KR200279000Y1 - 복합재트랜스밋션샤프트의조인트구조 - Google Patents

Abstract

복합재료 샤프트에 금속 샤프트를 연결하는 조인트 구조에 있어서, 축 방향의 편심 제거 및 횡방향의 굽힘 저항특성을 향상시키기 위한 복합재 트랜스밋션 샤프트의 조인트 구조를 제공하는 것으로 금속 요크 부재에 금속튜브를 열박음하고 그 사이에 접착제를 도포하여 복합재 샤프트를 접착 연결하는 것에 있어서, 상기 복합재 샤프트의 편심을 없애기 위해 금속 요크 부재와 금속 튜브에 상기 복합재 샤프트의 단부가 안내되는 가이드 단부를 형성하여 복합재 샤프트의 방지할 수 있게 한것과, 또한 상기 열박음 금속튜브의 단부에 앵글형 금속 링을 설치하여 조인트부의 횡방향 굽힘 모멘트에 대한 저항성을 증대시킬 수 있게 한 것이 특징이다.

Description

복합재 트랜스밋션 샤프트의 조인트 구조

본 고안은 복합재료 샤프트와 금속 샤프트를 연결하는 조인트 구조에 관한 것으로, 특히 접착에 의한 조인트시 축방향 편심 제거 및 굽힘 강성을 증대시키는 복합재 트랜스밋션 샤프트의 조인트 구조에 관한 것이다.

소형 트럭이나 후륜 구동 승용차의 드라이브 샤프트는 길이가 대략 2m정도가 되어야 하고, 차량의 언더 보디 측에 장착되므로 인해 공간과 무게의제약을 받기 때문에 직경이 약 10㎝이하로 제한된다. 이 같은 경우에 드라이브 샤프트를 강재나알루미늄재로 제조하면 샤프트의 횡방향 고유 진동수 Ｗ는 아래의 식과 같이 계산된다.

여기서, L은 샤프트의 길이, E는 탄성계수, I는 단면이차 모멘트, m은 단위 길이당 질량을 나타낸 것이다.

그런데, 일반적인 차량의 엔진은 최대회전수가 약 6,000RPM 이상이 되므로 엔진의 회전수가 3,400RPM 근처가 되므로 드라이브 샤프트의 횡방향 고유 진동수에 의한 공진 현상(resonance phenomena)이 매우 위험한 상태에 이르게 된다.

이를 해소하기 위해 현재까지 일반적으로 사용되고 있는 방법은 다음과 같다.

즉, 샤프트의 횡방향 고유 진동수는 상기 식에서 보는 바와 같이 샤프트 길이의 제곱에 반비례하므로 드라이브 샤프트의 중간을 잘라서 두개로 제작하여 고유 진동수를 증가시킨다. 이같은 경우에는 드라이브 샤프트를 두 개로 나누면 유니버셜 조인트 등의 부가적 장치가 소요됨에 따른 가격상승과 소음발생의 원인이 된다.

다른 한편 탄소섬유 복합재로를 사용하는 샤프트의 경우에는 일반 금속에 비해 가볍고 강도가 높은 비강성이 매우 우수하므로 횡방향 고유 진동슈를 직접적으로 높여 줄 수 있기 때문에 일체형 드라이브 샤프트를 제작할 수 있다.

상기와 같이 복합재료를 사용하여 드라이브 샤프트를 제작하면 유니버셜 조인트가 필요없으므로 구조가 간단해지고 무게를 감소시킬 수가 있다. 그러나, 요크부위를 포함한 전체 드라이브 샤프트를 복합재료로 제작하는 것은 매우 어려우므로 복합재료 샤프트를 금속 요크로 연결하는 조인트부의 설계가 필요하다.

복합재료에 구멍을 가공하는 것은 대개의 경우 피로 등에 상당히 취약하므로 일반적으로 접착제를 사용하여 금속 요크부와 연결하는 기술이 제시되고 있다.

이로한 최근에 기술중 대한민국 특허청에 출원된 특허출원 제 94-3495에서 제시된 이중 겹치기 이음의 형태가 우수한 특성을 나타낸다. 그런데 원형을 이루는 샤프트를 접착제로 조인트 연결시 편심이 존재하는 조인트 구조를 갖고 있기 때문에 접착 강도가 크게 감소되는 문제점을 갖게 된다. 사실 접착조인트에 편심이 존재하는 조인트구조를 갖고 있기 때문에 접착강도가 크게 감소되는 문제점을 갖게 된다. 사실 접착조인트에 편심이 존재할 경우 피로 현상에 따라 피로 수명이 약 1/4 이하로 감소되는 문제점을 갖게 된다. 그리고, 원형 접착 조인트는 횡방향 굽힘 모멘트에 매우 취약한 문제점을 갖고 있다.

본 고안은 접착조인트에 있어 편심을 방지할 수 있는 조립 구조 및 횡방향 굽힘 모멘트에 대한 저항성을 높일 수 있는 조립 구조를 갖게 하여 종래의 문제점을 해결하려는 것이다.

