KR20010059749A - 차동제한장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 차동제한장치가 차동장치의 내부에 설치하기에 구조가 복잡하고 가공이 어려운 문제점이 있기 때문에,

차동 케이스의 안쪽 상하부에 각각 설치되어 공전과 자전을 수행하고 양측의 사이드 기어에 동시에 치합되는 2개의 피니언 기어를 포함하는 차동장치에 있어서, 하나의 피니언 기어와 일체로 형성되고 가장자리 부분에 소정 직경의 삽입부가 형성된 돌출단과, 다른 피니언 기어와 일체로 형성되고 상기 삽입부에 끼워질 수 있도록 그 내경에 비해 작은 직경을 가진 슬리브와, 상기 돌출단의 삽입부와 슬리브 사이에 삽입되고 회전을 통해 두 피니언 기어를 인게이지시키는 복수개의 스프래그로 구성됨으로써,

차동장치를 구성하는 피니언 기어에 간단한 구조물을 형성하는 것만으로 충분한 차동제한 기능을 충분히 수행할 수 있어 차동제한장치의 구성을 간단히 하고 가공을 용이하게 하는 차동제한장치에 관한 것이다.

Description

차동제한장치 { Limited slip differential }

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 제1 사이드 기어(3) 및 제2 사이드 기어(5)와, 상기한 각각의 사이드 기어(3, 5)와 서로 결합된 제1 피니언 기어(7) 및 제2 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 제1 사이드 기어(3)에서 차동 케이스(11) 내측으로 연장 형성되고 그 외주면에 제1 볼 가이드 홈(15)이 형성된 삽입부(17)와, 상기 제2사이드 기어(5)에서 차동 케이스(11) 내측으로 연장 형성되고 상기 삽입부(17)가 내재될 수 있도록 내부가 중공되며 그 내주면에 상기 제1 볼 가이드 홈(15)과 동일한 형태로 제2 볼 가이드 홈(19)이 형성된 결합부(21)와, 상기 제1 볼 가이드 홈(15)과 제2 볼 가이드 홈(19)의 결합시 그 사이에 개재되는 볼(23)과, 상기 제1 볼 가이드 홈(15)과 제2 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 종래의 차동 제한장치의 동작은 다음과 같다.

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 제1 피니언 기어(7) 및 제2 피니언 기어(9)가 공전하게 된다. 상기한 피니언 기어(7, 9)가 공전되면 피니언 기어(7, 9)와 맞물려있는 제1 사이드 기어(3) 및 제2 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 제1 사이드 기어(3)와제2 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 제1 사이드 기어(3)와 제2 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 제1 볼 가이드 홈(15)과 제2 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 제1 사이드 기어(3)와 제2 사이드 기어(5) 사이의 속도차가 상쇄되어 상기한 사이드 기어(3, 5)가 서로 같은 속도로 회전하게 된다.

즉, 상기 볼(23)의 구름접촉에 의해서 제1 사이드 기어(3)와 제2 사이드 기어(5) 사이에 토크의 분배가 이루어지고 이를 통해 상기한 사이드 기어(3, 5)의 회전속도가 같아져 차동 제한이 실현된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 차동제한장치는 차동 케이스 내부에 볼 가이드 홈이 형성된 삽입부와 결합부를 형성해야 하므로 가공하기가 곤란한 문제점이 있다.

일반적인 다판 클리치 타입의 차동제한장치에 있어서도 차동 케이스 내부에 클러치 디스크가 장착될 수 있도록 기계가공이 필요하며 스프링과 스프링을 지지할 수 있는 구조가 필요하여 가공이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두 피니언 기어 사이에 스프래그를 설치하여 스프래그의 회전에 따라 차동제한 작용이 이루어질 수 있도록 함으로써 가공이 용이하고 구조가 간단하여 제조원가를 절감할 수 있는 차동제한장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 차동제한장치가 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 차동제한장치가 도시된 구성도,

도 3은 도 2의 "A-A" 단면이 도시된 단면도,

도 4는 본 발명의 요부 구성인 두 피니언 기어가 결합된 상태가 도시된 도면,

도 5는 도 4의 "B-B" 단면이 도시된 단면도,

도 6은 본 발명의 요부 구성인 스프래그가 도시된 사시도,

도 7은 직진시와 차동기능 수행시의 스프래그 위치를 비교하여 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50a : 제1 피니언 기어 50b : 제2피니언 기어

51 : 돌출단 51' : 삽입부

52 : 슬리브 52' : (슬리브의) 홈

55 : 스프래그 55' : (스프래그의) 하단 돌출부

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차동 케이스의 안쪽 상하부에 각각 설치되어 공전과 자전을 수행하고 양측의 사이드 기어에 동시에 치합되는 2개의 피니언 기어를 포함하는 차동장치에 있어서, 하나의 피니언 기어와 일체로 형성되고 가장자리 부분에 소정 직경의 삽입부가 형성된 돌출단과, 다른 피니언 기어와 일체로 형성되고 상기 삽입부에 끼워질 수 있도록 그 내경에 비해 작은 직경을 가진 슬리브와, 상기 돌출단의 삽입부와 슬리브 사이에 삽입되고 회전을 통해 두 피니언 기어를 인게이지시키는 복수개의 스프래그로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 차동제한장치는 도 2에 도시되 바와 같이 차동장치를 구성하는 2개의 피니언 기어(50a)(50b)를 이용한 것으로서, 제1 피니언 기어(50a)와 일체로 형성되고 가장자리 부분에 소정 직경의 삽입부(51')가 형성된 돌출단(51)과, 제2 피니언 기어(50b)와 일체로 형성되고 상기 삽입부(51')에 끼워질 수 있도록 그 내경에 비해 작은 직경을 가진 슬리브(52)와, 상기 돌출단(51)의 삽입부(51')와 슬리브(52) 사이에 삽입되고 회전을 통해 두 피니언 기어(50a)(52b)를 인게이지시키는 복수개의 스프래그(55)로 구성된다.

