KR19990036607A

KR19990036607A - 차량 구동장치

Info

Publication number: KR19990036607A
Application number: KR1019980035104A
Authority: KR
Inventors: 에이. 빅레이 존
Original assignee: 래리 젠슨; 원 인더스트리즈, 아이엔씨.
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 1999-05-25
Also published as: ES2152155B1; US6109411A; JPH11115531A; DE19837417A1; KR100560368B1; US6170628B1; ES2152155A1

Abstract

차량 구동장치용 자동 클러치장치는 구동장치의 피구동 부분에 구동장치의 구동부분을 선택적으로 연결하거나 분리시키며, 상기 구동부와 피구동부들은 구동장치의 지정된 위치에 인접하여 맞물린 스플라인 부분들을 구비한다. 클러치 링은 스플라인 부분들의 하나에 슬라이드가능하게 장착되어 다른 스플라인 부분들과 맞물리도록 슬라이드가능하다. 상기 지정된 위치는 차량 프레임의 일부분에 인접하고, 원격 제어 액튜에이터가 차량 프레임의 상기 부분에 고정되어 있다. 상기 액튜에이터의 베어링 부재는 클러치 링가 슬라이드 운동하도록 클러치 링과 맞물린다. 본 발명의 개선점은 액튜에이터가 조향 너클에 장착되고, 차량을 2륜과 4륜 구동 사이에서 변환하도록 전륜과 휴륜 단부들에 상기 액튜에이터 클러치를 적용하는데 있다. 또한, 개선된 베어링 팩이 제공되어 수행능이 향상되고, 조립을 용이하게 한다.

Description

차량 구동장치

본원은 미국 특허출원 제 08/651,384호의 부분계속 출원이다.

본 발명은 차량의 구동장치에 휠을 자동으로 연결하거나 분리함으로써 차량 구동장치의 구성 요소들 사이의 토크 전달에 관한 것이다.

여러 형태의 차량에 대하여 통상의 구동장치는 2륜 구동으로 부터 4륜 구동으로 전환할 수 있다. 차량의 전륜 또는 후륜 어느 한쪽은 차량의 구동장치에 영구적으로 연결되어 있므며, 나머지 휠들은 구동장치와 연결되거나 분리되도록 전환된다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 차량의 후륜들은 구동장치와 영구적으로 연결되고 전륜들은 필요에 따라 선택적으로 연결되는 것으로 간주된다. 그러나, 본 발명은 전륜들이 구동장치와 영구적으로 연결되고 후륜들은 선택적으로 연결되는 구조에도 마찬가지로 이용될 수 있음을 이해할 것이다.

구동장치는 차량 엔진으로 부터의 구동력을 4개의 휠을 구동시키기 위하여 차동장치로 연장된 추진축과 예를들어 후륜의 휠 액슬로 전달하는 전동장치를 포함하는 한편, 전동장치로부터 구동력을 받아 예를들어 전동케이스를 경유하여 전륜들의 차동장치로 전방으로 연장된 다른 추진축이 제공된다. 전동케이스의 전환장치는 구동력을 전륜측 추진축으로 연결하거나 분리시킨다.

구동력 분리위치에서, 각 전륜과 그의 액슬 사이에 분리장치가 없으면, 전륜들은 구동되지 않아도 전륜들의 수동적인 회전력은 전륜 액슬들과 전륜 추진축을 구동시킨다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자들에게는 본 발명을 다른 구동장치 부분들에 이용될 수 있음을 알 수 있겠지만, 본 발명은 주로 휠과 액슬 사이의 분리장치에 관한 것이다.

전륜 연결/분리장치에 있어서, 이러한 장치는 역사적으로 보아 휠 허브에 위치되고 수동에서 자동으로 발전되어 왔다. 그러한 연결/분리장치는 차량 샤시, 즉 조향 너클에 고정되게 장착되는 원통형상의 스핀들을 포함한다. 액슬은 스핀들의 중심부를 관통하여 돌출되고 휠 허브는 액슬을 둘러싸며 스핀들의 외부에 장착된다. 휠 허브와 액슬 각각은 액슬에 휠 허브를 필요에 따라 연결/분리하도록 스핀들의 외측 단부에 클러치장치와 스핀들에 대하여 독립되게 회전될 수 있게 되어 있다. 최근의 개발은 스핀들이 차량 샤시에 회전가능하게 장착되도록 제공되는 동작 스핀들로서 휠 허브는 스핀들에 고정되게 장착되었다. 액슬은 스핀들을 관통하여 돌출되어 있고, 스핀들의 외측 단부의 클러치는 연결/분리 조작하도록 되어 있다.

클러치장치, 특히 자동적으로 작동되는 클러치장치에 있어서, 여러 가지 해결해야 할 문제들이 있다. 스핀들의 외측 단부까지 연장된 여러 클러치 구성요소들로 불필요하게 중량이 증대되고 킹핀 반경이 확대되었다. 또한, 상기 구성요소들은 휠 허브 내부의 제한된 공간에 장착되도록 팩키지되어야 하고, 동작 스핀들에 관련하여 클러치장치의 자동 작동용 부품들 모두는 예를들어 회전 휠 허브나 회전 스핀들 또는 회전 액슬과 같은 회전부재에 장착되어야 한다. 유압 및 공압 자동 작동장치들이 개발되었지만 그러한 작동장치는 상대적으로 회전하는 2개의 요소들 사이에 시일 챔버 형성에 의존하여야 하며, 그러한 챔버들은 바람직하지 못한 누출이 발생되었다.

본 발명은 스핀들의 내측 단부에 클러치장치를 배치시킴으로써 상술한 종래 기술의 문제를 해소한다.

도 1은 차량의 개략도이다.

도 2는 도 1의 선 2-2에 의한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 자동 클러치를 채용한 일체화된 휠 단부의 단면도이다.

도 4는 자동 클러치의 다른 실시예를 도시하는 도 3과 유사한 단면도이다.

도 5는 도 4의 자동 클러치장치의 분해도이다.

