KR20090075743A - 궤도 차량용 조향 장치 - Google Patents

Abstract

차동 조향 장치는, 트랙용 구동 샤프트를 상호 연결시키는 구동 차동장치 및, 스티어링 및 피봇 회전을 위하여 트랙에 각각의 가감의 회전을 첨가하는 조향 차동장치를 포함한다. 고속 궤도 차량의 바람직한 실시예에서는, 구동 차동장치는 올-기어-노-클러치(all-gear-no-clutch) 타입의 슬립 제한 차동장치(limited-slip differnetial)이고, 조향 차동장치는 슬립 무제한 차동장치이다. 두 가지 차동장치는, 적어도 하나의 트랙이 트랙션을 가지면 직선 경로를 이동하거나 또는 회전시 미끄러짐 없는 트랙 작동을 제공하기 위해 배치된다. 천천히 움직이는 오프로드 차량의 피봇 회전에 관한 다른 실시예에서는, 구동 차동장치 및 조향 차동장치 모두가 올-기어-노-클러치 타입의 슬립 제한 차동장치이다. 게다가, 두 실시예 모두 바람직하게는, 각 트랙과 관련된 각각의 구동 엑슬 쌍에 전달되는 토크를 분배하기 위해, 추가적인 좌측 및 우측 사이드 올-기어 슬립 제한 차동장치를 포함한다.

궤도 차량(tracked vehicle), 차동 조향 장치(differential steering-drive), 조향 차동장치(steering differential), 구동 차동장치(drive differential), 슬립 제한 차동장치(limited-slip differential), 피봇 회전, 트랙션(traction), 기어 컴플렉스, 사이드-기어 웜, 결합 기어

Description

궤도 차량용 조향 장치 {STEER DRIVE FOR TRACKED VEHICLES}

관련 출원에 대한 참조

본 PCT 출원은 2007년 10월 25일에 출원되고 발명의 명칭이 "궤도 차량용 조향 장치(STEER DRIVE FOR TRACKED VEHICLES)"으로 함께 계류중인 미국 특허출원 제11/924,022호에 개시되고, 2006년 10월 27일에 출원되고 발명의 명칭이 "궤도 차량용 조향 장치(STEER DRIVE FOR TRACKED VEHICLES)"으로 함께 계류중인 계속 출원인 미국 특허출원 제11/924,022호에 개시된 하나 이상의 발명을 청구한다. 전술한 출원은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 궤도 차량의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 극심히 낮은 트렉션(traction) 조건에서 궤도 차량의 향상된 성능을 위해 차동장치를 구비한 조향 장치에 관한 것이다.

궤도 차량용 차동 조향 시스템(differential steering systems)은 잘 알려져 있다. 그러한 종래의 궤도 조향 시스템은 종종 "이중 차동장치(double differentials)", "조향 장치(steer drives)", "크로스-드라이브 트랜스미션(cross-drive transmissions)"과 같은 용어로 지칭되고, 이러한 종래의 조향 시스템은 각도 조정 회전축을 가지고 있지 않은 다륜 오프로드(multi-wheeled off-road) 차량에 동일하게 이용가능하다. 이러한 종래 기술중, 미국 특허 제4,776,235호에 개시된 글리스만(Gleasman) 조향 장치는 토르벡 인코포레이티드(Torvec, Inc)에서 만든 풀-터레인 궤도 차량(Full-Terrain Tracked Vehicle, "FTV®")에서 수행된 테스트에서 비교적 저렴하고 상당히 효과적인 것으로 입증되었다. 글리스만 조향 장치를 사용함에 있어, 오프로드 지역을 횡단할 때 뿐만 아니라 포장된 도로를 규정 속도로 횡단할 때에도, 각 트랙에 대해 별도의 좌측 및 우측 조절 레버를 가진 보다 통상적인 불도저 타입의 구동장치와는 대조적으로, 운전자는 통상적인 스티어링 휠(steering wheel)을 가지고 있는 FTV 차량을 쉽게 조정한다.

종래기술에 의하면, 슬립 무제한 차동 기어전동장치(unlimited-slip differential gearing)의 단지 몇몇 전형적인 형태만이 차량의 엔진과 트랙 구동장치(track drives) 사이에서 사용될 수 있어, 구동 엑슬 샤프트(drive axle shaft)의 차동 회전을 감소시키지 않도록 한다. 종래의 모든 궤도 차량용 차동 조향 장치는 차량의 엔진과 트랙 구동장치 사이에 슬립 무제한 차동 기어전동장치의 몇몇 전형적인 형태를 사용한다. 이러한 구동 차동장치(drive differential)가 어떤 슬립 제한 장치도 없는 차동장치인 것은 당업자에게 명백하다.

광범위한 테스트 동안에, FTV 궤도 차량이 현저하게 낮은 트랙션을 가지는 부분을 포함하는 지역에서 회전될 때, 문제가 발견되었다. 예를 들어, 차량의 하나 의 트랙이 극히 부드러운 진흙을 가로지르는 경우에, 그 트랙은 때때로 모든 트랙션을 잃고 미끄러지기("slip") 시작할 수 있다. 이는 한 세트의 구동 바퀴가 진흙, 얼음, 또는 눈 위에서 미끄러지기 시작하는 경우에, 통상적인 슬립 무제한 차동장치를 가지는 트럭에서 일어나는 바람직하지 않은 미끄러짐과 유사하다. FTV 차량이 돌면서 차량의 한쪽 사이드의 전체 트랙이 트랙션을 잃을 때, 그 회전은 방해된다. 다른 타입의 차동 구동장치에서는, 만약 회전할 때 트랙이 계속 미끄러진다면, 차량의 구동 토크를 완전히 소실할 수 있다.

미국 특허 제4,776,235호에 설명되어 있는 바와 같이, 궤도 차량이 똑바로 앞 또는 뒤로 움직이고 스티어링 휠이 운전자에 의해 정지 상태로 유지되는 동안에, 글리스만 조향 장치는 미끄러짐이 없게 된다("no-slip"). 이러한 미끄러짐이 없는 조건은, 차량의 조향 장치의 스티어링 웜/웜-휠 콤비네이션(steering worm/worm-wheel combination)이 정지한 상태로 유지될 때, 양쪽 트랙의 구동장치가 함께 록킹(locking)된다는 사실로부터 기인한다. 이러한 조건 하에서, 트랙 구동 샤프트는 별도의 차동장치 없이 직선 축 위에 있는 것처럼 작동한다. 그러함에도 불구하고, 이러한 종래의 조향 장치의 조향 모터 장치가 회전을 위해 다르게 트랙 스피드를 부가할 때, 스티어링 웜/웜-휠 콤비네이션은 회전하기 시작하고, 이러한 록킹 조건이 없어진다. 즉, 조향 장치는 트랙들 사이에 차동장치 작동을 도입하고, 구동 샤프트가 차동되는 경우, 하나의 구동 엑슬(drive axle)이 트랙션을 잃을 때 모든 전형적인 슬립 무제한 차동장치에서 일어나는 것과 같이 구동 토크의 손실, 즉, 미끄러짐이 일어날 수 있다.

각 트랙에 대해 별도의 좌측 및 우측 조절 레버를 가진 통상적인 불도저 타입 구동장치가 만들 수 있는 가파른 회전은 다른 트랙을 구동하는 동안에 하나의 트랙을 제동함으로써 만들어질 수 있고, 이것은 제동된 트랙에 상당한 스트레스를 준다. 글리스만 조향 장치를 사용하는 피봇 회전(pivot turns)은 차량의 중심에서 피봇 포인트의 병진 이동이 거의 또는 전혀 없는 상태에서 차량의 방향을 바꾸는 것에 관여한다. 피봇 회전은 보다 빠르게 수행될 수 있는 구동 토크에 의해 동력 공급 지원 또는 완전히 동력 공급될 수 있다. 피봇 회전이 일어날 때 차량은 앞 또는 뒤로의 이동을 위해 구동 토크를 사용하지 않기 때문에, 구동 토크는 피봇 회전에 동력을 공급하는데 이용될 수 있다. 트랙들 중의 하나가 낮은 트랙션 매체에 빠졌을 때, 전술한 회전 미끄러짐과 유사한 미끄러짐이 피봇 회전 과정 동안에 일어난다.

