KR100817586B1 - 차동기어유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차동기어유닛(100)은, 입력 구동력을 제1출력과 제2출력으로 분할하여, 상기 제1출력과 상기 제2출력간의 차이를 허용한다. 상기 차동기어유닛(100)은, 내부 공간(120i) 및 상기 내부공간(120i)과 연통되어 있는 개구부(120h)를 형성하고, 주어진 회전방향(R1)과 반대방향(R2)으로 회전가능한 케이싱으로서의 역할을 하는 차동케이스(120)를 포함한다. 상기 차동케이스(120)는 상기 구동력이 입력되는 입력부로서 플랜지부(110)를 포함한다. 상기 차동케이스(120)는, 상기 구동력이 상기 플랜지부(110)에서 상기 방향(R1)으로 반복해서 입력될 때의 상기 차동케이스(120)의 피로 수명이, 상기 구동력이 상기 플랜지부(110)에서 상기 반대방향(R2)으로 반복해서 입력될 때의 상기 차동케이스(120)의 피로 수명보다 더 길도록 구성된다. 상기 방향(R1)은 차량이 전진하는 회전방향이다.

Description

차동기어유닛{DIFFERENTIAL GEAR UNIT}

본 발명은 차동기어유닛에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 자동차에 사용되는 차동기어유닛에 관한 것이다.

일본 특허 공개 공보 제58-144141호에는 예컨대 종래 타입의 자동차용 차동기어유닛이 개시되어 있다. 상기 일본 특허 공개 공보 제58-144141호는, 2개의 피니언용 피니언 샤프트(pinion shaft) 대신에, 단순화된 4개의 피니언용 피니언 샤프트들이 차동기어유닛에 제공되는 기술을 개시하고 있는데, 상기 차동기어유닛은 일반적으로 분할되지 않는 차동 케이스 및 상기 차동 케이스에 삽입되는 각각의 단부에 의해 지지되는 2개의 피니언용 피니언 샤프트를 포함한다.
또한, 차동 기어 유닛의 종류가 알려져 있다. 예를 들어, 문헌 DE 101 41 995 A1에는 개구들이 그 회전 축에 대해 대칭으로 형성되고, 차동 기어 케이싱의 회전 축에 대해 평행하게 배치되는 2개의 조합 개구를 갖는 차동 케이스가 개시되어 있다.
또한, 문헌 WO 89/10501에는 그 벽면에 두개의 대형 측면 개구를 포함하는 단일 부재로 형성된 하우징을 개시되어 있다. 각각의 개구에는 2개의 결합될 베어링을 가이드하기 위한 가이드 부재가 제공된다.
더 나아가, 문헌 US 3,901, 103에는 그 부근에서의 케이스 강성을 증가시키기 위해 대형 접근 개구에 걸쳐 배치되는 장축 볼트를 포함하는 차동 기어 기구가 개시되어 있다.
문헌 EP 1 433 978 A에는 3개의 개구들이 차동 하우징에 형성된 차량용 차동 기어를 개시되어 있다. 이 3개의 개구는 측면 기어와 피니언을 장착하는 것이 용이하도록 케이스의 외주벽부를 따라 동일한 간격에 위치된다.
마지막으로, 문헌 US 5,954,431 A1에는 차동 케이스의 채임버 내부에 접근하기 위해 제공되는 적어도 하나의 조합 개구 형상을 포함하여, 적어도 하나의 개구는 차동 케이스의 한 쌍의 연장하는 가장자리부와 연결되는 2개의 원형 가장자리부로 형성되고, 회전 축에 대해 대칭으로 형성된 차동 기어 케이싱이 개시되어 있다.

일반적으로, 차량을 전진하는 빈도 수가 차량을 후진하는 빈도 수보다 많다. 이에 따라, 상술된 종래 타입의 차동기어유닛은, 전진측의 구동력으로 인해 인장 응력이 생성되는 코너부의 피로 수명(fatigue life)이 충분하지 못하다는 문제점이 있다. 특히, 내연기관으로부터의 토크 출력이 증가되는 경우, 또는 입력될 구동력이 변속기의 기어비의 설계 변경으로 인해 증가되는 경우, 전진측의 구동력에 의해 인장 응력이 생성되는 코너부의 피로 수명이 특히 불충분하다. 하지만, 이러한 큰 구동력을 견딜 수 있는 차동기어유닛을 실현하기 위해서는, 현저한 설계 변경이 요 구되고 상기 차동기어유닛의 크기가 커져야만 한다. 그 결과, 차동기어유닛의 장착성이 저하되고 그 중량이 증가한다는 문제점들이 발생하게 된다.

상술된 상황들의 관점에서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하고자 고안되었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 큰 구동력을 견딜 수 있으면서, 중량과 크기의 증가를 최소화할 수 있는 차동기어유닛을 제공하는 것이다.