도 6, 도 7 및 도 8은 휠 스핀들용 변형예의 베어링 장착구조를 도시하고 있다.

도 9와 도 10은 자동 클러치의 다른 실시예를 도시하고 있다.

본 발명에 따라, 액슬과 스핀들은 샤시의 회전하지 않는 부분, 예를들어 너클에 인접한 원주방향으로 외측부에 맞물려지게 인접한 스플라인을 제공하도록 협동하는 구조로 되어 있다. 자동 작동장치는 너클에 고정되게 장착되며, 회전하는 클러치 링은 액튜에이터와 클러치링 사이의 지지 접촉면을 통하여 축방향으로 이동된다.

전술한 것은 사실상 앞에서 언급한 기본 특허출원의 구조를 개시한 것이며, 많은 개선부분들이 추가로 본 명세서에 기재된다. 전술한 구조는 다른 형태의 구동장치에 쉽게 채용되며, 예를들어 4륜 구동장치에서는 전륜들이 전측 액슬과 영구적으로 맞물려 있고, 그리고 2륜 구동장치에서는 전륜들이 구동장치로 부터 영구적으로 분리되어 있다. 따라서, 여러 형태의 구동장치들에 대하여 휠 단부 설계에 대하여 큰 변경을 하지 않아도 된다. 다른 장점은 예를들어 클러치가 연결되어 있는지 또는 분리되어 있는지를 판단하는 다른 센서들과 함께 잠금방지 브레이크 시스템 제동용 피드백정보 신호를 발생하는 복수의 센서들을 포함한다. 너클과 (클러치장치의 외측의) 휠허브 사이에서 부품수가 감소된 구조로 휠 허브(타이어)의 하중 중심과 킹핀 축 사이의 거리를 보다 짧게 할 수 있고, 액슬 단부의 중량 감소로 전체 휠 구동장치의 중량이 감소되게 한다. (클러치 링이 휠 허브에 한정되지 않기 때문에) 클러치 링의 외주면이 증대되고 따라서 스플라인의 수가 증대되어 액슬과 휠 허브의 스플라인들과 클러치 링의 스플라인들의 겹치는 부분을 짧게 할 수 있고, 또한 클러치장치의 축방향 깊이를 감소시킬 수 있다. 또한, 새롭게 기재되는 개선된 형태의 베어링 부재들(카트리지형, 볼형, 반쪽으로 분할되어 고정수단으로 하나의 베어링으로 결합되거나 너클에 강제로 끼워져 장착되는 분할 베어링 등)로 클러치장치 요소들의 효율적인 조립과 함께 개선된 수행능이 제공된다.

상기한 특징들과 장점들은 본 발명의 실시예를 도시한 첨부된 도면을 참고하여 후술하는 설명으로 부터 보다 명백해질 것이다.

도 1은 2륜 구동 모드 또는 4륜 구동 모드중 어느 것에도 구동될 수 있는 차량의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 통상적으로 차량의 구동모드는 후륜들은 항상 구동되어지며 전륜들은 구동장치와 (맞물려 결합되어) 연결되거나 결합해제, 즉 분리되는 형태이거나, 또는 그 반대로 전륜들은 항상 구동되고 후륜들은 필요에 따라 구동장치와 맞물리거나 결합해제되는 형태중 어느 한 가지 형태이다. 본 실시예에서, 후륜들은 차량의 구동장치와 항상 맞물려 연결되어 있는 것으로 간주된다. 전동 케이스의 장치는 전륜을 구동하는 구동장치 부분으로 구동력을 연결하거나 단속하며, 전륜의 클러치장치는 구동장치로 부터 전륜들을 단속시켜 전동 케이스와 전륜들 사이의 구동장치 부분이 동작하지 않도록 한다.

도 1에 있어서, 차량은 전륜과 후륜으로 회전력을 제공하는 트랜스미션(12)에 연결된 엔진(10)을 포함한다. 추진축(14)은 트랜스미션(12)으로 부터 연장되어 후측 차동장치(16)에 연결되어 있다. 엑슬(18)은 상기 후측 차동장치(16)로 부터 측방으로 연장되어 있으며, 후륜(19)들을 회전시키도록 연결되어 있다. 상기 후륜(19)들은 액슬(18)에 항상 맞물려 있다. 전동 케이스(20)는 트랜스미션(12)에 연결된다. 전동 케이스(20)는 트랜스미션(12)으로 부터 전동 케이스(20)의 구동장치를 결합해제시키는 시프트장치(shift mechanism : 22)를 포함한다. 전측 추진축(24)은 전동 케이스(20)로 부터 연장되어 전측 차동장치(26)에 연결되어 있다. 엑슬(28)은 전측 차동장치로부터 전륜으로 연장되어 관련장치들과 함께 일반적으로 휠 어셈블리(30)로서 불리어진다.

도 1에 예시된 차량은 2륜 구동 모드 또는 4륜 구동 모드중 어느 한 형태로 구동되도록 되어 있다. 2륜 구동 모드에서는 후륜(19)들이 추진력을 제공하며, 4륜 구동모드에서는 전륜들과 함께 후륜(19)들이 추진력을 제공한다. 2륜 구동모드로 구동될 때, 전동 케이스(20)는 시프트장치(22)에 의해 트랜스미션(12)으로 부터 단속된다. 그때 트랜스미션(12)은 전륜 구동축(24)과 전측 휠 어셈블리(30)에 회전력을 제공하지 않게 된다. 그러나, 전측 휠 어셈블리(30)는 전륜들이 전측 액슬(28)과 전측 추진축(24)을 포함하여 전측 구동장치를 피동적으로 구동하지 않도록 전측 액슬(28)로 부터 단속되는 것이 바람직하다. 전측 휠 어셈블리(30)는, 선택적으로 전측 액슬(28)로 부터 휠들을 단속시키거나 또는 전륜들을 전측 액슬(28)에 연결시키는 클러치장치를 포함한다.

