KR20100078382A - 디퍼렌셜 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 링기어와 디퍼렌셜케이스의 결합을 위해 다수의 볼트와 너트를 사용하지 않아 디퍼렌셜의 중량이 불필요하게 증가되는 것을 방지하며, 다수의 볼트와 너트를 조립하기 위한 번거로운 조립작업을 배제할 수 있도록 하면서도 안정된 제품 품질의 확보가 가능하고 생산성이 향상되도록 한다.

용접, 디퍼렌셜, 링기어, 잔류응력

Description

디퍼렌셜 구조{Structure of Differential}

본 발명은 디퍼렌셜 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디퍼렌셜케이스와 링기어의 결합 구조에 관련된 기술이다.

디퍼렌셜은 차량의 파워트레인 등에 사용되어, 입력되는 동력을 좌우 양측으로 적절하게 배분되도록 하는 기능을 수행하여, 차량의 선회 등의 경우에 선회 내외륜간의 속도차를 허용하면서 동력을 전달할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

상기 디퍼렌셜은 입력 받은 동력을 양쪽으로 배분하기 위해, 피니언이 회전 가능하게 설치되는 피니언샤프트와, 상기 피니언에 치합되어 동력을 인출하도록 양쪽에 배치되는 사이드기어를 구비하며, 상기 피니언과 피니언샤프트 및 사이드기어를 감싸는 디퍼렌셜케이스에는 동력을 입력 받기 위해 링기어가 일체로 결합된 구조를 가지고 있다.

여기서, 상기 링기어는 직접 다른 기어에 물려서 동력을 전달 받아야 하므로 그 재질이 주로 침탄 열처리 탄소강으로 이루어지고, 상기 디퍼렌셜케이스는 상기 한 바와 같은 부품들을 내부에 장착해야 하는 복잡한 형상으로 인해 주철로 이루어지는 것이 일반적이다.

종래에는 상기와 같은 이종재질의 부품을 일체로 결합하기 위해, 링기어와 디퍼렌셜케이스의 결합을 주로 다수의 볼트로 결합하는 방법을 취하였으나, 이는 다수의 볼트와 너트를 사용함에 따른 중량 증가와 조립공수 과다 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 링기어와 디퍼렌셜케이스의 결합을 위해 다수의 볼트와 너트를 사용하지 않아 디퍼렌셜의 중량이 불필요하게 증가되는 것을 방지하며, 다수의 볼트와 너트를 조립하기 위한 번거로운 조립작업을 배제할 수 있도록 하면서도 안정된 제품 품질의 확보가 가능하고 생산성이 향상되도록 한 디퍼렌셜 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 디퍼렌셜 구조는

디퍼렌셜케이스의 회전축을 중심으로 하여, 상기 디퍼렌셜케이스에 원주면을 이루어 형성된 케이스좌면과;

상기 케이스좌면을 타고 직선 슬라이딩하여 삽입되는 링기어의 삽입 깊이를 제한하도록 상기 케이스좌면에서 반경방향으로 돌출되게 형성된 스토퍼단과;

상기 케이스좌면에 밀착하도록 상기 링기어의 내주면에 형성된 기어안착면과;

상기 스토퍼단이 삽입되도록 상기 링기어의 내주면에 형성된 기어결합면과;

서로 마주하는 상기 스토퍼단과 기어결합면 사이에 형성된 용접홈;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 용접홈을 형성하는 상기 스토퍼단과 기어결합면의 상기 용접홈 외측 표면은 디퍼렌셜케이스의 회전축에 수직하게 서로 단일평면을 이루는 케이스수직면과 기어수직면으로 이루어지고;

상기 링기어에는 상기 기어수직면으로부터 적어도 상기 용접홈의 깊이 이상의 함몰깊이로 함몰되는 단차부가 형성되며;

상기 단차부는 상기 기어수직면에서 상기 용접홈으로부터 상기 단차부의 함몰깊이에 해당하는 거리 이내의 범위로부터 시작되어 상기 링기어의 반경방향을 따라 확장된 평면으로 이루어진 구조로 할 수 있다.

상기 용접홈을 형성하는 상기 스토퍼단과 기어결합면의 상기 용접홈 외측 표면은 디퍼렌셜케이스의 회전축에 수직하게 서로 단일평면을 이루는 케이스수직면과 기어수직면으로 이루어지고;

상기 링기어의 기어수직면에는 적어도 상기 용접홈의 깊이보다 깊은 급랭방지홈이 링을 이루어 형성되며;

상기 급랭방지홈은 상기 기어수직면에서 상기 용접홈으로부터 상기 급랭방지홈의 깊이에 해당하는 거리 이내의 범위로부터 시작되고, 폭은 적어도 상기 용접홈의 깊이보다 넓게 형성된 구조로 할 수 있다.

