KR101289498B1 - 차동 기어 메커니즘 및 이를 위한 개선된 액슬 리텐션 장치 - Google Patents

차동 기어 메커니즘 및 이를 위한 개선된 액슬 리텐션 장치 Download PDF

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Abstract

본원은 차동 기어 메커니즘(11) 및 액슬 샤프트를 위한 개선된 액슬 샤프트(53) 리텐션 장치에 관한 것이다. 이 메커니즘은 제1 내부 스플라인이 형성되는 사이드 기어(27), 제2 내부 스플라인(35S)이 형성되는 커플링(35), 및 제3 내부 스플라인(49S)이 형성되는 제로터 펌프의 로터(49)를 포함한다. 액슬 샤프트는 외부 스플라인(55)과 환형 그루브(57) 및 이 그루브 내에서 수축 및 확장될 수 있는 리텐션 링(59)을 포함한다. 링이 확장될 수 있을 때까지(도4) 제3 내부 스플라인(49S)을 통해 링을 통과시킴으로써 액슬 샤프트에 대해 힘(도3에서 "F")을 가하여 리텐션 링을 수축시켜기 전에, 조립 작업자는 외부 스플라인을 제3 내부 스플라인(49S)과 정렬시키고 나서 제2 내부 스플라인(35S)과 정렬시키고, 최종적으로 제1 내부 스플라인(27S)과 정렬시킨다. 액슬 샤프트는 리텐션 링이 제3 내부 스플라인의 인보드 단부(inboard end)(69)과 맞물림에 따라, 유지된다.
Figure R1020050065741
액슬 샤프트, 스플라인, 로터, 액슬 리텐션, 제로터 펌프

Description

차동 기어 메커니즘 및 이를 위한 개선된 액슬 리텐션 장치{DIFFERENTIAL GEAR MECHANISM AND IMPROVED AXLE RETENTION ARRANGEMENT THEREFOR}
도1은 본 발명이 사용될 수 있는 일반적인 유형의 차량 차동 기어 메커니즘의 축방향 단면도.
도2는 본 발명의 액슬 리텐션 장치가 가장 밀접하게 관계되는 차동 기어 메커니즘의 부분을 상세한 도시한 도1과 유사한 확대된 부분 축방향 단면도.
도3은 도2와 유사하지만 부분적으로 삽입된 액슬 샤프트와 더불어 도시한 더욱 확대된 부분 축방향 단면도.
도3A, 도3B, 도3C는 도3B의 선을 따라서 절취한 사시도, 정면도, 및 축방향 단면도를 포함한 본 발명의 한 양상을 포함하는 리텐션 링을 도시한 각종 도면.
도4는 도3 보다 다소 작은 크기이지만 완전 삽입된 위치에서 축방향 샤프트와 더불어 도시한 확대된 부분 축방향 단면도.
본 발명은 제한된 슬립 및 로킹 유형 차동 기어 메커니즘에 관한 것이며, 특히, (특정한 소정 조건들 하에서)장치 내의 차동화(differentiation)를 제한 또는 방지하기 위한 일부 부류의 클러치 장치를 포함하는 이와 같은 차동 기어 메커니즘에 관한 것이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "차동 기어 메커니즘"은 입력으로부터 하나 이상의 출력들로 토크를 전송할 수 있고 입력 및 출력 간에 배치된 클러치 어셈블리가 존재하는 장치를 의미하고 이를 포함하는 것으로 사용되는데, 그 결과 전송되는 토크 량은 클러치 어셈블리의 맞물림 정도의 함수가 된다. 본 발명의 영역 내에서, 용어 "제한된 슬립"은 이와 같은 차동 기어 메커니즘들에 관하여 사용되고 제한된 슬립 및 로킹 차동(locking differentials) 둘 다를 의미하고 이를 포함하는 것으로 이해되어야만 된다.
본 발명의 액슬 리텐션 장치(액슬 유지 장치)가 제한된 슬립 차동 기어 메커니즘의 많은 여러 유형들 및 구성들에 사용될 수 있지만, 이는 특히, 본 발명의 양수인에게 양도되어 본원에 참조된 미국 특허 5,310,388호에 도시되고 설명된 유형의 차동 기어 메커니즘에 적합하고 필요로 된다. 인용된 특허의 제한된 슬립 차동 기어 메커니즘에 클러치 피스톤 챔버 내의 유압에 의해 결정된 클러치 팩의 맞물림 정도에 따라서, 입력(링 기어 및 차동 경우) 및 출력(사이드 기어 및 이의 각 액슬 샤프트중 하나) 간에 토크를 전달하도록 동작될 수 있는 클러치 팩이 존재한다. 유압은 클러치 팩의 보다 큰 맞물림 쪽으로 클러치 피스톤을 바이어스 시킨다. 인용된 특허의 차동 기어 메커니즘은 입력과 함께 회전하도록 고정된 하나의 로터 및 출력(특히, 액슬 샤프트)과 함께 회전하도록 고정된 다른 로터를 갖는 제로터 펌프를 포함하는데, 그 결과 클러치 피스톤 챔버로의 가압된 유체의 흐름은 일반적으로 입력 및 출력 간의 속도 차에 비례하게 된다.
차동 기술에서의 당업자에게 충분히 공지된 바와 같이, 각 출력(액슬 샤프트)에는, 전형적으로 차동 기어 세트의 각 사이드 기어에 의해 형성되는 내부 스플라인 세트와 스플라인으로 맞물리는 외부 스플라인의 세트가 형성된다. 상기 특허에 예시된 유형의 제한된 슬립 차동 기어 메커니즘에서, 액슬 샤프트의 외부 스플라인은 또한 (내부 클러치 디스크가 스플라인되는)클러치 커플링 부재에 의해 형성된 내부 스플라인과 스플라인으로 맞물리고 또한 제로터 펌프의 내부 로터와 스플라인으로 맞물린다. 3개의 별도의 내부 스플라인의 세트와 스플라인으로 맞물리는 액슬 샤프트의 외부 스플라인을 가질 필요성은, 요구되는 액슬 리텐션을 성취하는 것을 더욱 어렵게 하고, 특히, 필요한 경우, 액슬 샤프트가 서비스 및 유지보수를 위하여 후에 제거되도록 하는 방식으로 액슬 샤프트를 유지시키는 것을 더욱 어렵게 한다.
