KR200369826Y1 - 4륜 구동차용 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 4륜 구동차용 구동장치에 관한 것으로서 특히, 트랜스미션을 통한 저단 변속시 전륜과 후륜으로 보다 큰 토오크가 전달되도록 기어비가 개선된 4륜 구동차용 구동장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 4륜 구동차용 구동장치는 저속기어가 중간저속기어와의 기어비가 극대화되도록 상기 허브의 이끝원 보다 작은 지름의 이뿌리원을 갖는 스퍼기어(spur gear)로 형성되고, 저속기어와 중간저속기어와의 슬라이딩 결합시 중간저속기어와 간섭되는 해당 허브의 이가 컷팅 처리된 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 저속기어 및 중간저속기어의 기어비를 극대화시켜 감속기어의 기어비 및 관련부품들의 수정없이도 오프로드와 같은 4륜 저속구동모드가 요구되는 상황에서 차량의 주행성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

4륜 구동차용 구동장치{Four-whell driving system for car}

본 고안은 4륜 구동차용 구동장치에 관한 것으로서 특히, 트랜스미션을 통한 저단 변속시 전륜과 후륜으로 보다 큰 토오크가 전달되도록 기어비가 개선된 4륜 구동차용 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 엔진에서 발생된 동력을 구동바퀴로 전달하기 위한 동력전달장치를 구비하며, 이 동력을 전륜과 후륜에 모두 전달하여 모든 차륜을 구동하는 4륜구동차가 있다. 4륜구동차는 젖은 빗길이나 눈길 또는 빙판길을 주행하는 동안 차량의 안정성과, 자갈도로나 불규칙도로와 같은 오프로드에서 차량의 주행성능을 높혀준다.

도 1에 도시된 바와 같이, 4륜 구동차용 동력전달장치는 엔진(10)과, 필요에 따라 동력전달을 단속하는 클러치와 출발, 등판, 평탄로의 주행 등 그 주행상태에 따라 기어비의 변화를 주기 위한 변속기(12)와, 상기 변속기(12)와 바퀴로 전달되는 회전수를 감속시키기 위한 감속기어(13a)(13b) 사이에 설치되어 그 출력을 감속기어(13a)(13b)로 전달하는 기능을 하는 주축(21) 및 주축(21)을 통해온 엔진(10)의 회전력을 최종적으로 좌우 구동바퀴에 동력을 전달하는 전륜/후륜 액슬 샤프트(15)(16)등으로 구성된다.

그리고, 통상 변속기(12) 뒷부분에 설치되어 전륜과 후륜으로 분배함과 동시에 고속과 저속의 2가지 변속비를 보조적으로 갖는 일종의 보조변속기로서 트랜스퍼 케이스(20)를 구비한다.

상기 트랜스퍼 케이스(20)는 엔진(10)과 변속기(12)을 통해 전달되는 동력을 후륜으로 보내는 동시에 트랜스퍼 시프트 레버(60)의 조작으로 동력을 하이모드 또는 로우모드 및 2륜 또는 4륜 구동으로 가변하여 전달한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 트랜스퍼 케이스(20)는 주축(21)과, 이 주축(21)과 직렬로 연결되는 후륜구동축(22)과, 상기 주축(21)과 후륜구동축(22) 사이에 평행하게 병렬배치되는 전륜구동축(23)과, 상기 후륜구동축(22)과 전륜구동축(23) 사이에 평행하게 병렬배치되는 중간기어축(24)으로 구성된다.

상기 주축(21)은 엔진(10)의 동력을 변속기(12)를 통해 전달받게 된다.

상기 후륜구동축(22) 상에는 고속기어(25)와 저속기어(26)가 회전 가능하게 설치되고, 중간기어축(24) 상에는 상기 후륜구동축(22)의 고속기어(25) 및 저속기어(26)에 각각 치합되는 중간고속기어(27)와 중간저속기어(28)가 형성된다. 상기 중간고속기어(27)의 반경은 중간저속기어(28)의 반경보다 더 작게 형성된다.

