KR20200045895A - Drive shaft assay for automobile and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a drive shaft assay for a vehicle and a manufacturing method thereof and, more particularly, to a shaft and an inner ring. The present invention may include a solid shaft and an inner ring integrally formed with the solid shaft, and a manufacturing method thereof may comprise the steps of: forging a solid shaft to form an inner ring; processing the solid shaft and inner ring; and performing high-frequency heat treatment on the processed solid shaft and inner ring. According to the present invention, the outer diameter of the inner and outer rings is reduced by integrating the shaft and the inner ring, so that the weight of the drive shaft assay can be reduced by 10 to 20%. In addition, the cost of manufacturing and managing parts can be reduced by omitting spline processing and deleting a circlip.

Description

자동차용 드라이브샤프트 앗세이 및 이의 제조방법{DRIVE SHAFT ASSAY FOR AUTOMOBILE AND ITS MANUFACTURING METHOD}DRIVE SHAFT ASSAY FOR AUTOMOBILE AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 자동차용 드라이브샤프트 앗세이 및 이의 제조방법에 관한 발명으로 보다 구체적으로 샤프트 및 내륜에 관한 발명이다.The present invention relates to a drive shaft assembly for a vehicle and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a shaft and an inner ring.

자동차용 드라이브샤프트 앗세이는 엔진/변속기의 구동력을 등속으로 바퀴에 전달하는 기능을 한다. 도 1은 종래 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 종래 자동차용 드라이브샤프트 앗세이는 샤프트(11), 내륜(12), 샤프트(11) 및 내륜(12)을 체결 및 고정하는 써클립(13), 다수의 볼(14), 외륜(15), 샤프트(11)의 외측에 형성된 스플라인(16) 및 내륜(12)의 내측에 형성된 스플라인(미도시)으로 구성된다.The drive shaft assembly for automobiles transmits the driving force of the engine / transmission to the wheel at a constant speed. 1 is a schematic view of a conventional automobile drive shaft assembly. Referring to Figure 1, the conventional drive shaft assembly for a vehicle shaft 11, inner ring 12, shaft 11 and the inner ring 12 fastening and fixing the circlip 13, a plurality of balls (14) , Outer ring 15, a spline 16 formed on the outside of the shaft 11 and a spline (not shown) formed on the inside of the inner ring 12.

최근 자동차의 연비 향상을 위해 차량의 중량을 감소시키려는 연구개발이 진행되고 있는데 드라이브샤프트 앗세이처럼 직접 구동되는 부품의 중량이 감소되는 경우 연비 향상의 효과가 더욱 증가하게 된다.In order to improve the fuel efficiency of automobiles, research and development is currently underway to reduce the weight of a vehicle. When the weight of directly driven parts, such as a drive shaft assembly, is reduced, the effect of improving fuel efficiency is further increased.

이러한 연구개발의 일환으로서 특허문헌 1은 샤프트를 파이프 소재로 구성하여 내륜을 일체화한다. 일반적으로 자동차용 드라이브샤프트 앗세이에 6개의 볼을 사용한다. 사용되는 볼의 수가 많아질수록 볼의 직경이 작아지므로 구동력의 전달효율이 증가될 뿐만 아니라 자동차용 드라이브샤프트 앗세이를 더욱 경량화할 수 있다. 하지만, 특허문헌 1은 사용 가능한 볼의 개수가 3개이며 내륜 및 볼의 형상에 제한이 따른다.As part of this research and development, Patent Document 1 integrates the inner ring by constructing a shaft from a pipe material. Generally, six balls are used in the drive shaft assembly for automobiles. As the number of balls used increases, the diameter of the ball decreases, so that the transmission efficiency of the driving force is increased, and the drive shaft assembly for automobiles can be made lighter. However, Patent Document 1 has three available balls and is limited by the shape of the inner ring and the ball.

특허문헌 2 또한 샤프트를 파이프 소재로 구성하여 내륜을 일체화한다. 특허문헌 1과 달리 사용 가능한 볼의 개수는 3 내지 10개이다. 하지만, 파이프 두께에 따라 형성 가능한 내륜의 높이에 한계가 있다. 왜냐하면, 파이프는 그 가운데가 비어있어 휨 등이 발생하므로 하나의 파이프 내 두께의 2배가 되는 구간을 성형하는 것이 기술적으로 곤란하기 때문이다. 일반적으로 사용되는 파이프의 두께는 3 내지 5mm이며 동일한 파이프 내 파이프 두께가 10mm인 파이프 구간을 형성하는 것은 기술적으로 곤란하므로 내륜 치고부의 높이는 5mm 미만으로 제한된다. 또한, 볼의 직경이 큰 경우 또는 볼의 개수가 많아질 경우 샤프트 및 내륜의 설계에 한계가 있다. Patent Document 2 In addition, the shaft is made of a pipe material to integrate the inner ring. Unlike Patent Document 1, the number of balls that can be used is 3 to 10 balls. However, there is a limit to the height of the inner ring that can be formed according to the pipe thickness. This is because it is technically difficult to form a section that is twice the thickness in one pipe because the pipe has an empty center and warpage occurs. In general, the thickness of the pipe used is 3 to 5 mm and it is technically difficult to form a pipe section having a pipe thickness of 10 mm in the same pipe, so the height of the inner ring hitting portion is limited to less than 5 mm. In addition, when the diameter of the ball is large or the number of balls is large, there are limitations in the design of the shaft and the inner ring.

일본 공개특허공보 제 2014-025486호Japanese Patent Application Publication No. 2014-025486 일본 등록특허공보 제 5410163호Japanese Patent Registration No. 5410163

본 발명은 샤프트 및 내륜을 일체화하여 형성하되 내륜의 높이 내지 외경의 형성에 제한받지 않는 드라이브샤프트 앗세이의 제조를 목적으로 한다.The present invention aims to manufacture a drive shaft assembly formed by integrating a shaft and an inner ring, but not limited to the height or outer diameter of the inner ring.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 중실 샤프트 및 중실 샤프트와 일체로 형성된 내륜을 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, the present invention may include a solid shaft and an inner ring integrally formed with the solid shaft.

바람직하게, 내륜의 외경은 중실 샤프트의 외경의 최대 3배일 수 있다.Preferably, the outer diameter of the inner ring can be up to three times the outer diameter of the solid shaft.

바람직하게, 최대 14개의 볼을 포함할 수 있다. Preferably, it may include up to 14 balls.

바람직하게, 내륜은 일정한 경화깊이를 가질 수 있다.Preferably, the inner ring can have a constant depth of cure.

바람직하게, 중실 샤프트 및 내륜은 0.45~0.60wt%의 탄소(C), 0.2~0.6wt%의 크롬(Cr), 0.4~0.8wt%의 몰리브덴(Mo), 0.3~0.9wt%의 니켈(Ni), 0.01~0.05wt%의 보론(B), 0.15~0.35wt%의 규소(Si), 0.6~0.9wt%의 망간(Mn) 및 잔부의 철(Fe)을 포함할 수 있다.Preferably, the solid shaft and inner ring are 0.45 to 0.60 wt% of carbon (C), 0.2 to 0.6 wt% of chromium (Cr), 0.4 to 0.8 wt% of molybdenum (Mo), and 0.3 to 0.9 wt% of nickel (Ni ), 0.01 to 0.05 wt% of boron (B), 0.15 to 0.35 wt% of silicon (Si), 0.6 to 0.9 wt% of manganese (Mn), and the balance of iron (Fe).

바람직하게, 0 초과 0.3wt% 이하의 구리(Cu)를 더 포함할 수 있다.Preferably, more than 0 and less than 0.3wt% copper (Cu) may be further included.

바람직하게, 0 초과 0.03wt% 이하의 인(P) 및 0 초과 0.035wt% 이하의 황(S)을 더 포함할 수 있다.Preferably, it may further include phosphorus (P) greater than 0 and 0.03 wt% or less and sulfur (S) greater than 0 and 0.035 wt% or less.

바람직하게, 내륜의 경화깊이는 2~6mm일 수 있다.Preferably, the hardening depth of the inner ring may be 2 to 6 mm.

한편, 본 발명은 중실 샤프트를 단조하여 내륜을 형성하는 단계, 중실 샤프트 및 내륜을 가공하는 단계 및 가공된 중실 샤프트 및 내륜을 고주파 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, the present invention may include a step of forging the solid shaft to form an inner ring, processing the solid shaft and the inner ring, and high-frequency heat treatment of the processed solid shaft and the inner ring.

