KR20150089929A - 프리로드 스프링 마모 패드를 갖는 잠금식 차동장치 - Google Patents

프리로드 스프링 마모 패드를 갖는 잠금식 차동장치 Download PDF

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KR20150089929A
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스티븐 제이 코크렌
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이턴 코포레이션
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Abstract

차량용 잠금식 차동장치는 회전식 하우징 및 하우징 내에 지지된 차동 기구를 포함한다. 차동 기구는 한 쌍의 클러치 부재를 포함하고, 각각의 클러치 부재에는 내측으로 지향된 면이 있다. 각각의 면은 다른 면에 대해 이격되는 관계로 배치되는 홈을 포함한다. 크로스 핀은 각각의 홈에 수용되고 하우징과 함께 회전하도록 작동 가능하게 연결된다. 적어도 하나의 편의 부재는 클러치 부재들 사이에 배치되고, 적어도 하나의 마모 패드는 적어도 하나의 편의 부재의 단부에 배치되어 적어도 하나의 편의 부재에 프리로드를 가하는 한편, 적어도 하나의 편의 부재가 클러치 부재들 중 단일의 클러치 부재에 의해서만 영향을 받게 되는 것을 허용한다.

Description

프리로드 스프링 마모 패드를 갖는 잠금식 차동장치{LOCKING DIFFERENTIAL HAVING PRELOAD SPRING WEAR PADS}
관련출원에 대한 상호 참조
본원은 PCT 국제특허출원으로서 2013년 11월 27일에 출원되었으며, 그 개시내용이 전부 여기에 참조로 포함되는 2012년 11월 28일에 출원된 미국특허출원 제 61/730,560 호에 대한 우선권을 주장한다.
본 기술은 일반적으로 차량용 잠금식 차동장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 프리로드 스프링 마모 패드들을 갖는 잠금식 차동장치의 특징들에 관한 것이다.
본 교시에 의해 고려되는 타입의 잠금식 차동장치들은 구동 트레인(drive train)의 일부로서 채용되는 한편, 일반적으로 하우징 내에서 회전할 수 있게 지지된 한 쌍의 클러치 부재를 포함한다. 한 쌍의 사이드 기어(side gear)에는 대응하는 차축 하프 샤프트(axle half shaft)들에 대해 회전할 수 있게 스플라인이 형성된다. 클러치 부재들과 사이드 기어들 사이에는 클러치 기구가 개재된다. 크로스 핀(cross pin)은 하우징과 함께 회전할 수 있게 작동 가능하게 장착되는 한편, 클러치 부재들의 내측으로 지향된 표면들에 형성된 한 쌍의 대향 홈에 수용된다. 코너링(cornering)과 같이, 차축 하프 샤프트들 사이에서 차동 회전을 필요로 하는 경우에는, 더욱 고속의 차축 샤프트가 그 클러치를 오버-러닝 상태(over-running condition)로 진행시키고, 클러치가 파워트레인 토크로부터 분리된다. 주행 지형이 잠금식 차동장치의 오버-러닝 특징을 활성화하기에는 불충분한 견인을 제공하는 경우, 또는 직선으로 주행하고 있는 동안에는, 양 차축 샤프트에 균등하게 토크가 가해진다.
이러한 타입의 잠금식 차동장치들은 일반적으로 그들의 의도한 목적에 맞게 가동하고 있지만, 일부 단점들도 있다. 구체적으로, 내적으로 프리로드가 가해진 잠금식 차동장치들은 통상 압축 스프링들을 이용해서 필요한 슬립 저항(slip resistance)을 클러치 팩(clutch pack)들에 제공하여 크로스 핀 계면에 대한 클러치 부재들의 램핑 효과(ramping effect)를 발휘시킨다. 클러치 부재들 사이에 필요한 상대 운동이 제공되면, 2개의 구성요소 사이에서는 압축 스프링이 "가동"된다. 이러한 운동은 압축 스프링과 클러치 부재들 모두에 "슬라이딩" 마모를 야기한다. 상호작용은 대응하는 캐비티 또는 포켓의 에지들에 대한 압축 스프링의 코일들의 바인딩(binding)을 야기할 수도 있다. 이들 조건은 차동장치가 손상을 받게 되는 경향을 증가시킬 수 있는 계면 내부에 작용하는 의도하지 않은 힘들을 초래하게 된다.
