KR101996755B1 - 4륜구동 차량용 부변속기 - Google Patents

4륜구동 차량용 부변속기 Download PDF

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KR101996755B1
KR101996755B1 KR1020180034530A KR20180034530A KR101996755B1 KR 101996755 B1 KR101996755 B1 KR 101996755B1 KR 1020180034530 A KR1020180034530 A KR 1020180034530A KR 20180034530 A KR20180034530 A KR 20180034530A KR 101996755 B1 KR101996755 B1 KR 101996755B1
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Abstract

본 발명은 2륜구동 모드에서 4륜구동 모드로의 동력 절환시, 엔진 및 변속기로부터 전달되는 동력을 추진축을 통해 후륜으로 전달하는 4륜구동 차량용 부변속기에 관한 것으로서, 변속기의 동력을 전달받는 입력축; 상기 입력축으로부터 동력을 전달받는 출력축; 및 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 구비되어, 상기 입력축의 동력을 상기 출력축으로 전달하거나 차단하되, 동력 절환시 상기 입력축과 상기 출력축의 회전 속도 차이에서 발생하는 충격을 완화하기 위한 충격완화수단이 구비된 절환수단;을 포함할 수 있다.
이에 의하여, 구조를 단순화할 수 있다.

Description

4륜구동 차량용 부변속기{POWER TAKE-OFF UNIT FOR 4 WHEEL DRIVING VEHICLE}
본 발명은, 4륜구동 차량용 부변속기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 2륜구동 모드와 4륜구동 모드간 절환시, 입력축과 출력축의 회전속도 차에 의해 발생하는 충격을 완화할 수 있도록 한 4륜구동 차량용 부변속기에 관한 것이다.
일반적으로, 4륜구동 차량은 엔진 및 변속기의 장착 위치와 실제 구동륜의 위치에 따라 FR(Front engine Rear drive)형식 또는 FF(Front engine Front drive)형식 등으로 구분된다.
그 중 FF형식의 경우에, 엔진과 변속기로부터 전달받은 동력을 후륜으로 보내기 위한 것으로 부변속기가 장착된다. 도 1은 종래의 4륜구동 차량용 부변속기를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 4륜구동 차량용 부변속기는, 변속기의 동력을 전달받는 입력축(1), 입력축(1)으로부터 동력을 전달받는 출력축(2), 입력축(1)과 출력축(2) 사이의 동력을 절환하는 클러치(3), 절환 동력을 제공하는 액추에이터(도시하지 않음), 액추에이터에 결합하여 회전하는 스크류(10), 스크류(10)를 지지하는 로드 스크류(20), 동력 절환시 충격을 흡수하기 위한 스프링(30), 스프링(30)을 지지하기 위한 스프링 슬리브(32) 등으로 구성된다.
그러나, 이러한 종래의 4륜구동 차량용 부변속기에 있어서는, 충격을 완화하기 위하여 사용되는 부품이 많아 구조가 복잡한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은, 구조를 단순화할 수 있는 4륜구동 차량용 부변속기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 2륜구동 모드에서 4륜구동 모드로의 동력 절환시, 엔진 및 변속기로부터 전달되는 동력을 추진축을 통해 후륜으로 전달하는 4륜구동 차량용 부변속기에 있어서, 변속기의 동력을 전달받는 입력축; 상기 입력축으로부터 동력을 전달받는 출력축; 및 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 구비되어, 상기 입력축의 동력을 상기 출력축으로 전달하거나 차단하되, 동력 절환시 상기 입력축과 상기 출력축의 회전 속도 차이에서 발생하는 충격을 완화하기 위한 충격완화수단이 구비된 절환수단;을 포함하고, 상기 절환수단은, 상기 입력축과 상기 출력축간 동력을 절환하는 클러치; 상기 클러치와 결합하여 이동함으로써 상기 클러치를 작동시키는 포크; 상기 포크에 동력을 제공하는 액추에이터; 상기 액추에이터에 연결되어 상기 액추에이터의 동력으로 회전하며, 상기 포크에 삽입되는 스크류; 및 상기 스크류가 상기 포크에 삽입되는 부위에 위치하여, 동력 절환 과정에서 발생하는 충격을 완화시키는 충격완화수단;을 포함하고, 상기 충격완화수단은 상기 포크의 내부에 위치하는 코일 스프링을 포함하며, 상기 스크류의 외주면에는 나사산이 형성되고, 상기 코일 스프링은 상기 스크류의 나사산과 일치하도록 감겨있어, 상기 코일 스프링은 상기 스크류의 회전을 안내하며 상기 스크류의 이동에 따라 압축 또는 인장됨으로써 충격을 완화하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기를 제공한다.
