유니버셜 조인트란?- 기능, 유형 및 용도

유니버셜 조인트란?

유니버셜 조인트는 두 개의 축에서 상대 회전을 허용하는 두 객체(일반적으로 샤프트) 간의 연결입니다. 수직 및 교차 축이 있는 두 개의 회전 조인트로 구성됩니다.

유니버셜 조인트(유니버셜커플링, U 조인트, 카르단 조인트, Spicer 또는 Hardy Spicer 조인트, 또는 Hooke의 조인트)는 축이 서로 기울어져 있는 조인트 또는 커플링 연결 강체이며 일반적으로 회전 운동을 전달하는 샤프트에 사용됩니다. 이것은 서로 가깝게 위치하고 90° 방향으로 십자 축으로 연결된 한 쌍의 힌지로 구성됩니다. 유니버셜 조인트는 등속 조인트가 아닙니다.

샤프트가 유니버셜 조인트를 사용하여 연결되면 각 샤프트는 샤프트의 회전 축에 수직인 축이 있는 회전 조인트에서 종료됩니다. 이를 통해 샤프트 사이에서 회전 운동이 전달되는 동시에 나머지 회전 자유도 모두에서 오정렬이 허용됩니다.

단일 회전 자유도(샤프트 회전)와 모든 상대 변환이 제한되어 유니버셜 조인트에 2자유도(2-DOF)를 제공합니다.

유니버셜 조인트는 등속 조인트가 아닙니다. 입력 샤프트가 일정한 속도로 회전하면 출력 샤프트의 속도가 진동합니다. 그들은 동일한 평균 속도를 갖지만 출력 샤프트의 속도는 주어진 시간에 이 평균보다 다소 높거나 낮을 것입니다.

출력 샤프트의 진동 정도는 샤프트 사이의 정렬 불량 정도에 따라 달라지며, 샤프트가 동축이면 출력 샤프트는 실제로 일정한 속도를 갖습니다.

다수의 유니버셜 조인트를 조합하여 등속 조인트를 생성할 수 있습니다. 이중 카르단 조인트는 두 개의 유니버셜 조인트가 서로 90° 위상이 다른 짧은 연결 샤프트가 있는 배열입니다.

두 개의 유니버셜 조인트 간에 굽힘 각도가 동일하게 공유되는 경우 두 조인트는 최종 출력 샤프트가 일정한 속도를 갖도록 속도 진동을 상쇄합니다. 그러나 중간 샤프트의 진동으로 인해 진동이 발생하므로 동일한 각도를 유지하기 위해 지지대가 필요합니다.

 

 

유니버셜 조인트의 목적

유니버셜 조인트를 사용하면 샤프트가 움직이는 동안 서스펜션과 함께 구동 샤프트가 위아래로 움직일 수 있으므로 구동 샤프트가 변속기와 구동 휠 사이에 직선이 아닐 때 동력이 전달될 수 있습니다.

후륜구동 차량은 구동축 양단에 유니버셜 조인트(또는 U 조인트)가 있습니다. U-조인트는 요크에 연결하여 차량이 도로의 범프나 딥을 넘을 때 구동 샤프트가 앞뒤로 움직일 수 있게 하여 샤프트를 효과적으로 줄이거나 늘립니다.

앞바퀴굴림 차량도 등속(또는 CV) 조인트라고 하는 두 개의 조인트를 사용하지만 스티어링 변화를 보상하는 다른 종류의 조인트입니다. 후륜 구동 차량에서 마모된 U-조인의 징후 중 하나는 구동 기어가 맞물릴 때 "딸깍"하는 소리입니다.

앞 구동 차량의 경우 CV 조인트가 마모되면 딸깍 소리가 나는 경우가 많습니다. CV 조인트는 보호용 고무 장화로 덮여 있으며, 부츠에 균열이 생기거나 손상되면 CV 조인트가 윤활을 잃고 먼지와 습기로 인해 손상됩니다.

 

유니버셜 조인트의 구조

 

유니버셜 조인트는 스파이더(크로스)와 4개의 그리스 충전 롤러 베어링으로 구성됩니다. 낮은 마찰로 큰 토크를 전달할 수 있습니다. 외부 링으로 저널 페그와 베어링 케이스가 있는 스파이더는 열간 단조 또는 냉간 성형 및 기계 가공되었습니다. 그들은 나중에 용광로에서 침탄되어 증가된 견고성과 내마모성을 얻습니다.