상기 특허의 차동 기어 메커니즘에서는, 액슬 샤프트의 축방향 내측 단부 주위, 즉 사이드 기어의 인보드에 배치된 리텐션 링을 사용할 수 없다. 본 발명의 주 실시예에서, 외부 차동 하우징을 위한 "커버"로서 작용하는 부재가 구조적인 부재이기 때문에, 종래의 "윈도우"를 통해서 차동 기어 메커니즘의 부분에 액세스하지 않는다. 그러므로, 리텐션 링을 삽입 또는 제거하도록, 사이드 기어들의 단지 인보드의 위치에 액세스하기 위하여, 전체 액슬 어셈블리는 "커버"를 제거할 수 있도록 차량으로부터 제거되어야 한다.
차동 어셈블리의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 차동 기어 메커니즘 내에 외부 스플라인된 액슬 샤프트의 설치는 전형적으로, 조립 작업자가 예를 들어 각 사이드 기어의 메이팅 내부 스플라인과 외부 스플라인의 회전 정렬을 성취하도록 액슬 샤프트를 회전시키는 한 가지 이상의 단계들을 포함한다. 액슬 샤프트가 일종의 수축 및 확장될 수 있는 리텐션 링에 의해 차동 기어 메커니즘 내에 유지되면, 조립 작업자는 액슬 샤프트의 설치 동안 어떤 지점에서 축방향의 인보드 방향으로 액슬 샤프트에 대해 충분한 힘을 가하여 리텐션 링을 압축시키고 나서 리텐션 링을 확장시켜 액슬 샤프트를 유지시키는 기능을 작용시키는, 즉 아웃보드 방향에서 축방향으로 이동 방지하기 위하여 피스톤에 대해 축방향으로 더욱 안쪽으로 액슬 샤프트를 이동시킨다.
전형적으로, 외부 및 내부 스플라인들의 회전 정렬을 성취하기 위하여 액슬 샤프트를 회전시키는 공정은 조립 작업자에 의해 수동으로 행해지는 반면에, 리텐션 링을 수축할 수 있도록 액슬 샤프트에 대해 충분한 축방향 힘을 가하는 단계는 수압 또는 공기압 실린더와 같은 장비의 도움으로 성취된다. 따라서, 이들 상황들에서, (스플라인을 정렬시키기 위한) 액슬 샤프트의 회전 및 동시에 (리텐션 링을 수축하기 위하여 축방향으로) 액슬 샤프트를 푸싱하는 것을 필요로 하는 액슬 리텐션 장치를 제공하도록 하는 차동장치 제조자를 위한 전형적인 액슬 어셈블리 플랜트에서 수용가능한 실시양태가 고려되지 않았다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련된 문제들을 극복하는 개선된 액슬 리텐션 장치를 갖는 차동 기어 메커니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부 스플라인된 액슬 샤프트가 적어도 2개의 분리된 내부 스플라인들의 세트와 맞물리는 제한된 슬립 차동 기어 메커니즘에 사용하기 위한 개선된 액슬 리텐션 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스플라인들을 정렬시키기 위하여 액슬 샤프트를 회전시키는 모든 단계들이 리텐션 링을 수축하는데 필요한 힘을 가하는 단계 전에 완료되는 개선된 액슬 리텐션 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들은 회전축 및 기어 챔버가 형성된 기어 케이스와, 액슬 샤프트를 구동하도록 적용되는 적어도 하나의 입력 기어 및 출력 기어를 포함한 기어 챔버 내에 배치된 차동 기어링을 포함하는 개선된 차동 기어 메커니즘에 의해 성취된다. 이 메커니즘은 기어 케이스에 대해서 출력 기어의 회전을 제한하도록 동작될 수 있는 수단을 포함하며, 상기 회전 제한하도록 동작될 수 있는 수단은 기어 케이스에 대해 고정된 클러치 하우징 및 출력 기어에 인접하여 배치되고 회전축에 대해서 동심이 되도록 배치된 커플링 수단을 포함한다. 상기 회전 제한하도록 동작될 수 있는 수단은 클러치 하우징과 회전하도록 고정된 하나 이상의 외부 마찰 디스크 및 커플링 수단과 회전하도록 고정된 하나 이상의 내부 마찰 디스크를 포함하는 클러치 팩을 더 포함한다. 유체 펌프는 클러치 팩의 아웃보드로 축방향으로 배치되고 액슬 샤프트에 의해 구동되도록 적용되는 내부 로터를 포함한다. 출력 기어에는 제1 내부 스플라인 세트가 형성되고, 내부 로터에는 제2 내부 스플라인 세트가 형성되고, 액슬 샤프트에는 메이팅되는 외부 스플라인의 세트가 형성된다.
개선된 차동 기어 메커니즘은 환형 그루브가 형성되는 액슬 샤프트에 의해 특징지워 지는데, 리텐션 링은 환형 그루브 내에 배치된다. 환형 그루브 및 리텐션 링은 액슬 샤프트 상의 축방향 위치에 배치되어, 액슬 샤프트의 삽입 동안, 리텐션 링이 제2 내부 스플라인들의 세트와 맞물려서 제2 내부 스플라인들의 세트를 통과함으로써 방사상으로 안쪽으로 수축하기(접혀지도록) 전에, 외부 스플라인들의 세트가 제2 내부 스플라인들의 세트를 통과하여 제1 내부 스플라인들의 세트와의 맞물림부 내로 통과하도록 한다. 리텐션 링은 제2 내부 스플라인 세트를 빠져나갈 때 방사상으로 바깥쪽으로 확장되도록 허용되는데, 이 리텐션 링은 아웃보드 방향에서 액슬 샤프트의 적어도 소정의 축방향 힘에 응답하는 것을 제외하면 이동을 방지하도록 제2 내부 스플라인의 세트의 바로 인보드에 배치된 채 유지된다.
