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KR100793692B1 - 자동차의 드라이브샤프트 - Google Patents

자동차의 드라이브샤프트 Download PDF

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KR100793692B1
KR100793692B1 KR1020050107449A KR20050107449A KR100793692B1 KR 100793692 B1 KR100793692 B1 KR 100793692B1 KR 1020050107449 A KR1020050107449 A KR 1020050107449A KR 20050107449 A KR20050107449 A KR 20050107449A KR 100793692 B1 KR100793692 B1 KR 100793692B1
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박정률
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Abstract

본 발명은 자동차의 드라이브샤프트에 관한 것으로, 샤프트의 양단에 각각 변속기 출력단과 휠허브에 연결되는 등속조인트가 구비된 자동차의 드라이브샤프트에 있어서, 상기 샤프트가 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)로 이분할되어 축방향으로 신축가능하게 결합되고, 이들 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)의 타단에는 모두 고정형 등속조인트(30)가 연결되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 축력 감소에 유리하고, 레이아웃 변경에 따른 다양한 설치각도 및 길이의 변화에 폭 넓게 대응할 수 있으며, 토오크 전달효율이 향상되는 효과가 있다.
자동차의 드라이브샤프트, 등속조인트, 휠측샤프트, 변속기측샤프트

Description

자동차의 드라이브샤프트{drive shaft of vehicle}
도 1은 일반적인 드라이브샤프트의 설치위치 및 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 드라이브샤프트의 구성도,
도 3은 휠측샤프트와 변속기측샤프트의 결합부위 형상을 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 휠측샤프트 11 : 수용부
12 : 수용홀 13 : 홈
13a : 절반길이홈 13b : 전체길이홈
14 : 스틸볼 15 : 서클립
20 : 변속기측샤프트 22 : 삽입단
23 : 홈 23a,23b : 절반길이홈
24 : 이탈방지턱
본 발명은 자동차에서 엔진의 동력을 휠(바퀴)로 전달하는 드라이브샤프트에 관한 것이다.
엔진의 동력은 변속기로 출력되어 드라이브샤프트를 매개로 휠에 전달된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 변속기(100)의 종감속부 즉, 출력단 양측에 드라이브샤프트(200)가 연결되며, 이 드라이브샤프트(200)의 단부에 양측 휠이 연결되어 구동력이 전달되도록 되어 있다.
상기 드라이브샤프트(200)는 변속기(100) 출력단과 휠 허브의 높이차 및 독립현가장치의 휠 거동에 대응하기 위하여 샤프트(210)의 양단에 유니버설조인트를 설치하여 이루어지는데, 주로 변속기(100) 쪽에는 축방향 거동에 대응하기 위해 작동각은 작지만 축방향으로 신축가능한 슬립형 등속조인트(220)를 사용하고, 휠쪽에는 큰 각도의 조향작용이 가능하도록 작동각이 큰 고정형 등속조인트(230)를 사용한다.
현재 변속기(100)쪽의 상기 슬립형 등속조인트(220)로서는 TJ(Tripod Joint), SFJ(Shudderless Free-ling Joint), DOJ(Double Offset Joint)등이 사용되고, 휠쪽의 고정형 등속조인트(230)로는 BJ(Birfield Joint)가 사용되고 있다.
한편, 종래의 드라이브샤프트(200)는 샤프트(210) 일측에 슬립형 등속조인트(220)를 사용하고 있으나 조인트의 슬립량만으로 드라이브샤프트(200)에 발생하는 축력을 효과적으로 감소시킬 수 없으며, 또한 슬립형 등속조인트(220)는 그 작동각(통상 20°~ 30°)이 작으므로 차종 레이아웃에 따른 다양한 설치각도에 대응할 수 없었다.
또한, 상기 샤프트(210)는 일체로 이루어져 그 길이가 고정된 것이므로 차종에 따른 다양한 레이아웃에 전혀 대응할 수 없고, 레이아웃이 달라질 경우 그에 맞는 길이의 샤프트를 새로 제작해야만 하는 문제점이 있었다.
또한, 슬립형 등속조인트(220)는 그 작동 특성상 슬립에 의한 손실이 발생하므로 토오크의 전달효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 축력 감소에 유리하고, 레이아웃 변경에 따른 다양한 설치각도 및 길이의 변화에 폭 넓게 대응할 수 있으며, 토오크 전달효율이 향상될 수 있도록 된 자동차의 드라이브샤프트를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 샤프트의 양단에 각각 변속기 출력단과 휠허브에 연결되는 등속조인트가 구비된 자동차의 드라이브샤프트에 있어서, 상기 샤프트가 휠측샤프트와 변속기측샤프트로 이분할되어 축방향으로 신축가능하게 결합되고, 이들 휠측샤프트와 변속기측샤프트의 타단에는 모두 고정형 등속조인트가 연결되어 이루어진다.
