KR100279971B1 - 가변 차동 제한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차에 구비되는 가변 차동 제한 장치에 관한 것으로서, 특히 차량의 주행 상태에 따라 좌우륜에 가변적으로 구동력을 분배하는 동시에 차동 제한 기능으로 구동 바퀴의 미끌림을 억제함으로써 구동력을 확보하고 주행 안정성을 향상시킨 가변 차동 제한 장치에 관한 것이다.

상기 본 발명은, 엔진에서 구동력을 전달받아 회전되는 디프 구동 기어(1)와, 상기 디프 구동 기어(1)에 고정되어 일체로 회전되는 디프 케이스(2)와, 상기 디프 케이스(2)의 내측에 형성된 링 기어(3)와, 상기 링 기어(3)의 내측에 치합되어 회전되는 복수개의 피니언 기어(4)와, 상기 피니언 기어(4)의 피니언축(4a)에 연결되어 일측 구동륜에 구동력을 전달하는 캐리어 샤프트(5)와, 상기 링 기어(3)의 내측에서 상기 피니언 기어(4)에 치합되어 타측 구동륜에 구동력을 전달하는 선기어 샤프트(6)로 이루어진 구동력 분배부와; 상기 캐리어 샤프트(5) 및 선기어 샤프트(6)의 둘레에 각각 고정되고 외주면에 오목형으로 된 다수의 캠홈(11a)이 형성된 두 개의 캠 샤프트(11)와, 상기 디프 케이스(2)의 내측에 상기 캠 샤프트(11) 방향으로 설치된 다수의 튜브(15)와, 상기 튜브(15)에 내재되어 스프링(13)의 예압에 의해 상기 캠 샤프트(11)의 캠홈(11a)에 형합되어 있는 다수의 스틸 볼(12)로 이루어진 차동 제한부로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

가변 차동 제한 장치

본 발명은 자동차에 구비되는 가변 차동 제한 장치에 관한 것으로서, 특히 차량의 주행 상태에 따라 좌우륜에 가변적으로 구동력을 분배하는 동시에 차동 제한 기능으로 구동 바퀴의 미끌림을 억제함으로써 구동력을 확보하고 주행 안정성을 향상시킨 가변 차동 제한 장치에 관한 것이다.

차동 장치는 자동차가 커어브를 돌 때는 필요한 장치이나 반면에 차동 장치의 존재가 주행에 지장을 주는 경우가 있다. 즉, 주행하다가 한쪽 바퀴가 진흙탕에 빠진 경우에는 다른 쪽 바퀴는 노면의 저항을 받고 진흙탕에 빠진 바퀴는 저항을 받지 않으므로 노면쪽의 바퀴에는 동력이 전달되지 않아 진흙탕에 빠진 바퀴만 헛돌아서 자동차는 주행할 수 없게 된다.

이와 같은 경우에 차동 장치의 작용을 멈추게 하면 진흙탕을 쉽게 빠져나올 수 있으므로 나쁜 길을 빈번히 주행하는 차에서는 차동 고정 장치나 자동 차동 제한장치가 장착되게 된다. 이러한 자동 차동 제한장치는 자동적으로 차동작동을 제한하여 울퉁 불통한 노면을 주행할 때 차의 뒷부분이 흔들리는 것이나 발진할 때나 커어브를 돌 때 바퀴가 헛도는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 자동 차동 제한장치 중 마찰 클러치를 이용하여 차동작용을 자동적으로 제한하는 파워 록식(Power lock type)이 도시되어 있다.