상기 급랭방지홈의 단면 형상은, 상기 용접홈에 가까운 쪽 단면은 상기 기어수직면에 수직한 직선부분을 구비하고, 상기 용접홈에서 먼 쪽 단면은 상기 기어수직면으로부터 상기 용접홈 쪽으로 경사진 직선부분을 구비하며, 상기 수직한 직선부분과 경사진 직선부분은 서로 원호로 연결된 구조로 할 수 있다.

상기 링기어의 기어결합면에는 상기 디퍼렌셜케이스의 스토퍼단의 모서리에 대향하는 부분에 노치홈이 함몰되게 더 형성된 구조로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 디퍼렌셜 구조는

디퍼렌셜케이스의 회전축을 중심으로 하여, 상기 디퍼렌셜케이스에 원주면을 이루어 형성된 케이스좌면과;

상기 케이스좌면을 타고 직선 슬라이딩하여 삽입되는 링기어의 삽입 깊이를 제한하도록 상기 케이스좌면에서 반경방향으로 돌출되게 형성된 스토퍼단과;

상기 케이스좌면에 밀착하도록 상기 링기어의 내주면에 형성된 기어안착면과;

상기 스토퍼단에 접촉하여 상기 링기어의 삽입이 제한되도록 상기 기어안착 면에 수직한 방향으로 형성된 기어결합면과;

서로 마주하는 상기 스토퍼단과 기어결합면 사이에 형성된 용접홈;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 용접홈을 형성하는 상기 스토퍼단과 기어결합면의 상기 용접홈 외측 표면은 디퍼렌셜케이스의 회전축을 중심으로 서로 동일한 반경의 원주면을 이루는 케이스원주면과 기어원주면으로 이루어지고;

상기 기어원주면이 형성됨에 의해 상기 링기어로부터 상기 기어원주면이 돌출된 높이는 적어도 상기 용접홈의 깊이 이상의 높이가 되도록 구성할 수 있다.

상기 용접홈을 형성하는 상기 스토퍼단과 기어결합면에는 상기 용접홈보다 깊은 위치에 서로 어긋나게 함몰된 노치홈이 각각 형성된 구조로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 디퍼렌셜은 상기 디퍼렌셜 구조의 용접홈에 용접을 하여 상기 링기어와 디퍼렌셜케이스가 일체화된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 링기어와 디퍼렌셜케이스의 결합을 위해 다수의 볼트와 너트를 사용하지 않아 디퍼렌셜의 중량이 불필요하게 증가되는 것을 방지하며, 다수의 볼트와 너트를 조립하기 위한 번거로운 조립작업을 배제할 수 있도록 하면서도 안정된 제품 품질의 확보가 가능하고 생산성이 향상되도록 한다.

도 1을 참조하면 본 발명 디퍼렌셜 구조는 디퍼렌셜케이스(1)의 회전축을 중심으로 하여, 상기 디퍼렌셜케이스(1)에 원주면을 이루어 형성된 케이스좌면(3)과; 상기 케이스좌면(3)을 타고 직선 슬라이딩하여 삽입되는 링기어(5)의 삽입 깊이를 제한하도록 상기 케이스좌면(3)에서 반경방향으로 돌출되게 형성된 스토퍼단(7)과; 상기 케이스좌면(3)에 밀착하도록 상기 링기어(5)의 내주면에 형성된 기어안착면(9)과; 상기 스토퍼단(7)이 삽입되도록 상기 링기어(5)의 내주면에 형성된 기어결합면(11)과; 서로 마주하는 상기 스토퍼단(7)과 기어결합면(11) 사이에 형성된 용접홈(13)을 포함하여 구성된다.

즉, 디퍼렌셜케이스(1)에 대하여 상기 링기어(5)를 상기 디퍼렌셜케이스(1)의 회전축 방향으로 일측으로부터 직선 슬라이딩하여 삽입한 후, 상기 스토퍼단(7)에 의해 그 삽입이 제한된 상태에서, 상기 용접홈(13)에 용접을 실시하여 상기 디퍼렌셜케이스(1)와 링기어(5)의 결합을 완료하도록 하는 것이다.

여기서, 상기 디퍼렌셜케이스(1)와 링기어(5)의 용접은 전자빔 용접이나 레이저 용접과 같은 고밀도 에너지 용접에 의해 이루어진다.