그리고, 상기 휠측샤프트는 변속기측샤프트 대응 단부에 직경이 확장된 수용부가 형성되고, 이 수용부에 원형의 수용홀이 형성되며, 이 수용홀의 내주면에 일 정 간격으로 반원형 단면의 홈이 축방향으로 형성되는 한편, 상기 변속기측샤프트는 그 단부에 상기 수용홀에 삽입되는 삽입단이 형성되고, 이 삽입단의 외주면에 상기 홈에 대응되는 반원형 단면의 홈이 등간격으로 형성되어, 상기 휠측샤프트의 수용홀에 변속기측샤프트의 삽입단이 삽입될 때 상호 일치되는 상기 홈들의 사이에 스틸볼이 투입되어 휠측샤프트와 변속기측샤프트가 회전방향으로 구속된다.
따라서, 종래 변속기 쪽에 슬립형 등속조인트를 사용함으로써 발생하던 축력 감소효과 미비, 설치각도 변화 대응성 저하, 토오크 전달 효율 감소 등의 문제점이 해결되고, 설치길이 변화 대응성이 향상될 수 있게 된다.
또한, 상기 휠측샤프트의 홈들은 축방향 길이의 절반 길이로 수용홀의 입구쪽에 형성되는 홈들과 축방향 길이의 전체에 걸쳐 형성된 홈들이 번갈아 형성되고, 상기 변속기쪽샤프트의 홈들은 모두 절반 길이의 홈들로 형성되되, 상기 휠측샤프트의 절반길이홈에 대응되는 홈은 삽입단의 후반부에 형성되고, 상기 전체길이홈에 대응되는 홈은 삽입단의 전반부에 형성될 수 있다.
따라서, 홈 형성에 의한 재질 손실을 감소시킴으로써 샤프트의 굽힘강성을 보강할 수 있게 된다.
한편, 상기 수용홀의 입구측에 서클립이 설치되고, 상기 삽입단에 형성된 홈의 축방향 앞쪽 단부에 이탈방지턱이 형성되어, 투입된 스틸볼의 이탈을 방지한다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 드라이브샤프트의 구성도로서, 본 발명은 샤프트가 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)로 이분할되어, 변속기측샤프트(20)의 단부가 휠측샤프트(10)의 단부에 축방향으로 신축가능하도록 삽입되어 결합되고, 상기 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)의 각 타단에는 모두 고정형 등속조인트(30)가 설치되는 구성으로 이루어진다.
상기 고정형 등속조인트(30)로는 종래 휠측에 사용되던 BJ(Birfield Joint)를 사용한다.
한편, 상기 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)의 결합구조는 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 휠측샤프트(10)의 변속기측샤프트(20) 대응단부에는 직경이 확장된 수용부(11)가 형성된다. 이 수용부(11)에는 축방향으로 원통형의 수용홀(12)이 형성되며, 이 수용홀(12)의 내주면에는 일정 간격으로 다수의 반원형 단면의 홈(13)들이 축방향으로 형성된다.
이에 대해, 상기 변속기측샤프트(20)의 휠측샤프트(10) 대응단부에는 상기 수용부(11)의 수용홀(12)에 삽입되는 삽입단(22)이 형성된다. 이 삽입단(22)에는 상기 휠측샤프트(10) 수용홀(12)의 홈(13)들과 같은 수의 반원형 단면 홈(23)들이 역시 동일 간격으로 형성되며, 각 홈(13,23)들은 상호 일대일 대응되어 스틸볼(14)이 투입될 수 있는 원통형 공간을 형성한다.
따라서, 휠측샤프트(10)의 수용홀(12)에 변속기측샤프트(20)의 삽입단(22)을 삽입하면서 상기 홈(13,23)들이 마주 봄에 의해 형성된 원통형 공간으로 스틸볼(14)을 투입하면, 스틸볼(14)에 의하여 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)의 상대 회전이 불가능한 상태가 됨으로써 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)는 상호 간에 회전방향으로는 구속되되, 축방향으로는 상기 홈(13,23)들을 따라 스틸볼(14)이 이동하는 것이 가능하므로 상호 축방향으로 이동할 수 있게 된다.
즉, 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)가 결합되어 이루어진 샤프트는 회전방향으로는 상호 구속되어 일체로 회전되되, 축방향(길이방향)으로는 신축가능한 구조로 결합된다.
이와 같이 본 발명에 따른 드라이브샤프트는 중간의 샤프트가 길이방향으로 신축가능하고, 그 양단이 모두 고정형 등속조인트(30)를 매개로 변속기 출력단과 휠을 연결하는 구조로 이루어진다.
