등속 조인트

[차상현]

1. 등속조인트의 구조 및 작동원리

 조인트를 기술서에서는 자재이음이라고도 한다. 말 그대로 회전하는 양단의 부품(자재)을 연결하는 역할을 한다. 유니버셜 조인트(Universal joint)에서는 십자축이 회전과 동시에 요동운동을 하며, 동시에 피동축에 대한 유효반경이 변화하므로 부등속이 발생한다.

  그러나, 등속조인트는 구동축과 피동축의 접촉점이 항상 굴절각의 2등분선상에 위치하므로 등속회전할 수 있게 된다. 전륜구동방식 자동차의 경우 주행 중 조향 시나 범프 또는 리바운드 시에는  드라이브 라인의 각도가 크게 변화한다. 이런 경우에도 등속조인트는 동력전달효율이 높은 장점이 있다.  

 등속조인트의 종류는 다음과 같다. 

1) 이중 카르단 조인트 / 이중 십자형 이음 (Double Cardan joint / Double cross joint) 

 카르단은 16세기 이탈리아 출신으로 카르단 조인트의 발명자이다. 이 카르단 조인트, 일명 십자 조인트를 2개 연결한 형태를 말한다. 구동축과 피동축 사이에 굴절각이 존재하면 요크에는 부등속이 발생되지만 양단의 축에서는 상쇄되어 등속이 된다. 주로 전륜에 많이 쓰인다.

2) 제파 조인트 (Rzeppa joint) 

 Alfred H. Rzeppa에 의해 1926년에 발명된 등속조인트이다. 6개의 그루브(Groove)가 파여 있는 이너 레이스(아래그림의 연두색 부분)에 끼워진 동력전달용 볼(아래그림의 노란색 부분)이 아우터 레이스(아래그림의 빨간색 부분)의 안내면에 설치된 구조이다. 굴절각은 일반적으로 최대 45°~48° 정도이다. 주로 전륜구동방식의 자동차에서 구동축의 차륜(타이어)측 자재이음으로 사용된다.

3) 버필드 조인트 (BJ, Birfield joint) 

 제파 조인트를 개량한 것으로 버필드사에서 개발하였다고하여 버필드 조인트라 부른다. 작동 방식은 제파 조인트와 유사하고, 역시 전륜구동방식의 자동차에서 구동축의 차륜(타이어)측 자재이음으로 사용된다. 아래 동영상은 버필드 조인트의 구조 및 작동에 관한 애니메이션이다.

4) 더블 오프셋 조인트 (DOJ, Double offset joint) 

 제파나 버필드 조인트의 경우는 축방향 움직임이 불가능한 구조 또는 가능하더라도 제한적인 경우가 많다. 더블 오프셋 조인트의 경우는 축방향 움직임이 가능하게 만든 등속조인트이다.  

 구조는 제파 또는 버필드 조인트와 비슷하지만 아우터 레이서가 직선형이라는 차이점이 있다. 따라서 굴절각이 상당히 제한되는 반면에 길이변화에는 대응 할 수 있는 구조이다. 굴절각은 20° 정도이며, 약 30mm 까지 길이변화가 가능하다. 주로 전륜구동방식의 차량에서 트랜스액슬측 자재이음으로 사용된다.  

5) 트리포드 조인트 (TJ, Tripod joint) 

 더블 오프셋 조인트와 마찬가지로 구동축의 각도변화와 길이변화에 모두 대응할 수 있다. 굴절각은 22° 정도이며, 길이변화도 약 30mm 정도 가능하다. 3개의 핀과 조합한 3개의 롤러가 마주보는 튤립형의 구조이며, 회전을 전달함과 동시에 축 방향으로 미끄럼 운동을 할 수 있도록 만들어져 있다. 주로 전륜구동방식의 차량에서 트랜스액슬측 자재이음으로 사용된다. 아래 동영상은 트리포드 조인트의 구조 및 작동원리를 나타낸 애니메이션이다. 

2. 고장 증상

① 볼조인트의 마모에 의해 차량의 쏠림 현상.

② 다음의 원인에 의한 진동 발생.

- 슬립이음의 스플라인 결합 불량.

- 구동축의 휨 또는 마모. 

③ 다음의 원인에 의한 소음 발생.

- 베어링 마모.

- 그리스 누유에 따른 윤활 불량.

3. 정비 어드바이스 

① 등속조인트의 고무부트가 찢어지면 그리스의 누출이 발생한다. 그리스가 빠져나가면 윤활

    상태가 불량해지고 찢어진 부트사이로 먼지나 이물질이 침투하여 베어링 및 레이서의 마모

    가 촉진된다. 따라서 고무부트가 손상되면 곧바로 교환하는 것이 좋지만 이것을 조기에 발

    견하는 것이 말처럼 쉬운 일은 아니다. 

② 부품대리점에서는 고무부트만 별도로 판매하고 있다. 하지만 일부 정비업소에서는 고무부

    트의 교환보다 등속조인트 어셈블리의 교환을 권유하기도 한다. 원칙적으로는 등속조인트

    의 진동이나 소음 발생 등 차량의 이상 증상이 없는 단순 그리스 누유의 경우는 굳이 등속조

    인트를 어셈블리로 교환할 필요가 없다. 따라서 조인트의 탈거 후 분해 점검하여 이상이 없

    을 경우는 고무부트만 교환하는 것이 비용 측면에서 합리적이다.

③ 등속조인트의 경우는 리빌트(Rebuilt) 부품을 많이 사용한다. 이런 제품은 신품 가격의 30

    ~50% 정도의 저렴한 비용으로 교환 할 수 있는 장점이 있다. 반면에 제품의 수명이나 질은

    신품과 비교해서 다소 떨어지는 편이다. 따라서 정비업소에서 보장하는 보증기간 및 서비

    스 규정을 잘 확인하고 교환하는 것이 좋다.