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KR101899652B1 - 트라이포드 타입 등속조인트를 구비하는 허브 일체형 등속 조인트 모듈 - Google Patents

트라이포드 타입 등속조인트를 구비하는 허브 일체형 등속 조인트 모듈 Download PDF

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KR101899652B1
KR101899652B1 KR1020160126212A KR20160126212A KR101899652B1 KR 101899652 B1 KR101899652 B1 KR 101899652B1 KR 1020160126212 A KR1020160126212 A KR 1020160126212A KR 20160126212 A KR20160126212 A KR 20160126212A KR 101899652 B1 KR101899652 B1 KR 101899652B1
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KR
South Korea
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hub
spring
constant velocity
velocity joint
cap
Prior art date
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KR1020160126212A
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KR20180036084A (ko
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이기용
최홍규
정창희
이수경
Original Assignee
현대위아 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 허브 일체형 등속 조인트 모듈은 너클; 상기 너클의 내부에 회전 가능하게 결합되고 중공형인 허브; 및 스파이더부, 상기 스파이더부로부터 일측으로 연장하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 반대쪽에 위치되는 스프링 캡을 포함하는 등속 조인트 조립체;를 포함하고, 상기 허브는 휠 디스크에 결합되는 제 1 허브 및 상기 스파이더부가 연결되는 제 2 허브를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 허브가 일체로 형성되어 일측(제 1 허브)은 휠 디스크에 결합되고, 타측(제 2 허브)은 구동력을 전달받도록 구성되므로, 종래 구성들에 비해 부품수가 절감된다.

Description

트라이포드 타입 등속조인트를 구비하는 허브 일체형 등속 조인트 모듈{Hub-integraged Constant Velocity Joint Module with Tripod Type Constant Velocity Joint}
본 발명은 등속 조인트 조립체에 관한 것으로서, 특히 너클의 내부에 허브와 등속 조인트 하우징이 일체로 형성되어 중량을 절감하고 패키지의 소형화를 달성하기 위한 허브 일체형 등속 조인트 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 상하, 전후 방향의 하중과 차량이 선회할 때의 수평 하중을 지지하도록 하기 위해 허브와 베어링이 구동차축에 연결된 타이어 휠에 설치된다.
등속 조인트는 차량의 구동차축에 설치되어 트랜스미션으로부터 전달된 동력을 각속도의 변화 없이 바퀴에 전달하기 위해 사용된다. 등속 조인트의 허브와 베어링은 유기적으로 조립되어 하나의 유닛으로 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 등속 조인트 모듈의 내외부를 절개하여 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1의 액슬을 분리하여 나타낸 분해도이다.
구동 샤프트(90)는 트랜스미션으로부터 동력을 전달받아 볼 타입의 등속 조인트(91)를 회전시킨다. 등속 조인트(91)는 구동 샤프트(90)의 일측에 결합되어 등속 조인트 하우징(92)에 삽입되어 있다. 등속 조인트 하우징(92)의 일측에는 길게 노출된 스템부(93)가 형성되어 있고, 스템부(93)의 단부에는 로크너트(61)가 결합된다. 스템부(93)는 허브(71)와 베어링(72)이 일체로 형성된 허브-베어링 조립체(70) 내부에 삽입된다. 스템부(93)가 삽입되는 허브-베어링 조립체(70)의 내부는 길이방향의 내치가 형성되어 스템부(93)의 외치와 맞물린다.
따라서, 구동 샤프트(90)와 등속 조인트(91)가 회전하면 등속 조인트 하우징(92)과 스템부(93)가 회전하여 허브-베어링 조립체(70)를 회전시키고, 이에 따라 디스크(60)도 회전하게 된다.
이러한 종래의 등속 조인트 모듈을 사용하면, 결합 단계가 많은 만큼 부품수가 증가하고, 특히, 등속 조인트 하우징과 허브 베어링 조립체 사이에서의 이음 방지를 위해 이음방지 와셔를 추가로 구비해야 하였다. 이렇게 되면, 부품들 각각의 형상 제작을 위한 가공, 단조, 열처리 등의 제작비가 높다는 문제점이 있었다.
