KR100945099B1 - Electronically actuated locking differential - Google Patents
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Abstract
제1작동판(59) 및 제2작동판(63)의 상대적 회전이 제1출력 기어(25)를 향해 제1작동판(59)의 축방향 이동을 야기시키게 되는 상기 제1작동판(59) 및 제2작동판 (63)을 포함하는 캠 및 램프 액추에이터(cam and ramp actuator)(55)와, 상기 제1출력 기어(25)를 포함하는 차동 기어 메커니즘을 제공한다. 상기 메커니즘은 기어 케이스(11)에 대하여 제2작동판(63)의 회전을 야기시키도록 동작하는 전자(電磁) 액추에이터(57)를 포함한다. 양(兩) 작동판(59, 63)은 기어 케이스의 단부(端部) 벽 (53) 외부에 배치되어 있으며, 제1작동판(59)은 단부 벽의 개구(81)를 통해 축방향으로 연장되는 다수의 작동 부재(85)를 갖추고 있다. 로킹 판(locking plate)(41)은 제1출력 기어(25)에 인접하여 배치되어서, 기어 케이스에 대해 회전할 수 없게 고정되어 있으나, 그 내부에서 축방향으로 이동할 수 있다. 상기 출력 기어(25)는 톱니 (39)의 배열을 형성하며, 로킹 판(41)은 상기 톱니를 수용하기에 적합한 다수의 오목부(43)를 형성하여서, 캠 및 램프 액추에이터(55)와 작동 부재(85)가 로킹 판을 로킹된 위치(locked position)(도 4)로 이동시킬 때마다, 출력 기어에 대해 로킹 판을 로킹시킨다. The first operation plate 59 in which the relative rotation of the first operation plate 59 and the second operation plate 63 causes an axial movement of the first operation plate 59 toward the first output gear 25. ) And a differential gear mechanism including a cam and ramp actuator 55 comprising a second operating plate 63 and the first output gear 25. The mechanism includes an electronic actuator 57 that operates to cause rotation of the second operating plate 63 relative to the gear case 11. Both operating plates 59 and 63 are disposed outside the end wall 53 of the gear case, and the first operating plate 59 is axially through the opening 81 in the end wall. It is equipped with a plurality of actuating members 85 that extend. The locking plate 41 is disposed adjacent to the first output gear 25 and fixed to the gear case so as not to rotate, but can move in the axial direction therein. The output gear 25 forms an arrangement of teeth 39, and the locking plate 41 forms a plurality of recesses 43 suitable for receiving the teeth, so as to operate with the cam and lamp actuator 55. Each time member 85 moves the locking plate to the locked position (FIG. 4), the locking plate is locked against the output gear.
Description
도 1은 본 발명의 지침에 따라서 제조한, 작동되지 않아서 로킹되지 않은 상태의 자동 차동 잠금 장치의 축방향 단면도.1 is an axial cross-sectional view of an automatic differential locking device in an inactive, non-locked state, manufactured according to the guidelines of the present invention.
도 2는 도 1과 유사하나 도 1의 면(面)과는 상이한 면에서 본, 확대된 부분 축방향 단면도.FIG. 2 is an enlarged partial axial cross-sectional view similar to FIG. 1 but seen from a plane different from that of FIG.
도 3은 본 발명의 하나의 특징을 나타내는 본 발명의 로킹 판의 사시도.3 is a perspective view of a locking plate of the present invention showing one feature of the present invention;
도 4는 작동되어, 로킹된 상태의, 볼 램프(ball ramp) 액추에이터와 사이드 기어(side gear) 및 로킹 판을 나타내는 다소 개략적인 더욱 확대된 부분 축방향 단면도.4 is a more schematic partial enlarged partial axial cross-sectional view showing a ball ramp actuator and side gear and locking plate in an activated, locked state;
도 5는 도 2와 유사하나 본 발명의 또 다른 실시형태를 나타내는 확대된 부분 축방향 단면도.FIG. 5 is an enlarged partial axial cross-sectional view similar to FIG. 2 but showing yet another embodiment of the present invention. FIG.
도 6은 도 5에 나타낸 또 다른 실시형태를 도 5의 면과는 상이한 면에서 본, 확대된 부분 축방향 단면도.FIG. 6 is an enlarged partial axial cross-sectional view of another embodiment shown in FIG. 5 from a side different from that in FIG. 5; FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11 : 기어 케이스 13 : 기어 챔버 11: gear case 13: gear chamber
15 : 플랜지 17 : 피니언 기어
15
19 : 피니언 축 20 : 스냅 링 19: pinion shaft 20: snap ring
23, 25 : 사이드 기어 27, 29 : 스플라인(spline) 23, 25:
31, 33 : 허브(hub) 부분 37 : 회전 제한 메커니즘 31, 33 hub portion 37: rotation limiting mechanism
41 : 로킹 판 43 : 오목부 41: locking plate 43: recess
45 : 귀(ear; 돌출부) 47 : 절개부 45 ear (protrusion) 47: incision
49 : 지지 부재 51 : 스프링 49
55 : 볼 램프 액추에이터 57 : 전자 액추에이터 55: ball lamp actuator 57: electronic actuator
59, 63 : 작동판 65 : 보존ㆍ유지 어셈블리59, 63: operating plate 65: preservation and maintenance assembly
67 : 캠 볼(cam ball) 71 : 전자 코일 67: cam ball 71: electronic coil
73 : 코일 하우징 77 : 스페이서 판(spacer plate) 73
79 : 마찰 재료층 85 : 작동 핀(pin)79: friction material layer 85: working pin
89. 91 : 표면 93, 95 : 램프 표면89. 91:
101 : 부싱 부재 103 : 보어(bore)101: bushing member 103: bore
105 : 내부 표면 107 : 로킹 부분105: inner surface 107: locking portion
109 : 오목부109: recess
본 출원은 "Electronically Actuated Locking Differential"에 대하여 로스 케이. 치들(Ross K. Cheadle) 및 조셉 에프. 로지에크(Joseph F. Rosiek)의 명의로 2000년 1월 18일 출원한 동시 계속 출원 미합중국 제09/484,160호의 일부 계속 출원(CIP) 이다.This application is for the "Electronically Actuated Locking Differential". Ross K. Cheadle and Joseph F. Concurrent Filed Application No. 09 / 484,160, filed CIP, filed Jan. 18, 2000, in the name of Joseph F. Rosiek.