따라서, 클러치 부재들과 압축 스프링들의 상호작용의 제어를 달성해서, 보다 원활한 작동 및 감소된 스프링 바인딩 및 파손을 제공하도록 설계되는 잠금식 차동장치에 대한 필요성이 본 기술분야에는 여전히 존재한다.
본 개시물의 일 양태는 차동장치에서의 프리로드 스프링들의 마모를 줄이기 위한 구조체들에 관한 것이다.
본 개시물의 다른 양태는, 차동장치의 스프링들이 차동장치의 구성요소들 중 하나에 의해서만 규정된 캐비티(예컨대, 개구, 구멍, 통로 등)에 완전히 에워싸인/보유된 상태에서 차동장치의 구성요소들 사이에 프리로드를 작용시키는 힘을 가하는 것을 허용하도록 단부 캡 구조체(즉, 마모 패드)들을 이용하는 차동장치에 관한 것이다.
본 개시물의 또 다른 양태는 회전식 하우징 및 하우징에 지지된 차동 기구를 포함하는 차량용 잠금식 차동장치에 관한 것이다. 차동 기구는 서로에 대해 축방향으로 이격된 관계로 배치되며 하우징과 함께 회전할 수 있게 작동 가능하게 지지되는 한 쌍의 클러치 부재를 포함한다. 한 쌍의 사이드 기어는 대응하는 쌍을 이루는 차축 하프 샤프트들과 함께 회전할 수 있게 작동 가능하게 되어 있다. 한 쌍의 클러치 기구는 각각의 대응하는 쌍을 이루는 클러치 부재들과 사이드 기어들 사이에 작동 가능하게 배치된다. 클러치 부재들은, 차축 하프 샤프트들 사이에서 소정의 양의 차동 움직임이 있을 경우에, 차축 하프 샤프트들을 함께 결합하기 위해 클러치 기구들 각각을 맞물리게 하도록 하우징 내부에서 축방향으로 이동 가능하다. 클러치 부재들 각각에는 내측으로 지향된 면이 있다. 각각의 면은 다른 면에 대해 대면 관계로 배치된 홈을 포함한다. 크로스 핀은 각각의 홈에 수용되고, 하우징과 함께 회전할 수 있게 작동 가능하게 연결된다. 클러치 부재들 사이에는 적어도 하나의 편의 부재가 배치되고, 적어도 하나의 편의 부재의 단부에는, 적어도 하나의 편의 부재에 프리로드를 가하는 한편, 적어도 하나의 편의 부재가 단일의 클러치 부재에 의해서만 영향을 받게 되는 것을 허용하는 적어도 하나의 마모 패드가 배치된다.
본 기술의 일 양태에 있어서는, 압축 스프링들의 단부에 실질적으로 원통형의 "마모 패드들"을 배치하는 것에 의해, 압축 스프링들이 단일의 클러치 부재에 의해서만 영향을 받게 되는 것이 허용된다. "마모 패드"는 "거리 대 길이(length over distance)" 장점을 제공해서 "전단(shear)" 또는 "웨징(wedging)" 영향을 방지하는 압축 스프링의 보어 내부에서 안내된다. 이는 또한 클러치 부재와 크로스 핀 사이의 슬라이딩 계면에서의 의도한 공학적 접촉을 고려한다.
본 기술의 다른 양태들은, 첨부하는 도면들과 관련되어 취해진 하기의 기재를 숙지하면 더욱 잘 이해될 것이기 때문에, 쉽게 인식될 것이다:
도 1은 프리로드 스프링 마모 패드들과, 가상의 구동 트레인의 구동 샤프트, 피니언 기어 및 링 기어를 갖춘 차동 기구를 예시하는 본 기술의 잠금식 차동장치의 측단면도이고;
도 2는 프리로드 스프링 마모 패드들을 갖춘 차동 기구를 예시하는 본 기술의 잠금식 차동장치의 부분 사시도이고;
도 3은 본 기술의 프리로드 스프링 마모 패드 및 스프링 장치의 분해 사시도이고;
도 4는 본 기술의 프리로드 스프링 마모 패드들을 갖춘 차동 기구의 전형적인 다른 예의 부분 사시도이고;
도 5는 본 기술의 프리로드 스프링 마모 패드 및 스프링 장치의 분해 사시도이고;
도 6은 스프링들 및 관련 구조체의 묘사가 생략되어 있는, 도 1의 잠금식 차동장치의 클러치 부재들, 사이드 기어들 및 하나의 클러치 팩을 도시하는 분해도이다.
