KR100279977B1 - 자동차용 차동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 선회주행이 용이하도록 하는 차동장치에 관한 것으로서, 특히 좌우의 드라이브 샤프트에 결합된 제 1 및 제 2 출력부와, 상기 제 1 및 제 2 출력부를 둘러싸고 있는 하우징과, 상기 제 1 출력부와 제 2 출력부 사이에 위치되고 상기 하우징과 일체로 회전되도록 상기 하우징에 고정 설치된 입력부와, 상기 제 1 및 제 2 출력부와 상기 입력부가 서로 구름접촉되도록 그 사이에 삽입되어 차동작용을 발생시키는 차동수단을 포함하여 구성된 자동차용 차동장치를 제공함으로써 미끄러운 노면의 주행시 한쪽 바퀴에 슬립이 발생하더라도 이 영향이 다른쪽 바퀴에는 미치지 못하므로 상기한 좌우 구동바퀴에 적절한 구동력이 자동적으로 분배되어 차량의 운동성 및 안정성이 향상되도록 한 것이다.

Description

자동차용 차동장치

본 발명은 자동차의 선회주행이 용이하도록 하는 차동장치에 관한 것으로서, 특히 엔진의 동력이 좌우 구동바퀴에 전달될 때 상기 좌우 구동바퀴에 구동력이 독립적으로 분배되어 한쪽 바퀴의 거동이 다른쪽 바퀴에 영향을 끼치는 못하는 자동차용 차동장치에 관한 것이다.

일반적으로 차동장치는 자동차의 선회 주행시 내륜과 외륜의 속도차를 발생시켜 차량의 원활한 방향전환이 가능하도록 함과 아울러 노면이 고르지 못한 지형에서 자동차의 주행 안정성을 확보하도록 하는 것이다.

종래 기술에 의한 자동차용 차동장치는 도 1에 도시된 바와 같이 드라이브 샤프트(1)에 스플라인 결합된 2개의 사이드 기어(3)와, 상기 사이드 기어(3) 서로 결합된 2개의 피니언 기어(7)와, 상기 사이드 기어(3)와 피니언 기어(7)를 둘러싸고 있는 차동 케이스(9)와, 상기 차동 케이스(9)와 일체로 형성된 링기어(11)를 포함하여 구성된다.

상기에서, 드라이브 샤프트(1)는 차동 기어에서 구동바퀴까지 동력을 전달해 주는 축으로서 등속 조인트(Constant Velocity Joint : CVJ)를 사용하는데, 상기 등속 조인트는 더블 옵셋 조인트(Double Offset Joint : DOJ)와 중간축 및 버필드 조인트(Birfield Joint : BJ)로 구성된다.

여기서, 상기 더블 옵셋 조인트는 슬라이드형으로 상기 사이드 기어(3)의 스플라인에 삽입되고 상기 버필드 조인트는 고정형으로 휠 허브의 스플라인에 삽입된다.

상기와 같이 구성된 자동차용 차동장치의 동작은 다음과 같다.

먼저, 추진축을 통해 엔진의 동력이 상기 링기어(11)와 결합되어 있는 구동 피니언에 전달되면 상기 구동 피니언의 회전력이 링기어(11)를 통해 상기 차동 케이스(9)로 전달된다. 상기 차동 케이스(9)가 회전하면 차동 케이스(9)에 고정된 피니언 축(5)을 통해 그 회전력이 전달되어 상기 피니언 기어(7)가 공전하게 된다. 상기 피니언 기어(7)가 공전되면 피니언 기어(7)와 맞물려있는 사이드 기어(3)가 구동되어 상기 사이드 기어(3)와 스플라인 결합된 드라이브 샤프트(1)가 회전된다. 따라서, 상기 드라이브 샤프트(1)를 통해 엔진의 동력이 구동바퀴로 전달된다.