본 발명은 견인 개량 차동 장치(traction modifying differentials), 및 더욱 상세하게는 전기 입력 신호에 응답하여 차동 기어 장치가 로킹될 수도 있는 타입의 차동 장치에 관한 것이다.The present invention relates to traction modifying differentials, and more particularly to a differential device of the type in which the differential gear device may be locked in response to an electrical input signal.
본 발명에 관련된 타입의 견인 개량 차동 장치는 통상적으로 기어 챔버(gear chamber)를 형성하는 기어 케이스(gear case), 및 기어 케이스 내부에 배치되면서, 최소한 하나의 입력 피니언 기어(pinion gear)와 1쌍의 출력 사이드 기어를 포함하는 차동 기어 세트를 포함한다. 클러치 팩(clutch pack)은 통상적으로 최소한 하나의 사이드 기어와 기어 케이스의 인접 표면과의 사이에 배치되어서, 기어 케이스와 하나의 사이드 기어와의 사이의 상대적인 회전을 제한하도록 클러치 팩을 조작할 수 있다. 설명된 타입의 대부분의 차동 장치에서, 클러치 팩의 맞물림은 몇 가지의 상이한 방법 중 하나로써 실행한다.A traction improved differential of the type related to the present invention is typically a gear case forming a gear chamber, and a pair of at least one input pinion gear disposed inside the gear case. The differential gear set includes an output side gear. A clutch pack is typically disposed between at least one side gear and an adjacent surface of the gear case, so that the clutch pack can be manipulated to limit the relative rotation between the gear case and one side gear. . In most differentials of the type described, the engagement of the clutch pack is performed in one of several different ways.
한 가지 방법으로서, 본 발명의 양수인에게 양도 되고, 또한 여기에 참조로서 포함된, 미합중국 특허 제Re 28,004호에 예시되어 기재된 형의 "자동 차동 잠금 장치(locking differential)"에서, 클러치 팩은 통상적으로 맞물림 해제되어 있다. 하나의 차륜(車輪)이 다른 하나의 차륜에 대하여 제어를 벗어나서 스핀(spin)하기 시작할 때, 속도 검출 메커니즘은 속도 차(差)를 검출하고, 램핑(ramping) 메커니즘으로써, 클러치 팩을 견고하게 로킹한다. 이후, 차동 장치의 양(兩) 출력부는 동일한 속도로 회전한다.As one method, in a "locking differential" of the type described and exemplified in US Patent No. Re 28,004, which is assigned to the assignee of the present invention and also incorporated herein by reference, the clutch pack is typically Disengagement When one wheel begins to spin out of control with respect to the other wheel, the speed detection mechanism detects the speed difference and, as a ramping mechanism, firmly locks the clutch pack. do. The positive output of the differential then rotates at the same speed.
본 발명의 양수인에게 또한 양도 되고 여기에 참조로서 포함된, 미합중국 특허 제5,019,021호는 또 하나의 방법으로서, 클러치 팩에 걸리는 부하가 외부의 전기적 입력 신호에 응답하여 변동되어서, 클러치 팩 내의 슬립(slip) 량을 변동시킴으로써, 하나의 사이드 기어로부터 다른 하나의 사이드 기어로 전달되는 편향 토크 량을 변동시키는 "슬립 제한 차동 장치(limited slip differential)"를 개시한다. 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 슬립 제한 차동 장치에서, 차량이 최적의 견인 조건 이하에 있을 때는 언제나 2개의 사이드 기어 사이에는 통상적으로 특정량의 "슬립" 또는 속도 차가 있다. U. S. Patent No. 5,019, 021, also assigned to the assignee of the present invention and incorporated herein by reference, provides yet another method, wherein the load on the clutch pack is varied in response to an external electrical input signal, thereby causing a slip in the clutch pack. By varying the amount of force), a " limited slip differential " is disclosed which varies the amount of deflection torque transmitted from one side gear to another side gear. As is well known to those skilled in the art, in slip limited differentials there is usually a certain amount of "slip" or speed difference between the two side gears whenever the vehicle is below optimal traction conditions.
상기의 참조 특허들에 나타낸 형의 슬립 제한 차동 장치 및 자동 차동 잠금 장치의 성능은 대체로, 매우 만족스럽지만, 특정 차량용의 경우에, 각각의 상세한 설계에 대한 특정의 불리한 점이 있다. 특히, 최소한 몇몇의 개별적인 클러치 디스크가, 연속적인 슬립 상태하에서 온도 상승에 견딜 수 있는 비교적 더욱 고급의 마찰 재료로서 구성될 때, 최소한 하나, 및 통상적으로 2개의 클러치 팩에 대한 필요성은 대체로 차동 장치의 총 비용을 증가시키게 된다.The performance of slip limiting differentials and automatic differential locking devices of the type indicated in the above referenced patents is generally very satisfactory, but in the case of certain vehicles, there are certain disadvantages to each detailed design. In particular, when at least some individual clutch discs are configured as a relatively higher friction material capable of withstanding temperature rise under continuous slip conditions, the need for at least one, and typically two clutch packs, is largely due to the Increase the total cost.
