등속 조인트

Constant-velocity joint
6볼 Rzepa형 등속 조인트의 애니메이션 표현

등속 조인트(동력학 또는 CV 조인트라고도 함)는 구동축이 마찰 또는 유격이 현저하게 증가하지 않고 가변 각도로 일정한 회전 속도로 동력을 전달할 수 있도록 해주는 기계적 조인트입니다.그것들은 주로 전륜구동 차량에 사용된다.독립형 리어 서스펜션이 장착된 최신 후륜 구동 차량은 일반적으로 리어 액슬 하프축의 끝단에 CV 조인트를 사용하고 구동축에 점점 더 많이 사용됩니다.

역사

유니버설 조인트는 등속 조인트는 아니지만 두 개의 각진 축 사이에 동력을 전달하는 선행 수단이었다.
주요 기사:유니버설 조인트

두 개의 각진 축 사이에 동력을 전달하는 가장 초기의 수단 중 하나인 유니버설 조인트는 16세기에 제롤라모 카르다노에 의해 발명되었다.회전하는 동안 일정한 속도를 유지하지 못했다는 사실은 17세기에 로버트 후크에 의해 인식되었고, 그는 속도 변화를 상쇄하기 위해 90도씩 오프셋된 두 개의 카단 접합으로 구성된 최초의 등속 접합을 제안했다.이것은 "더블 카르단"입니다.그 이후로 많은 종류의 등속 조인트가 발명되었다.

초기 자동차 구동 시스템

1930년대 시트로엥 트랙션 아방과 Land Rover의 프론트 액슬 및 이와 유사한 4륜 구동 차량과 같은 초기 전륜 구동 시스템은 두 개의 포크 캐리어 사이에 십자 모양의 금속 피벗이 있는 유니버설 조인트를 사용했습니다.특정 구성을 제외하고 각 속도의 변화를 일으키므로 CV 조인트가 아닙니다.제작이 간단하고 매우 강하며, 움직임이 많지 않은 일부 프롭샤프트에서 유연한 커플링을 제공하기 위해 여전히 사용됩니다.그러나 극단적으로 작동하면 "노티(nothy)"하고 회전하기 어려워집니다.

첫 번째 CV 조인트

BMC Mini와 같은 자동차가 소형 횡방향 엔진 레이아웃을 사용하는 등 전륜구동 시스템이 인기를 끌면서 프론트 액슬의 유니버설 조인트의 단점은 점점 더 분명해졌다.1927년에 특허를[1] 출원한 Alfred H. Rzeppa의 설계에 근거해(Jean-Albert Grégoire's Tracta 회사의 Pierre Fenaille에 의해 디자인된 트랙타 조인트, 1926년에 특허를[2] 출원된 트랙타 조인트), 등속 조인트는 이러한 많은 문제를 해결했다.구부러진 각도가 넓음에도 불구하고 원활한 동력 전달이 가능했습니다.

트랙타 관절

트랙타 조인트

트랙타 조인트는 이중 혀와 홈 조인트의 원리로 작동합니다.두 개의 개별 부품(일명 요크, 한 개의 구동 및 한 개의 구동)과 플로팅(이동식) 연결부에 맞물리는 두 개의 반구형 슬라이딩 조각(수 또는 스피것 스위블 및 다른 한 개의 암 또는 슬롯 스위블)으로 구성됩니다.각 요크 죠는 중간 부재에 형성된 원형 홈에 맞물린다.양 중간부재는 회전설과 홈이 난 이음매로 교대로 연결된다.입력축과 출력축이 서로 일정한 작동 각도로 기울면 구동 중간 부재가 회전할 때마다 가속 및 감속합니다.중앙 텅 및 홈 조인트는 요크 죠와 위상이 어긋나 회전의 1/4이기 때문에 종동된 중간 및 출력 죠 부재의 속도 변동은 입력 하프 부재의 속도 변동을 정확하게 상쇄하고 중화시킵니다.따라서 출력 속도 변화는 입력 드라이브의 속도와 동일하여 일정한 속도 [3][4][5]회전을 제공합니다.

