KR100624272B1 - 차량용 차동 치차 장치 - Google Patents

차량용 차동 치차 장치 Download PDF

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Abstract

토크 바이어스비를 비교적 자유롭게 선정할 수 있는 차동 치차 장치를 제공한다.
회전 축선(L)을 중심으로 하여 회전 구동되는 하우징(1)의 내부의 일단측과 타단측에는, 내측 치차(4)와 태양 치차(5)를 배치한다. 내측 치차(4) 및 태양 치차(5)는, 회전 축선(L)을 중심으로 하여 회전 가능하게 설치한다. 유성 치차(6)의 일단부와 타단부에는, 톱니수가 서로 다른 제 1 치차부(61)와 제 2 치차부(62)를 각각 형성한다. 제 1 치차부(61)를 내측 치차(4)의 내측 치차부(42)에 맞물리게 한다. 제 2 치차부(62)를 태양 치차(5)의 외측 치차부(51)에 맞물리게 한다.

Description

차량용 차동 치차 장치{DIFFERENTIAL GEAR FOR A MOTOR VEHICLE}
도 1은 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 도면으로, 도 2의 X-X선에 따른 단면도,
도 2는 도 1의 X-X에 따른 단면도,
도 3은 도 1의 Y-Y선에 따른 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 차량용 차동 치차 장치 4 : 내측 치차
5 : 태양 치차 6 : 유성 치차
61 : 제 1 치차부 62 : 제 2 치차부
본 발명은, 유성 치차 기구를 이용한 차량용 차동 치차 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이러한 종류의 차동 치차 장치는, 서로 축선을 일치시켜서 회전 가능하게 배치된 내측 치차 및 태양 치차와, 이 중 치차 및 태양 치차와 축선을 일치시켜서 회전 가능하게 배치된 캐리어와, 이 캐리어에 회전 가능(자전 가능)하게 지지되고, 상기 내측 치차 및 태양 치차와 맞물리는 유성 치차를 구비하고 있다. 그리고, 캐리어를 회전 구동하면, 그 회전이 유성 치차를 거쳐 내측 치차 및 태양 치차에 전달된다. 내측 치차 및 태양 치차는, 유성 치차가 자전하지 않을 때에는, 상대 회전하지 않고 동일 회전수로 일체적으로 회전한다. 한편, 유성 치차가 자전하면, 그 회전수에 따라 차동 회전한다(일본 특허 공개 제97-112657호 공보 참조).
상기 종래의 차동 치차 장치에 있어서는, 내측 치차 및 태양 치차의 각 피치 원직경이 결정되면, 각각 전달되는 회전 토크의 비율(이하, 토크 바이어스비라 함)이 일의적으로 결정되어, 변경할 수 없다는 문제가 있었다. 예컨대, 내측 치차 및 태양 치차의 각 피치 원직경이 각각 D1, D2인 것으로 하면, 토크 바이어스비는 D1: D2으로 일의적으로 결정된다.
본 발명은, 유성 치차 기구를 사용한 차동 치차 장치이면서, 토크 바이어스비를 비교적 자유롭게 선정할 수 있는 차동 치차 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 그와 같은 목적을 달성하기 위해서, 회전 가능하게 배치된 내측 치차와, 이 중 치차와 축선을 일치시켜서 그 내측에 회전 가능하게 배치된 태양 치차 와, 상기 내측 치차와 상기 태양 치차의 사이에 자전 가능하고 또한 공전 가능하게 배치되어, 상기 내측 치차 및 태양 치차와 맞물리는 유성 치차를 구비한 차량용 차동 치차 장치에 있어서, 상기 유성 치차에 피치원 직경이 다른 제 1, 제 2 치차부를 설치하고, 제 1 치차부를 상기 내측 치차에 맞물리게 하며, 제 2 치차부를 상기 태양 치차에 맞물리게 한 것을 특징으로 하고 있다.
이 경우, 상기 제 1 치차부의 피치원 직경을 상기 제 2 치차부의 피치원 직경보다 크게 할 수도 있고, 혹은 상기 제 1 치차부의 피치원 직경을 상기 제 2 치차부의 피치원 직경보다 작게 할 수도 있다.