또한, 트랜스미션 측의 등속 조인트는 트라이포드 타입인 반면 휠 측의 등속 조인트는 볼 타입이어서 두 가지 타입의 등속 조인트를 제조 또는 관리하는 비용이 크다. 또한, 등속 조인트와 허브의 연결이 톱니로 이루어져 필연적으로 백래시(backlash)가 발생함으로써 응답성이 낮아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 허브와 등속 조인트 하우징을 일체화하고, 트라이포드 타입 등속 조인트를 사용함으로써, 전체 부품 개수 및 중량을 절감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 허브 일체형 등속 조인트 모듈은 상기 과제를 달성하기 위해, 너클; 상기 너클의 내부에 회전 가능하게 결합되고 중공형인 허브; 및 스파이더부, 상기 스파이더부로부터 일측으로 연장하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 반대쪽에 위치되는 스프링 캡을 포함하는 등속 조인트 조립체;를 포함하고, 상기 허브는 휠 디스크에 결합되는 제 1 허브 및 상기 스파이더부가 연결되는 제 2 허브를 포함한다.
이 실시예에 따르면, 허브가 일체로 형성되어 일측(제 1 허브)은 휠 디스크에 결합되고, 타측(제 2 허브)은 구동력을 전달받도록 구성되므로, 종래 구성들에 비해 부품수가 절감된다.
상기 허브 일체형 등속 조인트 모듈은, 일단이 상기 스프링 캡에 결합되는 스프링을 더 포함하고, 상기 스프링의 타단은 상기 허브 내에서 허브의 중심축과 일치하도록 고정될 수 있다. 상기 스프링의 타단이 허브의 중심축과 일치하도록 고정되면, 샤프트가 허브의 중심축(R)에서 벗어나게 되더라도, 스프링에 의해 다시 제자리로 복원하는 힘이 가해진다(이하, 이를 "셀프 센터링"이라고 한다).
바람직하게는, 상기 허브는 원통형의 스프링 수용부를 갖는 허브캡을 더 포함하고, 상기 스프링의 타단이 상기 스프링 수용부 내에 삽입되어 상기 스프링 수용부의 벽부에 접촉될 수 있다. 여기서 허브캡은 셀프 센터링 구현을 위해 허브 내에 설치되는 부품으로서, 스프링이 허브캡에 접촉되도록 구성하거나, 바람직하게는 허브캡 안쪽 끝에 끼워지도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 허브캡의 안쪽 끝에 링형의 리세스가 형성되면, 스프링 와이어가 상기 리세스 내로 끼워질 수 있다. 즉, 상기 허브캡의 스프링 수용부 안쪽 끝에 스프링 와이어의 단부가 결합되는 리세스가 형성될 수 있다.
이를 구현하기 위해, 원형의 스프링 캡이 구비되는데, 상기 스프링 캡은 스프링이 결합되는 바닥이 스프링 쪽으로 볼록하게 형성되고, 바닥의 가장자리는 반경 방향 바깥에서 중심으로 유선형으로 형성되어, 스프링 와이어의 단부의 적어도 일부 표면을 감쌀 수 있다.
상기 스프링 캡은 바닥 반대쪽에 형성되는 경계판을 포함할 수 있다. 경계판이 위치됨으로써, 스프링의 단부가 스프링 캡으로부터 이탈되는 것이 방지된다.
상기 허브 일체형 등속 조인트 모듈은 상기 너클과 허브 사이에 배치되는 내측 베어링, 외측 베어링, 및 상기 내측 베어링과 외측 베어링 사이에 위치되는 스페이서를 포함하는 베어링 조립체를 포함할 수 있고, 상기 베어링 조립체 일측에는 하우징의 외주연부 일측에 형성되는 지지턱이 형성되고, 상기 베어링 조립체의 타측에는 하우징의 외주연부 타측에 로크너트가 구비될 수 있다. 상기 로크너트가 구비됨으로써, 베어링 예압을 조절할 수 있어, 베어링의 수명을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 허브 일체형 등속 조인트 모듈에 의하면, 부품수가 줄어들어, 등속 조인트 모듈 전체 중량이 상당히 감소된다.
도 1은 종래의 등속 조인트 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 일체형 등속 조인트 모듈의 일부를 절개하여 내부를 도시한 정면도이다.
도 3은 도 2의 A 방향에서 바라본 허브의 정면도이다.
