KR200425753Y1 - 디퍼렌셜 케이스 - Google Patents

Abstract

본 고안은 디퍼렌셜 케이스에 관한 것으로, 피니언기어(5)와 이에 치합되는 양측 사이드기어(4)가 내장되는 디퍼렌셜 케이스 컵(3b)과, 이 디퍼렌셜 케이스 컵(3b)에 다수의 볼트(8)로 장착되되 림(11e)의 외주면에 변속기의 출력기어와 치합되는 치형(11f)이 일체로 형성된 디퍼렌셜 케이스 커버(11)로 이루어진다.

즉, 종래의 디퍼렌셜 케이스 커버와 디퍼렌셜 드라이브기어가 일체로 제작됨으로써 디퍼렌셜 케이스 구성 부품수 및 이들을 체결하기 위한 체결용 부품의 수가 줄어들어 부품관리 및 조립이 용이하고 사이클 타임이 줄어들어 생산성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 체결용 부품의 조립 수가 줄어듦으로써 조립오차가 감소하여 상기 치형(11f)과 변속기 출력기어와의 치합이 정확하게 이루어져 작동시 소음이 저감되는 효과가 있다.

Description

디퍼렌셜 케이스{differential case}

도 1은 종래 일체형 디퍼렌셜 케이스가 적용된 디퍼렌셜 기어의 단면도,

도 2는 종래 분리형 디퍼렌셜 케이스가 적용된 디퍼렌셜 기어의 단면도,

도 3은 본 고안에 따른 디퍼렌셜 케이스가 적용된 디퍼렌셜 기어의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

1 : 디퍼렌셜 캐리어, 2 : 베어링,

3a : 디퍼렌셜 케이스 컵, 3g : 안착부,

4 : 사이드기어, 5 : 피니언기어,

6 : 피니언샤프트, 7 : 록핀,

8 : 볼트, 11 : 디퍼렌셜 케이스 커버,

11b : 축공, 11c : 보스,

11d : 저널, 11e : 림,

11f : 치형, 11g : 원판부,

11h : 볼트공, 11i : 돌출단.

본 고안은 디퍼렌셜 기어에 관한 것으로, 특히 변속기의 출력기어에 의해 구동되고 내부에 피니언기어 및 사이드기어가 설치된 디퍼렌셜 케이스에 관한 것이다.

차동기어장치라 불리우는 디퍼렌셜 기어(differential gear)는 차량의 선회 주행시 선회 내륜과 외륜의 회전 속도차를 감소시켜 원활한 선회가 이루어지도록 하고, 선회 외륜의 타이어에 무리가 가는 것을 방지하는 기능을 수행한다.

일반적으로 디퍼렌셜 기어는 도 1에 도시된 바와 같이, 디퍼렌셜 캐리어(1)의 내부에 베어링(2)으로 지지되어 회전 가능한 상태로 설치되는 디퍼렌셜 케이스(3)와, 이 디퍼렌셜 케이스(3) 내부의 좌우 양측에 설치되어 양쪽 차륜의 액슬샤프트가 연결되는 사이드기어(4')와, 이 양측 사이드기어(4')의 사이에 치합되는 피니언기어(5), 이 피니언기어(5)들을 관통하여 상기 디퍼렌셜 케이스(3)에 장착됨으로써 피니언기어(5)가 디퍼렌셜 케이스(3)와 더불어 공전 및 자전할 수 있도록 하는 피니언샤프트(6'), 이 피니언샤프트(6')를 디퍼렌셜 케이스(3)에 고정시키는 록핀(7), 상기 디퍼렌셜 케이스(3)의 일측면에 볼트(8)를 매개로 고정되는 디퍼렌셜 드라이브기어(9)를 포함하여 구성되며, 상기 디퍼렌셜 드라이브기어(9)는 변속기의 출력기어(FR차량의 디퍼렌셜 기어일 경우 프로펠러샤프트의 후단에 설치된 기어에 치합된다.)

