KR20090013220U - Propeller shaft having impact energy absorbing function for automobile - Google Patents

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Abstract

본 고안은 충돌 사고시 발생하는 충격 에너지를 흡수하여 저감시키는 기능이 구비된 자동차의 충격 흡수 기능을 가진 프로펠러 샤프트에 관한 것이다.The present invention relates to a propeller shaft having a shock absorbing function of a vehicle equipped with a function of absorbing and reducing shock energy generated in a crash accident.

본 고안의 구성은, 직경이 일정하고 양단부에 유니버설 조인트가 연결되는 샤프트 본체 및, 상기 샤프트 본체의 일측에서 상기 유니버설 조인트와 샤프트 본체를 연결하되 충돌 사고시 발생하는 충격 에너지에 의해 변형되면서 그 충격 에너지를 흡수하며 좌굴을 방지하는 테이퍼 형태 홈 구조의 충격흡수부를 구비한 이너 슬라이드를 포함하여 이루어진다.The configuration of the present invention, the shaft body is a constant diameter and the universal joint is connected to both ends, and one side of the shaft body is connected to the universal joint and the shaft body while deformed by the impact energy generated during a collision accident, the impact energy And an inner slide having a shock absorbing portion of a tapered groove structure for absorbing and preventing buckling.

본 고안의 프로펠러 샤프트는 제조 공정의 소요 시간과 비용을 절감하게 되며, 샤프트 본체의 강도 저하 문제를 해소하게 되고, 일반 튜브 구조의 프로펠러 샤프트와 동일한 이너 슬라이드를 공용할 수 있는 효과가 있다.The propeller shaft of the present invention reduces the time and cost of the manufacturing process, solves the problem of lowering the strength of the shaft body, and has the effect of sharing the same inner slide as the propeller shaft of the general tube structure.

프로펠러 샤프트, 충격 흡수, 좌굴, 이너 슬라이드, 테이퍼, 부품 공용화 Propeller shaft, shock absorber, buckling, inner slide, taper, parts common

Description

자동차의 충격 흡수 기능을 가진 프로펠러 샤프트 {Propeller shaft having impact energy absorbing function for automobile}Propeller shaft having impact energy absorbing function for automobile

본 고안은 자동차의 프로펠러 샤프트에 관한 것으로서, 특히 차량 충돌 사고시 발생하는 충격에너지를 샤프트 길이 방향으로 자체 흡수하여 충돌시 프로펠러 샤프트의 좌굴에 따른 차량의 화재와 파손을 방지하는 충격 흡수 기능을 가진 프로펠러 샤프트에 관한 것이다.The present invention relates to a propeller shaft of a vehicle, and in particular, a propeller shaft having a shock absorption function to prevent fire and breakage of a vehicle due to buckling of the propeller shaft by itself absorbing impact energy generated in a vehicle crash accident in the longitudinal direction of the shaft. It is about.

프로펠러 샤프트는 후륜구동차량이나 사륜구동차량에서 트랜스미션을 통해 전달받은 엔진의 동력을 차량 전·후방의 디퍼렌셜 기어(차동기어)까지 전달하는 동력전달축이다. 그리고, 통상적인 프로펠러 샤프트는, 구동부에 고정된 종동축 요크, 원통의 내주면 또는 외주면에 축방향을 따라 스플라인이 형성된 구조로 이루어져 상기 종동축 요크와 십자축을 매개로 결합되어 회전력을 전달하는 추진축 요크, 이 추진축 요크의 내주면 또는 외주면에 결합되는 원통형 튜브로 구성되어 있다.The propeller shaft is a power transmission shaft that transmits the power of the engine transmitted through the transmission from the rear wheel drive vehicle or the four wheel drive vehicle to the differential gear (differential gear) in the front and rear of the vehicle. The propeller shaft includes a drive shaft yoke fixed to a driving unit, a propeller shaft yoke configured to have a spline formed along an axial direction on an inner circumferential surface or an outer circumferential surface of a cylinder to transfer rotational force through the driven shaft yoke and the cross shaft. It consists of the cylindrical tube couple | bonded with the inner peripheral surface or outer peripheral surface of this propulsion shaft yoke.

