KR102035015B1 - 차량용 프로펠러 샤프트 - Google Patents
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Abstract
차량용 프로펠러 샤프트 (22) 는, 구동력원 (12) 으로부터 출력된 회전력을 구동륜 (28) 에 전달하도록 구성되는, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 로서, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 축 방향의 압축 하중 (Fc) 에 대한 압축 하중 최약 부위 (Wc) 와, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 축 둘레의 비틀림 하중에 대한 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 를 포함하는 단이 형성된 관상 부재 (34) 를 구비하고, 압축 하중 최약 부위 (Wc) 와 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 는 단이 형성된 관상 부재 (34) 의 직경 방향으로 분리하여 위치하고 있다.
Description
본 발명은, 차량용 프로펠러 샤프트에 관한 것으로, 특히, 차량의 안전성의 향상과 충분한 회전 토크 용량의 유지를 양립시키는 기술에 관한 것이다.
차량의 충돌시에 있어서의 충돌 에너지를 흡수하기 위한 압축관에 있어서, 굴곡부가 차량의 충돌시에 충격으로 좌굴 즉 충돌 방향으로 변형하도록 설계함으로써, 차량의 충돌시의 충돌 에너지를 흡수하는 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 평6-278554호의 차량용 압축관이 그것이다. 일본 공개특허공보 평6-278554호의 차량용 압축관에서는, 굴곡부에 있어서의 예정 파단 지점의 판두께를 감소하는 노치를 형성함으로써, 차량의 충돌시의 충격력의 완화를 도모하고 있고, 상기 관련 기술이 차량용 프로펠러 샤프트에도 적용이 가능하다는 것이 개시되어 있다.
차량용 프로펠러 샤프트의 예정 파단 지점에 노치를 형성함으로써, 차량의 전진 방향 및 후진 방향의 충돌시에 있어서의 예정 파단 지점의 좌굴이 개시되는 축 방향 하중을 감소하고, 상기 서술에 의해 차량의 충돌시에 있어서의 축 방향 하중이 저감된다. 그러나, 차량용 프로펠러 샤프트의 예정 파단 지점에 노치를 형성함으로써 차량의 충돌시에 있어서의 축 방향 하중을 보다 저감시키고자 한 경우, 구동력원으로부터 차량용 프로펠러 샤프트를 통하여 후부 (後部) 차륜에 전달되는 회전 토크의 허용치, 즉 회전 토크 용량에 대해서도 노치에 있어서 저하될 가능성이 있다. 그 때문에, 차량의 충돌시에 있어서의 예정 파단 지점의 좌굴이 개시되는 축 방향 하중을 감소하는 것에 의한 안전성의 향상과 차량의 구동시에 있어서의 충분한 회전 토크 용량의 유지를 양립하는 것이 어려웠다.
본 발명은, 차량의 충돌시에 있어서의 예정 파단 지점의 파단의 개시, 즉 좌굴이 개시되는 축 방향 하중을 감소하는 것에 의한 안전성의 향상과 차량의 구동시에 있어서의 충분한 회전 토크 용량의 유지를 양립하는 것이 가능해지는 차량용 프로펠러 샤프트를 제공한다.
본 발명의 양태에 관련된 차량용 프로펠러 샤프트는, 구동력원으로부터 출력된 회전력을 구동륜에 전달하도록 구성되는 차량용 프로펠러 샤프트로서, 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 축 방향의 압축 하중에 대한 압축 하중 최약 부위와, 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 축 둘레의 비틀림 하중에 대한 비틀림 하중 최약 부위를 포함하는 단이 형성된 관상 부재를 구비하고, 상기 압축 하중 최약 부위와 상기 비틀림 하중 최약 부위는 상기 단이 형성된 관상 부재의 직경 방향으로 분리하여 위치하고 있다.
본 발명의 양태에 관련된 차량용 프로펠러 샤프트에 있어서, 상기 단이 형성된 관상 부재는, 소정의 외경을 갖는 소경 관부와 상기 소경 관부의 외경보다 큰 외경을 갖는 대경 관부와 상기 소경 관부 및 상기 대경 관부를 접속하는 제 1 테이퍼상 관부를 포함해도 되고, 상기 압축 하중 최약 부위는, 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 대경 관부측에 위치해도 되고, 상기 비틀림 하중 최약 부위는, 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 소경 관부측에 위치해도 된다.
본 발명의 양태에 관련된 차량용 프로펠러 샤프트에 있어서, 상기 압축 하중 최약 부위는, 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 대경 관부측의 외주면에 형성된 홈상의 둘레 방향 노치에 의해 구성되어도 된다.
본 발명의 양태에 관련된 차량용 프로펠러 샤프트에 있어서, 상기 프로펠러 샤프트의 중심선을 포함하는 평면에 있어서, 상기 단이 형성된 관상 부재가 이하의 식 1 및 식 2 를 만족하도록 구성되어도 된다.
0 ＜ 1.95 ＋ 0.0880 × a ＋ 708 × b － 96.7 × c ＋ 232 × d － 8.79 × a × b ＋ 0.562 × a × c ＋ 0.0150 × a × d ＋ 188 × b × c － 560 × b × d － 11.0 × c × d … 1
0 ＜ －627 ＋ 7.63 × a ＋ 3420 × b － 18.6 × c ＋ 8.84 × d － 44.5 × a × b ＋ 5.11 × a × c ＋ 9.25 × a × d － 402 × b × c － 2100 × b × d － 728 × c × d … 2
여기서, a 는 상기 제 1 테이퍼상 관부의 직선을 이루는 부분 혹은 상기 제 1 테이퍼상 관부의 곡선부에 있어서의 변곡점의 접선과 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 중심선이 이루는 각인 제 1 테이퍼각을 나타낸다. b 는 1 － (소경 관부 외경/대경 관부 외경) 으로서 정해지는 축관율 (縮管率) 을 나타낸다. c 는 경계부 반경/외접 반경으로서 정해지는 축관부 R 률을 나타낸다. 상기 경계부 반경은 상기 대경 관부의 외주면을 나타내는 직선과 상기 제 1 테이퍼상 관부의 외주면을 나타내는 곡선에 외접하는 경계부 원호의 곡률 반경이고, 상기 외접 반경은 제 1 중점과 제 1 접점에 외접하는 원호의 곡률 반경이고, 상기 제 1 중점은 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 접선과 상기 소경 관부의 외주면을 나타내는 직선의 연장선의 교점을 기점으로 하고, 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 접선과 상기 대경 관부의 외주면을 나타내는 직선의 연장선의 교점을 제 1 교점으로 하여, 상기 기점과 상기 제 1 교점 사이의 중점이고, 상기 제 1 접점은 상기 기점에서 상기 제 1 중점까지의 길이만큼 상기 기점으로부터 상기 소경 관부의 외주면을 향하여 이간된 점이다. d 는 상기 둘레 방향 노치에 있어서의 판두께/상기 둘레 방향 노치 이외의 상기 단이 형성된 관상 부재의 판두께로서 정해지는 노치율을 나타낸다.
