KR20040033979A - 차량용 차동제한장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반 차동장치의 부품을 최대로 공용화하여 구조를 단순화시킨 차량용 차동제한장치에 관한 것이다.

본 발명은 변속기로부터 인출된 동력에 의해 회전되는 디퍼렌셜 케이스와, 상기 디퍼렌셜 케이스에 수직방향으로 설치된 피니언 샤프트에 회전 가능하게 결합된 한 쌍의 피니언 기어와, 상기 피니언 기어와 직교 형상으로 치합되고 드라이브 샤프트에 스플라인 결합된 한 쌍의 사이드 기어와, 상기 사이드 기어와 디퍼렌셜 케이스 사이에 위치되고 상기 디퍼렌셜 케이스에 고정되는 마찰부재와, 상기 사이드 기어의 후부 외측에 일체로 형성되고 상기 사이드 기어가 차동시 추력에 의해 축방향으로 미소 이동될 때 상기 마찰부재와 마찰되는 차동제한 기어와, 상기 마찰부재와 디퍼렌셜 케이스 사이에 배치되어 상기 마찰부재에 예압을 부여하고 추력이 소멸된 이후에 상기 마찰부재를 초기 위치로 복귀시키는 탄성부재를 포함하여 구성되어, 일반 차동장치의 기존 부품을 최대로 공용화할 수 있으므로, 종래의 차동제한장치에 비해 구조가 간단하고, 제작이 용이한 효과가 있다.

Description

차량용 차동제한장치 {Limited slip differential for vehicle}

본 발명은 차량용 차동제한장치에 관한 것으로서, 특히 일반 차동장치의 부품을 최대로 공용화하여 구조를 단순화시킨 차량용 차동제한장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 엔진에서 발생된 동력을 바퀴에 적절히 전달하기 위해 클러치와 변속기 및 차동장치 등이 사용되고 있다. 이 때, FF(Front engine Front wheel drive) 차량은 변속기로부터의 출력을 바로 차동장치에 연결하고, FR(Front engine Rear wheel drive) 차량은 변속기로부터의 출력을 추진축을 통해 차동장치에 전달한다.

여기서, 상기 차동장치는 차량의 선회 시 좌측 바퀴와 우측 바퀴의 회전수를 변화시켜 차량의 원활한 방향전환이 가능하도록 함과 아울러 노면이 고르지 못한 지형에서 차량의 주행 안전성을 확보하기 위한 장치이다.

도 1은 일반적인 차동장치가 도시된 내부 구성도이고,도 2는 종래 기술에 따른 차동제한장치의 일예가 도시된 내부 구성도이다.

일반적인 차동장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 변속기의 출력축에 기어 물림되어 같이 회전되는 링 기어(2)와, 상기 링 기어(2)와 볼트로 조립되어 회전되는 디퍼렌셜 케이스(4)와, 상기 디퍼렌셜 케이스(4)에 회전 가능토록 설치되어 회전되는 한 쌍의 피니언 기어(6)와, 상기 피니언 기어(6)를 상기 디퍼렌셜 케이스(4)에 고정하는 피니언 축(8)과, 드라이브 샤프트(10)에 설치되고 상기 피니언 기어(6)와 직교 형상으로 치합되어 회전되는 사이드 기어(12)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 링 기어(2)와 디퍼렌셜 케이스(4)는 상호 측면이 맞대어져 다수의 볼트로 체결 고정되므로 출력축의 동력을 전달받아 동시에 회전하게 된다.

상기와 같이 구성된 일반 차동장치(1)는 좌우측 바퀴에 동일한 부하가 작용될 경우 상기 피니언 기어(6)가 디퍼렌셜 케이스(4)와 함께 공전하고, 반면에 부하가 다르게 작용될 경우 상기 피니언 기어(6)는 공전과 자전이 동시에 수행된다.

따라서, 일반 차동장치(1)는 각 바퀴에 걸리는 부하에 따라 좌우 바퀴의 회전 속도를 같게, 또는 서로 다르게 회전시킬 수 있으므로 차량의 회전시 등에 차량의 안정성을 얻을 수 있다.