지금부터, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아닌 도면을 참조하면, 도1은 차량 구동 라인에 사용하고 상기 포함된 특허에 도시되고 설명된 일반적인 유형이며 특히 본 발명의 액슬 리텐션 장치와 관련하여 사용하는데 매우 적합한 제한된 슬립의 차동 기어 메커니즘(커플링 장치)(11)을 도시한 것이다. 차동 기어 메커니즘(11)은 종래 기술에 널리 공지된 어떤 적절한 수단에 의해 모두 유지되는 기어 하우징(13), 클러치 하우징(15) 및 밸브 하우징(17)을 갖는 하우징을 포함한다.
도1을 계속 참조하면, 기어 하우징(13)은 기어 챔버(19) 및 그 내부에 배치된 구성을 한정(포함)하는데, 이 구성은 일예로서, 전형적인 차동 기어 세트가 제공될 수 있다. 주요 실시예에서는, 피니언 샤프트(23)에 대해서 회전가능하게 설치된 한 쌍의 입력 피니언 기어(21)(평면도에서 하나 및 단면도에서 하나)가 포함되는데, 이 피니언 기어(21)는 한 쌍의 사이드 기어(25 및 27)와 톱니로 맞물리게 된다. 주요 실시예이고 또 다시 단지 예로서, 입력 피니언 기어(21)(하우징(13 및 15)과 함께)는 차동 기어 메커니즘(11)으로의 "입력"으로 간주될 수 있는 반면, 사이드 기어(25 및 27)는 메커니즘(11)의 "출력"을 구성한다. 특히, 이하의 설명을 위하여, 사이드 기어(27)는 차동 메커니즘(11)의 "출력"을 구성하도록 고려될 것이다. 또한, 다음 설명을 위하여, 피니언 샤프트는 메커니즘의 "중심(center)"으로 간주되고 예를 들어 사이드 기어(27)는 이에 대해 "아웃보드(outboard)"로 간주된다.
사이드 기어(25 및 27)에는 우 및 좌 액슬 샤프트(도1에 도시되지 않음)를 수용하도록 각각 적용되는 직선의 내부 스플라인(25S 및 27S)의 세트가 형성됨으로써, 이 메커니즘(11)은 액슬 샤프트에 의해 관련된 차량 구동 휠(또한 도시되지 않음)로 토크를 전달한다. 그러나, 상술된 구조는 단지 예이고 본 발명의 액슬 리텐션 장치는 각종 다른 유형의 차동 기어 구조 및 구성과 함께 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도1을 계속 참조하면, 참조부호 29로 나타낸 클러치 팩(29)이 클러치 하우징(15) 내에 배치되는데, 이 클러치 팩은, 도2에 더욱 상세하게 도시된 바와 같이 클러치 하우징(15)에 의해 형성된 내부 스플라인의 세트와 스플라인으로 맞물리는 다수의 외부 디스크(31)를 포함한다. 게다가, 클러치 팩(29)은, 널리 공지된 방식으로 외부 디스크(31)와 인터리빙되는 다수의 내부 디스크(33)를 포함하는데, 이 내부 디스크(33)는 커플링 부재(35)와 스플라인으로 맞물린다. 커플링 부재(35)에는 내부 스플라인(35S)의 세트가 형성되며, 이는 또한 좌측 액슬 샤프트와 스플라인으로 맞물려, 커플링 부재(35)가 이 실시예에서 사이드 기어(27)와 함께 회전하도록 고정된다. 그런데, 본 발명은, 인접 사이드 기어(27)로부터 분리된 커플링 부재(35)가 존재하는 차동 기어 메커니즘으로 제한되는 것이 아니라, 대신, 내부 디스크(33)가 사이드 기어(27)와 일체로 형성되는 허브 부분에 스플라인될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 클러치 하우징(15) 내에는, 인접 커플링 부재(35) 및 클러치 팩(29)과 협동하여 클러치 캐비티 또는 클러치 피스톤 챔버(39)(이 참조 번호 "39"는 도2에 만 도시됨)를 형성하는 환형 하우징 인서트(37)가 배치된다. 클러치 피스톤 챔버(39) 내에는 그 내부에서 축방향으로 이동가능한 클러치 피스톤(41)이 배치되는데, 이 피스톤은 하우징 인서트(37)와 협동하여 도2에 최적으로 도시된 바와 같이 피스톤 압력 챔버(43)를 형성한다. 이와 같은 장치의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 피스톤 압력 챔버(43) 내의 유압의 변화는 클러치 피스톤(41)에 의해 클러치 팩(29)으로 가해지는 축방향 힘의 변화를 초래함으로, "바이어스 토크", 즉 클러치 팩을 통해서 기어 메커니즘(11)으로부터 출력으로 전달되는 토크의 변화를 초래한다.
지금부터 도2를 참조하면, 도2에 도시된 메커니즘은 도1과 전체적으로 동일하지 않지만 본 발명을 설명하기 위하여 실질적으로 동일하다. 또한, 클러치 하우징(15) 내에 그리고 하우징 인서트(37)의 바로 좌측에 고정 편심 부재(45), 내부-톱니형 외부 로터(47) 및 외부-톱니형 내부 로터(49)를 포함한 제로터 기어 세트가 배치된다. 내부 로터(49)에는 상술된 바와 같이 좌측 액슬 샤프트와 맞물리게 되는 직선의 내부 스플라인(49S)의 세트가 형성되어, 내부 로터(49)가 커플링 부재(35) 및 사이드 기어(27)와 함께 회전하도록 고정된다. 이와 같은 장치의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 정상적이 직선 진행 동작 동안, 전체 차동 커플링(11)은 유닛으로서, 즉 하우징(13 및 15)과 사이드 기어들(25 및 27)로서 회전하고 액슬 샤프트 모두는 동일한 회전 속도로 회전한다. 이 상태에서, 외부 로터(47) 및 내부 로터(49) 간에 상대 회전이 존재하지 않음으로 볼륨 챔버(회전시 로터(47 및 49)의 톱니 간에 형성됨)로부터 가압된 유체의 펌핑은 존재하지 않게 된다.
