구동축

Drive shaft
양쪽 끝에 범용 조인트가 있고 중앙에 스플라인으로 구동축
Z-arrange에 있는 Cardan 샤프트의 3D 애니메이션
슈코다 422 리어 액슬, 서스펜션 및 구동축이 슈코다 박물관에 전시되어 있음

구동축, 구동축, 구동축, 테일축(호주 영어), 프로펠러축(프로펠러축) 또는 카르단축(Girolamo Cardano 이후)은 일반적으로 거리나 허용의 필요성 때문에 직접 연결할 수 없는 구동렬의 다른 구성품을 연결하는 데 사용된다.그들 사이의 상대적인 움직임을 위해서.

토크 캐리어로서 구동축은 토션 및 전단 응력을 받게 되며, 입력 토크와 부하 간의 차이에 상당한다.따라서 그들은 스트레스를 견딜 수 있을 만큼 충분히 강해야 하는 반면, 그렇게 되면 관성이 증가하게 될 만큼 너무 많은 추가 체중을 피해야 한다.

주행 및 구동 구성 요소 간의 정렬 및 거리 변화를 위해 구동축에는 하나 이상의 범용 조인트, 조인트 커플링 또는 걸레 조인트, 때로는 스플라인 조인트 또는 프리즘 조인트 등이 통합되어 있다.

역사

구동축이라는 용어는 19세기 중반에 처음 등장했다.스토버가 1861년에 발표한 계획 및 매칭 기계에 대한 특허 재발급에서 이 용어는 기계가 구동되는 벨트 구동 축을 가리킬 때 사용된다.[1]그 용어는 그의 원래 특허에서는 사용되지 않는다.[2]이 용어의 또 다른 초기 용어는 1861년 왓킨스와 브라이슨 말그리기 기계에 대한 특허 재발급에서 발생한다.[3]여기서, 이 용어는 기계의 바퀴에서 절삭 메커니즘을 작동하는 기어 트레인으로 동력을 전달하는 샤프트를 말한다.

1890년대에 이 용어는 현대적인 의미에 더 가까운 방식으로 사용되기 시작했다.예를 들어 1891년 전투에서는 클라이맥스 기관차의 변속기와 구동 트럭 사이의 샤프트를 구동축이라고 불렀고 스틸먼은 크랭크축과 샤프트 구동 자전거의 후축을 구동축으로 연결하는 샤프트를 가리켰다.[4][5]1899년, Bukey는 자신의 Hors-Power에 있는 보편적인 관절에 의해 바퀴에서 구동 기계로 동력을 전달하는 샤프트를 묘사하기 위해 이 용어를 사용했다.[6]같은 해 클라크는 자신의 마린 벨로시페데가 '기어 구동축'이라는 용어를 사용해 프로펠러축에 유니버설 조인트를 통해 동력을 전달하는 것을 가리킨다고 설명했다.[7]크롬튼은 이 용어를 1903년의 증기 구동 자동차와 구동 차축 사이의 축을 지칭하기 위해 사용했다.[8]

선도적인 자동차 산업 회사인 오토카(Autocar)는 가솔린 동력 자동차에 드라이브 샤프트를 처음으로 사용했다.[9]1901년에 제작된 이 차량은 현재 스미스소니언 협회의 소장품이다.[10]

자동차 구동축

차량

자동차는 바퀴로 가기 전에 엔진/변속기에서 차량의 다른 쪽 끝으로 동력을 전달하기 위해 세로축을 사용할 수 있다.한 쌍의 짧은 구동축은 일반적으로 중앙 디퍼렌셜, 변속기 또는 트랜스액슬에서 휠로 동력을 전달하는 데 사용된다.