하나의 트랙이 미끄러질 때, 조향의 방해 또는 구동 토크의 손실은, 모든 차동 트랙 구동장치에 만연하게되어(endemic), 그것이 개시된 때부터 조향 장치가 있는 궤도 차량에서 명백하게 일어난다. 미국 정부의 동의하에 텔레비전으로 공중에 제공된 다큐멘터리 정보에 나타나있듯이, 이러한 동일한 미끄러짐 조건은 조향 장치가 있는 미 육군 에이브람스(Abrams) 탱크에서 발생한다. 에이브람스 탱크는, 또한, 각 트랙에 대해 별도의 좌측 및 우측 조절 레버를 가진 보다 통상적인 불도저 타입 구동 장치와 대조적으로, 스티어링 휠 타입 구동 장치를 포함한다. 이러한 조건은 궤도 차량의 많은 이점을 손상시키는 정도는 아니지만, 오랫동안 궤도 차량을 괴롭히는 문제인 것은 확실하고, 극심한 오프로드 지역에서 교정(correction)을 정 당화하시킬 정도로 충분히 자주 일어난다. 이러한 바람직하지 않은 조향 문제를 회피하는 것은 규정속도로 이동할 수 있는 소수의 궤도 차량 때문에 특히 중요하다.

토크가 갑자기 줄어들 때 미끄러짐을 방지하고, 극히 낮은 트랙션 조건에서 궤도 차량용 피봇 회전을 용이하게 하는 조향 장치가 필요하다.

궤도 차량용 차동 조향 장치는, 각각의 트랙용 구동 샤프트를 상호 연결시키는 구동 차동장치 및, 스티어링 및 피봇 회전을 위하여 트랙에 각각의 가감의 회전을 첨가하는 조향 차동장치를 포함한다. 고속 궤도 차량의 바람직한 실시예에서는, 구동 차동장치는 올-기어-노-클러치(all-gear-no-clutch) 타입의 슬립 제한 차동장치(limited-slip differnetial)이고, 조향 차동장치는 슬립 무제한 차동장치이다. 두 가지 차동장치는, 직선 경로를 이동하거나 또는 적어도 하나의 트랙이 트랙션을 갖는 조건 하에 조향할 때, 미끄러짐 없는 트랙 작동을 제공하기 위해 배치된다. 다른 실시예에서는, 구동 차동장치 및 조향 차동장치 모두 올-기어-노-클러치 타입의 슬립 제한 차동장치이다. 이러한 두번째 실시예에서는 보다 서서히 이동하는 오프로드 차량의 피봇 회전에 적합할 수 있다.

차량용 차동 조향 장치는 구동 차동장치 및 조향 차동장치를 포함한다. 차량은 각각의 좌측 및 우측 구동 트랙 또는 구동 트랙션 요소, 엔진 구동 샤프트를 구비한 추진 엔진, 및 의도하는 이동 방향을 가리키기 위하여 운전자에 의해 회전 가능한 스티어링 휠을 포함한다.

구동 차동장치는 각각의 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소를 차동적으로 구동하기 위해 엔진 구동 샤프트 및 각각의 구동 샤프트 쌍을 서로 연결시킨다. 조향 차동장치는 스티어링 휠 및 각각의 트랙 구동 샤프트를 작동가능하게 서로 연결시켜, 제1 방향으로의 스티어링 휠의 회전이 조향 차동장치를 제1 방향으로 회전시키고, 반대편 방향으로의 스티어링 휠의 회전이 조향 차동장치를 반대편 방향으로 회전시키도록 한다. 각 방향에서 조향 차동장치의 회전 속도가 스티어링 휠의 각도 회전에 비례한다. 제1 방향으로 조향 차동장치의 회전이 반대 방향으로 각각 트랙 구동 샤프트의 회전을 초래한다. 일 실시예에서, 구동 차동장치 및 조향 차동장치 중 적어도 하나 이상은 올-기어 슬립 제한 차동장치(all-gear limited-slip differnetial)를 포함한다.

바람직한 실시예에서, 구동 차동장치는 올-기어 슬립 제한 차동장치를 포함한다. 두번째 실시예에서, 구동 차동장치 및 조향 차동장치는 올-기어 슬립 제한 차동장치를 포함한다.

또한, 두 실시예 모두, 각 트랙과 관련된 각 쌍의 구동 엑슬에 전달되는 토크를 분배하기 위해, 추가적인 좌측 올-기어 슬립 제한 차동장치 및 추가적인 우측 올-기어 슬립 제한 차동장치를 제공하는것이 추가된다. 즉, 처음 두 개의 올-기어 슬립 제한 차동장치는 엔진 토크를 좌측 트랙 및 우측 트랙 각각으로 향하게 하는 각각의 구동 샤프트 사이에 토크를 분배하는 반면에, 두 개의 추가적인 올-기어 슬립 제한 차동장치는 각각 트랙의 전면 및 후면 구동 엑슬 사이에 각각의 트랙 토크를 더 분배한다.

올-기어 슬립 제한 차동장치는 바람직하게는 사이드-기어 웜(side-gear worm) 쌍 및 적어도 두 세트 이상의 결합 기어 쌍을 가지는 교차축(crossed-axis) 기어 컴플렉스를 포함한다. 각각의 사이드-기어 웜은 출력축을 중심으로 회전하도록 장착되고 각각의 출력 엑슬에 고정된다. 각각의 결합 기어는 출력축에 실질적으로 수직인 회전축을 가진다. 각각의 겹합 기어는 또한, 웜-휠부로부터 이격되어 위치한 제1 기어부를 가진다. 결합 기어 쌍의 제1 기어부는 서로 맞물려 있고, 결합 기어 쌍의 웜-휠부는 사이드-기어 웜의 각각의 하나와 맞물려 있다. 올-기어 슬립 제한 차동장치는 바람직하게는 사이드-기어 웜 쌍의 내 양단부 사이에 고정된 위치에서 유지되는 스러스트 플레이트(thrust plate)를 포함한다.

도 1은 본 발명에 사용되는 제1 풀-트랙션(full-traction) 차동장치의 부분 측면 단면도이다.

도 2a는 하나(one piece)의 하우징내에 통합된 완전한 웜/웜-휠 기어 컴플렉스를 포함하는 본 발명에 사용되는 제2 풀-트랙션 차동장치의 개략적인 단면도이다.

도 2b는 도 2a의 2B-2B 선을 따라 절취한 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 조향 장치의 부분 개략도이다.

도 4는 본 발명에 의해 가능하도록 만들어진 피봇 턴을 실행하는 궤도 차량의 개략도이다.

도 5는 궤도 차량에 사용되는 본 발명의 바람직한 실시예의 개략도이다.

도 6은 일부 부품 및 단면 해칭을 생략하여 명확하게 나타낸, 도 5에 도시된, 좌측 및 우측 차동장치 뿐만 아니라 구동 및 조향 차동장치의 선택된 부분의 개략적인 부분 평면 확대 단면도이다.

본 발명은, 1973년 5월 29일에 글리스만에게 허여된 미국 특허 제3,735,647호 "신클라이널 기어전동장치(SYNCLINAL GEARING)", 1988년 10월 11일에 글리스만 등에게 허여된 미국 특허 제4,776,235호 "차동 감속 장치가 부가된 미끄러짐 방지장치(NO-SLIP, IMPOSED DIFFERENTIAL REDUCTION DRIVE)", 2000년 10월 24일에 글리스만 등에게 허여된 미국 특허 제6,135,220호 "무한궤도 차량용 모듈러 시스템(MODULAR SYSTEM FOR TRACK-LAYING VEHICLE)", 2004년 8월 31일에 글리스만 등에게 허여된 미국 특허 제6,783,476호 "컴팩트 풀-트랙션 차동장치(COMPACT FULL-TRACTION DIFFERENTIAL)"의 주제와 관련된 것으로, 이들 특허 모두는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.

