프로펠러 샤프트 및 구동축(자동차)

드라이브 라인,차동 및로드 휠 드라이브

프로펠러 샤프트는 기어 박스를 범용 조인트를 통해 차량의 최종 구동 기어에 연결하고 구동축 역할을합니다. 유니버설 조인트를 사용하면 드라이브가 가변 각도를 통해 전송 될 수 있습니다. 드라이브 시스템은 도로 바퀴에서 차량 몸에 모는 돌격을 전달하기 위한 배열입니다. 최종 드라이브는 프로펠러 샤프트와 차동 장치 사이의 전송 시스템입니다. 차동 메커니즘은 최종 드라이브의 중앙 부분에 내장되어 있습니다. 이 회전을 복용하는 동안 차량의 추진을 방해하지 않고 다른 속도로 회전하는 바퀴를 허용합니다. 후륜 구동의 경우,리어 액슬은 차량의 무게를 지원하기 위해 추가로 도로 바퀴를 구동하는 기어와 샤프트 메커니즘을 포함하는,”라이브”입니다. 이 장에서는 후륜 구동 시스템에 대한 이러한 모든 하위 시스템을 다룹니다. 또한 전륜 구동 및 4 륜 구동 시스템을 간략하게 제시합니다.
26.1.

프로펠러 샤프트 및 구동축

때때로 카덴 샤프트라고 불리는 프로펠러 샤프트는 기어 박스에서 리어 액슬로 동력을 전달합니다. 정상적으로 갱구는 관 단면도를 비치하고 있 1 개 2 조각 건축에서 합니다. 2 조각 배열은 고무에 의하여 거치된 방위에 의해 중앙 점에 지원됩니다. 짧은 구동축은 마지막 드라이브 집합에서 정면과 후방 바퀴 드라이브 배치 둘 다에 있는 도로 바퀴에 힘의 전송을 위해 통합됩니다.
26.1.1.

프로펠러 샤프트

이 샤프트는 구동 토크의 비틀림 작용에 저항하기 위해 강해야하며 비틀림 충격을 흡수하기 위해 탄력적이어야합니다. 무게 중심이 샤프트의 축과 일치하지 않을 때 진동이 발생하기 때문에 자체 무게로 처지는 자연스러운 경향에 저항해야합니다.
튜브형 프로펠러 샤프트는(1)중량이 적고,(2)오정렬,특히 처짐에 대한 큰 저항,(하이)비틀림 강도가 우수하고,(4)후크형 커플링을 사용하여 샤프트를 구동할 때 발생하는 각속도의 변화에 대해 낮은 저항(낮은 관성)을 제공하기 때문에 통상적으로 사용된다. 프로펠러 샤프트는 종종 특히 오버 드라이브 기어를 사용하는 동안 고속으로 회전하기 때문에 설계 사양 및 양호한 균형 한계를 충족시켜 제조 및 수리해야합니다.
완벽한 정적 정렬 후에도 샤프트가 처짐(즉, 그것의 자신의 무게 때문에 센터에 활을)형성합니다. 이 처짐이 과도 해지면 샤프트의 회전으로 인해 원심력 효과로 인해 활이 증가합니다. 이 개악,또는 갱구의 채찍은,소용돌이 치는 속도에 접근하는 때 가혹하게 되는 진동을 설치한다. 이 조건이 발생하는 임계 속도는 두 가지 중요한 치수,즉 튜브의 평균 직경과 샤프트의 길이에 따라 다릅니다.
도로 차량의 프로펠러 샤프트는 충분히 길고 일반적으로 고속으로 작동하기 때문에 특정 임계 속도에서 소용돌이가 발생할 수 있습니다. 이것은 전달된 토크에 기인한 깎는 긴장 보다는 더 높은 물자에 있는 구부리는 긴장을 일으킵니다. 샤프트의 질량이 감소함에 따라 임계 속도가 증가하지만 섹션의 관성 모멘트가 증가합니다. 회전 하는 프로 펠 러 샤프트에 대 한 경향이 감소 해야 하 고 이렇게,그것은 관 만들어져야 하 고 완벽 하 게 균형을 이루어야 한다.
프로펠러 샤프트의 임계 속도는 튜브의 직경에 따라 직접적으로,길이의 제곱에 따라 반비례합니다. 그러므로,직경은 모는 속도 범위의 위 갱구의 긴요한 속도 빈도를 지키기 위하여 가능한 한 큰과 길이 짧게 선정됩니다. 범용 조인트 사이의 길이가 1.5 미터 이상인 프로펠러 샤프트는 불균형 문제를 일으 킵니다. 2 피스 프로펠러 샤프트가있는 긴 변속기 연장 하우징 및 센터 유니버설 조인트를 사용하여 샤프트 길이를 최소화합니다. 사용될 때,센터 유니버설 조인트는 차량 포좌에서 격리되는 센터 지원 방위에 의해 지원됩니다. 프로펠러 샤프트 튜브는 일반적으로 평평한 시트에서 굴려 0 내에서 곧게 펴집니다.이 소용돌이를 최소화하기 위해 종축 중심에 매우 거의 중심 질량을 유지합니다. 임계 속도는 다음과 같습니다,

