KR19990042825A - 차동 제한장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 좌우륜 사이에 회전차가 발생했을 때 이 회전차에 따라 좌우륜의 토크를 분배하는 차동 제한장치에 관한 것으로서, 특히 좌우의 드라이브 샤프트에 각각 스플라인 결합된 두 개의 사이드 기어와, 상기 사이드 기어와 서로 결합된 두 개의 피니언 기어와, 상기 사이드 기어와 피니언 기어를 둘러싸고 있는 차동 케이스를 포함하여 구성된 차동 제한장치에 있어서, 상기한 각각의 드라이브 샤프트의 외주면에 제 1 볼 가이드 홈이 형성된 좌측 및 우측 삽입부와, 상기 차동 케이스의 외측으로 연장 형성되고 상기 드라이브 샤프트가 관통되도록 내부가 중공되며 그 내주면에 상기 제 1 볼 가이드 홈과 동일한 형태의 제 2 볼 가이드 홈이 형성된 좌측 및 우측 결합부와, 상기 제 1 볼 가이드 홈과 제 2 볼 가이드 홈의 결합시 그 사이에 개재되는 볼로 구성된 차동 제한장치를 제공함으로써 제품의 구조가 단순화되고 제품의 크기 및 중량이 감소되어 제품의 탑재성 및 조립성이 향상됨과 동시에 제조원가가 절감되도록 한 것이다.

Description

차동 제한장치

본 발명은 자동차의 선회주행이 용이하도록 하는 차동장치에 관한 것으로서, 특히 좌측바퀴와 우측바퀴와의 사이에 회전수 차이가 생겼을 때 이 회전수 차이에 따라 좌우륜의 토크를 분배하는 차동 제한장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 엔진에서 발생된 동력을 바퀴에 적절히 전달하기 위해 클러치와 변속기 및 차동장치 등을 사용하고 있는데, 전륜 구동차는 변속기로부터의 출력을 바로 차동장치에 연결하고, 후륜 구동차는 변속기로부터의 출력을 추진축을 통해 차동장치에 전달하도록 되어 있다.

상기 차동장치는 자동차의 선회 주행시 내륜과 외륜의 속도차를 발생시켜 차량의 원활한 방향전환이 가능하도록 함과 아울러 노면이 고르지 못한 지형에서 자동차의 주행 안정성을 확보하도록 하는 것이다.

그런데, 상기한 바와 같은 차동장치는 양쪽 구동 바퀴가 접하고 있는 노면의 마찰력 사이에 큰 차이가 발생되면 마찰력이 적은 쪽의 바퀴는 헛돌고 마찰력이 큰 쪽의 바퀴는 정지하여 차량의 정상적인 운행이 곤란한 경우가 발생된다.

예를 들어, 한쪽 바퀴가 수렁에 빠졌을 경우 한쪽의 바퀴는 노면의 저항을 받고 빠진 바퀴는 거의 저항을 받지 않기 때문에 노면 쪽의 바퀴에는 동력이 전달되지 않고 수렁에 빠진 바퀴만이 차동장치에 의해 공회전된다. 따라서, 차량이 자력으로 수렁을 벗어나지 못하게 되어 더 이상의 주행이 불가능해진다.

상기와 같은 경우, 차동장치의 작용을 멈추게 하면 수렁을 탈출할 수 있게 되므로 험로 주행을 많이 하는 차량에는 차동 제한장치를 채용하도록 한다. 상기 차동 제한장치를 통해 차동을 제한하면 요철노면의 주행 중에 생기는 피시 테일(Fish tail)운동이나, 발진시 또는 커브시의 바퀴공전 등을 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 차량의 구동력을 향상시키기 위한 차동 제한장치에는 다판 클러치식, 비스코스 커플링식, 헬리컬 기어식, 전자 제어식 등 여러 가지 타입이 있으나, 전반적으로 모두 가격이 고가이며 일반 차동장치에 비해 크기가 증대되어 탑재성이 별도로 검토되어야 하는 어려움이 있다.