본 기술에 의해 고려되는 타입의 잠금식 차동장치의 전형적인 일례는 일반적으로 도 1 및 도 2에서 10으로 지시된다. 잠금식 차동장치(10)는 차량, 예컨대 자동차에 원동력을 제공하는데 사용되는 동력 장치를 갖는 많은 차량들의 구동 트레인의 일부로서 채용되도록 설계된다.
도 1은 차동장치(10)를 합체하는 차축 조립체를 예시한다. 차축 조립체는 토크를 원동기(15)(예컨대, 엔진, 모터, 또는 유사한 동력원)로부터 좌측 및 우측 휠(17, 19)에 전달하는데 사용되는 구동 트레인의 일부이다. 차동장치(10)는 차동장치 하우징(12)(즉, 차동 케이스)과, 차동장치 하우징(12) 내부에 위치된 차동 기구(38)(즉, 차동 토크 전달 장치)를 포함한다. 차동장치 하우징(12)은 구동 트레인의 구동 샤프트(18)에 의해 구동되는 구동 기어(16)와 맞물리는 기어(14)(예컨대, 링 기어)를 지지한다. 차동 기구(38)는 토크를 차동장치 하우징(12)으로부터 좌측 및 우측 휠(17, 19)에 각각 대응하는 좌측 및 우측 차축 샤프트(예컨대, 하프 차축 샤프트)(30, 32)에 전달하도록 구성된다.
차동장치(10)는, 차동장치(10)를 보호하는 한편, 차축 하우징(21) 내부의 가동부들을 윤활하기 위한 윤활유(예컨대, 오일)를 내포하는 차축 하우징(21) 내부에 에워싸인다. 차동장치 하우징(12)은 차축 하우징(21)에 대해 회전 축선(A)을 중심으로 회전하도록 장착된다. 일례에 있어서, 차동장치 하우징(12)과 차축 하우징(21) 사이에는, 차동장치 하우징(12)이 차축 하우징(21)에 대해 회전 축선(A)을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있게 하는 베어링들이 제공될 수 있다. 좌측 및 우측 차축 샤프트(30, 32)는 회전 축선(A)을 따라 동축적으로 정렬된다.
특정 예들에 있어서, 차축 조립체는 전지형 만능 차량(all-terrain vehicle), 경 다용적 차량(light utility vehicle), 또는 다른 타입의 차량과 같은 차량에 합체될 수 있다. 차축 조립체의 차동장치(10)는 개별적인 휠 스핀을 방지 또는 억제하는 한편, 진창길, 젖은 포장도로, 흙먼지길 및 빙판길과 같은 다양한 노면상에서의 강화된 견인 성능을 제공하도록 구성된다. 사용시에, 차동장치 하우징(12)을 회전 축선(A)을 중심으로 회전시키는 토크는 차동장치 하우징(12)에 의해 지지된 링 기어(14)와 맞물리는 구동 기어(16)에 의해 제공된다. 차동 기구(38)는 토크를 회전식 차동장치 하우징(12)으로부터 좌측 및 우측 차축 샤프트(30, 32)에 전달해서 좌측 및 우측 휠(17, 19)을 회전 구동시키도록 구성된 좌측 및 우측 클러치(예컨대, 디스크-스타일 클러치들)를 포함한다.
차량이 직진 구동될 경우에는, 차동장치 하우징(12)으로부터의 토크가 좌측 및 우측 차축 샤프트(30, 32)에 균등하게 전달되도록 좌측 및 우측 클러치가 모두 작동된다. 차량이 우측으로 선회할 경우에는, 좌측 클러치는 작동정지되는 반면, 우측 클러치는 작동 상태를 유지한다. 이 상태에서는, 차동 기구(38)가 우측 차축 샤프트(32)를 계속해서 회전 구동시키는 반면, 좌측 차축 샤프트(30)는 우측 차축 샤프트(32)보다 빠른 회전 속도에서의 프리 휠(free wheel)이 허용된다. 차량이 좌측으로 선회할 경우에는, 우측 클러치는 작동정지되는 반면, 좌측 클러치는 작동 상태를 유지한다. 이 상태에서는, 차동 기구(38)가 좌측 차축 샤프트(30)를 계속해서 회전 구동시키는 반면, 우측 차축 샤프트(32)는 좌측 차축 샤프트(30)보다 빠른 회전 속도에서의 프리 휠이 허용된다.