상기 스프래그(55)는 각 선단이 원형으로 가공된 T자형 단면을 갖고 있으며, 스프래그(55)의 하단 돌출부(55')가 삽입될 수 있도록 슬리브(52)에 홈(52')이 형성되어 상기 스프래그(55)가 회전되도록 하고 있다. 상기 스프래그(55)는 상기 돌출단(51)과 슬리브(52) 사이에 등간격으로 설치며 회전시 두 피니언 기어(50a) (50b)를 인게이지시켜 차동제한기능을 수행한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 차동제한장치는 차동장치를 구성하는 두 피니언 기어의 상호 작용을 통해 차동기능 또는 차동제한기능을 수행하게 된다.

차동장치를 구성하는 디프 케이스 내부에 설치되는 제1, 제2 피니언 기어(50a)(50b)에 각각 돌출단(51)과 슬리브(52)를 형성하고, 제2 피니언 기어(50b)의 슬리브(52)에 형성된 홈(52')에 스프래그(55)를 끼운 상태로 제2 피니언 기어(50b)의 슬리브(51)를 제1 피니언 기어(50a)에 형성된 돌출단(51)의 삽입부(51')에 삽입한 후 피니언 샤프트(53)를 결합시킨다.

이때, 상기 스프래그(55)는 제2 피니언 기어(50b)의 홈(52')에 조립될 때 축의 직각 방향으로는 탈장착이 불가능하고, 축방향으로만 조립이 가능한 구조로 되어 있다. 즉, 피니언 샤프트(53)가 삽입되어 결합된 상태는 도 4 및 도 5와 같이 나타나며, 스프래그(55)의 표면과 돌출단(51)의 삽입부(51') 내면 사이에는 소정의 갭이 존재한다.

따라서, 4개 이상 설치된 다수의 스프래그(55)가 작동되지 않을 때에는 스프래그(55)와 삽입부(51') 내면 사이에는 소정의 갭이 존재하여 오일이 유막을 형성하게 되므로 제1피니언 기어(50a)와 제2 피니언 기어(50b)는 서로에 대하여 구속되지 않고 자유로운 상태로 있게 된다. 이 상태는 양측 차륜에 회전차가 없을 때, 즉 직진상태 및 평탄로면을 주행할 때를 나타낸다.

자동차가 선회하여 양측 차륜에 회전차가 발생되면 사이드 기어(미 도시)를 회전시키기 위하여 제1 피니언 기어(50a)와 제2 피니언 기어(50b)가 서로 반대방향으로 회전한다. 이때는 상기 제1 피니언 기어(50a)와 제2 피니언 기어(50b)의 회전속도가 느리기 때문에 갭 상에는 아직 유막이 남아 있고 스프래그(55)에 작용하는 원심력도 작아 스프래그(55) 역시 거의 회전되지 않는다.

그러나, 험로 주행시 양측 차륜에 과다한 회전차가 발생되면 원심력에 의해 스프래그(55)가 회전하게 되어 도 7에 도시된 바와 같은 형태로 변화된다. 따라서, 슬리브(51') 내면의 유막이 파괴되고 제1 피니언 기어(50a)와 제2 피니언 기어(50b)가 서로 인게이지되어 일체화되며, 상기 피니언 기어(50a)(50b)에 동시에 맞물려 회전되는 사이드 기어 역시 일체화 된다. 결과적으로 엔진으로부터 전달된 동력은 디프 케이스를 통해 사이드 기어와 연결된 양측 차륜에 고르게 분배되고, 차량은 큰 구동 견인력을 갖게되어 험로로부터 탈출이 가능하게 된다. 물론, 차량이 다시 평탄로면을 직선주행하게 되면 스프래그(55)는 복원력에 의해 최초의 위치로 역회전하게 되며, 유막 역시 다시 형성되어 제1 피니언 기어(50a)와 제2 피니언 기어(50b)가 서로 자유로운 상태로 있게 한다.

이와 같이, 본 발명의 차동제한장치는 차동장치를 구성하는 피니언 기어에 간단한 구조물을 형성하는 것만으로 충분한 차동제한 기능을 충분히 수행할 수 있어 차동제한장치의 구성을 간단히 하고 가공을 용이하게 하는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 차동 케이스의 안쪽 상하부에 각각 설치되어 공전과 자전을 수행하고 양측의 사이드 기어에 동시에 치합되는 2개의 피니언 기어를 포함하는 차동장치에 있어서,

   하나의 피니언 기어와 일체로 형성되고 가장자리 부분에 소정 직경의 삽입부가 형성된 돌출단과, 다른 피니언 기어와 일체로 형성되고 상기 삽입부에 끼워질 수 있도록 그 내경에 비해 작은 직경을 가진 슬리브와, 상기 돌출단의 삽입부와 슬리브 사이에 삽입되고 회전을 통해 두 피니언 기어를 인게이지시키는 복수개의 스프래그로 구성된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스프래그는 각 선단이 원형으로 가공된 T자형 단면을 갖고 있으며, 스프래그의 하단 돌출부가 삽입될 수 있도록 슬리브에 홈이 형성되어 상기 스프래그가 회전되도록 한 것을 특징으로 하는 차동제한장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스프래그는 상기 돌출단과 슬리브 사이에 등간격으로 설치된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 스프래그는 제2 피니언 기어의 홈에 조립될 때 축의 직각 방향으로는 탈장착이 불가능하고 축방향으로만 조립이 가능한 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.