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 복수의 토크 전달 볼의 중심들을 연결하는 선 사이의 거리인 오프셋(offset) 값(O)의 비율(O/H)이 0.13 내지 0.15의 범위에 속하는 것이 일반적이다.
그러나 이러한 고절각의 등속 유니버설 조인트에서 상기 비율(O/H)이 상기한 범위에 속하는 경우 동력 손실이 큰 문제가 있었다.
한국 공개특허 10-2000-0075495
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 도출된 것으로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고절각의 등속 유니버설 조인트에서 상기한 비율(O/H)의 조절을 통해서 동력 손실을 저감할 수 있는 등속 유니버설 조인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 등속 유니버설 조인트는, 복수의 외측 볼 그루브를 구비하는 외측 조인트 부재, 상기 복수의 외측 볼 그루브에 각각 대응하는 복수의 내측 볼 그루브를 구비하는 내측 조인트 부재, 상기 한 쌍의 외측 볼 그루브 및 내측 볼 그루브에 의해 각각 안내되는 복수의 토크 전달 볼, 그리고 상기 복수의 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지를 포함한다. 상기 외측 및 내측 볼 그루브는 서로 다른 형상이 연결되어 이루어지는 이중 형상을 각각 가지며, 상기 외측 조인트 부재와 상기 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 상기 내측 조인트 부재의 중심선과 상기 토크 전달 볼의 중심 사이의 거리(H)에 대한 상기 외측 볼 그루브의 변곡 중심점과 상기 외측 조인트 부재와 상기 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 상기 복수의 토크 전달 볼의 중심들을 연결하는 선 사이의 거리인 오프셋(offset) 값(O)의 비율(O/H)이 0.07 내지 0.11이다. 이때, 상기 변곡 중심점은 상기 토크 전달 볼의 중심들을 연결하는 선으로부터 상기 외측 조인트 부재의 개방측 쪽으로 오프셋된다.
삭제
상기 볼 케이지는 상기 토크 전달 볼과 접촉하는 부위가 접촉면의 내측 단에서 외측 단 방향으로 1/8 내지 1/12 사이의 지점에 위치할 수 있다.
상기 내측 조인트 부재는 상기 외측 조인트 부재에 대해 50도 이상의 절각으로 회동될 수 있다.
삭제
본 발명에 의하면, 등속 유니버설 조인트에서 외측 조인트 부재와 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 내측 조인트 부재의 중심선과 토크 전달 볼의 중심 사이의 거리(H)에 대한 외측 볼 그루브의 변곡 중심점과 외측 조인트 부재와 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 복수의 토크 전달 볼의 중심들을 연결하는 선 사이의 거리인 오프셋(offset) 값(O)의 비율(O/H)을 적절히 조절함으로써, 동력 전달 효율을 높임과 동시에 락킹을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 등속 유니버설 조인트의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 등속 유니버설 조인트에서 볼 그루브와 볼의 크기 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 등속 유니버설 조인트에서 볼 그루브와 볼의 접촉 관계를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 등속 유니버설 조인트는 외측 조인트 부재(10)와 내측 조인트 부재(20)를 포함한다. 등속 유니버설 조인트는 차량의 변속기의 동력을 구동 휠로 전달하는 역할을 할 수 있으며, 이 경우 외측 조인트 부재(10)는 차량의 구동 휠에 연결될 수 있으며 내측 조인트 부재(20)는 연결 샤프트(100)를 통해서 차량의 변속기에 연결될 수 있다. 이때, 내측 조인트 부재(20)는 연결 샤프트(100)와 일체로 회전하도록 체결되며, 내측 조인트 부재(20)와 연결 샤프트(100) 사이에 고정 링(110)이 개재되어 축 방향으로 고정시키는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 등속 유니버설 조인트는 외측 조인트 부재(10)에 대한 내측 조인트 부재(20)의 회동 각도(절각)가 큰 고절각(예를 들어 50도 이상의 절각)의 등속 유니버설 조인트일 수 있다.
외측 조인트 부재(10)는 일측이 개방되어 내측 조인트 부재(20)를 수용할 수 있는 형상을 가지며, 내측 조인트 부재(20)는 일정 범위 내에서 회전 가능한 상태로 외측 조인트 부재(10) 내에 배치된다.
