KR101699163B1 - 트랙터 차동 잠금장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트랙터의 차동 잠금장치를 제안하고 있다. 본 발명은, 액슬하우징과, 상기 액슬하우징 내부에 설치되는 차동장치, 상기 차동장치의 좌우측으로 연결되는 한 쌍의 출력축(52)을 구비하는 트랙터의 차동 잠금장치이고, 상기 차동장치의 제1차동케이싱의 외측단부에 성형되는 클러치부(44C); 상기 제1차동케이싱의 외측에서, 제1출력축에 스플라인 결합되고, 상기 클러치부(44C)에 결합될 수 있는 클러치부(82)를 구비하는 클러치부재(80); 상기 액슬하우징에 지지축(72)을 통하여 회동 가능하게 지지되고, 일측으로의 회동에 의하여 클러치부재를 축방향으로 이동시켜 그 클러치부(82)가 제1차동케이싱의 클러치부(44C)와 결합되도록 힘을 가하는 절환포크(70); 상기 클러치부재가 제1차동케이싱과 결합되는 방향으로 상기 절환포크를 회동시키는 힘을 가할 수 있고, 상기 액슬하우징에 설치된 구동수단; 그리고 상기 클러치부재와 차동장치의 제1사이드기어(42L) 사이에서 제1출력축에 삽입되어, 클러치부재를 제1차동케이싱에서 분리되는 방향으로 탄성력을 발휘하는 스프링으로 구성된다.

Description

트랙터 차동 잠금장치{Locking device for differential for tractor}

본 발명은 트랙터의 차동장치를 잠그기 위한 차동 잠금장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력축의 차동동작을 잠그기 위한 잠금장치를 액슬하우징에 유압장치로 간단하게 구현함으로써, 전체적으로 간단한 구조 및 저렴한 생산원가, 그리고 동작의 신뢰성을 높일 수 있도록 구성되는 차동 잠금장치에 관한 것이다.

트랙터는 그 주행 상황을 고려하여 차동장치를 구비하고 있는데, 예를 들면 트랙터가 선회 주행을 하는 경우, 또는 직선 주행 중에도 도로 조건 또는 작업 상태에 따라서 이러한 차동장치가 필요하기 때문이다. 그러나 상황에 따라서는 이러한 차동장치가 작동하지 않도록 제어하는 것이 필요한데, 예를 들면 차동장치가 동작함으로써, 일측의 차륜이 공회전만을 반복하게 되는 경우를 들 수 있다.

이러한 경우에는 차동장치를 잠금(Locking)으로써, 양측의 출력축에 동일한 회전수가 인가되도록 하는 것이 바람직한데, 이를 차동 잠금장치(Differential Lock)라고 한다. 이러한 차동잠금장치에 대한 종래 기술을 살펴보면, 일본의 가부시키가이샤 쿠보다의 특허 공개 평성6-257647호를 들 수 있다. 이러한 종래기술에 의하면, 후차축에 장착되는 차동 잠금장치를 개시하고 있는데, 먼저 이러한 차동 잠금장치의 구성에 대하여 살펴보기로 한다.

이러한 종래 기술의 대표적인 구성이 도 1에 도시되어 있다. 이를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 차동 대기어(크라운기어)(3)를 통하여 전달되는 회전수는, 차동장치(D)를 통하여 좌우 측의 차륜에 걸리는 부하(저항)을 고려하여 좌우의 각각의 출력축(8)에 다른 회전수로 전달된다. 여기서 차동장치(D) 자체의 구동원리는 오래 전부터 공지된 것이어서 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 종래 기술에 설치되는 차동 잠금장치(11)에 의하면, 일측의 사이드기어(7)의 배면에 로크홀(12)을 형성하고, 이러한 로크홀(12)에 착탈 가능한 로크핀(13)을 구비하는 차동 로크시프터(14)가 차동케이스(4)의 보스부에 축심 방향으로 이동 가능하게 결합되어 있다. 그리고 종래 기술의 미션케이스(1)에는 시프트로드(15)가 가설되어 있고, 이러한 시프트로드(15)에는 유압액츄에이터(20)가 설치되어 있다. 이러한 유압액츄에이터(20)는 시프트포크(16)를 좌우 방향으로 동작시킬 수 있다.

