KR100346340B1 - 차량의액슬구동샤프트를위한차동장치 - Google Patents

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Abstract

차량의 종감속 장치를 위한 차동 장치는 케이지를 포함하며, 케이지 내부에는 액슬 구동 기어가 안내되며 지지된다. 액슬 구동 샤프트의 방향으로 작용하는 힘을 수용하기 위해, 케이지는 도과부로 제조되고, 액슬 구동 샤프트의 수용과 관통을 위한 적어도 2개의 대향 구멍을 포함한다. 이로써, 높은 강성과 가벼운 무게를 가지며, 저렴한 차동 장치가 제공될 수 있다.

Description

차량의 액슬 구동 샤프트를 위한 차동 장치
본 발명은 특허 출원 제P 43 13 322.3호에 따른 차량용 차동 장치에 관한 것이다.
독일 특허 출원 제P 43 13 322.3호에는 차량의 액슬 구동을 위한 차동 장치가 도시되고 기술되어 있으며, 액슬 샤프트 기어(axle shaft gear)는 케이지(cage)내에 위치한다. 케이지는 액슬 구동 샤프트의 방향으로 작용하는 힘을 수용한다. 이로써, 차동 장치의 차동 기어 케이스는 상기 힘으로부터 자유롭게 되며, 이에 상응하여 더 작게 구성될 수 있다. 이 별도의 케이지는 전체 차동 장치가 조립되기 전에, 액슬 샤프트 기어와 축 볼트가 삽입되는 것을 허용한다.
본 발명의 목적은 상기 유형의 차동 장치에서, 케이지가 최적의 강성을 가지며, 무게가 가벼우며, 비용이 저렴하며, 제조와 조립이 용이하도록 상기 차동 장치를 개선하는 것이다. 이러한 목적은 본 발명에 따르는 특허 청구 범위의 특징부에 의해서 해결된다.
상기 유형에 따른 차동 장치에서, 케이지가 도관부로 구성되며, 도관부의 벽이 액슬 구동 샤프트의 안내를 위한 적어도 2개의 대향 구멍을 포함하면, 특히 대량생산 시에 미리 제조된, 또는 통상적으로 사용되는 도관의 일부를 절단함으로써 이러한 도관부가 재료의 많은 낭비없이 생산될 수 있다. 이러한 유형의 도관부의 벽 두께는 적절한 응력 분산으로 의해 비교적 얇게 유지될 수 있기 때문에, 상응하는 케이지는 상대적으로 가벼워진다. 추가 작업 공정 또는 병행하는 작업 공정에서, 액슬 구동 샤프트의 안내를 위한 적어도 2개의 대향 구멍이 상기 도관부에 제공된다. 종래 기술에 따른 케이지에서와 같이, 케이지의 접합 또는 접속이 요구되지 않으므로, 한편으로는 추가의 가공 단계가 불필요하며, 다른 한편으로는 견고성이 달라지는 결합 부위가 없어진다.
케이지가 변형 공정에 의해서 구형(spherical)의 형태로 형성되는 원통형 도관부로 구성되면, 차동 장치 또는 차동 장치의 케이지가 양호하게 개선될 수 있다.이 변형 공정은 절단없이 확장 또는 압연에 의해 양호하게 수행된다. 이런 변형공정에 의해서 케이지 내의 응력 작용은 개선되는데, 이는 작은 곡률과 작은 플랜징 반경이 제거됨으로써 최대 응력이 회피될 수 있기 때문이다. 동시에, 액슬 샤프트 기어가 구형의 형태로 케이지에 지지되기 때문에 액슬 샤프트 기어의 베어링은 개선된다. 이러한 형태와 응력 작용의 개선에 의해, 케이지의 벽 두께가 감소됨으로써 무게는 더 감소될 수 있다.
축 볼트를 안내하며 액슬 구동 샤프트의 구멍에 거의 직각으로 연장하는, 다른 직경을 갖는 두 개의 구멍이 배치되면, 특히 차동 장치 내의 평균적인 구동력과 상응하는 적은 구동- 또는 반발력에서 케이지의 중량은 더 감소될 수 있다.