도 2는 전측 휠 어셈블리(30)의 장착구조를 예시하고 있다. 전측 휠 어셈블리(30)는 너클(32)로서 불리우는 차량의 프레임구조 부분에 회전가능하게 장착된다. 상기 너클(32)은 다시 차량 프레임의 서스펜션구조(33)에 회동가능하게 장착된다. 상기 서스펜션구조(33)는 전측 휠 어셈블리(30)를 지지할 뿐만 아니라 전륜의 조향성을 제공한다. 도면에 도시된 바와같이, 축(34)은 전측 휠 어셈블리(30)을 관통하여 연장된다. 다른 축(36)은 너클(32)의 회동축에 해당하는 것으로 소위 킹핀(king pin)축으로서 축(34)와 교차하게 연장된다. 킹핀 반경이 0의 편차를 갖도록 상기 킹핀축(36)을 노면에서 축(34)과 교차되게 하는 것이 바람직하다. 많은 선행기술에서는 휠어셈블리의 구조와 그에 관련된 클러치장치의 필수적인 구조 때문에 그러한 킹핀 반경이 양의 편차(축 36이 노면 밑에서 축 34와 교차하는 것) 또는 음의 편차(축 36이 노면 위에서 교차하는 것)를 갖게 된다. 본 발명의 일체화된 휠 단부장치의 배치구조는 0의 편차의 킹핀반경을 제공하며, 휠축을 따라 축방향으로 측정된 킹핀 축(36)과 축(34) 사이의 짧은 거리(도 2에서 거리 X)를 제공한다.

도 3에는 본 발명의 자동 클러치의 일실시예를 도시하고 있으며, 상기 자동 클러치는 휠 어셈블리(30)의 휠 스핀들(44)와 액슬(28)을 결합 또는 분리시키도록 되어 있다. 상기 스핀들(44)은 베어링(45,46)에 너클(32)에 회전가능하게 장착된다. 베어링(45,46)의 외측 레이스(원추형부재 : 47,48)들은 내측으로 돌출된 링(50)에 대하여 접촉하게 너클(32)의 보어(52)에 장착되어 있다. 베어링(45)의 컵 어셈블리는 내측 레이스(53)와 롤러(55)를 포함하며, 내측 레이스(53)가 스핀들의 플렌지 단부(62)와 접촉되게 스핀들(44)에 장착된다. 상기 스핀들(44)은 내측 레이스(53)의 롤러(55)들이 외측 레이스(47)와 합체되게 너클(32)에 장착된다. 컵 어셈블리는 내측 레이스(57)와 롤러(55)를 포함하며 내측 레이스(57)의 롤러(55)가 외측레이스(48)와 합체되게 스핀들에 장착된다. 로터(66)는 스핀들(44)의 스플라인이 형성된 단부(68)에 장착되며 내측 레이스(57)과 접촉된다. 스핀들(44)의 단부에 나사결합되어 장착되는 너트(70)는 스핀들과 로터를 너클(32)에 고정시킨다.

도 3은 스핀들(44)의 스플라인 형성된 단부(68)에 장착된 허브와 일체로 형성되 로터(66)를 도시하고 있다. 로터가 별개의 로터 지지부재에 장착되는 것을 예시하는 도 6과 도 7 및 도 8에 예시된 것과 같이 상기 로터는 다른 형태로 될 수 있다.

스핀들(44)의 내측 플렌지가 형성된 단부(62)는 그 외주면에 형성된 기어와 같은 치형(64)을 가진다. 액슬(28)의 단부는 베어링(74,76)들의 스핀들(44)에 수납되어 회전가능하게 지지된다. 상기 액슬(28)은, 설치될 때 플랜지가 형성된 단부(62)와 같은 직경을 갖는 스핀들(44)의 플랜지가 형성된 단부(62)에 인접하게 단부가 배치되며 또한 기어형태의 치형(78)이 제공된다. 상기 플랜지가 형성된 단부(62)상의 치형(64)과 액슬의 상기 단부상의 치형(78)은 같은 형태로서 같은 형상을 갖는다. 클러치 링(80)으로서 언급되는 링형 부재는 내측표면에 치형(82)이 형성되고, 상기 치형(82)은 플랜지 단부(62)의 치형(64) 및 액슬(28)의 치형(78)과 같은 형상을 가지고 맞물릴 수 있게 되어있다. 상기 클러치 링(80)은 액슬(28)의 치형(78)을 따라 축방향으로 슬라이드될 수 있게 배치되어 있다. 클러치 링(80)은 액슬(28)의 치형(78)에만 맞물리도록 하는 방향으로 이동될 수 있으며 (도 3에서 점선으로 표시된 위치), 클러치 링(80)의 치형(82)이 액슬(28)와 플랜지 단부(62)의 치형(78,64)들 모두에 맞물리게 반대방향으로 이동될 수 있다. 클러치 링(80)은 따라서 액슬(28)과만 맞물리게 이동되거나 또는 플랜지 단부(62)와 액슬(28) 모두와 맞물리게 이동될 수 있다. 상기 클러치 링(80)은 차량의 구동부로 부터 휠 어셈블리(30)를 분리시키거나 차량 구동부에 휠 어셈블리를 연결하도록 이동될 수 있다.

상기 클러치 링(80)은 클러치 링(80)의 메인 바디로 부터 축방향으로 연장된 플랜지(84)를 구비하고 있다. 원형의 전자 마그네트(88)가 통상의 방법으로 너클(32)에 장착되며 클러치 링(80)에 배치된다. 상기 전자 마그네트(88)는 여자될 때 클러치 링(80)을 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)와 맞물림 해제시키게 하여 액슬(28)의 치형(78)에만 맞물리게 된다. 클러치 링(80)의 턱(92)과 그리고 액슬(28)의 턱(94)과 접촉되도록 스프링(90)이 제공되어 클러치 링(80)을 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)와 액슬(28)와 맞물리게 이동되게 한다(도면에서 실선 위치). 상기 전자 마그네트(88)가 여자되면 클러치 링(80)의 이동에 의해 스프링(90)을 압축시키에 충분한 힘을 작용한다. 상기 전자 마그네트(88)가 탈여자되면 스프링(90)은 클러치 링(80)을 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)와 맞물리는 방향으로 이동시키도록 작용하여 휠 어셈블리(30)를 액슬(28)에 연결시켜 차량의 구동부에 연결되게 한다.