시프트포크(16)의 보스부(17)의 좌우에서 시프트로드(15)의 상부에는 실린더(18,19)가 축방향으로 고정되어 있어서 유압실린더(액츄에이터)(20)를 구성하고 있다. 도시하지 않은 별도의 차동 잠금페달을 밟게 되면 전자 밸브를 온/오프하게 되어 차동 잠금방향의 유압부(20L)와 언로킹 방향의 유압부(20R)에 유압의 공급여부를 절환시킬 수 있다.

따라서 유압부(20L)에 유압을 작용시키면, 시프트포크(16)가 화살표(L) 방향으로 시프트로드(15)를 가이드로서 이동하고, 복귀 스프링(21)에 저장하여 시프터(14)를 같은 방향으로 움직이고, 로크핀(13)을 로크홀(12)에 삽입하여 차동 잠금상태로 제어하게 된다. 그리고 이러한 차동 잠금장치를 해제하기 위해서는, 즉 차동장치를 동작시키기 위해서는, 유압부(20R)에 유압을 작용시키면 화살표(L)과 반대 방향의 움직임을 일으켜, 차동 잠금장치를 해제할 수 있다.

그러나 이와 같은 종래의 기술에 의하면 차동 잠금장치를 동작시키기 위하여 복잡한 구조를 가지고 있음을 알 수 있다. 예를 들면 미션케이스(1)에 시프트로드(15)를 설치해야 하고, 유압액츄에이터(20)를 이용하여 시프트포크(16)를 원하는 방향으로 움직이도록 제어하되 시프트로드(15)에 의한 가이드를 받아야 하는 복잡한 구성으로 인하여 여러 가지 단점이 제기될 수밖에 없다.

그리고 상술한 바와 같이, 이러한 차동 잠금장치는 후차축에 구현되는 예를 통하여 설명하고 있지만, 전차축에 설치되는 잠금장치도 실질적인 원리는 동일한 것이라고 할 수 있고, 상술한 바와 같은 단점을 그대로 가지고 있다고 할 수 있다.

본 발명의 목적은, 최대한 간단한 구조를 가짐으로써 비용적인 관점 및 생산성의 관점, 그리고 관리 유지 등의 여러 가지 관점에서 가장 효율적인 차동 잠금장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 현재 적용되고 있는 차동장치를 구성하는 구성 부품의 변경을 최소화하여 잠금장치를 구현할 수 있도록 함으로써, 부품의 호환성 및 제조 공정에서의 생산성 및 편의성을 최대한 높일 수 있는 차동 잠금장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 잠금장치를 구현하기 위하여 유압실린더를 이용하되, 유압실린더의 피스톤로드에 의하여 동작하는 부재를 힌지축을 중심으로 하는 회동 운동에 의하여 클러치를 닫을 수 있도록 함으로써, 부품수의 최소화 및 동작 신뢰도를 최대한 높일 수 있는 차동 잠금장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 액슬하우징과, 상기 액슬하우징 내부에 설치되는 차동장치, 그리고 상기 차동장치의 좌우측으로 연결되는 한 쌍의 출력축을 구비하는 트랙터의 차동 잠금장치로써; 상기 차동장치의 제1차동케이싱의 외측단부에 성형되는 클러치부; 상기 제1차동케이싱의 외측에서, 제1출력축에 스플라인 결합되고, 상기 클러치부에 결합될 수 있는 클러치부를 구비하는 클러치부재; 상기 액슬하우징에 지지축을 통하여 회동 가능하게 지지되고, 일측으로의 회동에 의하여 클러치부재를 축방향으로 이동시켜 그 클러치부가 제1차동케이싱의 클러치부와 결합되도록 힘을 가하는 절환포크; 상기 클러치부재가 제1차동케이싱과 결합되는 방향으로 상기 절환포크를 회동시키는 힘을 가할 수 있고, 상기 액슬하우징에 설치된 구동수단; 그리고 상기 클러치부재와 차동장치의 제1사이드기어 사이에서 제1출력축에 삽입되어, 클러치부재를 제1차동케이싱에서 분리되는 방향으로 탄성력을 발휘하는 스프링으로 구성된다.

