KR102522121B1

KR102522121B1 - 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜

Info

Publication number: KR102522121B1
Application number: KR1020210051693A
Authority: KR
Inventors: 장승호
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2023-04-18
Also published as: KR20220145451A

Abstract

본 발명은 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동력 대차에서 차량의 진행 방향에 따라 전부 및 후부에 구비되는 차륜의 연동 상태를 조절하도록 하되, 차륜에 공급하는 회전력을 차륜의 연동 및 분리 상황에 따라 그에 대응되도록 차륜에 전달하도록 할 뿐만 아니라, 별도의 제어 장치를 구비하지 않고 기계적인 구조만으로 차륜의 연동 상태를 조절하도록 함으로써, 구성을 단순화할 수 있고 신속한 제어를 가능하게 하는 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 대차에 고정 설치되는 차축과, 상기 차축의 양단부에 회전가능하도록 설치되는 차륜과, 상기 차륜의 일측에 서로 마주보도록 형성되는 차륜 허브와, 상기 차륜 허브의 단부에 형성되는 차륜 기어와, 상기 대차에 설치되어 동력을 공급하는 동력부와, 상기 차축에 고정 설치되어 상기 동력부와 차륜 기어를 연결하는 기어박스로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜{Independently or dependently-rotating wheels for railway power bogie}

본 발명은 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동력 대차에서 차량의 진행 방향에 따라 전부 및 후부에 구비되는 차륜의 연동 상태를 조절하도록 하되, 차륜에 공급하는 회전력을 차륜의 연동 및 분리 상황에 따라 그에 대응되도록 차륜에 전달하도록 할 뿐만 아니라, 별도의 제어 장치를 구비하지 않고 기계적인 구조만으로 차륜의 연동 상태를 조절하도록 함으로써, 구성을 단순화할 수 있고 신속한 제어를 가능하게 하는 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜에 관한 것이다.

저상 차량이 아닌 일반적인 고상 철도차량에서는 양측의 철도차륜이 차축으로 연결되는 일체형 윤축(non-IRW)을 이용한다(도 1의 Type 1). 차륜은 테이퍼 단면을 가지고 있어 레일 상을 구르며 주행할 때 한쪽으로 치우친 경우에는 서로 다른 속도 차에 의한 복원력이 작용하여 중앙으로 돌아오게 되고 탈선하지 않고 주행한다.

그러나, 고속 주행 상황에서는 복원력 때문에 임계속도 이상에서 불안정성이 커진다. 곡선부의 주행에서도 곡선 반경이 클 때에는 비교적 문제가 적으나 곡선 반경이 작은 급곡선에서는 미끄러짐이 발생하는 크리프력(creep force)이 작용하여 차륜/레일에 큰 마모가 발생하게 되고 또한 큰 소음 및 진동이 발생한다.

한편, 트램(노면전차) 등의 철도차량에서 승객의 탑승 시 편리성을 위하여 차량 바닥을 낮춘 저상 차량이 운행되고 있으며, 윤축의 차축 공간까지 차량 바닥을 넓히기 위하여 차축을 제거한 독립형 차륜(IRW)이 이용되고 있다(도 1의 Type 4). 차축의 제거로 양측 차륜의 회전은 독립적이게 되고 급곡선에서 안쪽과 바깥쪽 차륜이 서로 자유롭게 회전할 수 있으므로 크리프력이 발생하지 않아 원활한 곡선 통과가 가능하다. 즉, 급곡선 통과 시 소음 및 진동이 비교적 작으며 차륜의 마모도 작게 된다.

그러나, 직선 주행 시에 non-IRW에서 발생하는 복원력이 발생하지 않고 다만 중력에 의한 힘이 작용할 뿐이므로 중앙으로 복원하기 위한 힘이 부족하다. 따라서, 직선 주행 시에 차륜의 플랜지와 레일이 주로 접촉하게 되어 차륜의 마모가 커지고 소음이 발생하거나 분기기에서의 탈선이 발생하는 등의 직선 주행 안전성에 문제점이 있다.

기존 문헌에서 직진 주행 안전성과 곡선 추종성에서 가장 좋은 방식은 Type 2이고, 가장 나쁜 방식은 Type 3임이 알려져 있다. 그러나, Type 2 방식은 방향성을 가지고 있어서 역방향으로 진행할 때는 Type 3과 같은 방식이 되어 좋지 않다. 철도차량에서는 양방향으로 운행이 가능하도록 하는 것이 운영 측면에서 유리하다.