또한, 상기 내측 치차의 피치원 직경을 D1로 하고, 상기 태양 치차의 피치원 직경을 D2로 하며, 상기 유성 치차의 제 1, 제 2 치차부의 피치원 직경을 각각 D3, D4로 했을 때, D1/D3≥D2/D4가 성립하도록 할 수도 있고, 혹은 D1/D3<D2/D4가 성립하도록 할 수도 있다.
발명의 실시 형태
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 차량용 유성 치차 장치(1)는, 예컨대 차량의 센터 디퍼렌셜(center deferrential) 기어로서 사용되는 것으로, 도 1에 도시하는 바와 같이, 하우징(2), 캐리어(3), 내측 치차(4), 태양 치차(5) 및 유성 치차(6)를 주요 구성 요소로 하고 있다.
하우징(2)은, 회전 축선(L)을 중심으로 회전 구동되는 것으로, 축선을 회전 축선(L)과 일치시킨 원통 형상의 본체부(21)를 갖고 있다. 이 본체부(21)의 일단부(도 1의 좌단부)에는, 바닥부(22)가 형성되어 있다. 이 바닥부(22)의 외측 단면에는, 축선을 회전 축선(L)과 일치시킨 베어링부(23)가 형성되어 있다. 본체부(21)의 타단부에는, 캐리어(3)가 스플라인 감합에 의해 회전 불가능하게 연결되는 동시에, 본체부(21)의 내주면에 결합된 체결 부재(71)를 체결함으로써 회전 축선(L) 방향으로 이동 불가능하게 고정되어 있다. 베어링부(23) 및 캐리어(3)의 각 내주면에는, 제 1, 제 2 출력축(도시하지 않음)이 회전 가능하게 삽입 통과되어 있고, 이 제 1, 제 2 출력축에 의해 하우징(2)이 회전 축선 (L)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다.
본체부(21)의 내부의 바닥부(22)측에는, 내측 치차(4)가 그 축선을 회전 축선(L)과 일치시켜서 회전 가능하게 배치되어 있다. 내측 치차(4)의 내주면의 일단부［바닥부(22)측의 단부］에는, 직경 방향 내측으로 돌출하는 환상 연결부(41)가 형성되어 있다. 이 환상 연결부(41)의 내주면에는, 원통 형상을 이루는 중간 부재(72)가 스플라인 결합 등에 의해 회전 불가능하게 연결되어 있다. 환상 돌출부(41) 및 중간 부재(72)는, 와셔(73)를 거쳐 바닥부(22)에 접촉하고 있다. 중간 부재(72)의 내주면에는, 상기 제 1 출력축의 일단부가 스플라인 결합 등에 의해 회전 불가능하게 연결되어 있다. 제 1 출력축의 타단부는, 예컨대 리어 디퍼렌셜(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 내측 치차(4)의 내주면의 타단부에는, 플라이휠(fly wheel)을 갖는 내측 치차부(42)가 형성되어 있다.