따라서, 차량의 직진 주행시 양쪽 차륜에 걸리는 저항이 같을 때는 피니언기 어(5)를 중심으로 좌우 양측의 사이드기어(4') 사이에 차동작용이 발생하지 않으므로 디퍼렌셜 드라이브기어(9), 디퍼렌셜 케이스(3), 피니언샤프트(6'), 피니언기어(5), 사이드기어(4')가 모두 일체로 회전함으로써 양쪽 차륜이 동일한 속도로 회전하게 된다.

반면, 차량이 선회 주행할 때는 선회 내륜에 걸리는 저항은 커지고 선회 외륜에 걸리는 저항은 감소하므로 선회 내륜의 회전속도는 감소하고 선회 외륜의 회전속도가 증가하게 되는데 이때 상기 피니언기어(5)가 회전되면서 양쪽 사이드기어(4')에 발생하는 회전 속도차를 수용함으로써 원활한 선회 주행이 가능하게 되고, 선회 외륜의 타이어 마찰을 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 도 1의 디퍼렌셜 기어는 2개의 피니언기어가 사용된 2피니언 타입(Two pinion type)으로서 이 경우에는 디퍼렌셜 케이스가 일체형이어도 조립이 가능하여 도시된 바와 같이 일체형 디퍼렌셜 케이스(3)가 사용된다.

그러나, 변속기의 용량이 증가함에 따라 피니언기어의 개수가 증가된 4피니언 타입 또는 6피니언 타입의 디퍼렌셜기어가 개발되었는데 피니언기어의 개수가 4개 이상이면 상기와 같은 일체형 디퍼렌셜 케이스에서는 조립이 불가능하였다.

따라서, 4피니언 타입 이상에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 디퍼렌셜 케이스가 분리형으로 제작되었다.(십자형의 피니언샤프트(6)에 4개의 피니언기어(5)가 설치되지만, 도면상으로는 2개만 도시되었다.)

또한, 디퍼렌셜 케이스를 분리형으로 구성한데에는 디퍼렌셜 케이스 내부의 윤활 오일이 외부로 누출되지 않도록 밀폐형 케이스를 구성함에 있어서 장축의 사 이드기어(4)를 사용하게 되었는데, 이 또한 조립성의 문제로 분리형 디퍼렌셜 케이스를 사용할 수밖에 없는 원인이 되었다.

상기와 같은 종래의 분리형 디퍼렌셜 케이스는 도 2에 도시된 바와 같이, 사이드기어(4)와 피니언기어(5)가 내장되는 디퍼렌셜 케이스 컵(3a), 일측 사이드기어(4)에 외삽되는 상태로 상기 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)의 개구부측에 밀착되어 스크류(10)를 매개로 장착되는 디퍼렌셜 케이스 커버(3b)로 이루어지며, 이 디퍼렌셜 케이스 커버(3b)의 일측면에 볼트(8)를 매개로 디퍼렌셜 드라이브기어(9)가 장착된다. 이때 볼트(8)는 상기 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)의 외주부도 관통한다.

따라서, 디퍼렌셜 드라이브기어(9)를 통해 입력되는 구동력에 의해 디퍼렌셜 케이스 전체가 일체로 회전되면서 양측 차륜을 구동할 수 있도록 되어 있으며, 피니언기어(5)와 사이드기어(4)에 의한 차동작용은 전술한 바와 동일하게 이루어진다.

그런데, 상기와 같은 종래의 분리형 디퍼렌셜 케이스는 먼저 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)에 다수의 스크류(10)를 이용하여 디퍼렌셜 케이스 커버(3b)를 장착해야만 하고, 이어 디퍼렌셜 케이스 커버(3b)에 역시 다수의 볼트(8)를 사용하여 디퍼렌셜 드라이브기어(9)를 장착해야만 한다.