상기에서, 자동차가 평탄로를 직진하는 경우에는 좌우 구동바퀴의 회전저항이 같으므로 상기 피니언 기어(7)의 공전에 따라 상기 사이드 기어(3) 및 차동 케이스(9)가 같은 회전수로 구동되어 결국 전체 시스템이 하나의 블록이 되어 회전된다.

한편, 자동차가 선회하는 경우에는 좌우 구동바퀴가 받는 회전저항이 달라져 좌우 사이드 기어(3)의 회전수가 서로 달라지게 되므로 상기 피니언 기어(7)가 공전됨과 동시에 자전을 시작하여 저항이 낮은 쪽의 사이드 기어(3)는 저항이 높은 쪽보다 가속되어 더 빠른 속도로 구동된다.

즉, 구동바퀴는 통과하는 노면의 길이에 따라 회전하므로 커브를 돌 때의 내측 바퀴는 외측 바퀴보다 저항이 커져서 회전수가 감소하고, 그 만큼 반대쪽의 바퀴를 가속하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 자동차용 차동장치는 좌우의 구동 바퀴가 접하고 있는 노면의 마찰력 사이에 큰 차이가 발생되면 마찰력이 적은 쪽의 바퀴는 헛돌고 마찰력이 큰 쪽의 바퀴는 정지하여 차량의 정상적인 운행이 곤란한 경우가 발생된다.

예를 들어, 한쪽 바퀴가 수렁에 빠졌을 경우 한쪽의 바퀴는 노면의 저항을 받고 빠진 바퀴는 거의 저항을 받지 않기 때문에 노면 쪽의 바퀴에는 동력이 전달되지 않고 수렁에 빠진 바퀴만이 차동장치에 의해 공회전된다. 따라서, 차량이 자력으로 수렁을 벗어나지 못하게 되어 더 이상의 주행이 불가능해진다.

따라서, 주행시 좌우의 구동 바퀴가 접하고 있는 노면의 마찰력 사이에 큰 차이가 발생되어 한쪽 바퀴에 슬립(Slip)이 일어나더라도 자동적으로 좌우 구동바퀴에 구동력을 적절하게 분배할 수 있는 구조가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진의 동력이 좌우 구동바퀴에 전달될 때 상기 좌우 구동바퀴에 구동력이 독립적으로 분배되는 구조를 구비함으로써 미끄러운 노면의 주행시 한쪽 바퀴에 슬립이 발생하더라도 이 영향이 다른쪽 바퀴에는 미치지 못하므로 상기한 좌우 구동바퀴에 적절한 구동력이 자동적으로 분배되어 차량의 운동성 및 안정성이 향상되도록 하는 자동차용 차동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 차동장치가 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 차동장치가 도시된 구성도,

도 3은 도 2의 측면도,

도 4는 도 3에 도시된 A-A선 단면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

51 : 드라이브 샤프트 53 : 제 1 출력부

55 : 제 2 출력부 57 : 하우징

59 : 입력부 63 : 니들 베어링

65 : 스프링

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따르면, 좌우의 드라이브 샤프트에 결합된 제 1 및 제 2 출력부와, 상기 제 1 및 제 2 출력부를 둘러싸고 있는 하우징과, 상기 제 1 출력부와 제 2 출력부 사이에 위치되고 상기 하우징과 일체로 회전되도록 상기 하우징에 고정 설치된 입력부와, 상기 제 1 및 제 2 출력부와 상기 입력부가 서로 구름접촉되도록 그 사이에 삽입되어 차동작용을 발생시키는 차동수단을 포함하여 구성된 자동차용 차동장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 제 2 특징에 따르면, 상기 제 1 출력부 및 제 2 출력부의 배면에 각각 설치되어 상기 차동수단에 예압을 인가하는 예압부재를 더 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 제 3 특징에 따르면, 상기 차동수단은 상기 제 1 출력부 및 제 2 출력부와 입력부 사이에 각각 원주형으로 배열 형성된 복수개의 니들 베어링이다.