본체부(21)의 내부의 캐리어(3)측에는, 태양 치차(5)가 그 축선을 회전 축선(L)과 일치시켜서 회전 가능하게 배치되어 있다. 이 태양 치차(5)의 일단면(도 1에 있어서, 좌측 단면)은, 와셔(74)를 거쳐 중간 부재(72)에 접촉하고 있고, 또한 중간 부재(72) 및 와셔(73)를 거쳐 바닥부(22)에 접촉하고 있다. 태양 치차(5)의 타단면은, 와셔(75)를 거쳐 캐리어(3)에 접촉하고 있다. 따라서, 태양 치차(5)의 타단면은, 그 회전 축선(L) 방향으로 거의 이동 불가능하게 되어 있다. 태양 치차(5)의 외주면에는, 플라이휠을 갖는 외측 치차부(51)가 형성되어 있다. 이 외측 치차부(51)는, 톱니수 및 비틀림 방향을 제외하고, 모듈, 압력각, 비틀림각 등의 치차의 모든 것이 내측 치차부(42)와 동일하게 되어 있고, 외측 치차부(51)의 톱니수는 내측 치차부(42)의 톱니수보다 적게 되어 있다. 따라서, 외측 치차부(51)의 외경은, 내측 치차부(42)의 내경보다 작게 되어 있다. 태양 치차(5)의 내주면에는, 상기 제 2 출력축의 일단부가 스플라인 결합 등에 의해 회전 불가능하게 연결되어 있다. 제 2 출력축의 타단부는, 예컨대 프론트 디퍼렌셜(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
상기 캐리어(3)의 바닥부(22)측의 단면에는, 원통 형상을 이루는 지지부(31)가 형성되어 있다. 이 지지부(31)는, 그 축선을 회전 축선(L)과 일치시켜서 설치되어 있다. 지지부(31)의 선단면에는, 회전 축선(L)과 평행하게 연장되는 복수(이 실시 형태에서는 6개)의 제 1 수용 구멍(32)이 지지부(31)의 원주 방향으로 등간격으로 배치 형성되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 수용 구멍(32)의 내경은, 지지부(31)의 두께보다 대 직경으로 설정되어 있고, 지지부(31)의 직경 방향 에 있어서의 제 1 수용 구멍(32)의 외측 및 내측의 각 측부는, 지지부(31)의 외주면 및 내주면으로부터 각각 외부로 개방되어 있다. 제 1 수용 구멍(32)은, 지지부(31)의 선단면으로부터 지지부(31)의 중간부까지 연장되어 있다. 제 1 수용 구멍(32)의 바닥부에는, 제 2 수용 구멍(33)이 그 축선을 제 1 수용 구멍(32)의 축선과 일치시켜서 형성되어 있다. 제 2 수용 구멍(33)의 내경은, 제 1 수용 구멍(32)의 내경보다 소 직경으로 되어 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 지지부(31)의 직경 방향 내측에 있어서의 제 2 수용 구멍(33)의 측부는, 지지부(31)의 내주면으로부터 외부로 개방되어 있다.
상기 유성 치차(6)는, 그 일단부(도 1의 좌측 단부)에 제 1 치차부(61)가 형성되고, 타단부에 제 2 치차부(62)가 형성되어 있다. 제 1 치차부(61)는, 제 1 수용 구멍(32)에 회전 가능하게 결합되어 있고, 제 1 수용 구멍(32)의 외측 개방부에 있어서 내측 치차(4)의 내측 치차부(42)와 맞물려 있다. 제 2 치차부(62)는, 제 2 수용 구멍(33)에 회전 가능하게 결합되어 있고, 제 2 수용 구멍(33)의 내측의 개방부에 있어서 태양 치차(5)의 외측 치차부(51)와 맞물려 있다. 따라서, 하우징(2)이 회전 구동되면, 그 회전이 캐리어(3)를 거쳐 유성 치차(6)에 전달되고, 유성 치차(6)로부터 내측 치차(4) 및 태양 치차(5)에 전달된다. 이 경우, 내측 치차(4) 및 태양 치차(5)는, 유성 치차(6)가 자전하지 않을 때에는, 동일 회전수로 일체로 회전한다. 한편, 유성 치차(6)가 회전하면, 그 자전수에 따라 차동 회전한다.