프로펠러 샤프트는 일반적으로 트랜스미션 쪽과 디퍼렌셜 기어 쪽의 두 부위 로 나뉘어져 있으며, 이들 부위는 센터 베어링에 의해 연결된다. 프로펠러 샤프트를 트랜스미션 및 디퍼렌셜 기어에 연결할 때는 유니버설 조인트를 사용하는데, 유니버설 조인트는 노면의 충격 등에 의해 트랜스미션 및 디퍼렌셜 기어의 상하 위치가 변화하는 것을 막아준다.The propeller shaft is generally divided into two parts, the transmission side and the differential gear side, which are connected by a center bearing. The universal joint is used to connect the propeller shaft to the transmission and differential gear, which prevents the vertical position of the transmission and differential gear from changing due to the impact of the road surface.

한편, 위의 설명과 같이 평상시에 동력 전달의 기능을 수행하는 프로펠러 샤프트는, 차량의 전후방향으로 충돌 사고가 발생하였을 경우에 축방향으로 작용하는 충격 에너지에 의해 첨부도면 도 1에서처럼 변형이 발생하여 연료탱크와 같은 부품을 파손하거나 탑승자의 신체에 위해를 가하게 된다. 따라서, 차량 충돌 사고시 이러한 부품 파손이나 탑승자 부상을 방지할 수 있도록, 최근에는 충격 에너지 흡수 기능이 부여된 프로펠러 샤프트가 많은 차량에 적용되고 있다.On the other hand, as described above, the propeller shaft that normally performs the function of power transmission, when the collision accident occurs in the front and rear direction of the vehicle, the deformation occurs as shown in Figure 1 by the impact energy acting in the axial direction Parts such as fuel tanks may be damaged or damage to the occupant's body. Therefore, in order to prevent such component damage or occupant injury in a vehicle crash accident, recently, a propeller shaft provided with a shock energy absorption function has been applied to many vehicles.

프로펠러 샤프트의 충격 에너지 흡수 구조로는 현재 두 가지가 일반적으로 적용되고 있으며, 스웨이징(swaging) 튜브 구조와 스플라인(spline) 튜브 구조가 그것이다. 도 2a는 스웨이징 튜브 구조의 프로펠러 샤프트를 나타낸 것인데, 프로펠러 샤프트(10)의 일단부 쪽에 스웨이징 공정에 의해 직경이 감소한 축관부(11)가 형성되어 있다. 따라서, 충돌 사고 발생시 도 2b에 나타난 것처럼 정상 직경으로 이루어진 부위로 축관부(11)가 밀려 들어가면서 충격 에너지를 흡수하게 된다. 그리고, 도 3a는 스플라인 튜브 구조의 프로펠러 샤프트를 나타낸 것으로서, 프로펠러 샤프트(20)의 일단부 쪽에 롤링 가공에 의해 스플라인(21)이 형성되어 있으며, 충돌 사고시에는 도 3b와 같이 스플라인(21) 부위가 변형되면서 충격 에너지를 흡수하게 된다.Currently, two types of shock energy absorbing structures of propeller shafts are commonly used, namely, a swaging tube structure and a spline tube structure. Figure 2a shows a propeller shaft of a swaging tube structure, the shaft tube portion 11 is reduced in diameter by the swaging process on one end of the propeller shaft 10. Therefore, when the collision occurs, the shaft tube portion 11 is pushed into a portion having a normal diameter as shown in FIG. 2B to absorb impact energy. 3A illustrates a propeller shaft having a splined tube structure, in which a spline 21 is formed at one end of the propeller shaft 20 by a rolling process, and in the event of a collision, the spline 21 is formed as shown in FIG. 3B. As it deforms, it absorbs impact energy.

그런데, 상기와 같이 충격 에너지 흡수 기능을 구비한 종래의 프로펠러 샤프트들은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 첫째, 스웨이징 튜브 구조와 스플라인 튜브 구조의 형성을 위한 공정의 소요 시간과 비용이 증대되는 문제가 있고, 스웨이징과 스플라인의 소성가공에 따른 응력 집중으로 인해 프로펠러 샤프트의 강도가 저하되는 문제가 있다. 둘째, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 스웨이징 튜브 구조의 프로펠러 샤프트(30)와 일반 튜브 구조의 프로펠러 샤프트(40)에 각각 유니버설 조인트(31,41)를 연결하기 위한 이너 슬라이드(32,42)가 용접이 되는데, 스웨이징 튜브 구조의 프로펠러 샤프트(30)에는 직경이 감소된 축관부(30a)에 이너 슬라이드(32)가 용접되기 때문에, 스웨이징 튜브 구조의 프로펠러 샤프트(30)와 일반 튜브 구조의 프로펠러 샤프트(40)에 동일한 사이즈의 이너 슬라이드(32,42)를 공용화할 수 없는 문제가 있다.However, the conventional propeller shafts having the impact energy absorbing function as described above have the following problems. First, there is a problem in that the time and cost of the process for forming the swaging tube structure and the spline tube structure is increased, and the strength of the propeller shaft is deteriorated due to the stress concentration caused by the plastic processing of the swaging and spline. . Second, as shown in FIGS. 4A and 4B, inner slides 32 for connecting the universal joints 31 and 41 to the propeller shaft 30 of the swaging tube structure and the propeller shaft 40 of the general tube structure, respectively. 42 is welded to the propeller shaft 30 of the swaging tube structure, since the inner slide 32 is welded to the shaft tube portion 30a having a reduced diameter, and the propeller shaft 30 of the swaging tube structure of the propeller shaft 30. There is a problem that the inner slides 32 and 42 of the same size cannot be shared with the propeller shaft 40 of the general tube structure.