또한, 견인 개량 차동 장치를 구비하는 것이 바람직한 기존의 개방식 차동 장치 대체에 대한 차량 교체 적용 수요가 많지만, 주변 구조의 완전한 재설계를 회피하기 위해서, 견인 개량 차동 장치는 개방식 차동 장치가 현재 점유하고 있는 동일한 공간 내에 설치되어야 한다. 이러한 조건에서, 기존의 차동 장치 케이스 내에, 하나 또는 2개의 클러치 팩을 추가하는 것은 피니언 기어와 사이드 기어의 재설계, 및 이것들의 크기 축소 없이는 불가능하고, 이것은 통상적으로 실현성이 없 다. In addition, although there is a great demand for vehicle replacement applications to replace existing open differentials where it is desirable to have a traction retrofit differential, to avoid a complete redesign of the surrounding structure, the traction retrofit differential is currently occupied by open differentials. It must be installed in the same space. Under these conditions, adding one or two clutch packs into an existing differential case is not possible without redesigning the pinion gear and side gear, and reducing their size, which is typically not practical.
상기에 언급한 차동 장치의 불리한 점을 극복하기 위하여, 본 발명의 양수인은 본 출원의 모출원에 동시 계속 출원인 초기 출원에 기재된, 개선된 자동 차동 잠금 장치를 개발하였고, 초기 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되고, 또한 여기에 참조로서 포함된, "Electronically Actuated Locking Differential"에 대한 미합중국 특허 제6,083,134호로서 현재 발표되었다. 상기 특허의 장치에서, 전자(電磁) 코일은 하나의 램프 판(ramp plate)이 차동 장치 케이스의 외측에 배치되고 또 하나의 램프 판이 차동 장치 케이스의 내측에 배치되어 있는 볼 램프(ball ramp) 액추에이터의 램핑을 시작하게 한다. 차동 장치 케이스의 단부(端部) 벽의 약간 큰 크기의 개구에 배치되어서, 2개의 램프 판을 맞물리는 1 세트의 볼(ball)이 있다. 차동 장치 케이스 내에 배치된 램프 판에는 1 세트의 톱니가 형성되어 있고, 볼 램프 액추에이터가 자체의 정상적인, 중심 위치의 상태로부터 램프 상태로 변위될 때마다, 이 1 세트의 톱니는 인접하는 사이드 기어에 형성되어서 짝을 이루는 톱니 세트를 맞물도록 배치되어 있다.In order to overcome the disadvantages of the above-mentioned differential device, the assignee of the present invention has developed an improved automatic differential locking device, which is described in the initial application of the applicant, which is concurrently filed with the applicant of the present application, the initial patent being the assignee of the present invention. Currently published as US Pat. No. 6,083,134 for "Electronically Actuated Locking Differential," which is hereby incorporated by reference and incorporated herein by reference. In the device of the patent, the electronic coil has a ball ramp actuator in which one lamp plate is disposed outside the differential case and another lamp plate is disposed inside the differential case. Let's start ramping. There is a set of balls arranged in a slightly larger opening in the end wall of the differential case, which engages two lamp plates. The lamp plate disposed in the differential case is formed with a set of teeth, and whenever the ball lamp actuator is displaced from its normal, centered position to the lamp state, this set of teeth is connected to an adjacent side gear. Formed and arranged to engage a pair of paired teeth.
상기 특허의 차동 장치는 외부 전기 신호에 응답하여 작동될 수 있고, 또한 매우 신속하게 맞물리거나 또는 맞물림 해제될 수도 있으며, 매우 콤팩트한 개선된 자동 차동 잠금 장치를 제공하지만, 특정 차량 적용의 경우에 상기 장치는 주로 차동 장치 케이스에 대하여, 및 더욱 상세하게는 볼 램프 액추에이터의 볼을 위한 절개부를 갖는 단부 벽에 대하여, 충분한 강도를 갖고 있지 않다.The patented differential device can be actuated in response to an external electrical signal and can also be engaged or disengaged very quickly, providing an improved automatic differential lock that is very compact, but for certain vehicle applications The device does not have sufficient strength mainly for the differential case, and more particularly for the end wall with cutouts for the ball of the ball lamp actuator.
자동 차동 잠금 장치에 관한 공통적인 문제의 하나는 로킹 상태가 더 이상 필요하지 않을 때, 차동 장치가 로킹 상태로부터 "맞물림 해제"를 할 수 없는 것이었다. 통상적으로, 자동 차동 잠금 장치는 단지 토크(torque) 역전(逆轉) 등의 사건에 응답해서만 맞물림 해제될 수 있었다.One common problem with automatic differential locks was that the differential could not "unengage" from the locked state when the locked state was no longer needed. Typically, the automatic differential lock could only be disengaged in response to an event such as a torque reversal.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 인용 특허에 기재된 일반 형(型)이지만, 개선된 전체 강도(强度) 및 토크 전달 능력을 갖는 더욱 개선된 자동 차동 잠금 장치를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a further improved automatic differential locking device which is of the general type described in the above cited patents but with improved overall strength and torque transmission capability.
본 발명의 더욱 명확한 목적은 볼 램프 액추에이터의 존재에 의해서 필요하게 되는 차동 장치 케이스 단부 벽의 어떠한 절개부의 크기도 충분히 감소시킴으로써 상기 목적을 달성하는 개선된 자동 차동 잠금 장치를 제공하는 것이다.A more clear object of the present invention is to provide an improved automatic differential locking device which achieves this object by sufficiently reducing the size of any cutout of the differential case end wall required by the presence of a ball lamp actuator.