도 4는 도 3의 허브에서 허브캡을 제거한 모습을 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 일체형 등속 조인트 모듈을 트랜스미션 측의 등속 조인트와 함께 도시한 정면도이다.
도 6은 도 2의 B 부분에 대한 확대도이다.
도 7은 도 6의 C 부분에 대한 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 허브 일체형 등속 조인트 모듈의 단면도이다.
도 9는 도 2의 D 부분에 대한 확대도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 허브 일체형 등속 조인트 모듈의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면으로서, 허브 일체형 등속 조인트 모듈은 제 1 허브(1a)와 제 2 허브(1b)를 포함하는 일체형 허브(1)를 구비한다. 일체형 허브(1)는 내부가 빈 중공형으로 형성된다. 제 1 허브(1a)와 제 2 허브(1b)는 단지 허브(1)의 구역을 나눈 것에 불과하고, 이는 하나의 부품으로서 형성된다. 제 1 허브(1a)는 휠 디스크(10)에 결합되어 휠 디스크(10)에 회전력을 전달한다. 이 회전력은 등속 조인트 조립체(7)로부터 전달되는데, 등속 조인트 조립체(7)는 트랜스미션 측으로부터 회전력을 전달받는 샤프트(7b), 및 샤프트(7b)의 일단에 조립되고 3개의 스파이더(7a)가 회전 가능하게 설치되는 트라이포드부를 포함한다.
제 2 허브(1b)의 안쪽에는 스파이더(7a)가 맞물릴 수 있는 홈이 형성되어 등속 조인트 조립체의 회전으로 허브(1)도 회전된다. 상기 스파이더(7a)는 바퀴와 같이 회전이 가능하고, 유선형으로 형성되어, 샤프트(7b)가 중심축(R)과 각도를 달리 하더라도 허브(1) 내에서 맞물린 상태로 움직일 수 있다.
상기 트라이포드부 좌측에는 스프링(5)이 설치된다. 스프링의 제 1 단부는 등속 조인트 모듈에 결합되고, 제 2 단부는 허브 내에서 허브의 중심축(R)과 축을 공유하도록 고정된다.
허브(1)와 너클(9) 사이에는 베어링 조립체가 위치된다. 베어링 조립체는 두 개의 단열 베어링(3) 및 스페이서(12)로 구성된다. 상기 스페이서(12)는 두 개의 단열 베어링(3) 사이에 배치되어, 베어링 간의 횡방향 거리를 결정한다.
베어링(3)의 외륜(3a)은 너클(9)에 결합되고, 베어링(3)의 내륜(3b)은 허브(1)에 결합된다. 베어링(3)은 허브(1)에 의해 가해지는 중력 방향 하중 및 회전력으로 인해 발생하는 부하를 지지하는 역할을 한다. 허브(1)의 외주연부에는 지지턱(13)이 형성되어 베어링 조립체의 (도면 상) 좌측에서 외측 베어링의 내륜(3b)을 지지한다. 지지턱(13)의 반대쪽에는 내측 베어링의 내륜(3b) 외측으로 로크너트(8)가 설치되어 베어링 예압 조절이 가능하고, 이로 인해 베어링 조립체의 수명이 증가한다. 로크너트(8)를 고정시키기 위해 로크너트(8) 외측으로 로크링(11)이 추가로 설치된다.
이 실시예에 의한 허브 일체형 등속 조인트 모듈의 조립 순서는 다음과 같다. 너클(9)에 두 베어링(3)의 외륜(3a)을 압입한다. 일체형 허브(1)에 두 베어링(3)의 내륜(3b)을 압입한다. 지지턱(13) 바깥에 로크너트(8)를 체결한다. 허브캡 볼트 3개를 사용하여 허브캡을 허브 내부에 조립한다. 스프링(5)의 제 2 단부를 허브캡(2)에 조립하고, 제 1 단부는 스프링 캡(6)에 조립하고, 등속 조인트를 허브 내에 조립한다. 이렇게 조립한 후에, 트랜스미션의 동력이 샤프트(7b)를 통해 전달되면, 결과적으로 허브(1)가 회전되어 휠 측으로 구동력이 전달된다.
도 3은 일체형 허브(1)를 도시한 것이다. 허브의 내부는 뚫려 있으나, 그 내부에 허브캡(2)이 설치되어 있다. 허브캡(2)은 3개의 허브캡 볼트(4)로 체결될 수 있다.