본 발명의 양태에 관련된 차량용 프로펠러 샤프트에 있어서, 상기 단이 형성된 관상 부재는, 상기 대경 관부측에, 상기 소경 관부의 외경보다 크고 상기 대경 관부의 외경보다 작은 외경을 갖는 중경 관부와, 상기 대경 관부와 상기 중경 관부를 접속하는 제 2 테이퍼상 관부를 포함해도 되고, 상기 단이 형성된 관상 부재의 제 2 테이퍼각이 제 1 테이퍼각보다 작아도 되고, 상기 제 1 테이퍼각은 상기 제 1 테이퍼상 관부의 직선을 이루는 부분 혹은 상기 제 1 테이퍼상 관부의 곡선부에 있어서의 변곡점의 접선과 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 중심선이 이루는 각이고, 상기 제 2 테이퍼각은 상기 제 2 테이퍼상 관부의 직선을 이루는 부분 혹은 상기 제 2 테이퍼상 관부의 곡선부에 있어서의 변곡점의 접선과 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 중심선이 이루는 각이다.
본 발명의 양태에 의하면, 상기 차량용 프로펠러 샤프트는 구동력원으로부터 출력된 회전력을 구동륜에 전달하도록 구성되는 상기 차량용 프로펠러 샤프트로서, 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 축 방향의 압축 하중에 대한 압축 하중 최약 부위와, 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 축 둘레의 비틀림 하중에 대한 비틀림 하중 최약 부위를 포함하는 단이 형성된 관상 부재를 구비하고, 상기 압축 하중 최약 부위와 상기 비틀림 하중 최약 부위는 상기 단이 형성된 관상 부재의 직경 방향으로 분리하여 위치하고 있다. 본 발명의 양태에 의해, 차량의 충돌시에 있어서의 미리 정해진 지점의 소성 변형 및 좌굴이 개시되는 축 방향 하중이 저감된다. 그 때문에, 안전성의 향상과 차량의 구동시에 있어서의 회전 토크 용량의 유지의 양립이 가능해진다.
본 발명의 양태에 의하면, 상기 단이 형성된 관상 부재는, 소정의 외경을 갖는 소경 관부와 상기 소경 관부의 외경보다 큰 외경을 갖는 대경 관부와 상기 소경 관부 및 상기 대경 관부를 접속하는 제 1 테이퍼상 관부를 포함하고, 상기 압축 하중 최약 부위는, 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 대경 관부측에 위치해도 되고, 상기 비틀림 하중 최약 부위는, 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 소경 관부측에 위치한다. 본 발명의 양태에 의해, 차량의 충돌시에 있어서의 미리 정해진 지점의 소성 변형 및 좌굴이 개시되는 축 방향 하중을 감소하는 것에 의한 안전성의 향상이 가능해짐과 함께, 차량의 구동시에 필요로 되는 회전 토크 용량의 충분한 유지가 가능해진다.
본 발명의 양태에 의하면, 상기 압축 하중 최약 부위는, 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 대경 관부측의 외주면에 형성된 홈상의 둘레 방향 노치에 의해 구성된다. 본 발명의 양태에 의해, 차량의 충돌시에 있어서의 미리 정해진 지점의 소성 변형 및 좌굴이 개시되는 축 방향 하중의 저감이 용이하게 달성되고, 안전성을 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 양태에 의하면, 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 중심선을 포함하는 평면에 있어서, 상기 단이 형성된 관상 부재가 이하의 식 1 및 식 2 를 만족하도록 구성되어도 된다.
0 ＜ 1.95 ＋ 0.0880 × a ＋ 708 × b － 96.7 × c ＋ 232 × d － 8.79 × a × b ＋ 0.562 × a × c ＋ 0.0150 × a × d ＋ 188 × b × c － 560 × b × d － 11.0 × c × d … 1
0 ＜ －627 ＋ 7.63 × a ＋ 3420 × b － 18.6 × c ＋ 8.84 × d － 44.5 × a × b ＋ 5.11 × a × c ＋ 9.25 × a × d － 402 × b × c － 2100 × b × d － 728 × c × d … 2
여기서, a 는 상기 제 1 테이퍼상 관부의 직선을 이루는 부분 혹은 상기 제 1 테이퍼상 관부의 곡선부에 있어서의 변곡점의 접선과 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 중심선이 이루는 각인 제 1 테이퍼각을 나타낸다. b 는 1 － (소경 관부 외경/대경 관부 외경) 으로서 정해지는 축관율을 나타낸다. c 는 경계부 반경/외접 반경으로서 정해지는 축관부 R 률을 나타낸다. 상기 경계부 반경은 상기 대경 관부의 외주면을 나타내는 직선과 상기 제 1 테이퍼상 관부의 외주면을 나타내는 곡선에 외접하는 경계부 원호의 곡률 반경이고, 상기 외접 반경은 제 1 중점과 제 1 접점에 외접하는 원호의 곡률 반경이고, 상기 제 1 중점은 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 접선과 상기 소경 관부의 외주면을 나타내는 직선의 연장선의 교점을 기점으로 하고, 상기 제 1 테이퍼상 관부의 상기 접선과 상기 대경 관부의 외주면을 나타내는 직선의 연장선의 교점을 제 1 교점으로 하여, 상기 기점과 상기 제 1 교점 사이의 중점이고, 상기 제 1 접점은 상기 기점에서 상기 제 1 중점까지의 길이만큼 상기 기점으로부터 상기 소경 관부의 외주면을 향하여 이간된 점이다. d 는 상기 둘레 방향 노치에 있어서의 판두께/상기 둘레 방향 노치 이외의 상기 단이 형성된 관상 부재의 판두께로서 정해지는 노치율을 나타낸다. 본 발명의 양태에 의해, 차량의 충돌시에 있어서의 미리 정해진 지점의 소성 변형 및 좌굴이 개시되는 축 방향 하중이 저감된다. 그 때문에, 안전성의 향상과 차량의 구동시에 있어서의 회전 토크 용량의 유지의 양립이 가능해진다.
