KR101428316B1

KR101428316B1 - 차량용 프로펠러샤프트

Info

Publication number: KR101428316B1
Application number: KR1020120152946A
Authority: KR
Inventors: 최원준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-08-07
Also published as: KR20140083331A

Abstract

본 발명은 차량용 프로펠러샤프트에 관한 것으로, 충돌사고시 낮은 붕괴하중으로 축방향 길이변화를 충분히 유도해서 충돌에너지를 충분히 흡수할 수 있게 되고, 특히 차량의 감가속도를 감소시킬 수 있게 됨으로써 승객이 받는 상해치를 크게 경감시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

차량용 프로펠러샤프트{PROPELLER SHAFT FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 프로펠러샤프트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충돌사고 발생시 낮은 붕괴하중으로 축방향 길이변화를 충분히 흡수할 수 있도록 하고, 이를 통해 충돌에너지를 충분히 흡수해서 승객 상해치를 최대한 경감시킬 수 있는 차량용 프로펠러샤프트에 관한 기술이다.

일반적으로 후륜 구동 차량에 설치되는 프로펠러샤프트(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 엔진(1)과 변속기(2)로 이루어진 파워트레인의 구동력을 리어액슬(3)까지 원활하게 전달하는 동력전달장치로서, 원활한 토크 전달을 위해 충분한 비틀림 강도를 확보하고 있어야 하고, 축방향으로 길이가 길기 때문에 충분한 굽힘 강성을 확보하고 있어야 한다.

또한, 상기와 같은 기본적인 특성 이외에 최근에는 충돌에 대한 안전규제가 중요한 성능 인자로 부각되고 있는 바, 즉 충돌사고 발생시 축방향 길이변화를 충분히 흡수해서 승객 상해치를 경감시키도록 하는 기술이다.

그런데, 종래의 프로펠러샤프트(10)는 충돌사고 발생시 높은 붕괴하중으로 인해 축방향 길이변화가 충분하지 못하고, 이로 인해 충격을 충분히 흡수할 수 없어서 승객 상해치를 가중시키는 단점이 있다.

즉, 종래의 프로펠러샤프트(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 변속기(2)와의 결합을 위한 프론트커플링(11), 상기 프론트커플링(11)과 결합된 프론트요크(12), 상기 프론트요크(12)와 결합된 프론트튜브(13), 유니버설조인트(14)를 매개로 연결된 리어튜브(15), 상기 리어튜브(15)와 결합된 리어요크(16), 리어액슬(3)과의 결합을 위한 리어커플링(17)을 포함한 구성으로 되어있다.

여기서, 상기 프론트튜브(13)는 스웨이징(swaging) 공법에 의해 가공된 직경변화부(13a)를 구비한 구성으로, 상기 직경변화부(13a)를 기준으로 프론트요크(12)쪽으로 연장된 소경부(13b) 및 유니버설조인트(14)쪽으로 연장된 대경부(13c)로 구분된다.

상기 소경부(13b)는 대경부(13c)보다 직경이 작게 형성된 부위이고, 상기 소경부(13b)와 대경부(13c)를 상기 직경변화부(13a)가 연결하는 구조인 것이다.

따라서, 충돌사고시 발생한 충돌에너지가 파워트레인을 통해 프로펠러샤프트(10)로 전달되면, 도 3과 같이 직경변화부(13a)가 변형되면서 소경부(13b)가 대경부(13c)속으로 삽입되는 변형이 발생되고, 상기와 같은 소경부(13b)의 이동에 의해 프로펠러샤프트(10)는 충돌에너지를 흡수하게 되는 것이다.

그런데, 종래의 프로펠러샤프트(10)는 소경부(13b)와 대경부(13c)의 직경차이가 크지 않기 때문에 소경부(13b)의 후방 이동량이 적고, 이로 인해 높은 붕괴하중으로 축방향 길이변화가 충분하지 않아서 충돌에너지를 충분히 흡수할 수 없으며, 특히 차량의 큰 감가속도로 인해 승객이 받는 상해치가 커지는 단점이 있었던 것이다.