제 1 치차부(61)와 제 2 치차부(62)는, 각각 내측 치차부(42) 및 외측 치차부(51)와 맞물려 있기 때문에 분명하듯이, 서로 톱니수가 상이한 점 및 비틀림 방향이 서로 역방향인 점을 제외하고, 동일한 치차 제원을 갖고 있다. 제 1 치차부(61)의 톱니수는, 제 2 치차부(62)의 톱니수보다 많게 되어 있다. 여기서, 내측 치차부(42), 외측 치차부(51), 제 1 치차부(61) 및 제 2 치차부(62)의 각 톱니수를 각각 N1, N2, N3, N 4라 하면,
N1>N2, N3>N4이고,
N1/N3=N2/N4가 성립하도록, 각 톱니수(N1∼N4)가 정해져 있다. 게다가, 각 치차부(42, 51, 61, 62)의 모듈 및 비틀림각이 동일하기 때문에, 내측 치차부(42)의 피치원 직경［제 1 치차부(61)와의 맞물림 피치원 직경］를 (D1)으로 하고, 외측 치차부(51)의 피치원 직경［제 2 치차부(62)와의 맞물림 피치원 직경］를 (D2)로 하고, 제 1 내측 치차부(61)의 피치원 직경［내측 치차부(42)와의 맞물림 피치원 직경］를 (D3)으로 하며, 제 2 치차부(62)의 피치원 직경［외측 치차부(51)와의 맞물림 피치원 직경］를 (D4)로 하면,
D1>D2, D3>D4
D1/D3=D2/D4가 성립한다. 따라서, 이 차동 치차 장치(1)에 있어서는, 내측 치차(4)에 전달되는 회전 토크와 태양 치차(5)에 전달되는 회전 토크의 비인 토크 바이어스비가 50: 50으로 되어 있다. 즉, 내측 치차(4)와 태양 치차(5)는 동일한 크기의 회전 토크가 전달된다.
내측 치차부(42), 외측 치차부(51), 제 1 치차부(61) 및 제 2 치차부(62)의 각 피치원 직경(D1, D2, D3, D4)은,
D1/D3>D2/D4
가 성립하도록 설정하는 것도 가능하고,
D1/D3<D2/D4
가 성립하도록 설정하는 것도 가능하다. 전자의 경우에는, 내측 치차부(4)에 전달되는 회전 토크가 태양 치차(5)에 전달되는 회전 토크보다 커진다. 후자의 경우에는, 내측 치차(4)에 전달되는 회전 토크가 태양 치차(5)에 전달되는 회전 토크보다 작아진다.
제 1 및 제 2 치차부(61, 62)의 비틀림 방향이 서로 역방향으로 되어 있기 때문에, 내측 치차부(42)와 제 1 치차부(61)의 맞물림에 의해 유성 치차(6)에 발생하는 스러스트력의 작용 방향과, 외측 치차부(51)와 제 2 치차부(62)의 맞물림에 의해 유성 치차(6)에 발생하는 스러스트력의 작용 방향과는 동일하게 된다. 이 실시 형태에서는, 차량이 전진하도록 하우징(2)이 회전 구동되었을 때, 유성 치차(6)에 작용하는 스러스트 힘에 의해 유성 치차(6)의 좌단면이 와셔(76), 내측 치차(4)의 환상 연결부(41) 및 와셔(73)를 거쳐 바닥부(22)에 부착되도록, 제 1 및 제 2 치차부(61, 62)의 비틀림 방향이 정해지고 있다. 물론, 이것과는 역으로, 유성 치차(6)를 캐리어(3)에 가압하는 추력(thrust force)이 유성 치차(6)에 발생하도록, 제 1, 제 2 치차부(61, 62)의 뒤틀림 방향을 정할 수도 있다. 그 경우에는, 유성 치차(6)의 우측 단면을 와셔(도시하지 않음)를 거쳐 캐리어(3)에 접촉시키도록 하는 것이 바람직하다.