상기와 같이 상기 스토퍼단(7)은 조립시에 상기 링기어(5)를 디퍼렌셜케이스(1)에 결합하여 용접하기 위한 기준을 제공하기도 하지만, 실질적으로 더 중요한 기능은 상기 링기어(5)의 축방향으로 작용하는 하중을 상기 스토퍼단(7)을 통하여 상기 디퍼렌셜케이스(1)가 흡수함으로써, 상기 용접부에 하중이 작용하는 것을 방지함으로써, 상기 용접부의 용접상태를 보호하도록 하는 기능이다.

상기 용접홈(13)을 형성하는 상기 스토퍼단(7)과 기어결합면(11)의 상기 용접홈(13) 외측 표면은 디퍼렌셜케이스(1)의 회전축에 수직하게 서로 단일평면을 이루는 케이스수직면(15)과 기어수직면(17)으로 이루어진다.

상기 링기어(5)에는 상기 기어수직면(17)으로부터 적어도 상기 용접홈(13)의 깊이 이상의 함몰깊이로 함몰되는 단차부(19)가 형성되며, 상기 단차부(19)는 상기 기어수직면(17)에서 상기 용접홈(13)으로부터 상기 단차부(19)의 함몰깊이에 해당하는 거리 이내의 범위로부터 시작되어 상기 링기어(5)의 반경방향을 따라 확장된 평면으로 이루어진 구조이다.

상기와 같이 형성된 단차부(19)는 상기 용접부의 용접후 급랭을 방지하여 잔류응력이 최소화되고, 용접비드 조직이 취성화되지 않으며 변형이 저감되어 용접품질 및 디퍼렌셜 전체의 제품 품질을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 링기어(5)의 기어결합면(11)에는 상기 디퍼렌셜케이스(1)의 스토퍼단(7)의 모서리에 대향하는 부분에 노치홈(21)이 함몰되게 형성되어, 용접후 응력이 집중되지 않고 분산되도록 하는 역할을 하게 된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상기 용접홈(13)을 형성하는 상기 스토퍼단(7)과 기어결합면(11)의 상기 용접홈(13) 외측 표면이 디퍼렌셜케이스(1)의 회전축에 수직하게 서로 단일평면을 이루는 케이스수직면(15)과 기어수직면(17)으로 이루어진 점은 상기 실시예와 동일하지만, 상기 링기어(5)의 기어수직면(17)에는 적어도 상기 용접홈(13)의 깊이보다 깊은 급랭방지홈(23)이 링을 이루어 형성된 점이 다르다.

본 실시예에서도 조립시에 상기 스토퍼단(7)이 상기 링기어(5)가 상기 디퍼렌셜케이스(1)에 삽입되어 용접되기 위한 기준을 제공하도록 함은 물론, 상기 링기어(5)로 작용하는 하중을 상기 디퍼렌셜케이스(1)에서 지탱하도록 하여, 상기 용접부에 지나친 하중이 걸리지 않도록 하는 역할을 한다.

상기 급랭방지홈(23)은 상기 기어수직면(17)에서 상기 용접홈(13)으로부터 상기 급랭방지홈(23)의 깊이에 해당하는 거리 이내의 범위로부터 시작되고, 폭은 적어도 상기 용접홈(13)의 깊이보다 넓게 형성된 구조이다.

본 실시예에서, 상기 급랭방지홈(23)의 단면 형상은, 상기 용접홈(13)에 가까운 쪽 단면은 상기 기어수직면(17)에 수직한 직선부분(a)을 구비하고, 상기 용접홈(13)에서 먼 쪽 단면은 상기 기어수직면(17)으로부터 상기 용접홈(13) 쪽으로 경사진 직선부분(b)을 구비하며, 상기 수직한 직선부분(a)과 경사진 직선부분(b)은 서로 원호(c)로 연결된 구조가 되도록 하였다.

상기 급랭방지홈(23)도 상기 실시예에서의 단차부(19)와 같이 상기 용접부의 용접후 급랭을 방지하여 잔류응력을 최소화하고, 용접비드 조직이 취성화되지 않도록 하며 변형이 저감되도록 하여 용접품질을 향상시키도록 하는 역할을 한다.