본 발명의 양태에 의하면, 상기 단이 형성된 관상 부재는, 상기 대경 관부측에, 상기 소경 관부의 외경보다 크고 상기 대경 관부의 외경보다 작은 외경을 갖는 중경 관부와, 상기 대경 관부와 상기 중경 관부를 접속하는 제 2 테이퍼상 관부를 포함한다. 상기 단이 형성된 관상 부재의 제 2 테이퍼각이 제 1 테이퍼각보다 작다. 상기 제 1 테이퍼각은 상기 제 1 테이퍼상 관부의 직선을 이루는 부분 혹은 상기 제 1 테이퍼상 관부의 곡선부에 있어서의 변곡점의 접선과 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 중심선이 이루는 각이고, 상기 제 2 테이퍼각은 상기 제 2 테이퍼상 관부의 직선을 이루는 부분 혹은 상기 제 2 테이퍼상 관부의 곡선부에 있어서의 변곡점의 접선과 상기 차량용 프로펠러 샤프트의 중심선이 이루는 각이다. 본 발명의 양태에 의해, 상기 대경 관부를 프로펠러 샤프트 후부에 직접 접속하는 경우와 비교하여, 상기 대경 관부의 외경을 프로펠러 샤프트의 다른 부분의 외경보다 크게 하는 것이 용이해지고, 상기 대경 관부의 외경을 크게 함으로써, 미리 정해진 지점의 소성 변형 및 좌굴이 개시되는 축 방향 하중을 감소하는 것이 가능해지고, 안전성을 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들 및 기술적 그리고 산업적 중요성은 첨부된 도면을 참조하여 이하 설명되고, 동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타낸다. :
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 프로펠러 샤프트가 적용되는 차량의 개략 구성을 설명하는 도면임과 함께, 차량에 있어서의 프로펠러 샤프트의 개략 위치를 설명하는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 차량에 형성된 프로펠러 샤프트의 일례를 설명하는 도면이다.
도 3 은 도 2 의 프로펠러 샤프트에 사용되는 관상 부재의 둘레 방향의 노치를 포함하는 외형의 일부를 일례로서 나타낸 도면이다.
도 4 는 도 3 의 프로펠러 샤프트의 제 1 테이퍼상 관부의 곡률 반경을 최대로 한 경우의 단면을 확대하여 일례로서 나타낸 도면이다.
도 5 는 도 3 의 프로펠러 샤프트의 둘레 방향의 노치를 포함하는 제 1 테이퍼상 관부의 단면을 확대하여 일례로서 나타낸 도면이다.
도 6 은 도 5 의 대경 관부, 제 1 테이퍼상 관부, 및 소경관부의 치수가 변화한 경우의 응력 분포의 변화를 나타낸 표이다.
도 7 은 도 2 의 프로펠러 샤프트에 사용되는 관상 부재의 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 프로펠러 샤프트가 적용되는 차량의 개략 구성을 설명하는 도면임과 함께, 차량에 있어서의 프로펠러 샤프트의 개략 위치를 설명하는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 차량에 형성된 프로펠러 샤프트의 일례를 설명하는 도면이다.
도 3 은 도 2 의 프로펠러 샤프트에 사용되는 관상 부재의 둘레 방향의 노치를 포함하는 외형의 일부를 일례로서 나타낸 도면이다.
도 4 는 도 3 의 프로펠러 샤프트의 제 1 테이퍼상 관부의 곡률 반경을 최대로 한 경우의 단면을 확대하여 일례로서 나타낸 도면이다.
도 5 는 도 3 의 프로펠러 샤프트의 둘레 방향의 노치를 포함하는 제 1 테이퍼상 관부의 단면을 확대하여 일례로서 나타낸 도면이다.
도 6 은 도 5 의 대경 관부, 제 1 테이퍼상 관부, 및 소경관부의 치수가 변화한 경우의 응력 분포의 변화를 나타낸 표이다.
도 7 은 도 2 의 프로펠러 샤프트에 사용되는 관상 부재의 다른 일례를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시예에 있어서 도면은 적절히 간략화 혹은 변형되어 있고, 각 부의 치수 비 및 형상 등은 반드시 정확하게 그려져 있지 않다.
도 1 은, 본 발명이 적용된 하이브리드 차량 (10) 의 구동 계열을 설명하는 개략도이다. 도 1 에 있어서, 차량 (10) 은, FR (프론트 엔진·리어 드라이브) 방식인 것으로서, 주행용 구동력원으로서의 가솔린 엔진이나 디젤 엔진 등의 내연 기관인 엔진 (12) 과, 전동 모터 및 발전기로서 기능하는 모터 제너레이터 (14) 를 구동력원으로서 구비하고 있다. 상기 서술한 엔진 (12) 및 모터 제너레이터 (14) 의 출력 즉 회전력은, 유체식 동력 전달 장치인 토크 컨버터 (16) 로부터 자동 변속기 (18) 에 전달되고, 또한 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 를 통하여 차동 기어 장치 (24) 에 전달되고, 차축 (26) 이 회전함으로써 좌우의 구동륜 (28) 이 구동된다.
도 2 는, 본 발명이 적용된 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 를 설명하는 도면이다. 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 는, 프로펠러 샤프트 전부 (前部) (32) 와 단이 형성된 관상 부재에 대응하는 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 와 프로펠러 샤프트 후부 (36) 로 구성되고, 프로펠러 샤프트 전부 (32) 는, 제 1 유니버설 조인트 (30a) 에 의해 자동 변속기 (18) 의 도시되지 않은 출력축과 접속되고, 프로펠러 샤프트 후부 (36) 는, 제 2 유니버설 조인트 (30b) 에 의해 차동 기어 장치 (24) 의 도시되지 않은 입력축과 접속되어 있다.
제 1 유니버설 조인트 (30a) 는, 프로펠러 샤프트 전부 (32) 의 일부를 구성하는 요크 (44a) 와, 자동 변속기 (18) 의 출력축에 연결되어 있는 요크 (60a) 와, 이들을 자유롭게 회전할 수 있도록 접속하는 십자축 (62a) 으로 구성되어 있고, 요크 (44a) 와 스플라인 축부 (42) 는, 제 1 용접부 (50a) 에 의해 일체적으로 고접 (固接) 되어 있다. 제 2 유니버설 조인트 (30b) 는, 프로펠러 샤프트 후부 (36) 의 일부를 구성하는 요크 (44b) 와, 차동 기어 장치 (24) 의 입력축에 연결되어 있는 요크 (60b) 와, 이들을 자유롭게 상대 회전할 수 있도록 접속하는 십자축 (62b) 으로 구성되어 있고, 요크 (44b) 와 프로펠러 샤프트 후부 (36) 는 제 4 용접부 (50d) 에 의해 일체적으로 고접되어 있다. 제 1 유니버설 조인트 (30a) 와 제 2 유니버설 조인트 (30b) 는, 구동륜 (28) 이 노면 상태에 의해 상하한 경우, 즉 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 경사가 발생한 경우에 있어서도 자동 변속기 (18) 로부터 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 에 입력된 회전을 차동 기어 장치 (24) 에 전달하는 것을 가능하게 한다. 구동륜 (28) 에 상하로의 움직임이 발생하고, 제 1 유니버설 조인트 (30a) 의 도시되지 않은 입력축과 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 에 각도 변화가 발생함으로써 제 1 유니버설 조인트 (30a) 의 회전 속도에 변화가 발생하는 경우에 있어서도, 제 2 유니버설 조인트 (30b) 의 도시되지 않은 출력축과 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 에 상기 서술한 각도 변화와 상반되는 각도 변화가 발생함으로써 제 1 유니버설 조인트 (30a) 의 회전 속도의 변화를 상쇄하는 것이 가능해진다.