이에 따른 수단으로 금속 요크 부재에 금속튜브를 열박음하고 그 사이에 접착제를 도포하여 복합재 샤프트를 접착 연결하는 것에 있어서, 상기 복합재 샤프트의 편심을 없애기 위해 금속 요크 부재와 금속튜브에 상기 복합재 샤프트의 단부가 안내되는 가이드 단부를 형성하여 복합재 샤프트의 편심을 방지할 수 있게 한 것이특징이다.

또한 본 고안의 다른 수단은 상기 열박음 금속튜브의 단부에 앵글형 금속 링을 설치하여 조인트부의 횡방향 굽힘 모멘트에 대한 저항성을 증대시킬 수 있게 한 것이 특징이다.

도 1은 본 고안의 복합재 트랜스밋션 샤프트의 조인트 반단면도.

도 2는 도 1의 다른 실시 예.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10: 금속 요크 부재 10a,20a : 접착단부

10b, 20b: 가이드 단부 20: 금속 튜브

30: 접착제 40: 복합재 샤프트

40a: 복합재 샤프트의 단부 50: 금속 링

이하에서 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 복합재 트랜스밋션 샤프트의 조인트 반단면도이고, 도 2는 도 1의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 금속 요크 부재(10)에 전방 둘레로부터 접착제가 도포되는 접착 단부(10a)가 형성되고, 이 접착단부(10a)로부터 단이져 이루어진 가이드 단부(10b)가 형성된다. 그리고 상기 금속 요크 부재(10)에 열박음되는 금속튜브(20)의 내측 전방에서부터 접착제가 도포되는 접착단부(20a)가 형성되고, 이 접착단부(10a)로부터 단이져 이루어진 가이드 단부(20b)가 형성된다.

상기와 같이 형성된 금속 튜브(20)를 금속 요크 부재(10)에 열박음 한다.

이에 따라 금속 튜브(20)의 조립 단면(20c)이 금속 요크 부재(10)의 가이드 단부(10b)를 통해 단턱(10c)까지 진입하여 고정이 이루어 진다.

이후 금속 요크 부재(10)의 접착단부(10a)와 금속 튜브(20)의 접착단부(20a)에 에폭시 계열의 접착제(30)를 도포한 다음 복합재 샤프트(40)를 삽입하면 복합재 샤프트(40)가 상기 접착단부(10a)(20a)를 통해 진입되면서 복합재 샤프트(40)의 내외측 단부(40a)가 금속 요크 부재(10)와 금속튜브(20)에 형성된 가이드 단부(10b)(20b)로 위치하게 된다. 이에 따라 상기 복합재 샤프트(40)는 가이드 단부(10b)(20b)에 의해 금속 요크 부재(10)에 정확하게 위치되어 편심이 방지되게 된다. 이후 상기 접착제(30)의 고착에 의해 복합재 샤프트(40)는 금속 요크 부재(10) 및 금속튜브(20)와 연결이 이루어지게 되는 것이다.

상기 복합재 샤프트(40)의 접착시 편심 방지를 위해 가이드 단부(10b)(20b)는 조인트부의 횡방향 굽힘 모멘트에 대한 저항성도 향상시키게 된다.

도 2는 본 고안의 다른 실시예를 도시한 것으로, 이는 금속 요크 부재(10)에 열박음된 금속튜브(20)의 전단부 내측으로 앵글형 금속 링(50)을 삽입하여 조립한 것이다. 이에 따라 금속 링(50)에 의해 접착 조인트부에서의 횡방향 굽힘 모멘트에 대한 저항성이 보다 향상되게 되는 것이다.

상기에서 복합재 샤프트(40)는 복합재료의 섬유각을 축방향으로부터 약 10-20°가 되도록 설계하여 복합재 샤프트(40)의 횡방향 고유 진동수를 높이게 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 금속 링(50)은 바깥 면을 테이퍼 가공하여 금속튜브(20)에서의 조립이 쉽게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 금속 요크 부재와 금속튜브에 접착제에 의해 연결되는 복합재 샤프트의 조립 편심 방지를 위해 가이드 단부를 형성함으로서 축방향 편심을 제거시키는 효과와 함께 금속 링의 추가적 설치에 따른 횡방향굽힘 모멘트의 저항 특성을 크게 개선하는 효과를 간게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 금속 요크 부재(10)에 금속 튜브(20)를 열박음하고 그 사이에 접착제(30)를 도포하여 복합재 샤프트(40)를 접착 연결하는 것에 있어서,

   상기 복합재 샤프트(40)의 편심을 없애기 위해 금속 요크 부재(10)와 금속튜브(20)에 상기 복합재 샤프트(40)의 단부(40a)가 안내되는 가이드 단부(10b)(20b)를 각각 형성한 것을 특징으로 하는 복합재 트랜스밋션 샤프트의 조인트 구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 열박음 금속튜브(20)의 단부에 횡방향 굽힘 모멘트에 대한 저항성 증대를 위해 금속 링(50)을 설치한 것을 특징으로 하는 복합재 트랜스밋션 샤프트의 조인트 구조.