종래의 조향 장치가 교시하고 있는 것은, 구동 엑슬 샤프트의 차동 회전을 손상시키지 않기 위하여, 차량의 엔진과 트랙 구동장치 사이에 단지 통상적인 형태의 슬립 무제한 차동 기어전동장치만 사용될 수 있다는 것이다. 그러나, 차량이 조향될 때 바람직하지않은 미끄러짐이 궤도 차량에서 종종 발생하는데, 그 이유는 조향 장치 모터가 조향 차동장치의 다른 록업 장치(locked-up drive)를 작동시키고, 이와같이 차동장치 둘 다 차동되기 때문이다. 이러한 조건하에서, 트랙중의 하나가 갑자기 트랙션을 잃게 된다면, 토크의 하중은 현저히 균형을 잃게 되어, 미끄러지는 트랙의 속도가 증가하고, 미끄러지는 트랙의 증가하는 속도와 관계하여 다른 트랙의 속도 및 구동 토크는 감소한다. [주: 트랙션 요소가 여기에서 주로 "트랙"을 언급한 것일 지라도, 트랙을 지지하고 구동하는데 이용되는 다륜 유닛(multiple-wheel unit)은 차량 트랙션 요소로써 사용될 수 있고 사용되어 왔으며, 따라서 본 발명에 기재된 차동 조향 장치는 이러한 다륜 차량의 조향을 위하여 이러한 각각의 좌측 및 우측 다륜 트랙션 요소의 구동 샤프트를 조절하기 위해서도 적절하게 사용될 수 있음을, 당업자는 이해할 수 있을 것이다.]

본 발명의 구동 차동장치 및 조향 차동장치 중 적어도 하나 이상은 종래의 통상적인 슬립 무제한 차동장치와 반대되는 올-기어 슬립 제한 타입의 차동장치이다. 슬립 제한 차동장치는 차동 출력 샤프트의 회전 속도에 차이를 허용하지만 설정치(set amount)를 넘어서는 큰 차이를 허용하지는 않는다. 몇몇 올-기어 차동장치는 트랙션을 잃을 때 토크 바이어스(bias)를 제공하기 위하여 기어들이 함께 결합하도록 하거나 또는 하우징에 기대게 한다. 그러나, 본 발명의 바람직한 올-기어 슬립 제한 차동장치는, 회전에서 정상적인 차동 동작이 가능하도록 결합 기어들의 웜-휠 설계에 대응하여 작동하는, 사이드 기어의 웜과 같은 설계의 기계적 이점을 이용하고, 하나의 구동 요소 하의 트랙션이 다른 구동 요소 하의 트랙션보다 현저히 작아지게 되면, 이러한 동일한 기계적 이점은 작은 트랙션을 갖는 구동 요소에 과도한 토크가 전달되는 것을 방지한다. 각각의 구동 요소로 전달되는 토크의 차이 가 미리 정해진 토크 바이어스비에 이를 때까지, 더 큰 트랙션을 가지고 있는 트랙션 요소로 더 많은 토크가 점증적으로 전달된다. 기어 설계는 토크 바이어스비를 결정하고, 토크 바이어스비는 더 작은 트랙션을 가지는 트랙션 요소에 인가되는 토크에 대한 더 큰 트랙션을 가지는 트랙션 요소에 인가되는 토크의 비율이다.

바람직한 실시예에서는, 구동 차동장치는 올-기어 슬립 제한 타입의 차동장치이고, 조향 차동장치는 통상적인 슬립 무제한 차동장치이다. 두번째 실시예에서는, 구동 차동장치 및 조향 차동장치는 모두 올-기어 슬립 제한 차동장치이다. 또 다른 실시예는 이렇게 정의된 실시예들 각각에, 차량의 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소의 각각에 대하여 전면 및 후면 구동 엑슬에 토크를 분배하기 위한, 둘 다 올-기어 슬립 제한 타입의 차동장치인 추가적인 좌측 및 우측 차동장치와 함께 결합함으로써 추가된다.

조향 장치의 구동 차동장치로서 올-기어 슬립 제한 타입의 차동장치의 사용은 하나의 구동 부재하에 트랙션이 갑자기 줄어들 때 발생하는, 전술한 상태를 방지한다. 어떠한 올-기어 슬립 제한 차동장치도 본 발명의 임의의 조향 장치에 사용될 수 있지만, 여기에서 논의되는 올-기어 차동장치, 즉, 도 1에 도시된, "토르젠(Torsen®)" 상표로 광범위하게 사용되는 구 교차축 설계 또는 도 2a 및 2b에 도시된 "아이소토크(IsoTorque™)" 상표로 상업적으로 인식되는 보다 최근의 컴팩트 교차축 설계가 바람직하다. 전술한 바와 같이, 이러한 바람직하지 않은 조향 문제를 회피하는 것은 규정속도로 이동할 수 있는 소수의 궤도 차량 때문에 특히 중요하다. 그러나, 이러한 중요한 개량은 원래 조향 장치의 기본 특징의 작동에 다른 영향을 주지 않아, 같은 방식으로 계속 기능한다. 즉, 차량이 직선방향으로 움직이고 있을 때, 구동 차동장치 및 조향 차동장치 모두 정지한채로 직선 축 위에 있는 것처럼 작동하고, 차량 운전자가 차량의 스티어링 휠을 돌림으로써 방향에 변화를 지시할 때 스티어링 모터는 여전히 조향 차동장치의 하우징을 앞으로 또는 그 반대로 돌리고, 미국 특허 제4,776,235호에 설명된 바와 같이 방향의 변화를 이루기 위하여 트랙의 속도는 각각 증가 및 감소한다.

슬립 제한 차동장치를 사용하는 본 발명에서, 피봇 회전은 여전히 차량의 중심에서 피봇 포인트의 병진 이동이 거의 또는 전혀 없는 상태로 차량의 방향을 바꾼다. 그러한 스티어링 모터의 토크는 여전히 웜/웜-휠 기어비(바람직하게는 15:1 이상)에 의하여 크게 증가하기 때문에, 피봇 회전은 여전히 별개의 차동 조향 시스템 모터에 의해 제공되는 실질적인 토크에 의하여 바람직하게 완전히 동력공급된다.

종래의 조향 시스템에 따른 이러한 피봇 회전 동안에, 차량 운전자는 일반적으로 잠금 조건(locked condition)으로 엔진 구동 샤프트에 브레이크를 걸거나 또는 다르게 홀딩한다. 그러나, 무겁고 상대적으로 천천히 움직이는 오프로드 차량으로 피봇 회전할 때, 엔진 구동 샤프트를 잠그는 것이 바람직하지 않은 상태가 발생한다. 이러한 후자의 예에서, 트랙들 사이에 분배된 트랙션 하중이 현저히 불균형하게 되면, 피봇 움직임이 완전히 멈출 수 있다. 종래의 조향 시스템에서 이러한 피봇 회전 문제는, 본 발명에서 일반적인 조향 차동장치를 토크 불균형이 발생할 때 미끄러지지 않는 올-기어 슬립 제한 타입의 차동장치로 교체함으로써 회피된다. 그럼에도 불구하고, 빠른 속도로 움직이는 모든 무한궤도 차량에는 조향 차동장치를 일반적인 슬립 무제한 올-기어 타입으로 유지하는 것이 바람직하다.

[슬립 제한 차동장치(LIMITED-SLIP DIFFERENTIAL)]

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 슬립 제한 차동장치의 첫번째 실시예는, 회전 가능한 기어 하우징(10) 및 그 하우징(10)의 측면에 형성된 보어(bores)에 수납되는 한 쌍의 구동 엑슬(11)(12)을 포함한다. 미국 특허 제3,735,647호에 기재된 바와 같이, 이러한 형태의 차동장치는 토르젠 상표로 세계 도처에 상당히 퍼져서 사용되고 주지되어 있다. 올-기어 차동장치에서 이러한 슬립 제한 차동장치는, 미끄러짐 방지 판 또는 다른 형태의 클러치 기구를 포함하고, "혼성 유성기어 컴플렉스(compound planetary gear complex)" 포맷으로 교차축 또는 평행축 배치구조를 사용한다. 이러한 포맷 중 하나가 사용될 수도 있지만, 교차축 차동장치 포맷이 바람직하고, 이 포맷에 관해서만 보다 상세하게 설명하기로 한다.

