KR200402326Y1 - 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스 - Google Patents

Abstract

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

본 고안에 따른 4륜 구동장치는 트랜스퍼 케이스(100) 내의 유성기어(130)가 이끝단이 슬라이딩 클러치(70)의 외주에 형성된 기어(72)의 이끝단으로부터 연결축과 나란하게 연장된 선(L)보다 연결축(110)을 향해 더 내측에 위치되고 슬라이딩 클러치의 진입구간과 겹치지 않는 구간(B) 내에 형성되어 선기어(120)의 둘레를 따라 치합되는 기어부(131)와, 하이모드 설정시 후륜구동축(51)을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치와 간섭되지 않도록 슬라이딩 클러치의 외주에 형성된 기어의 이끝단으로부터 연결축과 나란하게 연장된 선보다 연결축을 향해 더 외측에 형성된 외주면을 가지는 축소외경부(132)로 구성된다.

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

Description

4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스{Transfer case for four-wheel driving system}

본 고안은 4륜 구동장치에 관한 것으로서 특히, 트랜스미션을 통한 저단 변속시 전륜과 후륜으로 보다 큰 토오크가 전달되도록 기어비가 개선된 4륜 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, 주행상태에 따라 기어비의 변화를 주기 위한 변속기(20)와, 상기 변속기(20)를 통해 엔진(10)의 동력을 전달받는 주축(21)과, 이 주축(21)을 통해 전달되는 동력을 전륜(40)과 후륜(50)으로 분배함과 동시에 고속과 저속의 2가지 변속비를 보조적으로 갖는 일종의 보조변속기(20)로서의 트랜스퍼 케이스(30)를 구비한다.

상기 트랜스퍼 케이스(30)는 상기 주축(21)과 직렬로 연결된 후륜구동축(51)과, 상기 주축(21)과 후륜구동축(51) 사이에 병렬로 연결된 전륜(40)구동축을 구동시키게 되는데, 상기 트랜스퍼 케이스(30)의 내부에는 주축(21)의 회전을 감속시키는 유성기어 셋트(60)가 구비된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유성기어 셋트(60)는 주축(21)과 후륜구동축(51) 사이를 직렬로 연결하며 외주면에는 외부조작에 의하여 후륜구동축(51)을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치(70)와 치결합되는 연결축(61), 연결축(61)의 외주에 결합되는 선기어(62), 상기 선기어(62)의 둘레를 따라 치합되는 유성기어(63)들, 상기 유성기어(63)들을 지지하면서 후단에는 외부조작에 의하여 후륜구동축(51)을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치(70)와 치결합되는 암기어(64a)가 형성된 캐리어(64) 및 상기 캐리어(64)가 내부에서 공회전되도록 상기 유성기어(63)들과 내측으로 맞물려 트랜스퍼 케이스(30) 내부에 고정된 링기어(65)로 구성된다.

상기 연결축(61)의 전방은 주축(21)과 동축으로 스플라인 결합되고, 후방은 베어링(61a)을 통해 후륜구동축(51)과 직렬로 연결된다.

상기 유성기어(63)들은 소정의 캐리어(64) 내에서 선기어(62)를 따라 회전가능하게 장착되며, 상기 캐리어(64)는 연결축(61)과 후륜구동축(51)이 통과하도록 전후방이 개방되어 있다. 상기 캐리어(64)는 유성기어(63)가 링기어(65)를 따라 회전하는 것에 의하여 링기어(65)의 내측에서 공회전 된다.

상기 슬라이딩 클러치(70)는 외부조작에 의해 후륜구동축(51)의 외주를 따라 연결축(61)방향으로 왕복 이동이 가능하도록 연결축(61)의 외주에 치결합되어 있으며, 진입구간에 따라 후륜구동축(51)과 캐리어(64)와 주축(21)에 각각 순차적으로 치결합된다.