그리고 절환포크를 구동시키는 구동수단의 실시예에 의하면, 액슬하우징에 설치되는 유압실린더와, 상기 유압실린더의 유압에 의하여 직선운동하는 피스톤로드를 포함하는 유압장치로 구성되고 있다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 예를 들면 유압실린더 및 피스톤로드를 포함하는 유압장치를 이용함으로써, 차동장치가 동작하지 않도록 잠금상태로의 조작이 아주 간편하게 수행될 수 있음을 알 수 있다. 그리고 본 발명에서의 절환포크 및 절환포크를 회전시키는 유압장치는 액슬하우징에 간단하게 설치하는 것이 가능함은 당연하고, 이러한 구성에 의하여 전체적으로 간단한 구조를 가지는 차동 잠금장치를 제공할 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이 전체적으로 간단한 구조를 가진다고 함은, 실질적으로는 부품 수의 감소에 의한 여러 가지 장점과 조립 공정에서의 생산성을 향상시킬 수 있다는 장점도 기대할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 차동 잠금장치의 예를 보인 예시 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 차동 잠금장치의 구성을 보인 예시 단면도.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 이하 본 발명의 설명에서, 이미 공지되고 널리 사용중인 차동장치 자체의 구동원리 및 동작에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 액슬하우징(30)의 내부에는 좌우측의 휠에 동력을 배분하기 위한 차동장치(40)가 설치되어 있다. 이러한 차동장치(40)는, 차동장치의 입력축이라고 할 수 있는 링기어(54)를 통하여 전달되는 동력을, 좌우측 휠 등의 상태(저항)에 반응하여 좌우 방향으로 적절한 회전수로 출력하는 것이라고 할 수 있다. 상기 차동장치(40)를 통한 출력은, 좌우측 휠과 연결되는 일측의 출력축(52L)과 타측의 출력축(52R)로 전달된다.

이러한 차동장치(40)는, 상기 출력축(52L 및 52R)에 각각 스플라인 결합되어 있는 한 쌍의 사이드기어(42L 및 42R)(이하에서는 이를 총칭하여 '42' 라고 칭하기도 함)와, 상기 사이드기어(42L 및 42R)와 각각 치합되는 다수의 피니언기어(46L,46R)(이하에서는 이를 총칭하여 '46' 이라고도 칭함)를 포함하고 있다. 상기 피니언기어(46L,46R)는, 십자상으로 배열되는 피니언축(45)의 단부에 설치되어 있는 것이다.

그리고 상기 사이드기어(42)의 외측에는 한 쌍의 차동케이싱(44L,44R)(이하에서는 이를 총칭하여 44 라고도 칭함)이 구비되어 있고, 이러한 차동케이싱(44L,44R)은 볼트(B)(로킹핀)에 의하여 서로 연결되어 있어서 항상 같이 회전하도록 구성되어 있다. 그리고 이러한 차동케이싱(44)의 회전은 실질적으로 피니언축(45)도 같이 회전시키게 된다.

상기 링기어(54)는 일측의 차동케이싱(44R)과 연동하는데, 예를 들면 링기어(54)의 내측면과 차동케이싱(44R)의 외측면은 스플라인 결합되어 있다. 일측의 차동케이싱(44R)의 회전은, 타측의 차동케이싱(44L) 및 피니언축(45)을 같이 회전시키게 되면서, 피니언기어(46)도 같이 공전하게 된다. 피니언기어(46)의 공전은 피니언기어(46)의 자전과 같이 사이드기어(42)를 회전시키게 된다. 상기 사이드기어(42)의 회전에 의하여, 한 쌍의 출력축(52)도 회전하게 된다.

그리고 이러한 출력축(52)의 회전수의 분배는, 각 출력축(52L,52R)에 걸리는 저항에 따라서 차동장치(40)의 원리에 의하여 분배된다. 이와 같은 차동장치(40)의 동작이 필요 없는 경우에는, 본 발명에 의한 잠금장치가 동작하여 좌우 한 쌍의 출력축(52L,52R)이 동일한 속도를 가지고 회전하도록 해야 한다.

본 발명에 의한 차동 잠금장치는, 액슬하우징(30)에 일체로 성형되거나 액슬하우징(30)에 직접 장착되는 유압실린더(60)와, 상기 유압실린더에 오일이 출입하는 것에 의하여 직선왕복 운동하는 피스톤로드(62)를 구비하는 유압장치를 포함하고 있다. 그리고 상기 액슬하우징(30)의 내부에는 절환포크(70)가 설치되어 있다. 이러한 절환포크(70)는, 지지축(72)을 중심으로 하여 회동 운동 가능하도록 내부에서 지지되어 있다. 그리고 상기 피스톤로드(62)가 도 2에서 상방으로 절환포크(70)의 일단부(74)을 밀게 되면, 절환포크(70)는 지지축(72)을 중심으로 시계 방향으로 회동하여 결국 그 타단부(76)가 클러치부재(80)를 도면 상 우측으로 이동시키게 된다.