바람직하게는, 플랜지(flange)(13)는 외부동력원, 전형적으로는 차량의 엔진으로부터 회전 동력을 제공하기 위한 링 기어(도시되지않음)를 설치하기 위한 하우징(10)의 일 단부에 형성된다. 하우징(10) 내에 기어 배열은, 종종 "교차축 혼성 유성기어 컴플렉스"로 불리고, 바람직하게는 각각 구동 엑슬(11)(12)의 내측 단부에 고정된 한 쌍의 사이드-기어 웜(14)(15) 및 쌍으로 구성된 여러 세트의 결합 기어(16)를 포함한다. 각 결합 기어는 바람직하게는 "웜-휠"부(18)로부터 이격되어 있는 일체형 스퍼기어부(17)가 형성되 있는 외측 단부를 가진다. 표준 기어 명법은 "웜(worm)"의 짝을 서술하기위해 "웜기어(worm-gear)" 용어를 사용하지만, 이것은 종종 올-기어 차동장치의 다양한 기어전동장치를 서술할 때 혼란스럽게 된다. 그러므로, 본 명세서에서는 웜의 짝은 "웜-휠(worm-wheel)"로 부른다.

각 쌍의 결합 기어(16)는 바람직하게는, 각각의 결합 기어가 사이드-기어 웜(14)(15)의 회전 축에 실질적으로 수직인 축 상에서 회전하도록, 하우징(10)의 본체에 형성된 슬롯(slots) 또는 보어(bores) 안에 장착된다. 조립을 용이하게 하기 위하여, 각 결합 기어(16)는 바람직하게는, 전장에 걸쳐(full-length) 축 구멍을 가지고, 그 구멍을 통해서 각각의 마운팅 샤프트(mounting shaft)(19)가 하우징(10)에 형성된 저널(journal)안에 회전 지지 되도록 수납된다.

결합 기어는 하우징(10)의 저널 안으로 수납되는 일체형 허브(hubs)를 가지는 것으로 알려져 있으나, 하우징 및 조립체의 설계를 용이하게 하기 위하여, 이런 형태의 가장 최근에 사용되는 슬립 제한 차동장치의 결합 기어는 샤프트 장착형(shaft-mounted)이다. 각 쌍의 결합기어(16)의 스퍼기어부(17)는 서로 맞물리게 되어있고, 반면에 웜-휠부(18)는 각각, 구동 엑슬(11)(12)의 단부 사이에 토크를 전달하고 분배하기 위해 사이드-기어 웜(14)(15) 중 하나와 맞물리게 되어있다. 차량 자체의 하중 대부분을 전달하기 위해서, 이러한 타입의 종래의 차동장치는 보통 각 사이드-기어 웜(14)(15)의 주위에 대략 120°간격으로 위치한 세 세트의 결합 기어쌍을 포함한다.

이러한 타입의 차동장치는 대부분 조건에서 바람직하지않은 휠 미끄러짐을 방지하는 주목할 만한 작업을 한다. 사실상, 이러한 슬립 제한 차동장치의 하나 또 는 그 이상은 현재 적어도 8개의 메이저 자동차 회사에 의해 세계적으로 판매되고 있는 차량의 표준 사양 또는 선택 사양이고, 모든 미국 군대 HMMWV("험머(Hummer)") 차량에서는 하나는 앞바퀴들 사이에서 차동하고 다른 하나는 뒷바퀴들 사이에서 차동하는 두 개의 Torsen®사의 교차축 슬립 제한 차동장치가 있다.

본 발명에 사용되는 더 최근에 설계된 슬립 제한 차동장치의 두번째 실시예는 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 이러한 두번째 실시예는 2006년 10월 27일자로, "아이소토크(IsoTorque™)" 라는 이름으로 현재 시장에서 판매되고 있는 "하이브리드 기어전동장치를 구비한 풀-트랙션 차동장치(Full-Traction Differential with Hybrid Gearing)"라는 발명의 명칭으로 출원되어 함께 계류중인 미국특허출원 제11/553,603호에서 더 상세하게 기재되어 있다. 이러한 새로운 설계의 접촉 패턴으로, 그러한 상당하게 넒은 면적에 하중을 분산시키고, 주어진 하중을 전달하기 위해 보다 통상적인 세 쌍(각각 120°간격으로 위치함)대신 단지 두 쌍의 결합 기어(각각 180°간격으로 위치함)를 사용하는 것이 가능하게 되었다. 이러한 개선된 톱니(tooth) 설계는 주어진 시간에 접촉하는 톱니의 수의 증가뿐 아니라 톱니 맞물림의 면적을 증가시키고, 이것은 두 개 더 적은 기어로 자동차의 설계사양을 만족시키게 한다. 물론, 이와 같은 톱니 설계는 종래의 세 쌍의 결합 기어로 상당히 더 큰 하중의 운반을 가능하게 한다. 또한, 하중을 집중시키는 통상적인 선 접촉과 다르게, 이러한 기어전동장치의 접촉 패턴은 상대적으로 더 커다란 면적에 하중을 분산시키고, 오일 필름의 윤활의 전단(shearing)을 줄이는 결과를 가져오고, 그것에 의해 더 낮은 점도(viscosity)를 자기는 윤활제의 사용이 가능케 되고 더 긴 수명 이 보장된다.

하이-트랙션 차동장치(high-traction differential)의 교차축 기어 컴플렉스의 두드러진 특징은 차량의 바퀴와 차동장치 사이의 기어열(gear train)의 웜/웜-휠 콤비네이션으로부터 기인하는 기계적 이점이 있다는 것이다. 차량이 커브를 돌 때, 차량의 중량 및 관성은 다양한 속도로 도로의 표면 위로 바퀴들이 동시에 구르게 하여, 차동장치를 필요로 하게 한다. 그러한 차동장치의 개시는 사이드-기어 웜과 그의 짝 웜-휠 사이에 기계적 이점에 의해 크게 개선되었다. 물론, 이와 같은 기어전동장치는 토크가 반대 방향으로 전달되고 있을 때에는 기계적 단점을 초래한다. 아이소토크™ 차동장치의 바람직한 실시예는 웜/웜-휠 톱니에 대해 35°/55°를 선택하므로 차동의 상대적 편안함뿐만 아니라 풀 트랙션을 제공하고, 또한 트랙션 제어 기능을 가지고 있는 자동 브레이킹 시스템(automatic brakiing systems(ABS))을 포함하는 차량에 차동장치가 특히 적합하도록 한다.

아이소토크 차동 장치의 또 다른 특징은, 이동 방향에 상관없이 앞으로 또는 반대로 구동되고 있을 때, 차량이 회전하는 동안에 각각의 사이드-기어 웜에 엔드 스러스트(end thrust)를 똑같게 하는 토크 균형을 제공한다는 것이다. 스러스트 플레이트는 결합 기어 쌍의 세트를 지지하는 동일한 마운팅에 의해 지지되고, 측방향 움직임에 대하여 고정되어 있고, 사이드-기어 웜의 내측 양단부 사이에 유지되어 있다. 이와 같이, 좌측으로의 스러스트에서, 우측 웜이 스러스트 플레이트에 대하여 스러스트 힘(thrust force) x를 가할 때, 좌측 웜은 이전 추동장치에서와 같이 2x의 스러스트 힘을 가하기 보다는 하우징에 대하여 그 자신의 스러스트 힘 x만 가 한다. 유사하게, 우측으로의 스러스트에서, 좌측 웜이 스러스트 플레이트에 대하여 스러스트 힘 x를 가할 때, 우측 웜은 하우징에 대하여 자신의 스러스트 힘 x만을 가한다.

전술한 토크 밸런싱(torque-balancing) 특징은 도 2a 및 도 2b에 도시된 두번째 실시예에서 알 수 있다. 차동장치는 완전한 웜/웜-휠 기어 컴플렉스를 통합한다. 하우징(120)은 바람직하게는, 금속분말로 원 피스(one piece)형태로 형성되고, 단지 세 개의 개구(opening)를 갖는다. 즉, 제1 세트의 적당한 개구(121)(122)는 출력축(도시되지않음)의 각각의 내측 단부를 수납하기 위해 제1 축(125)을 따라 정렬되고, 하우징(120)을 통하여 직접적으로 연장된 직사각형 형태의 단지 하나의 추가 개구(126)는 제1 축(125)에 수직으로 중앙에 있다.