상기 구성의 차동 치차 장치(1)에 있어서는, 유성 치차(6)에 서로 다른 두개의 치차부인 제 1 치차부(61)와 제 2 치차부(62)를 설치하고, 이 제 1, 제 2 치차 부(61, 62)를 내측 치차(4)와 태양 치차(5)에 각각 맞물리게 하고 있기 때문에, 제 1 치차부(61) 및 제 2 치차부(62)의 각 피치원 직경을 적절히 선택함으로써, 토크 바이어스 비를 비교적 자유롭게 선정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 차동 치차 장치(1)에서는, 제 1 치차부(61)와 제 2 치차부(62)의 비틀림 방향을 역방향으로 하고 있기 때문에, 제 1 치차부(61)와 내측 치차(4)의 맞물림에 의해 생기는 추력의 작용 방향과, 제 2 치차부(62)와 태양 치차(5)의 맞물림에 의해 생기는 추력의 작용 방향이 동일하게 된다. 이 결과, 유성 치차(6)가 그 축선 방향으로 큰 힘으로 가압되고, 유성 치차(6)의 좌측 단면이 와셔(76)를 거쳐 내측 치차(4)의 환상 연결부(41)에 가압되며, 또한 환상 연결부(41) 및 와셔(73)를 거쳐 하우징(2)의 바닥부(22)에 가압된다. 따라서, 차동 회전시에는, 유성 치차(6)와 내측 치차(4)의 사이, 및 내측 치차(4)와 하우징(2)의 사이에 각각 큰 마찰 저항이 발생한다. 그로써, 차동 회전을 제한할 수 있다. 덧붙여서 말하면, 제 1 치차부(61)와 제 2 치차부(62)의 비틀림 방향을 동일 방향으로 하면, 제 1 치차부(61)에 생기는 추력의 작용 방향과 제 2 치차부(62)에 생기는 추력의 작용 방향이 역방향으로 되기 때문에, 양 추력이 상쇄하여, 유성 치차(6)에는 외관상 상쇄하고 남은 작은 추력밖에 작용하지 않게 된다. 이 때문에, 차동 제한 능력이 작아진다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 적절히 변경 가능하다.
예컨대, 상기 실시 형태에 있어서는, 제 1, 제 2 치차부(61, 62)의 치차 제 원을, 톱니수 및 비틀림 방향을 제외하여 동일하게 하고 있고, 그 결과 톱니수가 많은 제 1 치차부(61)의 피치원 직경(D3)이 제 2 치차부(62)의 피치원 직경보다 대 직경으로 되어 있다. 그러나, 예컨대 제 1, 제 2 치차부의 모듈을 다른 것을 함으로써, D1/D3>D2/D4 또는 D1/D3<D2/D4라는 조건을 만족시키면서, 제 1 치차부(61)의 피치원 직경과 제 2 치차부(62)의 피치원 직경을 동일하게 하는 것도 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 토크 바이어스비를 비교적 자유롭게 선정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 회전 가능하게 배치된 내측 치차(4)와, 이 내측 치차(4)와 축선을 일치시켜서 회전 가능하게 배치된 태양 치차(5)와, 상기 내측 치차(4)와 상기 태양 치차(5)의 사이에 자전 가능하고 또한 공전 가능하게 배치되어, 상기 내측 치차(4) 및 태양 치차(5)와 맞물리는 유성 치차(6)를 구비한 차량용 차동 치차 장치(1)에 있어서,
    상기 유성 치차에 피치원 직경이 다른 제 1 치차부(61) 및 제 2 치차부(62)를 설치하고, 제 1 치차부(61)를 상기 내측 치차(4)에 맞물리게 하며, 제 2 치차부(62)를 상기 태양 치차(5)에 맞물리게 한 것을 특징으로 하는
    차량용 차동 치차 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 치차부(61)의 피치원 직경을 상기 제 2 치차부(62)의 피치원 직경보다 크게 한 것을 특징으로 하는
    차량용 차동 치차 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 치차부(61)의 피치원 직경을 상기 제 2 치차부(62)의 피치원 직경보다 작게 한 것을 특징으로 하는
    차량용 차동 치차 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 치차(4)의 피치원 직경을 D1로 하고, 상기 태양 치차(5)의 피치원 직경을 D2로 하며, 상기 유성 치차의 제 1 치차부(61) 및 제 2 치차부(62)의 피치원 직경을 각각 D3, D4로 했을 때, D1/D3≥D2/D4가 성립하는 것을 특징으로 하는
    차량용 차동 치차 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 치차(4)의 피치원 직경을 D1로 하고, 상기 태양 치차(5)의 피치원 직경을 D2로 하며, 상기 유성 치차(6)의 제 1 치차부(61) 및 제 2 치차부(62)의 피치원 직경을 각각 D3, D4로 했을 때, D1/D3<D2/D4가 성립하는 것을 특징으로 하는
    차량용 차동 치차 장치.
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