당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 부분적으로 상기 포함된 특허의 개시내용을 토대로, 차동화가 존재할 때, 즉 좌 및 우 액슬 샤프트들 간에 회전 속도 차가 존재할 때, 입력(하우징(13 및 15)과 피니언 기어(21)) 및 출력(좌측 액슬 샤프트) 간에 속도차가 필요로 된다. 입력 및 출력 간의 속도차는 내부 로터(49)를 구동하는 좌측 액슬 샤프트의 회전을 초래하여 외부 로터(47)를 구동시켜, 가압된 유체가 하우징 인서트(37) 내의 적절한 유체 포트(본원에 도시되지 않음)를 통해서 전달되는 출력 챔버(51)(이 참조 번호 "51"는 도2에 만 도시됨) 내로 가압된 유체를 펌핑함으로써, 가압된 유체가 피스톤 압력 챔버(43)로 전달되도록 한다. 그러나, 본 발명은 "온-보드" 제로터 펌프를 포함한 차동 기어 메커니즘으로 제한되는 것이 아니라, 대신, 가압된 유체의 분리 소스가 존재하는 시스템에 사용될 수 있다.
하우징 인서트(37)에는, 편심 부재(45) 및 클러치 하우징(15)과 함께, 피스톤 압력 챔버(43)와 개방 연통되는 축방향 유체 통로(본원에 도시되지 않음)가 형성된한다. 클러치 하우징(15)은 축방향 통로와 교차하여 결국 피스톤 압력 챔버(43) 내의 유압을 조절하는데 효율적인 압력 제어 밸브 어셈블리의 입구와 유체 연통되는 방사상 유체 통로(본원에 도시되지 않음)가 형성된다. 압력 제어 장치 및 이와 관련된 유체 통로들의 구성 및 기능은 Christopher J. Babin의 이름으로 2004년 3월 8일에 출원된 발명의 명칭이 "Coupling Device and Improved Method of Controlling Torque Transmission"인 공동 계류중이고 본 발명의 양수인에게 양도되어 본원 참조된 U.S.S.N. 10/795,651에 더욱 상세하게 도시되어 설명되어 있다. 당업자는 상기 특허의 유체 통로 및 압력 제어 장치가 본 발명의 필수적인 특징들이 아니라는 것을 이해할 것이다.
지금부터 도3을 참조하지만 도2와 결합하여, 차동 기어 메커니즘(11)이 액슬 샤프트가 삽입된 외부 차동 하우징(본원에 도시되지 않음) 내에 설치된 액슬 어셈블리 플랜트인데, 우측 액슬 샤프트(내부 스플라인(25S)과 맞물린다)가 본원에 도시되지 않았다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 도3에는, 외부 스플라인(55)의 세트가 형성되는 좌측 액슬 샤프트(53)가 도시되어 있다.
좌측 액슬 샤프트(53)에는 환형 그루브(57)가 형성되고, 도3에 최적으로 도시된 바와 같이, 환형 그루브(57) 내에 리텐션 링(59)이 배치된다. 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 리텐션 링(59)은 다수의 상이한 유형들 및 구성들을 취할 수 있으며, 첨부된 청구범위가 어떤 이와 같은 유형 또는 구성을 배제하는 것을 제외하면 이들 모두는 본 발명의 부분으로서 포함된다. 전형적으로, 리텐션 링(59)은 스프링 강철로 형성되어, 리텐션 링(59)을 압축(또는 "수축")해서 이를 환형 그루브(57) 내에 전반적으로 배치되도록 하는 일종의 컨스트레인트(constraint) 또는 힘의 부재시, 도3, 도3A 및 도3B("확장된" 위치)에 도시된 피스톤을 향한 방사상의 바깥쪽으로 바이어스된다. 본 발명의 이하의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 리텐션 링(59)은 외부 스플라인(55)에서 축방향으로 중간에 배치되어야만 하는데, 즉 외부 스플라인(55)의 일부는 리텐션 링(59)의 축방향으로 인보드에 배치되고, 외부 스플라인(55)의 일부는 리텐션 링(59)의 "아웃보드"에 배치되는데, 즉 메커니즘(11)의 "중심"(피니언 샤프트(23))으로부터 축방향으로 더 구동 휠을 향하여 배치된다. 대조적으로, "인보드"는 메커니즘(11)의 중심을 향한 축방향으로의 이동을 포함하는 것으로 이해된다.
본 발명의 필수적이 특징이 아니지만, 주요 실시예는 정렬 링(61)을 포함하는데, 이는 전형적으로 환형 몰딩된 플라스틱 부재이다. 내부 로터(49)의 "인-보드" 측에는 환형 리세스(63)가 형성되며, 이 정렬 링(61)은 그 내에 배치된다. 당업자가 상기 포함된 특허에 도시되고 설명된 차동 기어 메커니즘의 유형들에 대해서 이해하는 바와 같이, 정렬 링(61)의 주요 기능은 적절하게 "중심이 맞춰진" 위치에 내부 로터(49)를 유지시키는데, 이는 내부 로터(49)의 내부 스플라인(49S)과 맞물릴 때 액슬 샤프트(53)의 외부 스플라인(55)을 삽입하기 위한 준비시 중요하다.
좌측 액슬 샤프트(53)의 삽입 동안, 조립 작업자는 우선 액슬 샤프트(53)를 클러치 하우징(15)에 의해 형성된 허브 부분(65)(도1에 도시) 내로 삽입하여 관통시킨다. 외부 스플라인(55)의 선단(본원에 도시되지 않음)이 내부 스플라인(49S)의 아웃보드 단부(67)(도4에 좌측 단부로 도시)와 맞물릴 때, 조립 작업자는 외부 스플라인(55)이 내부 스플라인(49S)과 적절하게 정렬되어 이를 통과하기 시작할 때까지 액슬 샤프트(53)를 회전시킨다. 외부 스플라인(55)의 선단이 커플링 부재(35)의 내부 스플라인(35S)의 아웃보드 단부와 맞물릴 때, 조립 작업자는 외부 스플라인(55)이 내부 스플라인(35S)과 적절하게 정렬될 때까지 액슬 샤프트(53)를 회전시키고(내부 로터(49)는 액슬 샤프트(53)와 함께 회전할 것이다) 내부 스플라인(35S)을 통과하기 시작할 수 있다.