그러므로, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 내부에 입력되는 구동력을 제1출력과 제2출력으로 분할하여, 상기 제1출력의 회전속도와 상기 제2출력의 회전속도간의 차이를 허용하는 차동기어유닛이 제공된다. 상기 차동기어유닛은, 내부 공간 및 상기 내부공간과 연통되어 있는 개구부를 형성하며, 주어진 회전방향과 상기 주어진 회전방향과 반대인 회전방향으로 회전가능한 케이싱을 포함한다. 상기 케이싱은 구동력이 입력되는 입력부를 포함한다. 본 실시형태에 따른 차동기어유닛에 있어서, 상기 케이싱은, 상기 구동력이 상기 입력부에서 상기 주어진 회전방향으로 반복해서 입력될 때의 상기 케이싱의 피로 수명이, 상기 구동력이 상기 입력부에서 상기 주어진 회전방향과 반대인 회전방향으로 반복해서 입력될 때의 상기 케이싱의 피로 수명보다 더 길도록 구성된다.

이렇게 구성된 차동기어유닛에 있어서, 상기 케이싱은, 구동력이 입력부에서 주어진 회전방향으로 반복해서 입력될 때의 케이싱의 피로 수명이, 상기 구동력이 상기 입력부에서 상기 주어진 회전방향과 반대인 회전방향으로 반복해서 입력될 때의 상기 케이싱의 피로 수명보다 더 길도록 구성된다. 이에 따라, 주어진 방향이 빈번하게 사용된 회전방향으로 설정되는 경우에는, 상기 주어진 방향으로의 구동력에서의 케이싱의 피로 수명이 더 길어진다. 다시 말해, 빈번하게 사용되는 방향으로의 회전에서의 케이싱의 피로 수명은 더 길어지게 되고, 덜 빈번하게 사용되는 방향으로의 회전에서의 케이싱의 피로 수명은 더 짧아지게 된다. 그러므로, 상기 차동기어유닛은, 상기 케이싱의 피로 수명이 상술된 방향 모두에서의 회전에 대해 더 길어지게 되는 경우에 비해, 그 크기와 중량이 증가하지 않는다. 또한, 빈번하게 사용되는 주어진 방향으로의 회전에서의 피로 수명이 길기 때문에, 상기 차동기어유닛은 큰 구동력을 견딜 수 있다.

또한, 상기 주어진 방향으로의 회전은 차량이 전진하는 방향으로의 회전이다. 일반적으로, 차량은 후진보다는 전진하는 빈도가 더 높다. 이에 따라, 차량이 전진하는 빈번하게 사용되는 방향으로의 회전에서의 케이싱의 피로 수명이 더 긴 차동기어유닛이 사용될 수도 있다.

또한, 상기 차동기어유닛은, 상기 내부 공간에 제공되어 상기 구동력을 상기 제1출력과 상기 제2출력으로 분할하는 분할기구; 및 상기 케이싱과 접촉하여 상기 분할기구를 지지하도록 제공되는 지지부재를 더 포함할 수도 있다. 상기 분할기구는 피니언을 포함할 수도 있고, 상기 지지부재는 상기 피니언을 지지하는 피니언 샤프트를 포함할 수도 있어, 상기 피니언이 그 축을 중심으로 회전할 수 있고 상기 피니언이 상기 케이싱의 중심 주위를 회전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이싱은 상기 지지부재와 접촉하는 지지부를 포함할 수도 있고, 상기 피로 수명은 상기 지지부의 회전없이 상기 구동력을 상기 입력부에 입력함으로써 측정될 수도 있다.

또한, 상기 케이싱은 상기 지지부의 위치와 다른 위치에 제공되는 출력부를 포함할 수도 있다. 상기 피로 수명은 상기 출력부의 회전없이 상기 구동력을 상기 입력부에 입력함으로써 측정될 수도 있다.

또한, 상기 케이싱의 피로 수명은, 상기 개구부의 형상을 상기 케이싱의 회전축에 대하여 비대칭으로 만듦으로써 조정될 수도 있다.

또한, 상기 개구부는 각각의 코너부가 둥근 형상을 갖는 직사각형일 수도 있고, 인접한 코너부들의 둥근 형상들은 서로 상이할 수도 있다.

또한, 상기 구동력이 상기 주어진 회전방향으로 입력될 때 인장응력이 생성되는 상기 개구부의 코너부의 둥근 형상의 곡률반경은, 상기 구동력이 상기 주어진 회전방향으로 입력될 때 압축응력이 생성되는 상기 개구부의 코너부의 둥근 형상의 곡률반경보다 더 클 수도 있다.

또한, 상기 케이싱의 피로 수명은 열처리를 소정의 부분에 대해 수행함으로써 조정될 수도 있다.

또한, 상기 구동력이 상기 주어진 회전방향으로 입력될 때 인장응력이 생성되는 상기 케이싱의 상기 개구부의 코너부에 대해 열처리가 수행될 수도 있다.

상기 열처리는 고주파경화(induction hardening) 및 침탄처리(carburizing treatment) 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.

상기 케이싱의 피로 수명은 숏 블라스팅(shot blasting) 및 숏 피닝(shot peening) 중 하나 이상을 포함하는 처리를 소정의 부분에 대해 수행함으로써 조정될 수도 있다.

