전문가와 정비인이 알려주는 자동차정보-자재이음 (Universal joint)

[박동현]

                  ◀ 자재이음 (Universal joint) ▶

자재이음은 두 개의 축이 어느 각도를 이루어 교차할 때, 자유로이 동력을 전달하기 위한 장치이며 다음과 같은 종류가 있다.

자재이음 : 플렉시블 조인트, 트러니언 조인트, 훅 조인트, 등속 조인트

1. 플렉시블 조인트

플렉시블 조인트는 세 갈래로 된 두 개의 요크 사이에 휨이나 원심력에 충분히 견딜 수 있고, 질긴 마직물에 여러 겹으로 겹친 것이나, 또는 가죽을 겹친 가요성 원판을 넣고 볼트로 고정한 것이다.   따라서 마찰부분이 없고, 급유할 필요가 없으며, 회전도 조용하나 두 축의 경사각을 7~10도 이상으로 하는 것이 어렵고 전달효율도 낮다.   또한 두 축의 중심을 맞추기가 어렵기 때문에 진동이 일어나기 쉬운 결점이 있다.   이러한 결점을 보완하기 위해 그림과 같이 고무링을 이용하여 센터를 맞추는 안내를 부착한 것도 있으며 어느 것이나 슬립이음을 병용한다.

[그림 1] 플렉시블 조인트

2. 트러니언 조인트

트러니언 조인트는 자재이음과 슬립이음을 겸한 것으로 통형 보디의 안쪽 면에 축 방향으로 두 개의 홈이 파여져 있으며, 상대축의 끝에는 핀이 들어가는 볼 헤드가 있고, 핀에는 니들 롤러 베어링을 사이에 끼어 볼이 결합되어 있다.   볼은 보디 안쪽 면의 홈에 들어가 동력을 전달함과 동시에 축방향으로 움직이도록 되어 있다.   또한 보디 내부에 들어 있는 코일 스프링은 추진축이 앞뒤로 움직이는 것을 방지한다.

[그림 2] 트러니언 조인트

3.훅 조인트

훅 조인트는 십자형 자재이음이라고도 하며, 구조가 간단하고 작동도 확실하기 때문에 가장 많이 사용되고 있다.

[그림 3]과 같이 십자축을 사용하여 양쪽 요크를 직각으로 결합한 것으로 구동축의 요크는 십자축을 통해 회전을 전달한다.   십자축은 특수강을 단조하여 강도와 내마모성을 갖기 위해 저널 부분에 표면 경화처리를 하여 니들 베어링을 끼워서 그림과 같은 방법으로 요크에 결합되어 있다.

[그림 3] 훅 조인트와 십자축의 결합

자재이음에는 구동축이 일정한 각속도로 회전해서 피구동축의 각속도가 변동하는 성질이 있으며, 그 변동은 축이 교차하는 각도에 따라 변화한다.

[그림 4] 훅조인트의 교차각과 각속도의 변화와 같이 구동축과 피구동축이 α각으로 교차한다고 가정하여, ⓐ의 경우에는 구동축이 각속도 w로 회전한다고 하면 요크의 주속은 rw로 되나, 피구동축은 회전하는 스파이더의 반지름이 외견상 r· cos χ로 되어 있으므로 그 각속도는

rw / r·cosχ = w / cos χ

로 되어 피구동축의 각속도가 커진다.

또 ⓑ의 경우에는 반대로 w / cos χ로 되어 피구동축의 각속도는 적어진다.

이와같이 자재이음은 1회전중에 피구동축의 각속도가 [그림 5]와 같이 네 번 변화하는 성질이 있기 때문에 동력전달장치의 각 부분에 무리가 갈 염려가 있으므로, [그림 4] 십자축의 설치 방법과 같이 두 개의 자재이음을 사용하여 각속도의 변화를 상쇄시키면 원활한 동력을 전달할 수 있다.

[그림 4] 훅 조인트의 교차각, 각속도의 변화와 십자축의 설치 방법

[그림 5] 훅 조인트의 회전에 따른 각속도의 변화

4.등속조인트는 다음글 링크 ;