차동 장치 내의 높은 구동력과 상응하는 높은 반발력에서, 케이지가 둥글게 된 모서리와 응력 특성적으로 적응된 벽 두께를 갖는 직사각형 단면을 포함하면, 차동 장치 또는 케이지가 양호한 구성으로 개선된다. 응력 특성적으로 적응된 또는 최적의 응력을 갖는 케이지의 벽 두께에 의해 케이지의 무게 및 강성은 최적화될 수 있다. 응력 특성적으로 적응된 벽 두께 및 모서리의 라운딩은 최대 응력을 방지하며 최적의 강성 또는 최적의 응력 곡선을 제공한다. 직사각형 프로파일 또는 정사각형 프로파일은 압출 성형 프로필로부터 간단하며 유리하게 제조될 수 있다.
직사각형 또는 정사각형 횡단면을 갖는 이러한 유형의 케이지는, 장착 상태에서, 액슬 구동 샤프트의 안내를 위한 구멍을 갖는 벽이 내부쪽으로 만곡되면 더욱 개선될 수 있다. 이에 의해, 최고 부하를 감소시키기 위한, 개선되고 규정된 지지작동과 스프링 효과가 형성된다. 또한, 내부로의 만곡에 의해, 적은 부하와 대응하는 적은 반발력 및 지지력에서 윤활 간극이 형성되며, 이를 통해 윤활 수단이 베벨 기어의 안내 영역에 도달할 수 있다.
차동 장치의 장착 및 조립은, 축 볼트가 차동 베벨 기어와 정지면 사이에 배치되며, 케이지에서 지지되며 케이지와 축 볼트를 서로에 대해 상대적으로 안내하는 안내 연장부를 포함하는 안내링을 포함하면 더욱 단순화된다. 상기 안내링을 통해, 한편으로는 지지된 베벨 기어와 축 볼트에서의 정지면 사이에 윤활면이 구성되며, 다른 한편으로는 축 볼트와 케이지의 정확한 위치 배열에 의해서 케이지의 활주가 방지됨으로써, 조립 시에 위치 설정에 대한 추가의 비용이 요구되지 않는다.
케이스에 각각 하나의 중심 설정 슬리브가 지지되며, 중심 설정 슬리브는 케이지를 통해 돌출하며 케이지와 차동 베벨 기어를 정확한 위치로 중심 설정할 때, 차동 장치의 조립은 더욱 간단해진다. 이로써, 한편으로는 케이지의 회전이 방지되며, 다른 한편으로는 케이스의 장착 후에 정확한 위치로 그리고 회전 불가능하게 배열된 중간 구성 유닛이 제공되어, 액슬 샤프트가 간단히 설치될 수 있다.
케이지와 액슬 샤프트 기어 사이에 미끄럼 컵(sliding cup)을 배열함으로써, 마찰 감소에 의한 구동 작동이 개선된다. 동시에, 액슬 샤프트 기어의 개선된 평면 지지가 케이지에서 제공된다.
본 발명의 다음과 같은 기술과 도면에 의해서 상세히 설명되어 진다.
