볼 조인트

Ball joint
이 기사는 자동차 이음매에 관한 것입니다.해부학적 구조는 볼과 소켓 조인트를 참조하십시오.
컷어웨이 뷰가 있는 일반적인 볼 조인트(오른쪽)
볼 조인트가 드러나도록 절단된 내부 타이 로드 엔드.

자동차에서 볼 조인트는 제어 암을 스티어링 너클에 연결하는 구형 베어링으로, 거의 [1]모든 자동차에 사용됩니다.그들은 생체학적으로 대부분의 네발동물에서 [2]볼 수 있는 볼과 소켓의 관절을 닮았다.

볼 조인트는 케이스에 둘러싸인 베어링 스터드와 소켓으로 구성됩니다. 이 모든 부품은 강철로 제작됩니다.베어링 스터드는 테이퍼형 및 나사형으로 되어 있으며 스티어링 너클의 테이퍼형 구멍에 장착됩니다.보호용 외함은 이물질이 조인트 어셈블리로 유입되는 것을 방지합니다.보통 이것은 고무처럼 생긴 부츠로 윤활유의 이동과 팽창이 가능합니다.모션 컨트롤 볼 조인트는 내부 스프링으로 고정되는 경향이 있어 링크의 진동 문제를 방지하는 데 도움이 됩니다.

"오프셋" 볼 조인트는 열팽창 및 수축, 충격, 지진 운동 및 비틀림 운동과 힘이 [3]존재하는 시스템에서 이동 수단을 제공합니다.

이론.

볼 조인트는 모든 방향으로 제한된 범위의 부드러운 움직임을 허용합니다.

볼 조인트는 2개의 평면에서 동시에 자유자재로 회전하면서 이들 평면에서 회전하는 것을 포함한 [1]모든 방향으로의 회전을 방지하기 위해 사용된다.이러한 두 개의 조인트를 제어 암과 결합하면 세 개의 평면 모두에서 움직임이 가능해져 자동차의 프론트 엔드를 조종할 수 있고 스프링 및 충격(댐퍼) 서스펜션이 승차감을 높여 줍니다.

단순 킹핀 서스펜션의 경우 상부 및 하부 컨트롤 암(위시본)이 평행하고 킹핀과 엄격한 기하학적 관계에 있는 피벗 축을 가져야 합니다. 그렇지 않으면 킹핀과 컨트롤 암을 연결하는 상부 및 하부 트러니언이 심하게 응력을 받아 베어링이 심하게 마모됩니다.실제로 많은 차량이 트라니온의 수평 피벗에 탄성 베어링을 장착하여 약간의 유연성을 허용했지만, 이는 캐스터를 많이 조정하기에는 불충분했으며, 서스펜션 설계자가 최적의 핸들링을 추구하기 위해 캐스터를 원하지 않을 수 있는 규정 준수를 도입했습니다.캠버각은 일반적으로 상부 또는 하부 컨트롤 암의 양쪽 내측 피벗을 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 정확히 동일한 양만큼 이동하여 조정할 수 있습니다.그러나 일반적으로 탄성 베어링의 사용으로 인해 컨트롤 암 내측 피벗이 준수되면 트러니언에 다시 응력이 가해집니다.서스펜션 설계자의 자유는 제한되었고, 필요하지 않을 수 있는 부분에는 컴플라이언스가 필요했으며, 범프로부터 전방 및 후방 충격 하중을 흡수하는 데 유용한 부분이 거의 없었습니다.

볼 조인트의 도입으로 3축 관절이 가능하여 컨트롤 암 축의 모든 구속이 정확히 평행하게 제거되었습니다. 따라서 캐스터는 일반적으로 컨트롤 암 내측 피벗의 위치를 비대칭적으로 조정함으로써 자유롭게 조정될 수 있었고 캠버는 이러한 동일한 피벗의 대칭 조정에 의해 조정되었습니다.ts를 클릭합니다.

서스펜션에 볼 조인트를 도입하여 토우 각도를 조정하는 방법은 변경되지 않지만, 스티어링 링크 자체는 4개 이상의 피벗(일반적으로 볼 조인트)을 사용해야 하며, 지금까지 제작된 거의 모든 차량에서 토우를 정확하게 설정할 수 있도록 나사형 엔드 및 잠금 너트를 사용하여 이들 중 일부를 조정할 수 있습니다.