이를 위하여 상기 슬라이딩 클러치(70)의 내주면에는 암기어(74a)가 형성되고 후륜구동축(51)과 연결축(61)의 외주에는 상기 슬라이딩 클러치(70)의 암기어(74a)에 맞물리는 기어들(61b)(51a)이 각각 형성된다. 그리고, 상기 슬라이딩 클러치(70)의 외주면에는 케이싱의 암기어(64a)와 맞물리는 기어(71)가 형성된다.

이와 같이 구성된 트랜스퍼 케이스(30)는 상기 슬라이딩 클러치(70)가 동작됨에 따라서 주축(21)으로부터의 동력전달 상태가 바뀌게 된다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 슬라이딩 클러치(70)가 암기어(74a)를 통해 후륜구동축(51)의 외주에 형성된 기어(51a)와 결합된 초기상태에서, 외부조작에 의하여 전진 이동되면, 슬라이딩 클러치(70)의 외주면에 형성된 기어(71)와 캐리어(64)의 암기어(64a)가 맞물리면서 결합된다. 이 상태에서는 엔진(10)으로부터의 동력이 캐리어(64)를 통해 후륜(50)으로 전달되는데, 후륜구동축(51)은 캐리어(64)에 장착된 유성기어(63)로 인해 주축(21)과의 기어비가 달라지면서 감속이 이루어진다.

이를 로우모드라 하는데, 로우모드는 최대의 견인력과 강한 주행성을 필요로 할 때 최대의 구동력을 발휘할 수 있는 구동모드로서, 특히 급경사길을 오르거나 악조건의 험한 오프로드에서 탁월한 탈출성능을 갖는다.

한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 로우모드하에서 외부조작에 의해 슬라이딩 클러치(70)가 더 전진 이동되면, 슬라이딩 클러치(70)의 암기어와 연결축(61)의 외주에 형성된 기어와 맞물리면서 결합된다. 이 상태에서는 엔진(10)으로부터의 동력이 주축(21)을 통해 후륜구동축(51)으로 직접 전달되게 되며, 후륜구동축(51)과 연결축(61)의 기어비가 1:1로 동일하므로 주축(21)으로부터 전달되는 토오크가 후륜(50)으로 동일하게 전달된다.

이를 하이모드라 하는데, 하이모드는 후륜(50)이 주 구동륜이 되며 비포장도로, 눈길, 빙판길, 진흙길 등에서 등판주행 또는 출발을 할 때 선택된다.

이러한 4륜 구동차량의 구동장치에 있어서, 로우모드시 구동성능을 더욱 향상시키기 위한 방법으로서, 유성기어 셋트(60)를 구성하는 선기어(62)와 유성기어(63)의 기어비를 조정하여 감속비를 극대화시킴으로써 최대 토오크를 얻는 방법이 있다.

이 방법에 따르면, 상기 유성기어(63)는 그 잇수가 증대되도록 크게 제작될 필요가 있다. 즉, 유성기어(63)의 잇수가 증대되면, 유성기어(63)가 링기어(65)를 따라 상대적으로 천천히 돌기 때문에 캐리어(64)도 천천히 회전되므로 후륜(50)의 회전이 감속되는 결과를 가져오게 되는 것이다.

그러나, 유성기어 셋트(60)는 유성기어(63)를 통해 링기어(65)의 내측에 맞물려 있는 상태이므로 공간상의 제약이 뒤따를 수 밖에 없어서, 상기와 같은 방법에 따라 유성기어(63)의 외경을 증대시킬 경우, 유성기어(63)의 외경이 증대될수록 유성기어(63)의 중심이 캐리어(64)의 내측으로 이동되면서 유성기어(63)의 외주면은 선기어(62)측으로 이동하게 될 수밖에 없다.