상기 링기어(5)의 기어결합면(11)에는 상기 디퍼렌셜케이스(1)의 스토퍼단(7)의 모서리에 대향하는 부분에 노치홈(21)이 함몰되게 형성되어, 용접후 응력이 분산되도록 한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 디퍼렌셜케이스(1)의 회전축을 중심으로 하여, 상기 디퍼렌셜케이스(1)에 원주면을 이루어 형성된 케이스좌면(3)과; 상기 케이스좌면(3)을 타고 직선 슬라이딩하여 삽입되는 링기어(5)의 삽입 깊이를 제한하도록 상기 케이스좌면(3)에서 반경방향으로 돌출되게 형성된 스토퍼단(7)과; 상기 케이스좌면(3)에 밀착하도록 상기 링기어(5)의 내주면에 형성된 기어안착면(9)과; 상기 스토퍼단(7)에 접촉하여 상기 링기어(5)의 삽입이 제한되도 록 상기 기어안착면(9)에 수직한 방향으로 형성된 기어결합면(11)과; 서로 마주하는 상기 스토퍼단(7)과 기어결합면(11) 사이에 형성된 용접홈(13)을 포함하여 구성된다.

본 실시예에서도 조립시에 상기 스토퍼단(7)이 상기 링기어(5)가 상기 디퍼렌셜케이스(1)에 삽입되어 용접되기 위한 기준을 제공하도록 함은 물론, 상기 링기어(5)로 작용하는 하중을 상기 디퍼렌셜케이스(1)에서 지탱하도록 하여, 상기 용접부에 지나친 하중이 걸리지 않도록 하는 역할을 한다.

상기 용접홈(13)을 형성하는 상기 스토퍼단(7)과 기어결합면(11)의 상기 용접홈(13) 외측 표면은 디퍼렌셜케이스(1)의 회전축을 중심으로 서로 동일한 반경의 원주면을 이루는 케이스원주면(25)과 기어원주면(27)으로 이루어지고, 상기 기어원주면(27)이 형성됨에 의해 상기 링기어(5)로부터 상기 기어원주면(27)이 돌출된 높이는 적어도 상기 용접홈(13)의 깊이 이상의 높이이다.

상기와 같은 기어결합면(11)이 돌출된 형상은 결과적으로는 상기 첫 번째 실시예와 마찬가지로, 상기 기어결합면(11)에 대하여 나머지 링기어(5)의 일측면이 단차부(19)를 이루는 것과 같은 효과를 가져오도록 하는 것으로서, 상기 용접부의 급랭을 방지하도록 하여 잔류응력 발생을 억제하고, 용접비드 조직이 취성화되지 않도록 하며 변형이 저감되어 용접품질을 향상시키도록 하기 위한 것이다.

상기 용접홈(13)을 형성하는 상기 스토퍼단(7)과 기어결합면(11)에는 상기 용접홈(13)보다 깊은 위치에 서로 어긋나게 함몰된 노치홈(21)이 각각 형성되어 용접후 응력 집중을 방지하고 응력을 분산되도록 하는 역할을 한다.

참고로, 도 4와 도 5는 상기한 본 발명 실시예들에 적용된 단차부와 급랭방지홈에 의한 냉각속도 저하의 효과를 입증하는 시험 데이터가 표시되어 있다.

즉, 도 4에서 맞대기 구조와 구조 1은 본원과 비교되는 종래의 일반적인 용접 구조이고, 구조 2와 구조 3은 본 발명의 급랭방지홈과 단차부가 각각 적용된 용접구조로서, A로 표시된 부분이 950도에서 55도로 냉각되는 데에 소요되는 시간이 13초와 14초로서 상기 종래의 맞대기 구조와 구조 1에 비해 상대적으로 길어서 급랭이 방지됨을 알 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 급랭이 방지됨에 도 5에 표현된 바와 같이, 상기 디퍼렌셜케이스의 용접비드 옆부분인 케이스 열영향부의 표면 경도의 비교에 있어서, 상기 구조 2와 구조 3이 종래의 맞대기 구조와 구조 1에 비해 낮은 상태를 유지하게 됨으로써, 용접부분의 취성화가 저감 내지는 방지되어 보다 우수한 용접품질을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 디퍼렌셜 구조의 실시예를 설명한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 디퍼렌셜 구조의 다른 실시예를 설명한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 디퍼렌셜 구조의 또 다른 실시예를 설명한 도면,

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 디퍼렌셜 구조의 효과를 입증하는 시험 결과를 도표화 한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 디퍼렌셜케이스 3; 케이스좌면

5; 링기어 7; 스토퍼단

9; 기어안착면 11; 기어결합면

13; 용접홈 15; 케이스수직면

17; 기어수직면 19; 단차부

21; 노치홈 23; 급랭방지홈

25; 케이스원주면 27; 기어원주면

Claims (10)

1. 디퍼렌셜케이스의 회전축을 중심으로 하여, 상기 디퍼렌셜케이스에 원주면을 이루어 형성된 케이스좌면과;

   상기 케이스좌면을 타고 직선 슬라이딩하여 삽입되는 링기어의 삽입 깊이를 제한하도록 상기 케이스좌면에서 반경방향으로 돌출되게 형성된 스토퍼단과;