종래 기술에 의한 차동 제한장치는 도 1에 도시된 바와 같이 드라이브 샤프트(1)에 스플라인 결합된 제 1 사이드 기어(3) 및 제 2 사이드 기어(5)와, 상기한 각각의 사이드 기어(3, 5)와 서로 결합된 제 1 피니언 기어(7) 및 제 2 피니언 기어(9)와, 상기 사이드 기어(3, 5)와 피니언 기어(7, 9)를 둘러싸고 있는 차동 케이스(11)와, 상기 차동 케이스(11)와 일체로 형성된 링기어(13)와, 상기 제 1 사이드 기어(3)에서 차동 케이스(11) 내측으로 연장 형성되고 그 외주면에 제 1 볼 가이드 홈(15)이 형성된 삽입부(17)와, 상기 제 2 사이드 기어(5)에서 차동 케이스(11) 내측으로 연장 형성되고 상기 삽입부(17)가 내재될 수 있도록 내부가 중공되며 그 내주면에 상기 제 1 볼 가이드 홈(15)과 동일한 형태로 제 2 볼 가이드 홈(19)이 형성된 결합부(21)와, 상기 제 1 볼 가이드 홈(15)과 제 2 볼 가이드 홈(19)의 결합시 그 사이에 개재되는 볼(23)과, 상기 제 1 볼 가이드 홈(15)과 제 2 볼 가이드 홈(19)의 결합시 상기 볼(23)에 예압이 걸리도록 상기 삽입부(17)의 내측 끝단에 설치된 예압부재(25)를 포함하여 구성된다.

상기에서, 드라이브 샤프트(1)는 차동 기어 즉, 상기한 사이드 기어(3, 5)에서 구동바퀴까지 동력을 전달해 주는 축으로서 등속 조인트(Constant Velocity Joint : CVJ)를 사용하는데, 상기 등속 조인트는 더블 옵셋 조인트(Double Offset Joint : DOJ)와 중간축 및 버필드 조인트(Birfield Joint : BJ)로 구성된다.

여기서, 상기 더블 옵셋 조인트는 슬라이드형으로 상기 사이드 기어(3, 5)의 스플라인에 삽입되고 상기 버필드 조인트는 고정형으로 휠 허브의 스플라인에 삽입된다.

상기와 같이 구성된 차동 제한장치의 동작은 다음과 같다.

먼저, 추진축을 통해 엔진의 동력이 구동 피니언(12)에 전달되면 상기 구동 피니언(12)의 회전력이 링기어(13)를 통해 상기 차동 케이스(11)로 전달된다. 상기 차동 케이스(11)가 회전하면 상기 차동 케이스(11)에 피니언 축에 의해서 결합되어 있는 제 1 피니언 기어(7) 및 제 2 피니언 기어(9)가 공전하게 된다. 상기한 피니언 기어(7, 9)가 공전되면 피니언 기어(7, 9)와 맞물려있는 제 1 사이드 기어(3) 및 제 2 사이드 기어(5)가 구동되어 상기한 사이드 기어(3, 5)와 스플라인 결합된 드라이브 샤프트(1)가 회전된다. 따라서, 상기 드라이브 샤프트(1)를 통해 엔진의 동력이 구동바퀴로 전달된다.

상기에서, 자동차가 평탄로를 직진하는 경우에는 좌우 구동바퀴의 회전저항이 같으므로 상기한 피니언 기어(7, 9)의 공전에 따라 상기 제 1 사이드 기어(3)와 제 2 사이드 기어(5)가 같은 회전수로 구동됨과 동시에 상기 삽입부(17)와 결합부(21)도 같이 회전되어 결국 전체 시스템이 하나의 블록이 되어 회전된다.