프로펠러 샤프트 전부 (32) 는, 내주측에 도시되지 않은 스플라인 톱니를 갖는 스플라인 통부 (40) 와 외주측에 도시되지 않은 스플라인 톱니를 갖는 스플라인 축부 (42) 로 구성되어 있다. 스플라인 통부 (40) 와 스플라인 축부 (42) 는, 스플라인 끼워맞춤부 (52) 에 있어서 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 의 축 방향으로 상대 이동 가능하고 또한 중심선 (C1) 의 직경 방향 둘레로 상대 회전 불능하게 연결되어 있다. 스플라인 통부 (40) 와 스플라인 축부 (42) 의 외주의 일부는, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 의 축 방향으로 신축 가능한 벨로즈상의 시일 부재 (54) 에 의해 덮여 있다. 시일 부재 (54) 는, 그 중심선 (C1) 방향의 양단이 체결 부재 (56) 에 의해 각각 고정되어 있고, 스플라인 통부 (40) 와 스플라인 축부 (42) 사이에 있는 스플라인 끼워맞춤부 (52) 에 외부로부터 어떠한 이물질이 들어가는 것을 방지하는 기능을 갖고 있다. 끼움판 (58) 은 스플라인 통부 (40) 의 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 측의 단부 (端部) 에 제 2 용접부 (50b) 에 있어서 각각 고정되어 있다.
스플라인 통부 (40) 는, 예를 들어 S43C, S45C 와 같은 중공의 원통상의 탄소 강관재에 단차 및 스플라인 톱니를 형성하기 위한 필요한 소성 가공 및 기계 가공을 실시한 후에 ?칭 처리를 필요 부위에 실시하여 형성된다. 스플라인 축부 (42) 는, 예를 들어 S43C, S45C 와 같은 원주상의 탄소 강관재에 단차 및 스플라인 톱니를 형성하기 위하여 필요한 소성 가공 및 기계 가공을 실시한 후에 ?칭 처리를 필요 부위에 실시하여 형성된다. 스플라인 축부 (42) 는 제 1 유니버설 조인트 (30a) 의 일부를 구성하는 요크 (44a) 와는 용접에 의해 일체적으로 고접되어 있다. 스플라인 통부 (40) 는, 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 와 용접에 의해 일체적으로 고접되어 있다.
프로펠러 샤프트 후부 (36) 는, 도면에서는 생략되어 있지만 중심선 (C1) 의 축 방향으로 긴 예를 들어 중공의 원통상이고, 상기 서술한 긴 중공의 원통에 제 2 유니버설 조인트 (30b) 를 구성하는 요크 (44b) 가 용접에 의해 일체적으로 고접되어 있다. 프로펠러 샤프트 후부 (36) 는, 특히 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 의 축 방향의 길이에 있어서 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 큰 부분을 차지하는 점에서 프로펠러 샤프트 후부 (36) 의 중량을 경감하여 차량 (10) 의 연비를 저감시킴과 함께, 강한 토크가 가해지는 부분인 점에서 중량에 비하여 강도가 강한 재료인 고장력 강관재가 사용된다. 일반적으로 큰 단차를 갖지 않는 원통상인 등의 비교적 단순한 구조를 취함으로서 강성의 저하를 억제하고, 차량 (10) 의 연비의 개선 및 요구되는 강도에 대한 대응이 도모된다.
프로펠러 샤프트 중간부 (34) 는, 프로펠러 샤프트 전부 (32) 와 프로펠러 샤프트 후부 (36) 를 접속하는 위치에 있고, 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 와 프로펠러 샤프트 후부 (36) 는, 용접에 의해 일체적으로 고접되어 있다. 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 는, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 의 직경 방향으로 상이한 직경을 갖는 소경 관부 (66), 대경 관부 (70), 중경 관부 (72), 소경 관부 (66) 와 대경 관부 (70) 를 일체로 접속하는 제 1 테이퍼상 관부 (68), 및 대경 관부 (70) 와 중경 관부 (72) 를 접속하는 제 2 테이퍼상 관부 (76) 로 구성되어 있다. 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 에 있어서의 용접, 예를 들어 스플라인 축부 (42) 와 요크 (44a) 의 제 1 용접부 (50a) 에 있어서의 용접, 스플라인 통부 (40) 와 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 의 제 2 용접부 (50b) 에 있어서의 용접, 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 와 프로펠러 샤프트 후부 (36) 의 제 3 용접부 (50c) 에 있어서의 용접, 및 프로펠러 샤프트 후부 (36) 와 요크 (44b) 의 제 4 용접부 (50d) 에 있어서의 용접은, 예를 들어 마찰 압접 혹은 아크 용접 등의 용접 방법이 부재의 재질 및 가공 정밀도에 대한 요구에 기초하여 선택된다.
[실시예 1]
도 3 은, 소경 관부 외경 (φS) 을 갖는 소경 관부 (66), 소경 관부 (66) 의 외경 (φS) 보다 큰 대경 관부 외경 (φL) 을 갖는 대경 관부 (70), 및 제 1 테이퍼상 관부 (68) 를 확대하여 나타낸 도면이고, 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 의 일부가, 중심선 (C1) 을 포함한 반원통으로서 도시되어 있다. 둘레 방향 노치에 대응하는 노치부 (74) 는, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 대경 관부 (70) 측의 단부에 있어서, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 둘레 방향으로 연속적으로 형성되어 있다. 파선으로 나타내고 있는 대경 관부 (70) 의 내경과 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 내경의 접선이 이루는 각으로서 나타내고 있는 제 1 테이퍼각 (a) 은, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 접선에 있어서, 직선을 이루는 부분 혹은 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 곡선부에 있어서의 변곡점의 접선과 대경 관부 (70) 의 내경이 이루는 각도이다. 소경 관부 (66) 와 대경 관부 (70) 가 중심선 (C1) 을 중심축에 갖는 원통상을 이루는 점에서, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 내경 및 외경의 접선과 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 이 이루는 각도도 제 1 테이퍼각 (a) 을 나타낸다.