도 4는 본 발명의 자동 클러치의 다른 실시예를 예시한다. 스핀들(44)은 전술한 너클(132)에 회전가능하게 장착된다. 클러치장치(100)는 클러치 링(130)을 슬라이드시키도록 배치되고 너클(132)에 고정되게 장착된다. 클러치 링(130)은 액슬(28)에만 맞물리는 방향으로 축방향으로 슬라이드 이동될 수 있으며, 스핀들(44)과 액슬(28) 모두에 맞물리게 반대방향으로 이동될 수 있다. 클러치장치(100)은 도 5의 분해도에 구체적으로 도시되어 있다.

클러치장치(100)는 너클(132)에 장착가능한 하우징(102)을 갖는다. 하우징(102)은 연장된 탭(104)을 구비하여 너클(132)에의 클러치장치의 장착을 용이하게 한다. 하우징(100)은 링형상으로서 내부에 원형의 보어(108)를 갖는다. 상기 보어는 베이스(102)의 외측 측벽(110)과 함께 원형의 요홈(112)을 형성한다. 원형의 요홈(112)은 편향 스프링(115)과 지지링(114)을 수용한다. 하우징(102)의 측벽(110)에는 턱(111)이 형성되어 있다. 탭이 형성된 관통 보어(109)가 측벽(110)에 제공되어 에어 호스에 예를들어 통상의 니플과 같은 장착을 용이하게 한다.

본 실시예에서 스프링(115)은 파형을 이루는 것이지만, 다른 형태의 것이 이용될 수도 있다. 지지 스프링(114)은 축방향으로 연장된 플랜지(116)를 구비하며 상기 플랜지는 원형의 요홈(112)에 끼워진다. 지지 링(116)은 고정구(120)를 수납하는 구멍(118)을 갖는다. 탄성의 다이아프램(124)은 하우징(102)의 보어(108)에 꼭맞춰서 끼워지는 축방향으로 연장된 플랜지(126)를 포함한다. 상기 보어(108)에 꼭 끼워지는 플랜지(126)는 하우징(102)으로 부터 공기의 인입 또는 유출을 방지하도록 되어 있다. 반경방향으로 연장된 플랜지(128)는 하우징(102)의 턱(111)에 장착되는 직경으로 되어 있다. 지지링의 구멍(118)과 일직선상에 배열된 구멍(129)은 플랜지부분(128)에 제공된다.

원형의 클러치 링(130)은 반경방향 내측으로 연장된 치형을 가지며, 그 치형은 스핀들(44)의 플랜지에 형성된 치형(64)과 결합될 수 있다. 상기 클러치 링(130)에는 그 외주면 둘레에 시프팅 포크(140)의 플랜지를 수납하도록 된 요홈(134)이 형성된다.

상기 시프팅 포크(140)는 다이아프램(124)의 구멍(129) 및 지지 링(114)의 구멍(118)과 정렬될 수 있는 반경방향으로 연장된 플랜지(144)에 제공된 구멍(142)을 갖는다. 상기 시프팅 포크는 180°보다 더 큰 원호를 갖는 원의 일부분을 이루는 형상으로 된다. 시프팅 포크(140)는 탄성 재료로 되고, 굽혀져서 클러치 링(130)에 끼워지게 된다. 상기 시프팅 포크(140)는 반경방향 내측으로 연장된 플랜지(146)를 가지며, 상기 플랜지(146)는 조립될 때 클러치 링(130)의 요홈(134)에 수납된다. 상기 플랜지(144)에 인접하여 클러치 링(130)의 외측 주변에는 다수의 탭(148)이 제공된다.

지지 링(114), 다이아프램(124), 시프팅 포크(140)은 하나의 유니트로서 일체로 고정되도록 고정구(120)에 의해 조립된다. 시프팅 포크(140)는 반경방향 내측으로 연장된 플랜지(146)가 클러치 링(130)의 요홈(134)에 수납되어 클러치 링(130)에 장착된다. 상기 클러치 링(130)은 시프팅 포크(140)에 대하여 회전가능하다.

본 실시예에서 다이아프램(124)은 고정구(120)에 의해 시프팅 포크(140)와 지지링(114)에 장착된다. 상기 다이아프램(124)은 다른 수단에 의해 시프팅 포크(140)와 지지링(114)에 장착될 수도 있다. 한 방법은 지지링(114)과 시프팅 포크(140)를 조립체로서 함께 고정시키도록 결합하는 다이아프램(124)의 걸쇠와 같은 스냅 고정구를 가지는 것이다.

회전방지 링(150)은 유니트가 조립될 때 시프팅 포크(140)의 회전을 방지하도록 제공된다. 링(150)은 클러치 링(140)의 인접한 탭(148)들 사이에 수납되는 내츠으로 연장된 탭(156)들을 갖는다. 상기 링(150)은 더욱이 하우징(102)의 측벽(110)에 근접하게 끼워지는 반경방향으로 연장된 원형부분(158)을 갖는다. 원형부분(158)은 턱(111)에 대하여 다이아프램(124)의 연장된 플랜지 부분(128)을 고정한다. 원형의 스냅 링(162)은 통상의 방법으로 유니트로서 함께 조립체를 고정하도록 제공된다.

도 4에 있어서, 자동 클러치장치(100)는 너클(132)에 장착된다. 하우징(102)은, 너클(132)에 제공된 테이퍼진 보어(106)들을 관통하여 연장되는 통상의 고정수단들에 의해 너클(132)에 나사결합으로 고정설치된다. 이러한 것은 통상적인 구조이므로 도면에는 상세히 도시되지 않았다. 액슬(28)은 하우징(102)의 보어(108)를 관통하여 연장하며 스핀들(44)에서 회전하도록 장착된다. 치형(133)을 갖는 클러치 링(130)은 액슬(28)을 둘러싸도록 배치되고, (도 4에 도시된 바와같이) 액슬(28)의 치형(78)과 맞물리는 한 방향으로만 축방향으로 이동할 수 있으며, 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)의 치형(64)과 액슬의 치형(78) 모두와 맞물리게 반대방향으로 이동가능하다.