본 발명의 관련 목적은 전기 입력 신호에 응답하여 로킹할 수 있는 개선된 자동 차동 잠금 장치를 제공하는 것이다.A related object of the present invention is to provide an improved automatic differential locking device capable of locking in response to an electrical input signal.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적은 회전 축을 형성하는 기어 케이스, 및 기어 챔버를 포함하는 차동 기어 메커니즘을 구성함으로써 달성된다. 차동 장치는 기어 챔버 내에 배치되고, 최소한 하나의 입력 기어와, 제1 및 제2출력 기어를 포함한다. 상기 메커니즘은 기어 케이스에 대한 제1출력 기어의 회전을 제한하여 함께 공동 회전하도록 조작할 수 있는 수단을 포함한다. 상기 메커니즘은 또한, 회전 제한 수단용 작동 수단을 포함하고, 상기 작동 수단은 캠 및 램프 타입 액추에이터를 포함하는 제1 및 제2작동판을 포함하며, 또한 작동되지 않은 상태로부터 작동된 상태로의 제1 및 제2작동판의 상대적인 회전은 회전 제한 수단을 맞물리는 상태로 이동시키기에 효과적이다. 작동되지 않은 상태에서, 제2작동판은 기어 케이스와 함께 회전하도록 배치되고, 전자 액추에이터는 제2작동판에 인접하여 배치되어서, 전기 입력 신호에 응답하여, 기어 케이스에 대하여 제2작동판을 회전하게 하도록 조작할 수 있다.The above and other objects of the present invention are achieved by constructing a differential gear mechanism including a gear case forming a rotating shaft, and a gear chamber. The differential device is disposed in the gear chamber and includes at least one input gear and first and second output gears. The mechanism includes means operable to limit rotation of the first output gear relative to the gear case and co-rotate together. The mechanism also includes an actuating means for rotation limiting means, the actuating means comprising first and second actuating plates comprising a cam and a lamp type actuator, the actuating means also being operated from an inoperative state to an actuated state. The relative rotation of the first and second operating plates is effective to move the rotation limiting means into engagement. In the non-operated state, the second operating plate is arranged to rotate with the gear case, and the electromagnetic actuator is arranged adjacent to the second operating plate, in response to the electrical input signal, to rotate the second operating plate relative to the gear case. Can be manipulated to
개선된 차동 장치 수단은 기어 케이스 단부 벽의 외부에 배치되는 제1 및 제2작동판을 특징으로 하고, 제1작동판은 단부 벽을 향하여 축 방향으로 이동할 수 있으며 또한 단부 벽의 대응 개구를 통하여 축 방향으로 연장되는 다수의 작동 부재에 결합된다. 회전 제한 수단은 제1출력 기어와 함께 회전하도록 고정된 로킹 부분을 포함한다. 로킹 부분 및 다수의 작동 부재는 협동하여, 제1작동판이 단부 벽을 향하여 이동할 때, 제1출력 기어를 기어 케이스에 대하여 회전할 수 없는 로킹된 위치에 로킹하고, 제1출력 기어에 대하여 로킹된 위치를 향하여 작동 부재를 이동시키는 수단을 제공한다.The improved differential means is characterized by first and second operating plates disposed outside of the gear case end wall, the first operating plate being axially movable towards the end wall and through a corresponding opening in the end wall. It is coupled to a plurality of operating members extending in the axial direction. The rotation limiting means comprise a locking portion fixed to rotate with the first output gear. The locking portion and the plurality of actuating members cooperate to lock the first output gear in a locked position that cannot rotate relative to the gear case when the first actuating plate moves towards the end wall, and locked against the first output gear. Provided is a means for moving the actuation member towards the position.
본 발명을 한정하려고 하는 것이 아닌, 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 내용을 포함하는 자동 차동 잠금 장치의 축방향 단면도이다. 상기의 참조 특허들을 참조로 하여 도 1에 나타낸 일반형 차동 장치의 구조 및 동작을 더욱 잘 이해할 수 있다.Referring to the drawings, which are not intended to limit the present invention, FIG. 1 is an axial cross-sectional view of an automatic differential locking device incorporating the teachings of the present invention. The structure and operation of the general differential device shown in FIG. 1 can be better understood with reference to the above referenced patents.