저속기어(26)와 마주보는 상기 고속기어(25)의 일측으로는 제1허브(31)가 장착된다. 그리고, 제1허브(31)에 대향되도록 저속기어(26)의 일측으로 제2허브(32)가 장착되고, 후륜구동축(22) 선단에 제3허브(33)가 장착되며, 전륜구동축(21) 후단에 제4허브(34)가 장착된다.

또한, 상기 허브들(31)(32)(33)(34) 상에는 상기 허브들(31)(32)(33)(34) 사이를 슬라이딩 이동하면서 연결상태를 변경시키는 슬리브가 장착된다. 즉, 상기 제1, 제2허브(31)(32)에는 로우/하이 슬리브(42)가 연결되고 제3허브(33)(34)에는 2륜/4륜 슬리브(41)가 연결된다.

한편, 상기와 같은 기어 구성의 연결상태를 가변하여 조작할 수 있도록 상기 전,후륜구동축(22)(23)에 평행하게 시프트 로드(50)가 배치되고, 상기 시프트 로드(50)를 통하여 트랜스퍼 레버(60)와 연결된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 트랜스퍼 케이스(20)의 작동은 트랜스퍼 레버(60)를 조작하여 슬리브들(41)(42)을 전후진시키면, 상기 슬리브들(41)(42)의 움직임에 따라 허브들(31)(32)(33)(34)과의 연결상태가 변경되면서 동력전달이 선택적으로 진다. 이에 따라, 자동차의 기어모드가 2륜 구동 고속모드와 4륜 구동 하이모드와 4륜 구동 로우모드로 변경된다.

이중, 4륜 구동 로우모드는 오프로드(머드지형, 크레바스, 측사면로, 급경사 오프막 내리막지형)에서의 탁월한 탈출 성능을 갖도록 최대의 견인력과 강한 주행성을 필요로 할 때 강력한 구동력을 필요로 하는 곳에서 사용되는 모드로서, 도시된 바와 같이, 운전자가 시프트 로드(50)가 후진되도록 트랜스퍼 레버(60)를 조작하면, 슬리브들(41)(42)이 후진하면서 상기 2륜/4륜 슬리브(41)와 제4허브(34)와의 연결이 해제되는 동시에 제3허브(33)와 연결되고, 상기 하이/로우 슬리브(42)와 제1허브(31)와의 연결이 해제되는 동시에 제2허브(32)와 연결된다.

이에 따라, 엔진(10)으로부터의 동력은 주축(21)에서 저속기어(26) 및 중간저속기어(28)를 통하여 전륜구동축(23)과 후륜구동축(22)으로 전달되어 4륜구동 로우모드로 차량이 운행된다. 이때, 상기 후륜구동축(22) 상의 고속기어(25)는 중간기어축(24) 상의 중간고속기어(27)를 통하여 전달되는 동력에 의해 공회전하는 상태가 된다.

이러한 동력전달장치를 구비한 4륜 구동차량에 있어서, 오프로드 성능을 더욱 향상시키기 위해서는 트랜스퍼 케이스(20)의 후륜구동축(22) 상의 저속기어(26)와 중간기어축(24) 상의 중간저속기어(28) 또는 감속기어의 기어비를 최대로 셋팅하여 감속비가 최대가 되도록 함으로써 동력전달장치로부터 최대 토오크를 얻는 방법이 주로 이용된다.

먼저, 저속기어(26)와 중간저속기어(28)와의 기어비를 최대로 하는 경우 저속기어(26)의 잇수를 감소시키거나 중간저속기어(28)의 잇수를 증대시킬 수 있다.

저속기어의 잇수를 감소시키는 경우, 중간저속기어(28)와 중간저속기어(28)가 헬리컬기어인 관계로 절삭가공시 절삭가공날이 제2허브(32)와 간섭되기 때문에 저속기어(26)의 이뿌리면을 제2허브(32)의 이끝단 이하로는 가공할 수 없어 저속기어(26)의 잇수를 감소시키는 것에는 한계가 있다. 따라서, 저속기어(26)의 크기 축소 범위가 제한되므로 더 이상의 기어비를 증대시키기는 어렵다.