한편, 자동차가 선회하거나 한쪽 바퀴가 수렁에 빠진 경우에는 좌우 구동바퀴가 받는 회전저항이 달라지므로 상기 제 1 사이드 기어(3)와 제 2 사이드 기어(5) 사이에 상대적인 속도차가 생기게 되고, 결국 상기 삽입부(17)와 결합부(21) 사이에도 회전의 속도차가 생기게 된다.

상기 삽입부(17)와 결합부(21) 사이에 회전차가 발생되면 상기 볼(23)이 제 1 볼 가이드 홈(15)과 제 2 볼 가이드 홈(19)을 따라 구르게 되어, 상기 삽입부(17)와 결합부(21)가 상기 볼(23)에 의해 구름접촉하게 된다. 상기와 같은 볼(23)의 구름접촉에 의해서 상기 제 1 사이드 기어(3)와 제 2 사이드 기어(5) 사이의 속도차가 상쇄되어 상기한 사이드 기어(3, 5)가 서로 같은 속도로 회전하게 된다.

즉, 상기 볼(23)의 구름접촉에 의해서 제 1 사이드 기어(3)와 제 2 사이드 기어(5) 사이에 토크의 분배가 이루어지고 이를 통해 상기한 사이드 기어(3, 5)의 회전속도가 같아져 차동 제한이 실현된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 차동 제한장치는 상기 제 1 사이드 기어(3)와 제 2 사이드 기어(5)에 각각 삽입부(17)와 결합부(21)가 연장 형성되어 있기 때문에 일반 차동장치에 비해 크기가 증대되고 구조가 복잡하므로 제품 개발시 크기의 증대로 인한 탑재성의 곤란을 별도로 고려해야 함과 동시에 복잡한 구조로 인한 부품수 및 중량의 증가로 조립성이 저하되고 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 자동 제한 장치는 좌우륜 회전차를 직접 인식하기 때문에 토크의 가변분배가 크게 되어 급가속 선회시 등에 차량의 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 좌우의 드라이브 샤프트와 차동 케이스 사이에 각각 설치되어 상기한 좌우의 드라이브 샤프트와 차동 케이스 간의 상대적인 회전차에 따른 구름접촉으로 차동작용을 발생시키는 차동수단을 구비함으로써 제품의 구조가 단순화되고 제품의 크기 및 중량이 감소되어 제품의 탑재성 및 조립성이 향상됨과 동시에 제조원가가 절감되도록 하는 차동 제한장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 차동 제한장치가 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 차동 제한장치가 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 드라이브 샤프트 53 : 사이드 기어

