자동차의 구동계를 구성하는 부품들

구동계(Power Delivery System)

구동계(Power Delivery System)란 자동차 변속기에서 주행 조건에 알맞게 조정된 출력을 바퀴로 전달하는 역할을 가진 부품들을 말한다.

※구동계의 구성 요소

구동계의 구성 요소는 크게 5가지가 존재하고, 자동차의 구동 방식(전륜구동, 후륜구동)에 따라서 사용이 달라진다.

• 구동 축(Drive Shaft pr Propeller Shaft)
• 유니버설 조인트(Universal Joint)
• 등속 조인트(CV Joint)
• 슬립 조인트(Slip Joint)
• 차동 장치(Differential)

※ 후륜 구동식 구동 라인에서 사용하는 구동계 부품과 역할

● 후륜 구동식 동력 전달 경로
엔진 - 변속기 - 구동축 - 종감속 기어 - 차동기어 - 구동축 - 타이어

1. 구동 축(Drive Shaft)

차량 엔진에서 발생한 토크를 차량을 추진하기 위해 사용 가능한 원동력으로 변환하는 기계 부품.

○ 구동축의 주요 기능

구동축은 차량이 주행하기위한 엔진의 구동 토크를 바퀴로 전달하는 역할을 주로 한다. 추가적으로 차량이 주행하면서 변화하는 차량의 상태에 따라 구동계의 각도와 길이가 변화 할 수 있는데 이러한 상태에도 정상적으로 구동 토크를 전달해주는 역할을 수행한다.

 

○ 구동축의 구조

구동축은 다음과 같이 변속기와 차동장치를 이어 구동 토크를 전달 할수 있도록 변속기와 차동장치를 이어서 장착되고, 변속기와 차동장치의 상대적 위치 변화를 보상할 수 있도록 유니버설 조인트와 슬립 조인트가 장착되어 있다.

2. 유니버설 조인트(Universal Joint)

일직선상에 있지 않은 두 개의 축을 연결하여 자유로이 회전하도록 하는 이음

→ 축의 각도변화가 있더라도 동력을 전달할 수 있도록 하는 역할

○ 유니버설 조인트의 등속 조건

유니버설 조인트를 구동축의 양 끝 두개를 사용하는 경우에 다음과 같은 조건이 충족되어야 구동축(변속기)과 피동축(차동장치)의 회전 각속도가 같아진다.

① 양단의 굴절각 β1과 β2는 서로 같아야 한다.(β1＝β2)
② 구동축 양단의 2개의 요크는 동일평면 상에 설치되어야 한다.

다음과 같은 조건을 만족시키지 못한다면 구동축과 피동축의 회전 각속도가 다르게 되어 엔진의 구동력 전달에 큰 문제가 생기게 된다.

3. 슬립 조인트(Slip Joint)

구동축의 축 방향 길이변화를 어느정도 가능하게 만드는 이음

→ 축의 길이변화가 있을때 재료에 무리를 주지 않고 길이 변화가 가능하게 해주는 역할

슬립 조인트는 다음과 같이 Internal Spline과 External Spline을 이용해 제한적으로 축의 길이를 변화 할 수 있도록 설계되었다.

※ 전륜 구동식 구동 라인에서 사용하는 구동계 부품과 역할

● 전륜 구동식 동력 전달 경로
변속기 - 등속 조인트 - 구동축 - 등속 조인트 - 타이어

 

3. CV(Constant Velocity : 등속) Joint

차량의 다양한 조건을 흡수하면서 엔진의 동력을 변속기로부터 바퀴에 등속으로 전달하는 구동 부품

 

구동축의 양끝에 위치하게 되며, 변속기와 연결되는 부분과 타이어와 연결되는 부분의 CV Joint의 종류가 기능에 맞도록 다르게 쓰인다.

※  쉐파 (Rzeppa) CV 조인트

케이지(Cage)에 끼워진 동력 전달용 Ball이 하우징(또는 outer cage)내의 안내면에 설치되는 구조를 가지고 있다. 구동축과 피동축이 만드는 굴절각에 따라 볼의 접촉 위치가 변화되어 등속이 이루어진다. 축 방향으로 길이 변화가 불가능하고 전달 각도가 47˚까지 가능하며, 구조가 간단하고 용량이 커서 전륜구동 차량 앞 바퀴 구동축의 바깥쪽 이음으로 많이 사용된다.

※  더블-오프셋 CV 조인트(Double-Offset CV Joint)

별도의 슬립 조인트가 필요 없이 축 방향 길이 변화가 가능한 대신 전달 각도는 22˚로 제한된다. 축 방향 길이 변화는 약 45mm까지 가능하다. 길이 변화가 가능하다는 점 때문에 전륜구동 차량 구동축의 안쪽의 자재 이음으로 사용된다.

※  트리포드 CV 조인트 (Tripod CV Joint)

슬립 조인트와 유니버설 조인트를 겸한 것으로 전달 각도는 26˚, 축 방향 길이 변화는 약 55mm까지 가능하다. 독립 현가장치를 사용하는 자동차에서 앞/뒤 구동축에 사용된다.

4. 차동 기어(Differential)

구동 바퀴의 좌 우 구동력을 나눠 분배하여, 좌 우 바퀴의 회전을 다르게 해주는 장치.

● 차동 기어의 기능

자동차가 회전할 때, 회전 방향의  안쪽에 있는 바퀴는 바깥쪽 바퀴보다 회전 반경의 반지름이 작게 되므로 안쪽바퀴의 회전수가 바깥쪽 바퀴보다  작아야 정상적으로 회전이 가능하다. 만약 차동 기어가 없다면 안쪽 바퀴와 바깥쪽 바퀴가 같은 회전수로 회전하게 되고, 이로 인해 예측한 조향능력에 비해 방향전환이 잘 되지 않는 언더 스티어가 발생하거나 양쪽 바퀴 모두 미끄러져 주행이 매우 불안정하게 될것이다.

● 차동 기어의 특징

차동장치는 변속기에서 전달되는 구동력을 양쪽 바퀴에 나누어 배분하므로 차동장치 케이스의 회전속도는 좌 우 양쪽 구동축 회전속도의 평균과 같다. 이에 따라서 차동장치 좌 우 양쪽 구동축의 전달 토크는 같게된다.