볼 조인트 서스펜션을 미세 조정할 수 있는 이 기능을 통해 제조업체는 구형 킹핀 스타일의 서스펜션에 비해 자동차를 보다 안정적이고 쉽게 조종할 수 있습니다.또한 이제 킹 핀과 트러니언 대신 볼 조인트인 스티어링 축 피벗의 무결성을 훼손하지 않고 컨트롤 암 내측 피벗에서 측면 및 전방 및 후방 컴플라이언스를 제어된 양으로 도입할 수 있기 때문에 더 조용하고 편안할 수 있습니다.볼 조인트 서스펜션은 서스펜션 형상을 더 잘 제어하여 타이어와 도로 사이의 접촉이 더 원활해지므로 승차감이 부드러워지면 타이어 트레드 수명도 늘어날 수 있습니다.

목적

표시된 그림은 리어 휠 구동 차량, 상부 및 하부 볼 조인트와 타이 로드 단부가 있는 프론트 이중 위시본 서스펜션입니다.

현대 차량에서 조인트는 자동차의 휠과 서스펜션 사이의 피벗입니다.오늘날에는 킹핀/링크핀 또는 킹핀/트래니언 배치를 대체하여 프론트 서스펜션에 거의 보편적으로 사용되고 있지만, 일부 [4]고성능 자동차의 리어 서스펜션에도 있습니다.볼 조인트는 자동차의 스티어링과 서스펜션을 안전하게 작동시키는 데 중요한 역할을 합니다.

현재 전 세계에서 제조된 많은 자동차에서 스트럿의 하단부와 컨트롤 암 사이에 한 면당 하나의 볼 조인트를 사용하는 맥퍼슨 스트럿 서스펜션을 사용합니다. 스트럿 상단의 필요한 소량의 관절은 보통 볼 베어링에 의해 제공되며, 이 안에 볼 베어링이 있어 자유롭게 회전할 수 있습니다.스티어링 축에 대한 변화.따라서 일반적으로 서스펜션에는 볼 조인트가 2개만 있지만 스티어링 링크에는 최소 4개(트랙 로드 엔드 및 랙 엔드)가 있습니다.

비 MacPherson 스트럿 자동차 서스펜션에서는 두 개의 볼 조인트를 "상부 볼 조인트" 및 "하부 볼 조인트"라고 합니다.하부 볼 조인트는 주로 제동으로 인해 전방 및 후방 하중이 하부 볼 조인트에서 더 높기 때문에 더 크고 더 빨리 마모될 수 있습니다. (하부 볼 조인트에서 토크 반응 및 드래그 추가, 상부 조인트에서 부분적으로 취소됨)또한 하단 조인트에서 횡방향 코너링 하중이 더 높아집니다.서스펜션 설계에 따라 서스펜션 스프링으로부터의 수직 하중은 상단 볼 조인트에 의해 완전히 처리되거나 하단 볼 조인트에 의해 완전히 처리될 수 있습니다.댐퍼 부하(정상 상태에서는 낮지만 정지 상태에서는 0이지만 피크 범프 또는 리바운드 속도는 스프링 부하와 거의 비슷할 수 있음)는 일반적으로 스프링 부하와 동일한 볼 조인트에 작용하지만 항상 그렇지는 않습니다.안티롤 바 하중은 종종 하단의 볼 조인트에 가해지지만 항상 그렇지는 않습니다.탑 볼 조인트에 의해 작동되거나 볼 조인트 드롭 링크를 통해 스티어링 너클에서 직접 작동될 수 있습니다.

볼 조인트 중 하나가 스프링 하중을 전달하지 않는 경우 내부 래틀 방지 스프링을 장착하여 볼이 한 시트에 우선적으로 접촉하도록 할 수 있습니다.이는 1959년 BMC Mini 및 그 많은 파생 모델들의 경우로, 하부 컨트롤 암이 수직 하중을 전달하지 않았기 때문에 조인트에 래틀 방지 스프링이 필요한 반면, 동일한 부품으로 구성된 상단 조인트는 항상 스프링(고무 원뿔) 및 댐퍼 하중으로 인해 압축되어 있어 스프링이 장착되지 않았습니다.

