KR20120053002A - 개선된 토크 용량과 토크 밀도를 가지는 차동장치 - Google Patents

개선된 토크 용량과 토크 밀도를 가지는 차동장치 Download PDF

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Abstract

차동잠금장치(10)는 하우징(12)과 내측으로 향하는 면(62)을 보이는 한 쌍의 클러치부재(40)를 포함하는 차동 매카니즘(38)을 포함한다. 각 면은 서로에 대해 이격 관계로 배치되는 홈(64)을 포함한다. 십자핀(66)이 홈(64)에 수용되고 또한 하우징(12)과 회전을 위해 작동적으로 연결된다. 클러치부재(40)들은 하우징(12) 내에서 축방향으로 이동가능하여, 클러치부재들은 한 쌍의 액슬 하프 샤프트(30, 32)에 연결된 각 클러치부재들을 맞물리게 할 수 있다. 클러치부재 내 홈(64)들 각각은 선 결정된 제1곡률반경(RG)을 규정한다. 십자핀(66)은 제2곡률반경(RP)을 규정하는 바, 홈(64)의 제1곡률반경은 십자핀(66)의 제2곡률반경보다 커서, 십자핀(66)과 홈(64) 간의 접촉은 십자핀(66)의 축을 따라 연장하는 선을 규정한다.

Description

개선된 토크 용량과 토크 밀도를 가지는 차동장치{DIFFERENTIAL HAVING IMPROVED TORQUE CAPACITY AND TORQUE DENSITY}
본 발명은 자동차용 차동잠금장치에 관한 것으로서, 특히 주어진 크기의 차동장치에 대해 향상된 토크 용량과 밀도를 제공하게 되는 차동잠금장치의 특징들에 관한 것이다.
본 발명이 의도하는 유형의 차동잠금장치는 구동렬(drive train)의 일부로 채용되고 또한 하우징 내에서 회전을 위해 지지되는 한 쌍의 클러치부재들을 포함한다. 한 쌍의 사이드 기어들이 회전을 위해 대응하는 액슬 하프 샤프트(axle half shaft)에 대해 스플라인된다(splined). 클러치부재들과 사이드 기어들 사이에 클러치 매카니즘이 설치된다. 하우징과 회전을 위해 십자핀(cross pin)이 작동적으로 설치되고 또한 클러치부재들의 내측으로 향하는 표면들 상에 형성된 한 쌍의 대향하는 홈들에 수용된다. 한 타이어가 미끄러운 표면 상에 지지될 때와 같은, 액슬 하프 샤프트들 간에 과도한 차동회전의 경우에, 십자핀은 클러치 매카니즘을 결합하도록 관련 클러치부재에 작용하여, 액슬 하프 샤프트 쌍을 함께 결합시킨다.
이러한 유형의 차동잠금장치는 그들이 의도한 목적을 위해 작동하지만, 소정의 단점이 있다. 특히, 차동장치의 부품들의 크기는 종종, 부품에 의해 전송될 수 있는 토크의 양에 의해 좌우된다. 높은 토크 필요성은 전형적으로 크고, 보다 강한 십자핀과, 클러치부재 등과 같은 부품들을 필요로 한다. 이러한 디자인 제약은 궁극적으로, 소정의 응용에서 필요한 주어진 토크 용량과 토크 밀도량에 대해 차동장치의 단가를 상승시킨다.
따라서, 관련 부품들의 크기를 증가시킬 필요가 없어서, 차동장치의 비용을 줄이기 위하여 그 토크 용량과 밀도를 증가시키도록 설계되는 차동잠금장치가 기술분야에서 필요하다.
본 발명은 하우징과 그리고 하우징에 지지되는 차동 매카니즘을 포함하는 자동차용 차동잠금장치의 단점을 극복하는 것이다.
상기 차동 매카니즘은 서로에 대해 이격된 축관계(spaced axial relationship)로 배치되고 또한 하우징과 회전을 위해 작동적으로 지지되는 한 쌍의 클러치부재들을 포함한다. 한 쌍의 사이드기어는 대응하는 쌍의 액슬 하프 샤프트(axle half shaft)들과 회전을 하기에 작동적으로 적합하다. 한 쌍의 클러치 매카니즘이 대응하는 상의 클러치부재들과 사이드기어들 사이에 작동적으로 배치된다. 클러치부재들은 하우징 내에서 축방향으로 이동가능하여, 액슬 하프 샤프트들 간에 규정된 양의 차동 움직임의 경우에 각 클러치 매카니즘을 맞물리게 하여 액슬 하프 샤프트들을 결합한다. 클러치부재 쌍 각각은 내측 방향으로 향하는 면을 나타낸다. 각 면은 서로에 대해 면하는 관계로 배치되는 홈을 포함한다. 십자핀(cross pin)이 상기 홈들 내에 수용되고 또한 하우징과 회전을 위해 작동적으로 연결된다. 홈들 각각은 선 결정된 제1곡률반경을 규정한다. 십자핀은 제2곡률반경을 규정하는데, 선 결정된 홈의 제1곡률반경은 선 결정된 십자핀의 제2곡률반경보다 크다. 십자핀과 홈 간의 이 연관성은, 십자핀과 홈 간의 접촉이 십자핀의 축을 따라 연장하는 선을 규정하는 것에 영향을 준다.