따라서, 조립 부품 및 조립 공수가 과다하여 부품관리가 번거로울 뿐만 아니라 사이클 타임(cycle time)이 증가하여 생산 효율성이 저하되고, 그 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 디퍼렌셜 케이스 커버(3b)와 디퍼렌셜 드라이브기어(9) 각각이 스크류 (10) 및 볼트(9)로 장착되므로 작동될 때 필요한 내구강도를 만족시키기 위해 충분한 두께를 가져야만 하므로 디퍼렌셜 기어의 축방향(사이드기어에 삽입되는 액슬샤프트의 방향) 길이가 증가하게 되어 장치의 중량이 증가하게 되고, 그 만큼의 재료비용이 증가하게 되는 단점이 있었다.

또한, 디퍼렌셜 케이스 커버(3b)를 장착할 때 발생하는 오차와 디퍼렌셜 드라이브기어(9)를 장착할 때 발생하는 오차가 중복되어 조립오차가 증가하므로 디퍼렌셜 드라이브기어(9)와 구동력을 전달하는 변속기의 출력기어 간의 치합이 정교하게 이루어지지 않음으로써 작동시 소음이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 조립 부품 및 조립 공수가 줄어들어 부품관리가 용이하고 사이클타임이 감소할 뿐만 아니라, 장치의 두께와 중량이 감소되며, 이로 인해 소모 비용이 감소하게 되고, 또한 변속기 출력기어와 디퍼렌셜 케이스 사이의 치합시 오차가 감소하여 작동 소음이 줄어들도록 된 디퍼렌셜 케이스를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은,

디퍼렌셜 캐리어의 내부에서 디퍼렌셜 케이스가 베어링을 매개로 회전가능하게 설치되면서 구동력이 입력되는 변속기 출력기어와 연결되고, 상기 디퍼렌셜 케이스의 내부에 피니언샤프트를 매개로 회전가능하게 설치된 피니언기어와 상기 피니언기어에 치합되어 양측 액슬샤프트에 구동력을 전달하는 사이드기어가 구비된 디퍼렌셜 기어에 있어서,

상기 디퍼렌셜 케이스가 상기 피니언기어와 사이드기어가 내장되는 디퍼렌셜 케이스 컵과, 이 디퍼렌셜 케이스 컵의 개구부에 밀착되어 볼트를 매개로 장착되고 림에 상기 변속기 출력기어에 치합되는 치형이 일체로 형성된 디퍼렌셜 케이스 커버로 구성된 것을 특징으로 한다.

따라서, 디퍼렌셜 케이스를 구성하는 구성 부품 및 이들을 체결하는 체결용 부품의 수가 줄어들어, 부품관리가 용이해지고, 조립시간이 감소되는 등의 다양한 효과가 발생한다.

이하, 본 고안을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 고안에 따른 디퍼렌셜 케이스가 적용된 디퍼렌셜 기어의 단면도이다.

디퍼렌셜 케이스는 변속기의 후단 케이스와 일체로 결합되어 있는 디퍼렌셜 캐리어(1)의 내부에 설치된다.

상기 디퍼렌셜 케이스는 내부가 비어 있고 일측면이 개방된 구형상의 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)과, 이 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)의 상기 개방된 면에 밀착되어 볼트(8) 체결되며 대체로 원판형의 형상을 가지는 디퍼렌셜 케이스 커버(11)로 이루어진다.

상기 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)의 중앙에는 액슬샤프트의 축방향에 직교하는 방향으로 피니언샤프트(6)가 설치되어 록핀(7)으로 고정되어 있으며, 이 피니언샤 프트(6)의 각 단부에는 피니언기어(5)가 설치되고, 이들 피니언기어(5)의 양측으로 한 쌍의 사이드기어(4)가 치합되어 있다.

상기 사이드기어(4)들의 축부(shaft part)는 각각 상기 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)과 디퍼렌셜 케이스 커버(11)의 중앙에 형성된 축공(3b,11b)을 통해 외측으로 돌출되며, 그 내부로 양쪽 차륜에 연결된 액슬샤프트가 삽입되어 스플라인 결합된다.