삭제
상기 클러치는, 상기 입력축 일단의 외주면에 축방향으로 형성되는 스플라인; 상기 출력축 일단의 외주면에 결합하는 허브; 및 상기 허브의 외주면에 결합하여, 상기 스플라인을 따라 이동함으로써 상기 입력축과 상기 출력축간 동력 절환 기능을 하는 슬리브;를 포함하는 도그 클러치로 구성될 수 있다.
삭제
삭제
삭제
상기 코일 스프링은 복수의 코일 스프링으로 구성될 수 있다.
상기 절환수단은, 상기 포크의 이동을 보조하는 가이드 샤프트를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 4륜구동 차량용 부변속기는, 적은 수의 부품으로 충격완화수단을 구성할 수 있다. 이에 의하여, 구조를 단순화할 수 있다.
도 1은 종래의 4륜구동 차량용 부변속기를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량용 부변속기를 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 충격 완화 수단을 도시한 사시도,
도 4는 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.
이하, 본 발명에 의한 4륜구동 차량용 부변속기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 4륜구동 차량용 부변속기를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량용 부변속기를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 충격 완화 수단을 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량용 부변속기는, 입력축(100), 출력축(200) 및 충격완화수단이 구비된 절환수단을 포함한다.
상기 입력축(100)은 변속기와 연결되어, 변속기로부터 동력을 전달받는다.
상기 입력축(100)은 상기 출력축(200)과 연결되어 있으나, 2륜구동 모드에서는 상기 입력축(100)의 동력이 상기 출력축(200)으로 전달되지 않고, 4륜구동 모드에서는 상기 입력축(100)의 동력이 상기 출력축(200)으로 전달된다.
상기 출력축(200)은 후륜을 구동하기 위한 것으로, 상기 출력축(200)의 외주면에 결합하는 링기어(210), 상기 링기어(210)와 90도 각도를 이루는 피니언 기어(도시되지 않음)를 통하여 상기 출력축(200)의 동력이 프로펠러 샤프트(도시되지 않음)를 회전시킴으로써 후륜으로 전달된다.
상기 절환수단은 상기 입력축(100)의 동력을 상기 출력축(200)으로 전달하거나 차단하여 2륜구동 모드와 4륜구동 모드간 전환을 가능하게 하는 것이다. 상기 절환수단은 도그 클러치(310), 포크(330), 스크류(340), 가이드 샤프트(350), 코일 스프링(360), 액추에이터를 포함한다.
여기서, 상기 도그 클러치(310)는 스플라인(312), 허브(314), 슬리브(320)를 포함한다. 상기 스플라인(312)은 상기 입력축(100) 일단의 외주면에 축방향을 향하여 형성되는 것으로, 상기 스플라인(312)으로 인해 상기 슬리브(320)가 축방향으로 일정 거리 이동할 수 있다. 상기 허브(314)는 상기 출력축(200)의 일단의 외주면에 결합하며, 2륜구동시 상기 슬리브(320)는 상기 허브(314)의 외주면에 위치한다.
2륜구동에서 4륜구동으로 절환시에는 상기 슬리브(320)가 이동하여 상기 허브(314)와 상기 스플라인(312)을 상기 슬리브(320)의 내주면에 모두 감싸도록 결합한다. 이에 의하여, 상기 입력축(100) 및 상기 출력축(200)이 함께 회전하는 4륜구동을 달성한다.