상기 숏 블라스팅(shot blasting) 및 숏 피닝(shot peening) 중 하나 이상을 포함하는 처리는, 상기 구동력이 상기 주어진 회전방향으로 입력될 때 인장응력이 생성되는 상기 케이싱의 상기 개구부의 코너부에 대해 수행될 수도 있다.

삭제

상술된 구조를 채택하여 다양한 처리들을 수행함으로써, 차동기어유닛의 강도가 높고 그 피로 수명이 길며, 그 크기와 중량의 증가를 억제하는 것을 가능하게 하는 차동기어유닛이 실현될 수 있다.

본 발명의 상술된 목적 및 기타 목적, 특징, 장점, 기술적 중요성 및 산업상 중요성은, 첨부도면과 연계하여 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 좌측면도;

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 도 1의 차동 케이스를 지면(紙面)에 평행한 면으로 절취한 단면도;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 우측면도;

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 평면도;

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 정면도;

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 배면도;

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 사시도;

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 사시도;

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 사시도;

도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 사시도;

도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛의 단면도;

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 좌측면도;

도 13은 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예가 적용되는, 차량용 구동유닛의 제1블록도;

도 14는 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예가 적용되는, 차량용 구동유닛의 제2블록도; 및

도 15는 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예가 적용되는, 차량용 구동유닛의 제3블록도이다.

후술하는 상세한 설명과 첨부 도면들에 있어서, 본 발명은 예시적인 실시예들의 관점에서 보다 상세히 설명할 것이다. 다음과 같은 실시예들에서는, 동일한 도면 번호들이 동일하거나 상응하는 요소들에 할당되고, 그 상세한 설명은 한 번만 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 좌측면도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 도 1의 차동 케이스를 지면(紙面)에 평행한 면으로 절취한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 우측면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛(100)에 사용되는 차동 케이스(120)는 박스형이고, 내부 공간(120i)을 가진다. 상기 차동 케이스(120)의 일 단부에는 플랜지부(110) 및 돌출부(150)가 제공되어 있으며, 타 단부에는 출력부(130)가 제공되어 있다. 각각의 돌출부(150) 및 출력부(130)는 원통형이고, 상기 내부 공간(120i)와 연통되어 있다. 상기 차동 케이스(120)의 외경은 상기 플랜지부(110)에서 상기 출력부(130)로 줄어든다.

차동기어유닛(100)을 구성하고 있는 요소들, 예컨대 동력을 분할하는 피니언들, 상기 피니언들을 지지하는 피니언 샤프트, 및 상기 피니언들과 기어 결합되는 사이드 기어들이 상기 내부 공간(120i)에 제공된다. 이러한 요소들을 내부 공간(120i)에 삽입하기 위한 개구부(120h)가 상기 차동 케이스(120)의 측면에 형성되어 있다. 즉, 상기 개구부(120h)는 우측면과 좌측면 각각에 형성되어 있다. 이러한 개구부(h)들은 대칭적인 패턴으로 형성되어 있다.

상기 개구부(120h)는 각각의 코너부가 둥근 모양인 직사각형, 즉 타원에 가까운 형상이다. 상기 개구부(120h)의 형상은 상기 차동 케이스(120)의 회전축(100a)에 대해 비대칭이다. 상기 개구부(120h)의 보다 긴 대각선을 L1이라 하고, 상기 개구부(120h)의 보다 짧은 대각선을 L2라 한다(L2는 L1보다 짧음). 제1실시에에 있어서, 상기 개구부(120h)는 그 각각의 코너부들이 둥근 모양인 직사각형이다. 하지만, 상기 코너부들이 반드시 둥글 필요는 없다.

상기 플랜지부(110)는 링 기어(도시안됨)에 연결되어 있다. 상기 링 기어는 구동 피니언으로부터 동력을 받아, 상기 동력을 플랜지부(110)로 전달한다. 따라서, 상기 플랜지부(110)는 화살표 R1으로 도시된 방향과 화살표 R2로 도시된 방향 양자 모두로 회전될 수 있다. 다수의 구멍(111)들이 상기 플랜지부(110)에 형성되어 있으며, 볼트가 각각의 구멍(111)들에 삽입됨으로써, 상기 링 기어가 상기 플랜지부(110)에 부착되게 된다.

상기 플랜지부(110)에 인접하도록 하기 위해 원통형 돌출부(150)가 제공된다. 상기 돌출부(150)에는 구동 샤프트가 삽입된다. 상기 돌출부(150)는 차동 캐리어(differential carrier) 또는 트랜스미션 케이스(transmission case)에서 베어링에 의해 지지될 수 있다. 상기 돌출부(150)에는 상기 출력부(130)가 동축으로 제공된다.