링 기어(14), 피니언 기어(16) 및 구동 샤프트(18)는 도 1에서는 가성선으로 도시된다. 하우징(12)은 제 1 본체(20)와, 볼트들과 같은 파스너(24)들 또는 임의의 다른 적절한 체결 기구에 의해 제 1 본체(20)에 견고하게 장착되는 제 2 본체(22)로 구성될 수 있다. 링 기어(14)도 파스너(26)들에 의해 하우징(12)에 장착될 수 있다. 당업자라면, 하기의 개시내용을 고려하여, 하우징(12)이 관련 기술분야에 잘 알려져 있는 임의의 종래의 구조로 규정될 수 있다는 점 및 본 기술이 규정된 하우징에 한정되는 것은 아니라는 점을 인식할 것이다. 유사하게, 하우징(12)은 관련 기술분야에 잘 알려져 있는 임의의 종래의 구동 기구에 의해 구동될 수 있으며, 본 기술은 링 기어, 피니언 기어, 및 구동 샤프트에 의해 구동되는 하우징에 한정되는 것은 아니다.
제 1 본체(20)는 쌍을 이루는 차축 샤프트들(30, 32) 중 하나의 샤프트(32)를 지지하는 허브(28)를 규정한다. 유사하게, 제 2 본체(22)는 쌍을 이루는 차축 샤프트들(30, 32) 중 다른 하나의 샤프트(30)를 지지하는 대향 허브(34)를 규정한다. 하우징(12)의 제 1 본체(20) 및 제 2 본체(22)가 함께 협동해서 캐비티(36)를 규정한다. 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 잠금식 차동장치(10)는 일반적으로 38로 지시되며 본 기술에 따라 하우징(12)에 의해 규정된 캐비티(36) 내에 지지되는 차동 기구를 또한 포함한다.
차동 기구(38)는 서로에 대해 축방향으로 이격된 관계로 배치되는 한 쌍의 클러치 부재(예컨대, 좌측 및 우측 클러치 부재(40))를 포함한다. 클러치 부재(40)들은 하우징(12)과 함께 회전할 수 있게 작동 가능하게 지지되는 한편, 축선(A)을 따라 동축적으로 정렬된다. 좌측 및 우측 사이드 기어(42, 44)(즉, 사이드 허브들)는 좌측 및 우측 차축 샤프트(30, 32) 중 대응하는 샤프트와 함께 회전할 수 있게 각각 작동 가능하게 되어 있다. 사이드 기어들(42, 44) 및 차축 샤프트들(30, 32)은 축선(A)을 따라 동축적으로 정렬된다. 사이드 기어들(42, 44)은 각각 그들의 대응하는 차축 샤프트들(30, 32)에 규정된 대응하는 스플라인들에 합치되게 수용되는 복수의 스플라인(46)을 그 내주부 상에 규정한다. 좌측 및 우측 클러치 기구(48, 50)는 클러치 부재(40)들과 그들의 대응하는 사이드 기어들(42, 44) 사이에 작동 가능하게 배치된다. 작동시에, 클러치 기구들(48, 50)은 클러치 부재(40)들과 그들의 개개의 사이드 기어들(42, 44) 사이에서 축선(A)을 중심으로 하는 상대 회전을 저지 또는 방지하기 위해 토크를 클러치 부재(40)들로부터 그들의 개개의 사이드 기어들(42, 44)에 전달하도록 구성된다.
사이드 기어들(42, 44)은 그 외주부들 상에 복수의 스플라인(52)을 포함한다. 클러치 기구들(48, 50)은 사이드 기어들(42, 44)의 외주부들에 협동 가능하게 스플라인이 형성되며 함께 회전 가능한 복수의 마찰 디스크(54)를 포함한다. 유사하게, 클러치 부재(40)들 각각은 그 내주부 상에 형성된 복수의 스플라인(56)을 포함한다. 일련의 플레이트(58)들은 좌측 및 우측 클러치 부재(40)의 스플라인 형성 내주부(56)에 맞물리는 외측 스플라인들을 갖는다. 플레이트(58)들은 사이드 기어들(42, 44) 상에 지지되는 마찰 디스크(54)들 사이에 끼워진다. 플레이트(58)들 및 마찰 디스크(54)들은 클러치 팩(59)들을 형성한다(도 6 참조).