따라서, 소경부(13b)와 대경부(13c)의 직경차이를 크게 하기 위해 소경부(13b)의 직경을 줄이거나 또는 대경부(13c)의 직경을 크게 하는 방안이 있으나, 상기와 같이 직경에 변화를 주면 기본적인 강도에 변화가 생기거나 또는 중량 및 주변 부품과의 패키지에 따른 새로운 단점이 발생하게 된다.

또한, 소경부(13b)의 후방 이동량을 키우기 위해 재료의 물성을 변경해서 붕괴하중을 낮추는 방안도 있지만, 이러한 방안도 프로펠러샤프트(10)의 기본적인 강도를 저하시키는 원인이 되기 때문에 바람직하지 못하다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2009-0045732호

이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 충돌사고 발생시 낮은 붕괴하중으로 축방향 길이변화를 충분히 유도해서 충돌에너지를 충분히 흡수할 수 있도록 하고, 이를 통해 차량의 감가속도를 감소시킴으로써 승객이 받는 상해치를 최대한 경감시킬 수 있는 차량용 프로펠러샤프트를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 프로펠러샤프트는, 프론트요크에 일단이 결합되어 설치된 프론트샤프트; 일단은 상기 프론트샤프트의 타단과 스플라인 결합을 이루고 타단은 프론트튜브와 결합되어 설치된 프론트허브; 상기 프론트허브내에 고정 설치되고 상기 프론트샤프트의 단부와 접촉하도록 설치되어서 충돌사고가 발생하지 않은 정상상태시 상기 프론트샤프트의 프론트튜브방향 이동을 제한하는 스토퍼모듈; 및 상기 프론트허브내에 고정 설치되고 상기 프론트샤프트와 결합되도록 설치되어서 충돌사고가 발생하지 않은 정상상태시에는 상기 프론트샤프트의 프론트요크방향 이동을 제한하고 충돌사고로 인한 상기 스토퍼모듈의 파손시에는 상기 프론트샤프트와 함께 프론트튜브의 내측으로 이동하는 프론트결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프론트샤프트와 프론트허브의 스플라인 결합을 위해 상기 프론트샤프트의 외주면과 상기 프론트허브의 내주면에 스플라인이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 스토퍼모듈은 상기 프론트허브내에 고정 설치되고 상기 프론트샤프트의 단부와 접촉하는 다수개의 스토퍼돌기가 내주면을 따라 형성된 스토퍼링 및; 상기 스토퍼링의 일면을 지지하도록 상기 프론트허브내에 고정 설치된 스냅링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프론트허브에서 프론트튜브쪽 일단의 내주면에는 상기 스토퍼링이 안착되는 안착면이 형성되고; 상기 안착면의 측부에 상기 스냅링이 끼워지는 끼움홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 프론트결합부재는 상기 프론트허브의 일단 내측으로 삽입되어서 상기 스냅링과 접촉하면서 상기 프론트샤프트와 나사 체결되어 결합되는 볼트부재이고; 상기 프론트샤프트의 내주면에는 상기 프론트결합부재와의 결합을 위해 나사홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 프로펠러샤프트에 의하면, 충돌사고시 낮은 붕괴하중으로 축방향 길이변화를 충분히 유도해서 충돌에너지를 충분히 흡수할 수 있게 되고, 특히 차량의 감가속도를 감소시킬 수 있게 됨으로써 승객이 받는 상해치를 크게 경감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 파워트레인과 리어액슬을 연결하도록 프로펠러샤프트가 설치된 도면,
도 2는 종래의 프로펠러샤프트를 설명하기 위한 도면,
도 3은 충돌사고시 변형된 프론트튜브의 직경변화부에 대한 단면도,
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 프로펠러샤프트를 설명하기 위한 도면
도 8은 본 발명에 따른 프로펠러샤프트에서 충격흡수부의 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 프로펠러샤프트의 작동상태를 설명하기 위한 도면으로, 도 9 (A)는 충돌사고 발생전의 도면이고, 도 9 (B)는 충돌사고가 발생했을 때 충격흡수구조가 작동한 상태의 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 프로펠러샤프트에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 차량용 프로펠러샤프트(50)는 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이 변속기(2; 도 1 참조)와의 결합을 위한 프론트커플링(51), 상기 프론트커플링(51)과 결합된 프론트요크(52), 상기 프론트요크(52)에 일단이 용접 결합된 프론트샤프트(53), 상기 프론트샤프트(53)와 스플라인 결합을 이루는 프론트허브(54), 상기 프론트허브(54)와 용접 결합된 프론트튜브(55), 유니버설조인트(56)를 매개로 연결된 리어튜브(57), 상기 리어튜브(57)와 결합된 리어요크(58), 리어액슬(3; 도 1 참조)과의 결합을 위한 리어커플링(59)을 포함한 구성이다.