외측 조인트 부재(10)의 내면에는 복수의 외측 볼 그루브(11)가 방사상으로 배열되도록 형성되고, 내측 조인트 부재(20)의 외면에는 복수의 내측 볼 그루브(21)가 방사상으로 배열되도록 형성된다.
복수의 토크 전달 볼(30)이 한 쌍의 외측 볼 그루브(11) 및 내측 볼 그루브(21)에 의해 각각 안내되도록 배치된다. 즉, 외측 볼 그루브(11) 및 내측 볼 그루브(21)는 쌍으로 서로 공동 작용하고, 토크 전달 볼(30)을 쌍으로 공동으로 수용한다. 이에 따라 각각의 토크 전달 볼(30)은 한 쌍의 외측 볼 그루브(11)와 내측 볼 그루브(21)에 의해 형성되는 공간에 일정 범위 내에서 이동 가능하도록 배치되어 토크 전달 기능을 수행한다.
토크 전달 볼(30)은 볼 케이지(40)에 수용된다. 볼 케이지(40)는 복수의 토크 전달 볼(30)의 수용을 위해 복수의 윈도우(41)이 형성된다. 볼 케이지(40)는 외측 조인트 부재(10)와 내측 조인트 부재(20) 사이에 배치되며 전체적으로 고리 형상을 가질 수 있으며, 각 윈도우(41)는 반경 반향으로 관통되어 형성될 수 있다.
외측 볼 그루브(11)와 내측 볼 그루브(21)는 서로 다른 형상이 연결되어 이루어지는 이중 형상을 갖는다. 즉, 외측 볼 그루브(11)는 제1 형상을 갖는 부분(S1) 및 이와는 다른 형상을 갖는 제2 형상을 갖는 부분(S2)를 포함하며, 이와 마찬가지로 내측 볼 그루브(21)도 유사하게 서로 다른 두 개의 형상을 갖는 부분이 조합되어 이중 형상을 갖게 된다. 이때, 내측 볼 그루브(21)에서 두 개의 서로 다른 형상을 갖는 부분의 배열은 외측 볼 그루브(11)와는 반대가 된다.
본 발명의 실시에에 따르면, 외측 조인트 부재(10)와 내측 조인트 부재(20)가 영(0)의 각도를 이루는 상태(즉, 도 1의 상태)에서 내측 조인트 부재(20)의 중심선과 토크 전달 볼(30)의 중심 사이의 거리(H)에 대한 외측 볼 그루브(11)의 변곡 중심점(C)과 외측 조인트 부재(10)와 내측 조인트 부재(20)가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 복수의 토크 전달 볼(30)의 중심들(BC)을 연결하는 선 사이의 거리인 오프셋(offset) 값(O)의 비율(O/H)이 0.07 내지 0.11 사이의 값을 가진다. 여기서 변곡 중심점(C)은 서로 다른 두 개의 형태로 이루어지는 부분(S1, S2)가 만나는 지점을 의미한다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 변곡 중심점(C)은 토크 전달 볼(30)의 중심들을 연결하는 선으로부터 외측 조인트 부재(10)의 개방측 쪽(도 1에서 우측)으로 오프셋된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 두 값의 비율(O/H)이 0.07 내지 0.11의 범위에 속하는데, 하한치 0.07은 제품의 생산 및 조립을 위한 치수 공차(대략 20㎛ 정도)를 고려 시 락킹(locking) 방지를 위한 최소값에 해당하며, 상한치 0.11은 통상의 오프셋 비율(대략 0.13 내지 0.15) 대비하여 대략 5% 정도 효율 향상을 달성할 수 있는 값이다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 내측 조인트 부재(20)의 중심선과 토크 전달 볼(30)의 중심 사이의 거리(H)에 대한 외측 볼 그루브(11)의 변곡 중심점(C)과 외측 조인트 부재(10)와 내측 조인트 부재(20)가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 복수의 토크 전달 볼(30)의 중심들(BC)을 연결하는 선 사이의 거리인 오프셋(offset) 값(O)의 비율(O/H)에 따라 동력 전달 효율이 달라진다는 점을 발견하였으며, 그 값을 최적으로 설정하여 동력 전달 효율 향상을 도모함과 동시에 락킹을 방지할 수 있는 값의 범위를 선택하였다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 도 2를 참조하면, 토크 전달 볼(30)을 구속하는 외측 볼 그루브(11) 및 내측 볼 그루브(21)의 양 측단의 높이(OH, IH)는 토크 전달 볼(30)의 반경(BR)의 2/3 이상일 수 있다. 이는 실제 토크 전달 볼(30)의 접촉각이 30도 내지 45도로서 하중 작용 시 토크 전달 볼(30)에 의한 그루브 밀림으로 인한 변형을 방지하기 위하여 볼 접촉부의 바깥으로 일정 정도의 여유를 확보하기 위한 것이다.