그런데, 상기 일반 차동장치(1)는 바퀴가 접하고 있는 노면의 마찰력 차이가 크게 되면, 마찰력이 적은 쪽의 바퀴는 헛돌고 마찰력이 큰 쪽의 바퀴는 정지하여 차량의 정상적인 운행이 곤란한 경우가 발생되므로 이를 개선하기 위해 차동제한장치가 장착된다.

한편, 종래의 차동제한장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 변속기의 출력축에 기어 물림되어 같이 회전되는 링 기어(22)와, 상기 링 기어(22)와 볼트로 조립되어 회전되는 디퍼렌셜 케이스(24)와, 상기 디퍼렌셜 케이스(24)에 회전 가능토록 설치되어 회전되는 한 쌍의 피니언 기어(26)와, 상기 피니언 기어(26)를 상기 디퍼렌셜 케이스(24)에 고정하는 피니언 축(28)과, 드라이브 샤프트(30)에 설치되고 상기 피니언 기어(26)와 직교 형상으로 치합되어 회전되는 한 쌍의 사이드 기어(32)와, 상기 사이드 기어(32)와 디퍼렌셜 케이스(24) 사이에 설치되고 디퍼렌셜 케이스(24)에 스플라인 결합된 마찰 플레이트(34)와, 상기 사이드 기어(32)에 스플라인 결합됨과 아울러 상기 마찰 플레이트(34) 사이에 각각 배치되어 상기 마찰 플레이트(34)와 마찰되는 마찰 디스크(36)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 링 기어(22)와 디퍼렌셜 케이스(24)는 상호 측면이 맞대어져 복수개의 볼트로 체결되므로 출력축의 동력을 전달받아 동시에 회전하게 된다.

특히, 상기와 같이 구성된 차동제한장치(20)는 차량이 진흙 등의 수렁에 빠진 경우 수렁에 빠진 바퀴 측은 무부하 상태가 되고, 반대측 바퀴는 부하가 높은 상태가 되어 부하가 높은 상태의 사이드 기어(32)는 결국 회전이 구속된 상태가 된다.

이런 상태에서 상기 피니언 기어(26)는 각 바퀴의 부하차이로 인해 공전과 자전이 동시에 수행되어 무부하 상태의 사이드 기어(32)는 상기 피니언 기어(26)가 공전만 했을 때보다 배의 회전수로 구동된다.

그러나, 상기 피니언 기어(26)는 바퀴가 노면으로부터 받는 부하의 차이에 의해 저항을 더 많이 받는 쪽의 사이드 기어(32)와 슬립되면서 상기 사이드 기어(32)를 외측으로 밀어 상기 마찰 디스크(36)가 마찰 플레이트(34)에 접촉되도록 한다.

상기 마찰 디스크(36)와 마찰 플레이트(34)의 접촉에 의해 마찰력이 발생되고, 이런 마찰력은 차동제한력으로 차동을 제한하는 기능을 한다. 따라서, 상기 디퍼렌셜 케이스(24)의 회전력은 직접 사이드 기어(32)를 통해 드라이브 샤프트()로 전달되어 차동작용을 제한하게 된다.

그러나, 종래의 차동제한장치(20)는 차동작용을 제한하는 기능이 수행됨에 있어 문제는 없으나 일반 차동장치(1)에 비해 구조가 매우 복잡하므로 개발 및 제작이 어려운 문제점이 있다.

또, 복잡한 형상의 부품이 사용됨과 아울러 부품수도 증가되므로 원가가 절상되고, 공정수도 증가된다.