바람직하게, 고주파 열처리하는 코일은 내주면을 따라 내륜의 치고부와 대향하는 만곡부 및 내륜의 치저부와 대향하는 돌출부를 포함할 수 있다.Preferably, the coil subjected to high-frequency heat treatment may include a curved portion facing the chisel portion of the inner ring along the inner circumferential surface and a protrusion facing the bottom of the inner ring.

바람직하게, 주파수의 범위는 주파지수(Frequency Index, FI)±5kHz일 수 있다.Preferably, the range of the frequency may be a frequency index (Frequency Index, FI) ± 5kHz.

본 발명은 샤프트 및 내륜을 일체화하여 형성하되 내륜의 높이 내지 외경의 형성에 제한받지 않는 드라이브샤프트 앗세이를 제조할 수 있다.The present invention can manufacture a drive shaft assembly that is formed by integrating a shaft and an inner ring, but is not limited to the height or outer diameter of the inner ring.

본 발명은 합금성분을 최적화하여 열처리성, 내구성 및 경제성을 확보할 수 있다는 이점이 있다.The present invention has the advantage that the heat treatment properties, durability and economics can be secured by optimizing the alloy component.

본 발명은 열처리 조건을 최적화할 수 있으며 열처리 불량을 방지할 수 있다.The present invention can optimize heat treatment conditions and prevent heat treatment defects.

도 1은 종래 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 모식도이다.
도 2는 본 발명인 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 샤프트 및 내륜을 절단한 사진이다. 도 3(a)는 중실 샤프트를, 도 3(b) 내지 (d)는 도 3(a)에 도시된 중실 샤프트 외경의 약 2.1배, 약 2.6배 및 약 3.0배의 외경을 갖는 내륜을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중실 샤프트(21), 내륜(22) 및 볼(24)을 나타낸다.
도 5는 본 발명인 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 고주파 열처리에 사용되는 코일의 형상을 나타낸다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 목적하는 치고부 및 치저부의 경화깊이를 나타낸 모식도이다.
도 8(a) 및 도 8(b)는 표 7의 비고에 기재된 경화깊이 미달을 나타낸 모식도이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 표 7의 비고에 기재된 경화깊이 초과를 나타낸 모식도이다.
1 is a schematic view of a conventional automobile drive shaft assembly.
2 is a schematic view of the present invention drive shaft assembly.
3 is a photograph of a shaft and an inner ring formed according to an embodiment of the present invention. 3 (a) shows a solid shaft, and FIGS. 3 (b) to 3 (d) show inner rings having an outer diameter of about 2.1 times, about 2.6 times, and about 3.0 times the outer diameter of the solid shaft shown in Fig. 3 (a). .
Figure 4 shows the solid shaft 21, the inner ring 22 and the ball 24 according to an embodiment of the present invention.
5 is a flow chart showing a method of manufacturing a drive shaft assembly for a vehicle according to the present invention.
6 shows the shape of the coil used for high-frequency heat treatment.
7 (a) and 7 (b) are schematic diagrams showing a desired depth of hardening of the teeth and teeth.
8 (a) and 8 (b) are schematic diagrams showing the depth of hardening below the remarks in Table 7.
9 (a) and 9 (b) are schematic diagrams showing the cure depth exceeded in the remarks of Table 7.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited or limited by the exemplary embodiments, and the objects and effects of the present invention can be naturally understood or more apparent by the following description, and the objects and effects of the present invention are described only by the following description. It is not limited. In addition, in the description of the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 2는 본 발명인 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 모식도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명은 중실 샤프트(21) 및 중실 샤프트(21)와 일체로 형성된 내륜(22)을 포함할 수 있다. 본 발명은 중실 샤프트(21) 및 내륜(22)을 일체로 형성하였기 때문에 샤프트와 내륜을 체결 및 고정하는 써클립은 물론, 종래 내륜에 형성하였던 내측 스플라인 및 종래 샤프트에 형성하였던 외측 스플라인을 요하지 않는다.2 is a schematic view of the present invention drive shaft assembly. Referring to FIG. 2, the present invention may include a solid shaft 21 and an inner ring 22 formed integrally with the solid shaft 21. In the present invention, since the solid shaft 21 and the inner ring 22 are integrally formed, a circlip for fastening and fixing the shaft and the inner ring, as well as an inner spline formed on a conventional inner ring and an outer spline formed on a conventional shaft are not required. .

또한, 중실 샤프트(21)의 외경이 종래 샤프트(11)의 외경과 동일하더라도 내륜(22) 및 외륜(25)의 외경이 축소됨에 따라 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 중량이 감소된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 내륜의 외경을 42mm에서 30mm로 외륜의 외경을 86mm에서 74mm로 축소시킬 수 있으며, 내륜 및 외륜의 총 중량을 1670g에서 1439g으로 감소시킬 수 있다(231g 절감). 드라이브샤프트 앗세이에 각각 2개의 내륜 및 외륜이 사용되므로 총 462g을 감소시킬 수 있다.Further, even if the outer diameter of the solid shaft 21 is the same as the outer diameter of the conventional shaft 11, as the outer diameters of the inner ring 22 and the outer ring 25 are reduced, the weight of the drive shaft assembly for automobiles is reduced. According to an embodiment of the present invention, the outer diameter of the inner ring can be reduced from 42 mm to 30 mm, and the outer diameter of the outer ring can be reduced from 86 mm to 74 mm, and the total weight of the inner ring and outer ring can be reduced from 1670 g to 1439 g (saving 231 g). Since two inner and outer rings are used for the drive shaft assembly, a total of 462 g can be reduced.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 샤프트 및 내륜을 절단한 사진이다. 보다 구체적으로, 도 3(a)는 중실 샤프트를, 도 3(b) 내지 3(d)는 도 3(a)에 도시된 중실 샤프트 외경의 약 2.1배, 약 2.6배 및 약 3.0배의 외경을 갖는 내륜을 나타낸다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중실 샤프트(21), 내륜(22) 및 볼(24)을 나타낸다.3 is a photograph of a shaft and an inner ring formed according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 3 (a) shows a solid shaft, and FIGS. 3 (b) to 3 (d) show an outer diameter of about 2.1 times, about 2.6 times, and about 3.0 times the outer diameter of the solid shaft shown in Fig. 3 (a). It represents the inner ring having a. Figure 4 shows the solid shaft 21, the inner ring 22 and the ball 24 according to an embodiment of the present invention.

표 1은 중실 샤프트의 외경(A)이 30mm이고 볼의 지름이 10mm인 경우, 내륜의 외경(C)에 따라 사용할 수 있는 볼의 최대 개수 및 외경의 비율을 나타낸다. 표 2는 중실 샤프트의 외경(A)이 30mm이고 볼의 지름이 15mm인 경우, 내륜의 외경(C)에 따라 사용할 수 있는 볼의 최대 개수 및 외경의 비율을 나타낸다.Table 1 shows the maximum number of balls and the ratio of the outer diameter that can be used according to the outer diameter (C) of the inner ring when the outer diameter (A) of the solid shaft is 30 mm and the diameter of the ball is 10 mm. Table 2 shows the maximum number of balls and the ratio of the outer diameter that can be used according to the outer diameter (C) of the inner ring when the outer diameter (A) of the solid shaft is 30 mm and the diameter of the ball is 15 mm.

내륜 외경
(C, mm)
Inner ring outer diameter
(C, mm)

최대 개수
ball
Maximum number

Figure pat00001
Figure pat00001
4040 66 1.31.3 5050 77 1.71.7 6060 99 2.02.0 7070 1111 2.32.3 8080 1212 2.72.7 9090 1414 3.03.0

내륜 외경
(C, mm)
Inner ring outer diameter
(C, mm)

최대 개수
ball
Maximum number

Figure pat00002
Figure pat00002
4040 44 1.31.3 5050 55 1.71.7 6060 66 2.02.0 7070 77 2.32.3 8080 88 2.72.7 9090 99 3.03.0

도 3 및 도 4, 표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명은 중실 샤프트(21)를 단조성형하여 내륜(22)을 형성함으로써 내륜의 외경(C)은 중실 샤프트 외경(A)의 최대 3배가 될 수 있다. 내륜의 외경(C)은 중실 샤프트 외경(A)의 3배를 초과할 수 있으나, 자동차용 드라이브샤프트 앗세이로서 사용하기에 적합한 형상이 아닐 뿐더러 드라이브샤프트 앗세이의 중량이 증가하게 되므로 내륜의 외경(C)은 중실 샤프트 외경(A)의 최대 3배인 것이 바람직하다. 3 and 4, Table 1 and Table 2, the present invention is formed by forging the solid shaft 21 to form the inner ring 22, the outer diameter (C) of the inner ring is up to 3 of the solid shaft outer diameter (A) Can be doubled. The outer diameter (C) of the inner ring can exceed three times the outer diameter (A) of the solid shaft, but it is not a suitable shape for use as a drive shaft assembly for automobiles, and the weight of the drive shaft assembly increases, so the outer diameter of the inner ring. (C) is preferably a maximum of three times the outer diameter (A) of the solid shaft.