두 쌍의 결합 기어(131,132)(129,130)는 각각 전술한 바와 같이 설계되고 제조된 모래시계형 웜-휠부(hourglass-shaped worm-wheel portion)(134)에 의해 분리된 각각의 스퍼기어부(133)를 가진다. 각 쌍의 각각의 스퍼기어부(133)는 서로 맞물려 있고, 이러한 결합 기어는 모두 대향하는 마운팅 플레이트(mounting plates)(138)(139) 쌍과 일체로 형성된 허브 쌍(136)(137) 세트에 회전가능하게 지지된다. 결합 기어 쌍(131,132)의 각각의 웜-휠부(134)는 사이드-기어 웜(141)(142) 쌍의 각각 하나와 맞물려 있을 때, 결합 기어 쌍(129,130)의 각각의 웜-휠부(134)가 유사하게 동일한 쌍의 사이드-기어 웜(141)(142)과 각각 맞물려 있다.

스러스트 플레이트(150)는 사이드-기어 웜(141)(142)의 내측 양단부 중간에 위치한다. 스러스트 플레이트(150)는 각각 베어링 표면(152)(153), 장착 탭(156)(157), 및 중량-절약 윤활 개구(도시되지 않음)를 포함한다. 장착 탭(156)(157)은 동일한 장착 판(138)(139)에 중앙에 형성된 슬롯(160)(161)과 짝을 이루도록 설계된다. 슬롯(160)(161)은 사이드-기어 웜(141)(142)의 내측 양단부 중간에 스러스트 플레이트(150)를 위치시킬 뿐 아니라 스러스트 플레이트(150)의 측방향 움직임을 방지한다. 그러므로, 특히 도 2a를 참조하면, 사이드-기어 웜(141)(142)에 인가된 구동 토크가 좌측으로의 스러스트를 초래할 때, 웜(141)은 스러스트 판(150)의 고정된 베어링 표면(153)으로부터 멀어지게 움직이고 하우징(120)에 대항하여 (또는, 웜(141)과 하우징(120) 사이에 통상적으로 위치한 적당한 와셔(washer)에 대항하여) 움직이는 반면에, 웜(142)은 스러스트 판(150)의 고정된 베어링 표면(152)에 대항하여 움직인다. 웜(141)의 회전에 대항하여 발생되는 마찰은 웜(142)에 작용하는 스러스트 힘에 의해 영향을 받지 않는다.

유사하게, 사이드-기어 웜(141)(142)에 인가된 구동 토크가 우측으로의 스러스트를 초래할 때, 웜(142)은 스러스트 판(150)의 고정된 베어링 표면(152)으로부터 멀어지게 움직이고 하우징(120)에 대항하여 (또는, 다시, 웜(142)과 하우징(120) 사이에 통상적으로 위치한 적당한 와셔(washer)에 대항하여) 움직이는 반면에, 웜(141)은 스러스트 판(150)의 고정된 베어링 표면(153)에 대항하여 움직인다. 유사하게, 웜(142)의 회전에 대항하여 발생되는 마찰은 웜(141)에 작용하는 스러스트 힘에 의해 영향을 받지 않는다. 이와 같이, 구동 토크의 방향에 관계없이, 각 사이드-기어 웜의 회전에 대항하여 작용하는 마찰이 다른 사이드-기어 웜에 작 용하는 스러스트 힘에 의해 영향을 받지 않는다. 추동장치의 토크 바이어스가 마찰력에 의해 영향받기 때문에, 이러한 추가적 스러스트 힘의 방지는 토크 뷸균형, 즉, 다른 방향으로의 차량 회전 동안에 토크 차이를 최소화하는 것을 돕는다.

[조향 장치 구조(STEER DRIVE STRUCTURE)]

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조향 장치(20)가 차량에 적용될 때, 샤프트(21)를 통해 기어(22)를 회전시키는 엔진 동력 입력은 링 기어(23) 및 구동 차동장치(25)의 케이스(24)를 회전시킨다. 구동 차동장치(25)는 차량의 양쪽에 각각 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소를 차동적으로 구동할 수 있게 한 쌍의 각각의 엑슬 구동 샤프트(26)(27)를 구동하기 위해 연결되어 있다. 구동 차동장치(25)는 구동되고 있는 차량에 적당하게 크기가 맞추어져 있다. 이것은 작은 정원 트랙터 및 경운기로부터 커다란 트랙터 및 건설 기계(earth mover)까지 적용될 수 있다.

케이스(29)를 가지고 있는 조향 차동장치(30)는 엑슬 구동 샤프트(26)(27)와 구동관계로 상호 연결되어 있는 한 쌍의 스티어링 제어 샤프트(steering control shaft)(226)(227)에 연결되어 있다. 하나의 스티어링 제어 샤프트(33) 및 하나의 엑슬 구동 샤프트(27)는 같은 방향으로 회전하도록 연결되어 있고, 다른 스티어링 제어 샤프트(32) 및 다른 엑슬 구동 샤프트(26)는 반대 방향으로 회전하도록 연결되어 있다. 이것은 엑슬 구동 샤프트(26)(27)가 같은 방향으로 회전할 때 스티어링 제어 샤프트(32)(33)의 반대 또는 차동 회전을 야기하고, 역으로 스티어링 제어 샤프트(32)(33)가 같은 방향으로 회전할 때 엑슬 구동 샤프트(26)(27)의 차동 회전을 야기한다.

본 발명의 차동장치(25)(30)중 적어도 하나는 올-기어 슬립 제한 타입 차동장치이다.(예컨대, 미국 특허 제3,735,647호에 기재된 "신클라이널 기어전동장치(SYNCLINAL GEARING)", 미국 특허 제6,783,476호에 기재된 "컴팩트 풀-트랙션 차동장치(COMPACT FULL-TRACTION DIFFERENTIAL)" 또는, 2006년10월 27일에 출원되고 함께 계류중인 미국특허출원 제11/553,603호에 기재된 "풀-트랙션 차동장치(Full-Traction Differential)"). 이것은, 슬립 무제한 차동장치만 사용하라고 분명히 교시하는 종래 기술에 반하는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 구동 차동장치(25)는 올-기어 슬립 제한 타입 차동장치이고, 조향 차동장치(30)는 통상적인 슬립 무제한 차동장치이다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 구동 차동장치(25)는 통상적인 슬립 무제한 차동장치이고, 조향 차동장치(30)는 올-기어 슬립 제한 타입 차동장치이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 스티어링 제어 샤프트와 엑슬 구동 샤프트 사이에 기어 연결은 더 크고 더 힘이 좋은 차량에 바람직하다. 이것은 엑슬 구동 샤프트(26)(27)에 각각 고정된 엑슬 샤프트 기어(35)(36) 및 스티어링 제어 샤프트(32)(33)에 각각 고정된 제어 샤프트 기어(37)(38)를 포함한다. 엑슬 샤프트 기어(35)와 제어 샤프트 기어(37)가 맞물리는 것은 엑슬 구동 샤프트(26)와 스티어링 제어 샤프트(32) 사이에 반대의 회전을 일으키게 하고, 엑슬 샤프트 기어(36) 및 제어 샤프트 기어(38)가 둘 다 아이들러 기어(idler gear)(34)에 맞물리는 것은 엑슬 구동 샤프트(27) 및 스티어링 제어 샤프트(33)를 같은 방향의 회전을 일으키게 한다.

스티어링 제어 샤프트과 엑슬 구동 샤프트 사이의 기어 연결은 바람직하게는 구동 차동장치(25) 및 조향 차종장치(30)를 모두 보유하는 확대된 하우징 안으로 통합시킨다. 아래에서 설명하는 이유 때문에, 완전한 조립체가 과도하게 크지 않은 차동장치 하우징 내에 맞춰질 수 있도록, 조향 차동장치(30)는 구동 차동장치(25)에 의해 생긴 힘의 반 정도를 지탱하는 크기가 될 수 있다.

더 작거나 힘이 덜 좋은 차량은 기어전동장치 대신에 벨트 또는 체인과 같은 상호 연결 샤프트를 사용할 수 있다. 또한, 상호 연결 샤프트는 엑슬 차동장치의 범위에 제한 될 필요가 없고 엑슬 구동 샤프트의 외측 단부쪽으로 만들어 질 수 있다.