본원 특허의 발명자에 의한 선출원된 특허 10-1155337호(2012.6.5, 등록)에는 도 2에 도시된 바와 같이 차륜(100), 차륜 기어(110), 샤프트기어(120), 도그슬리브(130), 샤프트(140), 쉬프트수단(150)으로 이루어지는 도그클러치를 설치하여 양측 차륜(100)의 회전 운동을 구속하거나 하지 않는 방식이 제시된 바 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 진행 방향이 바뀌더라도 선두 차륜의 회전 운동을 구속하고, 후미 차륜의 회전 운동을 구속하지 않도록 하여 위 Type 2와 같이 non-IRW, IRW로 구성되도록 할 수 있다.

그러나, 기존특허에서의 변환은 진행 방향이 바뀔 때 전기구동장치 또는 공압 또는 유압 방식으로 실린더를 작동하여야 하며, 이러한 추가적인 신호 및 제어장치, 외부 파워를 쓰는 구동장치가 필요한 단점이 있다.

또한, 별도의 구동장치를 사용할 때, 차량의 진행 방향에 따라 구동장치를 연동시켜야 하는데, 차량의 방향을 감지한 후 다시 구동장치를 동작시켜야 하므로 응답시간이 늦어지는 문제점이 있다.

이와 더불어 기존의 기술들은 동력이 전달되지 않은 부수 대차(trailing bogie)에 해당되는 기술이므로, 전술한 문제점뿐만 아니라 모터에 의한 추진 동력이 전달되는 동력대차(power bogie)의 경우에는 일체형 차륜(non-IRW) 방식 또는 독립적으로 회전하는 방식(IRW, Independent Rotating Wheels)으로 변환될 경우 그에 맞게 동력을 전달하기 위한 구조가 필요하다.

한국등록특허 10-1155337호(2012.6.5, 등록)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 대차에 고정 설치되는 차축의 양단부에 회전가능하도록 설치되는 차륜과 상기 차륜에 동력을 공급하는 동력부와 상기 차축의 중심부에 설치되는 기어박스로 이루어지되, 상기 기어박스는 내부에 도그 클러치를 구비하여 한 쌍의 차륜의 연동 및 분리를 제어하면서, 상기 동력부에서 공급하는 회전력을 차동기어를 사용하여 차륜의 연동 및 분리 상황에 따라 그에 대응되도록 차륜에 전달하도록 함으로써, 차량이 전방으로 주행할 경우 대차의 전부에 구비되는 한 쌍의 차륜이 일체형 차륜으로 작동하고, 후부에 구비되는 한 쌍의 차륜이 독립형으로 작동하도록 하며, 차량이 후방으로 주행할 경우에는 전부에 구비되는 차륜이 독립형으로 작동하고 후부에 구비되는 차륜은 일체형으로 작동하도록 하여 동력 대차에서 직선 주행 안정성과 곡선 추종성을 높일 수 있는 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 차축에 고정 설치되는 기어박스의 내측에 차축 양측에 구비되는 한 쌍의 차륜을 연동키거나 분리 시키는 도그 클러치를 구성하는 도그 슬리브를 이동시키는 작동부가 구비되되, 상기 작동부는 기계적인 구조를 통하여 차륜의 회전 방향에 따라 도그 슬리브를 좌우로 이동시킴으로써, 별도의 제어장치를 구비하지 않더라도 차량의 이동방향에 따라 자동으로 도그 클러치의 작동을 제어하여 구조를 단순화할 수 있고 보다 신속하게 차륜의 연동을 제어할 수 있는 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜을 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