상기 개구부(120h)는 제1코너부(121), 제2코너부(122), 제3코너부(123) 및 제4코너부(124)로 형성되어 있다. 각각의 코너부는 둥근 형상의 반경이 연속적으로 변하는 둥근 형상 또는 만곡면 형상을 가진다. 제1코너부(121)와 제3코너부(123)는 각각 큰 곡률 반경, 즉 완만한 곡률을 가진다. 제2코너부(122)와 제4코너부(124)는 각각 작은 곡률 반경, 즉 샤프한 곡률을 가진다.

상기 개구부(120h)의 중심(120c)으로부터 각각의 제1코너부(121)와 제3코너부(123)까지의 거리는 짧기 때문에, 상기 제1코너부(121)와 상기 제3코너부(123)에서의 차동 케이스(120)의 강도는 더욱 커진다. 다른 한편으로, 상기 개구부의 중심(120c)으로부터 각각의 제2코너부(122)와 제4코너부(124)까지의 거리는 길기 때문에, 상기 제2코너부(122)와 상기 제4코너부(124)에서의 차동 케이스(120)의 강도는 더욱 작아진다. 각각의 구성요소가 상기 내부 공간(120i) 내에 삽입되는 경우, 상기 구성요소는 상기 개구부(120h)를 통해 삽입된다. 상기 구성요소의 크기가 L1이거나 그 보다 작은 경우에는, 상기 구성요소가 상기 개구부(120h)를 통해 내부면(120i) 내에 삽입될 수 있다.

피니언 샤프트가 차동 케이스(120)를 관통하도록 상기 피니언 샤프트를 삽입하기 위한 구멍(125)이 형성되어 있다. 상기 구멍(125)이 연장되는 방향은 회전축(100a)이 연장되는 방향에 수직이다. 또한, 핀을 삽입하기 위한 구멍(126)은 상기 구멍(125)이 연장되는 방향에 수직인 방향으로 형성되어 있다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 평면도이다. 저면도는 상기 평면도와 동일한 모양이다. 도 4를 참조하면, 상기 구멍(125)이 차동 케이스(120)의 상부에 형성되어 있다. 상기 구멍(125)은 실질적으로 원형이다. 상기 평면도에 도시된 바와 같이, 도 4의 상부면 부분에 있는 개구부(120h)는 볼 수 있지만, 하부면 부분에 있는 개구부는 볼 수 없다. 이것을 토대로 도, 상기 개구부(120h)의 형상이 회전축(100a)에 대해 비대칭이라는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 정면도이다. 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 배면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 차동 케이스(120)의 플랜지부(110)는 디스크-형상이고, 상기 플랜지부(110)의 외주를 동일한 부분들로 분할하도록 구멍(111)들이 형성되어 있다. 상기 구멍(111)들의 개수 및 형태는 도 5 및 도 6에 도시된 것에 국한되는 것은 아님에 유의한다. 상기 구멍(111)들은 상기 플랜지부(110)의 외주를 동일하지 않은 부분들로 분할하도록 형성될 수도 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(120h)는 상기 차동 케이스(120)의 우측과 좌측 각각에 형성되어 있다. 상기 출력부(130)는 프로펠러 샤프트를 통해 후방 차륜에 연결되어 있다. 구동 샤프트는 상기 출력부(130)에 삽입되고, 상기 구동 샤프트 및 상기 출력부(130)는 상대적인 회전차에 의해 회전될 수 있다. 또한, 또다른 구동 샤프트가 상기 돌출부(150)에 삽입된다. 사이드 기어는 이들 구동 샤프트 각각에 연결된다.

도 7 내지 도 10은 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 사시도이다. 도 7 내지 도 10을 참조하면, 상기 차동 케이스(120)는 원통형 돌출부(150); 구동력이 입력되는 디스크형 플랜지부(110); 및 상기 돌출부(150)에 대향하여 위치하는 상기 차동 케이스(120)의 단부에 제공되어 있는 출력부(130)를 포함한다. 상기 차동 케이스(120)는 상기 돌출부(150) 및 상기 출력부(130)와 연통되는 내부 공간(120i)을 형성한다. 상기 내부 공간과 외부 사이의 연통을 허용하기 위한 개구부(120h)가 상기 차동 케이스(120)의 측면에 형성되어 있다. 상기 피니언 샤프트를 삽입하기 위한 구멍(125)은 상기 개구부(120h)의 위치와 상이한 위치에 형성되어 있다.

도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛의 단면도이다. 도 11을 참조하면, 동력을 분할하는 피니언(143); 상기 피니언(143)을 지지하는 피니언 샤프트(141); 상기 피니언 샤프트(141)를 위치시키는 핀(142); 및 상기 피니언(143)과 기어 결합되는 쌍으로 된 사이드 기어(144)들이 상기 내부 공간(120i)에 제공되어 있다. 도 11에서, 상기 사이드 기어(144)에 등속 조인트가 제공되어 있지 않다는 점에 유의한다. 하지만, 등속 조인트의 요소가 상기 사이드 기어(144)에 일체형으로 제공될 수도 있다.