스티어링 제어 샤프트 및 엑슬 구동 샤프트 사이에 기어비 또는 구동비는 바람직하게는 1:1이다. 그러나, 엑슬 차동장치 및 제어 차동장치의 대향면이 같은 한, 이 비율은 바뀔 수 있다.

입력 스티어링 기어(40)는 시스템에 차동 회전을 부가하기 위하여 조향 차동장치(30)의 케이스(29)에 고정된 링 기어(31)와 맞물린다. 스티어링 기어(40)가 돌 때만 링 기어(31)가 돌 수 있도록, 스티어링 기어(40)는 바람직하게는 웜 기어이고, 링 기어(31)는 바람직하게는 웜-휠이다.

조향 목적을 위하여, 스티어링 기어(40)는 상대적인 하중에 따라 여러 메카니즘에 의해 회전될 수 있다. 조향 메카니즘은 스티어링 기어(40)의 회전을 위하여 다양한 타입의 적당한 크기로 된 모터를 사용할 수 있다. 예를 들어, DC 스타터 모 터(41)는 조향 시스템의 저항기를 통하여 전기적으로 에너지를 받을 수 있고, 또는 유압 또는 공기압 모터(41)는 조향 제어에 반응하여 차량의 유압 또는 공기압 시스템에 의하여 회전될 수 있다. 바람직하게는, 모터(41)는 유압이고, 웜(40)/웜 휠(31) 비율은 적어도 15:1이다.

전술한 바와 같이, 종래의 차동 조향 시스템에서는 차량이 조향될 때 조향 장치 모터가 조향 차동장치의 다른 잠긴 웜/웜-휠 장치를 작동시키고, 따라서 차동장치 둘 다 차동되기 때문에, 미끄러짐이 종종 발생한다. 이러한 조건에서, 트랙중의 하나가 갑자기 트랙션을 잃게 된다면, 토크의 불균형은, 미끄러지는 트랙의 속도를 증가시키고, 종래의 시스템에서 미끄러지는 트랙의 증가하는 속도와 직접 관계하여 다른 트랙의 속도 및 구동 토크를 감소시킨다.

구동 차동장치(25)에 대한 종래의 차동 조향 시스템에서 사용된 통상적인 차동장치가, 본 발명의 바람직한 실시예에서 전술한 바와 같이, 토크가 갑자기 줄어들 때 미끄러짐이 발생하지 않는 올-기어 슬립 제한 차동장치(예컨대, 미국 특허 제6,783,476호에 기재된 아이소토크 차동장치)로 교체되었을 때, 이러한 바람직하지 않은 조건이 방지된다.

그러나, 이러한 개량은 조향 장치의 기본 작동에 다른 영향을 주지 않아, 같은 방식으로 계속 기능 한다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 즉, 차량이 직선방향으로 움직이고 있을 때, 스티어링 기어(40)/링 기어(31) 결합의 무회전은 여전히 두개의 차동장치 모두 직선 엑슬처럼 작용하게 하고, 차량 운전자가 차량의 스티어링 휠을 돌림으로써 방향에 변화를 지시할 때 스티어링 모터는 차동장치의 하우징 을 앞으로 또는 그 반대로 돌리고, 미국 특허 제4,776,235호에 설명된 바와 같이 방향의 변화를 이루기 위하여 트랙의 속도는 각각 증가 및 감소한다.

그러나, 본 발명의 구동 차동장치(25)는 올-기어 슬립 제한 차동장치이기 때문에, 트랙에 의해 분배된 토크 하중이 갑자기 불균형하게 되기 시작할 때마다, 구동 차동장치(25)의 토크 바이어스가 엔진 입력 샤프트(21)로부터 받은 구동 토크의 실질적인 부분을 더 큰 트랙션(예컨데, 8:1 차동장치에서 8배의 토크까지)을 가지는 트랙으로 즉시 전달한다. 이와 같이, 각 트랙에 트랙션 하중이 상당한 하중 불균형을 초래하자마자, 충분한 부분의 구동 토크가 궤도 차량의 움직임을 유지하기 위하여 더 큰 트랙션을 가지는 트랙으로 여전히 전달된다.

[미끄러짐 방지 조향 장치 작동 및 피봇 회전(NO-SLIP STEER-DRIVE OPERATION AND PIVOT TURNING)]

조향 차동장치(30)및 그것의 스티어링 제어 샤프트(32)(33)와 구동 차동장치(25)및 엑슬 구동 샤프트(26)(27)의 상호 연결로부터 두 가지 중요한 효과가 발생한다. 하나의 효과는 차량의 양쪽 사이드에 동시에 미끄러짐이 발생하지 않으면 휠 또는 트랙이 미끄러지는 것을 방지하는 미끄러짐 방지 구동이 발생되는 것이다. 다른 효과는 차량을 피봇 또는 회전하기 위한 조향을 이룰 수 있는 차동 회전을 부과하는 것이다.

엑슬 구동 샤프트(26)(27)가 조향 차동장치(30)를 통하여 함께 연동되기 때문에 미끄러짐 방지 구동이 발생된다. 트랙션을 잃은 차량의 일측에 있는 엑슬 구 동 샤프트에 인가되는 동력은, 그 쪽 측에 있는 연결 제어 샤프트에 전달되고, 조향 차동장치(30)를 통하여 반대쪽 제어 샤프트에 전달되고, 트랙션을 가지고 있는 측면인 반대편 엑슬 구동 샤프트에 전달된다. 따라서, 만약 하나의 엑슬 구동 샤프트가 트랙션을 잃는다면, 반대편 엑슬 구동 샤프트는 더 강하게 구동하고, 미끄러짐이 발생할 수 있는 유일한 방법은 2개의 엑슬 구동 샤프트 모두 트랙션을 동시에 잃는 것이다.

이것을 상세하게 설명하기 위하여, 같은 방향으로 균일하게 회전하는 엑슬 구동 샤프트(26)(27)로 전방으로 직진하여 구르는 차량을 고려해본다. 스티어링 기어(40)는 전방으로 직진하는 움직임에 대하여 정지해 있고 스티어링 기어(40)는 바람직하게는, 조향 차동장치(30)의 웜 기어, 웜-휠(31)이기 때문에 조향 차동장치(30)는 회전할 수 없다. 스티어링 제어 샤프트(32)(33)는 엑슬 구동 샤프트와의 구동 연결부에 의하여 반대 방향으로 차동적으로 회전하고, 조향 차동장치(30)는 그것을 수용한다.

구동 차동장치(25)는 엔진 입력 샤프트(21)로부터 입력된 동력을 동등하게 분배하고, 입력 동력의 반을 각각의 엑슬 구동 샤프트(26)(27)에 인가한다. 만약 엑슬 구동 샤프트(26)에 의해 구동되고 있는 트랙 또는 휠이 트랙션을 잃는다면, 엑슬 구동 샤프트(26)에 이용가능한 동력을 인가할 수 없고 미끄러지기 쉽다. 그러나, 엑슬 구동 샤프트(26)는 스티어링 제어 샤프트(32)에 연동되어 있기 때문에 실제 미끄러짐은 발생할 수 없다. 그래서 만약 트랙션 없는 휠 또는 트랙이 엑슬 구동 샤프트(26)에 동력을 인가할 수 없다면, 그 동력은 스티어링 제어 샤프트(32)에 전달되어, 엑슬 구동 샤프트(26)의 반대 방향으로 스티어링 제어 샤프트를 회전시킨다. 링 기어(31)는 회전할 수 없기 때문에, 스티어링 제어 샤프트(32)에 인가된 회전 동력은 조향 차동장치(30)를 통하여 스티어링 제어 샤프트(33)를 반대 방향으로 회전하도록 전달된다. 이것은, 아이들러 기어(34)를 통하여 엑슬 구동 샤프트(27)에 연동되어 있어서, 스티어링 제어 샤프트(33)의 동력이 엑슬 구동 샤프트(27)에 인가되어 전진 방향으로 엑슬 구동 샤프트(27)를 압박하여 트랙션을 가지고 있으며 이용 가능한 동력을 받을 수 있는 휠 또는 트랙을 구동하도록 한다. 이용 가능한 전체 동력의 단지 반만 하나의 엑슬 구동 샤프트로부터 조향 차동장치(30) 및 그것의 스티어링 제어 샤프트를 통하여 다른 엑슬 구동 샤프트로 전달될 수 있기 때문에, 조향 차동장치 및 그것의 스티어링 제어 샤프트는 구동 차동장치(25) 및 그것의 엑슬 구동 샤프트에 의해 생기는 동력의 반을 지탱할 수 있는 크기로 될 수 있다.