도 1에 나타낸 차동 기어 메커니즘(자동 차동 잠금 장치)은 대체로 (13)으로 표시된 기어 챔버를 형성하는 기어 케이스(11)를 포함한다. 단지 예로서 든, 제1실시형태에서, 기어 케이스(11)는 실제적으로, 통상 볼트로써 함께 조여지는 별개로 된 2개의 케이스 부분(도면에 나타내지 않음)을 포함한다. 차동 장치에의 토크 입력은 통상적으로, 다수의 볼트(도면에 나타내지 않음) 등, 어떠한 적절한 수단에 의해서 기어 케이스(11)의 플랜지(flange)(15)에 부착될 수도 있는 입력 링 기어 (ring gear)(도면에 나타내지 않음)에 의해서 이루어진다.The differential gear mechanism (automatic differential locking device) shown in FIG. 1 includes a
기어 챔버(13)에는 피니언 축(19)에 회전할 수 있게 장착된 1쌍의 입력 피니언 기어(17)를 포함하는 차동 기어 세트가 배치되어 있다. 통상적으로, 피니언 축(19)은 로킹 핀(locking pin)(도면에 나타내지 않음) 또는 스냅 링(snap ring) (20)(도 2를 볼 것) 등, 어떠한 적절한 수단에 의해서 기어 케이스(11)에 대하여 고정된다. 피니언 기어(17)는 차동 기어 세트의 입력 기어를 구성하고, 1쌍의 사이드 기어(23 및 25)에 맞물려 있다. 사이드 기어(23 및 25)는 각각 내측의 직선형 스플라인(spline)(27 및 29)을 형성하고, 이 스플라인은 이 스플라인과 짝을 이루는 1쌍의 차축(車軸)(도면에 나타내지 않음)의 외측 스플라인과 스플라인 결합되기에 적합하다. 기어 케이스(11)는 차동 장치 메커니즘을 외측의 차동 장치 하우징(도면에 나타내지 않음)에 대하여 회전할 수 있게 지지하는 데에 사용되는 1쌍의 베어링 세트(도면에 나타내지 않음)가 장착될 수도 있는 환상(環狀)의 허브(hub) 부분(31 및 33)을 포함한다.The
당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 차량이 정상적으로 직진 운행하는 동안에는 좌측 및 우측 사이드 기어(23 및 25) 사이에는 아무런 차동(差動)이 발생하지 않고, 따라서 피니언 기어(17)는 피니언 축(19)에 대하여 회전하지 않는다. 기어 케이스(11), 피니언 기어(17) 및 사이드 기어(23 및 25)는 모두 회전 축(A)의 주위를 고정 장치로서 회전한다.As is well known to those skilled in the art, no differential occurs between the left and right side gears 23 and 25 during normal straight running of the vehicle, so that the
본 발명의 자동 차동 잠금 장치는 몇 가지의 모드 중 어느 하나의 모드로 동작될 수도 있는 것을 이해하여야 한다. 차동 장치는 수동으로 동작될 수도 있다. 즉, 운전자는 차량이 움직이기 시작한 거의 바로 직후에 차동 장치가 로크 모드 (locked mode)로 동작하도록 로크 모드를 수동으로 선택할 수 있다. 또 다른 방법으로는 자동 차동 잠금 장치는 예를 드는 것 뿐이지만, 차량 마이크로프로세서가 초기의 차륜 슬립 등, 동작 상태를 검출하여, 기어 케이스(11)에 대하여 사이드 기어(25)를 로킹하는 적절한 전기 입력 신호를 자동 차동 잠금 장치에 전송해서, 어떠한 추가적인 차동도 방지하는 자동 모드로 동작할 수도 있다.It should be understood that the automatic differential locking device of the present invention may be operated in any of several modes. The differential device may be operated manually. That is, the driver can manually select the lock mode so that the differential operates in the locked mode almost immediately after the vehicle starts to move. Alternatively, the automatic differential lock is merely an example, but the vehicle microprocessor detects an operating state, such as initial wheel slip, to lock the
자동 차동 잠금 장치의 자동 작동의 경우에, 차량이 회전할 때 또는 타이어의 크기에 약간의 차이가 있을 때 등, 특정의 운행 조건하에서는 사이드 기어(23 및 25) 간에 일어나는 어느 정도의 차동 동작이 허용되는 것을 이해할 것이다. 그러나, 본 발명의 중요한 특징에 따라서, 도 1의 자동 차동 잠금 장치는 다만 차동 동작을 중지시키거나 제한하는 어떠한 클러치 팩 또는 어떠한 기타의 메커니즘도 포함하지 않고, 대신에, 작동되지 않은 "개방식 차동" 모드 또는 작동된 로크 모드 중 어느 하나로 동작한다. In the case of automatic operation of the automatic differential lock, some differential operation between the side gears 23 and 25 is allowed under certain driving conditions, such as when the vehicle is turning or when there is a slight difference in tire size. I will understand. However, in accordance with an important feature of the present invention, the automatic differential locking device of FIG. 1 does not include any clutch pack or any other mechanism that merely stops or restricts differential operation, but instead does not operate an "open differential". It operates in either mode or activated lock mode.