프로펠러 샤프트는 계산 된 임계 속도가 최대 출력의 엔진 속도보다 약 60%더 높도록 설계되었습니다. 프로펠러 샤프트는 또한 주어진 토크 등급에 맞게 설계 될 수 있으며,이는 탄성 한계에 응력을 가하는 데 필요한 토크입니다.

후륜 및 사 륜구동을 갖춘 많은 차량은 기어 박스와 최종 드라이브 사이에 긴 프로펠러 샤프트가 필요합니다. 이러한 상황에서 드라이브 라인은 일반적으로 분할되고 베어링은 분할 지점에서 샤프트를지지하기 위해 장착됩니다(그림 2). 26.1). 이 방위는 고무에서 몸에 그렇지 않으면 전달될 어떤 진동든지 흡수하기 위하여 거치됩니다.
차축 운동은 후방 샤프트로 제한되고 유니버설 조인트는이 운동을 수용 할 수 있도록 장착되어 있지만,여분의 조인트는 차체의 약간의 굴곡을 허용하기 위해 전면 샤프트에 필요합니다. 2 피스 샤프트 레이아웃에 장착 된 후크 형 커플 링의 올바른 드라이브 각도를 유지하는 것은 사실상 불가능하므로 하나 이상의 이력서 조인트가 많은 배열에서 사용됩니다.
도 1 에 도시된 복합 프로펠러 샤프트. 26.2 는 분할 된 배열의 대안입니다. 관 갱구는 유리와 탄소 섬유를 사용해서 강화되는 에폭시 수지로 만들고,유니버설 조인트에 연결을 위한 강철 마개에 접착시킵니다. 종래의 2 피스 스틸 샤프트 배열에 비해 복합 샤프트의 장점은:
(1)약 50%의 중량 감소.
(2)높은 내부 충격 흡수.
(안녕하세요)좋은 소음,진동,거친(네바다)성능. (4)뛰어난 내식성.
실시예 26.1. 자동차 엔진은 162 나노 미터의 최대 토크를 발생시킵니다. 변속기의 낮은 기어비는 2.75 이고 백 액슬 비율은 4.25 입니다. 효과적인 바퀴 반경은 0.325 미터이고 타이어와 노면 사이의 마찰 계수는 0.6 입니다. 허용
전단 응력은 경우 32373 엑스 104 아빠,최대 샤프트 직경을 결정,부하가 거의 비틀림 가정. 각 바퀴에 허용되는 최대 하중은 무엇입니까?
솔루션.
전체 기어비=2.75 엑스 4.25

도. 26.1. 프로펠러 샤프트 특징. 프로펠러 샤프트. 비.리어 액슬 운동.

예 26.2. 토크가 최대 일 때 엔진은 29.5 킬로와트 2000 분당 회전수를 개발합니다. 밑바닥 장치 비율은 3:1 이고 뒤 차축 감소는 4.5:1 입니다. 차가 완전히 적재될 때 각 모는 차축에 짐은 7357.5 엔입니다. 타이어에 도로 바퀴의 직경은,0 입니다.타이어와 막대 사이의 접착 계수는 0.6 입니다. 샤프트 재질의 허용 응력이 22072.5 를 초과 할 수없는 경우 액슬 샤프트의 직경을 찾으십시오.

솔루션.