일부 Vauxhalls를 포함한 1960년대 차량의 경우 스프링 및 댐퍼 하중이 하부 컨트롤 암을 통해 적용되고 항상 0이 아니므로 조인트가 상당한 엔드 플로트와 함께 하부 볼 조인트를 가지고 있었습니다.

또 다른 예로, Ford Focus는 MacPherson 스트럿을 사용하며, 안티롤 바는 스트럿에 직접 연결되므로 하부 볼 조인트는 전방 및 후방 트랙션/제동 및 횡방향 코너링 부하만 전달합니다.

전륜 구동

피벗을 위해 휠 중앙에 어셈블리가 있어야 하는 킹핀과 달리 조인트는 스핀들의 상단 및 하단(스티어링 너클)과 컨트롤 암에 연결됩니다.이렇게 하면 전륜구동을 사용할 수 있도록 중앙 섹션이 열린 상태로 유지됩니다.이전 킹핀 디자인은 후륜 구동 구성에서만 사용할 수 있습니다.

윤활제

씰링된 볼 조인트는 "평생 윤활"되므로 윤활이 필요하지 않습니다.이전에는 대부분의 볼 조인트가 그리스 피팅(일명 그리스 저크)을 가지고 있었으며 윤활유를 주기적으로 추가할 수 있도록 설계되었지만, 대부분의 최신 차량은 유지 관리 요구사항을 최소화하기 위해 밀폐된 볼 조인트를 사용합니다.그 윤활유는 보통 매우 점도가 높은 윤활제였다.일반적으로 표준 볼 조인트는 씰링된 볼 조인트를 능가하는 것으로 알려져 있습니다. 왜냐하면 결국 씰이 파손되어 조인트가 건조해지고 녹이 [4]슬게 되기 때문입니다.또한 새로운 윤활유를 추가하는 동작은 오래되고 건조한 윤활유를 밀어내 조인트 수명을 연장합니다.이 작업은 많은 차량에서 1000~2000마일 간격으로 수행되어야 했습니다. 이는 현대 자동차의 서비스 주기(종종 12000마일 이상)와 호환되지 않으며, 어떤 경우에도 소유자가 거의 주의를 기울이지 않아 심각한 마모와 볼 조인트 고장이 발생할 수 있으므로 심각한 사고로 이어질 수 있습니다.이러한 이유로, 현대 유럽 또는 극동 자동차의 거의 모든 볼 조인트는 라이프 타입에 맞게 밀봉되어 있습니다.특히 내부 베어링 설계에 적용된 새로운 기술을 통해 볼 조인트는 이러한 더 긴 서비스 주기를 충족할 수 있었습니다.특수 설계에는 OEM 씰링된 폴리머/플라스틱 버전을 대체하는 소결 금속 베어링과 그리스를 훨씬 잘 유지하는 개선된 더스트 부트 씰이 포함되어 있습니다.

구면 압연 조인트

SRJ024C-P 구형 롤링 조인트

구상압연조인트란 볼베어링에 의해 분리된 구상외륜과 내륜으로 이루어진 고정밀 볼조인트이다.볼 베어링은 구형 리테이너에 들어 있으며 내부 및 외부 표면을 따라 롤링됩니다.이 설계를 통해 조인트는 1μm의 낮은 움직임과 백래시를 유지하면서 매우 낮은 마찰력을 가질 수 있습니다.SRJ는 종종 Stewart 플랫폼과 같은 병렬 로봇 애플리케이션에 사용되며, 높은 강성과 낮은 백래시가 [5][6]필수적입니다.

대부분의 SRJ는 오프셋 하우징으로 설계되어 좁은 공간에서 높은 압축 하중을 허용합니다.또는 보다 높은 인장 하중 능력을 위해 조인트를 후방으로 조립할 수 있지만 동작 범위는 감소합니다.

SRJ의 대안으로 유니버설 조인트가 있는데, 이 조인트는 2개의 회전 [7]조인트로 구성됩니다.설계자는 범용이 아닌 구형 압연 조인트를 사용함으로써 조인트의 수를 줄일 수 있어 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.범용관절과 반대로 구면관절을 사용하면 운동학적 [8]특이점의 문제가 되는 가능성을 제거할 수 있다.SRJ 대신 일반 구형 베어링을 사용할 수 있지만, 이음매에 더 많은 마찰을 가할 수 있습니다.