한편, 도 3을 참조하면, 볼 케이지(40)는 토크 전달 볼(30)과 접촉하는 볼 접촉 위치가 접촉면의 내측 단(CI)에서 외측 단(CO) 방향으로 1/8 내지 1/12 사이의 지점에 위치할 수 있다. 즉, 도 3에서 볼 케이지(40)의 접촉면의 내측 단(CI)과 볼 접촉 위치 사이의 거리는 볼 케이지(40)의 접촉면의 내측 단(CI)와 외측 단(CO) 사이의 거리의 1/8 내지 1/12에 해당한다. 또한 본 발명의 실시예에 따르면, 볼 케이지(40)에 필요한 원주 방향 공간은 실제 토크 전달 볼(30)의 회전 반경 방향 전체 운동량의 1.2 내지 1.4 배일 수 있다. 이는 실제 작동 시 0 내지 50도의 토크 전달 볼(30)과 윈도우(41) 상의 움직임을 살펴 보면, 가분수 형태의 8자 운동을 하는데 50도 각도를 구현하기 위한 볼 케이지(40)와 토크 전달 볼(30)의 접촉(0도)을 매우 아래쪽으로 치우치게 설계하기 위한 것이다. 이러한 값들에 의해 고절각이 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 외측 조인트 부재
11: 외측 볼 그루브
20: 내측 조인트 부재
21: 내측 볼 그루브
30: 토크 전달 볼
40: 볼 케이지

Claims (5)

  1. 복수의 외측 볼 그루브를 구비하는 외측 조인트 부재,
    상기 복수의 외측 볼 그루브에 각각 대응하는 복수의 내측 볼 그루브를 구비하는 내측 조인트 부재,
    상기 한 쌍의 외측 볼 그루브 및 내측 볼 그루브에 의해 각각 안내되는 복수의 토크 전달 볼, 그리고
    상기 복수의 토크 전달 볼을 수용하는 볼 케이지를 포함하고,
    상기 외측 및 내측 볼 그루브는 서로 다른 형상이 연결되어 이루어지는 이중 형상을 각각 가지며,
    상기 외측 조인트 부재와 상기 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 상기 내측 조인트 부재의 중심선과 상기 토크 전달 볼의 중심 사이의 거리(H)에 대한 상기 외측 볼 그루브의 변곡 중심점과 상기 외측 조인트 부재와 상기 내측 조인트 부재가 영(0)의 각도를 이루는 상태에서 상기 복수의 토크 전달 볼의 중심들을 연결하는 선 사이의 거리인 오프셋(offset) 값(O)의 비율(O/H)이 0.07 내지 0.11이고,
    상기 변곡 중심점은 상기 토크 전달 볼의 중심들을 연결하는 선으로부터 상기 외측 조인트 부재의 개방측 쪽으로 오프셋되는 등속 유니버설 조인트.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 볼 케이지는 상기 토크 전달 볼과 접촉하는 부위가 접촉면의 내측 단에서 외측 단 방향으로 1/8 내지 1/12 사이의 지점에 위치하는 등속 유니버설 조인트.
  4. 제1항에서,
    상기 내측 조인트 부재는 상기 외측 조인트 부재에 대해 50도 이상의 절각으로 회동될 수 있는 등속 유니버설 조인트.
  5. 삭제
KR1020130109257A 2013-09-11 2013-09-11 등속 유니버설 조인트 KR101467913B1 (ko)

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