상기 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)과 디퍼렌셜 케이스 커버(11)의 축공(3b,11b) 둘레에는 이를 보강하기 위한 보스(3c,11c)가 형성되고, 이 보스(3c,11c)의 외주면에 저널(journal; 3d,11d)이 형성되어 양측의 베어링(2)이 안착된다.

한편, 상기 디퍼렌셜 케이스 커버(11)의 림(11e)은 상기 보스(11c)와 같은 정도의 두께를 가지도록 사이즈가 확장되어 있으며, 상기 림(11e)의 외주면에 치형(11f)이 형성되어 변속기의 출력기어에 치합됨으로써 상기 디퍼렌셜 케이스 커버(11)가 디퍼렌셜 드라이브기어의 역할을 겸하도록 되어 있다.

즉, 종래(도 2에 도시된)의 디퍼렌셜 케이스 커버(3b)와 디퍼렌셜 드라이브 기어(9)가 일체로 형성된 것이다.

한편, 상기 보스(11c)와 림(11e)를 연결하는 원판부(11g)에는 상기 보스(11c)와 중심을 같이 하는 동심원상에 원주방향으로 일정간격을 두고 다수의 볼트공(11h)들이 형성되어 있고, 이 볼트공(11h)들과 일치하는 상기 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)의 외주부(3e)에도 동일한 볼트공(3f)들이 형성되어, 이 볼트공(11h,3f)들에 볼트(8)가 삽입 체결됨으로써 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)에 디퍼렌셜 케이스 커버(11) 가 장착된다.

또한, 디퍼렌셜 케이스 커버(11)의 원판부(11g)에는 상기 볼트공(11h)이 형성된 동심원의 반경방향 내측으로 이보다 직경이 작은 또 다른 동심원을 따라 원형(디퍼렌셜 케이스 컵쪽에서 봄)의 돌출단(11i)이 형성된다.

그리고, 상기 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)의 외주부(3e)에는 상기 돌출단(11i)이 삽입/안착될 수 있도록 원형의 안착부(3g)가 형성된다.

상기 안착부(3g)에 상기 돌출단(11i)이 삽입 안착되었을 때 상기 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)과 디퍼렌셜 케이스 커버(11)의 대응면(각각의 볼트공이 형성된 주변부인 디퍼렌셜 케이스 커버의 원판부(11g)와 디퍼렌셜 케이스 컵의 외주부(3e))이 상호 밀착됨은 물론이다.

이들은 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)에 디퍼렌셜 케이스 커버(11)를 장착할 때, 볼트(8) 장착 전 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)에 디퍼렌셜 케이스 커버(11)를 가조립 상태로 위치 고정해 둘 수 있게 하는 역할을 하며, 또한 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)과 디퍼렌셜 케이스 커버(11) 양측의 볼트공(3f,11h)들의 반경 방향 위치를 일치시키는 지그 역할도 함으로써 작업자의 조립 작업을 한층 용이하게 한다.

또한, 상기 돌출단(11i)을 디퍼렌셜 케이스 컵(3b)에 설치된 피니언샤프트(6) 고정용 록핀(7) 삽입위치와 동일한 위치에 형성하면, 디퍼렌셜 케이스 컵(3b)에 디퍼렌셜 케이스 커버(11)를 장착하였을 때 상기 돌출단(11i)이 록핀(7)의 삽입공을 막아주게 되어 록핀(7)이 고정위치에서 이탈되는 것을 확실하게 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 본 고안에 따른 디퍼렌셜 케이스가 적용된 디퍼렌셜 기어의 작동은 종래에 분리 제작된 디퍼렌셜 케이스 커버와 디퍼렌셜 드라이브기어가 볼트로 장착된 경우와 동일하게 이루어진다.