최종적으로, 조립 작업자가 인보드 방향(도1 내지 도4 모두에서 우측으로)으로 액슬 샤프트(53)을 계속 이동시키기 때문에, 외부 스플라인(55)의 선단은 내부 스플라인(27S)의 아웃보드 단부와 맞물린다. 조립 작업자는 외부 스플라인(55)이 내부 스플라인(27S)과 적절하게 정렬되어 내부 스플라인(27S)을 통과하기 시작할 때까지 액슬 샤프트(53)(내부 로터(49) 및 결합 부재(35)는 액슬 샤프트(53)와 함께 회전한다)를 회전시켜, 액슬 샤프트(53)를 계속해서 인보드 방향으로 이동시킨다. 외부 스플라인(55)의 선단이 부분적으로 내부 스플라인(27S)을 통과할 때(단지 예로서 거의 중간을 통과), 액슬 샤프트(53)는 도3에 도시된 위치에 있게 되는데, 이 위치에서 리텐션 링(59)(확장된 조건에서)은 내부 스플라인(49S)의 아웃보드 단부(67)에 맞물린다.
본 발명의 한 가지 중요한 양상을 따르면, 조립 작업자는 이미 액슬 샤프트(53)의 모든 필요한 단계들을 수행하여 외부 스플라인(55)을 내부 스플라인(49S, 35S 또는 27S)의 각종 세트들과 적절한 회전 정렬을 성취한다. 성취된 모든 외부 스플라인-내부 스플라인으로 맞물림으로 인해, 조립 작업자는 리텐션 링(59)을 압축하는데 충분한 실질적인 축방향 힘을 인보드 방향에서 액슬 샤프트(53)에 대해 가하여(도3에서 화살표 "F"로 표시), 리테이션 링이 환형 그루브 내로 수축되도록 함으로써, 수축된 위치에서, 리텐션 링(59)의 외경이 현재 내부 스플라인(49S)의 팁 직경과 거의 동일하게 되도록 한다. 리텐션 링(59)의 이 수축을 성취하기 위하여, 내부 스플라인(49S)의 아웃보드 단부(67)가 각도 "X"로 배치되는 것을 알 수 있는데, 이 각도는 액슬 샤프트(53)에 가해질 수 있는 이용가능한 축방향 힘(전형적으로, 상술된 바와 같은 수압 또는 공기압 실린더에 의해)이 액슬 샤프트가 도3에 도시된 위치로부터 우측으로 이동할 때 리텐션 링(59)을 환형 그루브(57) 내로 수축시키는데 충분하게 되도록 선택되어, 리텐션 링의 포워드 외부 코너가 표면(67)의 아래로 슬라이드 되도록 한다.
지금부터 도4를 참조하면, 액슬 샤프트(53)가 리텐션 링(59)이 내부 스플라인(49S)을 통과하는 지점으로 축방향으로 삽입되면, 리텐션 링(59)은 도4에 도시된 상태로 확장될 것이다. 정렬 링(61)의 존재로 인한 한 가지 장점은, 확장하는 리텐션 링(59)이 정렬 링(61)의 내경과 맞물린 후, 액슬 샤프트(53)가 "유지", 즉 액슬 샤프트(53)가 피니언 샤프트(23)와 맞물리기 때문에 더 인보드로(안쪽으로) 이동할 수 없고 내부 스플라인(49S)의 인보드 단부(69)와 확장된 리텐션 링(59)의 맞물림 때문에 아웃보드 방향으로 이동할 수 없게 된다. 도3에 최적으로 도시된 바와 같이, 내부 스플라인(49S)의 인보드 단부(69)는 회전의 축(A)에 대한 각도 "Y"를 갖는다.
바람직하게는, 내부 스플라인의 인보드 단부(69)의 각도(Y)(도 3 참조)는 내부 스플라인(49S)의 아웃보드 단부(67)의 각도(X)보다 다소 "가파르다"(즉, 회전축(A)과 더 큰 각도를 형성한다). 따라서, 리텐션 링(59)을 조립 및 압축하거나 수축시키는 동안 각도(X)를 넘어서기 위하여 어떤 소정 각의 힘의 필요로 되는 반면, 각도(Y)를 넘어서며 액슬 샤프트(53)를 아웃보드 방향으로 이동시키는데 충분하게 리텐션 링(59)을 압축시키는 도4에 도시된 조립된 위치(assembled position)로부터 분해된 상태로 액슬 샤프트를 이동시키기 위하여 다소 큰(또는 아마도 실질적으로 더 큰) 힘이 필요로 될 것이다. 바람직하게는, 각도(Y)는 액슬 샤프트(53)의 "분해(disassembly)"가 통상적인 작동 조건 하에서 발생할 수 없도록 선택되지만, 서비스 또는 유지보수가 필요로 되는 경우에, 이와 같은 서비스에 대비하여, 액슬 샤프트를 제거하는데 충분한 힘을 가하기 위하여 적절한 피스(piece)의 장비가 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명이 세 개의 세트의 내부 스플라인(27S, 35S 및 49S)이 존재하는 차동 기어 메커니즘(11)과 관련하여 도시되고 서술되었을지라도, 본 발명이 이에 국한되는 것이 아니라는 것을 당업자들은 이해하여야만 한다. 따라서, 몇 개의 첨부된 청구항에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 개선된 축 유지 장치는 단지 사이드 기어(27) 및 클러치 커플링 부재(35) 상에서 내부 스플라인을 갖는 메커니즘에서 사용될 수 있으며, 이 경우에, 커플링 부재(35) 내의 내부 스플라인(35S)은 "제2 내부 스플라인 세트"를 포함할 것이다. 대안으로, 본 발명의 개선된 축 유지 장치는 단지 유체 펌프의 내부 로터(49) 및 사이드 기어(27) 상에서 내부 스플라인을 갖는 메커니즘에서 사용될 수 있고, 이 경우에, 내부 로터 내의 내부 스플라인(49S)은 "제2 내부 스플라인 세트"를 포함할 것이다. 물론, 사이드 기어, 커플링 부재, 및 내부 로터가 존재하는 경우, 각각의 내부 스플라인은 "제1", "제2", 및 "제3" 내부 스플라인을 각각 포함할 것이다.