도 4 에 있어서, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 대경 관부측의 단부와 소경 관부측의 단부의 곡면에 있어서, 가장 큰 곡률 반경인 외접 반경 (Rc) 을 갖는 경우의 외형을 나타내고 있다. 파선으로 나타내고 있는 외형선은, 상기의 2 개의 방향이 상이한 외접 반경 (Rc) 으로 이루어지는 곡선부에 있어서의 변곡점의 접선 (ta) 과 대경 관부 (70) 의 외주를 나타내는 외형선 (직선) 과 소경 관부 (66) 의 외경의 외주를 나타내는 외형선 (직선) 으로 이루어져 있고, 접선 (ta) 과 대경 관부 (70) 의 외주면을 나타내는 외형선 (직선) 의 교점을 제 1 교점 (a2), 접선 (ta) 과 소경 관부 (66) 의 외주면을 나타내는 외형선 (직선) 의 교점을 기점 (a1) 으로 한다. 제 1 중점 (α) 은, 실선으로 나타내고 있는 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 외형을 형성하는 2 개의 방향이 상이한 외접 반경 (Rc) 으로 이루어지는 곡선부에 있어서의 변곡점으로 되어 있고, 제 1 교점 (a2) 과 기점 (a1) 의 중앙에 위치하고 있다. 소경 관부 (66) 측의 제 1 접점 (β) 은, 소경 관부 (66) 의 외형선 (직선) 과 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 외형선 (원호) 의 접점임과 함께에, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 외형으로서 형성이 가능한 가장 큰 곡률 반경인 외접 반경 (Rc) 의 접점으로도 되어 있다. 대경 관부 (70) 측의 제 2 접점 (γ) 은, 대경 관부 (70) 의 외형선 (직선) 과 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 외형선 (원호) 의 접점임과 함께, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 외형으로서 형성이 가능한 가장 큰 곡률 반경인 외접 반경 (Rc) 의 접점으로도 되어 있다. 또한, 제 1 중점 (α) 에서 기점 (a1) 까지의 거리와 소경 관부 (66) 측의 제 1 접점 (β) 과 기점 (a1) 의 거리는 동일하게 되어 있다. 제 1 중점 (α) 에서 제 1 교점 (a2) 까지의 거리와 대경 관부 (70) 측의 제 2 접점 (γ) 과 제 1 교점 (a2) 의 거리는 동일하게 되어 있다. 제 1 테이퍼상 관부 (68) 는, 중심선 (C1) 을 포함하는 종단면을 나타내는 도 4 에서는, 중심선 (C1) 방향에 있어서 제 1 접점 (β) 과 제 2 접점 (γ) 사이이다.
도 5 는, 도 3 에 나타내고 있는 V-V 면에 있어서의 소경 관부 (66), 대경 관부 (70), 및 제 1 테이퍼상 관부 (68) 를 확대하여 나타낸 단면도이다. 소경 관부 (66), 대경 관부 (70), 및 제 1 테이퍼상 관부 (68) 에 있어서는, 공통의 관상 부재로부터 곡선으로 되어 있기 때문에 대략 동일한 판두께 (t) 를 갖고 있지만, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 대경 관부 (70) 측의 단부의 외주에 형성된 노치부 (74) 는, 다른 부분보다 작은 노치부 판두께 (x) 를 갖고 있다. 대경 관부 (70) 와 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 외주측 경계 부분은, 파선으로 나타내는 바와 같이, 곡률 반경 (R) 의 곡선으로 형성되어 있다. 소경 관부 (66) 의 제 1 접점 (β) 에서 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 제 1 중점 (α) 까지의 외형은, 도 4 로 나타낸 외접 반경 (Rc) 의 곡률 반경을 갖는 곡선으로 형성되어 있다.
차량 (10) 의 전진 방향 혹은 후진 방향에 있어서의 차량의 충돌시에 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 가 도 1 에 나타나는 압축 하중 (Fc (kN)) 을 받음으로써 발생하는 압축시 응력 (p (㎫)) 과, 차량의 구동시에 있어서의 회전 토크 (Tr (kNm)) 에 의해 발생하는 비틀림시 응력 (r (㎫)) 을 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 각 부분에 있어서 산출한다. 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 압축시에 있어서는, 압축에 의해 발생하는 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 내의 압축시 응력 (p) 이 최대치를 나타내는 지점, 즉 압축 하중 최약 부위 (Wc) 에 있어서 소성 변형 및 좌굴이 개시되고, 구동시의 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 회전에 의해 전달되는 회전 토크 (Tr) 에 의해 발생하는 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 내의 비틀림시 응력 (r) 이 최대치를 나타내는 지점, 즉 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 에 있어서 소성 변형이 개시되고, 그 부분에 의해 차량의 구동시에 있어서의 회전 토크 용량이 제한되게 된다.
프로펠러 샤프트 중간부 (34) 는, 압축 하중 (Fc (kN)) 을 받음으로써, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 어느 단부측이 소성 변형 및 좌굴이 개시되고, 상기 서술에 의해 차량 (10) 의 진행 방향으로의 축 방향 하중을 저감시키도록 설계되어 있다. 예를 들어 일정한 판두께 (t) 로 형성된 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 에 있어서는, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 어느 단부측에 있어서 회전 토크 (Tr) 에 의해 발생하는 소성 변형이 개시되게 된다. 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 에 압축 하중 (Fc) 및 회전 토크 (Tr) 를 가한 경우에 발생하는 대경 관부 (70), 제 1 테이퍼상 관부 (68), 및 소경 관부 (66) 의 각 부에 발생하는 압축시 응력 (p) 과 비틀림시 응력 (r) 을 3 차원의 응력 해석, 예를 들어 유한 요소법을 사용한 응력 분포의 3 차원 해석을 실시함으로써 산출한다. 응력 분포의 해석에 사용한 압축 하중 (Fc) 은, 이미 차량에 탑재되어 있는 유사한 제품에 있어서의 항복 하중 (Fy (kN)) 이 실험적으로 구해지고, 구해진 값이 압축 하중 (Fc) 으로서 사용되어, 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 의 각 부에 발생하는 압축시 응력 (p) 이 산출된다. 회전 토크 (Tr) 에 대해서도 마찬가지로, 유사한 제품의 항복 토크 (Ty (kNm)) 가 실험적으로 구해지고, 구해진 값이 회전 토크 (Tr) 로서 사용되어, 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 의 각 부에 발생하는 비틀림시 응력 (r) 이 산출된다.