즉, 변속기의 출력기어에 치합된 치형(11f)을 매개로 구동력이 전달되어 디퍼렌셜 케이스 커버(11)가 회전되고, 이와 볼트(8)로 결합된 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)이 회전되며, 이 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)에 피니언샤프트(6)로 고정된 피니언기어(5)가 공전하게 되고, 이때 직진의 경우라면 양측 사이드기어(4)에 걸리는 저항이 같으므로 상기 피니언기어(5)의 회전없이 양측 사이드기어(4)도 일체로 회전됨으로써 액슬샤프트를 통해 엔진의 구동력이 차륜으로 전달된다.

그리고, 선회시라면 양측 사이드기어(4)에 걸리는 저항이 차이가 나므로 저항이 큰 선회 내륜측 사이드기어(4)의 회전이 억제되고 이에 피니언기어(5)의 자전에 의해 저항이 작은 선회 외륜측 사이드기어(4)가 더 회전되어 선회 내륜보다 선회 외륜의 회전 속도가 증가함으로서 원활한 선회가 이루어지게 된다.

이와 같이, 본 고안에 따른 디퍼렌셜 케이스는 디퍼렌셜 기어의 디퍼렌셜 케이스로서 정상적인 역할을 수행한다.

한편, 상기한 바와 같이 본 고안은 디퍼렌셜 케이스 커버와 디퍼렌셜 드라이브기어가 일체화되어 하나의 부품으로 제작됨으로써 부품수가 줄어들었다.

또한, 디퍼렌셜 드라이브기어가 일체화된 디퍼렌셜 케이스 커버(11)만을 디퍼렌셜 케이스 컵(3b)에 볼트(8) 장착하면 되므로 종래에 비하여 스크류(10) 체결 작업을 실시할 필요가 없게 되었다.

즉, 부품수(특히, 체결용 부품수)가 줄어들어 부품 관리가 편리하고, 체결용 부품의 조립 개소의 수가 크게 줄어들어 조립이 용이할 뿐만 아니라, 조립 시간도 대폭 감소하게 된다.

또한, 종래에 비하여 볼트(8) 장착부의 두께가 감소하였다. 즉, 종래에는 디퍼렌셜 케이스 컵과 디퍼렌셜 케이스 커버와 디퍼렌셜 드라이브기어가 모두 겹쳐져 있었으므로 이 부분의 두께가 증가하였으나 일체화시 이 부분의 두께가 감소될 수 있어서 감소된 만큼의 중량이 저감되게 된다.

또한, 상기의 이유로 인하여 상기 볼트(8)의 길이도 감소될 수 있으므로 이 또한 중량 감소와 비용 절감의 요인이 된다.

또한, 상기와 같은 두께 감소는 디퍼렌셜 기어의 좌우 방향 길이(액슬샤프트 설치방향)를 감소시키는 결과를 가져와 그 크기를 축소시키므로 차량의 레이아웃 설정에도 유리하게 작용한다.

그리고, 본 고안은 디퍼렌셜 드라이브기어가 일체화된 상기 디퍼렌셜 케이스 커버(11)만을 디퍼렌셜 케이스 컵(3 b)에 장착하면 되므로 장착시 발생되는 조립오차가 줄어들었다.

즉, 종래에 디퍼렌셜 케이스 컵에 디퍼렌셜 케이스 커버를 선장착하고, 이 디퍼렌셜 케이스 커버에 디퍼렌셜 드라이브기어를 후장착함으로써 이중 장착 작업에 따른 반경 방향 및 원주방향으로의 조립 오차가 누적되어 변속기의 출력기어와 치합이 정확하게 이루어지지 않음으로써 작동시 소음이 발생하였으나, 본 고안은 상기와 같이 디퍼렌셜 케이스 컵에 디퍼렌셜 케이스 커버만을 장착하면 되므로 조 립 오차를 크게 감소시킬 수 있게 되어 변속기의 출력기어에 보다 정확하게 디퍼렌셜 케이스 커버(11)의 치형(11f)을 치합시킬 수 있게 됨으로써 작동시 소음 발생량이 감소하게 된다.