55 : 피니언 기어 57 : 차동 케이스

61, 61' : 제 1 볼 가이드 홈 63, 63' : 삽입부

65, 65' : 제 2 볼 가이드 홈 67, 67' : 결합부

69, 69' : 볼

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차동 제한장치의 특징은 각각의 드라이브 샤프트에 스플라인 결합된 두 개의 사이드 기어와, 상기 사이드 기어와 서로 결합된 두 개의 피니언 기어와, 상기 사이드 기어와 피니언 기어를 둘러싸고 있는 차동 케이스를 포함하여 구성된 차동 제한장치에 있어서, 상기한 좌우의 드라이브 샤프트와 차동 케이스 사이에는 각각 좌우의 드라이브 샤프트와 차동 케이스 간의 상대적인 회전차에 따른 구름접촉으로 차동작용을 발생시키는 차동수단이 설치된 것이다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징은, 상기 차동수단은 각각의 드라이브 샤프트의 외주면에 제 1 볼 가이드 홈이 형성된 좌측 및 우측 삽입부와, 상기 차동 케이스의 외측으로 연장 형성되고 상기 드라이브 샤프트가 관통되도록 내부가 중공되며 그 내주면에 상기 제 1 볼 가이드 홈과 동일한 형태의 제 2 볼 가이드 홈이 형성된 좌측 및 우측 결합부와, 상기 제 1 볼 가이드 홈과 제 2 볼 가이드 홈의 결합시 그 사이에 개재되는 볼로 구성되는데 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 구조변경이 최소화됨으로써 제품의 크기 및 중량이 감소됨과 동시에 구조가 단순화되어 제품의 탑재성 및 조립성이 향상되고 제조원가가 절감되는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 차동 제한장치는 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 드라이브 샤프트(51)에 스플라인 결합된 두 개의 사이드 기어(53)와, 상기 사이드 기어(53)와 서로 결합된 두 개의 피니언 기어(55)와, 상기 사이드 기어(53)와 피니언 기어(55)를 둘러싸고 있는 차동 케이스(57)와, 상기 차동 케이스(57)와 일체로 형성된 링기어(59)와, 상기한 각각의 드라이브 샤프트(51)의 외주면에 제 1 볼 가이드 홈(61, 61')이 형성된 좌측 및 우측 삽입부(63, 63')와, 상기 차동 케이스(57)의 외측으로 연장 형성되고 상기 드라이브 샤프트(51)가 관통되도록 내부가 중공되며 그 내주면에 상기 제 1 볼 가이드 홈(61, 61')과 동일한 형태의 제 2 볼 가이드 홈(65, 65')이 형성된 좌측 및 우측 결합부(67, 67')와, 상기 제 1 볼 가이드 홈(61, 61')과 제 2 볼 가이드 홈(65, 65')의 결합시 그 사이에 개재되는 좌측 및 우측 볼(69, 69)을 포함하여 구성된다.

상기에서, 드라이브 샤프트(51)는 차동 기어 즉, 상기 사이드 기어(53)에서 구동바퀴까지 동력을 전달해 주는 축으로서 등속 조인트(Constant Velocity Joint : CVJ)를 사용하는데, 상기 등속 조인트는 더블 옵셋 조인트(Double Offset Joint : DOJ)와 중간축 및 버필드 조인트(Birfield Joint : BJ)로 구성된다.

여기서, 상기 더블 옵셋 조인트는 슬라이드형으로 상기 사이드 기어(53)의 스플라인에 삽입되고 상기 버필드 조인트는 고정형으로 휠 허브의 스플라인에 삽입된다.

상기와 같이 구성된 차동 제한장치의 동작은 다음과 같다.

먼저, 추진축을 통해 엔진의 동력이 구동 피니언(58)에 전달되면 상기 구동 피니언(58)의 회전력이 링기어(59)를 통해 상기 차동 케이스(57)로 전달된다. 상기 차동 케이스(57)가 회전하면 상기 차동 케이스(57)에 피니언 축에 의해서 결합되어 있는 피니언 기어(55)가 공전하게 된다. 상기 피니언 기어(55)가 공전되면 피니언 기어(55)와 맞물려있는 사이드 기어(53)가 구동되어 상기 사이드 기어(53)와 스플라인 결합된 드라이브 샤프트(51)가 회전된다. 따라서, 상기 드라이브 샤프트(51)를 통해 엔진의 동력이 구동바퀴로 전달된다.

상기에서, 자동차가 평탄로를 직진하는 경우에는 좌우 구동바퀴의 회전저항이 같으므로 상기 피니언 기어(55)의 공전에 따라 상기 사이드 기어(53)가 같은 회전수로 구동됨과 동시에 상기 드라이브 샤프트(51)와 차동 케이스(57), 즉 상기 삽입부(63, 63')와 결합부(67, 67')도 같이 회전되어 결국 전체 시스템이 하나의 블록이 되어 회전되게 된다.

한편, 자동차가 선회하거나 한쪽 바퀴가 수렁에 빠진 경우에는 좌우 구동바퀴가 받는 회전저항이 달라지므로 상기 구동바퀴에 각각 일단이 연결되어 있는 상기 드라이브 샤프트(51)가 서로 다른 속도로 회전된다. 상기 드라이브 샤프트가 서로 다른 속도로 회전되면 좌측의 삽입부(63)와 결합부(67) 사이에서 발생되는 속도차와 우측의 삽입부(63')와 결합부(67') 사이에서 발생되는 속도차의 크기가 달라지게 된다.

