자동차학과, 자동차 정비 기능사 등 차의 모든것 자동차 셰시 핵심 요점 35장. 등속조인트

35장. 등속조인트

 

가. 개요

전륜 구동 방식에서 변속기 출력축과 바퀴 중심축의 위치는 서로 다르고, 또한 주행
중 노면의 충격에 의해 바퀴의 중심축 위치가 변하기 때문에 변속기 출력축과 바퀴 중
심축간의 각도와 길이가 변하게 된다. 등속조인트는 이러한 변화에 유연하게 대응하여
엔진의 동력을 속도와 토크의 변동 없이 등속으로 원활하게 전달하고 조향을 가능하도
록 하는 역할을 한다.

등속조인트의 필요성

등속조인트는 구동축과 피동축과의 회전속도나 토크의 변동없이 일정하게 동력이 전
달되기 때문에 동력전달 효율이 높고, 진동이나 소음발생이 적어 승차감이 좋다. 특히
전륜 구동인 경우, 변속기 출력부분에서 구동 바퀴까지의 거리가 짧아 굴절각이 커지
므로 전륜 구동형 승용차에는 대부분 등속조인트가 사용된다. 하지만 구조가 복잡하다
는 단점이 있다.

나. 등속조인트의 종류

(1) 버필드 조인트

버필드 조인트(BJ : Birfield Joint)는 생긴 모양이 종 모양으로 되어 있다고 하여 벨
조인트(bell joint)라고도 하며 또는 제파 형(zeppa type)라고도 한다. 버필드 조인트는
구동축과 연결되어 있는 내륜측인 이너링(inner ring)과 차륜축과 연결되어 있는 외륜(
볼 하우징)사이에 볼이 축 방향으로 이동할 수 있는 홈이 있으며, 그 홈 속의 6개의 볼에

버필드 등속조인트

의해 토크를 전달한다. 이 형식은 굴절각이 대단히 큰 상태에서도 작동이 가능하지만,
축방향의 길이 변화가 불가능하다. 주로 전륜구동 자동차의 차륜 쪽에 많이 사용된다.

(2) 더블 옵셋 조인트

더블 옵셋 조인트(DOJ : Double Offset Joint)는 제파형을 개량한 것으로 파르빌레
형(parville type)이라고도 하며 축방향의 길이변화가 가능하도록 볼이 이동하는 홈을
축과 평행한 직선으로 하고, 볼 케이지 내외 구면에 옵셋(offset)을 주어 볼이 2등 분
면 상에 유지하도록 하여 등속이 되도록 한 것이다. 굴절각은 20。까지, 축방향의 길이
변화는 약 30mm 까지 가능하다. 주로 전륜 구동방식에서 변속기 측에 많이 사용된다.

(3) 트리포드 조인트

트리포드 조인트(tripod joint)는 하우징 내에 3개의 롤러가 들어갈 수 있는 홈을 만
들어 이 롤러에 의해 토크를 전달하도록 한 것이다. 굴절각은 약 22。이며, 축 방향 길
이변화는 약 30mm 까지 가능하다.

다. 등속조인트의 적용

실제 전륜 구동자동차에 등속조인트를 사용하는 경우, 일반적으로 변속기 쪽은, 허
용각도는 작지만 축 방향으로 신축가능(길이의 변화)한 슬립형 등속조인트인 더블 옵
셋 조인트(DOJ : Double Offset Joint)나 트리포드(tripod joint) 조인트가 종감속기어
의 스플라인에 삽입된다. 바퀴쪽은 많은 힘을 받고 각도의 변화가 크므로 고정형 등속
조인트인 버필드 조인트(BJ : Birfield Joint)가 휠 허브의 스플라인에 삽입되는 구조로
되어 있다. 또한 드라이브 샤프트는 변속기의 장착 위치에 따라 한쪽에는 단축이 설치
되고 또 다른 한쪽에는 장축이 설치된다. 따라서 차량 출발 시 장축의 드라이브 샤프트
쪽으로 조향휠이 돌아가는 토크스티어(torque steer)가 발생할 수 있다. 이를 방지하기
위해 일부 차량에는 서브 샤프트가 적용되기도 한다.

토크스티어란? 토크스티어(torque steer)란 급출발 또는 급가속 시 엔진의 구동력(토크)의 영향으로 조향핸들이 한쪽방향으로 움직이거나 차량이 한쪽 방향으로 쏠리는 현상으로 주로 전 류구동 차량에서 발생한다. 토크스티어의 근본적인 원인은 전륜구동 차량의 엔진과 변속기의 배치에 따른 좌우 바 퀴를 연결하는 드라이브샤프트의 길이와 각도 차이에 기인한다. 가로 배치 엔진의 전륜구동 차량은 필연적 으로 변속기가 중앙에 위치하지 못하고 한 쪽으로 치우치게 설치된다. 따라서 드라이브 샤프트는 변속기의 장착 위치에 따라 한쪽에 는 단축이 설치되고 또 다른 한쪽에는 장축 이 설치되어야 함으로 양쪽 바퀴의 드라이브 샤프트의 길이는 달라 지게 된다. 이 때문에 강한 힘이 가해지면 급가속 출발시 드라이브 샤프트가 긴 쪽으로 조향 휠 이 돌아가려는 토크스티어가 발생한다. 토크스티어는 주로 변속단이 저단이고 높은 토 크가 걸리는 상황에서 발생한다. 따라서 전륜구동차량의 엔진 출력은 300마력 내외 가 한계로 알려져 있다. 반면, 후륜구동은 차동장치가 차량의 정중앙에 위치하여 좌,우 액슬축의 길이가 같아 서 토크스티어가 발생하지 않는다. 따라서 이론적인 엔진 출력의 한계가 없고, 고출 력 엔진이 적용될 수록 후륜구동 방식이 적용되는 이유이기도 하다. 하지만 뒤에서 밀어주는 구조 때문에 급가속시 스티어링이 살짝만 틀어져 있어도 오버스티어가 발 생하는 단점이 있는데, 이 현상은 스티어링이 스스로 움직이는 토크스티어와는 구별 되는 현상이다.