또한, 본 발명은 상기 프론트허브(54)내에 고정 설치되고 상기 프론트샤프트(53)의 단부와 접촉하도록 설치되어서 충돌사고가 발생하지 않은 정상상태시 상기 프론트샤프트(53)의 프론트튜브(55)방향 이동을 제한하는 스토퍼모듈(60); 및 상기 프론트허브(54)내에 고정 설치되고 상기 프론트샤프트(53)와 결합되도록 설치되어서 충돌사고가 발생하지 않은 정상상태시에는 상기 프론트샤프트(53)의 프론트요크(52)방향 이동을 제한하고 충돌사고로 인한 상기 스토퍼모듈(60)의 파손시에는 상기 프론트샤프트(53)와 함께 프론트튜브(55)의 내측으로 이동하는 프론트결합부재(70);를 포함한다.

여기서, 상기 프론트샤프트(53)와 프론트허브(54)의 스플라인 결합을 위해 상기 프론트샤프트(53)의 외주면과 상기 프론트허브(54)의 내주면에는 각각 스플라인(53a,54a)이 형성되고, 상기 스플라인(53a,54a)이 서로 암수 결합됨에 따라 상기 프론트샤프트(53)와 프론트허브(54)는 서로 조립이 된다.

상기 프론트샤프트(53)와 프론트허브(54)가 스플라인 결합되면 회전에 의한 동력전달은 원활하게 진행되고, 또한 상기 프론트샤프트(53)는 필요에 따라 축의 길이방향으로 이동을 할 수 있게 된다.

한편, 상기 스토퍼모듈(60)은 상기 프론트허브(54)내에 고정 설치되고 상기 프론트샤프트(53)의 단부와 접촉하는 다수개의 스토퍼돌기(61a)가 내주면을 따라 형성된 스토퍼링(61) 및; 상기 스토퍼링(61)의 일면을 지지하도록 상기 프론트허브(54)내에 고정 설치된 스냅링(62)을 포함한다.

충돌사고가 발생해서 프론트샤프트(53)가 프론트튜브(55)쪽으로 이동하려는 힘을 받을 때 이때의 이동력이 스토퍼돌기(61a)의 강도보다 크면 프론트샤프트(53)는 스토퍼돌기(61a)를 파단시키면서 프론트튜브(55)쪽으로 원활히 이동하게 된다.

따라서, 충돌사고시 프론트샤프트(53)의 후방이동에 대한 임계 하중은 스토퍼돌기(61a)의 두께, 형상, 크기 등의 조절을 통해 적절히 튜닝할 수 있게 된다.

상기 프론트허브(54)에서 프론트튜브(55)쪽 일단의 내주면에는 상기 스토퍼링(61)이 안착되는 안착면(54b)이 형성되고, 상기 안착면(54b)의 측부에 상기 스냅링(62)이 끼워지는 끼움홈(54c)이 형성된다.