이어서, 도 2와 함께 도 1을 주로 참조하면, 본 발명의 자동 차동 잠금 장치는 기어 케이스(11) 내에 전체가 배치된, (35)로 나타낸 회전 제한 메커니즘을 포함하고 있다. 자동 차동 잠금 장치는 또한 기어 케이스(11) 외부에 모두가 배치된, (37)로 나타낸 작동 메커니즘을 포함하며, 이것을 이후에 더욱 상세하게 설명한다.Subsequently, referring primarily to FIG. 1 in conjunction with FIG. 2, the automatic differential locking device of the present invention includes a rotation limiting mechanism, indicated at 35, which is entirely disposed within the
또한, 도 2를 주로 참조하면, 회전 제한 메커니즘(37)은 환상으로 배열된, 즉, 회전 축(A) 주위에 환상으로 배열된 기어 톱니(39)를 포함하는 사이드 기어 (25)를 포함한다. 이후에 본 발명의 또 다른 실시형태에 관하여 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 기어 톱니가 바람직하지만, 특정한 모양 또는 형의 톱니가 본 발명의 중요한 특징은 아니고, 실제로는 본 발명의 범위 내에 톱니 이외의 수단이 사용될 수 있는 것을 이해하여야 한다. 기어 톱니(39)와의 맞물림이 해제된, 도 1과 도 2 모두에 나타낸 환상의 로킹 판(41)(또한 도3을 참조할 것)이 기어 톱니(39)에 직접 인접하여 직면하도록 배치되어 있다. 도 3에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 환상의 로킹 판(41)은 로킹 판(41)의 축방향 두께를 통하여 도중까지만 연장되는 다수의 오목부(43)를 포함한다.Referring also mainly to FIG. 2, the
로킹 판(41)은 한 세트의 귀(ear; 돌출부)(45)(도 1과 도 3에만 나타냄)를 포함하고 있다. 귀(45)는 로킹 판(41)이 기어 케이스(11)에 대하여 회전할 수 없지만 축방향으로 이동할 수 있도록, 기어 케이스(11)에 의해서 형성된 대응하는 절개부(47) 내에 수용되는 것이 바람직하다.The locking
도 1을 다시 참조하면, 기어 케이스(11)는 다수의 스프링 지지 부재(49)(그 중 2개가 도 1에 도시되어 있음)를 지지하고 있다. 스프링 지지 부재(49)는 로킹 판(41)상의 4개의 귀(45)에 대응하여 4개인 것이 바람직하다. 각각의 스프링 지지 부재(49)의 우측단(도 1에서) 부근에 압축 코일 스프링(51)이 배치되어 있다. 도 1의 작동되지 않고, 로킹되지 않은 위치의 로킹 판(41)의 경우에서, 각각의 스프링(51)은 자체의 각각의 지지 부재(49)의 단부(端部)를 어느 정도 넘어서 축방 향으로 연장되어, 기어 케이스(11)의 단부 벽(53)의 인접 표면에 대항하여 로킹 판(41)에 편향력을 가한다.Referring back to FIG. 1, the
다시 도 2를 참조하면, 작동 메커니즘(37)은 2개의 서브 어셈블리, 즉, (55)로 표시되는 볼 램프 액추에이터와, (57)로 표시되는 전자 액추에이터를 포함한다. 볼 램프 액추에이터(55)는 기어 케이스(11)에 의해서 형성된 환상의 챔버(61) 내에 배치된, 환상의 내측 작동판(59)을 포함한다. 작동판(59)에 인접하여, 챔버(61)의 외측에 외측 작동판(63)이 배치되어 있고, 이 외측 작동판(63)은 보존ㆍ유지 어셈블리(65)에 의해서, 기어 케이스(11)에 대하여 축방향으로 억제된다. 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 작동판(59 및 63)은 이후에 더욱 상세하게 설명되는 램프 표면을 형성하고, 이 사이에는 여기서 캠 볼(cam ball)(67)을 포함하는 것으로 나타낸, 다수의 캠(cam) 부재가 배치되어 있다. 그러나, 여러가지의 상이한 형의 캠 부재가 사용될 수 있는 것을 이해하여야 한다. 일부 장치에서는 필요한 "램핑(ramping)" 동작이, 어떠한 캠 부재도 사이에 끼우지 않고, 단지 대응하는 램프 표면의 작용에 의해서 달성될 수도 있다.Referring again to FIG. 2, the
전자 액추에이터(57)는 (71)로 나타낸 전자(電磁) 코일을 포함하는 것이 바람직하고, 그 기능은 외측 작동판(63)에 대하여 필요로 하는 제동(制動) 토크를 가하여, 볼 램프 액추에이터(55)의 상승을 시작하게 하는 것이다. 전자 코일(71)은 환상이고, 회전 축(A)에 대하여 동심(同心)이며, 또한 주위의 차동 장치 하우징(도면에 나타내지 않음)에 대하여 고정적으로 장착되어서, 기어 케이스(11)가 코일 (71)에 대하여 회전하는 것이 바람직하다. 코일(71)은 상기 코일(71)을 3면에서 둘러싸는 환상의 코일 하우징(73)을 포함하고, 또한 코일(71)은 도 2에 개략적으로 나타낸 1쌍의 전기 리드선(75)으로써 전기 입력 신호를 수신하기에 적합하다. 전자 코일(71)은 본 발명의 양수인에게 양도되고 또한 여기에 참조로서 포함된 미합중국 특허 제5,911,643호의 지침에 따라서 제조하는 것이 바람직하다.It is preferable that the
환상의 스페이서 판(spacer plate)(77)이 코일(71)에 결합되어서, 도 2에서 코일의 좌측에 배치되고, 코일(71)과 스페이서 판(77)과의 사이에는 본 발명의 양수인에게 양도되고 또한 여기에 참조로서 포함된 미합중국 특허 제4,700,823호의 지침에 따라서 제조된 파이롤리틱 카본(pyrolytic carbon) 마찰 재료 등, 대체로, (79)로 표시한 적절한 환상의 마찰 재료층이 배치되어 있다. 스페이서 판(77)은 자성 재료를 포함하므로, 코일(71)에 전압이 인가되면 코일(71)을 둘러싸는 자속(磁束) 통로가 스페이서 판(77)을 통과하여, 스페이서 판(77)을 마찰 재료(79)에 마찰 결합되도록 끌어당긴다. 또 다른 방법으로는 스페이서 판(77)이 마찰 재료층(79)을 맞무는 대신에, 스페이서 판(77)은 환상의 코일 하우징(73)의 인접 단부 표면, 즉, 반경 방향으로 외측 단부 표면 또는 반경 방향으로 내측 단부 표면 중 어느 하나, 또는 모두를 맞물 수도 있다. 스페이서 판(77)의 반경 방향 내측 표면에서, 스페이서 판(77)은 외측 작동판(63)의 외측 표면에 맞물린다. 따라서, 코일(71)에 전압이 차단되면, 스페이서 판(77)은 코일(71)에 대하여, 작동판(63)과 함께 회전하고, 이어서 기어 케이스(11)와 함께 회전한다.An