엔진으로부터의 회전력을 전달하는 구동 피니언에 연결되는 링기어가 일체로 연결된 차동기어 케이스(51)와, 상기 차동기어 케이스(51)에 피니언 샤프트(52)를 통해 연결되는 두 개의 피니언(53)과, 상기 두 개의 피니언(53)에 직교하는 방향으로 치합됨과 아울러 양쪽 바퀴로 동력을 전달하는 드라이브 샤프트(54,55)에 연결되는 사이드 기어(56,57)와, 상기 드라이브 샤프트(54,55)와 차동기어 케이스(51)의 사이를 다판 클러치로 연결하는 클러치 팩(58,59)과, 상기 클러치 팩(58,59)에 일정한 마찰력이 미리 작용되도록 하는 프리로드 스프링(60) 및 상기 프리로드 스프링(60)의 작용력을 클러치 팩(58,59)에 고르게 전달하는 프리로드 플레이트(61,62)로 구성되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 차동제한장치는 그 구조상 상기 사이드 기어(56,57)와 피니언(53)의 맞물림 상태가 서로 비스듬히 경사진 치형이 서로 마주한 상태로 되어 있으므로 양쪽 바퀴의 저항력에 차이가 발생되어 큰 쪽의 저항력이 공급되는 사이드 기어(54)는 피니언(53)을 반대편 사이드 기어(55) 방향으로 밀게 된다.

이때, 상기와 같이 피니언(53)이 밀리는 힘을 받으면 상기 피니언 샤프트(52)와 함께 사이드 기어(55)를 밀어 상기 클러치 팩(59)의 마찰력이 증대되도록 하며, 상기와 같이 클러치 팩(59)에 제공되는 마찰력은 저항력이 적은 쪽의 드라이브 샤프트(55)에 저항력을 생성시켜 주는 역할을 하여 구동력을 상기 저항력이 큰 바퀴쪽으로 보낼 수 있도록 함으로써 저항력이 적은 쪽의 바퀴가 헛도는 정도를 줄이고 저항력이 큰 쪽의 바퀴가 구동될 수 있도록 하는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 차동 제한 장치는 클러치 팩 및 프리로드 스프링 등이 장착되기 때문에 구조가 복잡하여 제작비용이 상승하게 되고, 특히 클러치 팩에 마찰력이 발생될 때 심한 소음이 발생됨은 물론 마찰재의 특성상 자주 교환해야 되는 불편한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 위성 기어로 된 구동력 분배부와 볼 및 캠 샤프트로 이루어진 차동 제한부를 구성함으로써 주행 안정성 및 가속성이 향상되고 소음이 저감되면서도 내구성은 향상되도록 한 가변 차동 제한 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 가변 차동 제한 장치는, 엔진에서 구동력을 전달받아 회전되는 디프 구동 기어와, 상기 디프 구동 기어에 고정되어 일체로 회전되는 디프 케이스와, 상기 디프 케이스의 내측에 형성된 링 기어와, 상기 링 기어의 내측에 치합되어 회전되는 복수개의 피니언 기어와, 상기 피니언 기어의 피니언축에 연결되어 일측 구동륜에 구동력을 전달하는 캐리어 샤프트와, 상기 링 기어의 내측에서 상기 피니언 기어에 치합되어 타측 구동륜에 구동력을 전달하는 선기어 샤프트로 이루어진 구동력 분배부와; 상기 캐리어 샤프트 및 선기어 샤프트의 둘레에 각각 고정되고 외주면에 오목형으로 된 다수의 캠홈이 형성된 두 개의 캠 샤프트와, 상기 디프 케이스의 내측에 상기 캠 샤프트 방향으로 설치된 다수의 튜브와, 상기 튜브에 내재되어 스프링의 탄성력에 의해 상기 캠 샤프트의 캠홈에 형합되어 있는 다수의 스틸 볼로 이루어진 차동 제한부로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 차동 제한 장치가 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 가변 차동 제한 장치가 도시된 구성도,

도 3은 상기 도 2의 A-A선 단면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 디프 구동 기어 2 : 디프 케이스

3 : 링 기어 4 : 피니언 기어

5 : 캐리어 샤프트 6 : 선기어 샤프트

11 : 캠 샤프트 11a : 캠홈

12 : 스틸 볼 13 : 스프링

14 : 조정 볼트 15 : 튜브

16 : 스냅 링

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 가변 차동 제한 장치는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 크게 구동력 분배부와 차동 제한부로 이루어져 있다.