상기와 같이 좌측 및 우측 삽입부(63, 63')와 결합부(67, 67') 사이에 회전차가 발생되면 좌측 및 우측 볼(69, 69')은 서로 다른 속도로 상기 제 1 볼 가이드 홈(61, 61')과 제 2 볼 가이드 홈(65, 65')을 따라 구르면서 상기 삽입부(63, 63')와 결합부(67, 67')를 각각 구름접촉시키게 된다.

따라서, 상기 볼(69, 69') 구름접촉에 의해서 좌측 삽입부(63)와 우측 삽입부(63') 사이의 속도차가 상쇄되어 좌우의 드라이브 샤프트(51)가 서로 같은 속도로 회전하게 되고, 결국 좌우의 사이드 기어(53)의 회전속도가 같아지게 되므로 상기 차동 케이스와 좌우의 드라이브 샤프트(51) 간의 상대적인 속도차에 의한 차동 제한이 실현된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 차동 제한장치는 각각의 드라이브 샤프트(51)의 외주면에 제 1 볼 가이드 홈(61, 61')이 형성된 좌측 및 우측 삽입부(63, 63')와, 차동 케이스(57)의 외측으로 연장 형성되고 상기 드라이브 샤프트(51)가 관통되도록 내부가 중공되며 그 내주면에 상기 제 1 볼 가이드 홈(61, 61')과 동일한 형태의 제 2 볼 가이드 홈(65, 65')이 형성된 좌측 및 우측 결합부(67, 67')와, 상기 제 1 볼 가이드 홈(61, 61')과 제 2 볼 가이드 홈(65, 65')의 결합시 그 사이에 개재되는 볼(69, 69')을 구비하여 구조변경을 최소화함으로써 제품의 크기 및 중량이 감소됨과 동시에 구조가 단순화되어 제품의 탑재성 및 조립성이 향상되고 제조원가가 절감되는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 차동 제한장치는 차동 케이스(57)와 각 드라이브 샤프트(51) 사이의 회전차를 인식하여 토크의 가변분배가 낮게 되므로 급가속 선회시 등에 차량 안정성이 향상되는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 상기 볼(69, 69')에 의한 구름접촉을 이용하여 차동제한을 실현함으로써 소음의 발생이 억제되고 내구성이 증대되어 제품의 수명이 연장되는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 좌우의 드라이브 샤프트에 각각 스플라인 결합된 두 개의 사이드 기어와, 상기 사이드 기어와 서로 결합된 두 개의 피니언 기어와, 상기 사이드 기어와 피니언 기어를 둘러싸고 있는 차동 케이스를 포함하여 구성된 차동 제한장치에 있어서,

   상기한 좌우의 드라이브 샤프트와 차동 케이스 사이에는 각각 좌우의 드라이브 샤프트와 차동 케이스 간의 상대적인 회전차에 따른 구름접촉으로 차동작용을 발생시키는 차동수단이 설치된 것을 특징으로 하는 차동 제한장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 차동수단은 각각의 드라이브 샤프트의 외주면에 제 1 볼 가이드 홈이 형성된 좌측 및 우측 삽입부와, 상기 차동 케이스의 외측으로 연장 형성되고 상기 드라이브 샤프트가 관통되도록 내부가 중공되며 그 내주면에 상기 제 1 볼 가이드 홈과 동일한 형태의 제 2 볼 가이드 홈이 형성된 좌측 및 우측 결합부와, 상기 제 1 볼 가이드 홈과 제 2 볼 가이드 홈의 결합시 그 사이에 개재되는 볼로 구성된 것을 특징으로 하는 차동 제한장치.