   상기 케이스좌면에 밀착하도록 상기 링기어의 내주면에 형성된 기어안착면과;

   상기 스토퍼단이 삽입되도록 상기 링기어의 내주면에 형성된 기어결합면과;

   서로 마주하는 상기 스토퍼단과 기어결합면 사이에 형성된 용접홈;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 용접홈을 형성하는 상기 스토퍼단과 기어결합면의 상기 용접홈 외측 표면은 디퍼렌셜케이스의 회전축에 수직하게 서로 단일평면을 이루는 케이스수직면과 기어수직면으로 이루어지고;

   상기 링기어에는 상기 기어수직면으로부터 적어도 상기 용접홈의 깊이 이상의 함몰깊이로 함몰되는 단차부가 형성되며;

   상기 단차부는 상기 기어수직면에서 상기 용접홈으로부터 상기 단차부의 함몰깊이에 해당하는 거리 이내의 범위로부터 시작되어 상기 링기어의 반경방향을 따 라 확장된 평면으로 이루어진 것

   을 특징으로 하는 디퍼렌셜 구조.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 용접홈을 형성하는 상기 스토퍼단과 기어결합면의 상기 용접홈 외측 표면은 디퍼렌셜케이스의 회전축에 수직하게 서로 단일평면을 이루는 케이스수직면과 기어수직면으로 이루어지고;

   상기 링기어의 기어수직면에는 적어도 상기 용접홈의 깊이보다 깊은 급랭방지홈이 링을 이루어 형성되며;

   상기 급랭방지홈은 상기 기어수직면에서 상기 용접홈으로부터 상기 급랭방지홈의 깊이에 해당하는 거리 이내의 범위로부터 시작되고, 폭은 적어도 상기 용접홈의 깊이보다 넓게 형성된 것

   을 특징으로 하는 디퍼렌셜 구조.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 급랭방지홈의 단면 형상은, 상기 용접홈에 가까운 쪽 단면은 상기 기어수직면에 수직한 직선부분을 구비하고, 상기 용접홈에서 먼 쪽 단면은 상기 기어수직면으로부터 상기 용접홈 쪽으로 경사진 직선부분을 구비하며, 상기 수직한 직선부분과 경사진 직선부분은 서로 원호로 연결된 구조인 것

   을 특징으로 하는 디퍼렌셜 구조.
5. 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 링기어의 기어결합면에는 상기 디퍼렌셜케이스의 스토퍼단의 모서리에 대향하는 부분에 노치홈이 함몰되게 더 형성된 것

   을 특징으로 하는 디퍼렌셜 구조.
6. 디퍼렌셜케이스의 회전축을 중심으로 하여, 상기 디퍼렌셜케이스에 원주면을 이루어 형성된 케이스좌면과;

   상기 케이스좌면을 타고 직선 슬라이딩하여 삽입되는 링기어의 삽입 깊이를 제한하도록 상기 케이스좌면에서 반경방향으로 돌출되게 형성된 스토퍼단과;

   상기 케이스좌면에 밀착하도록 상기 링기어의 내주면에 형성된 기어안착면과;

   상기 스토퍼단에 접촉하여 상기 링기어의 삽입이 제한되도록 상기 기어안착면에 수직한 방향으로 형성된 기어결합면과;

   서로 마주하는 상기 스토퍼단과 기어결합면 사이에 형성된 용접홈;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜 구조.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 용접홈을 형성하는 상기 스토퍼단과 기어결합면의 상기 용접홈 외측 표면은 디퍼렌셜케이스의 회전축을 중심으로 서로 동일한 반경의 원주면을 이루는 케이스원주면과 기어원주면으로 이루어지고;

   상기 기어원주면이 형성됨에 의해 상기 링기어로부터 상기 기어원주면이 돌출된 높이는 적어도 상기 용접홈의 깊이 이상의 높이인 것

   을 특징으로 하는 디퍼렌셜 구조.
8. 청구항 6 또는 7에 있어서,

   상기 용접홈을 형성하는 상기 스토퍼단과 기어결합면에는 상기 용접홈보다 깊은 위치에 서로 어긋나게 함몰된 노치홈이 각각 형성된 것

   을 특징으로 하는 디퍼렌셜 구조.
9. 청구항 5항의 디퍼렌셜 구조의 용접홈에 용접을 하여 상기 링기어와 디퍼렌셜케이스가 일체화된 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜.
10. 청구항 8항의 디퍼렌셜 구조의 용접홈에 용접을 하여 상기 링기어와 디퍼렌셜케이스가 일체화된 것을 특징으로 하는 디퍼렌셜.

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