대차에 고정 설치되는 차축과, 상기 차축의 양단부에 회전가능하도록 설치되는 차륜과, 상기 차륜의 일측에 서로 마주보도록 형성되는 차륜 허브와, 상기 차륜 허브의 단부에 형성되는 차륜 기어와, 상기 대차에 설치되어 동력을 공급하는 동력부와, 상기 차축에 고정 설치되어 상기 동력부와 차륜 기어를 연결하는 기어박스로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 기어박스는 상기 차축에 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 내측에 설치되어 상기 동력부로부터 공급되는 회전력을 상기 차륜 기어로 전달하는 동력 전달부와, 상기 한 쌍의 차륜 기어의 회전을 차량의 진행 방향에 따라 연동시키거나 분리시키는 연동 조절부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 동력 전달부는 상기 동력부의 일측으로 돌출되는 동력축에 설치되는 구동기어와, 상기 동력축과 차륜 허브 사이에 서로 마주보도록 설치되는 한 쌍의 동력 전달축과, 상기 동력 전달축의 단부에 상기 차륜 기어와 접하도록 설치되는 동력 전달 기어와, 상기 동력 전달축 사이에 설치되어 상기 구동기어와 접하도록 설치되는 차동기어로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 차동기어는 상기 동력 전달축의 단부에 서로 마주보도록 설치되는 제1,2사이드기어와, 상기 제1,2사이드기어 사이에 유성기어 형태로 설치되는 한 쌍의 샤프트 피니언 기어와, 상기 동력 전달축의 외측에 회전가능하도록 설치되되 상기 구동기어와 접하여 동력을 전달받는 링기어와, 상기 링기어의 측면에 상기 제1,2사이드기어 및 샤프트 피니언기어를 커버하도록 설치되는 디퍼렌셜케이스와, 상기 디퍼렌셜케이스의 내측에 설치되어 양단부에 상기 샤프트 피니언 기어가 회전가능하도록 설치되는 디퍼렌셜축으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 연동 조절부는 상기 차축에 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 내측에 상기 차축과 이격되도록 설치되는 토크 전달축과, 상기 토크 전달축의 일측에 상기 일측의 차륜 기어와 접하도록 일체로 설치되는 제1 토크 기어와, 상기 토크 전달축의 타측에 회전가능하도록 설치되어 상기 타측의 차륜 기어와 접하도록 설치되는 제2 토크 기어와, 상기 하우징의 내측에 구비되어 제1,2 토크 기어의 연동 상태를 제어하는 도그 클러치와, 상기 도그 클러치의 일측에 설치되어 상기 도그 클러치를 제어하는 작동부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 도그 클러치는 상기 토크 전달축의 외측에 이동 가능하도록 설치되는 도그 슬리브와, 상기 도그 슬리브의 일측단부에 형성되는 제1 클러치부와, 상기 제2 토크 기어의 일측에 상기 제1 클러치부와 치합되도록 형성되는 제2 클러치부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 토크 전달축의 외주면에는 길이방향을 따라 제1 안내 걸림부가 외측으로 돌출되도록 형성되고, 상기 도그 슬리브의 내주면에는 상기 제1 안내 걸림부에 대응되도록 제2 안내 걸림부가 내측으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 작동부는 상기 토크 전달축과 이격되도록 설치되는 클러치 축과, 상기 클러치 축의 일측 단부에 상기 제1 토크 기어와 접하도록 형성되는 클러치 기어와, 상기 클러치 축을 따라 이동하도록 설치되되 일측 단부는 상기 도그 슬리브와 연결되는 시프트 부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 시프트 부재의 일측 단부에는 상기 클러치 축이 삽입되도록 통공이 형성되고, 타측 단부에는 상기 도그 슬리브의 외주면에 형성되는 연결홈에 삽입되는 연결부가 형성되며, 상기 클러치 축의 외주면에는 일측에는 스크류부가 형성되고, 상기 통공의 내주면에는 상기 스크류부에 대응되도록 암나사가 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 클러치 축에는 상기 스크류부의 길이 방향 양측 단부에 상기 시프트 부재의 두께에 대응되도록 유격부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 클러치 축은 좌우로 일정거리 유격되도록 설치되고, 상기 차륜 기어, 제1,2 토크 기어 및 클러치 기어는 헬리컬 기어로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 대차에 고정 설치되는 차축의 양단부에 회전가능하도록 설치되는 차륜과 상기 차륜에 동력을 공급하는 동력부와 상기 차축의 중심부에 설치되는 기어박스로 이루어지되, 상기 기어박스는 내부에 도그 클러치를 구비하여 한 쌍의 차륜의 연동 및 분리를 제어하면서, 상기 동력부에서 공급하는 회전력을 차동기어를 사용하여 차륜의 연동 및 분리 상황에 따라 그에 대응되도록 차륜에 전달하도록 함으로써, 차량이 전방으로 주행할 경우 대차의 전부에 구비되는 한 쌍의 차륜이 일체형 차륜으로 작동하고, 후부에 구비되는 한 쌍의 차륜이 독립형으로 작동하도록 하며, 차량이 후방으로 주행할 경우에는 전부에 구비되는 차륜이 독립형으로 작동하고 후부에 구비되는 차륜은 일체형으로 작동하도록 하여 동력 대차에서 직선 주행 안정성과 곡선 추종성을 높일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 차축에 고정 설치되는 기어박스의 내측에 차축 양측에 구비되는 한 쌍의 차륜을 연동키거나 분리 시키는 도그 클러치를 구성하는 도그 슬리브를 이동시키는 작동부가 구비되되, 상기 작동부는 기계적인 구조를 통하여 차륜의 회전 방향에 따라 도그 슬리브를 좌우로 이동시킴으로써, 별도의 제어장치를 구비하지 않더라도 차량의 이동방향에 따라 자동으로 도그 클러치의 작동을 제어하여 구조를 단순화할 수 있고 보다 신속하게 차륜의 연동을 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 독립형 차륜(IRW)와 차륜 일체형(non-IRW)의 다양한 조합 예를 도시한 도면이다
도 2는 종래의 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜의 사시도이다.
도 3은 종래의 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜의 전후진 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜의 차륜 허브와 차축을 보여주는 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜의 하우징이 개방된 상태의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜의 동력 전달부의 확대도이다.
도 8은 본 발명에 따른 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜의 차동기어의 디퍼렌셜 케이스를 분리한 상태의 확대도이다.
도 9는 본 발명에 따른 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜의 연동 조절부의 확대도이다.
도 10은 본 발명에 따른 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜의 연동 조절부의 작동상태를 보여주는 상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