이와 반대로, 4륜구동에서 2륜구동으로 절환시에는 상기 슬리브(320)가 상기 허브(314)의 외주면에만 위치하도록 이동한다. 즉, 이때는 상기 슬리브(320)가 상기 스플라인(312)과 연결되지 않으므로 상기 입력축(100)의 회전이 상기 출력축(200)으로 전달되지 않는다.
그리고, 상기 슬리브(320)의 이동을 위하여 상기 슬리브(320)에 결합하는 상기 포크(330)가 구비된다. 상기 슬리브(320)와 상기 포크(330)의 결합을 살펴보면, 상기 슬리브(320)의 외주면에는 원주 방향으로 연속한 홈이 형성되어 있다. 그리고, 이러한 상기 홈에 상기 포크(330)의 일측이 삽입되어 결합함으로써 상기 슬리브(320)가 상기 포크(330)와 함께 이동한다.
상기 포크(330)는 상기 슬리브(320)와 결합하는 일측의 반대편, 즉 타측에 상기 스크류(340)가 삽입되는 공간을 갖는다. 이러한 상기 포크(330)의 타측에 상기 스크류(340)가 삽입된 것이 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 이때, 상기 스크류(340)는 상기 포크(330)의 이동 방향, 즉 입력축(100) 및 출력축(200)의 축방향과 일치하는 방향으로 삽입된다.
또한, 상기 포크(330)에는 상기 포크(330)의 이동을 보조하기 위한 상기 가이드 샤프트(350)가 구비된다. 상기 가이드 샤프트(350)는 상기 포크(330)가 상기 슬리브(320)와 결합하는 일측과 상기 포크(330)에 상기 스크류(340)가 삽입되는 타측의 중간부에서 상기 포크(330)를 관통한다. 그러나, 상기 가이드 샤프트(350)가 반드시 상기한 중간부에만 위치하여야 하는 것은 아니고, 상기 포크(330)의 이동 방향과 일치하는 축방향으로 구비되는 한 다른 부위에도 위치할 수 있다.
이때, 상기 가이드 샤프트(350)는 상기 스크류(340)와 결합하여 상기 스크류(340)를 지지할 수도 있다. 이러한 상기 가이드 샤프트(350)와 상기 스크류(340)의 결합은 종래의 4륜구동 차량용 부변속기에서는 일반적인 구성으로, 도 1에는 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예의 경우에는 필수적인 것이 아니며, 생략할 수도 있다.
상기 액추에이터는 상기 포크(330)를 이동시키는 동력을 제공하는 것으로, 모터로 구성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 액추에이터는 상기 스크류(340)의 일단에 연결되어 상기 스크류(340)를 회전시킨다.
상기 스크류(340)는 상기한 바와 같이 상기 액추에이터에 연결되어 회전한다. 그리고, 상기 스크류(340)에 의하여 회전운동이 직선운동으로 변환된다. 상기 스크류(340)는 회전운동을 할 뿐, 상기 포크(330)와 함께 직선운동을 하지 않는다. 따라서 상기 스크류(340)가 회전하면, 상기 스크류(340)는 위치가 고정되어 있으므로 상기 포크(330)가 이동하게 된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스크류(340)가 상기 포크(330)에 삽입되는 공간에는 상기 충격완화수단이 구비된다. 상기 충격완화수단은 탄성이 있는 코일 스프링(360)으로 구성된다. 상기 코일 스프링(360)은 상기 스크류(340)의 외주면에 감겨있다. 상기 코일 스프링(360)은 탄성이 있으므로 상기 스크류(340)가 회전하여 상기 포크(330)가 이동함에 따라서 압축되거나 인장된다. 구체적으로 살펴보면, 2륜구동 모드에서 4륜구동 모드로의 절환시에는 상기 코일 스프링(360)이 압축되고, 4륜구동 모드에서 2륜구동 모드로의 절환시에는 상기 코일 스프링(360)이 인장된다. 따라서 절환시에 상기 입력축(100)과 상기 출력축(200)간 속도 차이로 인한 블로킹 등이 발생하더라도, 상기 코일 스프링(360)의 복원력으로 인하여 그 충격을 완화할 수 있게 된다.