또, 상기와 같이 구조가 복잡해지고 부품수가 증가됨으로써, 상기 차동제한장치(20)는 크기와 무게가 증대되고, 특히 FF(Front engine Front wheel drive) 차량의 경우 상기 차동제한장치(20)를 변속기에 내장시키는 것이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 일반 차동장치의 기존 부품을 최대로 공용화하여 구조가 단순하고, 제작이 용이한 차량용 차동제한장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 차동장치가 도시된 내부 구성도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 차동제한장치의 일예가 도시된 내부 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 차동제한장치가 도시된 내부 구성도이고,

도 4는 도 3의 A가 확대되어 도시된 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

52 : 링 기어54 : 디퍼렌셜 케이스

56 : 피니언 기어58 : 피니언 축

60 : 드라이브 샤프트62 : 사이드 기어

64 : 마찰부재66 : 차동제한 기어

68 : 탄성부재70 : 돌출부

72 : 차동제한부74 : 스프링 홈

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 차량용 차동제한장치는 변속기로부터 인출된 동력에 의해 회전되는 디퍼렌셜 케이스와, 상기 디퍼렌셜 케이스에 수직방향으로 설치된 피니언 샤프트에 회전 가능하게 결합된 한 쌍의 피니언 기어와,상기 피니언 기어와 직교 형상으로 치합되고 드라이브 샤프트에 스플라인 결합된 한 쌍의 사이드 기어와, 상기 사이드 기어와 디퍼렌셜 케이스 사이에 위치되고 상기 디퍼렌셜 케이스에 고정되는 마찰부재와, 상기 사이드 기어의 후부 외측에 일체로 형성되고 상기 사이드 기어가 차동시 추력에 의해 축방향으로 미소 이동될 때 상기 마찰부재와 마찰되는 차동제한 기어와, 상기 마찰부재와 디퍼렌셜 케이스 사이에 배치되어 상기 마찰부재에 예압을 부여하고 추력이 소멸된 이후에 상기 마찰부재를 초기 위치로 복귀시키는 탄성부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

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

도 3은 본 발명에 따른 차동제한장치가 도시된 내부 구성도이고, 도 4는 도 3의 A가 확대되어 도시된 단면도이다.

본 발명에 따른 차량용 차동제한장치는 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 변속기의 출력축에 기어 물림되어 같이 회전되는 링 기어(52)와, 상기 링 기어(52)와 볼트로 조립되어 회전되는 디퍼렌셜 케이스(54)와, 상기 디퍼렌셜 케이스(54)에 회전 가능토록 설치되어 회전되는 한 쌍의 피니언 기어(56)와, 상기 피니언 기어(56)를 상기 디퍼렌셜 케이스(54)에 수직방향으로 고정하는 피니언 축(58)과, 상기 피니언 기어(56)와 직교 형상으로 치합되고 드라이브 샤프트(60)에 스플라인 결합된 한 쌍의 사이드 기어(62)와, 상기 사이드 기어(62)와 디퍼렌셜 케이스(54) 사이에 위치되고 상기 디퍼렌셜 케이스(54)에 고정되는 마찰부재(64)와, 상기 사이드 기어(62)의 후부 외측에 일체로 형성되어 상기 마찰부재(64)와 마찰되는 차동제한 기어(66)와, 상기 마찰부재(64)와 디퍼렌셜 케이스(54) 사이에 배치되어 상기 마찰부재(64)에 예압을 작용함과 아울러 상기 마찰부재(64)를 초기 위치로 복귀시키는 탄성부재(68)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 링 기어(52)와 디퍼렌셜 케이스(54)는 상호 측면이 맞대어져 다수의 볼트로 체결되므로 출력축의 동력을 전달받아 동시에 회전되고, 상기 사이드 기어(62)는 후부에 상기 드라이브 샤프트(60)를 감싸도록 축방향으로 돌출된 돌출부(70)가 구비된다.

상기 마찰부재(64)는 와셔 형상으로 상기 돌출부(70)에 끼움되고, 스토퍼에 의해 상기 디퍼렌셜 케이스(54)에 장착 고정되어 상기 디퍼렌셜 케이스(54)와 동시에 회전된다.

이런 마찰부재(64)의 외측 가장자리 부분에는 상기 차동제한 기어(66)의 치면과 마찰될 수 있도록 상기 사이드 기어(66) 방향으로 절곡된 차동제한부(72)가 형성되고, 상기 차동제한부(72)는 상기 차동제한 기어(66)와 마찰되는 접촉면에 마찰작용을 향상시킬 수 있도록 복수개의 그루브(groove) 또는 엠보싱(embossing)이 형성되어 있다.