따라서, 상기 샤프트는 종래에 변속기 쪽에 설치되던 슬립형 등속조인트의 축방향 슬립량에 비해 월등히 긴 축방향 슬립이 가능하므로 주행시 발생하는 축방향 거동이 보다 원활히 이루어지고, 이에 의해 축력을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 이와 같이 비교적 큰 범위의 길이조절이 자유롭게 이루어질 수 있으므로 차종 또는 레이아웃 변경에 따른 변속기 출력단과 휠 허브 사이의 길이 변화에 용이하게 대응할 수 있게 되고, 이로써 종래와 같이 레이아웃이 변경될 때마다 그에 맞는 길이의 샤프트를 새로 제작할 필요가 없게 된다.
또한, 종래 슬립형 등속조인트 대신 변속기측에도 작동각이 큰 고정형 등속조인트(30)가 사용되어 샤프트의 양단에 모두 작동각이 큰 등속조인트가 구비됨으로써 변속기 출력단과 휠허브 사이의 높이차 및 차량 전후방향으로의 위치차에 의한 설치각도 변화에 넓은 범위에 걸쳐 용이하게 대응할 수 있게 된다.
또한, 슬립형 등속 조인트의 슬립작용에 의한 마찰손실이 발생하지 않음으로써 엔진 토오크의 전달효율이 향상된다.
한편, 상기 수용홀(12)과 삽입단(22)의 내/외주면에 형성되는 반원형 홈(13,23)들이 모두 수용홀(12)과 삽입단(22)의 축방향 길이 전체에 걸쳐 형성될 경우, 수용부(11)와 삽입단(22)을 이루는 재질의 부족으로 강성 저하가 발생하여 작동시 발생하는 굽힘응력에 대응하지 못하고 구부러지거나 꺽여 파손될 우려가 있다.
따라서, 이들 모두를 축방향 길이 전체에 걸쳐 형성하지 않고, 수용홀(12)과 삽입단(22)을 전/후반부로 구분하고, 절반길이의 홈(13a,23a,23b)을 한 구역씩 걸러 가면서 형성할 수 있다.
즉, 변속기샤프트(20)의 삽입단(22)에는 전반부와 후반부에 각각 종래 홈 형성 간격의 두배 간격에 홈의 원주방향 폭을 더한 간격으로 절반길이의 홈(23a,23b)이 상호 엇갈려 형성되고, 휠측샤프트(10)의 수용홀(12)에도 삽입단(22)의 후반부에 형성된 절반길이홈(23a)에 대응되는 절반길이홈(13a)들이 수용홀(12)의 입구쪽에 등간격으로 형성된다.
단, 상기 절반길이홈(13a)들의 사이에 형성되는 홈(13b)들은 삽입단(22)의 전반부에 형성된 절반길이홈(23b)들에 대응되는 부분 뿐만 아니라, 삽입단(22)이 수용홀(12)에 삽입되었을 때 상기 절반길이홈(23b)가 위치하는 부분까지 스틸볼(14)의 진입이 가능하도록 수용홀(12)의 입구로부터 축방향 길이 전체에 걸쳐 형성된다. 즉, 전체길이홈(13b)으로 형성된다.
따라서, 스틸볼(14)을 매개로 한 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)의 결합이 가능하면서도 스틸볼(14) 설치를 위한 홈(13,23)의 면적이 크게 줄게 되어, 홈(13,23) 형성으로 인한 재질 손실이 보완되므로 수용부(11)와 삽입단(22)의 결합부 강성이 향상되며, 이로써 샤프트 회전 및 전후 작동시 발생되는 굽힘응력에 보다 안정적으로 대응할 수 있는 강성을 확보하여 샤프트의 구부러짐 및 꺽임을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)의 신장(축방향)이 진행되면 수용홀(12)로부터 삽입단(22)이 빠져나옴에 따라 상기 수용홀(12) 전체길이홈(13b)의 내측부분과 삽입단(22) 후반부의 절반길이홈(23a)은 그 대응하여 마주보는 부분이 없어져 각각 수용홀(12)의 내부 공간과 샤프트의 외부 공간으로 개방된다.
따라서, 수용홀(12)의 절반길이홈(13a)과 삽입단(22) 후반부의 절반길이홈(23a)의 사이에 투입되었던 스틸볼(14)이 샤프트 외부 공간으로 이탈되고, 수용홀(12) 전체길이홈(13b)과 삽입단(22) 전반부의 절반길이홈(23b) 사이에 투입되었던 스틸볼(14)은 수용홀(12) 내부 공간으로 이탈된다.
따라서, 이를 방지하기 위하여 수용홀(12)의 입구측에는 서클립(15;circlip)을 설치하고, 삽입단(22)의 전반부에 형성된 절반길이홈(23b)의 축방향 앞쪽 단부에는 이탈방지턱(24)을 형성한다.