또한, 도 2와 함께, 도 4를 참조하여, 회전 제한 메커니즘의 나머지 부분, 볼 램프 액추에이터, 및 본 발명의 동작을 설명한다. 본 발명의 중요한 특징에 따 라서, 기어 케이스 단부 벽(53)에는 3개의 비교적 작은 원형 구멍(81)이 형성되고, 이에 인접해서 내측 작동판(59)에는 3개의 작은 원형 구멍(83)이 형성된다. 각각의 구멍(81)에는 작동 핀(85)이 왕복 운동을 하도록 배치되고, 각각의 핀(85)은 도 2 및 도 4의 우측단에서, 인접 구멍(83)에 압입 고정되는 감소된 직경부를 가지고 있다. 따라서, 볼 램프 액추에이터(55)의 작동 또는 램핑 중에, 내측 작동판(59)은 단부 벽(53)으로부터 이격된, 도 2에 나타낸 자체의 작동되지 않은 위치로부터, 단부 벽(53)에 가깝게 배치된, 도 4에 어느 정도 개략적으로 나타낸 자체의 작동된 위치를 향하여 이동한다.In addition, with reference to FIG. 2, with reference to FIG. 4, the rest of the rotation limiting mechanism, the ball lamp actuator, and the operation of the present invention will be described. According to an important feature of the present invention, three relatively small
그러나, 기술 분야에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 하나의 목적은 단부 벽의 개구에 배치된 캠볼을 갖춘, 인용 특허 장치에서 가능한 것 보다도 더 견고한 기어 케이스를 제공하는 것이다. 도 4에서, 3개의 캠볼(67)에 대한 단부 벽(53)으로부터의 전체 절단 면적이 3개의 작동 핀(85)에 대해 필요한 것 보다 매우 큰 것을 볼 수 있을 것이다. 이것은 오목부(43)가 판(41)의 축방향 두께를 통해서 단지 일부의 방법으로 연장되는 로킹 판(41)과 상기 핀(85)의 맞물림 때문이다. 오목부(43) 후방의 로킹 판(41)의 나머지 두께는 볼 램프 액추에이터(55)가 램프업(ramp-up) 될 때, 작동 핀(85)에 의해 발생되는 축방향 힘을 견디기에 충분하여야 한다. However, as mentioned in the art, one object of the present invention is to provide a gear case that is more rigid than is possible in the cited patent device, with a camball disposed in the opening of the end wall. In FIG. 4, it can be seen that the total cutting area from the
상기에서 설명한 바와 같이, 내부 작동판(59)이 도 2 및 도 4의 좌측으로 이동함에 따라, 그러한 좌향 운동은 작동 핀(85)의 수단에 의해 로킹 판(41)으로 전달되고, 따라서 로킹 판(41)을 단부 벽(53)에 바로 인접하여 배치된 도 2에 나타낸 해제 위치로부터 단부 벽(53)에서 이격된 도 4에 나타낸 로킹된 위치로 이동시킨다. 더욱 중요하게는 로킹 판(41)이 로킹 위치를 향해 이동함에 따라, 각각의 오목부(43)는 사이드 기어(25) 상의 인접 톱니(39)와 맞물리기 시작하여, 기어 케이스(11) 및 로킹 판(41)의 연속 회전(도 4에서 "하향"으로 가정함)은 토크가 직접 사이드 기어(25)에 전달되는 결과로 되고, 사이드 기어(23, 25) 둘 모두를 기어 케이스(11)와 함께 동일 방향에서 동일 속도로 구동시킨다. As explained above, as the
다시 도 4를 참조하면, 회전 축(A)에 대해 각각의 표면이 예각으로 배치된 표면(89 및 91)에 의해 주변이 경계가 되는 각각의 오목부(43)를 볼 수 있다. 본 실시형태에서는 단지 예로서, 표면(89 및 91)은 각각 회전 축(A)에 대해 약 5도의 각도를 형성한다. 유사하게, 각각의 톱니(39)는 도 4에 나타낸 바와 같은 방향에서 사이드 기어를 구동시킬 때, 적어도 그것의 일부분에 걸쳐서, 표면(89)과 인접 톱니 측면 간의 면-대-면 맞물림이 되도록 대략 동일 각도로서 지향된 톱니 측면을 구성하고 있다. Referring again to FIG. 4, one can see each
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 각각의 작동판(59 및 63)은 바람직하게는 복합 램프 표면을 포함한다. 따라서, 각각의 작동판(59 및 63)의 각각의 램프 표면의 반(半)은 처음의 급경사 램프 표면(93) 및 말단의 완만한 램프 표면(95)을 포함한다. 본 실시형태에서는 단지 예로서, 급경사 램프 표면(도 4에서 각도 "X"로서 나타냄)은 약 12도 내지 14도의 범위 내에 있는 반면, 완만한 램프 표면(도 4에서 각도 "Y"로서 나타냄)은 약 3도 내지 5도의 범위 내에 있다.According to another feature of the invention, each operating
본 발명의 역시 또 다른 특징에 따르면, 표면(89 및 91)과 각각의 톱니(39) 측면은 코일(71)이 작동하고 있을 때, 로킹 판(41) 및 사이드 기어 톱니(39)를 맞물림 상태로 유지하기 위하여 볼 램프 액추에이터(55)가 충분한 축방향 힘을 발생시키도록 선택되며, 완만한 램프 표면의 각도 "X"와 연관되어 있다. 환언하면, 각도 "X"가 선택된 각도로부터 증가되고, 따라서 발생된 축방향 힘이 감소되면, 로킹 판(41)은 스프링(51)의 편향력에 의한 도움으로, 볼 램프 액추에이터(55)의 힘에 대항하여 톱니(39)로부터 그 자체가 필시 분리될 것이다. 따라서, 차동 장치의 결합 상태가 더 이상 필요하지 않고, 코일(71)에 대한 전압 인가가 해제되었을 때, 볼 램프 액추에이터(55)는 도 4에 나타낸 맨끝의 램프업 상태로부터 도 2에 나타낸 바와 같은 중립, 중앙 상태를 향해 이동한다. 볼 램프 액추에이터(55)에 의해 발생된 축방향 힘이 해제되는 경우, 표면(89) 및 톱니(39) 측면의 각도는 오목부(43)로부터 톱니(39)의 맞물림 해제를 야기시키고, 로킹 판(41)의 축방향 이동을 도 4에 나타낸 로킹된 위치로부터 도 2에 나타낸 맞물림 해제 위치를 향해 복귀시킨다. 따라서, 본 발명의 자동 차동 잠금 장치는 전기 입력 신호(75)가 코일(71)의 전압 인가 해제 상태에 상응할 때, 자동적으로 맞물림 해제한다(즉, 로킹 상태로부터 로킹 해제 상태로).According to still another feature of the invention, the