따라서, 유성기어(63)의 외경증대는 슬라이딩 클러치(70)의 이동영역을 침범하지 않는 한도내에서만 그 조정이 가능하게 된다. 즉, 종래의 트랜스퍼 케이스(30)는 유성기어(63)의 이끝단이 슬라이딩 클러치(70)의 외주에 형성된 기어의 이끝단으로부터 연결축(61)과 나란하게 연장된 선(L)보다 더 내측으로 형성할 수 없고 반드시 상기 슬라이딩 클러치(70)의 외주에 형성된 기어의 이끝단으로부터 연결축(61)과 나란하게 연장된 선(L)과 소정의 갭(h)을 반드시 유지해야 하므로 감속비를 조정하는데에 한계가 있다는 문제점을 가진다.

만일, 유성기어(63)가 슬라이딩 클러치(70)의 이동영역을 침범하도록 외경이 크게 형성되면, 하이모드시 슬라이딩 클러치(70)가 연결축(61)과 결합되도록 진입되는 과정에서 상기 유성기어(63)와 간섭되게 되기 때문이다.

한편, 유성기어(63)와 슬라이딩 클러치(70)와의 간섭이 발생되지 않도록 유성기어(63)의 위치를 주축(21)측으로 전방 이동시킬 수도 있으나, 이럴 경우, 캐리어(64)의 크기를 전방으로 증대시켜야 하므로 캐리어(64)를 신규로 제작해야 될 뿐 아니라, 선기어(62)의 위치가 유성기어(63)를 따라 전방으로 이동됨에 따라 선기어(62)와 치결합되는 연결축(61) 외주상에 형성된 기어의 위치도 함께 변경되어야 하므로 다수의 관련부품의 수정이 불가피하므로 바람직하지 않다.

본 고안은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 관련부품들의 수정을 최소화하면서 유성기어의 외경을 증대시켜 주축과 후륜구동축과의 감속비가 최대가 되도록 함으로써 로우모드하에서의 엔진으로부터 전달되는 토오크를 극대화시킬 수 있는 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 변속기를 통해 엔진의 동력을 전달받는 주축의 회전을 감속시키기 위하여, 주축과 후륜구동축 사이를 직렬로 연결하며 외주면에는 외부조작에 의하여 후륜구동축을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치와 치결합되는 연결축, 연결축의 외주에 결합되는 선기어, 상기 선기어의 둘레를 따라 치합되는 유성기어들, 상기 유성기어들을 지지하면서 후단에는 외부조작에 의하여 후륜구동축을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치와 치결합되는 암기어가 형성된 캐리어 및 상기 캐리어가 내부에서 공회전되도록 상기 유성기어들과 내측으로 맞물리도록 트랜스퍼 케이스 내부에 고정된 링기어를 포함하는 유성기어 셋트를 구비한 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스에 있어서, 상기 유성기어는 이끝단이 슬라이딩 클러치의 외주에 형성된 기어의 이끝단으로부터 연결축과 나란하게 연장된 선보다 연결축을 향해 더 내측에 위치되고 유성기어의 전방으로부터 슬라이딩 클러치의 진입구간과 겹치지 않는 구간 내에 형성되어 선기어의 둘레를 따라 치합되는 기어부와, 하이모드 설정시 후륜구동축을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치와 간섭되지 않도록 슬라이딩 클러치의 외주에 형성된 기어의 이끝단으로부터 연결축과 나란하게 연장된 선보다 연결축을 향해 더 외측에 형성된 외주면을 가지는 축소외경부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 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 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지 않게 상이한 부분만을 주로 설명한다.

변속기를 통해 엔진의 동력을 전달받는 주축의 회전을 감속시키기 위하여, 상기 주축과 후륜구동축 사이를 직렬로 연결하며 외주면에는 외부조작에 의하여 후륜구동축을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치와 치결합되어 하이모드가 되도록 하는 기어가 형성된 연결축, 연결축의 외주에 결합되는 선기어, 상기 선기어의 둘레를 따라 치합되는 유성기어들, 상기 유성기어들을 지지하면서 후단에는 외부조작에 의하여 후륜구동축을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치와 치결합되어 로우모드가 되도록 하는 암기어가 형성된 캐리어 및 상기 캐리어가 내부에서 공회전되도록 상기 유성기어들을 외접기어로 하는 링기어를 포함하는 유성기어 셋트를 구비한 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스로서, 상기 유성기어의 구성만 상이할 뿐 나머지 구성들은 종래의 기술에서 설명한 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스와 모두 동일하므로 여기서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 4륜구동장치용 트랜스퍼 케이스(30)는 트랜스퍼 케이스(30) 내부에 장착된 유성기어 셋트(100)를 구성하는 유성기어(130)가 외주면에 기어가 형성된 기어부(131)와 상기 기어부(131) 보다 작은 외경을 가지는 축소외경부(132)로 구성된다.

