초록
자동차 부품 중 드라이브 샤프트는 엔진에서 발생하는 토크를 바퀴에 전달하는 동력 전달장치의 핵심 부품이다. 엔진에서 입력되는 비틀림 하중과 주행 중 발생하는 실동하중에 의한 부품의 파손을 방지하기 위해, 고주파 열처리로 강도 및 피로수명이 개선되고 있다. 본 연구에서는 고주파 열처리에 따른 드라이브 샤프트의 피로수명을 정량적으로 평가할 수 있는 피로수명 평가기법을 구축하였다. 드라이브 샤프트의 소재인 SAE10B38M2 강재로 모재 및 경화깊이가 서로 다른 고주파 열처리 시편 두 종을 제작하여 비틀림 하중 하에서의 전단 변형률 제어 피로시험을 진행하였고, 변형률-수명 피로수명 평가에 필요한 피로 물성값을 구하였다. 얻어진 피로 물성값을 이용하여 드라이브 샤프트의 변형률 기반 피로해석을 진행하였으며, 얻어진 피로수명 결과를 시제품 피로시험 결과와 비교하여 해석기법의 타당성을 검증하였다.
The drive shaft of passenger vehicle has an important role in transmitting the torque between the power train system and the wheels. Torsional fatigue failures occur generally in the connection parts of the spline edge of the drive shaft, when there is significant fatigue damage under repeated twisting loads. A heat treatment, an induction hardening process, has been adopted to increase the torsional strength as well as the fatigue life of the drive shaft. However, it is still unclear how the extension of the induction hardening process in a used material relates to its shear-strain fatigue life range. In this study, a shear-strain controlled torsional-fatigue test with a specially designed specimen was conducted by an electro-dynamic torsional fatigue test machine. A finite element analysis of the drive shaft was carried out using the results obtained by the fatigue experiment. The estimated fatigue life was verified through a twisting load test of the real drive shaft in a test rig.