본 발명은 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜에 관한 것으로 도 4 내지 도 10에 도시된 바와 같이 그 구성은 대차에 고정 설치되는 차축(210)과 상기 차축(210)의 양단부에 회전가능하도록 설치되는 차륜(220)과 상기 차륜(220)의 일측에 서로 마주보도록 형성되는 차륜 허브(230)와 상기 차륜 허브(230)의 단부에 형성되는 차륜 기어(240)와 상기 대차에 설치되어 동력을 공급하는 동력부(250)와 상기 차축(210)에 고정 설치되어 상기 동력부(250)와 차륜 기어(240)를 연결하는 기어박스(600)로 이루어진다.

여기서, 상기 차륜 허브(230)는 상기 차축(210)의 외측에 회전가능하게 설치되어 상기 차륜(220)이 고정설치되는데, 상기 차축(210)의 양측에 위치하는 차륜(220)의 내측으로 돌출되도록 위치하여 한 쌍의 차륜 허브(230)는 일정 거리 이격되되 서로 마주보도록 위치한다.

이때, 상기 차륜 허브(230)의 단부에 형성되는 차륜 기어(240)는 상기 차축(210)의 중심부에 고정 설치되는 기어박스(600)의 내측에 위치하게 되는데, 상기 기어박스(600)의 내부에 구비되는 구성들에 의해 상기 동력부(250)의 일측에 돌출되는 동력축(252)에 설치되는 구동기어(254)의 회전력을 상기 차륜 기어(240)로 전달할 뿐만 아니라, 상기 한 쌍의 차륜 기어(240)의 회전을 차량의 진행 방향에 따라 연동시키거나 분리시키게 된다.

그래서, 본 발명에서는 동력 대차의 전부와 후부에 구비되는 한 쌍의 차륜(220)이, 차량이 전방으로 이동할 경우에는 전부에 구비되는 한 쌍의 차륜(220)은 서로 연동되어 동시에 회전하는 일체형 차륜(non-IRW)로 구동하고, 후부에 위치하는 한 쌍의 차륜(220)은 독립적으로 회전하는 방식(IRW, Independent Rotating Wheels)으로 회전하게 됨으로써, 도 1의 Type 2 방식으로 주행하게 되어 직진 주행 안정성과 곡선 추종성에서 최상의 성능을 낼 수 있게 한다.

그리고, 상기 기어박스(600)는 상기 차축(210)에 설치되는 하우징(610)과 상기 하우징(610)의 내측에 설치되어 상기 동력부(250)로부터 공급되는 회전력을 상기 차륜 기어(240)로 전달하는 동력 전달부(700)와 상기 한 쌍의 차륜 기어(240)의 회전을 차량의 진행 방향에 따라 연동시키거나 분리시키는 연동 조절부(900)로 이루어진다.