상기 유성기어(130)는 캐리어(140) 내에서 회전가능하도록 상하부면의 중앙에 회전축이 돌출형성되며, 캐리어(140) 내에 장착된 상태에서 연결축(110)에 결합된 선기어(120)와 맞물려 상기 회전축을 중심으로 회전되도록 외주면에는 소정구간에 걸쳐 기어부(131)를 가진다.

상기 기어부(131)는 이끝단이 슬라이딩 클러치(70)의 외주에 형성된 기어(72)의 이끝단으로부터 연결축(110)과 나란하게 연장된 선(L)보다 연결축(110)을 향해 더 내측에 위치되고, 유성기어(130)의 전방으로부터 슬라이딩 클러치(70)의 진입구간과 겹치지 않는 구간(B) 내에서 형성된다.

따라서, 본 고안의 유성기어(130)는 종래의 유성기어(130)보다 외경이 증대되는데, 여기서 상기 외경의 증대 범위는 특별히 한정될 필요는 없다.

한편, 상기 유성기어(130)의 외경이 증대되는 것에 반비례하여 선기어(120)의 외경이 축소되는 것은 당연하다.

축소외경부(132)는 기어부(131)의 후단으로부터 유성기어(130)의 후단까지 형성된다. 상기 축소외경부(132)는 슬라이딩 클러치(70)와 간섭되지 않도록 상기 슬라이딩 클러치(70)의 외주에 형성된 기어(72)의 이끝단으로부터 연결축(110)과 나란하게 연장된 선(L)보다 연결축(110)을 향해 더 외측에 위치되도록 형성된 외주면을 가진다.

이렇게 하면 상기 축소외경부(132)는 하이모드로 설정시 연결축(110)과 치결합되기 위해 후륜구동축(51)을 통해 캐리어(140) 내부로 진입하는 슬라이딩 클러치(70)의 진입구간과 겹치는 구간(B)을 모두 포함하여 형성되게 되므로, 이 구간(B) 내에서는 슬라이딩 클러치(70)와 유성기어(130)와의 간섭이 발생되지 않는다.

즉, 상기 축소외경부(132)는 상기 슬라이딩 클러치(70)의 외주에 형성된 기어(72)의 이끝단으로부터 연결축(110)과 나란하게 연장된 선(L)보다 연결축(110)을 향해 더 외측에 위치되어 있으므로 슬라이딩 클러치(70)의 이끝단부와 소정의 갭이 형성된다. 따라서, 하이모드로 설정시 후륜구동축(51)을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치(70)와의 간섭이 발생되지 않는 것이다.

동시에 상기 유성기어(130)의 기어부(131)가 슬라이딩 클러치(70)의 진입구간과 겹치지 않는 구간(A) 내에서 형성되어 있으므로 하이모드로 설정시 연결축(110)과 결합되도록 후륜구동축(51)을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치(70)와 간섭되지 않는다.

이와 같이 구성된 본 고안의 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스(30)에 따르면, 트랜스퍼 케이스(30) 내에 장착된 유성기어 셋트(100)의 유성기어(130) 외경이 종래에 비해 증대되기 때문에, 종래의 유성기어 셋트(100)를 통해 실현하기 힘들었던 높은 감속비를 실현할 수 있게 된다.