내륜의 외경(C)이 증가함에 따라 사용할 수 있는 볼의 최대 개수는 증가한다. 일 예로, 내륜의 외경(C)이 중실 샤프트 외경(A)의 3배인 경우, 즉 내륜의 외경(C)이 90mm이고 중실 샤프트의 외경(A)이 30mm인 경우 지름 10mm의 볼을 최대 14개 사용할 수 있다.As the outer diameter (C) of the inner ring increases, the maximum number of balls that can be used increases. For example, when the outer diameter (C) of the inner ring is three times the outer diameter (A) of the solid shaft, that is, when the outer diameter (C) of the inner ring is 90 mm and the outer diameter (A) of the solid shaft is 30 mm, up to 14 balls of 10 mm in diameter Can be used.

본 발명에 따르면, 내륜(22)은 일정한 경화깊이를 가질 수 있다. 본 명세서에서 정의되는 내륜(22)의 경화깊이는 치고부(221)의 경화깊이 및 치저부(222)의 경화깊이를 평균한 값을 말한다. 상세히 후술하겠지만, 치형 전구간을 균일하게 경화하여 치수 정밀도를 향상시키기 위해서 내륜은 2~6mm의 경화깊이를 갖는 것이 바람직하다. According to the present invention, the inner ring 22 may have a constant curing depth. The hardening depth of the inner ring 22 defined in this specification refers to a value obtained by averaging the hardening depth of the chisel portion 221 and the hardening depth of the tooth portion 222. As will be described later in detail, it is preferable that the inner ring has a curing depth of 2 to 6 mm in order to uniformly cure the tooth shape and improve dimensional accuracy.

소재Material CC CrCr MoMo NiNi BB SiSi MnMn CuCu PP SS 샤프트
(종래)
shaft
(Conventional)
0.35
~0.41
0.35
~ 0.41
0.3
Max
0.3
Max
-- -- 0.05
Max
0.05
Max
0.15
~0.35
0.15
~ 0.35
0.6
~0.9
0.6
~ 0.9
0.3
Max
0.3
Max
0.030
Max
0.030
Max
0.035
Max
0.035
Max
내륜(종래)Inner ring (conventional) 0.17
~0.23
0.17
~ 0.23
0.8
~1.3
0.8
~ 1.3
0.1
~0.4
0.1
~ 0.4
0.3
Max
0.3
Max
-- 0.15
~0.35
0.15
~ 0.35
0.5
~0.9
0.5
~ 0.9
0.3
Max
0.3
Max
0.030
Max
0.030
Max
0.035
Max
0.035
Max
본 발명The present invention 0.45
~0.60
0.45
~ 0.60
0.2
~0.6
0.2
~ 0.6
0.4
~0.8
0.4
~ 0.8
0.3
~0.9
0.3
~ 0.9
0.01
~0.05
0.01
~ 0.05
0.15
~0.35
0.15
~ 0.35
0.6
~0.9
0.6
~ 0.9
0.3
Max
0.3
Max
0.03
Max
0.03
Max
0.035
Max
0.035
Max

표 3은 종래 샤프트, 내륜 및 본 발명의 조성을 정리한 표이다. 표 3을 참조하면, 본 발명인 중실 샤프트(21) 및 내륜(22)에는 0.45~0.60wt%의 탄소(C), 0.2~0.6wt%의 크롬(Cr), 0.4~0.8wt%의 몰리브덴(Mo), 0.3~0.9wt%의 니켈(Ni), 0.01~0.05wt%의 보론(B), 0.15~0.35wt%의 규소(Si), 0.6~0.9wt%의 망간(Mn), 및 잔부의 철(Fe)을 포함할 수 있다. Table 3 is a table summarizing the composition of the conventional shaft, inner ring and the present invention. Referring to Table 3, the inventors of the solid shaft 21 and the inner ring 22, 0.45 ~ 0.60wt% carbon (C), 0.2 ~ 0.6wt% chromium (Cr), 0.4 ~ 0.8wt% molybdenum (Mo ), 0.3 to 0.9 wt% nickel (Ni), 0.01 to 0.05 wt% boron (B), 0.15 to 0.35 wt% silicon (Si), 0.6 to 0.9 wt% manganese (Mn), and the balance iron (Fe).

본 발명인 중실 샤프트(21) 및 내륜(22)에는 0.3wt% 이하의 구리(Cu), 0.03wt% 이하의 인(P) 및 0.035wt% 이하의 황(S)을 더 포함할 수 있다.The inventors solid shaft 21 and the inner ring 22 may further include 0.3 wt% or less copper (Cu), 0.03 wt% or less phosphorus (P), and 0.035 wt% or less sulfur (S).

종래 샤프트, 내륜 및 본 발명의 조성을 비교하면, 본 발명의 탄소 첨가량은 종래 샤프트 및 내륜의 탄소 첨가량보다 많으며, 본 발명의 크롬 첨가량은 종래 샤프트에 선택적으로 첨가되는 크롬 첨가량과 일부 범위에서 중복되나 종래 내륜의 크롬 첨가량보다 적다.When comparing the composition of the conventional shaft, the inner ring, and the present invention, the amount of carbon added in the present invention is greater than the amount of carbon added in the conventional shaft and the inner ring, and the amount of chromium added in the present invention overlaps in some range with the amount of chromium added selectively in the conventional shaft. Less than the amount of chromium added in the inner ring.

종래 샤프트에 첨가되지 않은 몰리브덴 및 니켈이 본 발명의 중실 샤프트에 첨가되며 본 발명의 몰리브덴 및 니켈 첨가량은 종래 내륜의 몰리브덴 및 니켈 첨가량보다 많다. 종래 내륜에 첨가되지 않은 보론이 본 발명의 내륜에 첨가되며 종래 샤프트에 보론이 선택적으로 첨가되었던 것과는 달리 본 발명의 내륜 및 샤프트에 보론은 필수적으로 첨가된다. 이하, 본 발명에 첨가되는 각 성분의 첨가량에 대하여 상세히 설명한다.Molybdenum and nickel not added to the conventional shaft are added to the solid shaft of the present invention, and the amount of molybdenum and nickel added to the present invention is higher than that of the conventional inner ring. Boron, which is not added to the conventional inner ring, is added to the inner ring of the present invention, and boron is essentially added to the inner ring and shaft of the present invention, unlike that of the conventional shaft. Hereinafter, the amount of each component added to the present invention will be described in detail.

(1) 0.45~0.60wt%의 탄소(C)(1) 0.45 ~ 0.60wt% carbon (C)

소재의 강도를 증가시키기 위해 탄소를 첨가한다. 0.45wt% 미만의 탄소를 첨가하는 경우 목적하는 강도를 얻을 수 없으며 0.60wt% 초과의 탄소를 첨가하는 경우 가공 및 성형성이 불리해지므로 0.45~0.60wt%의 탄소를 첨가하는 것이 바람직하다.Carbon is added to increase the strength of the material. When adding less than 0.45wt% carbon, the desired strength cannot be obtained, and when more than 0.60wt% carbon is added, it is preferable to add 0.45 to 0.60wt% carbon because processing and moldability are disadvantageous.

(2) 0.2~0.6wt%의 크롬(Cr)(2) 0.2 ~ 0.6wt% chromium (Cr)

소재의 강도를 증가시키기 위해 크롬을 첨가한다. 0.2wt% 미만의 크롬을 첨가하는 경우 목적하는 강도를 얻을 수 없으며 0.6wt% 초과의 크롬을 첨가하는 경우 인성이 감소하므로 0.2~0.6wt%의 크롬을 첨가하는 것이 바람직하다. Chromium is added to increase the strength of the material. When adding less than 0.2wt% of chromium, the desired strength cannot be obtained. When adding more than 0.6wt% of chromium, toughness decreases, so it is preferable to add 0.2 to 0.6wt% of chromium.