니플(170)과 같은 장착구가 보어(109)에 설치되고, 에어라인(172)이 니플(170)에 취부된다. 에어라인(172)은 차량 엔진(10)의 흡기다기관과 같은 공기 공급원에 연결된다.

하우징(102)은 탄성의 다이아프램(124)과 결합하여 팽창 및 수축될 수 있는 챔버 또는 중공부를 형성한다. 하우징(102)은 너클(132)에 고정되게 장착되고, 클러치장치(100)의 회전하는 부분은 클러치 링(130)이다. 이것은 회전형 시일의 필요성을 제거한다. 도시된 바와같이, 클러치 링(130)은 상기와 같이 형성된 챔버의 외부에 장착된다.

본 실시예에서, 클러치장치(100)의 한정된 챔버로부터 공기가 배출되어 챔버를 수축시킨다. 니플(170)과 에어라인(172)을 통해 챔버로부터 공기가 제거되면, 공기 압력차에 의해 다이아프램(124)과 부착된 지지 링(114) 및 시프트 포크(140)가 하우징(102) 속으로 내측으로 이동하게 한다. 상기 공기 압력차는 스프링(115)을 압축시키기에 충분한 힘을 발휘한다. 이로써, 클러치 링(130)은 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)의 치형(64)으로부터 멀어지는 방향으로 액슬(28)의 치형(78)을 따라 축방향으로 이동하게 된다. 상기 공기 압력이 음(-)인 경우 (하우징(102)속의 압력이 대기압으로 복귀되면), 스프링(115)은 다이아프램(124)과 그에 취부된 요소들을 하우징(102)으로부터 외측방향으로 이동시키며, 이로써 한정된 챔버가 팽창하게 한다. 이것은 포크(14)가 클러치 링(130)을 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)의 치형(64)을 향하여 축방향으로 이동하게 한다. 상기 클러치 링(130)은 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)의 치형(64)과 액슬(28)의 치형(78)들 모두와 맞물리도록 이동하게 된다.

도 4에서 실선으로 도시된 클러치 링(130)은 공기 배출로 축방향으로 이동되어 액슬(28)의 치형(78)과만 맞물리게 되는 것을 도시하고 있으며, 이것은 스핀들(44)을 액슬(28)로부터 분리되게 함으로써 휠조립체(30)가 차량의 구동장치로부터 분리된다. 도 4는 또한 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)의 치형(64)과 액슬(28)의 치형(78) 모두와 맞물리게 스프링(115)에 의해 축방향으로 이동되는 클러치 링(130)을 도시한다. 이것은 스핀들(44)을 액슬(28)에 맞물리게 하여 차량의 구동장치에 휠어셈블리(30)를 연결한다.

도 3과 도 4의 장치들은 모두 스프링으로 편향되어 결합되고, 동력에 의해 그 결합이 해제되게 작동되며 그러한 결합은 스프링이 해제방향으로 밀쳐짐으로써 쉽게 반전될 수 있다. 도시된 장치는 결합으로의 디폴트를 발생하며, 반전시에는 결합해제로의 디폴트를 발생한다. 다른 형태의 결합장치는 디폴트 위치가 없는, 즉 귀환스프링이 없는 경우에 펄스로 결합/해제로 작동되는 것으로 언급된다. (미국 특허 제 5,586,632)

도 4는 피드백 정보를 제공하도록 너클(132)에 장착된 센서들을 도시하고 있다. 스핀들(44)과 너클(132) 사이에서 회전가능한 지지를 제공하는 베어링(45,46)의 내측 레이스(53,57)들 사이에서 스핀들(44)에 링(180)이 장착된다. 상기 링(18)은 내측 레이스(53,57)들로부터 이격되어서 링(180)이 너트(70)의 조임에 의해 설정된 전부하가 걸린 베어링(45,46)들과 간섭을 일으키지 않는다. 링(180)은 센서를 통과할 때 신호를 발생하는 형태의 것이다. 센서(182)는 너클(132)의 보어(184)에 나사로 설치된다. 센서(182)는 링(180)에 근접하게 배치된다. 상기 스핀들(44)이 회전할 때, 링(180)과 센서(182)는 함께 차량(10)의 제어장치(200)로 (도 1) 신호를 발생하여 보낸다. 상기 링(180)과 센서(182)는 스핀들(44)의 회전속도에 대한 정보를 입력하며, 그것은 예를들어 잠금방지 브레이크에 대하여 유익하다.

근접센서(186)는 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)에 대하여 소정위치에 배치되며, 클러치 링(130)이 스핀들(44)의 치형(64)과 결합되었는지 또는 클러치 링(130)이 스핀들(44)의 치형(64)과 결합해제되었는지를 확인하는데 이용된다. 변형예에서, 센서(186)는 잠금방지 브레이크용으로 플랜지 단부(62)와 스핀들(44)의 회전속도를 감지하도록 구성되어 있음으로 인하여 센서(180)의 필요성을 제거한다.

센서(186)는 클러치 링(130)이 스핀들(44)과 결합되었는지 여부를 확인하기 위하여 클러치장치(100)의 다른 부재들의 위치들을 감지 또는 탐지하도록 배치될 수 있다. 상기 센서는 예를들어 시프트 포크(140), 또는 다이아프램(124) 또는 회전방지 링(150)의 위치를 탐지하도록 배치될 수 있다.

(도시되지는 않았지만 센서(182)에 합체된) 센서는 너클(132) 속의 동작온도를 전송하는 형태의 것이며, 그리고 예를들어 베어링(45,46)들의 온도를 전송할 수도 있다.