실패.

밀폐된 볼 조인트에 장착될 수 있는 정확한 수명은 없지만, 최신 차량에서는 빠르면 13만 km (80,000 마일)에 도달하고 구형 [citation needed]차량에서는 훨씬 더 빨리 고장 날 수 있습니다.볼 조인트가 분해되면 볼 조인트가 고장 난 징후가 갑자기 터지는 소리와 함께 시작될 수 있습니다.그리고 바퀴를 돌렸을 때 딸깍 소리, 펑펑 소리, 찰칵 소리가 계속 나다가 급정거할 때, 가속페달을 밟았을 때 그리고/또는 부딪혔을 때 삐걱거리는 소리로 변합니다.또 다른 증상으로는 범프를 넘을 때 프론트 서스펜션에서 '쿵'하는 소음이 발생할 수 있습니다.드라이 볼 조인트는 마찰을 크게 증가시켜 스티어링이 고착되거나 더 어려워질 수 있습니다.

볼 조인트가 고장 날 경우 휠 각도가 자유로워져 컨트롤이 상실될 수 있으므로 결과가 위험할 수 있습니다.타이어가 의도하지 않은 각도에 있기 때문에 차량이 급정거하여 타이어가 손상됩니다.또한 고장 시 이물질로 인해 차량의 [4]다른 부품이 손상될 수 있습니다.

볼 조인트 고장으로 인해 휠 각도가 더 이상 구속되지 않아 전체 스트럿이 의도한 위치를 벗어나게 됩니다.

기타 용도

주요 기사: 볼과 소켓 조인트

자동차 용어로 "볼 조인트"라는 용어는 일반적으로 컨트롤 암의 끝단에 있는 1차 볼 조인트 연결부를 의미하지만, 이러한 유형의 조인트는 타이 로드 엔드를 포함한 다른 부분에서도 사용됩니다.이러한 다른 용도에서는 일반적으로 타이 로드 엔드라고 불리며, 랙 앤 피니언 스티어링 시스템의 내부 타이 로드 엔드인 경우에는 내부 소켓 어셈블리라고 불립니다.이러한 조인트는 인형의 관절에서 다양한 장치를 위한 다른 기계적 연결 또는 이동의 어느 정도 회전이 필요한 모든 장소까지 많은 다른 비자동차 애플리케이션에도 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Bumbeck, Mike. "Ball Joints - How to Keep Your Front Suspension Together". Mobile Oil. Retrieved October 10, 2012.
  2. ^ "Your Car's Ball Joints - The Pivotal Part of the System". California Dept. of Consumer Affairs, Bureau of Automotive Repair. 2010. Retrieved October 10, 2012.
  3. ^ "Ball Joints-Dannenbaum LLC". Dannenbaum LLC.
  4. ^ a b c Allen, Mike (March 29, 2006). "Ball Joint Replacement". Popular Mechanics. Retrieved October 10, 2012.
  5. ^ Merlet, J-P. "Still a long way to go on the road for parallel mechanisms". ASME 2002 DETC Conference, Montréal. Archived from the original on 11 December 2008. Retrieved 10 June 2013.
  6. ^ Gorse, Joe (December 13, 2011). "Roller Pinion Gear Steps Up Rotopod Robot Motion". Design World. Retrieved August 9, 2016.
  7. ^ Otani, T.; Iizuka, A.; Takamoto, D.; Motohashi, H.; Kishi, T.; Kryczka, P.; Endo, N.; Jamone, L.; Hashimoto, K.; Takashima, T.; Lim, H.O.; Takanishi, A. (2013). "New shank mechanism for humanoid robot mimicking human-like walking in horizontal and frontal plane". 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation. pp. 667–672. doi:10.1109/ICRA.2013.6630644. ISBN 978-1-4673-5643-5. S2CID 17394569.
  8. ^ Sciliano, Khatib (2008). Springer Handbook of Robotics. Springer. p. 22. ISBN 9783540239574.