이하, 본 실시예에 따른 4륜구동 차량용 부변속기의 작용효과에 대해 설명한다.
먼저, 2륜구동 모드에서 4륜구동 모드로 전환하는 경우에 대하여 설명한다.
2륜구동 모드로 주행시, 상기 입력축(100)은 회전하고 있으며, 상기 출력축(200)은 상기 입력축(100)에 비해 저속으로 회전하고 있다. 이때, 4륜구동 모드로 전환하기 위하여 상기 액추에이터가 구동되고, 상기 액추에이터의 구동에 따라 상기 스크류(340)가 회전한다. 그리고, 상기 스크류(340)가 회전하면 상기 포크(330)가 입력축(100) 방향으로 이동한다. 그리고, 상기 포크(330)가 이동하면 상기 슬리브(320)가 함께 이동하고, 상기 슬리브(320)에 이동에 따라 상기 도그 클러치(310)가 체결된다. 이에 의하여 상기 도그 클러치(310)가 체결되면, 상기 출력축(200)이 상기 입력축(100)과 함께 회전하여 4륜구동 모드가 달성된다.
다음으로, 4륜구동 모드에서 2륜구동 모드로 전환하는 경우의 상기 절환수단의 작동을 설명한다.
4륜구동 모드로 주행시, 상기 입력축(100)과 상기 출력축(200)은 모두 회전하고 있다. 이때, 2륜구동 모드로 전환하기 위하여 상기 액추에이터가 구동된다. 상기 액추에이터의 구동에 따라, 상기 스크류(340)가 회전한다. 그리고, 상기 스크류(340)의 회전에 따라 상기 포크(330)가 출력축(200) 방향으로 이동한다. 이어서, 상기 포크(330)의 이동에 따라 상기 슬리브(320)가 이동하고, 상기 슬리브(320)에 결합하는 상기 허브(314)가 상기 도그 클러치(310)에서 이탈한다. 위와 같은 과정을 통하여 상기 출력축(200)이 상기 입력축(100)의 동력을 전달받지 않게 된다.
이와 같은 절환 과정에 있어서, 상기 출력축(200)은 상기 입력축(100)의 회전 속도의 차이로 인하여, 상기 도그 클러치(310)가 정확하게 맞물리지 못하고 부딪히는 현상(이하 '블로킹'이라 한다.)이 발생한다. 이러한 블로킹이 발생하면 그 충격으로 인해 원활한 동력 절환이 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 도그 클러치(310)의 내구성이 저하되고, 소음이나 진동이 발생하는 문제가 있다.
따라서 상기 충격완화수단은 블로킹으로 인한 충격을 흡수하는 기능을 하게 된다. 상기 충격완화수단은 구성하는 상기 코일 스프링(360)은 상기 스크류(340)의 외주면에 감겨있어 상기 스크류(340)가 회전함에 따라 상기 코일 스프링(360)의 길이가 변할 수 있다. 즉, 상기 코일 스프링(360)으로 인해 상기 슬리브(320) 및 상기 허브(314)를 포함하는 상기 절환수단에 급격한 변위가 발생하지 않는다.
이때, 상기 코일 스프링(360)이 상기 스크류(340)의 나사선과 일치하는 형상으로 형성됨에 따라, 상기 코일 스프링(360)은 충격을 완화하는 역할 뿐 아니라 상기 스크류(340)의 가이드 역할도 함께 한다. 따라서 상기 스크류(340)를 가이드하기 위한 목적으로 나사산이 형성되는 로드 스크류와 같은 구성이 불필요하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 코일 스프링(360)은 상기 스크류(340)의 나사산과 일치하는 형상으로 구비된다. 다시 말하면, 상기 스크류(340)의 나사산이 이루는 피치, 나사산의 각도, 골지름 및 바깥지름 등에 맞추어서, 상기 스크류(340)의 나사산에 정확하게 감길 수 있는 규격의 코일 스프링(360)이 구비된다. 이러한 상기 코일 스프링(360)이 구비됨으로 인하여, 상기 스크류(340)가 회전할 때 상기 코일 스프링(360)이 상기 스크류(340)의 가이드 역할, 즉 암나사와 같은 기능을 할 수 있게 된다.