중간저속기어(28)의 잇수를 증대시키는 경우, 트랜스퍼 케이스(20) 내에서의 제한된 공간에서는 크기 증대에 한계가 있는 관계로 중간저속기어(28)의 잇수를 증대시키는 것에는 한계가 있다. 만일, 트랜스퍼 케이스(20)의 크기를 증대시키고 이와 비례하여 중간저속기어(28)의 크기를 증대시켜 중간저속기어(28)의 잇수를 증대시킬 경우, 트랜스퍼 케이스(20)의 제작비가 과다하게 소요될 뿐 아니라 트랜스퍼 케이스(20)와 중간저속기어(28)를 별도의 사양으로 관리해야 하는 문제가 추가로발생되게 된다.

한편, 감속기어의 기어비를 최대로 하는 경우, 전륜 액슬 샤프트(16)와 전륜구동축(23)을 연결하는 전방감속기어(13a)와, 후륜 액슬 샤프트(15)와 후륜구동축(22)을 연결하는 후방감속기어(13b)로 구성된 각각의 감속기어의 기어비를 최대화시킬 수 있으나, 상기 감속기어들의 기어비가 달라지면 기존의 감속기어들 또한 모두 교환되어야 하며 이에 따른 별도의 사양을 운용해야 하는 문제점이 있다.

또한, 기어비를 증대시키기 위하여 일측의 기어 잇수를 지나치게 작게 할 경우에는 각 이에 무리한 하중이 걸리게 되어 동력전달 과정에서 맞물린 기어가 손상될 위험이 있고 이와 반대로, 일측의 기어 잇수를 지나치게 크게 할 경우, 기어의 외경이 커져야 하는 바 이미 제한된 공간 내에서 기어의 외경을 증대시키는 데에는 한계가 있어, 더 이상의 기어비를 증대시키기가 어려운 실정이다.

본 고안은 상기한 종래 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로서, 감속기어측의 기어비 및 관련부품들이 별도의 사양으로 관리되지 않도록 하면서 4륜 구동 로우모드하에서의 기어비를 증대시킴으로써 엔진으로부터 전달되는 토오크를 최대화시킬 수 있는 4륜 구동차용 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 4륜 구동차용 동력전달 장치를 나타내는 개략도.

도 2는 일반적인 4륜 구동차용 동력전달 장치에 구성되는 기어들의 4륜 구동 저속모드시 배치상태를 나타내는 도면.

도 3은 일반적인 4륜 구동차용 동력전달 장치를 구성하는 저속기어와 중간저속기어와의 결합상태를 나타내는 사시도.

도 4는 도 3의 정면도.

도 5는 본 발명에 따른 4륜 구동차용 구동장치를 구성하는 저속기어와 중간저속기어와의 결합상태를 나타내는 사시도.

도 6은 도 5의 정면도.

도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...저속기어 110...허브

111...허브 이 200...중간저속기어

13...감속기어 21...주축

22...후륜구동축 23...전륜구동축

24...중간기어축 27...중간고속기어

41,42...슬리브

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 엔진으로부터 구동력을 전달받는 주축과, 주축에 직렬 연결되고 양측으로 고속기어와 중간저속기어가 회전가능하게 설치된 후륜구동축과, 상기 후륜구동축에 평행하게 배치되는 전륜구동축과, 상기전륜구동축과 후륜구동축 사이에 위치되어 전,후륜구동축을 선택적으로 병렬 연결시키고 양측으로 상기 후륜구동축의 고속기어와 저속기어에 각각 치합되는 중간고속기어와 중간저속기어가 형성된 중간기어축과, 상기 저속기어의 일측에 형성된 허브와, 이 허브와 슬라이딩 결합되어 차량을 4륜 저속구동모드로 변환시키는 슬리브를 구비하는 4륜 구동차용 구동장치에 있어서, 상기 저속기어는 중간저속기어와의 기어비가 극대화되도록 상기 허브의 이끝원 보다 작은 지름의 이뿌리원을 갖는 스퍼기어(spur gear)로 형성되고, 상기 허브는 상기 저속기어와 중간저속기어와의 슬라이딩 결합시 중간저속기어와 간섭되는 해당 이가 컷팅 처리된 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따르면, 상기 컷팅 처리되는 허브의 이는 중간저속기어와의 간섭량이 최대이면서 양측에 인접한 다른 이들이 중간저속기어와 간섭되지 않는 임의의 것을 대상으로 한다.