트럭 2구간 프로펠러축

전륜 엔진, 후륜 구동

주요 기사:전륜 엔진, 후륜 구동 레이아웃

전륜 구동 차량의 경우, 차량 길이의 동력을 전달하기 위해 더 긴 구동축이 필요하다.두 가지 형태가 지배적이다.단일 범용 조인트가 있는 토크 튜브와 두 개 이상의 조인트가 있는 하치키스가 더 일반적인 구동력.이 시스템은 특허를 낸 자동차 회사인 판하르트 외 레바소르의 이름을 따서 체스테메 판하드로 알려지게 되었다.

이들 차량의 대부분은 엔진에 직접 장착된 클러치 및 변속기(또는 변속기)가 있으며, 구동축은 리어 액슬에서 최종 구동을 유도한다.차량이 정지해 있을 때 구동축이 회전하지 않는다.전면과 후면 사이의 무게 균형을 개선하고자 하는 일부 차량(일반적으로 시보레 코르벳 C5/C6/C7, 알파 로미오 알페타, 포르쉐 924/944/928 등)은 후면에 장착된 트랜스액슬을 사용한다.일부 비 포쉬 모델에서는 클러치와 변속기를 차량 후면에 배치하고 구동축과 엔진 사이에 위치시킨다.이 경우 차량이 정지해 있고 기어가 맞지 않는 경우에도 구동축은 엔진과 함께 연속적으로 회전한다.그러나 포르쉐 924/944/928 모델은 벨 하우징에 엔진 뒤쪽에 클러치를 장착하고 있으며, 중공 보호 토크 튜브 내부에 위치한 클러치 출력의 구동축은 리어 장착 트랜스액슬(변속기 + 디퍼렌셜)에 동력을 전달한다.따라서 포르쉐 구동축은 엔진에 장착된 클러치가 구동축에서 엔진 크랭크축 회전을 분리할 수 있기 때문에 리어 휠이 회전할 때만 회전한다.따라서 포르쉐의 경우 운전자가 위아래로 활발하게 움직이면서 클러치를 사용할 때(수동 변속기) 클러치가 해제되면 엔진과 플라이휠 관성이 상대적으로 낮고 구동축의 추가 회전 관성에 부담을 주지 않기 때문에 엔진은 운전자의 가속 페달 입력으로 자유롭게 회전할 수 있다.Porsche 토크 튜브는 엔진의 벨 하우징과 트랜스액슬 케이스에 모두 견고하게 고정되어 벨 하우징과 트랜스액슬 사이의 길이와 정렬을 고정하고 어떤 평면에서 트랜스액슬을 비틀어서 발생하는 후륜 구동 반응 토크를 크게 최소화한다.

리어 디퍼렌셜과 리어 휠을 연결하는 구동축을 하프축이라고 할 수 있다.그 이름은 그러한 두 개의 축이 하나의 후륜 차축을 형성하는데 필요하다는 사실에서 유래되었다.

초기 자동차들은 구동축보다는 체인 드라이브나 벨트 구동 메커니즘을 사용하는 경우가 많았다.몇몇은 전기 발전기와 모터를 사용하여 바퀴에 동력을 전달하였다.

전륜구동

영국 영어에서 구동축이라는 용어는 바퀴, 특히 앞바퀴에 동력을 전달하는 횡축으로 제한된다.변속 장치를 리어 디퍼렌셜에 연결하는 샤프트를 "프로펠러 샤프트" 또는 "프로펠러 샤프트"라고 한다.프롭샤프트 어셈블리는 프로펠러 샤프트, 슬립 조인트 및 하나 이상의 범용 조인트로 구성된다.4륜구동 및 후륜구동 차량에서와 같이 엔진과 차축이 서로 분리되어 있는 곳은 엔진에서 발생하는 구동력을 차축에 전달하는 역할을 하는 프로펠러축이다.

자동차 산업에는 다음과 같은 몇 가지 다른 유형의 구동축이 사용된다.

  • 원피스 구동축
  • 투피스 구동축
  • 슬립인튜브 구동축

슬립 인 튜브 구동축은 충돌 안전성을 향상시키는 새로운 유형이다.충돌 시 에너지를 흡수하도록 압축할 수 있어 '접을 수 있는 구동축'이라고도 한다.