레제파 조인트

Rzepa 접합부(1926년 Alfred H. Rzepa에 의해 발명됨)는 6개의 홈이 있는 구형 내부 껍질과 유사한 외피로 구성됩니다.각 홈은 하나의 공을 안내합니다.입력축은 원형 케이지 안에 둥지를 틀고 있는 큰 강철 별 모양의 "기어"의 중앙에 들어맞습니다.케이지의 양끝이 열려 있는 구형이며, 일반적으로 주위에 6개의 개구부가 있습니다.이 케이지와 기어는 홈이 있는 컵에 들어갑니다.홈이 있는 컵에는 스플라인 샤프트와 나사 샤프트가 부착되어 있습니다.6개의 큰 강철 볼이 컵 홈 안에 있고 케이지 구멍에 들어가 스타 기어의 홈에 자리잡고 있습니다.그런 다음 컵의 출력축이 휠 베어링을 통과하고 액슬 너트로 고정됩니다.이 조인트는 스티어링 시스템에 의해 프론트 휠이 회전할 때 큰 각도 변화를 수용할 수 있습니다. 일반적인 Rzepa 조인트는 45°–48°의 조인트링을 허용하지만 일부는 54°[6]를 제공할 수 있습니다.구동축의 "아웃보드" 끝에는 약간 다른 장치가 사용됩니다.구동축의 끝부분은 스플라인으로 되어 있으며 외측 "조인트"에 장착됩니다.일반적으로 서클립으로 고정됩니다.

버필드 조인트

버필드 조인트(Birfield joint)는 레제파 조인트(Rzepa joint)를 기반으로 하는 등속 조인트(Constant-velocity joint)의 일종이지만 6개의 볼이 케이지가 아닌 타원형 트랙을 사용하여 구속됩니다.효율이 개선되었으며, 최신 차량에 선외기 구동축 [7]조인트로 널리 사용됩니다.Birfield 조인트는 Birfield Industries에 의해 개발되었으며 [8]Mini와 같은 전륜 구동 자동차의 개발과 함께 널리 사용되었습니다.

바이스 조인트

와이스 조인트는 동일한 볼 요크 두 개로 구성되며, 볼 네 개에 의해 포지티브(일반적으로 볼 요크는 일반적으로 볼 네 개입니다.두 관절은 가운데에 구멍이 뚫린 공에 의해 중앙에 배치된다.원형 트랙의 볼 2개가 토크를 전달하고 나머지 2개는 조인트를 프리로드하여 로드 방향이 변경되었을 때 백래시가 발생하지 않도록 합니다.

공은 커플링의 두 절반 사이에 딱 맞고 케이지가 사용되지 않는다는 점에서 Rzepa의 구조와 다릅니다.센터 볼은 바깥쪽 레이스에 삽입된 핀 위에서 회전하며 다른 4개의 공을 고정하는 역할을 한다.양쪽 샤프트가 일직선이 되면, 즉 180도의 각도로 볼이 샤프트와 90도의 평면에 놓여집니다.구동축이 원래 위치로 유지되면 피동축이 움직이면 볼이 각 거리의 절반으로 이동합니다.예를 들어 종동축이 20도의 각도로 이동하면 두 축 사이의 각도가 160도로 감소한다.공은 같은 방향으로 10도 이동하며 구동축과 공이 놓여 있는 평면 사이의 각도는 80도로 감소합니다.이 동작은 구동각을 양분하는 평면에 공이 있어야 하는 요건을 충족합니다.이런 유형의 와이스 조인트는 Bendix-Weiss 조인트로 알려져 있습니다.

바이스 원리로 작동하는 가장 진보된 급강하 조인트는 쿠르트 엔케의 6볼 스타 조인트다.이 유형은 3개의 볼만 사용하여 토크를 전달하고 나머지 3개의 볼은 중심을 잡고 고정합니다.볼은 프리 로드되고 조인트는 완전히 [9][10]캡슐화됩니다.

삼각관절

삼각대 조인트에는 샤프트에 3점 요크가 부착되어 있으며, 단부에는 배럴 모양의 롤러 베어링이 있습니다.

삼각대 조인트는 차량 구동축의 인보드 엔드에 사용됩니다.관절은 프랑스 푸아시의 Glaenzer Spicer의 Michel Orain에 의해 개발되었습니다.이 조인트에는 샤프트에 3점 요크가 부착되어 있으며, 단부에 배럴 모양의 롤러 베어링이 있습니다.이 홈은 디퍼렌셜에 부착된 3개의 동일한 홈이 있는 컵에 장착됩니다.한 축에서만 큰 움직임이 있기 때문에 이 간단한 배열이 잘 작동합니다.또한 축을 축방향으로 '펑' 움직이게 하여 엔진 흔들림 및 기타 효과가 베어링에 사전 부하를 가하지 않도록 합니다.일반적인 삼각대 조인트는 최대 50mm의 급강하 이동과 26도의 각진 [11]관절이 있습니다.삼각대 조인트는 다른 조인트 유형만큼 각도 범위가 크지 않지만, 비용이 낮고 효율이 더 높은 경향이 있습니다.이 때문에 일반적으로 후륜 구동 차량 구성 또는 필요한 동작 범위가 낮은 전륜 구동 차량의 인보드 측에 사용됩니다.