(3) 0.4~0.8wt%의 몰리브덴(Mo)(3) Molybdenum (Mo) 0.4 ~ 0.8wt%

소재의 고주파 열처리 시 열처리성 즉 경화깊이를 확보하기 위해 몰리브덴을 첨가한다. 0.4wt% 미만의 몰리브덴을 첨가하는 경우 소재의 열처리성을 확보할 수 없으며 0.8wt% 초과의 몰리브덴을 첨가하는 경우 편석에 의해 내구성이 저하되므로 0.4~0.8wt%의 몰리브덴을 첨가하는 것이 바람직하다.In the high-frequency heat treatment of the material, molybdenum is added to secure heat treatment property, that is, the curing depth. When adding molybdenum of less than 0.4 wt%, heat treatment properties of the material cannot be ensured, and when adding molybdenum greater than 0.8 wt%, durability is reduced by segregation, so it is preferable to add molybdenum of 0.4 to 0.8 wt%.

(4) 0.3~0.9wt%의 니켈(Ni)(4) 0.3 ~ 0.9wt% nickel (Ni)

소재의 인성 등 내구성을 향상시키기 위해 니켈을 첨가한다. 0.3wt% 미만의 니켈을 첨가하는 경우 인성 향상의 효과를 얻을 수 없으며 0.9wt% 초과의 니켈을 첨가하는 경우 비용 대비 효과가 적어지므로 0.3~0.9wt%의 니켈을 첨가하는 것이 바람직하다.Nickel is added to improve durability such as toughness of the material. When adding less than 0.3wt% nickel, the effect of improving toughness cannot be obtained, and when adding more than 0.9wt% nickel, it is preferable to add 0.3 to 0.9wt% nickel because the cost-effectiveness decreases.

(5) 0.01~0.05wt%의 보론(B)(5) Boron (B) of 0.01 ~ 0.05wt%

소재의 고주파 열처리 시 열처리성 즉 경화깊이를 확보하기 위해 보론을 첨가한다. 0.01wt% 미만의 보론을 첨가하는 경우 열처리성 향상 효과를 얻을 수 없으며 0.05wt% 초과의 보론을 첨가하는 경우 편석 발생 및 이에 따른 문제가 발생하므로 0.01~0.05wt%의 보론을 첨가하는 것이 바람직하다. When high-frequency heat treatment of the material, boron is added to secure heat treatment properties, ie, depth of hardening. When adding boron of less than 0.01wt%, the effect of improving heat treatment cannot be obtained, and when adding boron of more than 0.05wt%, segregation occurs and problems occur, so it is preferable to add boron of 0.01 ~ 0.05wt%. .

(6) 0.15~0.35wt%의 규소(Si)(6) Silicon (Si) of 0.15 ~ 0.35wt%

유해한 탄화물의 생성을 억제하기 위해 규소를 첨가한다. 0.15wt% 미만의 규소를 첨가하는 경우 유해 탄화물의 생성을 효과적으로 억제할 수 없으며 0.35wt% 초과의 규소를 첨가하는 경우 편석이 발생하므로 0.15~0.35wt%의 규소를 첨가하는 것이 바람직하다.Silicon is added to suppress the formation of harmful carbides. It is preferable to add 0.15 to 0.35wt% of silicon because adding less than 0.15wt% of silicon cannot effectively suppress the generation of harmful carbides and segregation occurs when adding more than 0.35wt% of silicon.

(7) 0.6~0.9wt%의 망간(Mn)(7) 0.6 ~ 0.9wt% manganese (Mn)

소재의 강도를 증가시키기 위해 망간을 첨가한다. 0.6wt% 미만의 망간을 첨가하는 경우 소재의 강도 향상 효과를 달성할 수 없으며 0.9wt% 초과의 망간을 첨가하는 경우 인성 및 피삭성이 저하되므로 0.6~0.9wt%의 망간을 첨가하는 것이 바람직하다.Manganese is added to increase the strength of the material. When adding less than 0.6wt% of manganese, it is impossible to achieve the strength improvement effect of the material, and when adding more than 0.9wt% of manganese, toughness and machinability are lowered, so it is preferable to add 0.6 ~ 0.9wt% of manganese. .

본 발명은 편석 및 개재물 형성에 의한 품질 저하를 방지하기 위하여 구리, 인 및 황을 각각 0.3wt% 이하, 0.03wt% 이하, 및 0.035wt% 이하로 첨가한다.In the present invention, copper, phosphorus and sulfur are added in an amount of 0.3 wt% or less, 0.03 wt% or less, and 0.035 wt% or less, respectively, in order to prevent deterioration in quality due to segregation and inclusion formation.

도 5는 본 발명인 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명은 중실 샤프트를 단조하여 내륜을 형성하는 단계(S101), 중실 샤프트 및 내륜을 가공하는 단계(S102) 및 가공된 중실 샤프트 및 내륜을 고주파 열처리하는 단계(S103)를 포함할 수 있다.5 is a flow chart showing a method of manufacturing a drive shaft assembly for a vehicle according to the present invention. Referring to Figure 5, the present invention for forming the inner ring by forging the solid shaft (S101), processing the solid shaft and the inner ring (S102) and heat-treating the processed solid shaft and the inner ring (S103) It can contain.

종래 샤프트는 샤프트의 원소재를 가공(외측 스플라인의 형성 포함)한 후 고주파 열처리하여(원형 코일 이용, 3 ≤ 주파수 f(kHZ) ≤ 30) 제조하였고 종래 내륜은 원소재를 단조 및 가공(내측 스플라인의 형성 포함)한 후 침탄 열처리하여 제조하였다. 종래 내륜을 고주파 열처리가 아닌 침탄 열처리를 한 이유는 종래 내륜에 첨가되는 탄소의 양이 적기 때문에 종래 내륜을 고주파 열처리 하더라도 내륜의 표면경도는 HV500에 불과한 반면, 침탄 열처리한 경우 내륜의 표면경도는 HV770로 증가하기 때문이다. 종래 내륜을 침탄 열처리하여 내륜의 표면경도를 향상시킨 것과 달리 본 발명은 내륜을 고주파 열처리하여 표면경도를 향상시키는 점에서 대비된다.The conventional shaft was manufactured by processing the raw material of the shaft (including the formation of the outer spline) and then performing high-frequency heat treatment (using a circular coil, 3 ≤ frequency f (kHZ) ≤ 30), and the conventional inner ring forged and processed the raw material (internal spline After the formation of) was prepared by carburizing heat treatment. The reason why the conventional inner ring is subjected to carburizing heat treatment rather than high-frequency heat treatment is because the amount of carbon added to the conventional inner ring is small. This is because it increases. Unlike the conventional carburizing heat treatment of the inner ring to improve the surface hardness of the inner ring, the present invention is contrasted in that it improves the surface hardness by high-frequency heat treatment of the inner ring.

한편, 본 발명은 중실 샤프트 및 내륜이 일체로 형성되므로 중실 샤프트와 내륜을 각각 별도로 고주파 열처리하는 경우 열처리가 중복되는 부분이 발생하게 되며 그 부분에서 크랙이 발생할 수 있다. 따라서, 중실 샤프트 및 내륜을 일괄 열처리하는 것이 바람직하다.On the other hand, in the present invention, since the solid shaft and the inner ring are integrally formed, when the solid shaft and the inner ring are separately subjected to high-frequency heat treatment, a portion in which heat treatment is overlapped may occur and cracks may occur in the portion. Therefore, it is preferable to heat-treat the solid shaft and the inner ring at once.

도 6은 고주파 열처리에 사용되는 코일의 형상을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 코일(27)의 내부는 내륜의 치고부(221)와 대향하는 만곡부(271) 및 내륜의 치저부(222)와 대향하는 돌출부(272)를 포함하며 만곡부(271) 및 돌출부(272)는 코일의 내주면을 따라 교대하여 형성될 수 있다.6 shows the shape of the coil used for high-frequency heat treatment. Referring to FIG. 6, the inside of the coil 27 includes a curved portion 271 that faces the chisel portion 221 of the inner ring and a protruding portion 272 that faces the bottom portion 222 of the inner ring, and the curved portion 271 and The protrusions 272 may be alternately formed along the inner circumferential surface of the coil.