4륜 및 4륜 구동

이것들은 전륜 엔진 후륜 구동 배치에서 발전했다.트랜스퍼 케이스라는 새로운 형태의 변속기가 양쪽 차축의 변속기와 최종 구동 사이에 배치되었다.이는 구동력을 두 개의 차축으로 분할하고 감속 기어(도그 클러치 또는 디퍼렌셜)를 포함했을 수 있다.트랜스퍼 케이스에서 각 액슬로 1개씩 최소 2개의 구동축을 사용했다.일부 대형 차량에서는 트랜스퍼 박스가 중앙에 장착되었고 그 자체가 짧은 구동축에 의해 구동되었다.Land Rover 크기의 차량에서 프론트 액슬까지의 구동축은 리어 액슬에 비해 눈에 띄게 짧고 가파르게 연결되기 때문에 안정적인 구동축을 구축하는 것이 엔지니어링상의 문제로 작용하며, 이는 보다 정교한 형태의 유니버설 조인트를 수반할 수 있다.

4륜 구동(아우디 또는 피아트 팬더)을 탑재한 현대식 경차는 전륜 구동 레이아웃과 더 밀접하게 유사한 시스템을 사용할 수 있다.프론트 액슬의 변속기와 최종 구동력이 엔진과 나란히 하나의 하우징으로 결합되며, 단일 구동축이 차량의 길이를 리어 액슬로 구동한다.이는 토크가 앞바퀴에 편중되어 자동차와 같은 핸들링을 주거나, 제조자가 공유된 부품이 많은 4륜 구동 및 앞바퀴 구동 자동차를 모두 생산하고자 하는 경우에 선호되는 설계다.

연구개발

자동차 산업은 또한 시험 공장에서 구동축을 사용한다.엔진 시험대에서 구동축은 내연기관에서 동력계로 특정 속도나 토크를 전달하는 데 사용된다."샤프트 가드"는 구동축과의 접촉으로부터 보호하고 샤프트 고장을 감지하기 위해 샤프트 연결부에 사용된다.변속기 테스트 스탠드에서 구동축은 프라이머리 무버와 변속기를 연결한다.

드라이브 축 불량 증상

자동차 구동축은 일반적으로 약 120,000 킬로미터에 이를 수 있다.단, 아래의 징후가 있는 차량은 정비사에게 최대한 빨리 점검을 받아야 한다.[11]

  • 딸깍 소리 또는 삐걱거리는 소리:운전자는 주행 중에 차량 아래에서 딸깍, 삐걱거리거나 갈리는 소리를 들을 수 있다.이 모든 것이 드라이브 축이 제대로 작동하지 않고 이상한 소음을 많이 내는 베어링이나 부싱의 결함 때문일 수 있다.
  • 쿵쿵거리는 소리:운전자는 특히 차량을 회전하거나 가속 또는 후진 시 소음을 들을 수 있다.
  • 진동:구동축의 고장 초기 및 일반적인 증상은 차량 아래에서 발생하는 강한 진동이다.커플링, U 조인트 또는 베어링이 마모되면 과도한 구동축 진동이 발생한다.
  • 회전 문제: 저속 주행과 고속 주행 모두에서 차량 회전 문제가 발생하는 것은 구동축이 불량하다는 또 다른 중요한 신호다.

오토바이 구동축

BMW의 첫 오토바이인 R32에 노출된 구동축

드라이브 축은 1903년 벨기에 FN 오토바이와 1912년 스튜어트 터너 스텔라 오토바이와 같이 1차 세계대전 이전부터 오토바이에 사용되어 왔다.체인 및 벨트 드라이브의 대안으로 구동축은 수명이 길고 청결하며 비교적 유지보수가 필요 없는 작동을 제공한다.모터사이클 샤프트 구동부의 단점은 동력을 샤프트에서 후륜으로 90° 돌리기 위해 헬리컬 기어, 나선형 베벨 기어 등이 필요하며, 그 과정에서 어느 정도 동력을 상실한다는 것이다.