부품은 최종적으로 엄격한 허용 오차 하에서 설계된 크기로 연마됩니다. 오일 씰과 더스트 커버도 사용하여 내부 저널 영역을 이물질의 침입으로부터 보호합니다. 매우 뜨거운/매우 추운 온도와 같은 극한 조건에 대응하기 위해 다양한 등급과 재료가 선택됩니다.

 

유니버셜 조인트의 종류

굽힘 조인트의 수로 정의되는 두 가지 유형의 유니버셜 조인트가 있습니다.

단일 조인트
굽힘 측면이 하나만 있으며 최대 45도 각도로 작동할 수 있습니다.

이중 조인트
두 개의 벤딩 조인트를 사용하여 이중 U 조인트는 최대 90도 각도로 작동할 수 있습니다. 또한 중앙 섹션의 작동 각도가 0 ~ 45도인 2개의 샤프트 사이의 평행 오프셋도 수용합니다.

유니버셜 조인트는 재료 구성, 허브 유형 및 설계된 용도에 따라 다릅니다.
강철은 스테인리스 형태로 사용되는 가장 일반적인 재료입니다. 또는 더 큰 토크와 온도를 처리하기 위해 다른 금속과 합금됩니다.
플라스틱과 열가소성 플라스틱은 유니버셜 조인트를 구성하는 데 자주 사용되는데, 이는 이것이 필요한 응용 분야에서 더 큰 녹 및 내식성 뿐만 아니라 전기 및 자기 절연을 제공하기 때문입니다.

허브 스타일
U-조인트는 두 가지 허브 스타일로 사용할 수 있습니다.

Solid
솔리드 허브 유니버셜 조인트는 단단하고 가공되지 않았으므로 구멍이 없습니다.

Bored
u-조인트의 Bored 스타일은 일반적으로 원형, 육각형 또는 정사각형 스타일과 같이 허브의 구멍 모양에서 이름을 파생합니다.
원형, 육각형 또는 정사각형 스타일의 규칙에서 벗어난 두 가지 지루한 스타일은 다음과 같습니다.

Splined
보어 내부에 세로 홈이 있습니다.

Keyed

해당 샤프트에서 U-조인트의 회전을 방지하기 위한 키 홈이 있습니다.

 

유니버셜 조인트의 적용

오늘날 유니버셜 조인트는 긴 회전 샤프트가 있는 많은 기계에서 보편적으로 사용됩니다. 가장 주목할만한 것은 이러한 조인트가 후륜구동 자동차의 변속기와 후방 구동축 사이와 구식 타워 시계에서 발견된다는 것입니다.

유니버셜 조인트의 일반적인 응용 분야에는 항공기, 가전 제품, 제어 메커니즘, 전자 제품, 계측, 의료 및 광학 장치, 병기, 라디오, 재봉틀, 섬유 기계 및 도구 드라이브가 포함됩니다.

유니버셜 조인트는 강철 또는 열가소성 바디 부재로 제공됩니다. 강철로 만든 유니버셜 조인트는 주어진 크기에 대해 최대 하중 전달 능력을 갖습니다. 열가소성 바디 부재가 있는 유니버설 조인트는 자체 윤활 기능, 가볍고 무시할 수 있는 백래시, 내식성 및 고속 작동 기능이 상당한 이점이 있는 경공업 응용 분야에 사용됩니다.

볼 조인트 유니버셜과 같은 특수 구조의 유니버셜 조인트도 사용할 수 있습니다. 이들은 고속 작동 및 큰 토크 전달에 사용됩니다. 미니어처 및 표준 크기로 제공됩니다.

 

유니버셜 조인트의 장점

유니버셜 커플링은 너클 조인트보다 유연합니다.
각도 어긋남이 있는 샤프트 간의 토크 전달을 용이하게 합니다.
저렴하고 비용 효율적입니다.
조립 및 분해가 간단합니다.
토크 전달 효율이 높습니다.
조인트는 각도 변위를 허용합니다.

유니버셜 조인트의 단점

조인트가 제대로 윤활되지 않으면 마모가 발생할 수 있습니다.
마모를 방지하기 위해 유지 관리가 필요한 경우가 많습니다.
유니버셜 조인트는 변동하는 모션을 생성합니다.
축 오정렬을 지원하지 않습니다.