차량의 종감속 장치(final drive)용 차동 장치는 차동 기어 케이스(2)와 고정 연결된 구동 휠(1)을 포함한다. 차동 기어 케이스(2)는 축 A-A를 중심으로 회전대칭되며 동일할 수 있는, 2개의 포트(3, 4)로 구성된다. 서로 대향하여 놓인 2개의 액슬 구동 샤프트(5, 6)의 자유 단부는 차동 기어 케이스(2) 내로 돌출하며, 상기 액슬 구동 샤프트의 종축은 회전축 A-A상에 놓인다. 차동 기어 케이스 내에 위치한 액슬 구동 샤프트(5, 6)의 자유 단부에는 각각의 액슬 샤프트 기어(7, 8)가 회전 불가능 하나 축방향으로 활주 가능하게 위치된다. 액슬 샤프트 기어(7, 8)는 베벨 기어로 구성되며, 서로 대향하여 마찬가지로 2개의 베벨 기어로 구성된 차동 기어(9, 10)와 맞물린다. 차동 기어(9, 10)는 회전축 A-A에 대해서 대략 직각으로 연장하는 종축 B-B을 갖는 축 볼트(11)에 놓인다. 축 볼트(11)는 상부측에 직경이 더 큰 플랜지(12)를 갖고, 플랜지는 두 포트(3, 4)와 구동 휠(1) 사이에 형성된 리세스(14) 내의 간극에 의해 안내되는 안내 요소(13)에 의해서 둘러 싸인다. 축 볼트(11)의 플랜지(12)에는 차동 기어(9)를 지지하는 지지링(15)이 지지된다. 대향하여 놓인 차동 기어(10)는 축 볼트(11)의 자유 단부에 용접된 제2의 지지링(16)에 지지된다. 지지링(16)은 칼라 형태의 연장부(17)에서 안내 요소(18)에 의해 둘러싸이고, 이 안내 요소는 차동 기어 케이스(2)의 2개의 포트(3, 4)와 구동 휠(1) 사이의 리세스(19) 내에서 간극에 의해 안내된다. 리세스(14, 19) 또는 안내 요소(13, 18)는 축 볼트(11)가 회전축 A-A 방향으로, 그리고 종축 B-B의 방향으로 약간 활주될 수 있도록 구성된다.
액슬 샤프트 기어(7, 8)와 차동 기어(9, 10)의 부분은 제3도의 (A) 내지 (D)에 도시된 예와 같이 케이지(20)에 의해서 둘러싸인다. 차동 장치의 작동 중에 발생하는 회전축 A-A의 방향으로의 힘에 의해, 액슬 샤프트 기어(7, 8)는 케이지(20)에 지지된다. 바람직한 접촉과 마찰 감소를 위해서, 액슬 샤프트 기어(7, 8)와 케이지(20) 사이에는 케이지(20)에 고정된 미끄럼 컵(21, 22)이 각각 배치된다.
제3도의 (A) 내지 (D)에 상세히 도시된 본 실시예에서, 케이지(20)는, 그 종축이 축 볼트의 회전축 A-A에 대해 또는 종축 B-B에 대해 수직인 축 C-C 상에 위치하는 도관부로 구성된다. 도관부의 외피 면은 무절단 변형, 예를 들면 압연, 확장등에 의해서 구형으로 성형된다. 두 개의 구멍(23, 24 또는 25, 26)이 쌍으로 각각 대향하여 놓인 4개의 구멍(23 내지 26)에 의해 케이지(20)는 관통된다. 두 구멍(23, 24)은 회전축 A-A 상에 위치하고 액슬 구동 샤프트(5, 6)의 자유 단부를 관통한다. 직각으로 배열된 구멍(25, 26)은 종축 B-B 상에 위치하고 축 볼트(11)를 관통하기 위해 또는 수납하기 위해 사용된다.
제2도에 도시된 바와 같이 차동 장치의 변형예에서, 여기에서는 단지 차동 기어(9)로 나타난 차동 기어들과 그에 부속된 지지링(15, 16) 사이에는 안내링(27)이 배열되며, 안내링의 링면은 차동 기어와 지지링 사이에서의 작동면으로써 작용한다. 안내링(27)은 축 볼트(11)를 둘러싸며 축 볼트에 지지된다. 다수의 절곡 스프링 아암(28)이 안내링의 외주연으로부터 돌출되며, 상기 스프링 아암은 한편으로는 케이지(20)의 구멍(25, 26)의 벽에 지지되며, 다른 한편으로는 지지링(15, 16)에 지지된다. 이 안내링(27)은 예를 들어 플라스틱으로 제조될 수 있고, 한편으로는 평형 기어와 지지링 사이에서의 작동면으로 역할을 하며, 다른 한편으로는 안내 및 중심 정렬 요소로서 역할을 하며, 이로써, 축 볼트(11) 및 케이지(20)의 장착시에 그 위치가 정확하게 정렬 및 고정된다.