더블 카르단

더블 카르단 조인트

이중 카르단 조인트와 이중 카르단 조인트와 유사하지만 중간 축의 길이가 단축되어 요크만 남게 됩니다. 이렇게 하면 두 개의 후크 조인트를 앞뒤로 효과적으로 장착할 수 있습니다.DCJ는 일반적으로 스티어링 칼럼에 사용되며, 이는 차량의 엔진 베이에 있는 다른 구성 요소 주변의 IS 포장을 용이하게 해주는 중간 샤프트(IS)의 끝부분의 유니버설 조인트를 정확하게 위상화할 필요가 없기 때문입니다.또한 견고한 4륜 구동 차량의 구동축 및 하프축과 같이 높은 관절각 또는 충격 토크 부하가 일반적인 용도로 Rzepa 스타일의 정속 조인트를 교체하는 데도 사용됩니다.이중 카르단 조인트는 진정한 등속 [12][13]회전을 위해 피동축과 구동축 사이에 동일한 각도를 유지하는 중심링 요소가 필요합니다.이 센터링 장치는 조인트 내부를 가속하기 위해 추가 토크가 필요하며 고속에서 [14]일부 추가 진동을 발생시킵니다.

톰슨 조인트

Thomson 커플링의 다이어그램

톰슨 등속 조인트(TCVJ)는 톰슨 커플링이라고도 하며 중간 샤프트를 제거하기 위해 두 개의 카르단 조인트를 서로 조립합니다.입력축과 출력축을 정렬 상태로 유지하기 위해 제어 요크가 추가됩니다.컨트롤 요크는 구형 팬터그래프 가위 메커니즘을 사용하여 입력축과 출력축 사이의 각도를 양분하고 조인트를 상대 위상각 0으로 유지합니다.정렬은 모든 접합 각도에서 일정한 각 속도를 보장합니다.중간 샤프트를 제거하고 입력 샤프트를 동역학적 평면에 정렬하여 유지함으로써 이중 카르단 [16][17][18]샤프트에 내재된 유도 전단 응력과 진동을 크게 줄일 수 있습니다.기하학적 구성이 카르단 조인트를 정렬하는 제어 요크의 속도를 일정하게 유지하지는 않지만 제어 요크는 관성이 최소이며 진동이 거의 발생하지 않습니다.표준 Thompson 커플링을 직진, 0도 각도로 계속 사용하면 조인트가 과도하게 마모되고 손상될 수 있습니다. 제어 요크 [19]마모를 줄이려면 입력축과 출력축 사이에 최소 2도의 오프셋이 필요합니다.입력 및 출력 요크가 각 축에 정확히 정규적이지 않도록 수정하면 "허용되지 않는" [20]각도를 변경하거나 제거할 수 있습니다.

커플링의 새로운 특징은 예를 들어 구형 4바 가위 링크(구면 팬터그래프)를 사용하여 어셈블리 내의 카르단 조인트 쌍을 기하학적으로 구속하는 방법이며, 이러한 특성 조합을 [21]가진 최초의 커플링이다.

이 커플링은 발명가인 글렌 톰슨(Glenn Thompson)에게 호주 농업 공학 협회상을 [22]수여했습니다.

말페지 관절

1976년 안토니오 말페지[citation needed](이탈리아 CV 재제조 회사 소유주)가 디자인 및 특허를 취득한 이 이음매는 입모양이 있는 구형 내장을 가진 케이지로 구성되어 있습니다.입력축은 두 개의 직사각형 홈이 있는 구체의 중앙에 장착됩니다.조립은 케이지 입의 가장 좁은 부분에 2개의 홈을 맞추고 90° 회전시켜 케이지에 구형의 구동볼을 삽입한다.그런 다음 두 개의 강철 블록이 홈에 삽입되고 케이지 측면을 관통하는 볼트로 제자리에 고정됩니다.

이 조인트는 가능한 자동차 용도에 대해 광범위하게 테스트되었지만 그러한 사용에 필요한 관절에 대처할 수 없는 것으로 입증되었습니다.이탈리아에서 농업에[citation needed] 널리 쓰였는데, 그것은 카르단 조인트보다 빠르고 레제파 조인트보다 더 저렴했기 때문이다.90년대 초, 아시아에서 생산된 Rzepa 조인트 시장에 등장하면서, 그 생산은 비경제적이 되었고, 그것은 중단되었다.

