자동차공학)동력전달장치 등속조인트

등속조인트(CV joint, Constant Velocity Joint)는 동력 전달 각도가 크게 변하더라도 구동축과 피동 축과의 사이에 회전속도나 회전력(토크)의 변동 없이 동력을 일정하게 전달하여 FF 자동차 앞 차축, 4WD 차량의 종감속  장치에 연결된 구동차 축에 설치되어 동력전달용으로 사용된다. 일반적인 자재이음에서는 동력전달 각도 때문에 추진 축의 회전 각속도가 일정하지 않아 진동을 발생하는데 이 진동을 발생하기 위해 개발된 것이다. 부등속 자재이음, 즉 십자형 자재이음에서 부등속이 발행하는 것은 십자 축이 회전과 동시에 요동을 하여 피동 축에 대한 유효변경이 변하기 때문이다. 이를 위해 등속조인트는 구동축과 피동 축의 접점이 축이 만나는 각의 2 등분선 상에 있게 하여 등속회전을 할 수 있도록  한 것이다. 이것은 볼을 사용하여 볼이 항상 축이 만나는 각의 2 등분선에 있도록 하고 있다. 이것이 등속의 원리이다.

등속조인트는 동력전달 각도가 큰 경우에 사용되며 동력전달 효율이 높고 소음이 적은 장점이 있으나 구조가 복잡한 단점이 있다. 종류에는 벤딕스형, 제파형, 버필드형, 트리포드형 등이 있으나 현재는 버필드형, 더블 오프셋형, 트리포드형이 주로 사용되고 있다.

 

1. 종류

2. 파르빌레 등속조인트

 

1. 종류

 

- 버필드형

버필드 이음(BJ, birfield joint)은 제파형을 개량한 것으로 볼 조인트(ball joint)라고도 한다. 외륜(볼 하우징)의 안쪽면과 내륜(이너링)의 바깥면은 중심이 같은 구형으로 되어 있고, 그 사이에 볼 리테이너(ball retainer, or ball cage)를 끼워 결합되어 있다. 볼의 홈은 6개 있으며, 이들 홈에 6개의 볼에 들어 있어 조인트가 각도를 이룬 경우에는 홈의 모양과 볼 리테이너에 의해 볼을 일정한 위치에 유지하도록 되어 있다.

버필드형은 축 방향으로 전위가 불가능하며 전달각도가 47도까지 가능하며 중심을 유지하기 위한 베어링이 필요하지 않으므로 구조가 간단하고 용량이 크기 때문에 FF 차량 앞바퀴 등속 축의 바깥쪽 자재이음으로 많이 사용된다.

 

- 더블 오프셋형

더블 오프셋 이음(DOJ, double offset joint)은 버필드형에 축 방향 전위가 가능하도록 슬립이음을 겸한 형식이다. 따라서 이 형식은 별도의 슬립이음이 필요 없고 축 방향 길이 변화가 가능한 대신 전달 각도는 20도로 제한된다. 구조는 볼 리테이너에 끼워진 볼이 아웃터 레이스(outer race) 안쪽면의 직전상의 레일에서 미끄럼 운동을 할 수 있도록 되어 있다. 축 방향 길이 변화는 약 30mm까지 가능하다. FF 차량 등속 축의 안쪽(트랜스 액슬쪽)의 자재이음으로 사용된다.

 

- 트리포드형

트리포드 이음(tripod joint)은 통형 조인트(trunnion joint)라고도 하며 슬립이음과 자재이음을 결합한 것이다. 주로 추진 축과 뒤 차축의 자재이음으로 사용되며 전달각도는 22도, 길이방향 전위가 약 30mm이다. 최근에는 FF 차량 안쪽(트랜스액슬 쪽)의 자재이음으로 사용된다.

 

2. 파르빌레 등속조인트

트랜스 액슬의 추진 축의 등속조인트는 외측(바퀴측)에는 버필드이음(BJ, birfield joint 또는 ball joint), 내측(차동기어측)에는 더블 오프셋이음(DOJ, double offset joint) 또는 트리포드 이음(tripod joint)을 사용한 파르빌레 등속조인트가 사용되고 있다. 이것은 외륜의 안쪽 면과 내륜의 바깥쪽 면이 같은 중심을 갖는 구형으로 되어 있고, 각도를 이룰 때는 외륜과 내륜이 리테이너를 사이에 두고 섭동하여 소정의 각도를 이루고 있다. 이 형식의 특징은 등속성이 매우 우수하고 토크 전달도 우수하며 최대 작동각도는 45도 정도이고 트리포드와 더블 오프셋 이음은 축 방향으로 길이 변화를 흡수한다. 특히 중심유지용 베어링을 두지 않아도 되며 구조가 간단하고 용량이 커 FF 차량에서 많이 사용되고 있다.

승용차에 장착된 구동축(drive shaft)에 채용된 조인트 형식의 일 예는 아래와 같다.

 

엔진	변속기		조인트 형식		최대 허용각
아반떼 (디젤 1.6)	M/T	좌측	BJ	SFJ	45도	21도
		우측	BJ	TJ	45도	21도
	A/T		BJ	TJ	45도	21도
아반떼 (가솔린 1.6)	M/T		BJ	TJ	45도	21도
	A/T		BJ	TJ	45도	21도
베라크루즈 (디젤 3.0)	A/T	Front	BJ	TJ	45도	21도
		Rear	BJ	TJ	45도	21도

비고 : BJ(ball joint), PTJ(pillow tripod joint), TJ(tripod joint), DOJ(double offset joint)