도 4는 도 3의 일체형 허브(1)에서 허브캡(2)을 제거한 도면을 도시한다. 허브 내에는 등속 조인트 조립체(7)의 스파이더(7a)가 맞물릴 수 있도록 공간이 형성되는데, 스파이더(7a)와 정확히 대응되지 않고 조금 여유 있게 공간이 형성된다. 상기 스파이더(7a)는 회전이 가능하여, 샤프트(7b)가 중심축(R)을 이탈하더라도 그 여유 공간 내에서 움직이면서 회전력을 계속 전달할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4에서 보는 바와 같이, 종래의 스템부를 없애고 스파이더(7a)를 바로 허브(1)에 장착함으로써, 부품수를 감소시켜 중량과 비용을 감소시킬 수 있다.
도 5는 중간 샤프트(S)에 의해 트랜스미션 측(T)과 연결된 허브 일체형 등속 조인트 모듈을 도시한다. 양쪽 등속 조인트 모두 트라이포드 타입이고, 스프링(5, 5')의 일단은 트라이포드와 결합되어 있고, 타단은 반대편에서 스프링 수용부에 의해 결합되어 있다.
도 5에 도시된 구조에 의해, 중간 샤프트(S)가 중심축(R)을 벗어나면 다시 제자리로 복원시키는 셀프 센터링이 가능해진다. 특히, 종래에는 등속 조인트 특성상 휠 측에는 고정을 위해 볼 타입 등속 조인트를 사용하고 트랜스미션 측은 트라이포드 타입 등속 조인트를 사용하였으나, 이 실시예에서는 양 측 모두 트라이포드 타입 등속 조인트를 사용함과 동시에, 등속 조인트에 스프링을 추가 장착하여, 휠 측에서 볼 타입 등속 조인트를 사용하지 않더라도 셀프 센터링이 가능하도록 하였다. 또한, 이에 의해 부품이 단순해지고, 조립성이 향상되며, 중량이 감소되는 등의 장점을 가진다.
도 6을 참조하면, 도 2의 B 부분에 대한 확대도를 볼 수 있다. 스프링(5), 허브캡(2), 및 스프링캡(6)이 더욱 구체적으로 도시되어 있다. 스프링 캡(6)에는 스프링(5)의 단부를 수용하는 공간이 형성되어 있고, 이는 둘레부(6c)와 바닥부(6d)에 의해 형성된다.
둘레부(6c)는 원통형으로 형성되어 스프링 와이어 일부를 수용할 수 있도록 구성되고, 바닥부(6d)는 스프링 쪽으로 볼록하게 형성된다. 또한, 둘레부(6c)와 바닥부(6d)의 경계 부분인 만곡부(6b)는 둘레부(6c)로부터 바닥부(6d) 쪽으로, 즉 반지름 방향으로 유선형으로 형성되어, 스프링 와이어의 단부(5a)가 그 안에 견고히 고정될 수 있도록 구성된다. 바닥부(6d)가 볼록하게 형성되는 것 또한 스프링 와이어 일부를 감싸듯이 고정하기 위한 구성이다.
스프링 캡(6)에는 바닥부(6d) 반대편에 경계판(6a)이 설치되어, 스프링(5)이 쉽게 빠져나가지 않도록 지지해주는 역할을 한다.
스프링의 제 2 단부(5b) 역시 허브캡(2)에 고정되는 것이 바람직한데, 이는 도 7에서 보는 바와 같이, 허브캡(2)의 원통형 부분인 스프링 수용부(2a) 안쪽에 리세스(2b)를 형성함으로써 달성될 수 있다. 즉, 스프링(5)의 제 2 단부(5b)에 대응되는 크기로 리세스가 형성되면, 스프링(5)을 허브캡(2)에 조립시에, 우선 스프링 수용부(2a) 내에 삽입하고, 제 2 단부(5b)를 상기 리세스(2b)에 끼워넣을 수 있다. 리세스(2b)는 스프링 수용부(2a)의 둘레에 걸쳐 전체로서 형성될 수도 있고, 일부에만 형성될 수도 있다.