본 고안은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 그 목적은, 충격 에너지 흡수 구조의 형성에 소요되는 공정이 단순화됨과 아울러 강도의 저하를 방지할 수 있고, 유니버설 조인트 연결용 이너 슬라이드를 일반 튜브 구조의 프로펠러 샤프트와 공용할 수 있는 자동차의 충격 흡수 기능을 가진 프로펠러 샤프트를 제공하는 데에 있다.The present invention is to improve the conventional problems as described above, the object is to simplify the process required for the formation of the impact energy absorbing structure and to prevent the decrease in strength, and to the inner slide for universal joint connection An object of the present invention is to provide a propeller shaft having a shock absorbing function of an automobile which can be shared with a propeller shaft having a general tube structure.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 직경이 일정하고 양단부에 유니버설 조인트가 연결되는 샤프트 본체 및, 상기 샤프트 본체의 일측에서 상기 유니버설 조인트와 샤프트 본체를 연결하되 충돌 사고시 발생하는 충격 에너지에 의해 변형되면서 그 충격 에너지를 흡수하는 홈 구조의 충격흡수부를 구비한 이너 슬라이드를 포함하여 이루어진다.The present invention for achieving the above object, the diameter is constant and the shaft body is connected to the universal joint at both ends, and the one side of the shaft body connecting the universal joint and the shaft body, but deformed by the impact energy generated during the collision accident It comprises an inner slide having an impact absorbing portion of the groove structure while absorbing the impact energy.

상기와 같이 구성된 본 고안은 종래의 스웨이징 튜브 또는 스플라인 튜브로 이루어진 프로펠러 샤프트에 비해 간단한 구조인 홈 구조의 충격흡수부에 의해 차량 충돌시의 충격 에너지를 흡수하게 된다. 이러한 충격흡수부는 스웨이징 가공이나 스플라인 가공에 비해 공정이 간단하므로, 본 고안의 프로펠러 샤프트는 제조 공정의 소요 시간과 비용을 절감하게 되는 효과가 있다.The present invention configured as described above absorbs the impact energy at the time of a vehicle collision by the shock absorbing part of the groove structure, which is a simple structure compared to the propeller shaft made of a conventional swaging tube or a spline tube. Since the impact absorbing part is simpler than the swaging process or the spline process, the propeller shaft of the present invention has the effect of reducing the time and cost of the manufacturing process.

또한, 본 고안은 샤프트 본체에 소성가공이 이루어지지 않기 때문에, 종래의 프로펠러 샤프트 본체가 스웨이징 또는 스플라인으로 소성가공됨으로 인한 강도의 저하 문제를 해소하게 되어, 자동차의 안전성을 보다 향상시키는 효과가 있다.In addition, since the present invention does not perform plastic processing on the shaft main body, the problem of a decrease in strength due to plastic processing of the conventional propeller shaft main body by swaging or spline is solved, thereby improving the safety of the vehicle. .

또, 본 고안은, 종래 스웨이징 튜브 구조의 프로펠러 샤프트에 구비되는 직경이 감소된 축관부가 배제되어 있으므로, 충격 에너지 흡수구조가 구비된 프로펠러 샤프트와 그렇지 않은 일반 튜브 구조의 프로펠러 샤프트에 대해 동일한 이너 슬라이드를 공용할 수 있어, 공정의 단순화와 원가 절감에 기여하는 효과가 있다.In addition, since the present invention excludes the reduced diameter shaft portion provided in the propeller shaft of the conventional swaging tube structure, the inner slide that is identical to the propeller shaft having the impact energy absorbing structure and the propeller shaft having the non-uniform tube structure is not included. Can be shared, which contributes to simplifying the process and reducing costs.