한편, 상기 디퍼렌셜 케이스 커버(11)는 기어 제작용 스틸로 제작된다. 즉, 종래에 단순히 커버로서의 기능을 수행할 때와는 달리 외주면에 치형(11f)을 형성하여 구동력을 전달하는 기어로서 작동해야만 하므로 역할 수행에 필요한 물성을 가져야만 한다. 따라서, 종래의 디퍼렌셜 드라이브기어(9) 제작용 스틸 재질을 동일하게 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디퍼렌셜 케이스 커버(11)의 치형(11f) 형성 부분은 기어치로서 필요한 내마모성 등을 강화하기 위하여 표면 경화 가공되는 것이 바람직하다. 이는 통상적인 열처리나 침탄, 질화 등의 가공에 의해 상기 치형(11f)의 표면에 고경도층을 형성하는 것으로, 설계자에 의해 다양한 방법으로 선택 실시될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 고안에 따르면, 조립 부품 및 조립 공수가 감소하여 부품관리 및 조립작업이 용이하고, 사이클 타임이 감소하여 생산의 효율성이 증가되고 비용이 감소되는 효과가 있다.

또한, 디퍼렌셜 케이스 커버의 볼트 장착부 두께 및 이에 장착되는 볼트의 길이가 감소하여 소요 재료량 감소로 중량 감소 및 비용 절감의 효과가 있으며, 디퍼렌셜 기어의 축방향 길이가 감소하여 크기를 작게 할 수 있으므로 엔진룸 레이아웃 설정에 유리하다.

그리고, 체결용 부품의 조립 개소 수가 줄어들어 그에 따른 조립오차가 감소하여 디퍼렌셜 케이스 커버의 치형과 변속기 출력기어와의 치합이 정확하게 이루어짐으로써 작동시 치간 마찰 및 충돌 소음이 발생하지 않게 되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 디퍼렌셜 캐리어(1)의 내부에서 디퍼렌셜 케이스가 베어링(2)을 매개로 회전가능하게 설치되면서 구동력이 입력되는 변속기 출력기어와 연결되고, 상기 디퍼렌셜 케이스의 내부에 피니언샤프트(6)를 매개로 회전가능하게 설치된 피니언기어(5)와 상기 피니언기어(5)에 치합되어 양측 액슬샤프트에 구동력을 전달하는 사이드기어(4)가 구비된 디퍼렌셜 기어에 있어서,

   상기 디퍼렌셜 케이스가 상기 피니언기어(5)와 사이드기어(4)가 내장되는 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)과, 이 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)의 개구부에 밀착되어 볼트(8)를 매개로 장착되고 림(11e)에 상기 변속기 출력기어에 치합되는 치형(11f)이 일체로 형성된 디퍼렌셜 케이스 커버(11)로 구성된 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 케이스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 디퍼렌셜 케이스 커버(11)는 원판부(11g)의 중앙에 상기 사이드기어(4)의 축부가 관통되는 축공(11b)이 형성된 보스(11c)가 형성되고, 상기 림(11e)이 상기 보스(11c)와 동일한 폭으로 형성되고, 상기 보스(11c)의 외주면에는 베어링(2)이 안착되는 저널(11d)이 형성되는 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 케이스.
3. 제 1항에 있어서, 상기 디퍼렌셜 케이스 커버(11)의 볼트(8) 체결 위치보다 반경 방향 내측에 원형의 돌출단(11i)이 형성되고, 이 돌출단(11i)이 삽입/안착되는 안착부(3g)가 상기 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)의 대응면에 형성되는 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 케이스.
4. 제 3항에 있어서, 상기 돌출단(11i)은 피니언샤프트(6)를 디퍼렌셜 케이스 컵(3a)에 고정시키는 록핀(7)의 삽입공을 막는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 케이스.
5. 제 1항에 있어서, 상기 디퍼렌셜 케이스 커버(11)는 기어 제작용 스틸로 제작되는 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 케이스.
6. 제 1항에 있어서, 상기 디퍼렌셜 케이스 커버(11)의 치형(11f) 형성 부분은 표면 경화 가공되는 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 케이스.

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