응력 분포를 산출하기 위한 주요한 형상의 요소로서, 요소 1 에서 요소 4 까지의 4 개의 요소를 사용하여, 응력 분포의 해석을 실시하고 있다. 판두께 (t) 는, 사용을 예정하고 있는 소정의 판두께 (t) 로 하였다. 요소 1 은, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 직선을 이루는 부분 혹은 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 곡선부에 있어서의 제 1 중점 (α) 즉 변곡점을 통과하는 접선과 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 회전 중심축의 각도, 즉 제 1 테이퍼각 (a) 으로 하였다. 요소 2 는, 소경 관부 외경 (φS) 과 대경 관부 외경 (φL) 이 1 － (소경 관부 외경 (φs)/대경 관부 외경 (φL)) 이 되는 축관율 (b) 로 하였다. 요소 3 은, 도 5 에 있어서, 대경 관부 (70) 와 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 외주측 경계 부분, 즉 노치부 (74) 에 있어서 파선으로 나타내고 있는 곡률 반경 (R) 과, 소경 관부 (66) 와 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 외주측 경계 부분을 형성하고 있는 외접 반경 (Rc) 의 비, 즉 곡률 반경 (R) 과 외접 반경 (Rc) 의 비 (R/Rc) 인 축관부 R 률 (c) 로 하였다. 요소 4 는, 노치부 판두께 (x) 와 판두께 (t) 의 비 (x/t) 인 노치율 (d) 로 하였다.
도 6 은, 요소 1 내지 요소 4, 즉 제 1 테이퍼각 (a), 축관율 (b), 축관부 R 률 (c), 노치율 (d) 을 변화시키고, 3 차원 해석을 사용하여 압축시 및 비틀림시에 있어서 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 에 발생하는 내부 응력인 압축시 응력 (p) 과 비틀림시 응력 (r) 을 계산한 결과이다. 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 에 발생하는 내부 응력의 최대치는, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 소경 관부 (66) 측의 단부 혹은 대경 관부 (70) 측의 단부 중 어느 것에 발생하고 있기 때문에, 도 6 에 있어서 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 소경 관부 (66) 측의 단부가 소경측으로서 도시되고, 동일하게 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 대경 관부 (70) 측의 단부가 대경측으로서 도시되어 있다. 도 6 에 있어서, 요소 1 에서 요소 4 까지가 상이한 조합 16 종류의 시료에 있어서의, 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 의 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 소경 관부 (66) 측의 단부 및 대경 관부 (70) 측의 단부에 있어서의 압축시 응력 (p) 과 비틀림시 응력 (r) 을 나타내고 있다. 제 1 테이퍼각 (a) 은, 2 개의 조건인 aa 와 ab 가 선택되고, 축관율 (b) 은, b1 과 b2, 축관부 R 률 (c) 은, c1 과 c2, 노치율 (d) 은, d1 과 d2 가 선택되어 있다. 각 요소를 2 개의 조건으로 하고 있지만, 특별히 2 개의 조건이 아니라 예를 들어 3 개의 조건으로 할 수도 있다. 특별히 상이한 요소 1 에서 요소 4 까지의 16 종류의 조합뿐만 아니라, 예를 들어 요소수를 증감하거나 요소의 조합수를 32, 64, 128 등을 포함하는 다른 조합수로 할 수도 있다.
도 6 에 있어서, 예를 들어 시료 번호 1 로 나타내는, 압축시 최대 응력란의 소경측 p11 과 대경측 p12 는, 실험적으로 구해진 유사한 제품에 있어서의 항복 하중에 상당하는 압축 하중 (Fc) 을 시료 번호 1 의 형상에 가한 경우에 있어서의, 압축시 응력 (p) 을 3 차원 해석에 의해 계산한 결과를 나타내고 있고, 어느 큰 쪽이 압축시 최대 응력을 나타내고 있다. 압축 하중 (Fc) 이 가해진 경우, 소경측에 발생하는 압축시 최대 응력 p11 이, 대경측에 발생하는 압축시 최대 응력 p12 보다 작은 것이 바람직하다. 즉, 압축 하중 (Fc) 을 가한 경우, 대경측에 파단이 발생하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 판정에 있어서 대경측에 발생하는 압축시 응력 (p) 이 소경측에 발생하는 압축시 응력 (p) 을 상회하는 경우에는 적합으로 하고 ○ 표시를 판정 결과로서 나타내고 있다. 대경측에 발생하는 압축시 응력 (p) 이 소경측에 발생하는 압축시 응력 (p) 이하인 경우에는 부적합으로 하여 공란인 채 기호는 나타내지 않았다. 시료 번호 1 에 있어서는, 소경측에 발생하는 압축시 최대 응력 p11 이, 대경측에 발생하는 압축시 최대 응력 p12 를 상회하기 때문에 부적합으로 판정되어 있다. 비틀림시 최대 응력에 대해서는, 회전 토크 (Tr) 가 가해진 경우, 소경측에 발생하는 비틀림시 최대 응력 r11 이, 대경측에 발생하는 비틀림시 최대 응력 r12 보다 큰 것이 바람직하다. 즉, 회전 토크 (Tr) 를 가한 경우, 소경측에 파단이 발생하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 판정에 있어서 소경측에 발생하는 비틀림시 최대 응력 r11 이 대경측에 발생하는 비틀림시 최대 응력 r12 보다 큰 경우에는 적합으로 하고 ○ 표시를 판정 결과로서 나타내고 있다. 대경측에 발생하는 비틀림시 응력 (r) 이 소경측에 발생하는 비틀림시 응력 (r) 이하인 경우에는 부적합으로 하여 공란인 채 기호를 나타내지 않았다.
도 6 의 압축시 최대 응력란에 있어서 상기 적합으로 판정된 조건, 즉 시료 번호 2, 4, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 및 16 에 있어서의 요소 1 내지 요소 4, 즉 제 1 테이퍼각 (a), 축관율 (b), 축관부 R 률 (c), 노치율 (d) 에 기초하여, 압축시 최대 응력에 있어서 적합으로 되는 조건을, 예를 들어 응답 곡면법을 사용하여 산출하면, 압축 하중 최약 부위 (Wc) 로서 대경측에 파단이 발생하는 조건을 나타내는 부등식은, 다음의 (1) 식으로 나타낸다. 노치율 (d) 이 1 즉 노치가 없는 경우에 있어서도 (1) 식을 만족하는 한은, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 대경관측 단부 즉 대경측을 압축 하중 최약 부위 (Wc) 로 할 수 있다.