둘 다 함께 센터에서 최대 응력을 생성하며,이는 설계 응력에 비해 너무 적습니다. 비틀림으로 인한 전단 응력의 강도는 표면에서 가장 높고 액슬 중앙에서는 0 입니다. 따라서 갱구는 직접적인 가위에서 확실히 안전합니다.
차축의 직경-35.3 밀리미터.
26.1.2.

구동축

이 샤프트는 길이가 비교적 짧고 공간이 제한적인 경우 서스펜션의 이동을 위한 여유 공간을 제공하기 위해 견고하게 만들어지며,그렇지 않으면 경량의 튜브형 섹션이 자주 사용됩니다. 서스펜션 편향으로 인한 큰 도로 휠 움직임과 결합 된 도로 휠과 최종 드라이브 하우징 사이의 짧은 거리는 범용 조인트의 최대 구동 각도와 샤프트 길이의 큰 변화를 유발합니다. 구동축의 각 끝에 이력서 합동은 각 요구에 응하고 돌입 이력서 합동은 길이 변화를 수용합니다. 독립적 인 리어 서스펜션을 갖는 후륜 구동 차량은 고정 된 최종 드라이브 어셈블리에 도로 휠을 연결하는 구동축이 필요합니다. 이 차량에 일반적으로 돌입 유형 이력서 합동은 구동축의 각 끝에 통합됩니다.
26.1.3.

프로펠러 샤프트 진동

소형차와 짧은 밴 및 트럭은 원하지 않는 진동없이 프런트 엔드에 슬립 조인트가있는 단일 프로펠러 샤프트를 통합합니다. 더 긴 휠베이스를 가진 차량은 더 긴 프로펠러 샤프트를 필요로하는데,이는 특정 작동 조건 하에서 처지거나 소용돌이 치는 경향이 있습니다(그림 1). 26.3). 그 결과 공진 진동은 차량의 본체에 설정되어,그래서 몸은 샤프트가 소용돌이로 진동.
진동을 일으키는 프로펠러 샤프트의 공진 주파수를 담당하는 주요 요인은 다음과 같이 분류 할 수 있습니다 :
(1)프로펠러-샤프트와 관련된 인자는(가)샤프트의 직경과 길이,
(6)조립된 샤프트와 조인트의 밸런싱,그리고(다)샤프트의 휨 저항이다.