중실 샤프트 및 내륜이 일체로 형성된 본 발명의 고주파 열처리 시 만곡부(271) 및 돌출부(272)가 형성되지 않은 원형 코일을 사용하는 경우 내륜의 치고부(221)는 원형 코일에 인접하므로 내륜의 치고부(221)에 충분한 열처리를 가할 수 있다. 하지만, 내륜의 치저부(222) 및 중실 샤프트는 내륜의 치고부(221)에 비하여 원형 코일에 인접하지 못하므로 내륜의 치저부(222) 및 중실 샤프트에 충분한 열처리를 가할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명의 코일(27)을 사용하는 경우 내륜의 치고부(221)는 물론 내륜의 치저부(222) 및 중실 샤프트에 충분한 열처리를 가할 수 있으므로 전술한 문제점을 해결할 수 있다.In the case of using a circular coil in which the curved portion 271 and the protruding portion 272 are not formed during the high-frequency heat treatment of the present invention in which the solid shaft and the inner ring are integrally formed, the abutment portion 221 of the inner ring is adjacent to the circular coil, so that the abutment portion of the inner ring is formed. A sufficient heat treatment can be applied to (221). However, since the toothed portion 222 and the solid shaft of the inner ring are not adjacent to the circular coil compared to the toothed portion 221 of the inner ring, sufficient heat treatment cannot be applied to the toothed portion 222 and the solid shaft of the inner ring. Therefore, when the coil 27 of the present invention is used, it is possible to solve the above-described problem because sufficient heat treatment can be applied to the chisel portion 221 of the inner ring as well as the tooth portion 222 and the solid shaft of the inner ring.

본 발명의 고주파 열처리하는 단계(S103)에 사용할 수 있는 주파수의 범위는 주파지수(Frequency Index, FI)±5kHz이며, 주파지수는 하기 수학식 1을 말한다. The frequency range that can be used in the high-frequency heat treatment step (S103) of the present invention is a frequency index (FI) ± 5 kHz, and the frequency index refers to Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

Gap(mm)은 B - A (단, B ≥ A)를 Height(mm)는 C - B(단, C > B)를 의미하며, A는 중실 샤프트의 외경, B는 내륜의 내경, C는 내륜의 외경을 의미한다. Gap (mm) means B-A (however, B ≥ A) and Height (mm) means C-B (however, C> B), A is the outer diameter of the solid shaft, B is the inner diameter of the inner ring, and C is It means the outer diameter of the inner ring.

중실 샤프트의 외경, 내륜의 내경 및 외경의 치수 차이에 따라 주파수 조건이 변경될 필요가 있다. 주파지수는 고주파 열처리 시 중실 샤프트 및 내륜의 형상에 따른 열처리 조건을 조정하는 기준으로 사용할 수 있으므로 본 발명은 고주파 열처리 조건의 최적화를 통한 품질사전관리로 열처리 불량을 방지할 수 있다. The frequency condition needs to be changed according to the dimensional difference between the outer diameter of the solid shaft, the inner diameter of the inner ring, and the outer diameter. Since the frequency index can be used as a standard for adjusting the heat treatment conditions according to the shape of the solid shaft and inner ring during high frequency heat treatment, the present invention can prevent heat treatment defects through quality pre-management through optimization of high frequency heat treatment conditions.

구분division A (mm)A (mm) B (mm)B (mm) C (mm)C (mm) GapGap HeightHeight FIFI 1One 3030 3030 5050 00 2020 27.127.1 22 3030 3030 4040 00 1010 25.025.0 33 3030 3030 9090 00 6060 32.232.2 44 3030 3333 5353 33 2020 22.322.3 55 3030 3333 4343 33 1010 20.220.2 66 2828 2828 4848 00 2020 27.127.1 77 2828 2828 3838 00 1010 25.025.0 88 2828 3333 5050 55 1717 18.518.5 99 2828 3333 4040 55 77 16.216.2

표 4는 중실 샤프트의 외경(A), 내륜의 내경(B) 및 내륜의 외경(C)에 따른 주파지수를 정리한 표이다. 구분 1 내지 9의 중실 샤프트 및 내륜은 후술하는 실시예 1의 화학성분과 동일한 조성을 갖는다. 표 4의 일 예로서 구분 1을 참조하면, 중실 샤프트의 외경(A)이 30mm이고 내륜의 내경(B)이 30mm이고 내륜의 외경(C)이 50mm인 경우, 중실 샤프트의 외경(A) 및 내륜의 내경(B)의 차이는 0이고(Gap=0) 내륜의 외경(C) 및 내륜의 내경(B)의 차이는 20이다(Height=20). 수학식 1에 Gap=0, Height=20을 대입하면 주파지수는 27.1kHz가 된다. 최종적으로 고주파 열처리 시 사용되는 주파수(f)는 22.1 ≤ f ≤ 32.1에서 선택된다.Table 4 is a table summarizing the frequency index according to the outer diameter (A) of the solid shaft, the inner diameter (B) of the inner ring, and the outer diameter (C) of the inner ring. The solid shafts and inner rings of divisions 1 to 9 have the same composition as the chemical components of Example 1, which will be described later. Referring to Category 1 as an example of Table 4, when the outer diameter (A) of the solid shaft is 30 mm, the inner diameter (B) of the inner ring is 30 mm, and the outer diameter (C) of the inner ring is 50 mm, the outer diameter (A) of the solid shaft and The difference between the inner diameter B of the inner ring is 0 (Gap = 0), and the difference between the outer diameter C of the inner ring and the inner diameter B of the inner ring is 20 (Height = 20). Substituting Gap = 0 and Height = 20 into Equation 1, the frequency index becomes 27.1 kHz. Finally, the frequency f used for high-frequency heat treatment is selected from 22.1 ≤ f ≤ 32.1.

중실 샤프트 및 내륜을 일괄적으로 열처리하더라도 중실 샤프트의 외경이 내륜의 외경보다 작은 점을 고려한다면, 주파지수를 이용하여 고주파 열처리 조건을 최적화하더라도 중실 샤프트로부터 코일까지의 거리가 상대적으로 멀기 때문에 표면경도 및 경화깊이를 충분히 확보할 수 없다. 따라서, 이를 보완할 수 있는 성분의 보강이 필요하며 이는 이미 전술하였다.Even if the solid shaft and the inner ring are heat-treated collectively, if considering the fact that the outer diameter of the solid shaft is smaller than the outer diameter of the inner ring, even if the high-frequency heat treatment conditions are optimized using the frequency index, the surface hardness is relatively long because the distance from the solid shaft to the coil is relatively long. And the depth of hardening cannot be sufficiently secured. Therefore, it is necessary to reinforce the components that can compensate for this, which has already been described above.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described in detail. However, the examples described below are only for specifically illustrating or describing the present invention, and the present invention is not limited thereto.

구분division 화학성분(wt%)Chemical composition (wt%) CC SiSi Mn Mn CrCr MoMo NiNi BB 샤프트
(종래)
shaft
(Conventional)
0.380.38 0.20.2 0.70.7 -- -- -- --
내륜(종래) Inner ring (conventional) 0.20.2 0.250.25 0.70.7 1.01.0 0.20.2 -- -- 실시예 1Example 1 0.50.5 0.250.25 0.70.7 0.30.3 0.60.6 0.60.6 0.030.03 비교예1 Comparative Example 1 0.420.42 0.250.25 0.70.7 0.30.3 0.60.6 0.60.6 0.030.03 비교예2 Comparative Example 2 0.650.65 0.250.25 0.70.7 0.30.3 0.60.6 0.60.6 0.030.03 비교예3 Comparative Example 3 0.50.5 0.250.25 0.70.7 0.050.05 0.60.6 0.60.6 0.030.03 비교예4 Comparative Example 4 0.50.5 0.250.25 0.70.7 0.80.8 0.60.6 0.60.6 0.030.03 비교예5 Comparative Example 5 0.50.5 0.250.25 0.70.7 0.30.3 0.040.04 0.60.6 0.030.03 비교예6 Comparative Example 6 0.50.5 0.250.25 0.70.7 0.30.3 1.01.0 0.60.6 0.030.03 비교예7 Comparative Example 7 0.50.5 0.250.25 0.70.7 0.30.3 0.60.6 0.10.1 0.030.03 비교예8Comparative Example 8 0.50.5 0.250.25 0.70.7 0.30.3 0.60.6 0.60.6 -- 비교예9Comparative Example 9 0.50.5 0.250.25 0.70.7 0.30.3 0.60.6 0.60.6 0.070.07

표 5는 종래 샤프트 및 내륜의 조성, 본 발명의 실시예 및 비교예의 조성을 정리한 표이다. 각 조성에 0.3wt%의 구리, 0.03wt%의 인 및 0.035wt%의 황이 첨가되었다. Table 5 is a table summarizing the composition of the conventional shaft and inner ring, and the compositions of Examples and Comparative Examples of the present invention. 0.3 wt% copper, 0.03 wt% phosphorus and 0.035 wt% sulfur were added to each composition.