차량이 직선으로 도로를 주행하는 것과 같이, 액슬 하프 샤프트들 간에 정상적인, 비-차동 운동 동안에, 모든 부품들이 함께 회전하기 때문에, 십자핀과 클러치부재들 간에 토크는 전달하기에 선 접촉이 보다 충분하다. 그러나, 액슬 하프 샤트들 중 하나 또는 다른 하나와 이와 관련된 사이드기어간에 차동 운동의 경우에, 십자핀은 홈에 대해 이동하여, 대향하는 쌍의 작업 표면들과 맞물린다. 홈의 곡률반경을 십자핀의 곡률반경보다 크게 하는 것은, 상기 차동 운동의 시작시에 클러치부재들의 작업 표면들로 십자핀의 이동에서 저항을 작게 만든다. 따라서, 십자핀과 홈 간의 특정 연관성은, 차동의 순간에 생성되는 충격을 줄인다. 이는, 차동장치의 동작을 부드럽게 만들고 또한 십자핀과 클러치부재들의 홈 간에 마모를 감소시키게 된다.
본 발명의 따른 차동장치에서, 십자핀과 홈 간의 특정 연관성은, 상기 차동 순간에 발생되는 충격을 줄이고, 이는 차동장치의 동작을 보다 부드럽게 하고 또한 십자핀과 클러치부재들의 홈 간에 마모를 줄이는 효과가 있다.
도 1은 구동렬의 구동축과, 피니언기어와 링기어를 파선으로 도시하는 차동잠금장치의 측단면도.
도 2는 클러치부재들에 관해 십자핀의 배치를 도시하는 차동잠금장치의 측단면도.
도 3은 본 발명의 차동 매카니즘의 분해도.
도 4는 본 발명의 클러치부재의 사시도.
도 5는 관련 기술분야에서 공지된 클러치부재들의 홈과 십자핀 간의 연관성을 도시하는 종단면도.
도 6은 본 발명의 관련 십자핀의 곡률반경보다 큰 곡률반경을 가지는 클러치부재를 도시하는 종단면도.
본 발명의 다른 목적들과, 특징들과 장점들은, 첨부도면과 함께 이루어지는 다음의 상세한 설명을 숙지한 후 훨씬 더 잘 이해할 수 있기 때문에 쉽게 인지할 수 있을 것이다.
본 발명의 의도하는 유형의 차동잠금장치의 한 실시예가 도 1 내지 2에서 참조번호 10으로 표시된다. 차동잠금장치(10)는 차량에 추진력을 제공하는데 사용되는 엔진을 가지는 소정수의 차량을 위한 구동렬의 일부로서 채용되도록 설계된다. 그러므로, 차동장치(10)는 참조번호 12로 표시하는 하우징을 포함한다. 하우징은 구동축(18)에 고정되는 피니언기어(16)와 맞물림 관계로 구동되도록 설계되는 링기어(14)를 지지할 수 있다. 링기어(14)와, 피니언(16)과 구동축(18)들은 도 1에서 파선으로 도시되어 있다. 하우징(12)은 본체(20)와 그리고 볼트(26) 또는 다른 적절한 고정 매카니즘을 통해 한 쌍의 정합하는 환형 플랜지부(24A 및 24B)에서 본체(20)에 고정적으로 설치되는 캡(22)으로 구성된다. 링기어(14)는 또한 잠금장치(fastener)(26)를 통해 정합하는 플랜지(24A 및 24B)에서 하우징(12)에 설치될 수 있다. 본 기술분야의 당업자라면, 하우징은 관련 기술분야에서 공지된 소정의 통상적인 구조로 규정될 수 있고 또한 본 발명은 본체와 캡부에 의해 규정되는 하우징에 국한되지 않는다는 것을 상세한 설명으로부터 인지하게 될 것이다. 비슷하게, 하우징(12)은 기술분야에서 공지된 통상적인 소정의 구동 매카니즘에 의해 구동될 수 있고 또한 본 발명은 링기어, 피니언 및 구동축을 통해 구동되는 하우징에 국한되지 않는다.