또한, 상기 중간저속기어는 저속기어와 치합되는 스퍼기어로 구성된다.

본 고안의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 고안자가 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 고안의 일 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지않게 상이한 부분만을 주로 설명한다.

본 고안은 엔진으로부터 구동력을 전달받는 주축과, 주축에 직렬 연결되고 양측으로 고속기어와 저속기어가 회전가능하게 설치된 후륜구동축과, 상기 후륜구동축에 평행하게 배치되는 전륜구동축과, 상기 전륜구동축과 후륜구동축 사이에 위치되어 전,후륜구동축을 선택적으로 병렬 연결시키고 양측으로 상기 후륜구동축의 고속기어와 중간저속기어에 각각 치합되는 고속기어와 중간저속기어가 형성된 중간기어축과, 상기 저속기어의 일측에 형성된 허브와, 이 허브와 슬라이딩 결합되어 차량을 4륜 저속구동모드로 변환시키는 슬리브를 구비한 4륜 구동차용 구동장치로서, 상기 저속기어와 중간저속기어만 상이할 뿐 나머지 구성 및 작용들은 종래의 기술에서 설명한 4륜 구동차용 구동장치와 동일하므로 여기서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 고안의 4륜 구동차용 구동장치의 저속기어(100)와 중간저속기어(200)는 스퍼기어(spur gear)로 구성된다. 그리고, 저속기어(100)는 상기 허브(110)의 이끝원 보다 작은 지름의 이뿌리원을 갖도록 형성된다. 이때, 상기 저속기어(100)와 맞물려 연동하는 중간저속기어(200) 역시 상기 스퍼기어로 이루어짐은 당연하다.

상기 저속기어(100)가 스퍼기어로 구성되면, 헬리컬기어로 이루어진 종래의 저속기어(100)에서는 실현하기 힘들었던 높은 기어비를 실현할 수 있도록 기어가공이 가능하다.

즉, 종래의 헬리컬기어로 이루어진 저속기어는 중간저속기어에 인접하여 일체로 형성된 허브가 저속기어의 치가공시 치가공용 절삭날에 의해 손상되지 않도록 하기 위해서는 반드시 허브의 이끝단면 보다 저속기어의 이뿌리면이 높은 위치에 있어야 하나(도 4참조), 본 고안과 같이 저속기어(100)를 스퍼기어로 형성하면, 치가공 특성상 허브(110)의 이에 손상을 가하지 않고 이뿌리면을 허브의 이끝면 이하(D)로 가공할 수 있다.

예컨대, 스퍼기어의 대표적인 가공장비인 슬로터를 이용하면 슬로터의 절삭날이 저속기어(100)의 축과 평행한 방향으로 일정거리를 승강하면서 치가공을 하기 때문에 회전하는 절삭날에 치가공이 이루어지는 헬리컬기어의 치가공 방식과 달라 인접한 허브(110)의 이가 절삭날에 의해 손상되지 않는다.

이와 같이, 저속기어(110)의 이뿌리면이 허브(110)의 이끝면 이하로의 가공이 가능해지면, 중간저속기어(200)는 종래보다 더 크게 제작될 수 있는 동시에 저속기어(100)는 종래보다 더 작게 제작될 수 있게 된다. 저속기어(100)가 작은 크기로 제작되면, 저속기어(100)의 잇수는 감소되면서 중간저속기어(200)의 크기가 자연적으로 증대되어 중간저속기어(200)의 잇수가 증대되는 것은 당연하므로 결국 저속기어(100)와 중간저속기어(200)와의 기어비는 증대된다.

이렇게 하면, 4륜 저속구동모드에서 각 전륜/후륜구동축(22)(23)으로 높은 토오크가 전달되게 되어 오프로드와 같은 4륜구동저속모드가 요구되는 상황에서 차량의 주행성이 크게 향상될 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 허브(110)는 중간저속기어(200)과의 결합시 간섭되는 해당 이(111)가 컷팅 처리된다.