클러치 부재(40)들은, 플레이트(58)들 및 마찰 디스크(54)들(즉, 클러치 팩(59)들)을 함께 축방향으로 압축하는 것에 의해 그들 개개의 클러치 기구(48, 50)를 맞물리게 하거나/작동시키도록, 하우징(12) 내부에서 축선(A)을 따라 축방향으로 이동 가능하다. 클러치 기구들(48, 50)이 작동되면, 클러치 부재(40)들로부터 클러치 팩(59)들을 통해 사이드 기어들(42, 44) 및 그들의 대응하는 차축 샤프트들(30, 32)에 토크가 전달된다. 양 클러치 기구(48, 50)가 완전히 작동되면, 하우징(12), 클러치 부재(40)들, 사이드 기어들(42, 44), 및 차축 샤프트들(30, 32)이 모두 축선(A)을 중심으로 서로 일제히 회전한다. 본 기술에 의해 고려되는 타입의 잠금식 차동장치(10)의 전형적인 일례는 클러치 팩들에 프리로드를 가하도록 복수의 편의 부재(후술됨)를 채용할 수도 있다. 또한, 클러치 팩들의 인보드(inboard) 측면 및 아웃보드(outboard) 측면에 스러스트 와셔(thrust washer)들이 제공될 수 있다.
도 6을 참조하면, 클러치 부재(40)들에는 클러치 부재(40)들 사이에 장착되는 크로스 샤프트 또는 핀(66) 쪽을 향하는 내측으로 지향된 면(62)들(즉, 인보드 측면들)이 있다. 클러치 부재(40)들은 핀(66)으로부터 먼 쪽을 향하는 외측으로 지향된 면(63)들(즉, 아웃보드 측면들)을 또한 포함한다. 클러치 부재(40)들의 내측으로 지향된 면(62)들은 서로 대향하는 한편, 서로에 대해 축방향으로 이격된 관계로 배치된다. 클러치 부재(40)들의 내측으로 지향된 면(62)들 각각은 다른 면에 대해 대면 관계로 배치된 홈(64)을 포함한다. 크로스 핀(66)은 홈(64)들에 수용되는 한편, 하우징(12)과 함께 축선(A)을 중심으로 회전할 수 있게 작동 가능하게 연결된다. 크로스 핀(66)은 일반적으로 형상이 원통형이며, 일 단부에서 그것을 통해 방사상으로 연장되는 구멍(68)을 갖는다. 크로스 핀(66)의 대향 단부들은 하우징(12)에 의해 규정되는 대응하는 방사상 개구들 내부에 끼워맞춰질 수 있으며, 구멍(68)은 크로스 핀(66)이 하우징(12)에 대해 제자리에 핀 고정되는 것을 허용해서 크로스 핀(66)이 하우징(12)에 대해 그 축선을 따라 슬라이딩하는 것을 방지한다.
홈(64)들은 클러치 부재(40)들의 내측으로 지향된 면(62)들에서 규정된다. 각각의 홈(64)은 중립 위치(67)를 향해 수렴하는 경사면(65)들에 의해 규정된다. 중립 위치(67)들은 홈(64)들의 최심부(deepest portion)들을 형성한다. 클러치 부재(40)들은 크로스 핀(66)이 경사면(65)들에 맞물리는(예컨대, 올라타는) 작동 위치들과 크로스 핀(66)이 경사면(65)들로부터 오프셋되어 중립 위치(67)들과 정렬되는 비작동 위치들 사이에서 축선(A)을 중심으로 크로스 핀(66)에 대해 제한된 양으로 회전할 수 있다. 각각의 홈(64)은 축선(A)의 대향 측부들 상에 위치된 2개의 홈부(64a, 64b)(도 6 참조)를 포함한다. 각각의 홈부(64a, 64b)는 중립 위치(67)에 의해 서로 분리되는 전방 경사부(65F) 및 후방 경사부(65R)를 포함한다. 정상 전방 구동 상태 동안, 크로스 핀(66)은 전방 경사면(65F)들에 맞물려서 클러치 부재(40)들에 축방향 외측으로 힘을 가함으로써, 클러치 기구들(48, 50)을 작동시킨다. 정상 후방 구동 상태 동안, 크로스 핀(66)은 후방 경사면(65R)들에 맞물려서 클러치 부재(40)들에 축방향 외측으로 힘을 가함으로써, 클러치 기구들(48, 50)을 작동시킨다.