BMW는 1923년부터 샤프트 구동 오토바이를 생산해 왔고, 모토 구찌는 1960년대부터 샤프트 구동 V트윈을 만들었다.영국 회사인 트라이엄스와 일본의 주요 브랜드인 혼다, 스즈키, 가와사키, 야마하가 샤프트 구동 오토바이를 생산했다.

Lambreta 모터스쿠터 타입 A에서 타입 LD까지 샤프트 구동[12], NSU 프리마 스쿠터 역시 샤프트 구동[13]

크랭크축이 세로방향이고 프레임에 평행하도록 배치된 오토바이 엔진은 샤프트 구동 오토바이에 종종 사용된다.이를 위해서는 두 번이 아닌 한 번의 90° 회전만 하면 된다.모토 구찌와 BMW의 자전거와 트라이엄스 로켓 III, 혼다 ST 시리즈가 모두 이 엔진 배치를 사용한다.

샤프트 드라이브가 장착된 이륜자동차는 샤시 전원이 공급될 때 섀시가 올라가는 축 효과에 따라 달라진다.체인드라이브 오토바이가 전시한 것과 정반대인 이 효과는 BMW의 파랄리버, 모토구찌의 CARC, 가와사키의 테트라 레버와 같은 시스템과 상충된다.

마린 구동축

동력구동 선박에서 구동축, 즉 프로펠러축은 보통 선박 외부의 프로펠러를 선체와 교차하는 최소 하나의 축 씰이나 주입상자를 통과해 내부에 있는 구동 기계에 연결한다.프로펠러에 의해 발생하는 축력인 추력은 추력블록이나 추력베어링에 의해 선박에 전달되며, 이는 가장 작은 보트를 제외한 모든 보트에 주엔진이나 기어박스에 통합된다.샤프트는 어떤 선박을 설치하느냐에 따라 스테인리스강이나[14] 복합재료로[15] 만들 수 있다.

프로펠러에 직접 연결되는 구동렬 부분을 테일 샤프트라고 한다.[16]

기관차 구동축

셰이 기관차의 리어 구동축, 크랭크축 및 프론트 구동축

19세기 후반에 도입된 셰이, 클라이맥스, 하이슬러 기관차는 모두 퀼 드라이브를 사용하여 중앙에 장착된 다중 실린더 엔진에서 엔진을 지탱하는 각 트럭에 동력을 공급했다.이러한 각 게일형 증기 기관차에서 각 구동축의 한쪽 끝은 범용 조인트를 통해 구동 트럭에 연결되고 다른 쪽 끝은 크랭크축, 변속기 또는 다른 트럭에 의해 두 번째 범용 조인트를 통해 구동되는 트럭에 연결되었다.퀼 드라이브는 길이도 미끄러져 길이도 효과적으로 변화시킬 수 있다.이것은 곡선을 통과할 때 보기가 회전할 수 있도록 하기 위해 필요하다.

카르단 샤프트는 일부 디젤 기관차(주로 영국 철도 등급 52와 같은 디젤-유압)와 일부 전기 기관차(예: 영국 철도 등급 91)에 사용된다.디젤 다중 장치에도 널리 사용된다.

자전거의 구동축

주요기사 : 샤프트 구동 자전거
샤프트 구동 자전거

구동축은 지난 세기 동안 자전거에서 체인드라이브의 대안으로 작용해왔지만, 결코 큰 인기를 끌지 못했다.샤프트 구동 자전거(또는 초기 메이커의 "아카테네")에는 다음과 같은 여러 가지 장단점이 있다.