상기 구동력 분배부는 엔진에서 구동력을 전달받아 회전되는 디프 구동 기어(1)와, 상기 디프 구동 기어(1)에 고정되어 일체로 회전되는 디프 케이스(2)와, 상기 디프 케이스(2)의 내측에 형성된 링 기어(3)와, 상기 링 기어(3)의 내측에 치합되어 회전되는 복수개의 피니언 기어(4)와, 상기 피니언 기어(4)의 피니언축(4a)에 연결되어 일측 구동륜에 구동력을 전달하는 캐리어 샤프트(5)와, 상기 링 기어(3)의 내측에서 상기 피니언 기어(4)에 치합되어 타측 구동륜에 구동력을 전달하는 선기어 샤프트(6)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 차동 제한부는 상기 캐리어 샤프트(5) 및 선기어 샤프트(6)의 둘레에 각각 고정되고 외주면에 오목형으로 된 다수의 캠홈(11a)이 형성된 두 개의 캠 샤프트(11)와, 상기 디프 케이스(2)의 내측에 상기 캠 샤프트(11) 방향으로 설치된 다수의 튜브(15)와, 상기 튜브(15)에 내재되어 스프링(13)의 예압에 의해 상기 캠 샤프트(11)의 캠홈(11a)에 형합되어 있는 다수의 스틸 볼(12)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 튜브(15)의 후미에 상기 스프링(13)을 지지하고 탄발력을 조절할 수 있는 조정 볼트(14)가 체결되어 있다.

또한, 상기 캠 샤프트(11)는 상기 캐리어 샤프트(5) 및 선기어 샤프트(6)에 스플라인 결합(S)되고 그 양측에 스냅 링(16)이 끼워져 축방향 이동이 제한되게 되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 가변 차동 제한 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 가변 차동 제한 장치가 장착된 차량이 정상적으로 주행하게 되면 디프 구동 기어(1)로 입력된 구동력은 디프 케이스(2) 및 링기어(3)를 통해 양측 선기어 샤프트(6) 및 캐리어 샤프트(5)에 균등하게 전달됨으로써 좌륜 및 우륜에 전달되게 된다.

여기서, 좌우 차륜 사이에 일정 정도의 회전수의 차이가 발생되면 링기어(3) 및 피니언 기어(4)와 캐리어 샤프트(5) 및 선기어 샤프트(6) 사이에서 좌우륜의 회전수 차이를 흡수하게 된다. 즉, 상기 링기어(3)가 중속이고, 선기어 샤프트(6)가 저속 회전이며, 캐리어 샤프트(5)가 고속 회전을 하게 되면 상기 피니언 기어(4)가 선기어 샤프트(6) 주위를 공전함과 동시에 자전하게 되므로 결과적으로 캐리어 샤프트(5)는 선기어 샤프트(6) 보다 빠르게 회전하게 된다.

다음, 차량이 주행중 선회할 경우, 즉 좌측으로 선회하게 된다면 좌륜의 구동력은 크게 걸리는 반면, 우륜의 구동력은 빨리 회전되면서 작게 걸린다. 여기서, 종래의 차동 제한 장치는 좌우륜의 구동력이 같이 같게 분배되기 때문에 구동력이 적은 우측륜에서 발생하는 구동력으로 떨어지게 된다. 결국, 차량 전체적으로 총구동력은 저하되게 된다.

그러나, 본 발명의 장치는 링기어(3)의 회전수가 중속이고, 선기어 샤프트(6)의 회전수가 적고, 캐리어 샤프트(5)의 회전수가 크게 되면 링기어(3)와 선기어 샤프트(6) 사이에 설치된 캠 샤프트(11R)와 스틸볼(12)에 의해 차동 제한 기능이 발생되어 구동력을 전달하게 된다. 즉, 상대적으로 회전이 빠른 링기어(3) 및 디프 케이스(2)는 선기어 샤프트(6)를 회전시키려는 방향으로 작용하여 선기어 샤프트(6)에 최대한 구동력을 전달하게 된다.