0 ＜ 1.95 ＋ 0.0880 × a ＋ 708 × b － 96.7 × c ＋ 232 × d － 8.79 × a × b ＋ 0.562 × a × c ＋ 0.0150 × a × d ＋ 188 × b × c － 560 × b × d － 11.0 × c × d … (1)
도 6 의 비틀림시 최대 응력에 있어서 상기 적합으로 판정된 조건, 즉 시료 번호 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 13, 및 15 에 있어서의 요소 1 내지 요소 4, 즉 제 1 테이퍼각 (a), 축관율 (b), 축관부 R 률 (c), 노치율 (d) 에 기초하여, 비틀림시 최대 응력에 있어서 적합으로 되는 조건을, 예를 들어 응답 곡면법을 사용하여 산출하면, 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 로서 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 소경관측 단부 즉 소경측에 파단이 발생하는 조건을 나타내는 부등식은, 다음의 (2) 식로 나타낸다.
0 ＜ －627 ＋ 7.63 × a ＋ 3420 × b － 18.6 × c ＋ 8.84 × d － 44.5 × a × b ＋ 5.11 × a × c ＋ 9.25 × a × d － 402 × b × c － 2100 × b × d － 728 × c × d … (2)
실시예 1 에 의하면, 제 1 테이퍼각 (a), 축관율 (b), 축관부 R 률 (c), 노치율 (d) 을, 상기의 (1) 식의 범위로 설정하면, 차량 (10) 의 직진 방향으로의 충돌시에 발생하는 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 의 축 방향으로의 힘에 대해, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 대경관측 단부, 즉 노치부 (74) 가 설치되는 부분이 압축 하중 최약 부위 (Wc) 로서 소성 변형이 개시됨과 함께, 상기의 (2) 식의 범위로 설정하면, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 회전 토크 (Tr), 즉 구동력의 전달 방향의 토크에 대해, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 소경관측 단부가 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 로서 소성 변형이 개시된다. 상기 서술에 의해, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 압축 하중 (Fc) 에 기초하는 파단 지점, 즉 압축 하중 최약 부위 (Wc) 와 회전 토크 (Tr) 에 기초하는 파단 지점, 즉 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 를 직경 방향에 있어서 상이한 부위로 분리하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 차량 (10) 의 충돌시에 있어서의 미리 정해진 지점의 소성 변형 및 좌굴이 개시되는 축 방향 하중을 감소하는 것에 의한 안전성의 향상과, 차량 (10) 의 구동시에 필요하게 되는 회전 토크 용량, 즉 허용되는 회전 토크 (Tr) 의 충분한 유지의 양립이 가능해진다.
본 발명의 그 밖의 실시예를 설명한다. 이하의 설명에 있어서 상기 서술한 실시예와 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
[실시예 2]
상기 서술한 실시예에 있어서는, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 축 방향의 힘에 대한 압축 하중 최약 부위 (Wc) 와, 둘레 방향의 힘에 대한 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 를 소경 관부 (66), 제 1 테이퍼상 관부 (68), 대경 관부 (70) 의 형상에 기초하여 산출하는 것으로, 예를 들어, 대경 관부 (70) 의 외경 (φL) 과 프로펠러 샤프트 후부 (36) 의 외경이 대략 동일하고, 소경 관부 (66) 의 외경 (φS) 과 프로펠러 샤프트 전부 (32) 의 외경이 대략 동일한 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 에 있어서 적용이 가능하다. 한편, 실시예 2, 즉 도 7 에 나타낸 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 에 있어서는, 소경 관부 (66) 와 제 1 테이퍼상 관부 (68) 와 대경 관부 (70) 로 이루어지는 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 의 대경 관부측에, 소경 관부 (66) 의 외경 (φS) 보다 크고 대경 관부 (70) 의 외경 (φL) 보다 작은 외경 (φM) 을 갖는 중경 관부 (72) 와, 대경 관부 (70) 와 중경 관부 (72) 를 접속하는 제 2 테이퍼상 관부 (76) 를 추가로 구비하는 프로펠러 샤프트 중간부 (34) 로서, 제 2 테이퍼상 관부 (76) 의 직선을 이루는 부분 혹은 제 2 테이퍼상 관부 (76) 의 곡선부에 있어서의 변곡점의 접선과 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 이 이루는 제 2 테이퍼각 (as) 이 제 1 테이퍼각 (a) 보다 작게 형성되어 있다. 도 7 에 있어서, 중경 관부 (72) 와 제 2 테이퍼상 관부 (76) 의 직선에 의한 교점, 및 제 2 테이퍼상 관부 (76) 와 대경 관부 (70) 의 직선에 의한 교점에 의해 외형이 형성되는 것으로 했지만, 각각의 교점에 있어서 소정의 원호로 이루어지는 곡선에 의해 외형이 형성되는 것으로 해도 된다.
실시예 2 에 의하면, 대경 관부 (70) 를 프로펠러 샤프트 후부 (36) 에 직접 접속하는 경우와 비교하여, 대경 관부 (70) 의 외경 (φL) 을 예를 들어 프로펠러 샤프트 후부 (36) 의 외경보다 크게 하는 것이 가능해지고, 대경 관부 (70) 의 외경 (φL) 을 크게 함으로써, 차량 (10) 의 충돌시에 있어서의 예정 파단 지점 즉 압축 하중 최약 부위 (Wc) 의 소성 변형 및 좌굴이 개시되는 축 방향 하중을 더욱 감소시키는 것이 가능해져, 안전성을 더욱 높일 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 그 밖의 양태에 있어서도 적용된다.
상기 서술한 실시예에 있어서, 노치부 (74) 는, 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 대경 관부 (70) 측의 단부에 있어서, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 둘레 방향으로 연속적으로 형성되어 있는 것으로 했지만, 반드시 연속적으로 형성되는 것이 아니라, 예를 들어, 둘레 방향의 일부에 노치부를 갖지 않고, 노치부가 단속적으로 형성된 경우에 있어서도, 실시예와 동일한 효과를 기대할 수 있다.
상기 서술한 실시예에 있어서, 구동력원으로서 엔진 (12) 과 모터 제너레이터 (14) 를 갖는 하이브리드 차량으로 했지만, 특별히 하이브리드 차량에 한정되지 않고, 가솔린 엔진, 디젤 엔진, 모터 제너레이터 (14) 등의 어느 것을 단독의 구동력원으로 하는 FR 차량에 있어서도 적용할 수 있다.