상기 절환포크(70)의 타단부(76)는 실질적으로는 클러치부재(80)를 우측으로 이동시키기 위한 부분으로, 예를 들면 제1출력축(52L)을 중심으로 양측을 감싸는 포크 형상을 가질 수 있고, 이러한 포크 형상의 타단부(76)가 상기 클러치부재(80)를 밀어서 도면 상 우측으로 이동시킬 수 있는 것이다. 상기 절환포크(70)는, 피스톤로드(62)의 직선 운동에 의하여 회동하면서, 클러치부재(80)를 도면 상 우측으로 밀 수 있는 단부를 가지는 것이면 충분하다. 예를 들면 상기 절환포크(70)는 클러치부재(80)를 우측으로 밀 수 있는 범위 내에서, 상기 클러치부재(80)와 어떠한 형태의 연결 구조를 가지는 것이 가능하다.

도시한 실시예에서, 상기 절환포크(70)는 클러치부재(80)를 운동시키기 위한 것임을 알 수 있다. 그리고 상기 실린더(60) 및 피스톤로드(62)로 구성되는 유압장치는, 절환포크(70)를 회전시키기 위한 하나의 구동원으로써의 기능을 가지고 있음을 알 수 있을 것이다.

그리고 클러치부재(80)는 상기 제1출력축(52L)에 스플라인 결합되어 있기 때문에, 방사 방향으로는 이동할 수 없고 축 방향으로는 이동 가능하게 지지되고 있다. 상기 클러치부재(80)의 단부(우측단부)에는 도그클러치부(82)가 성형되어 있다. 이러한 클러치부재(80)의 클러치부(82)는, 제1차동케이싱(44L)의 좌측단부에 성형된 클러치부(44C)와 결합되거나 분리될 수 있다.

즉, 클러치부(82)와 클러치부(44C)가 서로 결합하거나 분리될 수 있는 하나의 클러치를 형성하고 있음을 알 수 있다. 이러한 클러치는 실질적으로 도그클러치로 구성하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 따라서 상기 클러치부재(80)의 클러치부(82)와 제1케이싱(44L)의 클러치부(44C)는 도그클러치(DC)를 구성하게 되고, 서로 연결되면 동력이 전달되는 클로즈 상태를, 그리고 분리되면 동력 전달이 불가능한 오픈 상태로 될 것이다.

여기서 도그클러치(DC)는, 서로 맞물릴 수 있는 다수의 죠(Jaw)가 성형된 플랜지들이 결합하거나 분리됨으로써 동력이 단속되는 것으로 그 자체는 널리 사용되고 있는 것이라고 할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 상기 클러치부재(80)의 클러치부(82)와 제1차동케이싱(44L)의 클러치부(44C)의 결합은, 절환포크(70)에 의하여 클러치부재(80)가 우측으로 이동하는 것에 의하여 이루어진다.

그리고 상기 클러치부재(80)의 클러치부(82)가 제1차동케이싱(44L)의 클러치부(44C)에서 이격은, 스프링(90)의 탄성 복원력에 의해서 이루어진다. 즉 도그클러치의 이격을 위한 스프링(90)이 제1차동케이싱(44L)과 클러치부재(80) 사이에서 상기 제1출력축(52L)에 끼워져 있다.

따라서 상기 절환포크(70)에 의한 힘이 제거되면, 상기 클러치부재(80)는 스프링(90)의 탄성복원력에 의하여 도면 상 좌측으로 이동하게 된다. 상기 클러치부재(80)의 이동은 실질적으로 도그클러치(DC)의 오픈상태를 의미하고, 이는 차동장치(40)가 정상적으로 동작하는 것을 의미한다.

다음에는 본 발명에 의한 차동 잠금장치의 동작에 대하여 살펴보기로 한다. 먼저 위에서 설명한 바와 같이, 스프링(90)의 탄성복원력에 의하여 클러치부재(80)가 도면 상 좌측으로 이동한 상태에서, 차동장치(40)는 정상적으로 동작하고 있는 상태이다. 이와 같은 정상적인 차동장치의 동작 중에, 차동장치의 동작이 필요 없어서 잠금상태로 해야 하는 경우에는, 트랙터에 설치되어 있는, 예를 들면 운전석 부근에 설치되어 있는 버튼 또는 스위치를 조작함으로써, 상기 유압장치(60,62)를 동작시켜야 한다.