스핀들(44)은 베어링(45,46)들에 의해 도 3과 도 4의 너클(32)에 회전가능하게 장착된 것으로 도시되어 있다. 너클에서 스핀들(44)을 회전가능하게 지지하기 위하여 다른 베어링 수단들이 제공될 수도 있다. 다른 예들은 도 6, 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.

도 6은 너클(210)에 회전가능하게 장착된 스핀들(44)을 도시하고 있다. 너클(210)은 외측 레이스(220)가 턱(214)에 인접하게 외측레이스(220)가 설치되는 보어(212)를 가진다. 상기 너클(210)은 보어(212)와 다른 직경의 다른 보어(216)를 가지며, 상기 보어(216)에는 턱(218)이 형성되어 있다. 외측레이스(222)는 턱(218)과 접촉하게 보어(216)에 설치된다. 내측 레이스(224)와 롤러(226)들을 포함하는 컵 어셈블리는 내측 레이스(224)가 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)와 접촉하게 스핀들(44)에 설치된다. 로터 지지부재(230)는 내측 레이스(232)와 감소된 직경부(236)에 설치되는 롤러(234)들을 포함하는 컵 어셈블리를 갖는다. 상기 감소된 직경부(236)는 턱(238)에서 종결되며, 내측 레이스(232)는 턱(238)과 접촉된다. 스핀들(44)은 롤러(226)들이 외측 레이스(222)와 일체로 결합되게 너클(210)에 설치된다. 로터 지지부재(230)는 롤러(234)들이 외측 레이스(220)와 결합되게 스핀들(44)에 설치된다. 너트(70)는 스핀들(44)의 단부에 나사로 설치되어서 스핀들(44)과 로터 지지부재(230)를 너클(210)에 견고하게 고정한다.

도 7은 너클(240)에 스핀들(44)을 회전가능하게 지지하는 다른 베어링장치를 도시한다. 도면에 도시된 바와같이, 너클(240)은 어댑터(242)를 수용하도록 되어 있다. 상기 어댑터(242)는 고정구(244)들에 의해 너클(240)에 고정된다. 어댑터(242)는, 스핀들(44)을 회전가능하게 지지하는 베어링 세트용의 외측 레이스들로서 작용하는 경사면(246,248)들을 포함한다. 내측 레이스(250)와 롤러(252)들을 포함하는 케이지 조립체는 내측 레이스(250)가 스핀들(44)의 플랜지 단부(62)와 접촉되게 스핀들(44)에 장착된다. 스핀들(44)은 롤러(252)들이 외측 레이스부분(248)과 일체로 접촉되게 어댑터(242) 속에 설치된다. 내측 레이스(254)와 롤러(256)을 포함하는 다른 케이지 조립체는, 롤러(256)들이 어댑터(242)의 외측 레이스부분(246)과 일체로 결합하게 스핀들(44)에 설치된다. 로터 지지부(258)는 내측 레이스(254)와 접촉하게 스핀들에 설치된다. 너트(70)는 스핀들(44)의 단부에 나사로 설치되어 스핀들(44)을 어댑터(242)와 너클(240)에 고정시킨다. 도 7에는 롤러들을 갖는 플랜지형 카트리지 베어링이 도시되어 있다. 이 베어링은 또한 볼형 베어링장치에도 적합하다.

도 8은 너클(270)에서 스핀들(44)을 지지하는 다른 베어링장치를 도시하고 있다. 결합된 외측 레이스(272)는 턱(274)과 접촉하게 너클(270)에 설치된다. 상기 결합 레이스(272)는 통상의 스냅 링(276)에 의해 너클(270)에 보지된다. 상기 외측 레이스(272)는 외측의 베어링 레이스들로서 작용하는 경사진 평탄부(278,280)를 갖는다. 내측 레이스(284)와 롤러(286)를 포함하는 케이지 어셈블리는 내측 레이스(284)가 스핀들(64)의 플랜지 단부(62)와 접촉되게 스핀들(44)에 설치된다. 상기 스핀들(44)은 너클(270)에 설치되고, 내측 레이스(288)와 롤러(290)를 포함하는 다른 컵어셈블리는 롤러(290)들이 외측 레이스 부분(278)과 맞물리게 스핀들(44)에 설치된다. 로터 지지부(294)는 내측 레이스(288)와 접촉되게 스핀들에 설치된다. 스핀들(44)의 단부에 나사결합으로 장착된 너트(70)는 너클(270)에 스핀들 어셈블리를 고정시킨다.

도 9는 일체화된 휠 단부와 자동 클러치의 다른 실시예를 도시하고 있다. 스핀들(300)은 베어링 팩(304)에 의해 너클(302)에 회전가능하게 장착된다. 상기 베어링 팩(304)은 통상적인 방법으로 고정수단(306)에 의해 너클(302)에 고정된다. 베어링 팩(304)은 스핀들(300)에 장착되고 스핀들(300)의 플랜지형성된 단부(308)와 스핀들(300)의 단부에 장착된 커플러(310) 사이에서 보지된다. 상기 커플러(310)는 스핀들(300)의 외부 스플라인(316)과 맞물리는 내부 스플라인(314)을 구비한다. 롤이 형성된 허브(312)는 스핀들(300)의 커플러(310)와 베어링 팩(304)를 보지한다. 로터(299)와 휠(301)은 통상적으로 스핀들(300)에 장착될 수 있다.

전술한 클러치 장치(100)는 너클(302)에 장착된다. 클러치 링(130)의 치형(133)은 액슬(322)에 제공된 치형(320)과 결합된다. 액슬(322)의 단부는 스핀들(300) 속으로 연장되어 베어링(324,326)들에서 회전가능하게 지지된다.

클러치 링(130)은 액슬(322)의 치형(320)과만 맞물리게 클러치 장치(100)에 의해 일방향으로 이동가능하며, 커플러(310)의 외주면에 제공된 치형(318)과 액슬(322)의 치형(320) 모두와 맞물리게 타방향으로 이동가능하다. 클러치 링(130)이 액슬(322)의 치형(320)과 맞물리는 방향으로 이동될 때, 스플라인(300)은 (그에 장착된 휠(301)과) 액슬(322)에 연결되지 않는다. 클러치 링(130)이 커플러의 치형(318)과 액슬(322)의 치형(320) 모두와 맞물리게 이동되면, 스플라인(300)은 액슬(322)과 함께 회전하도록 액슬(322)에 연결된다.