표 5를 참조하여 실시예 1과 종래 샤프트 및 내륜의 조성을 비교하면, 표면경도의 증가를 위해 종래 샤프트 및 내륜의 탄소 첨가량 0.38wt% 및 0.2wt%보다 많은 0.5wt%의 탄소가 실시예 1에 첨가되었다. 종래 내륜의 크롬 첨가량 1.0wt%보다 적으며 종래 샤프트에 첨가되지 않은 0.3wt%의 크롬이 실시예 1에 첨가되었으며, 종래 내륜의 몰리브덴 첨가량 0.2wt%보다 많으며 종래 샤프트에 첨가되지 않은 0.6wt%의 몰리브덴이 실시예 1에 첨가되었다. 종래 샤프트 및 내륜에 첨가되지 않은 0.6wt%의 니켈 및 0.03wt%의 보론이 실시예 1에 첨가되었다. When comparing the composition of Example 1 and the conventional shaft and inner ring with reference to Table 5, in order to increase the surface hardness, 0.5 wt% of carbon more than 0.38 wt% and 0.2 wt% of the carbon amount of the conventional shaft and inner ring was added to Example 1 Was added. The chromium addition amount of the conventional inner ring was less than 1.0wt%, and 0.3wt% of chromium not added to the conventional shaft was added to Example 1, and the amount of molybdenum added to the conventional inner ring was more than 0.2wt% and 0.6wt% of the conventional inner ring was not added. Molybdenum was added to Example 1. 0.6 wt% nickel and 0.03 wt% boron, which were not added to the conventional shaft and inner ring, were added to Example 1.

비교예 1 및 2는 본 발명의 탄소 첨가량(0.45~0.60wt%)에 포함되지 않는 0.42wt%의 탄소 및 0.65wt%의 탄소를 첨가한 비교예이며, 비교예 3 및 4는 본 발명의 크롬 첨가량(0.2~0.6wt%)에 포함되지 않는 0.05wt%의 크롬 및 0.8wt%의 크롬을 첨가한 비교예이다.Comparative Examples 1 and 2 are comparative examples in which 0.42 wt% of carbon and 0.65 wt% of carbon not included in the carbon addition amount (0.45 to 0.60 wt%) of the present invention are added, and Comparative Examples 3 and 4 are chromium of the present invention This is a comparative example in which 0.05 wt% of chromium and 0.8 wt% of chromium are not included in the addition amount (0.2 to 0.6 wt%).

비교예 5 및 6은 본 발명의 몰리브덴 첨가량(0.4~0.8wt%)에 포함되지 않는 0.04wt%의 몰리브덴 및 1.0wt%의 몰리브덴을 첨가한 비교예이며, 비교예 7은 본 발명의 니켈 첨가량(0.3~0.9wt%)에 포함되지 않는 0.1wt%의 니켈을 첨가한 비교예이다. 비교예 8은 보론이 첨가되지 않은 비교예이며, 비교예 9는 본 발명의 보론 첨가량(0.01~0.05wt%)을 초과한 0.07wt%의 보론을 첨가한 비교예이다.Comparative Examples 5 and 6 are comparative examples in which 0.04 wt% molybdenum and 1.0 wt% molybdenum are not included in the molybdenum addition amount (0.4 to 0.8 wt%) of the present invention, and Comparative Example 7 is the nickel addition amount ( It is a comparative example in which 0.1 wt% of nickel not included in 0.3 to 0.9 wt%) is added. Comparative Example 8 is a comparative example in which boron was not added, and Comparative Example 9 is a comparative example in which 0.07 wt% of boron was added in excess of the boron addition amount (0.01 to 0.05 wt%) of the present invention.

구분division 형상shape 고주파 조건High frequency conditions A
(mm)
A
(mm)
B
(mm)
B
(mm)
C
(mm)
C
(mm)
주파지수
(kHz)
Frequency index
(kHz)
결과
(kHz)
result
(kHz)
샤프트
(종래)
shaft
(Conventional)
3030 -- -- 19.119.1 2020
내륜
(종래)
Inner ring
(Conventional)
-- 3535 5555 -- --
실시예 1 및 비교예 1 내지 9Example 1 and Comparative Examples 1 to 9 3030 3030 5050 27.127.1 2727

표 6은 중실 샤프트 및 내륜의 형상에 따라 계산된 주파지수 및 주파수 결과값을 정리한 표이다. 종래 내륜의 내경 및 외경 치수는 주파지수를 계산하는데 이용되었으며 종래 내륜은 종래 샤프트와 달리 침탄 열처리를 하였다. 실시예 1 및 비교예 1 내지 9은 고주파 조건이 동일하므로 샤프트 및 내륜의 조성에 따른 효과를 비교할 수 있다. Table 6 is a table summarizing the frequency index and frequency result values calculated according to the shape of the solid shaft and the inner ring. The inner and outer diameter dimensions of the conventional inner ring were used to calculate the frequency index. Unlike the conventional shaft, the conventional inner ring was subjected to carburizing heat treatment. In Example 1 and Comparative Examples 1 to 9, since the high-frequency conditions are the same, effects according to the composition of the shaft and the inner ring can be compared.

평가evaluation 구분division 표면경도
(HV)
Surface hardness
(HV)
경화깊이
(mm)
Hardening depth
(mm)
강도
(MPa)
burglar
(MPa)
내구성
(횟수)
durability
(Number of times)
비고Remark
샤프트
(종래)
shaft
(Conventional)
680680 33 105105 51만510,000 --
내륜
(종래)
Inner ring
(Conventional)
770770 1One
실시예 1Example 1 750750 4.04.0 115115 56만560,000 OKOK 비교예1Comparative Example 1 635635 2.52.5 8686 38만380,000 표면경도미달Below surface hardness 비교예2Comparative Example 2 790790 7.17.1 8787 45만450,000 경화깊이초과Hardening depth exceeded 비교예3Comparative Example 3 715715 1.51.5 9898 41만41 million 경화깊이미달Less than hardening depth 비교예4Comparative Example 4 770770 6.96.9 8787 47만470,000 경화깊이초과Hardening depth exceeded 비교예5Comparative Example 5 720720 1.81.8 9191 39만390,000 경화깊이미달Less than hardening depth 비교예6Comparative Example 6 745745 8.58.5 8585 46만460,000 경화깊이초과Hardening depth exceeded 비교예7Comparative Example 7 748748 3.93.9 103103 40만400,000 내구성 부족Lack of durability 비교예 8Comparative Example 8 748748 1.81.8 9595 41만41 million 경화깊이 미달, 강도 부족,
내구성 부족
Under hardening depth, lack of strength,
Lack of durability
비교예 9Comparative Example 9 750750 4.04.0 110110 49만490,000 내구성 부족Lack of durability

표 7은 종래 샤프트 및 내륜, 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 9를 표 6의 고주파 조건으로 고주파 열처리한 후 측정한 표면경도, 경화깊이, 강도 및 내구성을 정리한 표이다. 목적하는 물성은 HV700이상의 표면경도, 2~6mm의 경화깊이, 100MPa 이상의 강도, 50만 이상의 내구성이다.Table 7 is a table summarizing surface hardness, hardening depth, strength and durability measured after high-frequency heat treatment of the conventional shaft and inner ring, Examples 1 and 9 of the present invention under the high-frequency conditions of Table 6. The desired properties are HV700 or higher, surface hardness of 2 to 6 mm, strength of 100 MPa or higher, and durability of 500,000 or higher.

도 7(a) 및 도 7(b)는 목적하는 치고부 및 치저부의 경화깊이를 나타낸 모식도이다. 도 8(a) 및 도 8(b)는 표 7의 비고에 기재된 경화깊이 미달을 나타낸 모식도이다. 도 9(a) 및 도 9(b)는 표 7의 비고에 기재된 경화깊이 초과를 나타낸 모식도이다. 7 (a) and 7 (b) are schematic diagrams showing a desired depth of hardening of the teeth and teeth. 8 (a) and 8 (b) are schematic diagrams showing the depth of hardening below the remarks in Table 7. 9 (a) and 9 (b) are schematic diagrams showing the cure depth exceeded in the remarks of Table 7.