상기 서술한 실시예에 있어서는, 토크 컨버터 (16) 와 자동 변속기 (18) 가 사용되고 있었지만, 토크 컨버터 (16) 를 사용하지 않는 것도 가능하다. 자동 변속기 (18) 는, 유단의 자동 변속기, 및 1 쌍의 가변 풀리의 사이에 감겨진 전동 벨트를 갖는 벨트식 무단 변속기 등의 어느 것이 사용되어도 된다.
또한, 상기 서술한 실시예에 있어서는, 소경 관부 (66) 를 프로펠러 샤프트 전부 (32) 와 고접하는 것으로 하고, 대경 관부 (70) 혹은 중경 관부 (72) 를 프로펠러 샤프트 후부 (36) 에 고접하는 것으로 했지만, 이것과는 달리, 소경 관부 (66) 를 프로펠러 샤프트 후부 (36) 에 고접하고, 대경 관부 (70) 혹은 중경 관부 (72) 를 프로펠러 샤프트 전부 (32) 와 고접하는 것이어도 동일한 효과를 기대할 수 있다.
상기 서술한 것은 어디까지나 일 실시형태로서, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지의 변경, 개량을 가한 양태로 실시할 수 있다.
Claims (5)
- 구동력원 (12) 으로부터 출력된 회전력을 구동륜 (28) 에 전달하도록 구성되는, 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 로서,
상기 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 축 방향의 압축 하중 (Fc) 에 대한 압축 하중 최약 부위 (Wc) 와, 상기 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 축 둘레의 비틀림 하중에 대한 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 를 포함하는 단이 형성된 관상 부재 (34) 를 포함하고,
상기 압축 하중 최약 부위 (Wc) 와 상기 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 는 상기 단이 형성된 관상 부재 (34) 의 직경 방향으로 분리하여 위치하고 있고,
상기 단이 형성된 관상 부재 (34) 는, 소정의 외경을 갖는 소경 관부 (66) 와 상기 소경 관부 (66) 의 외경보다 큰 외경을 갖는 대경 관부 (70) 와 상기 소경 관부 (66) 및 상기 대경 관부 (70) 를 접속하는 제 1 테이퍼상 관부 (68) 를 포함하고 ;
상기 압축 하중 최약 부위 (Wc) 는, 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 상기 대경 관부 (70) 측에 위치하고 ; 및
상기 비틀림 하중 최약 부위 (Wr) 는, 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 상기 소경 관부 (66) 측에 위치하고,
상기 압축 하중 최약 부위 (Wc) 는, 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 상기 대경 관부 (70) 측의 외주면에 형성된 홈상의 둘레 방향 노치 (74) 에 의해 구성되고,
상기 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 을 포함하는 평면에 있어서, 상기 단이 형성된 관상 부재 (34) 가 이하의 식 1 및 식 2 를 만족하도록 구성되는 차량용 프로펠러 샤프트 (22).
0 ＜ 1.95 ＋ 0.0880 × a ＋ 708 × b － 96.7 × c ＋ 232 × d － 8.79 × a × b ＋ 0.562 × a × c ＋ 0.0150 × a × d ＋ 188 × b × c － 560 × b × d － 11.0 × c × d … 1
0 ＜ －627 ＋ 7.63 × a ＋ 3420 × b － 18.6 × c ＋ 8.84 × d － 44.5 × a × b ＋ 5.11 × a × c ＋ 9.25 × a × d － 402 × b × c － 2100 × b × d － 728 × c × d … 2
여기서, a 는 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 직선을 이루는 부분 혹은 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 곡선부에 있어서의 변곡점 (α) 의 접선 (ta) 과 상기 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 이 이루는 각인 제 1 테이퍼각 (a) 을 나타내고, b 는 1 － (소경 관부 외경 (φS)/대경 관부 외경 (φL)) 으로서 정해지는 축관율 (b) 을 나타내고, c 는 경계부 반경 (R)/외접 반경 (Rc) 으로서 정해지는 축관부 R 률 (c) 을 나타내고, 상기 경계부 반경 (R) 은 상기 대경 관부 (70) 의 외주면을 나타내는 직선과 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 외주면을 나타내는 곡선에 외접하는 경계부 원호의 곡률 반경이고, 상기 외접 반경 (Rc) 은 제 1 중점 (α) 과 제 1 접점 (β) 에 외접하는 원호의 곡률 반경이고, 상기 제 1 중점 (α) 은 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 상기 접선 (ta) 과 상기 소경 관부 (66) 의 외주면을 나타내는 직선의 연장선의 교점을 기점 (a1) 으로 하고, 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 상기 접선 (ta) 과 상기 대경 관부 (70) 의 외주면을 나타내는 직선의 연장선의 교점을 제 1 교점으로 하여, 상기 기점 (a1) 과 상기 제 1 교점 사이의 중점이고, 상기 제 1 접점 (β) 은 상기 기점 (a1) 에서 상기 제 1 중점 (α) 까지의 길이만큼 상기 기점 (a1) 으로부터 상기 소경 관부 (66) 의 외주면을 향하여 이간된 점이고, d 는 상기 둘레 방향 노치 (74) 에 있어서의 판두께 (x)/상기 둘레 방향 노치 (74) 이외의 상기 단이 형성된 관상 부재 (34) 의 판두께 (t) 로서 정해지는 노치율 (d) 을 나타낸다. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 단이 형성된 관상 부재 (34) 는, 상기 대경 관부 (70) 측에, 상기 소경 관부 (66) 의 외경보다 크고 상기 대경 관부 (70) 의 외경보다 작은 외경을 갖는 중경 관부 (72) 와, 상기 대경 관부 (70) 와 상기 중경 관부 (72) 를 접속하는 제 2 테이퍼상 관부 (76) 를 포함하고 ;
상기 단이 형성된 관상 부재 (34) 의 제 2 테이퍼각 (as) 이 제 1 테이퍼각 (a) 보다 작고, 상기 제 1 테이퍼각 (a) 은 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 직선을 이루는 부분 혹은 상기 제 1 테이퍼상 관부 (68) 의 곡선부에 있어서의 변곡점 (α) 의 접선 (ta) 과 상기 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 이 이루는 각이고, 상기 제 2 테이퍼각 (as) 은 상기 제 2 테이퍼상 관부 (76) 의 직선을 이루는 부분 혹은 상기 제 2 테이퍼상 관부 (76) 의 곡선부에 있어서의 변곡점 (α) 의 접선 (ta) 과 상기 차량용 프로펠러 샤프트 (22) 의 중심선 (C1) 이 이루는 각인 차량용 프로펠러 샤프트 (22).
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