또한, 본 발명의 제 4 특징에 따르면, 상기 제 1 출력부 및 제 2 출력부와 입력부는 각각 상기 니들 베어링이 안착될 수 있도록 그 접촉면이 굴곡된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 좌우 구동바퀴에 구동력이 독립적으로 분배되는 구조를 구비함으로써 도로상황에 알맞도록 상기 좌우 구동바퀴에 적절한 구동력이 자동적으로 분배되어 차량의 운동성 및 안정성이 향상되는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 차동장치가 도시된 구성도, 도 3은 도 2의 측면도, 도 4는 도 3에 도시된 A-A선 단면도이다.

본 발명에 따른 자동차용 차동장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 좌우의 드라이브 샤프트(51)에 스플라인 결합된 제 1 출력부(53) 및 제 2 출력부(55)와, 상기 제 1 출력부(53) 및 제 2 출력부(55)를 둘러싸고 있는 하우징(57)과, 상기 제 1 출력부(53)와 제 2 출력부(55) 사이에 위치되고 상기 하우징(57)과 일체로 회전되도록 상기 하우징(57)에 고정 설치된 입력부(59)와, 상기 하우징(57)과 일체로 형성된 링기어(61)와, 상기 제 1 출력부(53) 및 제 2 출력부(55)와 상기 입력부(59)가 각각 서로 구름접촉되도록 그 사이에 삽입되어 차동작용을 발생시키는 복수개의 니들 베어링(63)과, 상기 제 1 출력부(53) 및 제 2 출력부(55)의 배면에 각각 설치된 스프링(65)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 니들 베어링(63)은 상기 제 1 출력부(53)와 입력부(59), 그리고 상기 제 2 출력부(55)와 입력부(59) 사이에 각각 원주형으로 배열되고, 상기 제 1 출력부(53) 및 제 2 출력부(55)와 입력부(59)는 도 4와 같이 상기 니들 베어링(63)이 안착될 수 있도록 각각 그 접촉면이 굴곡되어 있다.

또한, 상기 스프링(65)은 상기 니들 베어링(63)의 자전 및 공전시 상기 니들 베어링(63)이 상기 입력부(59), 제 1 출력부(53), 제 2 출력부(55)에 형성된 굴곡을 따라 적절한 접촉압을 갖고 구동되도록 상기 니들 베어링(63)에 예압을 인가하는 역할을 한다. 이때, 상기 스프링(63)에 의해 설정된 예압의 크기에 따라 상기 입력부(59)에서 상기 제 1 출력부(53) 및 제 2 출력부(55)로 전달되는 회전력의 크기, 즉 회전력의 전달 정도가 결정된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차용 차동장치의 동작은 다음과 같다.

먼저, 추진축을 통해 엔진의 동력이 상기 링기어(61)와 결합되어 있는 구동 피니언에 전달되면 상기 구동 피니언의 회전력이 링기어(61)와 하우징(57)을 통해 입력부(59)로 전달되어 상기 입력부(59)가 회전된다. 상기 입력부(59)가 회전되면 니들 베어링(63)을 통해 그 회전력이 제 1 출력부(53)와 제 2 출력부(55)로 전달되어 상기 제 1 출력부(53)와 제 2 출력부(55)가 회전된다. 상기 제 1 출력부(53)와 제 2 출력부(55)가 회전되면 좌우의 드라이브 샤프트(51)가 회전되어 좌우 구동바퀴가 구동된다.

상기에서, 자동차가 평탄로를 직진하는 경우에는 좌우 구동바퀴에 작용하는 회전저항이 같으므로 상기 입력부(59)의 회전에 따라 상기 제 1 출력부(53)와 제 2 출력부(55)가 같은 회전수로 구동되어 결국 전체 시스템이 하나의 블록이 되어 회전된다.