본 발명은 상술된 명세서에서 상세히 서술되었으며, 상기 명세서를 판독하여 이해함으로써, 본 발명이 다양하게 변경 및 변화될 수 있다는 것을 당업자들은 명백하게 인지할 것이다. 모든 이와 같은 변경 및 변화는 첨부된 청구항의 범위 내에 존재하는 한, 본 발명에 포함되도록 된다.
본 발명에 따르면, 종래 기술과 관련된 문제들을 극복하는 개선된 액슬 리텐션 장치를 갖는 차동 기어 메커니즘을 제공된다.

Claims (13)

  1. 회전축(A) 및 기어 챔버(19)가 형성되는 기어 케이스(13), 하나 이상의 입력 기어(21) 및 액슬 샤프트(53)를 구동하도록 적용된 출력 기어(27)를 포함하는 기어 챔버(19) 내에 배치된 차동 기어링, 상기 기어 케이스(13)에 대한 상기 출력 기어(27)의 회전을 제한하도록 동작 가능하고 상기 기어 케이스(13)에 대해서 고정된 클러치 하우징(15)을 포함하는 수단, 상기 출력 기어(27)에 인접하게 배치되며 상기 회전축(A)에 대해 동심으로 배치된 커플링 수단(35)을 구비하는 차동 기어 메커니즘(11)으로서, 회전을 제한하도록 동작 가능한 상기 수단은 상기 클러치 하우징(15)과 회전하도록 고정된 하나 이상의 외부 마찰 디스크(31) 및 상기 커플링 수단(35)과 회전하도록 고정된 하나 이상의 내부 마찰 디스크(33)를 포함하는 클러치 팩(29); 상기 클러치 팩(29)의 아웃보드에 축방향으로 배치되며 상기 액슬 샤프트(53)에 의해 구동되도록 적용된 내부 로터(49)를 포함하는 유체 펌프(45, 47, 49)를 더 구비하며; 상기 출력 기어(27)에는 제1 내부 스플라인(27S) 세트가 형성되고, 상기 내부 로터(49)에는 제2 내부 스플라인(49S) 세트가 형성되며, 상기 액슬 샤프트(53)에는 메이팅되는 외부 스플라인(55) 세트가 형성되는, 상기 차동 기어 메커니즘에 있어서:
    (a) 상기 액슬 샤프트(53)에는 환형 그루브(57)가 형성되고, 상기 환형 그루브 내에는 리텐션 링(59)이 배치되며;
    (b) 상기 환형 그루브(57) 및 상기 리텐션 링(59)은 상기 액슬 샤프트(53) 상의 축방향 위치에 배치되어, 상기 액슬 샤프트를 삽입하는 동안, 상기 리텐션 링(59)이 상기 제2 내부 스플라인(49S) 세트와 맞물려서, 상기 제2 내부 스플라인(49S) 세트를 통과함으로써 방사상으로 안쪽으로 수축하기 전에, 상기 외부 스플라인(55) 세트가 상기 제2 내부 스플라인(49S) 세트를 통과하고, 상기 제1 내부 스플라인(27S) 세트와의 맞물림부 내로 통과하도록 하며;
    (c) 상기 리텐션 링(59)은 상기 제2 내부 스플라인(49S) 세트에서 빠져나감에 따라, 방사상으로 바깥쪽으로 확장하도록 허용되고, 상기 리텐션 링은 아웃보드 방향으로의 상기 액슬 샤프트(53)의 적어도 소정의 축방향 힘에 응답하는 것 이외에, 이동을 방지하기 위하여 상기 제2 내부 스플라인(49S) 세트의 바로 인보드에 배치된 채 유지되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체 펌프(45, 47, 49)는 편심 하우징부(45)와 상기 편심 하우징부(45) 내에 회전 가능하게 배치된 내부-톱니형 외부 로터(47)를 포함하는 고정된 축 유형의 제로터 기어 세트를 구비하며, 상기 내부 로터(49)는 외부-톱니형이며 상기 외부 로터(47)와 톱니형으로 맞물림으로써, 상기 클러치 하우징(15)에 대한 상기 액슬 샤프트의 회전이 가압된 유체를 펌핑하도록 하는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 내부 스플라인(49S) 세트는 상기 회전축(A)에 대한 각도(X)를 갖는 아웃보드 단부(67)를 가지고, 상기 회전축에 대한 각도(Y)를 갖는 인보드 단부를 가지며, 상기 각도(Y)는 상기 각도(X)보다 크게 됨으로써, 상기 액슬 샤프트(53)를 상기 리텐션 링을 수축하는 인보드 방향으로, 조립된 위치로 이동시키는데 필요로 되는 것보다 상기 액슬 샤프트(53)를 상기 리텐션 링(59)을 수축하는 아웃보드 방향으로, 상기 조립된 위치로부터 이동시키는데 더 큰 축방향 힘이 필요로 되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  4. 회전축(A) 및 기어 챔버(19)가 형성되는 기어 케이스(13), 하나 이상의 입력 기어(21) 및 액슬 샤프트(53)를 구동하도록 적용된 출력 기어(27)를 포함하는 상기 기어 챔버(19) 내에 배치된 차동 기어링, 상기 기어 케이스(13)에 대한 상기 출력 기어(27)의 회전을 제한하도록 동작 가능하며 상기 기어 케이스(13)에 대해서 고정된 클러치 하우징(15)을 포함하는 수단, 상기 출력 기어(27)에 인접하게 배치되며 상기 회전축(A)에 대해 동심으로 배치되는 커플링 부재(35)를 구비하는 차동 기어 메커니즘(11)으로서, 회전을 제한하도록 동작 가능한 상기 수단은 상기 클러치 하우징(15)과 회전하도록 고정된 하나 이상의 외부 마찰 디스크(31) 및 상기 커플링 부재(35)와 회전하도록 고정된 하나 이상의 내부 마찰 디스크(33)를 포함하는 클러치 팩(29)을 더 구비하며; 상기 출력 기어(27)에는 제1 내부 스플라인(27S) 세트가 형성되고, 상기 커플링 부재(35)에는 제2 내부 스플라인(35S) 세트가 형성되며, 상기 액슬 샤프트(53)에는 메이팅되는 외부 스플라인(55) 세트가 형성되는, 상기 차동 기어 메커니즘에 있어서:
    (a) 상기 액슬 샤프트(53)에는 환형 그루브(57)가 형성되고, 상기 환형 그루브 내에는 리텐션 링(59)이 배치되며;
    (b) 상기 환형 그루브(57) 및 상기 리텐션 링(59)은 상기 액슬 샤프트(53) 상의 축방향 위치에 배치되어, 상기 액슬 샤프트를 삽입하는 동안, 상기 리텐션 링(59)이 상기 제2 내부 스플라인(35S) 세트와 맞물려서, 상기 제2 내부 스플라인(35S) 세트를 통과함으로써 방사상으로 안쪽으로 수축하기 전에, 상기 외부 스플라인(55) 세트가 상기 제2 내부 스플라인(35S) 세트를 통과하고, 상기 제1 내부 스플라인(27S) 세트와의 맞물림부 내로 통과하도록 하며;
    (c) 상기 리텐션 링(59)은 상기 제2 내부 스플라인(35S) 세트에서 빠져나감에 따라, 방사상으로 바깥쪽으로 확장하도록 허용되고, 상기 리텐션 링은 아웃보드 방향으로의 상기 액슬 샤프트(53)의 적어도 소정의 축방향 힘에 응답하는 것 이외에, 이동을 방지하기 위하여 상기 제2 내부 스플라인(35S) 세트의 바로 인보드에 배치된 채 유지되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 내부 스플라인(35S) 세트는 상기 회전축(A)에 대한 각도(X)를 갖는 아웃보드 단부(67)를 가지고, 상기 회전축에 대한 각도(Y)를 갖는 인보드 단부를 가지며, 상기 각도(Y)는 상기 각도(X)보다 크게 됨으로써, 상기 액슬 샤프트(53)를 상기 리텐션 링을 수축하는 인보드 방향으로, 조립된 위치로 이동시키는데 필요로 되는 것보다 상기 액슬 샤프트(53)를 상기 리텐션 링(59)을 수축하는 아웃보드 방향으로, 상기 조립된 위치로부터 이동시키는데 더 큰 축방향 힘이 필요로 되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  6. 제4항에 있어서, 상기 기어 케이스(13)에는 상기 출력 기어(27)와 상기 클러치 팩(29) 사이에 배치된 벽부분(13W)이 형성됨으로써, 상기 차동 기어링 내의 차동화 동안 발생하는 기어 반응력이 상기 출력 기어(27)로부터 상기 클러치 팩(29)으로 전달되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  7. 회전축(A) 및 기어 챔버(19)가 형성되는 기어 케이스(13), 하나 이상의 입력 기어(21) 및 액슬 샤프트(53)를 구동하도록 적용된 출력 기어(27)를 포함하는 상기 기어 챔버에 배치된 차동 기어링, 상기 기어 케이스(13)에 대한 상기 출력 기어(27)의 회전을 제한하도록 동작 가능하며 상기 기어 케이스(13)에 대해서 고정된 클러치 하우징(15)을 포함하는 수단, 상기 출력 기어(27)에 인접하게 배치되며 상기 회전축(A)에 대해 동심으로 배치되는 커플링 부재(35)를 구비하는 차동 기어 메커니즘(11)으로서, 회전을 제한하도록 동작 가능한 상기 수단은 상기 클러치 하우징(15)과 회전하도록 고정된 하나 이상의 외부 마찰 디스크(31) 및 상기 커플링 부재(35)와 회전하도록 고정된 하나 이상의 내부 마찰 디스크(33)를 포함하는 클러치 팩(29); 상기 클러치 팩(29)의 아웃보드에 축방향으로 배치되며 상기 액슬 샤프트(53)에 의해 구동되도록 적용된 내부 로터(49)를 포함하는 유체 펌프(45, 47, 49)를 더 구비하며; 상기 출력 기어(27)에는 제1 내부 스플라인(27S) 세트가 형성되고, 상기 커플링 부재(35)에는 제2 내부 스플라인(35S) 세트가 형성되며, 상기 내부 로터(49)에는 제3 내부 스플라인(49S) 세트가 형성되며, 상기 액슬 샤프트(53)에는 메이팅되는 외부 스플라인(55) 세트가 형성되는, 상기 차동 기어 메커니즘에 있어서:
    (a) 상기 액슬 샤프트(53)에는 환형 그루브(57)가 형성되고, 상기 환형 그루브 내에는 리텐션 링(59)이 배치되며;
    (b) 상기 환형 그루브(57) 및 상기 리텐션 링(59)은 상기 액슬 샤프트(53) 상의 축방향 위치에 배치되어, 상기 액슬 샤프트를 삽입하는 동안, 상기 리텐션 링(59)이 상기 제3 내부 스플라인(49S) 세트와 맞물려서, 상기 제3 내부 스플라인(49S) 세트를 통과함으로써 방사상으로 안쪽으로 수축하기 전에, 상기 외부 스플라인(55) 세트가 상기 제3 내부 스플라인(49S) 세트를 통과하고 나서, 상기 제2 내부 스플라인(35S) 세트를 통과하고, 상기 제1 내부 스플라인(27S) 세트와의 맞물림부 내로 통과하도록 하며;
    (c) 상기 리텐션 링(59)은 상기 제3 내부 스플라인(49S) 세트에서 빠져나감에 따라, 방사상으로 바깥쪽으로 확장하도록 허용되고, 상기 리텐션 링은 아웃보드 방향으로의 상기 액슬 샤프트(53)의 적어도 소정의 축방향 힘에 응답하는 것 이외에, 이동을 방지하기 위하여 상기 제3 내부 스플라인(49S) 세트의 바로 인보드에 배치된 채 유지되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기어 케이스(13)에는 상기 출력 기어(27)와 상기 클러치 팩(29) 사이에 배치된 벽부분(13W)이 형성됨으로써, 상기 차동 기어링 내의 차동화 동안 발생하는 기어 반응력이 상기 출력 기어(27)로부터 상기 클러치 팩(29)으로 전달되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  9. 