그림. 26.3. 하나의 슬립 조인트와 두 개의 유니버설 조인트를 사용하는 간단한 원피스 프로펠러 샤프트.
(2)차체와 관련된 요소는
(가)차체 구조의 유형 및 형상,보강
상자 섹션 등이다.(6)신체 구조 내의 구성 요소의 위치,
및
(다)엔진 및 변속기 마운트,스프링 부시 패널 절연 등에 의해 제공되는 드라이브 라인 진동 클램핑의 품질.
회전축은 원심력이 샤프트의 종축 주위를 공전하도록 샤프트를 구부리는 경향이 있기 때문에 샤프트의 질량의 무게 중심이 편심하면 회전축이 회전한다. 샤프트의 편심 편향은 결과적으로 원심력도 증가 속도의 상승으로 증가한다. 따라서 소용돌이가 중요한 진동이 발생할 때까지 효과는 누적되고 점진적입니다.
베어링 사이에 수평으로 지지되는 원형 샤프트의 무게 중심이 중심 축의 한쪽으로 이동하는 요인은 다음과 같습니다.
(가)중심들 사이의 샤프트의 처짐.
(비)관형 이음매없는 인발 프로펠러 샤프트의 상황 주변의 비 균일 한 벽 두께.(다)용접금속의 양은 플랫 시트에서 압연된 튜브형 샤프트의 반대측에 있는 질량과 같지 않을 수 있다.
(라)회전축에 대한 샤프트의 이심률은 관형 샤프트가 느슨한 중심 사이에서 회전 된 범용 조인트 스텁 샤프트 오목 부에 강제되는 경우에 발생합니다.
(마)조인트 요크와 트러 니언 암이 한쪽으로 아주 약간 조립 된 경우,유니버설 조인트가 샤프트의 끝 부분에 장착 될 때 베어링에 지지됩니다.
(/)암수 스플라인 사이의 간극이 샤프트의 한쪽 끝에서 슬립 조인트 커플 링을 사용할 때 샤프트를 제한된 범위로 이동할 수있는 경우.
샤프트의 임계 회전 속도는 샤프트 길이의 제곱에 반비례합니다. 예를 들어,임계 회전 속도가 6000 분당 회전수인 샤프트의 길이가 두 배인 경우 새 샤프트의 임계 회전 속도는 이 값의 4 분의 1 인 1500 분당 회전수로 줄어듭니다. 반면에 샤프트의 길이를 반으로 줄이면 임계 속도가 4 배,즉 분당 24000 회전으로 증가합니다. 따라서 길이를 반으로 줄이면 임계 속도가 차량의 최대 프로펠러 샤프트 속도보다 상당히 높아집니다.
일반적으로 프로펠러 샤프트의 강성은 기어박스 메인 샤프트와 하우징의 후단을 연장시킴으로써 증가된다(그림 1). 26.4)또는 최종 드라이브 피니언 샤프트 하우징(그림. 26.4 비). 이전 접근은 중형 차를 위해 일반적이고,나중에는 끄는 팔 및 동점 막대 안정제를 가진 후방 용수철 현탁액을 비치하고 있는 더 큰 차에 약간 성공과 함께 사용되었습니다. 슬립 조인트는 일반적으로 프로펠러 샤프트의 기어 박스 끝에 설치되어 프로펠러 샤프트가 서스펜션 편향 변화에 따라 자동으로 길이를 조정할 수 있습니다.
진동 문제를 해결하는 또 다른 방법은 샤프트의 직경을 늘리는 것이지만,이는 토크 운반 요구 사항 이상으로 강도를 증가시킵니다. 또한 이것은 차량의 가속 및 감속에 반대하는 관성을 증가시킵니다. 자주 채택된 해결책은 중간물 센터 방위에 의해 지원된 분할한 프로펠러 샤프트의 사용입니다. 이 방법은 또한 리어 액슬에 전면 장착 기어 박스에서 전송()드라이브를 낮추기 위해 대형 자동차에 과거에 사용되어왔다. 그 결과 마루판 터널 높이가 감소하고 두꺼운 샤프트의 단점이 방지됩니다. “이 배열이 상업용 차량에 사용될 때,기어 박스 센터 라인과 최종 드라이브 피니언 사이의 큰 오프셋,센터 라인은 2 단계 또는 3 단계로 제공 될 수 있습니다.
장비.
26.1.4.

분할 된 프로펠러 샤프트와 그 지지대

두 개의 샤프트와 중간지지 베어링(그림 26.5)이있는 2 피스 드라이브 라인은 일반적으로 3.4~4.8 미터의 휠베이스를 갖는 트럭에 사용됩니다. 1 차적인 프로펠러 샤프트는 조정 합동 그리고 관 집합 유형의 이고,이차 프로펠러 샤프트는 지원 방위 끝에 미끄러짐 중단 운동 때문에 어떤 연장든지 다루기 위하여 합동을 통합합니다. 일반적으로 1 차적인 갱구는 변속기 주요 갱구 축선과 일치하여 입니다,그러나 이차 갱구는 경미하게 후방 차축 마지막 드라이브의 피니언 갱구를 교차하기 위하여 경사됩니다. 그러나 높 포좌 거치된 차량의 경우에는,두 갱구 다 효과적인 갱구 성향 각을 감소시키기 위하여 기울어지는 적합합니다. 기본 샤프트가 기어 박스의 출력 샤프트와 일치 할 때,고무 형 범용 커플 링은 때때로 기존의 스틸 조인트보다 더 효과적으로 전달 비틀림 진동을 감쇠하기 위해 사용된다.
휠베이스가 4.8 미터 이상인 차량의 경우 두 개의 중간 지지 베어링이 있는 3 피스 드라이브 라인이 더 적합할 수 있습니다(그림 1). 26.6). 4 개의 보편 합동은 채택되고 중간 갱구는 변속기의 산출 갱구와 평행한 속입니다. 후방 프로펠러 샤프트 만 샤프트 길이의 변화를 수용하기 위해 슬립 조인트를 다시 사용합니다.
26.1.5.