여기서, 상기 동력 전달부(700)는 상기 동력부(250)의 일측으로 돌출되는 동력축(252)에 설치되는 구동기어(254)와 상기 동력축(252)과 차륜 허브(230) 사이에 서로 마주보도록 설치되는 한 쌍의 동력 전달축(710)과 상기 동력 전달축(710)의 단부에 상기 차륜 기어(240)와 접하도록 설치되는 동력 전달 기어(720)와 상기 동력 전달축(710) 사이에 설치되어 상기 구동기어(254)와 접하도록 설치되는 차동기어(800)로 이루어진다.

한편, 상기 차동기어(800)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 동력 전달축(710)의 단부에 서로 마주보도록 설치되는 제1,2사이드기어(820,830)와 상기 제1,2사이드기어(820,830) 사이에 유성기어 형태로 설치되는 한 쌍의 샤프트 피니언 기어(840)와 상기 동력 전달축(710)의 외측에 회전가능하도록 설치되는 링기어(810)로 이루어진다.

여기서, 상기 링기어(810)는 상기 동력축(252)에 설치되는 상기 구동기어(254)와 접하도록 설치되어 상기 동력부(250)에서 생성된 회전력을 차동기어(800)로 전달하게 된다.

이때, 상기 링기어(810)의 측면에는 상기 제1,2사이드기어(820,830) 및 샤프트 피니언기어(840)를 모두 커버하도록 디퍼렌셜케이스(812)가 고정 설치되며, 상기 디퍼렌셜케이스(812)의 내측에 상기 제1,2사이드기어(820,830)의 사이에 위치하도록 디퍼렌셜축(814)이 설치되는데, 상기 디퍼렌셜축(814)의 양단부에는 상기 샤프트 피니언 기어(840)가 회전가능하게 설치된다.

그래서, 후술하겠지만 차축(210)의 양측에 설치되는 차륜(220)이 연동되어 일체형 차륜(non-IRW)으로 동작하는 경우에는 상기 동력부(250)로부터 공급되는 회전력을 한 쌍의 차축 기어(240)로 동일하게 전달하게 되고, 한 쌍의 차륜(220)이 독립형 차륜(IRW)으로 동작할 경우에는 상기 차동기어(800)에 의해 양측에 위치하는 차축 기어(240)에 각각의 회전비에 대응되도록 회전력을 전달하게 된다.

여기서, 상기 차동기어(800)는 이미 공지된 기술이므로 차동기어(800)의 작동원리의 설명은 생략하도록 한다.

그리고, 상기 연동 조절부(900)는 상기 차축(210)을 기준으로 상기 동력 전달부(700)의 반대 측에 위치하는데, 상기 연동 조절부(900)는 상기 하우징(610)의 내측에 상기 차축(210)과 이격되도록 설치되는 토크 전달축(300)과 상기 토크 전달축(300)의 일측에 설치되는 제1 토크 기어(310)와 상기 토크 전달축(300)의 타측에 설치되는 제2 토크 기어(320)로 이루어진다.

여기서, 상기 제1 토크 기어(310)는 상기 일측의 차륜 기어(240)와 접하도록 위치하되, 상기 토크 전달축(300)의 일측에 일체로 고정 설치되며, 상기 제2 토크 기어(320)는 타측의 차륜 기어(240)와 접하도록 위치하되, 상기 토크 전달축(300)의 타측에 회전가능하도록 설치된다.

이때, 상기 기어박스(600)는 상기 하우징(310)의 내측에 구비되어 제1,2 토크 기어(310,320)의 연동 상태를 제어하는 도그 클러치(400)와 상기 도그 클러치(400)의 일측에 설치되어 상기 도그 클러치(400)를 제어하는 작동부(500)가 더 구비된다.

그래서, 상기 작동부(500)와 도그 클러치(400)의 작용에 의해 차축(210)의 양단부에 설치되는 한 쌍의 차륜(220)을 차량의 주행 방향에 따라 일체형 차륜(non-IRW) 또는 독립 형 차륜(IRW) 방식으로 변환할 수 있어 차량이 안정적으로 주행할 수 있게 한다.