그리고, 상기 프론트결합부재(70)는 상기 프론트허브(54)의 일단 내측으로 삽입되어서 상기 스냅링(62)과 접촉하면서 상기 프론트샤프트(53)와 나사 체결되어 결합되는 볼트부재이며, 이에 따라 상기 프론트샤프트(53)의 내주면에는 상기 프론트결합부재(70)와의 결합을 위해 나사홈(53b)이 형성된다.

상기 프론트결합부재(70)는 볼트로서 머리부(71)와 나사부(72)를 구비한 구조이고, 상기 머리부(71)는 스냅링(62)과 접촉하도록 설치되고 상기 나사부(72)는 프론트샤프트(53)의 나사홈(53b)과 나사 체결된다.

상기 프론트결합부재(70)가 프론트샤프트(53)와 결합되기 전 상기 스토퍼돌기(61a)는 도 7과 같이 스토퍼링(61)으로부터 경사지게 돌출된 형태를 유지한다.

그리고, 도 8과 같이 프론트결합부재(70)의 나사부(72)가 프론트샤프트(53)의 나사홈(53b)과 체결되기 위해 프론트결합부재(70)를 일방향으로 회전시켜 주면, 프론트샤프트(53)가 스플라인(53a,54a)에 의해 가이드된 상태로 프론트튜브(55)가 있는 방향으로 이동하게 되고, 이때 프론트샤프트(53)는 경사지게 돌출된 스토퍼돌기(61a)를 가압하게 되는 바, 이로 인해 스토퍼돌기(61a)는 결국 도 7과 같이 스토퍼링(61)에 대해 거의 직각인 형태로 절곡된다.

상기와 같이 프론트결합부재(70)에 의해 설치가 완료된 스토퍼링(61)은 프론트샤프트(53)와 접촉된 스토퍼돌기(61a)의 탄성력에 의해 축방향 틈새를 줄여주게 되고, 이를 통해 프로펠러샤트프(50)의 요동에 의한 이음을 사전에 예방할 수 있게 된다.

그리고, 볼트부재로 된 상기 프론트결합부재(70)는 프론트샤프트(53)와의 나사체결시 프론트샤프트(53)를 프론트허브(54)쪽으로 끌어당겨서 체결하게 되는 바, 이를 통해 프론트샤프트(53)와 프론트허브(54)의 회전방향 틈새를 최대한 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 파워트레인의 유동으로 인한 순간적인 충격하중이 프론트샤프트(53)와 프론트허브(54)의 결합부쪽으로 전달되더라도 프론트결합부재(70)의 강한 체결력에 의해 프론트샤프트(53)와 프론트허브(54)의 분리를 예방할 수 있게 됨으로써 신뢰성 높은 안전장치를 제공할 수 있는 장점도 있다.

또한, 충격흡수구조에 문제가 발생하더라도 프론트결합부재(70)의 강한 체결력에 의해 프론트샤프트(53)와 프론트허브(54)는 지속적인 결합상태를 유지할 수 있게 되는 바, 이를 통해 일시적인 비상 주행이 가능한 장점도 있다.

이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.

도 8 및 도 9 (A)는 충돌사고가 발생하기 전의 정상상태 상황으로, 이때에는 프론트샤프트(53)와 프론트허브(54)가 스플라인 결합을 유지하고 있기 때문에 파워트레인의 구동력을 리어액슬(3)까지 원활하게 전달할 수 있게 된다.

그리고, 도 9 (B)는 충돌사고가 발생했을 때 충격흡수구조가 작동한 상태이다.

즉, 충돌사고시 발생한 충돌에너지가 파워트레인을 통해 프로펠러샤프트(50)로 전달되면, 프론트샤프트(53)는 프론트튜브(55)가 있는 후방으로 이동하려는 힘을 받게 된다.