또, 상기 탄성부재(68)는 상기 돌출부(70)에 끼움된 스프링 와셔로 상기 마찰부재(64)의 후측에 위치된다.

상기와 같이 위치된 탄성부재(68)는 마찰부재(64)를 사이드 기어(62) 방향으로 밀어 상기 차동제한부(72)와 차동제한 기어(66) 사이에 초기 마찰력이 형성되도록 하고, 아울러 차동시 상기 사이드 기어(62)를 이동시키는 추력이 소멸되면 상기마찰부재(64)를 초기 위치로 복귀시키는 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 탄성부재(68)는 상기 디퍼렌셜 케이스(54)에 형성된 스프링 홈(74)에 삽입 설치되고, 상기 스프링 홈(74)은 드라이브 샤프트(60)가 관통되는 디퍼렌셜 케이스(54) 일측에 형성된 원형의 홈에 상기 돌출부(70)가 삽입됨으로써 형성된다.

한편, 차동시 추력에 의해 상기 차동제한부(72)와 차동제한 기어(66)가 마찰되면 차동을 제한하는 차동제한력(TBR, Torque Bias Ratio)이 형성된다.

따라서, 상기 차동제한력은 상기 차동제한부(72)와 차동제한 기어(66) 사이에 발생되는 마찰력이므로, 상기 차동제한부(72)와 차동제한기어(66)의 마찰계수를 변경하거나 예압의 크기를 변경하여 조정할 수 있다.

즉, 상기 차동제한부(72)와 차동제한기어(66)의 표면거칠기, 상기 차동제한부(72)의 그루브와 엠보싱, 그리고 상기 탄성부재(68)의 탄성력에 의한 예압 등을 적절히 조정하면 상기 차동제한력이 조정 가능하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량용 차동제한장치의 작동에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 엔진에 의해 발생된 구동력은 변속기에서 적절히 변속된 후 출력축과 연결된 링 기어(52)를 통해 차동제한장치(50)에 전달된다.

상기 링 기어(52)가 회전됨으로써 디퍼렌셜 케이스(54)도 일체로 회전되고, 아울러 상기 피니언 기어(56)는 상기 디퍼렌셜 케이스(54)를 따라 공전을 하게 된다.

한편, 차량의 좌우 바퀴에 작용하는 하중의 크기가 같을 경우, 상기 피니언 기어(56)는 상기 디퍼렌셜 케이스(54)와 일체로 같이 회전되고, 상기 피니언 기어(56)와 치합된 상기 사이드 기어(62)도 함께 회전하게 되므로 좌우 바퀴의 회전 속도는 같게 된다.

반면에, 상기 좌우 바퀴에 서로 다른 하중이 걸릴 경우, 상기 피니언 기어(56)는 상기 디퍼렌셜 케이스(54)와 함께 공전함과 동시에 상기 피니언 축(58)을 중심으로 자전하여 하중이 큰 쪽의 회전력을 하중이 작은 쪽의 사이드 기어(62)로 전달하게 된다.

따라서, 좌우 바퀴의 회전 속도는 서로 다르게 되어 하중이 작은 쪽의 바퀴가 먼저 전진하게 되고, 상기와 같이 좌우 바퀴에 서로 다른 회전 속도가 부여되는 차동작용에 의해 차량의 회전시 등에 안정성을 얻을 수 있다.

그런데, 차량이 진흙 등의 수렁에 빠진 경우 수렁에 빠진 구동바퀴 측은 무부하 상태가 되고, 반대측 바퀴는 부하가 높은 상태가 되어 부하가 높은 상태의 사이드 기어(62)는 결국 회전이 구속된 상태가 된다.

이런 상태에서 상기 피니언 기어(56)는 각 바퀴의 부하차이로 인해 공전과 자전이 동시에 수행되고, 그로 인해 무부하 상태의 사이드 기어(62)는 상기 피니언 기어(56)가 공전만 했을 때보다 배의 회전수로 구동된다.