치형 전구간을 균일하게 경화하여 치수 정밀도를 향상시킬 필요가 있으며 이를 위해 내륜에 2~6mm의 경화깊이를 형성하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 목적하는 치고부 및 치저부의 경화깊이는 각각 2~8mm 및 2~4mm이다. 치저부의 경화깊이가 2mm 미만인 경우, 드라이브샤프트 앗세이에 요구되는 강도를 충족시킬 수 없으며 치고부의 경화깊이가 8mm 초과한 경우 즉 내륜의 경화깊이가 6mm 초과인 경우 치고 과열에 의한 뒤틀림으로 치수 정밀도가 저하된다. It is necessary to uniformly cure the tooth-shape between sections to improve the dimensional accuracy, and for this, it is desirable to form a curing depth of 2 to 6 mm on the inner ring. More specifically, the hardening depths of the target tooth and the base are 2-8 mm and 2-4 mm, respectively. When the hardening depth of the tooth base is less than 2mm, the strength required for the drive shaft assembly cannot be met, and when the hardening depth of the chisel is more than 8mm, that is, when the hardening depth of the inner ring is greater than 6mm, dimensional accuracy due to distortion due to overheating Decreases.

내구성 평가는 드라이브샤프트 앗세이의 비틀림 피로시험에 의한다. 비틀림 피로시험은 드라이브샤프트 앗세이를 조립한 상태에서 한쪽은 시험장비에 고정하고 다른 한쪽에 비틀림 하중을 반복적으로 가하여 파단시점을 확인하는 것이다.Durability evaluation is based on the torsional fatigue test of the drive shaft assembly. The torsional fatigue test is to check the point of failure by repeatedly applying a torsional load to the test equipment and one to the other while the drive shaft assembly is assembled.

표 5 내지 7 및 도 7 내지 9를 참조하면, 침탄 열처리를 한 종래 내륜의 표면경도가 실시예 1의 표면경도보다 더 높은 점을 제외하고 실시예 1은 종래 샤프트 및 내륜보다 표면경도, 강도 및 내구성이 우수함을 알 수 있다.Referring to Tables 5 to 7 and FIGS. 7 to 9, Example 1 shows the surface hardness, strength, and strength of the conventional shaft and inner ring, except that the surface hardness of the conventional inner ring subjected to carburization heat treatment is higher than that of Example 1. It can be seen that the durability is excellent.

비교예 1에 본 발명의 탄소 최소 첨가량 0.45wt%보다 적은 0.42wt%의 탄소가 첨가됨에 따라 비교예 1의 표면경도는 실시예 1의 표면경도보다 낮게 나타났으며 목적하는 표면경도 HV700보다 낮게 나타났다. 이와 달리, 비교예 2에 본 발명의 탄소 최대 첨가량 0.60wt%보다 많은 0.65wt%의 탄소가 첨가됨에 따라 비교예 2의 표면경도는 실시예 1의 표면경도보다 높게 나타났으나 내륜의 경화깊이는 6mm를 초과하였다.The surface hardness of Comparative Example 1 was lower than that of Example 1, and the desired surface hardness was lower than HV700 as Comparative Example 1 was added with 0.42 wt% of carbon less than the minimum carbon addition amount of the present invention of 0.45 wt%. . On the other hand, the surface hardness of Comparative Example 2 was higher than that of Example 1 as more than 0.65 wt% of carbon was added to Comparative Example 2, more than the maximum amount of carbon of the present invention was 0.60 wt%, but the hardening depth of the inner ring was Exceeded 6 mm.

비교예 3에 본 발명의 크롬 최소 첨가량 0.2wt%보다 적은 0.05wt%의 크롬이 첨가됨에 따라 내륜의 경화깊이는 2mm에 미달하였으며 비교예 4에 본 발명의 크롬 최대 첨가량 0.6wt%보다 많은 0.8wt%의 크롬이 첨가됨에 따라 내륜의 경화깊이는 6mm를 초과하였다. In Comparative Example 3, as the chromium of the present invention was added with less than 0.2wt% of chromium and less than 0.05wt% of chromium, the hardening depth of the inner ring was less than 2mm, and in Comparative Example 4, 0.8wt more than the chromium max. The hardening depth of the inner ring exceeded 6 mm as% chromium was added.

비교예 5에 본 발명의 몰리브덴 최소 첨가량 0.4wt%보다 적은 0.04wt%의 몰리브덴이 첨가됨에 따라 내륜의 경화깊이는 2mm에 미달하였으며, 비교예 6에 본 발명의 몰리브덴 최대 첨가량 0.8wt%보다 많은 1.0wt%의 몰리브덴이 첨가됨에 따라 내륜의 경화깊이는 6mm를 초과하였다. In Comparative Example 5, as the molybdenum of 0.04 wt% less than the minimum molybdenum addition amount of the present invention was added, the hardening depth of the inner ring was less than 2 mm, and in Comparative Example 6, the molybdenum maximum addition amount of the present invention was greater than 0.8 wt% 1.0 The hardening depth of the inner ring exceeded 6 mm as wt% molybdenum was added.

비교예 7에 본 발명의 니켈 최소 첨가량 0.3wt% 보다 적은 0.1wt%의 니켈이 첨가됨에 따라 목적하는 내구성 50만회보다 낮은 40만회가 측정되었다. 비교예 8은 보론을 제외한 나머지 원소의 첨가량이 실시예 1과 동일함에도 보론이 첨가되지 않음에 따라 내륜의 경화깊이는 2mm에 미달하였을 뿐만 아니라 100MPa 미만의 강도, 50만 미만의 내구성이 나타났다. 비교예 9는 본 발명의 보론 첨가량(0.01~0.05wt%)보다 많은 0.07wt%의 보론이 첨가됨에 따라 50만 미만의 내구성이 나타났다. In Comparative Example 7, 400,000 times lower than the desired durability of 500,000 times was measured as 0.1 wt% of nickel less than 0.3 wt% of the minimum amount of nickel of the present invention was added. In Comparative Example 8, although the amount of addition of the elements other than boron was the same as in Example 1, as the boron was not added, the hardening depth of the inner ring was less than 2 mm, and the strength was less than 100 MPa and durability was less than 500,000. Comparative Example 9 showed durability of less than 500,000 as more than 0.07 wt% of boron was added than the boron addition amount (0.01 to 0.05 wt%) of the present invention.

구분division 형상shape 고주파 조건High frequency conditions A
(mm)
A
(mm)
B
(mm)
B
(mm)
C
(mm)
C
(mm)
주파지수
(kHz)
Frequency index
(kHz)
결과
(kHz)
result
(kHz)
실시예 1Example 1 3030 3030 5050 27.127.1 2727 비교예 10Comparative Example 10 2020 비교예 11Comparative Example 11 3535 실시예 2Example 2 3030 3333 4242 20.220.2 2020 비교예 12Comparative Example 12 1010 비교예 13Comparative Example 13 3030 실시예 3Example 3 2828 3333 4040 16.216.2 1212 실시예 4Example 4 2020 실시예 5Example 5 3030 3030 9090 32.232.2 3232

구분division 평가evaluation 비고Remark 표면경도
(HV)
Surface hardness
(HV)
경화깊이
(mm)
Hardening depth
(mm)
강도
(MPa)
burglar
(MPa)
내구성
(횟수)
durability
(Number of times)
실시예 1Example 1 750750 4.04.0 115115 56만560,000 OKOK 비교예 10Comparative Example 10 633633 3.23.2 8585 43만430,000 표면경도미달Below surface hardness 비교예 11Comparative Example 11 711711 1.51.5 9090 40만400,000 경화깊이미달Less than hardening depth 실시예 2Example 2 751751 4.04.0 113113 55만550,000 OKOK 비교예 12Comparative Example 12 628628 3.03.0 8484 41만41 million 표면경도미달Below surface hardness 비교예 13Comparative Example 13 719719 1.71.7 9292 40만400,000 경화깊이미달Less than hardening depth 실시예 3Example 3 748748 4.14.1 114114 55만550,000 OKOK 실시예 4Example 4 749749 4.04.0 112112 54만540,000 OKOK 실시예 5Example 5 749749 4.14.1 113113 53만 530,000 OKOK

표 8은 실시예 1의 조성과 동일한 조성으로 구성되되 중실 샤프트 및 내륜의 형상에 따른 고주파 조건을 정리한 표이며, 표 9는 고주파 열처리 후 표면경도, 경화깊이, 강도 및 내구성을 정리한 표이다. 표 8 및 표 9를 참조하면, 실시예 1 내지 5는 각 주파지수(FI) 27.1kHz, 20.2kHz, 16.2kHz 및 32.2kHz의 ±5kHz 범위 내인 27kHz, 20kHz, 12kHz, 20kHz 및 32kHz로 고주파 열처리를 하였으므로 목적하는 표면경도, 경화깊이, 강도 및 내구성을 얻은 수 있었다.Table 8 is composed of the same composition as in Example 1, but is a table summarizing the high-frequency conditions according to the shape of the solid shaft and the inner ring, and Table 9 is a table summarizing the surface hardness, hardening depth, strength, and durability after high-frequency heat treatment. . Referring to Table 8 and Table 9, Examples 1 to 5 were subjected to high-frequency heat treatment at 27 kHz, 20 kHz, 12 kHz, 20 kHz, and 32 kHz in the ± 5 kHz range of 27.1 kHz, 20.2 kHz, 16.2 kHz, and 32.2 kHz of each frequency index (FI). The desired surface hardness, hardening depth, strength and durability were obtained.