허브캡(2)은 스프링 수용부(2a)와 결합부(2b)를 포함한다. 상기 결합부(2b)는 대체로 원통형인 스프링 수용부(2a)의 둘레에서 허브(1)의 내부면 중 일부와 접촉하는 판 형태로 형성될 수 있다. 이 실시예에서는, 결합부(2b)가 스프링 수용부(2a)의 일단에서 반경 방향 바깥으로 일정거리만큼 폭을 가지고 원주 방향으로 연장하여 링 형태를 가진다. 제 2 허브(1b)의 내경이 제 1 허브(1a)의 내경보다 좁아, 결합부(2b)와 맞닿을 수 있는 면을 가지므로, 이 면에 결합부(2b)가 맞닿아 허브캡 볼트(4)에 의해 결합된다.
도 8과 도 9에는 베어링 조립체가 도시된다. 베어링 조립체는 두 개의 단열 베어링(3)과 그사이에 배치되는 스페이서(12)를 포함하고, 단열 베어링은 휠 측에 더 가까이 있는 베어링이 외측 베어링으로, 트랜스미션 측에 가까운 베어링이 내측 베어링으로 정의된다. 베어링(3)은 외륜(3a)과 내륜(3b)을 포함하며, 외륜(3a)은 너클(9)에 압입되고, 내륜(3b)은 허브(1)에 압입되는 것이 바람직하다.
내측 베어링의 외측에는 로크너트(8)가 체결되어, 베어링 예압을 조절할 수 있고, 이로 인해 베어링 수명이 증가한다.
두 개의 단열 베어링(3)이 횡으로 설치되고, 스페이서(12)가 두 단열 베어링(3) 사이의 거리를 결정할 수 있다. 즉, 스페이서(12)의 길이가 커지면 베어링 사이의 간격은 멀어진다. 이러한 구성에 의해, 외측 베어링과 내측 베어링 사이의 간격을 극대화시킬 수 있으므로 차량의 횡강성이 증가되고 차량의 코너링 운전시 핸들링이 더 우수해진다.
도 9에서 보는 바와 같이, 로크너트(8)가 외측 베어링의 내륜(3b) 외측에 걸치되어 베어링 예압을 조절하고, 로크너트(8)를 고정하기 위한 로크링(11)이 추가로 구비될 수 있다.
1: 허브
1a: 제 1 허브
1b: 제 2 허브
2: 허브캡
2a: 스프링 수용부
2b: 결합부
3: 베어링
4: 허브캡 볼트
5: 스프링
5a: 제 1 단부
5b: 제 2 단부
6: 스프링 캡
6a: 경계판
6b: 만곡부
6c: 둘레부
6d: 바닥부
7: 등속 조인트 조립체
7a: 스파이더
7b: 샤프트
8: 로크너트
9: 너클
10: 휠 디스크
R: 허브 중심축
11: 로크링
12: 스페이서

Claims (6)

  1. 너클;
    상기 너클의 내부에 회전 가능하게 결합되고 중공형인 허브; 및
    스파이더부, 상기 스파이더부로부터 일측으로 연장하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 반대쪽에 위치되는 스프링 캡을 포함하는 등속 조인트 조립체;를 포함하고,
    상기 허브는 휠 디스크에 결합되는 제 1 허브 및 상기 스파이더부가 연결되는 제 2 허브를 포함하고,
    일단이 상기 스프링 캡에 결합되는 스프링을 더 포함하고,
    상기 스프링의 타단은 상기 허브 내에서 허브의 중심축과 일치하도록 고정되고,
    상기 허브는 원통형의 스프링 수용부를 갖는 허브캡을 더 포함하고,
    상기 스프링의 타단은 상기 스프링 수용부 내에 삽입되고 상기 스프링 수용부의 벽부에 접촉되고,
    상기 허브캡의 스프링 수용부 안쪽 끝에 스프링 와이어의 단부가 결합되는 리세스가 형성되는, 허브 일체형 등속 조인트 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 너클과 허브 사이에 배치되는 내측 베어링, 외측 베어링, 및 상기 내측 베어링과 외측 베어링 사이에 위치되는 스페이서를 더 포함하는, 허브 일체형 등속 조인트 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스프링 캡은 바닥이 볼록하게 형성되고 바닥의 가장자리는 유선형으로 형성되어, 스프링 와이어의 단부의 적어도 일부 표면을 감싸는, 허브 일체형 등속 조인트 모듈.
  6. 삭제
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