제7항에 있어서, 상기 클러치 하우징(15)에는, 상기 클러치 팩(29)에 인접하게 배치된 클러치 피스톤 챔버(39) 및 상기 클러치 피스톤 챔버(39) 내에 배치되고 상기 클러치 피스톤 챔버와 연통되어 있는 유체 압력에 응답하여 상기 클러치 팩(29) 상에 클러치 로딩력을 가하도록 동작 가능한 클러치 적용 피스톤(41)이 형성되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 내부 스플라인(27S) 세트, 상기 제2 내부 스플라인(35S) 세트, 및 상기 제3 내부 스플라인(49S) 세트 모두는 서로 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제3 내부 스플라인(49S) 세트는 상기 회전축(A)에 대한 각도(X) 갖는 아웃보드 단부(67)를 가지고, 상기 회전축에 대한 각도(Y)를 갖는 인보드 단부를 가지며, 상기 각도(Y)는 상기 각도(X)보다 크게 됨으로써, 상기 액슬 샤프트(53)를 상기 리텐션 링을 수축하는 인보드 방향으로, 조립된 위치로 이동시키는데 필요로 되는 것보다 상기 액슬 샤프트(53)를 상기 리텐션 링(59)을 수축하는 아웃보드 방향으로, 상기 조립된 위치로부터 이동시키는데 더 큰 축방향 힘이 필요로 되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  12. 회전축(A) 및 기어 챔버(19)가 형성되는 기어 케이스(13), 하나 이상의 입력 기어(21) 및 액슬 샤프트(53)를 구동하도록 적용된 출력 기어(27)를 포함하는 상기 기어 챔버에 배치된 차동 기어링, 상기 기어 케이스(13)에 대한 상기 출력 기어(27)의 회전을 제한하도록 동작 가능하며 상기 기어 케이스(13)에 대해서 고정된 클러치 하우징(15)을 포함하는 수단, 상기 출력 기어(27)에 인접하게 배치되며 상기 회전축(A)에 대해 동심으로 배치되는 커플링 수단(35)을 구비하는 차동 기어 메커니즘(11)을 조립하는 방법으로서, 회전을 제한하도록 동작 가능한 상기 수단은 상기 클러치 하우징(15)과 회전하도록 고정된 하나 이상의 외부 마찰 디스크(31) 및 상기 커플링 수단(35)과 회전하도록 고정된 하나 이상의 내부 마찰 디스크(33)를 포함하는 클러치 팩(29); 상기 클러치 팩(29)의 아웃보드에 축방향으로 배치되며 내부 로터(49)를 포함하는 유체 펌프(45, 47, 49)를 더 구비하며; 상기 출력 기어(27)에는 제1 내부 스플라인(27S) 세트가 형성되고, 상기 커플링 수단(35) 및 상기 내부 로터(49) 중 하나에는 제2 내부 스플라인(35S, 49S) 세트가 형성되며, 상기 액슬 샤프트(53)에는 메이팅되는 외부 스플라인(55) 세트가 형성되는, 상기 차동 기어 메커니즘을 조립하는 상기 방법에 있어서:
    (a) 환형 그루브(57)를 갖는 상기 액슬 샤프트를 제공하고 상기 환형 그루브 (57) 내에 수축 및 확장될 수 있는 리텐션 링(59)을 삽입하는 단계;
    (b) 상기 외부 스플라인(55)이 상기 제1 내부 스플라인(27S) 세트와 맞물릴 때까지, 상기 액슬 샤프트(53)의 상기 외부 스플라인(55)의 선단을 상기 제2 내부 스플라인(35S, 49S) 세트 내로 그리고 상기 제2 내부 스플라인(35S, 49S) 세트를 통과하도록 삽입하는 단계;
    (c) 상기 세트의 외부 스플라인(55)이 상기 제1 내부 스플라인(27S) 세트 내에 수용될 때까지, 상기 액슬 샤프트(53)를 회전시키는 단계;
    (d) 상기 리텐션 링(59)이 상기 제2 내부 스플라인(35S, 49S) 세트의 아웃보드 단부와 맞물릴 때까지, 상기 액슬 샤프트(53)를 축방향으로 인보드로 이동시키는 단계; 및
    (e) 상기 리텐션 링(59)이 상기 제2 내부 스플라인(35S, 49S) 세트를 통과할 때까지, 상기 리텐션 링(59)을 수축시키고, 상기 액슬 샤프트를 축방향으로 더 인보드로 이동시켜서, 상기 리텐션 링이 확장되어 상기 제 2 내부 스플라인 세트의 인보드 단부와 맞물리므로, 축 방향의 아웃보드 방향으로의 상기 액슬 샤프트의 이동이 방지되도록 하기 위하여, 상기 액슬 샤프트(53)에 대해 충분한 축방향 힘을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘 조립 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 회전축(A)에 대한 각도(X)를 갖는 아웃보드 단부(67)를 가지며, 상기 회전축에 대한 각도(Y)를 갖는 인보드 단부를 가지는 상기 제2 내부 스플라인(35S, 49S) 세트를 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 각도(Y)는 상기 각도(X)보다 크게 됨으로써, 상기 액슬 샤프트(53)를 상기 리텐션 링을 수축하는 인보드 방향으로, 조립된 위치로 이동시키는데 필요로 되는 것보다 상기 액슬 샤프트(53)를 상기 리텐션 링(59)을 수축하는 아웃보드 방향으로, 상기 조립된 위치로부터 이동시키는데 더 큰 축의 힘이 필요로 되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘 조립 방법.
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