본체(20)는 한 쌍의 액슬 하프 샤프트(30, 32)들 중 하나(30)를 지지하는 허브(28)를 규정한다. 비슷하게, 캡(22)은 한 쌍의 액슬 하프 샤프트들 중 다른 하나(32)를 지지하는 대양하는 허브(34)를 규정한다. 하우징(12)의 본체(20)와 캡(22)은 함께 협동하여 공동(36)을 규정한다. 참조번호 38로 표시하는 차동 매카니즘은 하우징(12)에 의해 규정되는 공동(36) 내에서 지지된다. 차동 매카니즘(38)은 또한 도 3의 분해도에 도시되어 있고 또한 서로에 대해 이격된 축 관계로 배치되는 한 쌍의 클러치 매카니즘(40)을 포함한다. 클러치 매카니즘(40)들은 하우징(12)과 회전을 위해 작동적으로 지지된다. 한 쌍의 사이드기어(42, 44)는 한 쌍의 액슬 하프 샤프트(30, 32)들 중 대응하는 하나와 회전을 위해 작동적으로 적합하게 된다. 이를 위하여, 사이드기어(42, 44)들은 액슬 하프 샤프트(30, 32들 상에 규정되는 대응하는 스플라인에 정합되게 수용되는, 그 내측 원주 상에 스플라인(46)을 규정한다. 참조번호 48과 50으로 표시하는 한 쌍의 클러치 매카니즘은 각 대응한 쌍의 클러치부재(40)와 사이드기어(40, 42)들 사이에 작동적으로 배치된다. 이를 위하여, 사이드기어(42, 44)들은 그 외측 원주에 스플라인(52)을 포함한다. 클러치 매카니즘(48, 50)은 사이드기어(42, 44)의 외측 원주에 협동적으로 스플라인되고 또한 이와 함께 회전가능하게 되는 다수의 마찰 디스크(54)들을 포함한다. 비슷하게, 각 클러치부재 쌍(40)은 그의 외측 원주에 형성되는 다수의 스플라인(56)을 포함한다. 일련의 플레이트(58)들이 클러치부재(40)들의 스플라인된 내측 원주 상에 작동적으로 지지되고 또한 사이드기어(42, 44) 상에 지지되는 다수의 마찰 디스크(54) 사이에 끼워진다. 아래에서 보다 상세하게 기술하게 되는 바와 같이 액슬 하프 샤프트들 사이에서 규정된 양의 차동 이동의 경우에, 클러치부재 쌍(40)은 하우징(12) 내에서 축방향으로 가능하여 각 클러치 매카니즘(48, 50)와 결합하여 클러치 매카니즘을 그들의 관련 액슬 하프 샤프트(30, 32)와 결합하도록 한다. 본 발명이 생각하는 유형의 차동잠금장치의 한 실시예는 또한 클러치부재(40)들 사이에 배치되고 또한 포켓(61) 내에 수용되어 클러치부재(40)들을 서로로부터 떨어지게 밀치는 다수의 바이어싱부재(60)를 채용할 수 있다.
각 클러치부재 쌍(40)은 서로에 대해 이격된 축 관계로 배치되는, 내측으로 향하는 면(62)들을 나타내고 있다. 도 3, 4 및 6에 잘 도시되어 있듯이, 클러치부재 쌍(40)의 내측으로 향하는 면(62)들 각각은 서로에 관해 직면하는 관계로 배치되는 홈(64)을 포함한다. 십자핀(66)이 홈(64)들 내에 수용되어, 하우징(12)과 회전을 의해 작동적으로 연결된다. 이를 위하여, 차동장치(10)는 하우징(12)의 본체(20)의 내측 원주에 스플라인되는 관형 설치 슬리브(tubular mounting sleeve)를 포함할 수 있다(도 2). 이를 위해 십자핀(66)이 슬리브(68) 내에 형성되는 대응하는 개구(70)에서 관형 슬리브에 고정될 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 당업자라면, 십자핀(6)은 소정의 적절한 방식으로 하우징(12)과 회전을 위해 작동적으로 설치될 수 있다는 것을 여기에서 주어진 상세한 설명으로부터 이해하게 될 것이다.
