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구동축에 사용되는 베어링을 사용한 것을 등속조인트(Constant Velocity Joint, C.V Joint)라고 합니다. 구동축의 구조는 크게 보면 축과 베어링 어셈블리로 구성이 되어있는데요. 하우징 내부에 케이지(Cage)와 볼베어링(Ball Bearing)이 들어갑니다.
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Source: ko.nataviguides.com
Date Published: 12/19/2021
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전륜구동 자동차의 필수요소, 등속조인트 – 모토야
전륜구동(FF) 자동차는 오늘날 가장 대중적인 형태의 자동차 구동방식이다. 하지만, 그 구조는 의외로 복잡하다. `방향 전환`과 `구동`이라는 두 가지 …
Source: www.motoya.co.kr
Date Published: 5/8/2021
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- Author: 카닷TV[자동차정비]
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- Date Published: 2019. 9. 16.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=blzXDeBQEV8
[동력전달장치 part.5] 구동축(Drive Shaft) – 등속조인트(C.V Joint)
주행 중 타이어가 노면과 계속 접지되어 있을 때를 생각해 봅시다.
타이어의 중심, 휠의 중심, 허브의 중심은 거의 변하지 않는다고 해도 무방하겠습니다.
하지만, 요철을 넘을 때를 생각해 봅시다.
현가장치(Suspension)가 완충작용을 할 테고, 차체는 위아래로 움직일 겁니다. 차체에 연결된 엔진, 변속기 등을 포함해서 많은 부품들이 같이 상하 운동을 할 것이고요.
가만 생각해보면, 차체 하부에 고정되어있는 디퍼렌셜 기어 박스(차동장치 set)도 움직이겠군요.
그렇다면 디퍼렌셜에 연결된 구동축의 한쪽 부분도 끊임없이 차체를 따라 움직인다는 것인데, 타이어 쪽 부분은 항상 같은 위치이네요. 위치가 계속 달라질 수 있다는 얘긴데요.
위 두 가지 조건을 만족시키려면, 조인트가 필요합니다.
등속조인트, CV조인트 – CV joint, Constant velocity joint
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.
(출처 : http://businesslocalarticles.com)
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.
(출처 : http://sr.wikipedia.org)
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.
(출처 : http://en.wikipedia.org)
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.
(출처 : http://forums.nasioc.com)
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.
(출처 : www.aa1car.com)
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.
(출처 : www.aa1car.com)
③ 등속조인트의 경우는 리빌트(Rebuilt) 부품1을 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.
1. 재제조품, 재생품
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전륜구동 자동차의 필수요소, 등속조인트
전륜구동(FF) 자동차는 오늘날 가장 대중적인 형태의 자동차 구동방식이다. 하지만, 그 구조는 의외로 복잡하다. `방향 전환`과 `구동`이라는 두 가지 일을 모두 소화해야하기 때문이다. 이 두 가지 일을 모두 수행하는 데 반드시 요구되는 부품이 바로 등속조인트(Constant Velocity Joint)다. 등속조인트는 전륜구동차의 앞 차축에 동력을 전달하기 위해 사용되는 기계적 연결부를 말한다. 특히, 전륜구동 자동차의 구동축을 구성하는 데 있어 가장 중요한 부위다.
전륜구동 자동차의 앞바퀴는 `방향 전환`과 `구동`이라는 두 가지 일을 모두 해야 하며, 노면 요철의 영향 등으로 인해 회전의 중심을 이루는 축이 실시간으로 변화한다. 이 때문에 전륜구동 자동차의 구동축은 앞바퀴에서 발생하는 각종 변수에 대응할 수 있어야 한다. 특히, 앞바퀴의 각도에 상관없이 파워트레인에서 생성된 동력을 양쪽 바퀴에 일정하게 전달하기 위한 기계적인 연결부가 요구된다. 이 부품이 바로 등속조인트다.
등속조인트는 전륜구동을 구현하기 위한 핵심 부품이다. `방향의 전환`과 `구동`이라는 두 가지 역할을 수행하기 때문이다. 이로 인해 물리적으로 많은 부담을 안게 되는 부위이기도 하다. 하지만 소모품으로 취급하는 부위는 아니어서 교환주기가 달리 정해져 있지는 않다. 그러므로 급격한 소모를 막기 위한 운전자의 운전습관 역시 중요하다.
등속조인트의 빠른 소모를 막기 위해서는 정지상태에서의 스티어링 휠 조타와 스티어링 휠 조타 중의 가속을 자제하는 것이 가장 좋다. 본래 앞바퀴의 구동과 조타를 동시에 할 수 있도록 한 장치지만, 그 두 가지가 동시에 일어나는 상황 자체는 등속조인트에게 가장 가혹한 환경이기 때문이다. 특히, 유턴 등을 위해 스티어링 휠을 최대로 감은 상태에서 가속을 하는 습관을 가진 운전자가 더러 있는데, 이는 등속조인트의 수명을 갉아먹는 지름길이다. 이 외에 비포장 도로나 야지(野地) 등 노면 상태가 나쁜 곳에서는 속도를 최대한 줄여서 운행하는 것이 등속조인트의 소모를 막는데 도움이 된다.
등속조인트는 내부에 윤활 및 유연한 작동을 위해 윤활제를 채워 넣고, 이를 신축성 있는 고무 튜브로 밀폐한 경우가 일반적이다. 등속조인트에 사용되는 고무 튜브는 무리한 작동과 파열되는 경우가 있다. 이 때 고무 튜브의 파열부를 통해 내부의 윤활제가 유출된 경우, 스티어링 휠 조타 시 뚝뚝거리는 잡음과 함께 작동이 뻑뻑해진다. 등속조인트에 문제가 발생하는 경우는 대부분 이 고무 튜브의 수명이 다한 경우로, 이 부분만을 교체하고자 하는 경우가 많다.
하지만 이러한 문제를 인지한 경우는 이미 늦었다고 봐도 과언이 아니다. 파열된 고무 튜브를 통해 윤활제가 유출됨에 따라, 내부 기계 부품에는 이미 크고 작은 손상이 일어난 뒤이기 때문이다. 따라서 등속조인트에 문제가 발생한 경우에는 되도록 신품으로 교환하는 것이 가장 이상적이다. 하지만 비용적인 문제로 인해, 재생품을 사용하는 경우도 많은 편이다.
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