따라서, 수용홀(12)로부터 삽입단(22)이 빠져 나올 때 수용홀(12) 입구부의 절반길이홈(13a)과 삽입단(22) 후반부의 절반길이홈(23a)의 사이에 투입되었던 스틸볼(14)이 수용홀(12)의 절반길이홈(13a)에서 벗어날 수 없도록 함으로써 외부로 개방되는 삽입단(22) 후반부의 절반길이홈(23a)을 통해 샤프트 외부로 이탈되지 않게 되고, 수용홀(12) 전체길이홈(13b)과 삽입단(22) 전반부(23b)의 절반길이홈(23b) 사이에 투입되었던 스틸볼(14)이 삽입단(22) 전반부(23b)의 절반길이홈(23b)으로부터 벗어날 수 없게 되어 개방된 전체길이홈(13b)의 내측부분을 통해 수용홀(12) 내부 공간으로 이탈되지 않게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 드라이브샤프트의 축방향 길이 조절이 가능하고 슬립형 등속조인트가 작동각이 큰 고정형 등속조인트로 대체됨으로써 레이아웃 변경에 따른 설치길이 및 설치각도 변화에 용이하게 대응할 수 있게 되고, 이로써 각 레이아웃에 맞는 전용의 샤프트를 새로 제작할 필요가 없게 되는 효과가 있다.
또한, 드라이브샤프트에 작용하는 축력을 감소시킬 수 있게 되고, 토오크 전달효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 샤프트의 양단에 각각 변속기 출력단과 휠허브에 연결되는 등속조인트가 구비되고, 상기 샤프트가 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)로 이분할되어 축방향으로 신축가능하게 결합되며, 이들 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)의 타단에는 모두 고정형 등속조인트(30)가 연결되는 한편, 상기 휠측샤프트(10)는 변속기측샤프트(20) 대응 단부에 직경이 확장된 수용부(11)가 형성되고, 이 수용부(11)에 원형의 수용홀(12)이 형성되며, 이 수용홀(12)의 내주면에 일정 간격으로 반원형 단면의 홈(13)이 축방향으로 형성되는 한편, 상기 변속기측샤프트(20)는 그 단부에 상기 수용홀(12)에 삽입되는 삽입단(22)이 형성되고, 이 삽입단(22)의 외주면에 상기 홈(13)에 대응되는 반원형 단면의 홈(23)이 등간격으로 형성되어, 상기 휠측샤프트(10)의 수용홀(12)에 변속기측샤프트(20)의 삽입단(22)이 삽입될 때 상호 일치되는 상기 홈(13,23)들의 사이에 스틸볼(14)이 투입되어 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)가 회전방향으로 구속된 자동차의 드라이브샤프트에 있어서,
    상기 휠측샤프트(10)의 홈(13)들은 축방향 길이의 절반 길이로 수용홀(12)의 입구쪽에 형성되는 홈(13a)들과 축방향 길이의 전체에 걸쳐 형성된 홈(13b)들이 번갈아 형성되고, 상기 변속기쪽샤프트(20)의 홈(23)들은 모두 절반 길이의 홈(23a,23b)들로 형성되되, 상기 휠측샤프트(10)의 절반길이홈(13a)에 대응되는 홈(23a)은 삽입단(22)의 후반부에 형성되고, 상기 전체길이홈(13b)에 대응되는 홈(23b)은 삽입단(22)의 전반부에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 드라이브샤프트.
  4. 샤프트의 양단에 각각 변속기 출력단과 휠허브에 연결되는 등속조인트가 구비되고, 상기 샤프트가 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)로 이분할되어 축방향으로 신축가능하게 결합되며, 이들 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)의 타단에는 모두 고정형 등속조인트(30)가 연결되는 한편, 상기 휠측샤프트(10)는 변속기측샤프트(20) 대응 단부에 직경이 확장된 수용부(11)가 형성되고, 이 수용부(11)에 원형의 수용홀(12)이 형성되며, 이 수용홀(12)의 내주면에 일정 간격으로 반원형 단면의 홈(13)이 축방향으로 형성되는 한편, 상기 변속기측샤프트(20)는 그 단부에 상기 수용홀(12)에 삽입되는 삽입단(22)이 형성되고, 이 삽입단(22)의 외주면에 상기 홈(13)에 대응되는 반원형 단면의 홈(23)이 등간격으로 형성되어, 상기 휠측샤프트(10)의 수용홀(12)에 변속기측샤프트(20)의 삽입단(22)이 삽입될 때 상호 일치되는 상기 홈(13,23)들의 사이에 스틸볼(14)이 투입되어 휠측샤프트(10)와 변속기측샤프트(20)가 회전방향으로 구속된 자동차의 드라이브샤프트에 있어서,
    상기 수용홀(12)의 입구측에 서클립(15)이 설치되고, 상기 삽입단(22)에 형성된 홈(23)의 축방향 앞쪽 단부에 이탈방지턱(24)이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 드라이브샤프트.
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