상기 사이드 기어(144)는 상기 구동 샤프트에 연결되고, 상기 사이드 기어(144)로부터의 출력이 차륜으로 전달된다. 상기 출력부(130)는 상기 프로펠러 샤프트에 연결된다. 본 실시예에서의 차동기어유닛(100)은 중앙 차동없이 4륜구동차량용 전방 차동(front differential)으로서 사용된다는 점에 유의한다.

상기 피니언 샤프트(141)는 상기 내부 공간(120i)을 관통하도록 제공된다. 상기 피니언(143)은 상기 피니언 샤프트(141)를 중심으로 회전될 수 있다. 상기 피니언 샤프트(141)는 상기 차동 케이스(120)와 함께 도 1의 화살표 R1 및 R2로 도시된 방향으로 회전될 수 있으므로, 상기 피니언(143) 또한 화살표 R1 및 R2로 도시된 방향으로 회전될 수 있다. 즉, 상기 피니언(143)은 그 축선을 중심으로, 상기 차동 케이스(120)의 중심 주위를 선회할 수 있다.

상기 피니언 샤프트(141)는 상기 핀(142)에 의해 위치된다. 상기 피니언(143) 및 상기 사이드 기어(144)는 상기 내부 공간(120i)을 형성하는 상기 차동 케이스(120)의 내면 위로 슬라이딩한다. 그러므로, 상기 차동 케이스(120)의 내면에서는, 상기 피니언(143) 및 상기 사이드 기어(144)가 슬라이딩하는 부분의 내마모성이 열처리 등에 의해 향상될 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 차동기어유닛(100)은, 그 내부에 입력되는 구동력을 제1출력과 제2출력으로 분할하여, 상기 제1출력과 상기 제2출력간의 차이를 허용한다. 상기 차동기어유닛(100)은, 내부 공간(120i)과 상기 내부 공간(120i)과 연통되는 개구부(120h)를 형성하고, 주어진 방향(화살표 R1으로 도시된 방향)과 상기 주어진 방향에 반대인 방향(화살표 R2로 도시된 방향)으로 회전될 수 있는 케이싱으로서의 역할을 하는 차동 케이스(120)를 포함한다.

상기 차동 케이스(120)는 구동력이 입력되는 입력부로서 플랜지부(110)를 포함한다. 상기 차동 케이스(120)는, 구동력이 플랜지부(110)에서 화살표 R1으로 도시된 방향으로 반복해서 입력될 때의 상기 차동 케이스(120)의 피로 수명이, 구동력이 상기 플랜지부(110)에서 화살표 R1으로 도시된 방향에 반대인 방향(화살표 R2로 도시된 방향)으로 반복해서 입력될 때의 상기 차동 케이스(120)의 피로 수명보다 더 길도록 구성된다.

화살표 R1로 도시된 방향은 차량이 전진하는 회전방향이다. 상기 차동기어유닛(100)은, 상기 내부 공간(120i)에 제공되어 구동력을 제1출력과 제2출력으로 분 할하는 분할기구로서의 역할을 하는 피니언(143); 및 상기 차동 케이스(120)와 접촉하여 상기 피니언(143)을 지지하도록 제공되는 지지부재로서의 역할을 하는 피니언 샤프트(141)를 더 포함한다. 상기 피니언 샤프트(141)는 상기 피니언(143)이 그 축선을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 피니언(143)을 지지한다. 또한, 상기 피니언 샤프트(141)는 상기 피니언(143)이 상기 차동 케이스(120)의 중심 주위로 회전하도록 할 수 있다.

상기 차동 케이스(120)는 상기 피니언 샤프트(141)과 접촉하는 것을 허용하는 지지부로서 구멍(125)을 구비한다. 피로 수명은 상기 지지부의 회전없이 상기 플랜지부(110)에 구동력을 입력하여 측정된다. 상기 차동 케이스(120)는 상기 구동력을 출력하기 위한 출력부(130)를 포함한다. 상기 피로 수명은 상기 출력부(130)의 회전없이 상기 플랜지부(110)에 구동력을 입력함으로써 측정된다. 다시 말해, 플랜지부(110)와 구멍(125) 사이의 부분의 피로 수명과 상기 플랜지부(110)와 상기 출력부(130) 사이의 부분의 피로 수명 중 하나 이상이 주어진 방향으로의 회전에 대해 길고, 상기 주어진 방향에 반대인 방향으로의 회전에 대해 짧다.

상기 차동 케이스(120)의 피로 수명은, 개구부(120h)의 형상을 회전축(100a)에 대해 비대칭으로 만듦으로써 조정된다. 또한, 상기 개구부(120h)는 각 코너부에서 둥근 형상인 직사각형이고, 인접한 코너부들의 둥근 형상들은 서로 상이하다.

본 발명에 따른 차동기어유닛(100)에 제공되는 차동 케이스(120)에 있어서, 상기 개구부(120h)의 형상은 상기 회전축(100a)에 대해 비대칭이다. 다시 말해, 사이드 기어(144) 및 피니언(143)이 차동 케이스(120)의 내부에 제공될 수 있는 개구 부(120h)가 형성되어 있는 차동 케이스(120)를 포함하는 차동기어유닛에 있어서, 상기 개구부(120h)의 형상은, 후방회전방향에 적용되는 구동력과 같은 구동력이 전방회전방향으로 차동기어유닛에 반복해서 적용될 때의 피로 수명이, 상기 후방회전방향으로 적용되는 구동력이 상기 차동기어유닛에 반복해서 적용될 때의 피로 수명보다 더 길도록 형성되어 있다.