중심 슬리브(29)는 액슬 구동 샤프트(5, 6)를 각각 둘러싸는 구멍(23, 24)을통해 돌출되며 샤프트 관통부 영역 내에서 차동 기어 케이스(2)에 지지된다. 중심 슬리브(29)는 케이지(20)의 내부까지 연장되어 멈춤쇠(30)에 의해 미끄럼 컵(21, 22)의 원통형 돌출부(31)에 맞물린다. 상기 중심 슬리브(29)에 의해, 케이지와 액슬 샤프트 기어와 차동 기어로 구성된 조립 유닛은 축 볼트와 함께 액슬 구동 샤프트(5, 6)가 조립되기 전에 차동 기어 케이스(2) 내에서 정확한 위치에 중심 설정될 수 있다. 이로써, 액슬 구동 샤프트(5, 6)는 조정 및 위치 설정 과정없이 차동 기어 케이스(2) 내로, 그리고 케이지(20) 내의 상응하는 구멍 내로, 그리고 각각의 차동 기어 내로 삽입될 수 있다. 액슬 구동 샤프트(5, 6)의 홈(33)에 설치된 안전링(32)에 의해서 각각의 액슬 구동 샤프트는 의도하지 않은 해제에 대해서 확실히 고정된다.
차동 기어 케이스(2)에 별도의 윤활제 충전부를 제공할 수 있도록, 액슬 구동 샤프트(5, 6)의 각각은 베어링 부시(34, bush)에 의해 작은 유격으로 둘러싸인다. 부시는 각각 차동 기어 케이스(2) 내에 배열되며, 액슬 구동 샤프트(5, 6)에 지지되는 밀봉 설부(35)를 포함한다. 이에 의해, 차동 기어 케이스(2)에는 외부에 대해 밀폐된 내부 공간이 구성된다.
비교적 동일하게 유지되는 케이지(20)의 벽 두께 및 외부 치수에서, 더 높은 구동력 및 부하를 지원할 수 있도록, 케이지는 제4도 (A) 내지 (D)에 도시된 바와 같이 변형될 수 있다. 제4도 (A) 내지 (D)도에 도시된 케이지(20a)는 원통형 도관부로 구성되고, 이 도관부의 외피면은 구형으로 확장 또는 압연된다. 상술한 실시예와 달리, 케이지(20a)의 종축은 종축 B-B에 대응된다. 회전축 A-A상에 각각 위치하며 액슬 구동 샤프트(5, 6)의 관통 및 수납에 사용되는 2개의 대향 구멍(23a, 24a)이 케이지(20a)의 외피면에 형성된다. 차동 기어 케이스(2)에 케이지를 설치하는 것은, 상술된 케이지(20a)에 대해 90도 회전 방식으로 장착하여 축 볼트(11)가 도관 개구(36, 37)를 통해 돌출됨으로써 달성된다. 이러한 케이지(20a)의 구성 및 배열에 의해서, 외피면은 2개의 대향 구멍에 의해서만 관통되어 덜 연약해 진다. 이에 의해, 동일한 외부 치수와 동일한 벽 두께에서도, 보다 높은 부하 수용이 가능해진다. 케이지(20a)에서 제2도에 따른 비틀림의 방지를 보장하기 위해서 안내 아암(28)의 적어도 일부가 더 길게 구성되어 도관 개구(36, 37)에 또는 도관개구 내에 지지됨으로써, 케이지(20a)가 정확한 위치로 안내되며 중심 설정되도록 안내링(27)이 변형된다.