도 10은, 스핀들에 설치되는 나사결합가능한 리테이닝 너트(330)가 커플러(310)와 베어링 팩(304)를 스핀들(300)에 보지하기 위하여 이용되는 점을 제외하고 도 9와 유사하다. 스플라인(316)에 인접한 스핀들의 단부는 너트(330)를 수용하도록 통상적인 방법으로 나사가 형성되어 있다.

너클구조에 스핀들을 회전가능하게 장착하기 위하여 도면에 도시되거나 예시되지 않은 다른 베어링장치들이 제공될 수 있음을 알 수 있다. 클러치 링 장치의 구조는 휠 허브 외부로부터 보이지 않으며 킹핀 축에 대하여 휠 단부의 연장부 또는 웨이트를 부가하지 않음을 알 수 있다. 클러치 링을 그의 결합 또는 결합해제 위치로 고정하도록 하는 (또는 링을 함께 제거하는) 단순한 변형이 4륜구동 또는 2륜구동장치 전체에 가해질 수 있다. 그것은 2륜 구동장치의 경우에 전륜 (또는 후륜) 구동장치 전체로부터 액튜에이터와 그에 관련된 부분들의 제거를 허용한다. 액튜에이터 구성요소들은 모든 휠들이 구동장치와 항상 결합되기 때문에 항상 4륜구동용으로 필요하지는 않는다. 액튜에이터는 외부의 이물질의 인입을 방지하도록 베어링 내부공간을 기밀상태로 유지하기 위하여 적당한 하우징 또는 커버로 대체된다. 보다 중요하게는 차량 제조업자가 이러한 여러 가지의 구동장치 형태들을 중요한 디자인 변경없이도 생산할 수 있다는 것이다.

본 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고 여러 가지 변형을 가할 수 있다. 본 발명은 그러므로 도시되고 설명된 실시예에만 한정되지 않으며 첨부된 청구범위들에 의해서만 한정된다.

본 발명에 따라, 여러 형태의 구동장치들에 대하여 휠 단부 설계에 대하여 큰 변경을 하지 않아도 되며, 너클과 (클러치장치의 외측의) 휠허브 사이에서 부품수가 감소된 구조로 휠 허브(타이어)의 하중 중심과 킹핀 축 사이의 거리를 보다 짧게 할 수 있고, 액슬 단부의 중량 감소로 전체 휠 구동장치의 중량이 감소되게 한다. (클러치 링이 휠 허브에 한정되지 않기 때문에) 클러치 링의 외주면이 증대되고 따라서 스플라인의 수가 증대되어 액슬과 휠 허브의 스플라인들과 클러치 링의 스플라인들의 겹치는 부분을 짧게 할 수 있으며, 클러치장치의 축방향 깊이를 감소시킬 수 있다. 또한, 새롭게 기재되는 개선된 형태의 베어링 부재들(카트리지형, 볼형, 반쪽으로 분할되어 고정수단으로 하나의 베어링으로 결합되거나 너클에 강제로 끼워져 장착되는 분할 베어링 등)로 클러치장치 요소들의 효율적인 조립과 함께 개선된 수행능이 제공된다.