보다 상세하게는, 상기 개구부(120h)는 그 각각의 코너부에서 둥근 형상인 직사각형이고, 상기 차동기어유닛(100)의 회전방향을 따라 서로 인접한 상기 코너부들의 둥근 형상들은 서로 상이하다. 따라서, 차동기어의 조립 성능을 유지하면서, 증가된 구동력에 필요한 피로 수명을 획득하는 것이 가능해진다. 그러므로, 상기 차동 케이스(120)의 크기가 변경될 필요가 없다. 그 결과, 상기 차동기어유닛(100)의 장착성이 향상되고, 그 중량의 증가가 억제될 수 있다. 또한, 코너부의 둥근 형상을 조정함으로써 적은 설계 변경에도 상술된 효과들이 신뢰성 있게 얻어질 수 있다.

상기 코너부들을 상세히 설명한다. 일반적으로, 인장 응력에 대한 차동 케이스(120)를 구성하는 강철의 수명은 비교적 짧고, 압축 응력에 대한 그 수명은 비교적 길다. 이에 따라, 인장 응력이 빈번하게 사용되는 회전방향(전진을 위한 회전방향)으로 생성되는 부분의 피로 수명을 보다 길게 하는 경우에는, 전체 차동 케이스의 피로 수명이 향상된다. 제1코너부(121) 및 제3코너부(123)에 있어서는, 차량이 전진할 때, 즉 구동력이 화살표 R1으로 도시된 방향으로 공급될 때 인장 응력이 생성된다. 그 결과, 상기 부분에서의 곡률 반경을 증가시킴으로써, 제1코너부(121) 및 제3코너부(123)의 강도가 증가한다. 다른 한편으로, 압축 응력이 생성되는 제2코너부(122) 및 제4코너부(124)에서는 곡률 반경이 보다 작게 된다. 따라서, 대각선 L1이 보다 길어지게 되고, 차동기어유닛이 삽입되는 공간이 얻어지게 된다.

상기 차동 케이스(120)에 있어서, 인장 응력 및 압축 응력은, 구동력이 입력되는 부분과 상기 구동력을 출력하는 부분 사이에 형성된다. 상술된 차동기어유닛이 2륜구동차량용 차동기어유닛으로서 사용되는 경우, 구동력은 플랜지부(110)로부터 입력되고, 피니언 샤프트(141)를 유지하기 위한 구멍(125)은 상기 출력 구동력을 지지한다. 그 결과, 상술된 인장 응력 및 압축 응력이 상기 플랜지부(110)와 상기 구멍(125) 사이에 생성된다. 상기 차동기어유닛은, 인장 응력이 생성되는 제1코너부(121) 및 제3코너부(123) 각각의 수명이 더욱 길게 되도록 설계된다.

상기 차동 케이스(120)의 플랜지부(110)를 회전시켜 개구부(120h)를 파손시키는데 필요한 토크를 브레이킹 토크(braking torque)라 한다. 상기 피로 수명은 플랜지부(110)에 브레이킹 토크의 40%를 입력하고, 상기 차동 케이스(120)의 소정의 부분을 고정하여, 상기 개구부(120h)가 파손될 때까지 토크가 입력된 횟수에 의해 평가된다.

상기 출력부(130)가 후방 프로펠러 샤프트에 연결되어 있는 경우, 구동력은 상기 플랜지부(110)에 입력되고, 상기 출력부(130)로부터 출력된다. 이 경우, 상기 플랜지부(110)와 상기 출력부(130) 사이에 인장 응력이 생성되는 부분의 수명은 길어지게 된다.

이렇게 구성된 본 발명에 따른 차동기어유닛에 의하면, 그 중량과 크기의 증 가가 최소화될 수 있고, 그 수명도 더욱 길어질 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스의 좌측면도이다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 차동기어유닛에 있어서, 개구부(120h)의 형상은 회전축(100a)에 대해 대칭이다. 하지만, 제2실시예에 따른 차동기어유닛은, 제2실시예에서 강도를 부분적으로 높이기 위하여 제1코너부(121)와 제3코너부(123)에 고주파열처리(induction heat treatment)가 수행된다는 점에서, 제1차동기어유닛에 따른 차동기어유닛과 상이하다. 상기 제1코너부(121) 및 상기 제3코너부(123)에 대한 열처리로는, 금속 수명을 늘리기 위한 다양한 처리, 예컨대 고주파경화 및 침탄처리가 수행될 수 있다. 또한, 물리적인 처리, 예컨대 숏 블라스팅 및 숏 피닝이 상기 제1코너부(121) 및 제3코너부(123)에 대해 수행될 수도 있다. 즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 차동기어유닛에 사용되는 차동 케이스에 있어서, 상기 차동 케이스의 피로 수명은 상기 차동 케이스의 소정의 부분에 대해 열처리를 수행함으로써 조정된다.