이와 달리, 비교예 10 및 비교예 12는 각 주파지수(FI) 27.1kHz 및 20.2kHz의 -5kHz 범위 밖인 20kHz 및 10kHz로 고주파 열처리를 한 비교예로 표면경도 HV700에 미달하였으며, 비교예 11및 비교예 13은 각 주파지수(FI) 27.1kHz 및 20.2kHz의 +5kHz 범위 밖인 35kHz 및 30kHz로 고주파 열처리를 한 비교예로 내륜의 경화깊이 2mm에 미달하였음을 알 수 있다. On the other hand, Comparative Examples 10 and 12 are comparative examples in which high-frequency heat treatment was performed at 20 kHz and 10 kHz outside the -5 kHz range of 27.1 kHz and 20.2 kHz of each frequency index (FI), and the surface hardness was less than HV700. Example 13 is a comparative example in which high-frequency heat treatment was performed at 35 kHz and 30 kHz outside the +5 kHz range of 27.1 kHz and 20.2 kHz of each frequency index (FI), and it can be seen that the hardening depth of the inner ring was less than 2 mm.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail through exemplary embodiments above, those skilled in the art to which the present invention pertains understand that various modifications are possible within the limits of the embodiments described above without departing from the scope of the present invention. will be. Therefore, the scope of rights of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should be determined not only by the claims to be described later, but also by all modified or modified forms derived from the claims and equivalent concepts.

11: 샤프트 12: 내륜
13: 써클립 14: 볼
15: 외륜 16: 스플라인
21: 샤프트 22: 내륜
24: 볼 25: 외륜
221: 치고부 222: 치저부
S101: 중실 샤프트의 단조 및 내륜의 형성 단계
S102: 중실 샤프트 및 내륜의 가공 단계
S103: 중실 샤프트 및 내륜의 고주파 열처리 단계
271: 만입부 272: 돌출부
A: 중실 샤프트의 외경
B: 내륜의 내경
C: 내륜의 외경
11: shaft 12: inner ring
13: Circle clip 14: Ball
15: paddle 16: spline
21: shaft 22: inner ring
24: ball 25: paddle
221: Chichibu 222: Chichibu
S101: Forging of the solid shaft and the step of forming the inner ring
S102: Machining step of solid shaft and inner ring
S103: High-frequency heat treatment step of solid shaft and inner ring
271: indentation 272: protrusion
A: Outer diameter of solid shaft
B: inner diameter of inner ring
C: outer diameter of the inner ring

Claims (12)

중실 샤프트 및 상기 중실 샤프트와 일체로 형성된 내륜을 포함하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이.
A drive shaft assembly for a vehicle comprising a solid shaft and an inner ring integrally formed with the solid shaft.
제 1항에 있어서,
상기 내륜의 외경은 상기 중실 샤프트의 외경의 최대 3배인 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이.
According to claim 1,
The outer diameter of the inner ring is up to three times the outer diameter of the solid shaft drive shaft assembly for a vehicle.
제 2항에 있어서,
최대 14개의 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이.
According to claim 2,
A drive shaft assembly for a vehicle, comprising up to 14 balls.
제 1항에 있어서,
상기 내륜은 일정한 경화깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이.
According to claim 1,
The inner ring is a drive shaft assembly for a vehicle, characterized in that it has a constant hardening depth.
제 1항 또는 제 4항에 있어서,
상기 중실 샤프트 및 내륜은 0.45~0.60wt%의 탄소(C), 0.2~0.6wt%의 크롬(Cr), 0.4~0.8wt%의 몰리브덴(Mo), 0.3~0.9wt%의 니켈(Ni), 0.01~0.05wt%의 보론(B), 0.15~0.35wt%의 규소(Si), 0.6~0.9wt%의 망간(Mn) 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이.
The method of claim 1 or 4,
The solid shaft and inner ring are 0.45 to 0.60 wt% of carbon (C), 0.2 to 0.6 wt% of chromium (Cr), 0.4 to 0.8 wt% of molybdenum (Mo), and 0.3 to 0.9 wt% of nickel (Ni), A drive shaft for automobiles characterized by comprising 0.01 to 0.05 wt% of boron (B), 0.15 to 0.35 wt% of silicon (Si), 0.6 to 0.9 wt% of manganese (Mn) and the balance of iron (Fe). Asssay.
제 5항에 있어서,
0.3wt% 이하의 구리(Cu)를 더 포함하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이.
The method of claim 5,
Automotive drive shaft assembly further comprising less than 0.3wt% copper (Cu).
제 5항에 있어서,
0.03wt% 이하의 인(P) 및 0.035wt% 이하의 황(S)을 더 포함하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이.
The method of claim 5,
A drive shaft assembly for automobiles further comprising 0.03 wt% or less phosphorus (P) and 0.035 wt% or less sulfur (S).
제 5항에 있어서,
상기 내륜의 경화깊이는 2~6mm인 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이.
The method of claim 5,
The drive shaft assembly for a vehicle, characterized in that the hardening depth of the inner ring is 2 to 6 mm.
중실 샤프트를 단조하여 내륜을 형성하는 단계;
상기 중실 샤프트 및 내륜을 가공하는 단계; 및
가공된 상기 중실 샤프트 및 내륜을 고주파 열처리하는 단계;를 포함하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 제조방법.
Forging the solid shaft to form an inner ring;
Processing the solid shaft and the inner ring; And
Method of manufacturing a drive shaft assembly for a vehicle comprising a; high-frequency heat treatment of the processed solid shaft and inner ring.
제 9항에 있어서,
고주파 열처리하는 코일의 내부에,
상기 내륜의 치고부와 대향하는 만곡부; 및 상기 내륜의 치저부와 대향하는 돌출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 제조방법.
The method of claim 9,
Inside the coil to heat-treat high frequency,
A curved portion facing the chipping portion of the inner ring; And a protruding portion facing the tooth portion of the inner ring.
제 9항에 있어서,
주파수의 범위는 주파지수(Frequency Index, FI)±5kHz이며,
상기 주파지수는 하기 수학식 1인 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 제조방법.
[수학식 1]
Figure pat00004

Gap(mm) = B - A (단, B ≥ A)
height(mm) = C - B (단, C > B)
A: 중실 샤프트의 외경, B: 내륜의 내경, C: 내륜의 외경
The method of claim 9,
The range of frequency is frequency index (FI) ± 5kHz,
The frequency index is a method of manufacturing a drive shaft assembly for a vehicle, characterized in that the following equation (1).
[Equation 1]
Figure pat00004

Gap (mm) = B-A (However, B ≥ A)
height (mm) = C-B (however, C> B)
A: Outer diameter of solid shaft, B: Inner diameter of inner ring, C: Outer diameter of inner ring
제 9항에 있어서,
상기 중실 샤프트 및 내륜은 0.45~0.60wt%의 탄소(C), 0.2~0.6wt%의 크롬(Cr), 0.4~0.8wt%의 몰리브덴(Mo), 0.3~0.9wt%의 니켈(Ni), 0.01~0.05wt%의 보론(B), 0.15~0.35wt%의 규소(Si), 0.6~0.9wt%의 망간(Mn) 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브샤프트 앗세이의 제조방법.
The method of claim 9,
The solid shaft and inner ring are 0.45 to 0.60 wt% of carbon (C), 0.2 to 0.6 wt% of chromium (Cr), 0.4 to 0.8 wt% of molybdenum (Mo), and 0.3 to 0.9 wt% of nickel (Ni), A drive shaft for automobiles characterized by comprising 0.01 to 0.05 wt% of boron (B), 0.15 to 0.35 wt% of silicon (Si), 0.6 to 0.9 wt% of manganese (Mn) and the balance of iron (Fe). Method of manufacturing an assembly.
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