물론, 차량의 한 쪽에서 트랙션의 감소 때문에, 엑슬 구동 샤프트(27)에서는 이용가능하지만 사용할 수 없는 동력은 같은 쪽의 스티어링 제어 샤프트 및 조향 차동장치를 통하여 반대쪽 엑슬 구동 샤프트(26)로 전달된다. 이러한 배치은 최고의 트랙션을 가지는 휠 또는 트랙에 가장 많은 동력을 인가하고, 이것은 차량이 나아가는데 이상적이다. 다른 휠 또는 트랙이 구동하는 동안에, 트랙션을 잃은 휠 또는 트랙은 지면과 구름(rolling) 결합을 유지한다. 휠 또는 트랙이 미끄러질 수 있는 유일한 때는 휠 또는 트랙의 양쪽 모두 트랙션을 동시에 잃었을 때이다.

차량을 피봇 또는 회전하기 위해 엑슬 구동 샤프트(26)(27)에 차동 회전을 부여하기 위해서는, 스티어링 기어(40)를 회전시키는 것이 여전히 필요할 뿐이다. 이것은 차량의 반대쪽에서 차동적으로 회전하는 휠 또는 트랙에 의해 이동하는 거리의 차이 때문에, 차량을 회전 또는 피봇하기 위하여 엑슬 구동 샤프트를 차동적으로 회전시킨다.

스티어링 기어(40)가 회전할 때마다, 링 기어(31)를 회전시키고, 그것은 스티어링 제어 샤프트(32)(33)를 같은 방향으로 회전시키기 위하여 조향 차동장치(30)의 케이스(29)를 회전시킨다. 엑슬 구동 샤프트(26)(27)와 스티어링 제어 샤프트(32)(33)의 연결은, 구동 차동장치(25)에 의해 수행되는 바와같이, 스티어링 제어 샤프트(32)(33)의 같은 방향 회전을 엑슬 구동 샤프트(26)(27)의 반대 차동 회전으로 바꾼다. 이것은 스티어링 기어(40)의 회전 방향에 따라, 차량의 한쪽에서는 전방으로, 차량의 다른쪽에서는 후방으로 휠 또는 트랙을 구동한다.

그러한 차동적 회전은, 그 때 일어나고 있는 엑슬 구동 샤프트의 전방 또는 후방 회전에 부가된다. 그래서 스티어링 기어(40)가 회전할 때 만약 차량이 전방 또는 후방으로 움직이고 있다면, 차동적 회전은 양쪽 엑슬 구동 샤프트를 전진 및 지연시켜 차량을 회전하게 한다.

스티어링 기어(40)가 회전할 때 만약 차량이 움직이지 않는다면, 차량이 중심점에서 피봇하도록 차량의 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소(휠 또는 트랙)는 한쪽은 전방으로 다른 쪽은 후방으로 간다. 그러한 피봇 회전은 한 쌍의 트랙(85)(86)을 가지는 차량에 대하여 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 우측 트랙(86´)을 전방으로 좌측 트랙(85´)을 후방으로 구동함으로써 차량이 중심점(87)을 중심으로 회전하기 때문에 트랙 둘 다 지면과 구름 결합을 가질 수 있다. 트랙은 약간의 힐(heel) 및 토(toe) 스커핑(scuffing)을 경험하지만, 이것은, 다른 트랙이 구동되는 동안에 브레이크에 의해 하나의 트랙을 통상적으로 록킹하는 경우에 비해 감소된 지형의 스트레스 및 교란을 야기한다. 하나의 트랙이 브레이크 되고 다른 트랙은 구동되고 있을 때 필수적으로 발생하는 임의의 방향으로 움직임을 요구하는 것 없이, 피봇 회전은 또한 중심점(87) 한 점에서 차량을 회전시킨다.

종래의 조향 장치에서는, 차량이 직진 또는 후진하는 경우에 한해서만 전술한 미끄러짐 방지 장치가 기능하고, 스티어링 기어(40) 및 조향 차동장치(30)는 운전자에 의한 차량의 스티어링 휠의 회전에 대하여서는 작동하지 않는다. 그러나 전술한 바와 같이, 종래의 조향 장치에서, 조향 차동장치(30)가 차동하고 있으면서 트랙중의 하나가 완전히 트랙션을 잃을 때, 조향 장치는 트랙 사이에 차동 작용을 시작하고, 만약 그 트랙이 계속 미끄러진다면 차량의 구동 토크를 완전히 손실할 수 있다. 이러한 구동 토크의 전부 손실은 여기 본 발명의 개선된 조향 장치에서는 발생하지 않는다.

즉, 구동 차동장치(25)는 올-기어 슬립 제한 차동장치이기 때문에, 트랙에 의해 분배된 토크 하중이 갑자기 불균형하게 되기 시작할 때마다, 구동 차동장치(25)의 토크 바이어스는 엔진 입력 샤프트(21)로부터 받은 구동 토크의 실질적인 부분을 더 큰 트랙션(예컨데, 8:1 차동장치에서 8배의 토크까지)을 가지는 트랙으로 즉시 전달한다. 이와 같이, 각 트랙에 트랙션 하중이 상당한 하중 불균형을 초래하자마자, 충분한 부분의 구동 토크가 궤도 차량의 움직임을 유지하기 위하여 더 큰 트랙션을 가지는 트랙으로 여전히 전달된다.

[개선된 피봇 회전(IMPROVED PIVOT TURNING)]

전술한 바와 같이, 종래의 차동 조향 시스템에 따른 피봇 회전 동안에, 궤도 차량 운전자는 일반적으로 잠금 조건으로 엔진 구동 샤프트에 브레이크를 걸거나 또는 다르게 홀딩한다. 트랙 간에 트랙션이 매우 다양할 수 있는 지형에서 작동하는 무겁고 상대적으로 천천히 움직이는 오프로드 차량의 경우에는, 피봇 회전이 필요하지만 엔진 구동 샤프트의 통상적인 잠금이 적당하지 않은 조건들이 발생한다.전술한 바와 같이, 그러한 조건하에서, 심한 트랙션 불균형은 피봇 회전 움직임의 바람직하지않은 손실을 초래할 수 있다.

그러한 차량에 대해 피봇 회전을 용이하게 하기 위하여, 본 발명은 종래의 조향 차동장치를 전술한 바와 같이 토크 불균형이 발생할 때 미끄러지지 않는 올-기어 슬립 제한 차동장치(예컨데, 아이소토크 차동장치)로 교체한다. 이러한 간단한 변화는 하나의 트랙이 트랙션을 보유하는 한 어떠한 조건 하에서든 피봇 회전 문제를 극복한다. 즉, 본 발명의 두번째 실시예에서, 트랙션이 하나의 트랙에서 갑자기 줄어들 때 및 천천히 움직이는 오프로드 궤도 차량을 피봇 회전할 때, 조향 차동장치(30)는 미끄러짐을 방지하는 올-기어 슬립 제한 타입 차동장치이다.

[개선된 실시예들(BOTH EMBODIMENTS ENHANCED)]

전술한 실시예들은 각 트랙과 관련되는 각각의 구동 엑슬 쌍에 전달되는 토 크를 분배하기 위한 추가적인 좌측 올-기어 슬립 제한 차동장치 및 추가적인 우측 올-기어 슬립 제한 차동장치에 의해 개선된다. 이러한 추가 실시예는 도 5 및 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 도 5는 궤도 차량의 구동 요소의 개략적인 평면도이고, 두 개의 추가적인 올-기어 슬립 제한 차동장치, 즉, 우측 차동장치(250) 및 좌측 차동장치(251)와 결합된 본 발명의 올-기어 슬립 제한 차동 장치(218)를 도시하고 있고(진한선으로), 도 6은 마지막에 언급된 이러한 네 가지 차동장치의 부분적으로 확대한 개략도이다.

