추진축

추진축(drive shaft, propeller shaft, prop shaft)은 자동차 드라이브 트레인의 구성요소이며 변속기에서 전달되는 엔진의 동력을 구동축에 전달하는 역할을 한다. 전륜엔진 후륜구동 방식의 경우에 추진축의 한 쪽은 플랜져로 변속기와 연결되고 다른 한 쪽은 뒷차축의 하우징에 연결된다. 추진축을 가리키는 용어로는 드라이브 샤프트, 프로펠러 샤프트도 사용된다.

개요

추진축은 자동차 드라이브 트레인의 구성요소로서 변속기에서 전달되는 엔진 동력을 차동장치로 전달하며 차동장치가 다시 이 동력을 바퀴로 전달하여 자동차가 구동되게 된다. 추진축은 주로 자동차에서 구조적으로 거리를 가지고 서로 다른 위치에 있어야 하는 부품 사이에 토크를 전달하는데 사용된다. FR 구동방식을 적용하는 차들은 변속기와 뒷 차축이 자동차의 양단에 위치하기에 반드시 긴 축으로 연결을 해야 한다.

추진축은 자동차의 종류에 따라 적용방식에 차이가 크며 FF 구동방식, 사륜 구동방식 그리고 위에 언급한 FR 구동방식의 배치에 따라 차이가 크다. 모터사이클, 기관차 및 선박과 같은 다른 종류의 차량에서도 추진축을 사용한다. 아래의 그림은 통상적인 FR 구동방식에 적용된 추진축의 배치이다.

구조 및 구성

FR 구동방식을 적용하는 차량에 사용하는 추진축은 대부분 중공(中空)강관(steel pipe), 자재이음 및 슬립이음으로 구성되며 주로 1) 구동 토크의 전달, 2) 각도 변화(자재이음, universal joint), 3) 축의 길이방향 보상(슬립 이음, Slip joint) 4) 비틀림 진동의 감쇠(플렉시블 조인트, flexible joint) 등의 역할을 한다.

FR 자동차의 추진축은 강한 비틀림 상태에서 고속으로 회전하므로 이에 견딜 수 있는 충분한 강성(剛性)은 물론이고, 정적, 동적으로 밸런싱(balancing)이 되어 있어야 한다. 대부분의 추진축은 아래의 그림과 같이 중공(中空)의 강관(steel pipe), 자재이음 및 슬립이음으로 구성되며, 일체로서 밸런싱(balancing)이 되어 있다.

일반적으로 추진축의 최대길이(ℓmax)는 다음과 같이 제한된다.

• 승용자동차용 : 최대회전속도 nmax＝5,000min－1에서 ℓmax＝1.5m
• 화물자동차 및 버스용 : 최대회전속도 nmax＝3,500min－1에서 ℓmax＝1.8m

추진축의 길이가 허용 최대길이를 초과하면, 추진축을 2개로 분할하고 차대에 고정된 센터 베어링에 끼워 회전진동과 소음을 감소시키는 방식이 사용된다. 승용자동차용 분할식 추진축은 그림 2-88과 같이 양단에 플렉시블 조인트(flexible joint) 또는 십자형 자재이음(Hook's joint), 그리고 두 축의 중간에는 십자형 자재이음과 슬립이음을 사용한다. 센터 베어링은 중간의 십자형 자재이음의 앞 또는 다음에 끼워져 차대(또는 차체)에 설치된다.

센터 베어링에는 분할식 추진축이 탄성적으로 설치된다. 센터 베어링은 볼 베어링을 고무제의 베어링 베드에 설치하고, 베어링 베드의 외주를 다시 원형강판으로 감싸, 차체에 고정할 수 있는 구조로 되어 있다.

앞기관 앞바퀴 구동방식(FF)에서는 추진축이 생략된다. 동력은 변속기에서 곧바로 종감속장치를 거쳐 구동축에 전달된다. 구동축은 추진축과는 달리 강(steel) 봉의 양단에 굴절각이 큰 등속자재이음을 접속한 형식이 대부분이다. 일반적으로 트랜스액슬 측에는 더블 오프셋 자재이음(double-offset universal joint : DOJ), 차륜측에는 구형 자재이음(ball type universal joint 또는 Birfield joint)을 사용한다

특징

• 자동차 특성상 추진축은 높이가 반복적으로 변화하고 앞뒤에 높이 차가 발생하는데 비추어 유니버설 조인트와 슬립 조인트가 적용되어 유니버설 조인트로 각도의 변화에 대응하고 슬립 조인트로 축 길이의 변화에 대응한다.
• 유니버설 조인트는 양쪽 축이 평행일 경우에 등속도로 운동을 하며 일체축과 같이 운동한다. 단, 각도의 차이가 발생하면 sin파와 같은 형상으로 각속도에 변화가 발생한다.

참고자료

• Sachin Thorat, "Propeller Shaft", LEARN MECH
• "Drive shaft", my-cardictionary

같이 보기

• 드라이브 트레인
• 뒷차축
• 변속기

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