제2실시예의 수정된 예시로서, 다음과 같은 예시가 채택될 수 있다. 차동 케이스의 개구부(120h)가 회전축(100a)에 대해 비대칭인 제1실시예에 따른 차동기어유닛에서의 차동 케이스에 있어서, 상기 제2실시예에 기재된 열처리 또는 물리적인 처리가 상기 제1코너부(121) 및 상기 제3코너부(123)에 대해 수행될 수도 있다. 상기 차동기어유닛의 피로 수명은, 형상을 조정하여 인장 응력을 감소시킴으로써, 그리고 열처리나 물리적인 처리를 수행하여 강도를 증가시킴으로써 더욱 향상될 수 있다.

이렇게 구성된 제2실시예에 따른 차동 케이스에 있어서는, 제1실시예에 따른 차동 케이스와 동일한 효과들이 획득될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 차동기어유닛이 자동차용 구동유닛에 적용되는 다양한 경우들이 기술될 것이다. 도 13은 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 차동기어유닛이 적용되는 자동차용 구동유닛을 기술하기 위한 제1블록도이다. 도 13을 참조하면, 자동차용 구동유닛은 구동력을 생성하는 엔진(200); 상기 구동력을 상기 엔진(200)으로부터 수용하여 회전속도와 회전토크를 변경하는 변속기(300); 상기 변속기(300)로부터의 출력을 수용하여 그 속도를 추가로 변경하는 서브-변속기로서의 역할을 하는 트랜스퍼(transfer; 400); 및 상기 트랜스퍼(400)에 연결되는 전방 차동(100x)와 후방 차동(100y)을 포함한다. 상기 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 차동기어유닛은, 전방 차동(100x) 및 후방 차동(100y) 중 하나에 적용될 수 있다. 도 14는 중앙 차동이 없는 파트타임(part time) 4륜구동차량을 보여준다. 이러한 자동차에서는, 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 차동기어유닛이 사용될 수 있다.

도 14는 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예가 적용되는 자동차용 구동유닛을 기술하기 위한 제2블록도이다. 도 14에는, 변속기(300)의 동력을 분배하기 위한 중앙 차동(100z)이 제공되어 있고, 상기 중앙 차동(100z)으로부터의 출력이 전방 차동(100x) 및 후방 차동(100y)으로 전달된다. 상기 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 차동기어유닛은 상기 전방 차동(100x), 중앙 차동(100z) 및 후방 차동(100y) 중 하나 이상에 적용될 수 있다. 서브-변속기로서의 역할을 하는 트랜스퍼가 상기 중앙 차동(100z)과 상기 변속기(300) 사이에 제공될 수도 있다. 도 14의 구동유닛은 풀타임(full time) 4륜구동차량용 구동유닛이다. 본 발명에 따른 차동기어유닛은 이러한 풀타임 4륜구동차량에 제공될 수 있다.

도 15는 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 차동기어유닛이 적용되는 자동차용 구동유닛을 기술하기 위한 제3블록도이다. 도 15를 참조하면, 상기 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 차동기어유닛이 적용되는 자동차용 구동유닛은, 중앙 차동이 도 15의 자동차용 구동유닛에서 생략된다는 점에서, 상기 제2블록도에 도시된 자동차용 구동유닛과 상이하다. 즉, 변속기(300)로부터의 출력은 상기 중앙 차동을 이용하지 않고도 전방 차동(100x) 및 후방 차동(100y)으로 분배된다. 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 차동기어유닛은 상기 전방 차동(100x) 및 상기 후방 차동(100y) 중 하나 이상에 적용될 수 있다. 상기 전방 차동(100x) 및 상기 후방 차동(100y) 사이의 회전차를 흡수하기 위한 점성 커플링이 제공될 수도 있다. 이제까지 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 차동기어유닛은 단순화된 4륜구동차량에 적용될 수 있다.

지금까지, 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 차동기어유닛 및 상기 차동기어유닛을 포함하는 구동유닛이 제공된 차량이 기술되었다. 한편, 상기 차동기어유닛 및 상기 구동유닛은 여러 수정된 실시예들로 실현될 수 있다. 우선, 상기 차동기어유닛은 자동차의 전륜과 후륜용 차동기어유닛으로서 뿐만 아니라, 4륜구동차량이나 6륜구동차량용 중앙 차동으로서 사용될 수도 있다. 또한, 상기 차동기어유닛은 동력원으로 가솔린 엔진을 사용하는 자동차에 뿐만 아니라, 동력으로 가솔린과 전력을 사용하는 하이브리드 자동차 또는 연료전지차량에도 적용될 수 있다.