더욱 상세히 설명하면, 상기 캠 샤프트(11R)의 캠홈(11a)에 스틸 볼(12)이 삽입되어 있으므로 링기어(3) 및 디프 케이스(2)의 회전력은 스틸 볼(12)에 전달되고 다시 스틸 볼(12)은 캠 샤프트(11R)의 캠홈(11a)에서 캠 샤프트(11R)를 회전시키려 하기 때문에 결국 선기어 샤프트(6)에 구동력이 전달됨과 동시에 스틸 볼(12)이 디프 케이스(2)에 고정된 튜브(15) 내에서 상하로 이동되며 캠 곡선을 따라 이동하게 된다.

한편, 상기 링기어(3)와 캐리어 샤프트(5) 사이에 설치된 캠 샤프트(11L)에서는 회전이 빠른 캐리어 샤프트(5)의 회전력을 억제시키려는 방향으로 작용하면서 구동력을 전달하게 된다.

다음, 차량이 빗길이나 눈길 등의 미끄러운 노면을 주행하게 될 때 주행시 마찰력이 작은 바퀴에서는 슬립이 발생하는 바, 이 때 본 발명의 장치는 미끌림이 생기는 바퀴에 상기한 선회시와 같은 작용으로 미끌림을 억제하는 방향으로 차동 제한 기능이 이루어져 차량의 상태에서 얻을 수 있는 최대의 구동력을 확보할 수 있게 된다. 또한, 차량 가속시에 발생되는 미끌림도 억제하여 가속 성능을 향상시키게 된다.

그리고, 차량이 웅덩이에 빠졌을 경우에도 본 장치를 장착한 차량은 스틸 볼(12)과 캠 샤프트(11)의 마찰력에 의해 다른 쪽 바퀴에 구동력을 전달하여 웅덩이 탈출을 가능하게 한다.

따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 가변 차동 제한 장치는 빗길이나 눈길 또는 선회시 등에서 양측 바퀴에 구동력을 확보로 차량의 안정성뿐만 아니라 주행 도로 상태에 따라 구동력이 분배됨으로 주행성 및 가속성이 향상되는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 구조가 간단하여 제작이 용이하면서도 비용이 절감되고, 특히 스틸볼의 구름 저항으로 마찰력을 형성하기 때문에 소음이 저감되고 내구성이 향상되는 이점도 있다.

그리고, 스프링의 탄성력을 조절하여 차량에 알맞은 차동 제한력 즉, 좌우륜에 허용되는 구동력비를 보다 쉽게 선정할 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 엔진에서 구동력을 전달받아 회전되는 디프 구동 기어와, 상기 디프 구동 기어에 고정되어 일체로 회전되는 디프 케이스와, 상기 디프 케이스의 내측에 형성된 링 기어와, 상기 링 기어의 내측에 치합되어 회전되는 복수개의 피니언 기어와, 상기 피니언 기어의 피니언축에 연결되어 일측 구동륜에 구동력을 전달하는 캐리어 샤프트와, 상기 링 기어의 내측에서 상기 피니언 기어에 치합되어 타측 구동륜에 구동력을 전달하는 선기어 샤프트로 이루어진 구동력 분배부와;

   상기 캐리어 샤프트 및 선기어 샤프트의 둘레에 각각 고정되고 외주면에 오목형으로 된 다수의 캠홈이 형성된 두 개의 캠 샤프트와, 상기 디프 케이스의 내측에 상기 캠 샤프트 방향으로 설치된 다수의 튜브와, 상기 튜브에 내재되어 스프링의 탄성력에 의해 상기 캠 샤프트의 캠홈에 형합되어 있는 다수의 스틸 볼로 이루어진 차동 제한부로 구성된 것을 특징으로 하는 가변 차동 제한 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 차동 제한부는 상기 튜브의 후미에 상기 스프링을 지지하는 조정 볼트가 체결된 것을 특징으로 하는 가변 차동 제한 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 캠 샤프트는 상기 캐리어 샤프트 및 선기어 샤프트에 스플라인 결합되고 그 양측에 스냅 링이 끼워져 축방향 이동이 제한되게 된 것을 특징으로 하는 가변 차동 제한 장치.

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