기동

등속 조인트는 보통 이황화 몰리브덴 그리스로 채워진 고무 부츠인 "CV 부츠"에 의해 보호됩니다.6개의 구는 축이 완벽하게 정렬되었을 때 구가 떨어지는 것을 방지하는 낙하 방지 게이트로 둘러싸여 있습니다.부트에 균열이 생기거나 갈라지면 이음매가 빠르게 마모되어 그리스가 누출됩니다. (접촉된 부품은 윤활이 제대로 이루어지지 않고 미립자가 작으면 손상 및 긁힘이 발생하며 수분 침투는 금속 구성 요소의 녹슬거나 부식됩니다.)부츠의 마모 형태는 휠이 대부분의 진동과 상하 운동을 일으키기 때문에 [citation needed]휠에 가까운 곳에 나타나는 작은 균열의 형태를 띠는 경우가 많습니다.차축에 가까운 부분의 균열 및 찢김은 일반적으로 쌓인 눈, 돌 또는 울퉁불퉁한 바위 오프로드 경로와 같은 외부 요인에 의해 발생합니다.노화 및 화학적 손상도 부팅 장애를 일으킬 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

Wikimedia Commons에는 등속 조인트와 관련된 미디어가 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Rzeppa, Alfred H. (1927). "Universal Joint". US patent no. 1,665,280. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  2. ^ 유럽특허 FR628309
  3. ^ - 유니버설 조인트(자동차)
  4. ^ 트랙타 등속 조인트2015-11-17 Wayback Machine에 보관
  5. ^ 유니버설 조인트 및 구동축: 분석, 설계, 용도
  6. ^ 호시노, Manabu, 후나하시, 마사시다."NTN 기술 검토 No.75(2007년):.고정된 콩스탕 속도 공동해서 슈퍼 하이 운영 앵글 54도.www.ntnglobal.com.(PDF)(TUJ)"2019-07-30에 있는 원본(PDF)에서 Archived.4월 11,2021년까지. Retrieved(또한"자동차 환경 기술"(PDF에서 발견되). NTN.2007년.4월 11,2021년까지. Retrieved)
  7. ^ "625 Birfield joint based on the Rzeppa Principle - Vehicle Technology".
  8. ^ Malcolm James Nunney (2007). Light and Heavy Vehicle Technology. Routledge. ISBN 978-0-7506-8037-0.
  9. ^ Bendix-Weiss 등속(CV) 조인트 2010-03-23 웨이백 머신에 보관
  10. ^ 유니버설 조인트 및 구동축: 분석, 설계, 용도
  11. ^ GKN Driveline Driveshafts(GKN 드라이브라인 구동축), gkndriveline.com
  12. ^ 미국 특허 1979768, Pearce, John W.B., "Double Universal Joint", 1934-11-06 발행
  13. ^ Rzeppa 등속(CV) 조인트 2009-02-05 웨이백 머신에 보관
  14. ^ 미국 특허 2947158, King, Kenneth K., "Universal Joint Centering Device", 1960-08-02 발행, General Motors Corporation에 할당.통상적인 중심 배치는 볼과 소켓 타입의 구조입니다.[이중 카르단] 조인트에 등속 기능을 제공하기 위해서는 각 스파이더와 베어링 어셈블리의 각도 중심과 각 요크가 조인트의 수명 동안 거의 같은 점에 유지되어야 합니다.
  15. ^ 미국 특허 US20040106458A1, Glenn Thompson, "등속 결합 및 제어 시스템" 2004-06-03, 2006-12-05 발행
  16. ^ Sopanen, Jussi (1996). "Studies on Torsion Vibration of a Double Cardan Joint Driveline" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2009-02-05. Retrieved 2008-01-22.
  17. ^ Sheu, P (2003-02-01). "Modelling and analysis of the Intermediate Shaft Between Two Universal Joints". Retrieved 2008-01-22.
  18. ^ "The Thompson Coupling Joint mechanism in action". Thompson Couplings. Retrieved 24 September 2011.
  19. ^ "Extra Length 500Nm TCVJ". Thompson Couplings, Ltd. Archived from the original on 3 October 2011. Retrieved 25 September 2011. Special Instructions: Continuous operation of the TCVJ coupling at 0 degrees is not recommended as this will cause excessive wear on bearings and cause damage to the coupling. For maximum efficiency and life of the TCVJ coupling, a minimum operating angle of 2.0 degrees is recommended.
  20. ^ pattakon.com. "PatDan and PatCVJ Constant Velocity Joints". Retrieved 2012-07-26.
  21. ^ Bowman, Rebecca (2006-08-03). "An invention to drive fuel costs down". yourguide.com.au. Retrieved 2007-02-13.
  22. ^ Filmer, Mark (2003-11-13). "Invention generating interest". yourguide.com.au. Retrieved 2007-02-13.