프로펠러 샤프트 중간 지지 베어링

중간 베어링 및 장착 어셈블리가 통합되어 분할된 프로펠러 샤프트를 위치시키고 지지합니다. 이 집합은(나)각자 맞추는 방위 지원 유형의(“)가동 가능 거치한 방위 지원 유형의 어느 쪽이든입니다입니다. 각자 맞추는 중간 방위 지원은 트럭에 주로 사용됩니다. 이 베어링 지지대의 한 유형은 깊은 홈이있는 내부 레이스와 내부 반원형 외부 레이스가있는 이중 열 볼 베어링입니다(그림 2). 26.7 에이). 이 배열은 조정 외부 인종 둥근 좌석에 관하여 기우는 공 및 안 인종을 통해서 어떤 갱구 편향도 보상합니다.
또 다른 방법은 외부 레이스의 주변에 구형 프로파일을 가진 단일 행 딥 그루브 볼 베어링을 사용하는 것입니다. 공 경주는 그의 내부 단면도가 방위(그림 2)의 외부와 일치하는 강철 지원 반지에서 그 때 넣어집니다. 26.7 비). 방위 및 반지의 관계되는 운동은 어떤 부정합든지 흡수할 수 있습니다. 위 배열 둘 다 주기 윤활을 요구하기 때문에,기름 물개는 윤활제를 유지하고 또한 방위 궤도에서 먼지를 지키기 위하여 이용됩니다.

그림. 26.4 원피스 드라이브 라인. 확장 기어 박스 하우징.
비.확장 차동 하우징-

그림. 26.5. 단 하나 중간 지원 방위를 가진 2 조각 드라이브 선.

그림. 26.6. 2 개의 중간 지원 방위를 가진 3 조각 드라이브 선.

그림. 26.7,분할 된’프로펠러-샤프트지지-베어링 어셈블리. 상업용 차량 이중 열 자동 정렬 베어링 지지대.
비.상업용 차량 단일 행 자체 정렬 외부 베어링 레이스. 중부 하용 고무 블록 베어링 마운트.
디.중간 및 중장비 유연한 베어링 마운트. 자동차 및 밴 브이 단면 고무 베어링 마운트. 자동차와 밴 더블 폴드 고무 베어링 마운트.
유연한 장착형 중간 베어링 지지대는 경량 및 대형 차량 모두에 사용됩니다. 이 유형은 분할된 갱구의 한에 직접 맞는 단 하나 줄 깊 홈이 있는 볼베어링을 채택하고,이 방위를 포위하는 일원은 강철 구조에서,둘러싸입니다. 그런 다음 이 어셈블리를 섀시 또는 바디 쉘에 볼트로 고정하여 중간 샤프트를 지지합니다. 고무 장착 샤프트의 약간의 기울기를 수용 하는 베어링에 대 한 유연한 지원 역할을 합니다. 가동 가능한 고무는 또한 진동 차단기로 작동하고 몸 일원에서 어떤 프로펠러 갱구 진동든지 고립시킵니다.
그림 26.견고한 고무 링 블록의 사용을 보여,이는 여분의 무거운 의무 응용 프로그램에 대한 베어링 허브를 통해 맞는. 내부 베어링 레이스는 범용 조인트 플랜지에 의해 위치하며 외부 베어링 레이스는 쉼 슬리브에 의해 배치됩니다. 이 어셈블리는 정기적 인 윤활이 필요합니다. 현재 대부분의 경량 및 중부 하용 중간 베어링 어셈블리는 사전 윤활 및 밀폐형 깊은 홈 베어링을 사용합니다. 갱구에 거치된 먼지 배플은 모래와 젖은 날씨에 대하여 방위를 보호합니다. 고무 성분은 외부 강철 케이싱과 외부 방위 인종 강철 누르기에 둘 다 접착됩니다. 도 1 에 도시 된 베어링 배열. 26.7 디,상업용 차량에 사용됩니다. 슬롯은 유연성을 향상시키기 위해 고무 성형의 각 측면에 이루어집니다.
자동차 및 밴에 적합한 베어링 레이아웃이 그림 1 에 나와 있습니다. 26.7 마.고무 소자는 브이 형상의 단면을 사용하여,소자가 접 히고 그 평균 위치를 보다 쉽게 이동할 수 있게 한다. 또한 이것은 고무 어셈블리의 진동 감쇠 특성을 향상시킵니다. 그림 26.6 층은 경 차량에 대한 대체 레이아웃을 나타냅니다. 이 집합에서는 그것의 쉽게 기우는 특성을 풀기 없이 방위 및 우수한 감쇠 재산을 더 중대한 단단함을 제공하는 주조한 고무 단면도는 두 배 연결 팔을,형성합니다.