또한, 상기 코일 스프링(360)은 2개의 서로 다른 코일 스프링이 180도 각도를 이루며 서로 중첩되게 배치되도록 구성될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 코일 스프링(360)은 상기 코일 스프링(360)의 위치를 고정하기 위한 별도의 스프링 슬리브 없이, 상기 코일 스프링(360)의 일단이 상기 포크(330) 내부에 직접 결합하여 고정된다.
상기 스크류(340)의 회전에 따라 상기 코일 스프링(360)은 일정 길이만큼 압축되거나 인장되고, 이렇게 압축되거나 인장된 상기 코일 스프링(360)의 복원력에 의하여 상기 포크(330)가 이동하게 된다.
이에 의하여, 블로킹으로 인한 충격을 완화하며 2륜구동 모드와 4륜구동 모드간 절환이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량용 부변속기는, 상기 충격완화수단을 구성하는 부품 수가 감소함에 따라 구조가 단순화된다.
또한, 4륜구동 차량용 부변속기의 총 중량이 줄어들고 제조 원가가 감소하는 측면이 있다. 그리고, 절환 과정에서 발생하는 진동 및 소음이 줄어드는 효과가 있다.
100: 입력축 200: 출력축
210: 링기어 310: 도그 클러치
312: 스플라인 314: 허브
320: 슬리브 330: 포크
340: 스크류 350: 가이드 샤프트
360: 코일 스프링

Claims (8)

  1. 2륜구동 모드에서 4륜구동 모드로의 동력 절환시, 엔진 및 변속기로부터 전달되는 동력을 추진축을 통해 후륜으로 전달하는 4륜구동 차량용 부변속기에 있어서,
    변속기의 동력을 전달받는 입력축(100);
    상기 입력축(100)으로부터 동력을 전달받는 출력축(200); 및
    상기 입력축(100)과 상기 출력축(200) 사이에 구비되어, 상기 입력축(100)의 동력을 상기 출력축(200)으로 전달하거나 차단하되, 동력 절환시 상기 입력축(100)과 상기 출력축(200)의 회전 속도 차이에서 발생하는 충격을 완화하기 위한 충격완화수단이 구비된 절환수단;을 포함하고,
    상기 절환수단은,
    상기 입력축(100)과 상기 출력축(200)간 동력을 절환하는 클러치;
    상기 클러치와 결합하여 이동함으로써 상기 클러치를 작동시키는 포크(330);
    상기 포크(330)에 동력을 제공하는 액추에이터;
    상기 액추에이터에 연결되어 상기 액추에이터의 동력으로 회전하며, 상기 포크(330)에 삽입되는 스크류(340); 및
    상기 스크류(340)가 상기 포크(330)에 삽입되는 부위에 위치하여, 동력 절환 과정에서 발생하는 충격을 완화시키는 충격완화수단;을 포함하고,
    상기 충격완화수단은 상기 포크(340)의 내부에 위치하는 코일 스프링(360)을 포함하며,
    상기 스크류(340)의 외주면에는 나사산이 형성되고, 상기 코일 스프링(360)은 상기 스크류(340)의 나사산과 일치하도록 감겨있어, 상기 코일 스프링(360)은 상기 스크류(340)의 회전을 안내하며 상기 스크류(340)의 이동에 따라 압축 또는 인장됨으로써 충격을 완화하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클러치는,
    상기 입력축(100) 일단의 외주면에 축방향으로 형성되는 스플라인(312);
    상기 출력축(200) 일단의 외주면에 결합하는 허브(314); 및
    상기 허브(314)의 외주면에 결합하여, 상기 스플라인(312)을 따라 이동함으로써 상기 입력축(100)과 상기 출력축(200)간 동력 절환 기능을 하는 슬리브(320);를 포함하는 도그 클러치(310)인 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코일 스프링(360)은 복수의 코일 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  8. 제1항, 제3항, 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절환수단은, 상기 포크(330)의 이동을 보조하는 가이드 샤프트(350)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
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