지금까지는, 본 발명이 차량용 차동기어유닛에 적용되는 경우에 관하여 기술하였다. 하지만, 본 발명이 적용되는 차동기어유닛은 차량용 차동기어유닛에만 국한되는 것은 아니다. 본 발명은 한 회전방향을 이용하는 빈도와 또다른 회전방향을 이용하는 빈도가 차동기어유닛에서 다른 한, 여하한의 타입의 차동기어유닛에도 적용될 수 있다.

본 발명은 자동차용 차동기어유닛 및 다른 분야에서 사용되는 차동기어유닛에도 적용될 수 있다.

Claims (14)

1. 입력 구동력을 제1출력과 제2출력으로 분할하여 상기 제1출력의 회전속도와 상기 제2출력의 회전속도간의 차이를 허용하고, 내부 공간(120i) 및 상기 내부공간(120i)과 연통되어 있는 개구부(120h)를 형성하여 주어진 회전방향(R1)과 상기 주어진 회전방향과 반대인 회전방향(R2)으로 회전가능한 케이싱(120)을 포함하되, 상기 케이싱(120)은 상기 구동력이 입력되는 입력부(110)를 포함하는 차동기어유닛(100)에 있어서,

   상기 케이싱(120)은, 상기 구동력이 상기 입력부(110)에서 상기 주어진 회전방향(R1)으로 반복해서 입력될 때의 상기 케이싱(120)의 피로 수명이, 상기 구동력이 상기 입력부(110)에서 상기 주어진 회전방향과 반대인 회전방향(R2)으로 반복해서 입력될 때의 상기 케이싱(120)의 피로 수명보다 더 길며,

   상기 주어진 회전방향(R1)으로의 회전은 상기 케이싱(120)의 길이 방향 축 주위로의 회전이고,

   상기 내부 공간(120i) 내에 제공되어 구동력을 제1 출력과 제2 출력으로 분할하는 분할 기구와, 상기 케이싱(120)과 접촉하고 상기 분할 기구를 지지하기 위한 지지부재를 더 포함하고,

   상기 분할기구는 피니언(143)을 포함하고, 상기 지지부재는 상기 피니언(143)을 지지하는 피니언 샤프트(141)를 포함하여, 상기 피니언이 그 축을 중심으로 회전할 수 있고 상기 피니언(143)이 상기 케이싱(120)의 중심 주위를 회전할 수 있도록 하며,

   상기 케이싱(120)의 피로 수명은, 상기 개구부(120h)의 형상을 상기 케이싱(120)의 회전축에 대하여 비대칭으로 만듦으로써 조정되고,

   상기 개구부(120h)는 각각의 코너부(121, 122, 123, 124)가 둥근 형상을 갖춰 기본적으로 타원의 형상을 하며, 인접한 상기 코너부(121, 122, 123, 124)들의 둥근 형상들은 서로 상이하고,

   상기 구동력이 상기 주어진 회전방향(R1)으로 입력될 때 인장응력이 생성되는 상기 개구부(120h)의 코너부(121, 123)의 둥근 형상의 곡률반경은, 상기 구동력이 상기 주어진 회전방향(R1)으로 입력될 때 압축응력이 생성되는 상기 개구부(120h)의 코너부(122, 124)의 둥근 형상의 곡률반경보다 더 크고,

   상기 케이싱(120)의 피로 수명은 상기 케이싱(120)의 상기 개구부(120h)의 코너부(121, 122, 123, 124)에 대해 열처리를 수행함으로써 조절되며,

   상기 열 처리는 구동력이 주어진 회전 방향(R1)으로 입력될 때 인장 응력이 발생하는 상기 케이싱(120)의 상기 개구부(120h)의 코너부(121, 123)에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 차동기어유닛.
2. 제1항에 있어서,

   상기 케이싱(120)은 상기 지지부재와 접촉하는 지지부를 포함하고, 상기 피로 수명은 상기 지지부의 회전없이 상기 구동력을 상기 입력부(110)에 입력함으로써 측정되는 것을 특징으로 하는 차동기어유닛.
3. 제2항에 있어서,

   상기 케이싱(120)은 상기 지지부의 위치와 다른 위치에 제공되는 출력부(130)를 포함하고, 상기 피로 수명은 상기 출력부의 회전없이 상기 구동력을 상기 입력부(110)에 입력함으로써 측정되는 것을 특징으로 하는 차동기어유닛
4. 제1항에 있어서,

   상기 열처리는 고주파경화(induction hardening) 및 침탄처리(carburizing treatment) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동기어유닛.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 케이싱(120)의 피로 수명은 숏 블라스팅(shot blasting) 및 숏 피닝(shot peening) 중 하나 이상을 포함하는 처리를 상기 케이싱(120)의 상기 개구부(120h)의 코너부(121, 122, 123, 124)에 대해 수행함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 차동기어유닛.
6. 제5항에 있어서,

   상기 숏 블라스팅(shot blasting) 및 숏 피닝(shot peening) 중 하나 이상을 포함하는 처리는, 상기 구동력이 상기 주어진 회전방향(R1)으로 입력될 때 인장응력이 생성되는 상기 케이싱(120)의 상기 개구부(120h)의 코너부(121, 123)에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 차동기어유닛.
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