이때, 프론트샤프트(53)에 작용한 힘이 스토퍼돌기(61a)의 지지력보다 더 크면, 상기 프론트샤프트(53)는 스토퍼돌기(61a)를 파손시키게 되고, 이로 인해 프론트샤프트(53)는 프론트결합부재(70)와 함께 프론트튜브(55)를 따라 후방으로 이동하면서 충격을 흡수하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예를 통해서 프론트샤프트(53)가 후방으로 이동한 거리(L1)를 살펴보면, 종래 직경변화부(13a)를 구비한 프로펠러샤프트(10)보다 더 많이 후방으로 이동한 상태임을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 프로펠러샤프트(50)는 충돌사고시 프론트샤프트(53)의 후방 이동량이 크고, 이로 인해 낮은 붕괴하중으로 축방향 길이변화를 충분히 유도할 수 있게 됨으로써 충돌에너지를 충분히 흡수할 수 있게 되며, 특히 차량의 감가속도를 감소시킬 수 있게 됨으로써 승객이 받는 상해치를 크게 경감시킬 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

50 - 프로펠러샤프트 52 - 프론트요크
53 - 프론트샤프트 54 - 프론트허브
55 - 프론트튜브 60 - 스토퍼모듈
61 - 스토퍼링 62 - 스냅링
70 - 프론트결합부재

Claims

프론트요크(52)에 일단이 결합되어 설치된 프론트샤프트(53);
일단은 상기 프론트샤프트(53)의 타단과 스플라인 결합을 이루고 타단은 프론트튜브(55)와 결합되어 설치된 프론트허브(54);
상기 프론트허브(54)내에 고정 설치되고 상기 프론트샤프트(53)의 단부와 접촉하도록 설치되어서 충돌사고가 발생하지 않은 정상상태시 상기 프론트샤프트(53)의 프론트튜브(55)방향 이동을 제한하는 스토퍼모듈(60); 및
상기 프론트허브(54)내에 고정 설치되고 상기 프론트샤프트(53)와 결합되도록 설치되어서 충돌사고가 발생하지 않은 정상상태시에는 상기 프론트샤프트(53)의 프론트요크(52)방향 이동을 제한하고 충돌사고로 인한 상기 스토퍼모듈(60)의 파손시에는 상기 프론트샤프트(53)와 함께 프론트튜브(55)의 내측으로 이동하는 프론트결합부재(70);를 포함하고,
상기 스토퍼모듈(60)은 상기 프론트허브(54)내에 고정 설치되고 상기 프론트샤프트(53)의 단부와 접촉하는 다수개의 스토퍼돌기(61a)가 내주면을 따라 형성된 스토퍼링(61) 및;
상기 스토퍼링(61)의 일면을 지지하도록 상기 프론트허브(54)내에 고정 설치된 스냅링(62)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
차량용 프로펠러샤프트.
청구항 1에 있어서,
상기 프론트샤프트(53)와 프론트허브(54)의 스플라인 결합을 위해 상기 프론트샤프트(53)의 외주면과 상기 프론트허브(54)의 내주면에 스플라인(53a,54a)이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러샤프트.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 프론트허브(54)에서 프론트튜브(55)쪽 일단의 내주면에는 상기 스토퍼링(61)이 안착되는 안착면(54b)이 형성되고;
상기 안착면(54b)의 측부에 상기 스냅링(62)이 끼워지는 끼움홈(54c)이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러샤프트.
청구항 1에 있어서,
상기 프론트결합부재(70)는 상기 프론트허브(54)의 일단 내측으로 삽입되어서 상기 스냅링(62)과 접촉하면서 상기 프론트샤프트(53)와 나사 체결되어 결합되는 볼트부재이고;
상기 프론트샤프트(53)의 내주면에는 상기 프론트결합부재(70)와의 결합을 위해 나사홈(53b)이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 프로펠러샤프트.