즉, 운전자가 로우모드를 설정하면, 슬라이딩 클러치(70)가 캐리어(140)에 형성된 암기어(141)와 결합되면서 주축(21)으로부터의 동력이 감속되는데, 캐리어(140)의 유성기어(130) 외경이 증대되었기 때문에 유성기어(130)의 기어부(131)에 형성된 기어잇수가 증대되면서 유성기어(130)가 링기어(150)를 따라 종래에 비해 상대적으로 천천히 회전된다. 이로 인해 캐리어(140)도 천천히 회전되므로 캐리어(140)를 통해 주축(21)의 동력을 전달받는 후륜구동축(51)의 동력은 크게 감속되는 것이다. 뿐만 아니라, 유성기어(130)의 외경이 증대됨에 따라 선기어(120)의 외경이 축소되므로 선기어(120)와 유성기어(130) 사이의 감속비는 더욱 커지게 되며 후륜구동축(51)으로 전달되는 주축(21)의 동력은 더욱 크게 감속된다.

따라서, 4륜 로우모드에서 후륜구동축(51)으로 높은 토오크가 전달되게 되어 오프로드와 같은 상황에서 차량의 주행성을 크게 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안의 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스에 따르면, 트랜스퍼 케이스 내에 장착되는 유성기어 셋트의 유성기어 외경을 증대시키면서 증대된 외경면 중 슬라이딩 클러치의 진입구간과 겹치지 않는 구간에는 선기어와 맞물리는 기어부를 형성시키고, 슬라이딩 클러치의 진입구간과 겹치는 구간에는 슬라이딩 클러치와 간섭되지 않도록 작은 외경을 갖는 축소외경부를 형성시킴으로써 관련부품들의 수정을 최소화하면서 주축으로부터 전달되는 동력 감속을 극대화시켜 로우모드가 요구되는 상황에서 차량의 주행성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 4륜 구동장치를 나타내는 개략도.

도 2는 도 1의 4륜 구동장치를 구성하는 트랜스퍼 케이스의 부분단면도.

도 3a 및 3b는 각각 도 2의 슬라이딩 클러치의 동작에 의해 로우모드와 하이모드로 전환되는 상태를 나타내는 트랜스퍼 케이스의 부분단면도.

도 4는 본 고안에 따른 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스를 구성하는 유성기어의 사시도.

도 5는 본 고안에 따른 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스의 부분단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...유성기어 셋트 110...연결축

120...선기어 130...유성기어

131...기어부 132...축소외경부

140...캐리어 150...링기어

Claims (1)

1. 변속기를 통해 엔진의 동력을 전달받는 주축의 동력을 감속시키기 위하여, 주축과 후륜구동축 사이를 직렬로 연결하며 외주면에는 외부조작에 의하여 후륜구동축을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치와 치결합되는 연결축, 연결축의 외주에 결합되는 선기어, 상기 선기어의 둘레를 따라 치합되는 유성기어들, 상기 유성기어들을 지지하면서 후단에는 외부조작에 의하여 후륜구동축을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치와 치결합되는 암기어가 형성된 캐리어 및 상기 캐리어가 내부에서 공회전되도록 상기 유성기어들과 내측으로 맞물리도록 트랜스퍼 케이스 내부에 고정된 링기어를 포함하는 유성기어 셋트를 구비한 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스에 있어서,

   상기 유성기어는 이끝단이 슬라이딩 클러치의 외주에 형성된 기어의 이끝단으로부터 연결축과 나란하게 연장된 선보다 연결축을 향해 더 내측에 위치되고 유성기어의 전방으로부터 슬라이딩 클러치의 진입구간과 겹치지 않는 구간 내에 형성되어 선기어의 둘레를 따라 치합되는 기어부와, 하이모드 설정시 후륜구동축을 통해 진입하는 슬라이딩 클러치와 간섭되지 않도록 슬라이딩 클러치의 외주에 형성된 기어의 이끝단으로부터 연결축과 나란하게 연장된 선보다 연결축을 향해 더 외측에 형성된 외주면을 가지는 축소외경부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 4륜 구동장치용 트랜스퍼 케이스.