운전자의 이러한 스위치 조작에 의하여, 별도의 유압장치에서 유압이 상기 유압실린더(60)로 공급되면, 상기 피스톤로드(62)가 전진(액슬하우징의 내측으로)하게 된다. 이러한 피스톤로드(62)의 동작에 의하여, 절환포크(70)는 지지축(72)을 중심으로 회동하게 되면서, 그 하나의 단부(76)가 클러치부재(80)를 우측으로 밀게 된다.

상기 클러치부재(80)가 우측으로 밀리게 되면, 클러치부(82)가 제1차동케이싱(44L)의 클러치부(44C)와 결합하게 된다. 이렇게 결합되면, 실질적으로 제1출력축(52L)과 제2출력축(52R)은 등속으로 회전하게 된다. 즉, 클러치부재(80) 및 제1사이드기어(42L)은 제1출력축(52L)에 스플라인 결합되어 있기 때문에 같은 속도로 회전하게 되고, 이와 같이 제1차동케이싱(44L) 및 제2차동케이스(44R), 그리고 피니언축(45)도 이와 같은 회전수를 가지게 되기 때문에, 실질적으로 제1출력축과 제2출력축은 동일한 회전수를 가지게 되는 것이다. 이러한 회전 속도는 실질적으로 차동장치가 동작하지 않음으로써, 발생하는 것이라고 할 수 있다.

이와 같은 차동장치의 잠금(Locking) 상태가 불필요하게 되면, 상술한 바와 같은 스위치, 버튼 또는 페달의 조작에 의하여 상기 유압실린더(60) 내부로의 유압의 공급상태가 차단되면서, 스프링(90)의 탄성복원력에 의하여 클러치부재(80)는 제1차동케이싱(44L)과 이격된다. 그리고 이러한 동작과 같이 절환포크(70)는 지지축(72)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 될 것이다. 그리고 이와 같은 상태는 실질적으로 차동장치(40)가 정상적으로 동작할 수 있는 상태이고, 주행 상태에 따라서 좌우측의 휠은 요구되는 회전수를 가지고 회전할 수 있게 될 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 액슬하우징에 간단하게 설치될 수 있는 유압장치 또는 다른 기구적 장치를 이용하여 절환포크를 회전시킴으로써, 클러치(80)가 단속되도록 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 범주 내에서, 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 보호범위는 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

30 ..... 액슬하우징
40 ..... 차동장치
42, 42L, 42R ..... 사이드기어
44, 44L, 44R ..... 차동케이싱
45 ..... 피니언축
46, 46L, 46R ..... 피니언기어
52, 52L, 52R ..... 출력축
60 ..... 유압실린더
62 ..... 피스톤로드
70 ..... 절환포크
90 ..... 스프링

Claims (3)

1. 액슬하우징과, 상기 액슬하우징 내부에 설치되는 차동장치, 상기 차동장치의 좌우측으로 연결되는 한 쌍의 출력축(52)을 구비하는 트랙터의 차동 잠금장치로써;
   상기 차동장치의 제1차동케이싱의 외측단부에 성형되는 클러치부(44C);
   상기 제1차동케이싱의 외측에서, 제1출력축에 스플라인 결합되고, 상기 클러치부(44C)에 결합될 수 있는 클러치부(82)를 구비하는 클러치부재(80);
   상기 액슬하우징에 지지축(72)을 통하여 회동 가능하게 지지되고, 일측으로의 회동에 의하여 클러치부재를 축방향으로 이동시켜 그 클러치부(82)가 제1차동케이싱의 클러치부(44C)와 결합되도록 힘을 가하는 절환포크(70);
   상기 클러치부재가 제1차동케이싱과 결합되는 방향으로 상기 절환포크를 회동시키는 힘을 가할 수 있고, 상기 액슬하우징에 일체로 성형되거나 액슬하우징에 직접 장착되는 유압실린더와, 상기 유압실린더의 유압에 의하여 직선운동하는 피스톤로드를 포함하는 유압장치로 구성되는 구동수단; 그리고
   상기 클러치부재와 차동장치의 제1사이드기어(42L) 사이에서 제1출력축에 삽입되어, 클러치부재를 제1차동케이싱에서 분리되는 방향으로 탄성력을 발휘하는 스프링으로 구성되며,
   상기 절환포크(70)는 상기 피스톤로드의 직선운동에 의하여 회동하면서 상기 클러치부재(80)를 밀수 있는 단부를 가지도록 형성되는 트랙터의 차동 잠금장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 클러치부재의 클러치부와 제1차동케이싱의 클러치부는 도그클러치를 구성하는 트랙터의 차동 잠금장치.
   
   
   
   
   
   
   

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