도 6에 잘 도시되어 있듯이, 홈(64)들 각각은 제1곡률반경(RG)을 가지는 아크와 그리고 홈(64)들의 각 측면에서부터 서로에 대해 수평으로 연장하는 한 쌍의 작업 표면(74)을 규정한다. 이외에도, 한 실시예에서, 작업 표면들은 서로에 대해 둔간(θ)으로 연장한다. 다른 한편으로, 십자핀(66)은 제2곡률반경(RP)을 규정하다. 그 작동모드에서, 아래에서 세부적으로 설명하는 바와 같이 십자핀(66)은 작업 표면(74)들과 맞물려 클러치부재(40)들을 축방향 외측으로 구동시켜 클러치 매카니즘(48, 50)들을 맞물리게 하고, 이에 의해 액슬 하프 샤프트(30, 32)들을 함께 결합시킨다.
상세히 설명하면, 상기에서 설명한 유형의 차동잠금장치(10)는, 차동잠금장치가 설치되는 액슬 하프 샤프트(30, 32)들 간에 소정량의 슬립 제한(limited slip)이 이루어지도록 한다. 그러나, 자동차에서, 타이어들 중 하나가 튼튼하게 지지되고 그리고 다른 하나가 미끄러지면(한 타이어가 포장도로에 있고, 다른 하나가 얼음과 같은 미끄러운 표면 위에 지지되는 때), 차동장치는 미끄러지는 타이어에서 튼튼히 지지되는 타이어로 토크를 전달하도록 작동한다. 이는, 십자핀(66)이 홈(64)의 중심선(CL)의 양단부에 배치되는 홈(64)의 작업 표면(74)들과 맞물려 관련 클러치부재(40)를 이동시켜 관련 클러치 매카니즘(48, 50)과 결합하도록 하여 회전하는 타이어의 액슬 하프 샤프트(30, 32)를 튼튼하게 지지되는 다른 샤프트에 결합시킬 때 발생한다. 이 방식에서, 회전하는 타이어에서 튼튼히 지지되는 타이어로 토크가 전달되어, 타이어들 중 하나가 미끄러진다 하더라도 차량이 구동될 수 있도록 해준다. 이 작동 실시예에서 십자핀(66)에 의해 맞물히는 대향하는 작업 표면(74)들은 홈(64)을 양분하는 중심선(CL)의 양단부에 배치된다(도 4).
액슬 하프 샤프트(30, 32)들 간에 차동 이동이 없으면, 도 6에 도시한 바와 같이 십자핀(66)은 클러치부재(40)의 홈(64) 내에 위치하게 된다. 이는, 도 5에서 설명한 바와 같이 관련 기술분야에서 전형적으로 채용되는 차동 매카니즘들과 비교된다. 홈(G)의 바닥은 실질적으로 십자핀(P)과 동일한 곡률반경을 가진다. 이러한 배치에서, 십자핀과 클러치부재(C)의 홈은 서로 간에 표면 접촉을 확립한다. 그러나, 차동장치의 모든 부품들이 함께 회전하면, 홈(G)과 클러치부재(C) 간의 소정의 표면 접촉의 중요성이 무관해지는데, 이는 부품들 간에 차동이 없기 때문이다. 그러나, 도 6에서 도시되고 또한 관련 기술분야에서 전형적으로 채용되는 유형의 표면 접촉은, 차동 이동이 필요할 때 클러치부재(C)에 대한 십자핀(P)의 이동에 저항한다. 이동에 대한 이 저항은 충격력을 생성하고 또한 부품들 가에 마모를 증가시킨다.
다른 한편 상기에서 설명하였듯이, 본 발명은 선 결정된 제1곡률반경(RG)을 규정하느 홈(64)과 제2곡률반경(RP)을 규정하는 십자핀(66)을 가지는 한 쌍의 클러치부재(40)를 포함한다. 홈(64)의 선 결정된 제1곡률반경(RG)은 십자핀(66)의 선 결정된 제2곡률반경(RP)보다 크다. 그러므로, 십자핀(66)과 홈(64) 간의 접촉은 십자핀(66)의 축을 따라 연장하는 선을 규정한다.