이하에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 고안이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 고안의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention can be modified in various forms, the scope of the present invention is limited to the embodiments described below It doesn't happen.

도 5a는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 프로펠러 샤프트를 나타낸 도면이다.Figure 5a is a view showing a propeller shaft according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5a에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 프로펠러 샤프트의 주요 구성 요소는, 샤프트 본체(110)와, 이 샤프트 본체(110)의 양단부에 결합되는 유니버설 조인트(120,120'), 그리고 샤프트 본체(110)와 일측 유니버설 조인트(120)를 연결 하는 이너 슬라이드(130)로 이루어져 있다.As shown in FIG. 5A, the main components of the propeller shaft according to the present embodiment include a shaft body 110, universal joints 120 and 120 ′ coupled to both ends of the shaft body 110, and the shaft body 110. ) Consists of an inner slide (130) connecting the one side universal joint (120).

샤프트 본체(110)는 직경이 일정하게 형성되어 있으며, 속이 빈 튜브 구조로 되어 있다. 이렇게 샤프트 본체(110)의 직경이 일정하기 때문에, 종래의 스웨이징 튜브 구조의 프로펠러 샤프트나 스플라인 튜브 구조의 프로펠러 샤프트에 비해 샤프트 본체(110)의 강도가 저하되지 않는다.The shaft body 110 is formed to have a constant diameter and has a hollow tube structure. Since the diameter of the shaft main body 110 is constant, the strength of the shaft main body 110 does not fall compared with the propeller shaft of the conventional swaging tube structure or the propeller shaft of the spline tube structure.

상기와 같은 샤프트 본체(110)의 양단부에 유니버설 조인트(120,120')가 결합이 되는데, 이 중 일측 유니버설 조인트(120)가 결합되는 샤프트 본체(110)의 일단부에는 이너 슬라이드(130)가 개재된다. 이 이너 슬라이드(130)는 샤프트 본체(110) 및 유니버설 조인트(120)와 조립이 됨으로써, 샤프트 본체(110)와 유니버설 조인트(120)를 연결하게 된다.Universal joints 120 and 120 'are coupled to both ends of the shaft body 110 as described above, and an inner slide 130 is interposed between one end of the shaft body 110 to which one side universal joint 120 is coupled. . The inner slide 130 is assembled with the shaft body 110 and the universal joint 120, thereby connecting the shaft body 110 and the universal joint 120.

특히, 이너 슬라이드(130)는 충격흡수부(131)를 구비하고 있는데, 이 충격흡수부(131)는 샤프트 본체(110)와 대향하는 부위로부터 유니버설 조인트(120)와 대향하는 부위로 갈수록 직경이 점감하는 테이퍼 형태의 홈 구조로 이루어져 있다. 이에 따라, 차량 전방 충돌시 발생하는 충격 에너지(하중)가 유니버설 조인트(120) 측으로부터 샤프트 본체(110)로 전달될 때, 이너 슬라이드(130)의 충격흡수부(131)가 도 5b의 상태로부터 도 5c에 도시된 것처럼 변형됨으로써 충격 에너지를 완화하게 된다. 즉, 차량 충돌에 따른 충격 에너지가 샤프트 본체(110) 측으로 전달되면 테이퍼 형태의 홈 구조를 가진 충격흡수부(131)가 변형되면서 충격 에너지를 흡수하는데, 충격흡수부(131)가 계속적으로 충격 에너지를 받게 되면 이너 슬라이드(130)가 샤프트 본체(110) 방향을 향해 밀려 들어가 테이퍼 형태의 홈 부 분이 완전히 변형되어 파단되면서 충격 에너지를 흡수하게 된다. 도 6은 이러한 충격흡수부(131)의 변위량과 충격흡수하중의 변화를 보여주고 있다.In particular, the inner slide 130 is provided with a shock absorbing portion 131, the diameter of the shock absorbing portion 131 toward the portion facing the universal joint 120 from the portion facing the shaft body 110. The tapered groove structure is tapered. Accordingly, when the impact energy (load) generated during the vehicle front collision is transmitted from the universal joint 120 side to the shaft body 110, the shock absorbing portion 131 of the inner slide 130 is moved from the state of FIG. 5B. Deformation as shown in Figure 5c to mitigate the impact energy. That is, when the impact energy due to the vehicle collision is transmitted to the shaft body 110 side, the shock absorbing portion 131 having the tapered groove structure is deformed and absorbs the impact energy, and the shock absorbing portion 131 continuously impacts the energy. When the inner slide 130 is pushed toward the shaft body 110 direction, the tapered groove portion is completely deformed and broken to absorb impact energy. 6 shows the change of the displacement amount and the impact absorption load of the impact absorption unit 131.