이점

  • 구동 시스템이 걸릴 가능성이 적다.
  • 승차자는 보호되지 않은 체인과 스프로킷 사이에 옷이나 신체 부위가 끼었을 때 체인 그리스로 더럽혀지거나 "체인 물림"에 의해 다칠 수 없다.
  • 드라이브 축이 튜브에 둘러싸여 있을 때 체인 시스템보다 낮은 유지 관리
  • 보다 일관된 성능.다이내믹 바이크스는 구동축 자전거가 94%의 효율성을 제공하는 반면 체인 구동 자전거는 조건에 따라 75~97%의 효율성을 제공할 수 있다고 주장한다.

단점들

  • 구동축 시스템은 체인 시스템보다 무게가 더 나가며, 일반적으로 0.5–1 kg(1–2 lb) 더 무겁다.
  • 구동축의 지지자들에 의해 주장되는 많은 이점들은 체인이나 스프로킷을 덮는 것과 같은 체인 구동 자전거에서 달성될 수 있다.
  • 허브 기어는 사용할 수 있지만, 비율이 높은 경량 탈선 기어는 사용할 수 없다.
  • 휠 탈거는 일부 설계에서 복잡할 수 있다(허브 기어가 장착된 일부 체인 구동 자전거에 해당).

PTO 구동축

구동축은 엔진과 PTO에서 에어 컴프레서와 같은 차량에 장착된 부속 장비로 동력을 전달하는 한 가지 방법이다.구동축은 엔진 옆에 추가 액세서리를 위한 공간이 충분하지 않을 때 사용된다. 구동축은 엔진 PTO와 액세서리 사이의 간격을 메워 액세서리를 차량의 다른 곳에 장착할 수 있도록 한다.[17]

구동축생산

오늘날 구동축의 생산 과정에 새로운 가능성이 존재한다.필라멘트 권선 생산 공정이 복합 드라이브 축의 제작으로 인기를 끌고 있다.자동차 업계의 몇몇 회사들은 대량 생산 공정을 위해 이 지식을 채택하려고 하고 있다.[citation needed]

참고 항목

참조

  1. ^ 헨리 D.Stopver, Wood-Planning Machine의 개선, 1861년 5월 21일 미국 특허 1,190 재발급
  2. ^ 헨리 D.Stover, Planning Machine, 미국 특허 30,993, 1860년 12월 18일, 1861년.
  3. ^ 1861년 7월 23일 미국 특허 재발행 1,904호, John Delancy Watkins and Robert Bryson, Mowing Machines, Mowing Machines.
  4. ^ 러시 S. 배틀즈, 기관차, 미국 특허 455,154, 1891년 6월 30일.
  5. ^ 1891년 7월 21일, 미국 특허 456,387.
  6. ^ 더들리 D.Bukey, Horse-Power, 미국 특허 631,198, 1899년 8월 15일.
  7. ^ 찰스 클라크, 마린 벨로시페데, [미국 특허 63만7,547], 1899년 11월 21일.
  8. ^ 찰스 크롬턴, 미국 자동차 특허 72만8097, 1903년 1월
  9. ^ "Autocar, 1901".
  10. ^ "Autocar automobile". National Museum of American History. 2 November 2016. Retrieved November 19, 2017.
  11. ^ "Drive Shaft — The Definitive Guide 2021". Saiko. Malaysia. Retrieved 2021-09-10.
  12. ^ "Lambretta Scooters Models". Cambridge Lambretta Workshop. UK. Retrieved August 26, 2016.
  13. ^ "NSU Prima sales brochures". NSU Prima. Retrieved August 26, 2016.
  14. ^ "BT Marine Propellers - Propeller shafts". www.btmarinepropellers.co.uk. Retrieved 2021-03-28.
  15. ^ "Composite Shafting". www.vulkan.com. Retrieved 2021-03-28.
  16. ^ "Wärtsilä Encyclopedia of Marine Technology".
  17. ^ "What Is A PTO Driven Air Compressor?". VMAC. March 15, 2019. Retrieved March 25, 2019.