제5도의 (A) 내지 (D)에 도시된 케이지(20b)는, 우선 변형된 도관 프로파일 또는 변형된 도관부에 의해 상술된 두 케이지와는 상이하다. 상기 케이지(20b)는 거의 정사각형 횡 단면을 갖는 도관으로 구성된다. 그런 유형의 도관 및 도관 프로파일은 예를 들어 압출 프로파일로써 구성되고 제조된다. 작동 중에 최대 응력를 방지하기 위하여 도관 프로파일의 모서리는 라운딩된다. 차동 기어 케이스(2)의 작은 크기가 가능하도록, 엣지 또는 모서리는 다듬어지고 경사지게 구성될 수 있다. 도관의 벽 두께는 균일하지 않고, 작동 중에 발행하는 부하에 대하여 적응하도록 연속적으로 감소 및 증가되어 구성된다. 케이지(20a)와 같이, 케이지(20b)는 2개의 대향 구멍(23b, 24b)에 의해 관통된다. 2개의 구멍은 액슬 구동 샤프트(5, 6)의 관통 및 수용을 위해 사용된다. 축 볼트(11)의 관통 및 수용은 케이지(20a)에서와 같이 도관 개구(36, 37)를 통해 이루어진다. 차동 기어 케이스(2)에서 케이지(20b)의 배열은 상술한 실시예와 유사하게 행해진다. 구멍(23b, 24b)을 가지며 대향하여 위치한 2개의 벽(38, 39)은 내부쪽으로 만곡된다. 벽의 이러한 내향만곡에 의해 작동 중에 스프링 효과가 확실히 형성되어 액슬 구동 기어의 지지 동작 및 작동은 개선되며, 동시에, 윤활 에지(wedge)는 케이지에 의해서 수용되는 작은 지지력에 의해 형성된다.
제1도는 차동 장치의 단면도.
제2도는 차동 장치의 변형예의 부분 단면도.
제3도(A)내지 (D)는 케이지의 제1 변형예를 도시한 도면.
제4도(A)내지 (D)는 케이지의 제2 변형예를 도시한 도면.
제5도(A)내지 (D)는 케이지의 제3 변형예를 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 구동 휠 2: 차동 기어 케이스
3, 4: 포트 5, 6: 액슬 구동 샤프트
7, 8: 액슬 샤프트 기어 9, 10: 차동 기어

Claims (9)

  1. 구동 휠을 지지하는 차동 기어 케이스를 포함하며, 상기 케이스 내에는 차동 기어를 지지하는 축 볼트가 위치하며, 차동 기어는 액슬 구동 샤프트 상에 배열된 액슬 샤프트 기어와 맞물리며, 상기 액슬 샤프트 기어는 베벨 기어로 구성되며, 상기 액슬 샤프트 기어는 액슬 구동 샤프트 방향으로 작용하는 힘을 수용하는 케이지 내에 위치하는, 차량의 종감속 장치용 차동 장치에 있어서,
    도관부로 구성된 케이지(20, 20a, 20b)의 벽이 액슬 구동 샤프트(5, 6)의 관통을 위한 적어도 2개의 대향 구멍(23, 23a, 23b; 24, 24a, 24b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 케이지(20, 20a)는 변형 공정에 의해 구형으로 형성되는 원통형 도관부로 구성되는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 케이지(20)는 축 볼트(11)를 수용하기 위한 2개의 다른 대향 구멍(25, 26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 케이지(20b)는 프로파일과 둥글게 된 모서리를 갖는 도관부로 구성되어, 응력 특성적으로 적응된 벽 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 구멍(23b, 24b)을 갖는 케이지(20b)의 벽(38, 39)이 장착 상태의 액슬 구동 샤프트(5, 6)를 수용하기 위해 내부로 만곡되는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 축 볼트(11)는, 차동 기어(9, 10)와 지지면(15, 16) 사이에 배열되며 안내 아암을 갖는 각각의 안내링(27)에 의해 감싸이고, 상기 안내 아암(28)은 케이지(20, 20a, 20b)에 결합하며 안내 아암과 축 볼트(11)를 서로에 대해 안내하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차동 기어(9, 10)가 미끄럼 가능하게 지지되는 미끄럼 컵(21, 22)이 케이지(20, 20a, 20b)의 내부에 배열되는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 케이지(20, 20a, 20b)를 통해 돌출하는 안내 슬리브(29)가 차동 기어 케이스(2)에 지지되고, 케이지와 축 기어(7, 8)를 정확한 위치에 중심 설정하는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
  9. 제8항에 있어서, 안내 슬리브(29)는 케이지(20, 20a, 20b)의 내부에서 정지수단(30)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 차동 장치.
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