한편, 상기 도그 클러치(400)는 상기 토크 전달축(300)의 외측에 이동 가능하도록 설치되는 도그 슬리브(410)와 상기 도그 슬리브(410)의 일측 단부에 형성되는 제1 클러치부(416)와 상기 제2 토크 기어(320)의 일측에 형성되는 제2 클러치부(420)로 이루어진다.

여기서, 상기 도그 슬리브(410)의 중심부에는 중공(412)이 형성되어 상기 토크 전달축(300)이 삽입되고, 상기 제2 클러치부(420)는 상기 제1 클러치부(416)와 마주보도록 위치하여 도그 슬리브(410)의 이동에 따라 서로 치합될 수 있다.

이때, 상기 토크 전달축(300)의 외주면에는 길이방향을 따라 제1 안내 걸림부(330)가 외측으로 돌출되도록 형성되고, 상기 도그 슬리브(410)의 중공(412)의 내주면에는 상기 제1 안내 걸림부(330)에 대응되도록 제2 안내 걸림부(414)가 내측으로 돌출되도록 형성된다.

그래서, 상기 도그 슬리브(410)가 일측으로 이동하여 제1,2 클러치부(416,420)가 서로 치합되면 상기 제1,2 안내 걸림부(330,414)에 의해 상기 토크 전달축(300)의 일측에 고정 설치된 제1 토크 기어(310)와 상기 토크 전달축(300)의 타측에 회전가능하도록 설치된 제2 토크 기어(320)가 서로 연동되어 동시에 회전하게 된다.

따라서, 상기 제1 토크 기어(310)는 차축(210)의 일측에 설치된 차륜(220)과 연결되는 차륜 기어(240)와 접하게 되고, 상기 제2 토크 기어(320)는 차축(210)의 타측에 설치된 차륜(220)과 연결되는 차륜 기어(240)와 접하게 됨으로써, 차축(210)의 양측에 설치된 한 쌍의 차륜(220)이 서로 연동되어 일체형 차륜(non-IRW)으로 동작하게 된다.

또한, 상기 도그 슬리브(410)가 타측으로 이동하여 제1,2 클러치(416,420)가 분리되면 제1 토크 기어(310)와 제2 토크 기어(320)의 연동 상태가 풀리게 되어 서로 각각 회전하게 되며, 차륜(220) 역시 독립형 차륜(IRW)으로 동작하게 된다.

그리고, 상기 작동부(500)는 전술한 바와 같이 하우징(610)의 내측에 구비되는 도그 클러치(400)를 제어하게 되는데, 상기 작동부(500)는 상기 토크 전달축(300)과 이격되도록 설치되는 클러치 축(510)과 상기 클러치 축(510)의 일측 단부에 형성되는 클러치 기어(516)와 상기 클러치 축을 따라 이동하도록 설치되는 시프트 부재(520)로 이루어진다.

여기서, 상기 클러치 기어(516)는 상기 토크 전달축(300)에 일체로 설치되는 제1 토크 기어(310)와 접하여 회전력을 전달받게 되고, 상기 시프트 부재(520)의 일측은 상기 클러치 축(510)을 따라 이동하도록 설치되고 타측은 상기 도그 슬리브(410)와 연결된다.

이때, 상기 시프트 부재(520)의 일측 단부에는 통공(522)이 형성되어 상기 클러치 축(510)이 삽입되며, 타측 단부에는 연결부(524)가 형성되어 상기 도그 슬리브(410)의 외주면에 형성되는 연결홈(418)에 삽입됨으로써, 상기 도그 슬리브(410)가 연결부(524)와 연결된 상태에서도 안정적으로 회전할 수 있게 된다.

여기서, 상기 클러치 축(510)의 외주면에는 일측에는 스크류부(512)가 형성되고, 상기 통공(522)의 내주면에는 상기 스크류부(512)에 대응되도록 암나사가 형성된다.

그래서, 차량이 주행할 때, 상기 차륜(220)에 연결되는 차륜 허브(230)에 의해 차륜 기어(240)가 회전함에 따라 차륜 기어(240)와 접하는 제1 토크 기어(310)가 회전하고, 제1 토크 기어(310)와 접하는 클러치 기어(516)가 회전함에 따라 클러치 축(510)이 회전함으로써, 스크류부(512)와 통공(522)의 암나사에 의해 상기 시프트 부재(520)가 이동할 때, 도그 슬리브(410)가 동시에 이동하여 도그 클러치(400)가 작동하게 된다.