도 5 및 도 6을 주로 참조하면, 동일 또는 유사 요소는 동일 참조 숫자로 나타내고, 새로운 요소는 "100" 이상의 참조 숫자로 나타내는 본 발명의 대안적 실시형태를 설명한다. 전자 코일(71)은 허브 부분(33)에 인접한 기어 케이스(11)의 직경에 맞물리는 부싱(bushing) 부재(101) 주위에 배치되어 있다. 도 5에서 제일 잘 보이는 바와 같이, 기어 케이스(11)는 다수의 스프링 보어(103)를 형성하고, 각각 의 보어(103) 내에는 하나의 압축 스프링(51)이 배치되어 있으며, 이것의 기능은 볼 램프 액추에이터(55)를 도 5 및 도 6에 나타낸 중립 위치로 복귀시키는 것이다. 본 실시형태의 상이점은 로킹 판(41)이 없으며, 따라서 스프링(51)은 직접 내부 작동 판(59)에 맞물린다는 것이다. 내부 작동 판(59)은 "내부" 표면(105)(도 5의 좌측 상에)을 형성하고, 이것의 기능은 뒤에 설명한다. Referring primarily to FIGS. 5 and 6, alternative embodiments of the present invention are described in which the same or similar elements are represented by the same reference numerals and the new elements are represented by reference numerals of "100" or more. The
도 6을 참조하면, 사이드 기어(25)는 그것의 외부 주변을 향해서, 기어 케이스(11)의 단부 벽(53)에 면하는 측 상에 다수의 로킹 오목부(109)를 형성하는 플랜지와 같은 로킹 부분(107)을 포함한다. 이러한 대안적인 실시형태에서, 단지 예로서, 6개의 오목부(109)가 있으며, 각각의 오목부는 많은 형상 중 어느 하나를 가질 수 있다. 단지 예로서, 도 6의 우측에서 보았을 때, 오목부(109)는 각각이 인접 작동 핀(85)의 하나 보다 약간 큰, 원형 또는 약간 길어진 원 형상을 갖는다. 본 실시형태의 상이점은 각각의 작동 핀(85)이 로킹 판(41)에 맞물리는 대신에, 로킹 부분(107)에 맞물림으로써 직접 사이드 기어(25)에 맞물린다는 것이며, 더욱 상세하게는 각각의 핀(85)의 내부 단부(도 6의 좌측 단)가 각각의 오목부(109)로 이동함으로써 직접 사이드 기어(25)에 맞물린다는 것이다. Referring to FIG. 6, the
동작에서는 제2실시형태는 상기에서 언급한 상이점을 제하고는 사실상 제1실시형태와 동일하게 동작한다. 정상적인 동작 중에는 코일(71)은 전압이 인가되지 않은 상태에 있으며, 볼 램프 액추에이터(55)는 중립 상태로 편향력이 가해져 있고, 핀(85)은 나타낸 바와 같이 퇴거 위치에 있어서, 상기 장치는 개방식 차동 장치와 같이 동작한다. 차동 장치를 로킹할 필요가 있을 때, 코일(71)에 대해 전압이 인가되어서, 위에서 설명한 바와 같이, 볼 램프 액추에이터(55)의 작동을 야기시키고, 내부 작동판(59)을 단부 벽(53)을 향해서, 도 5 및 도 6의 좌측을 향해 이동시키게 된다. 이러한 작동판(59)의 이동은 스프링(51)의 편향력을 극복하고, 각각의 핀(85)을 해당 오목부(109)를 향해 좌측으로 이동시켜서, 로킹 부분(107) 및 사이드 기어(25)를 기어 케이스(11)에 대해 고정 상태로, 회전하지 못하게 로킹시킨다. In operation, the second embodiment operates substantially the same as the first embodiment except for the above-mentioned differences. During normal operation, the
차량이 다시 양호한 견인 상태에 있을 때와 같이, 로크 모드 운전의 필요성이 더 이상 존재하지 않을 때, 코일(71)은 다시 전압 인가 해제 되어서, 내부 및 외부 작동판(59 및 63)은 동일 속도로 다시 회전할 수 있다. 스프링(51)은 작동판(59)을 도 5에 나타낸 위치로 복귀시키고, 핀을 도 6에 나타낸, 오목부(109)로부터 후퇴한 위치로 복귀시켜서, 재차 상기 장치를 개방식 차동 장치와 같이 동작하도록 허용한다. When the need for lock mode operation no longer exists, such as when the vehicle is in good traction again, the
본 발명을 상기 명세서에서 매우 상세하게 설명하였으며, 본 발명의 각종 변경 및 변형은 본 명세서를 읽고 이해함으로써 당업자에게 명백하게 될 것으로 믿어진다. 그러한 모든 변경 및 변형은 첨부된 청구내용의 범주에 속하는 한, 본 발명에 포함되는 것으로 간주한다. While the invention has been described in detail above, it is believed that various changes and modifications of the invention will become apparent to those skilled in the art upon reading and understanding the specification. All such changes and modifications are considered to be included in the present invention as long as they fall within the scope of the appended claims.
일반형의 차동 장치이지만, 개선된 전체 강도(强度) 및 토크 전달 능력을 갖고, 볼 램프 액추에이터의 존재에 의해서 필요하게 되는 차동 장치 케이스 단부 벽의 어떠한 절개부의 크기도 충분히 감소시키며, 전기 입력 신호에 응답하여 로킹할 수 있는 개선된 자동 차동 잠금 장치를 제공한다.A typical differential device, but with improved overall strength and torque transfer capability, sufficiently reducing the size of any cutout in the differential case end wall required by the presence of a ball lamp actuator, and responding to an electrical input signal. It provides an improved automatic differential lock that can be locked.
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