한편, 자동차가 선회하는 경우에는 좌우 구동바퀴에 작용하는 회전저항이 달라지게 되므로 상기 제 1 출력부(53)와 제 2 출력부(55)가 서로 다른 회전수로 구동된다. 즉, 구동바퀴는 통과하는 노면의 길이에 따라 회전하므로 커브를 돌 때의 내측 바퀴는 외측 바퀴보다 저항이 커져서 회전수가 감소되고 외측 바퀴는 상대적으로 회전수가 증가된다.

이때, 상기 제 1 출력부(53)와 입력부(59), 상기 제 2 출력부(55)와 입력부(59) 사이에 생기는 회전차는 상기 니들 베어링(63)이 자전 및 공전하면서 흡수하여 소멸되는데, 이 상대 회전차는 상기 입력부(59)의 회전에 따라 상기 제 1 출력부(53) 및 제 2 출력부(55)를 구동시키기 위한 힘으로 작용하게 된다.

특히, 상기 입력부(59)의 회전력이 각각 제 1 출력부(53)와 제 2 출력부(55)를 통해 좌우 구동바퀴로 전달되어 그 전달경로가 독립적이므로 눈길, 빗길 등의 미끄러운 노면의 주행시 좌우 구동바퀴가 접하고 있는 노면의 마찰력 사이에 큰 차이가 생겨 한쪽 바퀴에 슬립이 발생되더라도 다른쪽 바퀴의 구동력이 같이 상실되지는 않는다. 따라서, 좌우 구동바퀴에 분배되는 구동력이 도로상황에 알맞게 제어되므로 항상 최적의 상태를 유지하면서 주행할 수 있게 된다.

또한, 차량의 가속시에는 차량의 무게중심이 뒤쪽으로 이동되므로 급가속시 구동바퀴에 슬립이 발생하기 쉬운데, 상기 니들 베어링(63)에 의한 구동력 분배를 제어하여 상기한 좌우 구동바퀴에 최대의 구동력을 전달함으로써 가속시 발생되는 슬립이 억제되어 발진 가속성능이 향상된다. 이때, 좌우 구동바퀴의 초기 구동력 설정치는 상기 스프링(65)에 의해 상기 니들 베어링(63)에 인가되는 예압의 크기에 따라 결정된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 자동차용 차동장치는 엔진의 동력이 좌우 구동바퀴에 전달될 때 상기 좌우 구동바퀴에 구동력이 독립적으로 분배되는 구조를 구비함으로써 도로상황에 알맞도록 상기 좌우 구동바퀴에 적절한 구동력이 자동적으로 분배되어 차량의 운동성 및 안정성이 향상되는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 차동장치는 기존의 기어식 차동장치보다 구조가 간단하여 제작이 용이하고 제작비용이 절감되며, 차동작용을 발생시키는데 니들 베어링(63)의 구름접촉을 이용하므로 소음이 감소되고 내구성이 증대되는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 좌우의 드라이브 샤프트에 결합된 제 1 및 제 2 출력부와, 상기 제 1 및 제 2 출력부를 둘러싸고 있는 하우징과, 상기 제 1 출력부와 제 2 출력부 사이에 위치되고 상기 하우징과 일체로 회전되도록 상기 하우징에 고정 설치된 입력부와, 상기 제 1 및 제 2 출력부와 상기 입력부가 서로 구름접촉되도록 그 사이에 삽입되어 차동작용을 발생시키는 차동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 차동장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 출력부 및 제 2 출력부의 배면에 각각 설치되어 상기 차동수단에 예압을 인가하는 예압부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 차동장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 차동수단은 상기 제 1 출력부 및 제 2 출력부와 입력부 사이에 각각 원주형으로 배열 형성된 복수개의 니들 베어링인 것을 특징으로 하는 자동차용 차동장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제 1 출력부 및 제 2 출력부와 입력부는 각각 상기 니들 베어링이 안착될 수 있도록 그 접촉면이 굴곡된 것을 특징으로 하는 자동차용 차동장치.

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