즉, 차량이 주행하는 방향이 전방일 경우 전부에 위치하는 차축(210)에 설치되는 도그 클러치(400)의 제1,2 클러치부(416,420)는 서로 접하도록 작동하게 되고, 후부에 위치하는 차축(210)에 설치된 도그 클러치(400)의 제1,2 클러치부(416,420)는 서로 분리되도록 작동하게 된다.

한편, 상기 클러치 축(510)의 길이방향 일측에는 상기 스크류부(512)가 형성되는데, 상기 스크류부(512)의 길이방향 양측 단부에는 유격부(514)가 각각 형성된다.

여기서, 상기 유격부(514)의 폭은 상기 시프트 부재(520)의 두께에 대응되도록 형성됨으로써, 상기 시프트 부재(520)가 유격부(514)에 위치할 경우에는 시프트 부재(520)가 더이상 이동하지 않게 된다.

즉, 상기 스크류부(512)와 통공(522)의 내주면에 형성되는 암나사에 의해 시프트 부재(520)가 스크류부(512)의 단부로 이동하게 되지만 완전히 유격부재(514)에 위치하게 되면 스크류부(512)와 통공(522)의 암나사가 분리되어 더이상 이동하지 않게 되어 제1,2클러치부(416,420)가 연결된 상태 또는 분리된 상태를 유지하면서 회전하게 된다.

따라서, 대차의 전부 또는 후부에 설치되는 한 쌍의 차륜(220)이 독립형 차륜 또는 일체형 차륜으로 작동할 수 있게 된다.

그리고, 상기 클러치 축은 좌우로 일정거리 유격되도록 설치되고, 상기 차륜 기어(240), 제1 토크 기어(310), 제2 토크 기어(320) 및 클러치 기어(516)는 모두 헬리컬 기어로 형성됨으로써, 차량의 주행 방향이 바뀌게 되면 스크류부(512)와 통공(522)의 암나사가 접하도록 하여 도그 슬리브(410)가 이동하게 된다.

즉, 차량이 전방으로 이동하는 상태에서 후방으로 이동하도록 방향이 전환되면, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 차륜 기어(220)와 접하는 제1 토크 기어(310)가 반대 방향으로 회전하고, 상기 제1 토크 기어(310)와 접하는 클러치 기어(516)는 제1 토크 기어(310)의 기어가 기울어진 방향에 의해 우측으로 추력을 받게 됨으로써, 좌우로 유격되도록 설치되는 상기 클러치 축(510)은 우측으로 이동함에 따라 스크류부(512)가 통공(522) 방향으로 이동하여 스크류부(512)와 통공(522)의 암나사가 접하게 된다.

그에 따라 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 스크류부(512)의 작용에 의해 시프트 부재(520)가 좌측으로 이동하여 제1,2 클러치부(416,420)가 이격되어 독립형 차륜으로 동작하게 된다.

물론 반대의 경우인 대차의 후부에 설치되는 차륜에도 동일하게 작용하여 독립형 차륜으로 작동하다가 주행 방향이 반대로 바뀌게 되면 일체형 차륜으로 작동하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

210 : 차축 220 : 차륜
230 : 차륜 허브 240 : 차륜 기어
300 : 토크 전달축 310 : 제1 토크 기어
320 : 제2 토크 기어 330 : 제1 안내 걸림부
400 : 도그 클러치 410 : 도그 슬리브
420 : 제2 클러치부 500 : 작동부
510 : 클러치 축 520 : 시프트 부재
600 : 기어 박스 610 : 하우징
700 : 동력 전달부 710 : 동력축
800 : 차동기어 810 : 링기어
820 : 제1사이드기어 830 : 제2사이드기어
840 : 샤프트 피니언 기어 900 : 연동 조절부