상기와 같이 피니언 기어(56)가 빠르게 자전되면 상기 피니언 기어(56)는 부하가 더 큰 쪽의 사이드 기어(62)와 슬립되고, 아울러 이 과정에서 상기 사이드 기어(62)를 외측으로 밀게되는 추력이 형성된다.

그리고, 추력에 의해 사이드 기어(62)가 외측으로 이동되면 차동제한 기어(66)도 함께 이동되어 마찰부재(64)에 근접되고, 결국에는 상기 차동제한 기어(66)의 치면이 차동제한부(72)에 압착된다.

상기와 같은 차동제한 기어(66)와 차동제한부(72)의 접촉면에서는 마찰작용이 일어나 차동제한력이 발생되고, 추력의 크기가 커질수록 차동제한력의 크기도 증대된다.

이런 차동체한력은 상기 차동제한 기어(66)와 차동제한부(72)가 일체로 회전되도록 함으로 상기 디퍼렌셜 케이스(54)와 사이드 기어(62)는 한 블록과 같이 일체로 회전되고, 그로 인해 상기 디퍼렌셜 케이스(54)의 회전력은 직접 사이드 기어(62)를 통해 드라이브 샤프트(60)로 전달되어 차동이 제한된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 차량용 차동제한장치는 일반 차동장치에 차동제한 기어와 마찰부재, 그리고 탄성부재가 추가된 구조로 일반 차동장치의 기존 부품을 최대로 공용화할 수 있으므로, 종래의 차동제한장치에 비해 구조가 간단하고, 제작이 용이한 이점이 있다.

또, 기존 부품의 공용화로 인해 부품수가 감소되므로 원가가 절감되고, 제작시 공정수가 감소되는 이점이 있다.

또, 상기와 같은 단순한 구조와 적은 부품수는 상기 차동제한장치의 크기와무게를 저감시킬 수 있으므로, FF(Front engine Front wheel drive) 차량의 경우 변속기에 상기 차동제한장치가 내장되기 용이한 효과가 있다.

Claims (7)

1. 변속기로부터 인출된 동력에 의해 회전되는 디퍼렌셜 케이스와;

   상기 디퍼렌셜 케이스에 수직방향으로 설치된 피니언 샤프트에 회전 가능하게 결합된 한 쌍의 피니언 기어와;

   상기 피니언 기어와 직교 형상으로 치합되고 드라이브 샤프트에 스플라인 결합된 한 쌍의 사이드 기어와;

   상기 사이드 기어와 디퍼렌셜 케이스 사이에 위치되고 상기 디퍼렌셜 케이스에 고정되는 마찰부재와;

   상기 사이드 기어의 후부 외측에 일체로 형성되고 상기 사이드 기어가 차동시 추력에 의해 축방향으로 미소 이동될 때 상기 마찰부재와 마찰되는 차동제한 기어와;

   상기 마찰부재와 디퍼렌셜 케이스 사이에 배치되어 상기 마찰부재에 예압을 부여하고 추력이 소멸된 이후에 상기 마찰부재를 초기 위치로 복귀시키는 탄성부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 차동제한장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마찰부재는 와셔 형상으로 사이드 기어의 후부에 끼움 결합된 것을 특징으로 하는 차량용 차동제한장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 마찰부재는 상기 차동제한 기어의 치면과 마찰될 수 있도록 외측 가장자리 부분이 상기 사이드 기어 방향으로 절곡된 차동제한부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 차동제한장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 차동제한부는 상기 차동제한 기어와의 마찰력이 증대될 수 있도록 상기 차동제한 기어의 접촉면에 복수개의 그루브(Groove)가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 차동제한장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 차동제한부는 상기 차동제한 기어와의 마찰력이 증대될 수 있도록 상기 차동제한 기어의 접촉면에 복수개의 엠보싱(Embossing)이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 차동제한장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성부재는 사이드 기어의 후부에 끼움 결합된 스프링 와셔인 것을 특징으로 하는 차량용 차동제한장치.
7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 디퍼렌셜 케이스는 상기 탄성부재를 삽입하여 설치할 수 있도록 스프링 홈이 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 차동제한장치.