상기 저속기어(100)는 중간저속기어(200)가 조립된 상태에서 최종적으로 조립되는 관계로 이후 조립되는 저속기어(100)가 중간저속기어(200)에 슬라이딩되면서 치합되는 과정에서 저속기어(100)의 이뿌리면이 허브(110)의 이끝면보다 낮은 위치에 있기 때문에 중간저속기어(200)의 이가 허브(110)의 이와 간섭되어 치합이 이루어지지 않는 현상이 발생된다.

따라서, 본 고안의 허브(110)는 상기와 같은 현상을 막기 위하여 간섭을 일으키는 해당 허브(110)의 이(111)는 컷팅 처리된다. 이때, 상기 컷팅 처리되는 허브(110)의 이(111)는 컷팅되는 이의 갯수를 최소로 하기 위하여 중간저속기어(200)와의 간섭량이 최대이면서 양측에 인접한 다른 이들(112,113)이 중간저속기어(200)와 간섭되지 않는 임의의 것을 대상으로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 저속기어(100)는 허브(110)의 이(111)가 컷팅된 빈공간을 통해 중간저속기어(200)의 이가 통과되도록 하여 중간저속기어(200)에 슬라이딩 결합된다. 한편, 상기 허브(110)에는 다수의 이가 존재하므로 해당 이(111) 하나를 제거한다 하더라도 슬리브와 결합되어 구동력을 전달하는 데에는 강도상의 무리가 없다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안의 4륜 구동차용 구동장치에 따르면, 저속기어를 더 작은 이뿌리원으로 가공될 수 있도록 스퍼기어로 제작하는 동시에 저속기어와 중간저속기어의 결합시 저속기어의 허브에 의한 간섭이 방지되도록 간섭부위의 허브 이중 하나를 컷팅하는 것에 의하여, 저속기어 및 중간저속기어의 기어비를 극대화시켜 감속기어의 기어비 및 관련부품들의 수정없이도 오프로드와 같은 4륜 저속구동모드가 요구되는 상황에서 차량의 주행성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

본 고안은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 실용신안등록 청구범위에 의해 마련되는 본 고안의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 고안이 다양하게 개조 및 변화 될 수 있으며, 이 또한 본 고안의 범위에 포함되어야 한다.

Claims (3)

1. 엔진으로부터 구동력을 전달받는 주축과, 주축에 직렬 연결되고 양측으로 고속기어와 저속기어가 회전가능하게 설치된 후륜구동축과, 상기 후륜구동축에 평행하게 배치되는 전륜구동축과, 상기 전륜구동축과 후륜구동축 사이에 위치되어 전,후륜구동축을 선택적으로 병렬 연결시키고 양측으로 상기 후륜구동축의 고속기어와 중간저속기어에 각각 치합되는 중간고속기어와 중간저속기어가 형성된 중간기어축과, 상기 저속기어의 일측에 형성된 허브와, 이 허브와 슬라이딩 결합되어 차량을 4륜 저속구동모드로 변환시키는 슬리브를 구비하는 4륜 구동차용 구동장치에 있어서,

   상기 저속기어는 중간저속기어와의 기어비가 극대화되도록 상기 허브의 이끝원 보다 작은 지름의 이뿌리원을 갖는 스퍼기어(spur gear)로 형성되고,

   상기 허브는 상기 저속기어와 중간저속기어와의 슬라이딩 결합시 중간저속기어와 간섭되는 해당 이가 컷팅 처리된 것을 특징으로 하는 4륜 구동차용 구동장치.
2. 제 1항에 있어서,

   컷팅 처리되는 허브의 이는 중간저속기어와의 간섭량이 최대이면서 양측에 인접한 다른 이들이 중간저속기어와 간섭되지 않는 임의의 것을 특징으로 하는 4륜 구동차용 구동장치.
3. 제 1항에 있어서,

   중간저속기어는 저속기어와 치합되는 스퍼기어인 것을 특징으로 하는 4륜 구동차용 구동장치.