Claims

대차에 고정 설치되는 차축과, 상기 차축의 양단부에 회전가능하도록 설치되는 차륜과, 상기 차륜의 일측에 서로 마주보도록 형성되는 차륜 허브와, 상기 차륜 허브의 단부에 형성되는 차륜 기어와, 상기 대차에 설치되어 동력을 공급하는 동력부와, 상기 차축에 고정 설치되어 상기 동력부와 차륜 기어를 연결하는 기어박스로 이루어지고,
상기 기어박스는 상기 차축에 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 내측에 설치되어 상기 동력부로부터 공급되는 회전력을 상기 차륜 기어로 전달하는 동력 전달부와, 상기 한 쌍의 차륜 기어의 회전을 상기 동력부로부터 공급되는 회전력의 방향에 따라 연동시키거나 분리시키는 연동 조절부로 이루어지며,
상기 연동 조절부는 상기 하우징의 내측에 상기 차축과 이격되도록 설치되는 토크 전달축과, 상기 토크 전달축의 일측에 상기 일측의 차륜 기어와 접하도록 일체로 설치되는 제1 토크 기어와, 상기 토크 전달축의 타측에 회전가능하도록 설치되어 상기 타측의 차륜 기어와 접하도록 설치되는 제2 토크 기어와, 상기 하우징의 내측에 구비되어 제1,2 토크 기어의 연동 상태를 제어하는 도그 클러치와, 상기 도그 클러치의 일측에 설치되어 상기 도그 클러치를 제어하는 작동부로 이루어지고,
상기 도그 클러치는 상기 토크 전달축의 외측에 이동 가능하도록 설치되는 도그 슬리브와, 상기 도그 슬리브의 일측단부에 형성되는 제1 클러치부와, 상기 제2 토크 기어의 일측에 상기 제1 클러치부와 치합되도록 형성되는 제2 클러치부로 이루어지며,
상기 작동부는 상기 토크 전달축과 이격되도록 설치되는 클러치 축과, 상기 클러치 축의 일측 단부에 상기 제1 토크 기어와 접하도록 형성되는 클러치 기어와, 상기 클러치 축을 따라 이동하도록 설치되되 일측 단부는 상기 도그 슬리브와 연결되는 시프트 부재로 이루어지고,
상기 시프트 부재의 일측 단부에는 상기 클러치 축이 삽입되도록 통공이 형성되고, 타측 단부에는 상기 도그 슬리브의 외주면에 형성되는 연결홈에 삽입되는 연결부가 형성되며, 상기 클러치 축의 외주면에는 일측에는 스크류부가 형성되고, 상기 통공의 내주면에는 상기 스크류부에 대응되도록 암나사가 형성되어 상기 동력부로부터 공급되는 회전력의 방향에 따라 상기 도그 슬리브의 이동방향을 조절하며,
상기 클러치 축에는 상기 스크류부의 길이 방향 양측 단부에 상기 시프트 부재의 두께에 대응되도록 스크류가 형성되지 않는 유격부가 형성되어 상기 제1,2클러치부가 연결된 상태 또는 분리된 상태를 유지하면서 상기 클러치 축이 회전하는 것을 특징으로 하는 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜.
삭제
제1항에 있어서,
상기 동력 전달부는 상기 동력부의 일측으로 돌출되는 동력축에 설치되는 구동기어와,
상기 동력축과 차륜 허브 사이에 서로 마주보도록 설치되는 한 쌍의 동력 전달축과,
상기 동력 전달축의 단부에 상기 차륜 기어와 접하도록 설치되는 동력 전달 기어와,
상기 동력 전달축 사이에 설치되어 상기 구동기어와 접하도록 설치되는 차동기어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜.
제3항에 있어서,
상기 차동기어는 상기 동력 전달축의 단부에 서로 마주보도록 설치되는 제1,2사이드기어와,
상기 제1,2사이드기어 사이에 유성기어 형태로 설치되는 한 쌍의 샤프트 피니언 기어와,
상기 동력 전달축의 외측에 회전가능하도록 설치되되 상기 구동기어와 접하여 동력을 전달받는 링기어와,
상기 링기어의 측면에 상기 제1,2사이드기어 및 샤프트 피니언기어를 커버하도록 설치되는 디퍼렌셜케이스와,
상기 디퍼렌셜케이스의 내측에 설치되어 양단부에 상기 샤프트 피니언 기어가 회전가능하도록 설치되는 디퍼렌셜축으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 토크 전달축의 외주면에는 길이방향을 따라 제1 안내 걸림부가 외측으로 돌출되도록 형성되고,
상기 도그 슬리브의 내주면에는 상기 제1 안내 걸림부에 대응되도록 제2 안내 걸림부가 내측으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 클러치 축은 좌우로 일정거리 유격되도록 설치되고,
상기 차륜 기어, 제1,2 토크 기어 및 클러치 기어는 헬리컬 기어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력 대차용 독립 또는 일체형 회전 자동 변환 차륜.