차량이 직선으로 도로를 주행하는 것과 같이, 액슬 하프 샤프트들 간에 정상적인, 비-차동 이동 동안에, 모든 부품들이 함께 회전하기 때문에 십자핀(66)과 클러치부재(40) 간에 토크를 전달하기 위해 선 접촉이 충분하다. 그러나, 액슬 하프 샤프트(30, 32)들 중 하나 또는 다른 하나와, 이와 관련된 사이드기어(42, 44)들 간에 차동 이동의 경우에, 십자핀(66)은 홈(64)에 대해 이동하여 대응하는 쌍의 작업 표면(74)들과 맞물린다. 십자핀(66)보다 큰 곡률반경(RG)을 가지는 홈(64)은, 차동 이동의 시작시에 클러치부재(40)의 작업 표면(74)들로 십자핀(66)의 이동에 보다 적은 저항을 제공한다. 따라서, 십자핀(66)과 홈(64) 간의 특정 연관성은, 상기 차동 순간에 발생되는 충격을 줄인다. 이는 차동장치의 동작을 보다 부드럽게 하고 또한 십자핀과 클러치부재들의 홈 간에 마모를 줄인다.
본 발명을 상기 상세한 설명에서 상세히 기술하였고, 또한 상세한 설명의 정독과 이해를 통해 본 발명의 다양한 대안들과 수정안들이 본 기술분야의 당업자에게 자명하게 될 것이다. 이러한 대안들과 수정한들은, 첨부된 청구항의 범위 내에 들어가는 한은 본 발명에 포함되는 것으로 이해해야 한다.

Claims (5)

  1. 하우징(12)과 상기 하우징(12) 내에서 지지되는 차동 매카니즘(38)을 포함하되, 상기 차동 매카니즘(38)은 서로에 대해 이격된 축 관계로 배치되고 또한 상기 하우징(12)과 회전을 위해 작동적으로 지지되는 한 쌍의 클러치부재(40)을 포함하고;
    대응하는 쌍의 액슬 하프 샤프트(30, 32)들과 회전을 위해 작동적으로 적합한 한 쌍의 사이드기어(42, 44)와, 각 대응하는 쌍의 클러치부재(40)와 상기 사이드기어(42, 44)들 간에 작동적으로 배치되는 한 쌍의 클러치 매카니즘(48, 50)을 포함하고;
    액슬 하프 샤프트(30, 32)들 간에 규정된 량의 차동 이동의 경우에 상기 쌍의 클러치부재(40)는 상기 하우징(12) 내에서 축방향으로 이동하여 각 클러치 매카니즘(48, 50)과 맞물려 액슬 하프 샤프트(30, 32)들을 함께 결합시키고;
    상기 쌍의 클러치부재(40) 각각은 내측으로 향하는 면(62)을 나타내고, 각 면은 서로에 대해 직면하는 관계로 배치되는 홈(64)들을 포함하고, 그리고 십자핀(66)이 상기 홈(64)들에 수용되어 상기 하우징(12)과 회전을 위해 작동적으로 연결되고;
    상기 홈(64)들 각각은 선 결정된 제1곡률반경(RG)을 규정하고, 상기 십자핀(66)은 제2곡률반경(RP)를 규정하되, 상기 홈(64)의 선 결정된 제1곡률반경(RG)은 상기 십자핀(66)의 선 결정된 제2곡률반경(RP)보다 커서, 상기 십자핀(66)과 상기 홈(64) 간의 접촉이 상기 십자핀(66)의 축을 따라 연장하는 선을 규정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 차동장치(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 홈(64)들 각각은 서로에 대해 수평으로 연장하는 한 쌍의 작업 표면(74)을 포함하고, 상기 홈(66)의 상기 선 결정된 제1곡률반경(RG)은 상기 작업 표면(74) 내로 병합되는 것을 특징으로 하는 차동장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 작업 표면(74)들은 서로에 대해 둔각으로 연장하는 것을 특징으로 하는 차동장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 클러치 매카니즘(48, 50)들 각각은 상기 사이드기어(42, 44)와 회전을 위해 지지되는 다수의 마찰 디스크(54)들과 그리고 상기 클러치부재(40)들 중 대응하는 하나와 회전을 위해 지지되고 또한 상기 다수의 마찰 디스크(54)들 사이에 끼워지는 다수의 플레이트(58)들을 가지는 마찰 클러치부재를 포함하고, 상기 클러치 매카니즘(48, 50)은 압축되도록 작동하여 상기 마찰 디스크(54)와 상기 인접한 플레이트(58)를 맞물리게 하여 상기 클러치부재(40)를 상기 사이드기어(42, 44)들 중 관련된 것에 결합시키는 것을 특징으로 하는 차동장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 홈(64)은 중심선(CL)을 규정하고 또한 상기 십자핀(66)은 상기 십자핀(66)의 양단부에 배치되는 작업 표면(74)들과 맞물리는 것을 특징으로 하는 차동장치.
KR1020127004480A 2009-07-27 2010-07-27 개선된 토크 용량과 토크 밀도를 가지는 차동장치 KR101760960B1 (ko)

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