Claims

차량의 샤시가 엔진으로 부터 차륜으로 연장된 구동장치를 회전가능하게 지지하고, 구동장치의 분리점에서 구동력이 차륜으로선택적으로 제공될 수 있도록 된 것에 있어서, 회전축을 형성하고 구동장치에서 상기 분리점을 형성하도록 인접한 구동요소와 피구동요소, 상기 분리점에서 차량 샤시의 비회전 지지부, 상기 회전축을 따라 베어링부재의 선택적이며 슬라이드가능한 운동을 하도록 동력원 입력에 응답하는 액튜에이터에 구비된 회전가능하게 고정된 베어링 부재, 상기 분리점에서 구동장치의 구동요소와 피구동요소에 구비된 맞물려 연결하는 스플라인, 상기 구동요소와 피구동요소들의 상호 연결을 위하여 상기 요소들중 하나의 스플라인과 맞물리고 다른 요소의 스플라인과 맞물리게 슬라이드가능한 클러치 링을 포함하며, 상기 클러치 링은 베어링 부재에 대하여 회전가능하게 이동가능하지만 축방향으로는 이동할 수 없게 베어링 부재에 연결됨으로써 액튜에이터에 의한 상기 베어링부재의 축방향 이동으로 구동요소와 피구동요소들이 연결/분리되게 클러치 링이 슬라이드되도록 구성된 차량 구동장치용 자동 클러치.
제 1항에 있어서, 상기 액튜에이터는 스프링과, 전원에 의해 여자되고 소자되는 전자석을 포함하며, 상기 스프링은 베어링 부재를 한 축방향으로 밀도록 되고, 여자된 전자석은 다른 축방향으로 베어링 부재를 밀도록 된 것을 특징으로 하는 차량 구동장치용 자동 클러치.
제 2항에 있어서, 상기 스프링은 클러치 링이 구동요소와 피구동요소들 모두의 스플라인들과 맞물리는 방향으로 베어링 부재를 밀도록 된 것을 특징으로 하는 차량 구동장치용 자동 클러치.
제 1항에 있어서, 상기 액튜에이터는 팽창/수축가능한 챔버를 형성하는 환형의 링을 포함하고, 상기 동력원은 챔버로 부터 매체를 삽입 및 후퇴시켜 상기 챔버를 팽창/수축시키도록 환형의 챔버에 연결된 매체원이며, 상기 챔버의 팽창과 수축은 챔버 일부가 축방향으로 이동되도록 하고, 상기 베어링 링과 클러치 링을 선택적으로 축방향으로 이동시키도록 챔버의 축방향으로 이동가능한 부분에 상기 베어링 링이 제공된 것을 특징으로 하는 차량 구동장치용 자동 클러치.
제 4항에 있어서, 상기 구동요소와 피구동요소의 맞물리는 스플라인들은 상기 요소들의 외주면 둘레에 위치되고, 상기 환형의 링은 상기 요소들을 둘러싸도록 되고 서로 맞물리는 스플라인들의 수를 최대로 하는 환형구조로서 제한된 스플라인 길이로 견고하게 연결하도록 된 것을 특징으로 하는 차량 구동장치용 자동 클러치.
샤시를 향하여 내측으로 연장되어 장착위치가 형성되고 샤시에 회전가능하게 장착되며 상기 장착위치의 내측방향으로 내측 단부를 갖는 연장부를 구비한 휠 허브와, 상기 연장부의 내측 단부에 인접한 부분을 구비한 액슬, 베어링 부재가 제공되고 샤시에 장착되며 상기 베어링 부재의 축방향 슬라이드이동을 위하여 동력원에 연결된 액튜에이터를 포함하며, 상기 액슬의 인접한 부분과 상기 연장부는 맞물리는 스플라인들과 클러치 링을 구비하고, 상기 클러치 링은 샤시의 부분들과 연장부들중 하나의 스플라인들에 장착되고 액슬과 휠 허브를 서로 연결하도록 다른 스플라인들로 축방향으로 슬라이드이동하도록 되며, 상기 클러치 링은 베어링 부재에 대하여 회전하도록 베어링 부재에 장착되고 베어링 부재와 함께 축방향으로 이동능하여 클러치 링이 휠 허브와 액슬의 연결/분리의 위치들 사이에서 선택적으로 슬라이드가능하도록 구성된 차량 샤시에 장착되는 차량 구동장치의 휠 단부용 자동 클러치.
제 6항에 있어서, 상기 샤시와 휠 허브 연장부 사이에는 베어링 팩이 제공된 것을 특징으로 하는 차량 구동장치의 휠 단부용 자동 클러치.
제 6항에 있어서, 상기 샤시와 휠 허브 외측부 사이의 베어링 구조는 샤시에 압입되는 외측 레이스 부분과, 조립을 위하여 상기 외측 레이스 부분에 장착가능하고 케이지에 내장된 롤러 베어링 및 상기 휠 허브 연장부에 구비된 내측 레이스 부분을 포함하며, 휠 허브가 조립 위치로 슬라이드하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 구동장치의 휠 단부용 자동 클러치.
제 7항에 있어서, 상기 외측 레이스는 샤시에의 취부되도록 된 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 구동장치의 휠 단부용 자동 클러치.
차량 프레임과 그에 회전가능하게 장착되고 휠 단부의 내측으로 연장된 고정된 스핀들 부분을 구비한 휠 허브를 포함하는 구동장치를 구비한 차량의 휠 단부 어셈블리로서, 제 1 형태의 구동장치는 2륜 구동 구동장치 형태로 휠 단부 어셈블리로 연장되지 않으며, 상기 휠 단부 어셈블리는 휠 액슬을 수용하도록 되고 제 2 형태의 구동장치의 휠 액슬을 수용하며, 상기 휠 액슬과 스핀들 부분의 내측단부는 맞물리는 인접한 스플라인들을 구비하고, 4륜 구동 구동장치 형태로 휠 허브를 구동하도록 상기 맞물린 스플라이들을 고정 링이 연결하며, 상기 고정링은 고정링은 슬라이드가능한 클러치 링으로 교체되고, 2륜/4륜 구동장치 형태로 상기 휠 허브를 선택적으로 구동시키거나 구동시키지 않도록 액튜에이터가 상기 맞물린 스플라인들의 결합 및 분리 위치들 사이에서 클러치 링을 선택적으로 슬라이드시키도록 되고, 구동장치 형태들을 번갈아 사용하도록 구성된 차량의 휠 단부 어셈블리.
휠 허브와 피구동 액슬, 및 상기 액슬과 허브를 연결하는 커플링을 포함하며, 스핀들 부분이 상기 휠 허브에 일체로 형성되고 차량의 프레임에 축방향 내측으로 연장되며 상기 프레임에 회전가능하게 장착되어 허브 장착 위치를 형성하도록 되고, 상기 스핀들 부분은 상기 내측 단부를 둘러싸는 외주면을 형성하며 상기 허브 장착 위치의 내측방향의 내측 단부를 구비하고, 상기 액슬은 스핀들 부분의 내측 단부의 외주면에 인접한 외주면을 구비하며, 상기 액슬의 외주면의 외측 원주와 스핀들 부분의 외주면의 외측 원주는 상기 커플링을 수용하도록 되어 액슬과 휠 허브를 서로 록킹시키도록 구성된, 구동장치를 구비한 차량의 휠 단부 어셈블리.
차량의 구동장치 라인에서 접속부를 형성하는 구동라인의 제 1 구성요소와 제 2구성요소, 고정된 프레임 부분에 고정되고 상기 접속부를 둘러싸는 액튜에이터 링, 및 상기 제 1 및 제 2 구성요소들 모두와 결합되는 위치로 이동하거나 상기 구성요소들중 하나에만 결합되는 위치들 사이에서 이동가능하고 상기 접속부를 둘러싸도록 된 클러치 링을 포함하며, 상기 구성요소들은 서로 독립적으로 회전하도록 되어 있고, 상기 접속부는 차량의 고정 프레임부분에 인접하여 제공되며, 상기 액튜에이터 링 속에 팽창가능한 원형의 챔버가 형성되고 상기 챔버를 팽창 및 수축시키도록 챔버에 매체원이 연결되어 챔버의 팽창 및 수축으로 챔버의 일부분이 축방향으로 이동하도록 되어 있고, 상기 클러치 링은 챔버의 이동가능한 부분에 연결되고 상기 결합위치들 사이에서 챔버에 매체의 인입 및 배출에 의해 선택적으로 이동하도록 구성된, 차량의 구동장치 라인의 커플링장치용 액튜에이팅장치.