상기 충격흡수부(131)를 형성하는 테이퍼 형태의 홈은 선반작업을 통해 쉽게 가공할 수 있다. 그리고, 충격흡수부(131)에 의한 충격 에너지의 완화 정도는 이너 슬라이드(130)의 소재라든지 충격흡수부(131)의 길이 및 두께 등으로 조절이 가능한데, 일반적으로 차량 충돌시 안전상 요구되는 4∼13톤 정도의 충돌 하중에 견딜 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다. The tapered groove forming the impact absorbing part 131 can be easily processed through lathe work. In addition, the degree of relaxation of the impact energy by the shock absorbing unit 131 can be adjusted by the material of the inner slide 130 or the length and thickness of the shock absorbing unit 131. In general, 4 ~ It is desirable to be designed to withstand a collision load of about 13 tons.

이상에서는 본 고안을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 고안은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.In the above described the present invention based on the preferred embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, various modifications by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention This is possible.

도 1은 차량 충돌시 프로펠러 샤프트의 변형을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining the deformation of the propeller shaft during vehicle collision.

도 2a와 도 2b는 각각 종래 스웨이징 튜브 구조의 프로펠러 샤프트와 A부의 변형 상태를 나타낸 도면이다.Figure 2a and Figure 2b is a view showing a deformation state of the propeller shaft and the A portion of the conventional swaged tube structure, respectively.

도 3a와 도 3b는 각각 종래 스플라인 튜브 구조의 프로펠러 샤프트와 B부의 변형 상태를 나타낸 도면이다.3A and 3B are diagrams showing a deformation state of the propeller shaft and the B portion of the conventional spline tube structure, respectively.

도 4a는 종래 스웨이징 튜브 구조의 프로펠러 샤프트에서 유니버설 조인트와의 용접 부위를 나타낸 도면이다.Figure 4a is a view showing a welded portion with the universal joint in the propeller shaft of the conventional swaging tube structure.

도 4b는 종래 일반 튜브 구조의 프로펠러 샤프트에서 유니버설 조인트와의 용접 부위를 나타낸 도면이다.Figure 4b is a view showing a welded portion with the universal joint in the propeller shaft of the conventional general tube structure.

도 5a와 도 5b 및 도 5c는 각각 본 고안의 실시예에 따른 프로펠러 샤프트와 C부의 변형 전·후 상태를 나타낸 도면이다.5A, 5B and 5C are diagrams illustrating a state before and after deformation of the propeller shaft and the C portion according to the embodiment of the present invention, respectively.

도 6은 차량 충돌시 본 고안의 프로펠러 샤프트에 구비된 충격흡수부의 변위량과 충격흡수하중의 변화를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a change in the amount of displacement and the impact absorption load of the shock absorber provided in the propeller shaft of the present invention during a vehicle collision.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110 : 샤프트 본체 120,120' : 유니버설 조인트110: shaft body 120, 120 ': universal joint

130 : 이너 슬라이드 131 : 충격흡수부130: inner slide 131: shock absorbing portion

Claims (2)

직경이 일정하고 양단부에 유니버설 조인트가 연결되는 샤프트 본체; 및A shaft body having a constant diameter and having a universal joint connected at both ends thereof; And 상기 샤프트 본체의 일측에서 상기 유니버설 조인트와 샤프트 본체를 연결하되 충돌 사고시 발생하는 충격 에너지에 의해 변형되면서 그 충격 에너지를 흡수하는 홈 구조의 충격흡수부를 구비한 이너 슬라이드를 포함하여 이루어진 자동차의 충격 흡수 기능을 가진 프로펠러 샤프트.Shock absorbing function of the vehicle comprising an inner slide having a shock absorbing portion of the groove structure connecting the universal joint and the shaft main body at one side of the shaft body and being deformed by the impact energy generated during a collision accident and absorbing the impact energy. Propeller shaft. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 충격흡수부의 홈 구조는 테이퍼 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 충격 흡수 기능을 가진 프로펠러 샤프트.The groove structure of the shock absorbing portion is a propeller shaft having a shock absorbing function of the vehicle, characterized in that the tapered form.
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