궤도 차량(도 5 및 도 6에 도시됨)의 구동 경로는 다음과 같다: 엔진(210)은 중앙 구동 샤프트(214)에 토크를 전동할 수 있게 트랜스미션(transmission)(212)에 연결되어 있고, 중앙 구동 샤프트는 올-기어 슬립 제한 차동 장치(218)에 구동 토크를 전달하는 한 쌍의 베벨 기어(220)(221)를 구동하고, 앞서 상당히 자세히 전술한 방식으로 베벨 기어(221)는 각각의 우측 구동 샤프트(226) 및 좌측 구동 샤프트(227)를 통하여 차량의 각각 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소에 차동적인 구동 및 조향 토크를 제공한다.

각각의 우측 및 좌측 구동 샤프트(226)(227)는, 각각 전면 구동 샤프트(258)(259) 및 후면 구동 샤프트(260)(261)를 통해 각각의 구동 토크를 추가적으로 차동하는 각각의 우측 차동장치(250) 및 좌측 차동장치(251)에 구동 토크를 전달하는 각각의 베벨 기어(253)(254)(255)(256)를 작동시키고, 각각의 구동 샤프트(258)(259)(260)(261)는 전면 라이트-앵글(right-angle) 박스(262)(263) 및 후면 라이트-앵글 박스(264)(265)에 각각 연결되어 있다. 당해 기술분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 라이트-앵글 박스는 전면 및 후면 구동 엑슬 쌍, 즉 전면 우측 및 좌측 구동 엑슬(266)(267) 및 후면 우측 및 좌측 구동 엑슬(268)(269)에 각각 토크를 전달하는 베벨 기어 쌍(도시되지 않음)을 포함한다. 각 구동 엑슬은 한 쌍의 탠덤 휠(tandem wheels) 사이에 위치한다. 예컨대, 전면 우측 구동 엑슬(266)은 탠덤 휠 쌍(270)(271) 사이에 위치하고, 각각 체인(272)으로 각 탠덤 쌍의 적어도 하나 이상의 휠을 구동한다.

도시된 바람직한 궤도 차량에서, 각 휠은 듀얼 휠이고, 각각 우측 및 좌측 트랙(274)(275)은 당해 기술분야에서 잘 알려지고 위에서 인용한 미국 특허 제6,135,220호에 자세히 설명된 방식으로, 차량의 각 측면에 장착된 듀얼 휠 세트의 접합면 위에 위치한다.

도 6를 참조하면, 조향 차동장치(230) 및 그것의 연결 샤프트(231)(232) 및 기어(233)(234)(235)(236)(237)(238)는 모두 도 3에서 도시된 대응 부분과 정확하게 같은 방식으로 작동한다. 스티어링 기어 웜(240) 및 스티어링 기어 웜(240)을 돌리기 위한 모터(241) 또한 도 6에 도시되어 있다. 모터(241)는 바람직하게는 차량의 스티어링 휠에 의해 발생되는 차량 작동의 바람직한 방향의 지시에 응답하는 DC 모터 또는 유압(hydraulic) 모터이다.

각각의 추가적인 올-기어 슬립 제한 차동장치(250)(251)는 (a)트랙의 지지 휠이 평탄하지 않은 지형위로 다른 시간에 위 아래로 움직일 때 발생할 수 있는 각각의 트랙(274)(275)의 전면부와 후면부 사이에 "윈드 업(wind up)"을 방지하고, (b)임의의 주어진 순간에서 트랙에 최고의 마찰 결합을 가지는 각각의 구동 축에 더 많은 토크가 전달되도록 함으로써 전면 및 후면 트랙 구동의 효율을 증가시킨다.

이와 같이, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예의 "개선된(emhanced)" 버전으로, 두 개의 추가적인 올-기어 슬립 제한 차동장치(250)(251)가 각각 트랙의 전면 및 후면 구동 엑슬 사이에 각각 트랙 토크를 추가적으로 분배하는 동안에, 조향 장치(218)의 올-기어 슬립 제한 차동장치(224)는 각각 우측 및 좌측 트랙에 엔진 토크를 전달하는 각각의 구동 샤프트(226)(227)사이에 토크를 분배한다.

따라서, 여기에 서술된 본 발명의 실시예는 본 발명 원리의 적용을 단지 설명하는 것으로 이해되어야 한다. 실시예의 세부사항에 대한 설명은 본 발명의 필수적으로 여겨지는 그러한 특징을 기재한 청구항의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.

Claims (5)

1. 각각의 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소, 엔진 구동 샤프트를 구비한 추진 엔진, 및 의도하는 이동 방향을 지시하기 위하여 운전자에 의해 회전 가능한 스티어링 휠을 가지는 차량용 차동 조향 장치에 있어서,

   상기 차동 조향 장치는,

   - 상기 각각의 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소를 차동적으로 구동하기 위해 상기 엔진 구동 샤프트 및 각각의 트랙 구동 샤프트 쌍을 서로 연결시키는 구동 차동장치; 및

   - 상기 스티어링 휠 및 상기 각각의 트랙 구동 샤프트를 작동가능하게 서로 연결시키는 조향 차동장치로서,

   제1 방향으로의 상기 스티어링 휠의 회전이 상기 조향 차동장치를 제1 방향으로 회전시키고, 반대 방향으로의 상기 스티어링 휠의 회전이 상기 조향 차동장치를 반대 방향으로 회전시키고, 각 방향에서의 상기 조향 차동장치의 회전 속도가 상기 스티어링 휠의 각도 회전에 비례하도록 하고,

   제1 방향으로의 상기 조향 차동장치의 회전이 반대 방향으로 상기 각각의 트랙 구동 샤프트를 회전시키도록 하는, 조향 차동장치

   를 포함하고,

   상기 차동 조향 장치는 다음 조합중의 하나:

   (a) 상기 구동 차동장치 및 상기 조향 차동장치 중의 하나 이상은 올-기어 슬립 제한 차동장치를 포함하는 조합; 및

   (b) 상기 구동 차동장치 및 상기 조향 차동장치는 각각 올-기어 슬립 제한 차동장치를 포함하는 조합

   을 더 포함하는, 차동 조향 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각각의 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소는 하나 이상의 구동 엑슬 쌍에 작동가능하게 연결되는 각각의 복수의 휠을 더 포함하고;

   - 좌측 차동장치 및 우측 차동장치는 각각, 상기 각각의 구동 엑슬 쌍 중의 하나의 각 구동 엑슬에 분배된 토크를 전달하고;

   - 상기 좌측 차동장치 및 상기 우측 차동장치는, 상기 각각의 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소를 차동적으로 구동하기 위해 상기 각각의 트랙 구동 샤프트 쌍에 의하여 각각 구동되고;

   - 상기 좌측 차동장치 및 우측 차동장치는 또한 각각 올-기어 슬립 제한 차동장치를 포함하는,

   차동 조향 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 각각의 좌측 및 우측 구동 트랙션 요소는 각각 상기 각각의 복수의 휠과 구동 접촉하는 무한(endless) 트랙을 포함하는, 차동 조향 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 각각의 복수의 휠은 각각 상기 무한 트랙과 접촉하는 하나 이상의 탠덤 휠 쌍을 포함하고,

   상기 각각의 구동 엑슬 중의 하나는 상기 탠덤 휠 쌍의 중간에 위치하는,

   차동 조향 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 올-기어 슬립 제한 차동장치는 기어 컴플렉스를 포함하고,

   상기 기어 컴플렉스는,

   - 각각의 사이드-기어 웜이 출력축을 중심으로 회전하도록 장착되고, 각각의 출력 엑슬에 고정되는, 사이드-기어 웜 쌍; 및

   - 두 세트 이상의 결합 기어 쌍을 포함하고,

   각 결합 기어 쌍의 각각 결합 기어는,

   (a) 상기 출력축에 실질적으로 수직인 회전 축, 및

   (b) 웜-휠부로부터 이격되어 위치한 제1 기어부를 포함하고,

   상기 결합 기어 쌍의 상기 제1 기어부는 서로 맞물려 있고, 상기 결합 기어 쌍의 상기 웜-휠부는 각각, 상기 사이드-기어 웜의 각각의 하나와 맞물려 있는,

   차동 조향 장치.

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