크로스 핀(66)이 클러치 부재(40)들 중 하나의 홈(64)들의 중립 위치(67)들과 정렬되는 경우에는, 대응하는 클러치 팩(59)은 대응하는 클러치 부재(40)에 의해 축방향으로 압축되지 않기 때문에 작동되지 않는다. 클러치 팩(59)이 그 대응하는 클러치 부재(40)에 의해 작동되지 않을 경우에는, 클러치 팩에 프리로드만이 가해진다. 이러한 비작동 상태에 있어서는, 클러치 플레이트들 및 마찰 디스크들은 휠 과속 상태 동안 서로에 대해 회전할 수 있다. 따라서, 휠 과속 상태 동안, 과속하고 있는 휠에 대응하는 비작동 클러치 팩(59)은 대응하는 사이드 기어(42, 44) 및 그 대응하는 차축 샤프트(30, 32)가 대응하는 클러치 부재(40)에 대해 회전하는 것을 허용한다.
정상 직진 구동 상태 동안, 크로스 핀(66)은, 클러치 팩(59)들이 클러치 부재(40)들과 그들의 대응하는 사이드 기어들(42, 44) 사이에서의 상대 회전을 방지하도록, 클러치 기구들(48, 50)의 작동을 야기하는 경사면(65)들에 맞물린다. 따라서, 구동 토크는 차동장치 하우징(12) 및 크로스 핀(66)으로부터 클러치 부재(40)들, 클러치 팩들, 및 사이드 기어들(42, 44)을 통해 차축 샤프트들(30, 32) 및 휠들(17, 19)에 전달된다. 따라서, 양 클러치 팩(59)이 작동되고 있는 상태에서는, 차동장치 하우징(12), 크로스 핀(66), 클러치 부재(40)들, 사이드 기어들(42, 44), 차축 샤프트들(30, 32), 및 휠들(17, 19)이 모두 축선(A)을 중심으로 일제히 회전한다. 과속 상태 동안(예컨대, 선회 도중에), 과속하고 있는 휠에 대응하는 클러치 부재(40)는, 크로스 핀(66)이 경사면(65)들로부터 분리되어서 중립 위치(67)들과 정렬됨으로써 대응하는 클러치 팩(59)이 더 이상 작동되지 않게 하도록, 크로스 핀(66)에 대해 회전한다. 클러치 팩(59)이 더 이상 작동되고 있지 않은 상태에서는, 대응하는 클러치 팩에 프리로드 압력만이 가해진다. 프리로드 압력은, 클러치 부재(40)와 그 대응하는 사이드 기어(42, 44) 사이의 상대 회전이 그 대응하는 클러치 부재(40), 크로스 핀(66) 및 차동장치 하우징(12)에 대해 과속하고 있는 휠의 보다 빠른 회전을 수용하는 것을 작동정지된 클러치가 허용할 만큼 충분히 낮다.
클러치 부재(40)들의 인보드 측면들 사이에 규정된 상호합치형 정지 장치(100)는 축선(A)을 중심으로 한 클러치 부재(40)들 사이의 제한된 범위의 상대적인 회전 운동만을 허용한다. 정지 장치(100)는, 과속 상태 동안 클러치 부재(40)들이 그들의 대응하는 중립 위치(67)들을 크로스 핀(66)을 지나 과회전시키지 않게 하는 것을 보장한다. 과속 상태 동안 클러치 부재(40)들이 과회전되었을 경우에는, 크로스 핀(66)은 중립 위치(67)의 대향 측부 상의 경사부(65F, 65R)에 맞물림으로써 작동정지된 클러치를 의도치 않게 작동시키게 된다. 정지 장치(100)는 이러한 상황이 벌어지는 것을 방지하고, 이로써 클러치 기구들(42, 44)로부터의 간섭 없이 선회하는 동안 과속하고 있는 휠이 과속 상태를 유지하는 것이 허용된다. 클러치 프리로드는, 클러치 팩(59)들에 필요한 슬립 저항을 제공해서 클러치 작동 중에 크로스 핀 계면에 대한 클러치 부재들의 램핑 효과를 발휘시킬 만큼 충분히 높다.
본 기술에 의해 고려되는 타입의 잠금식 차동장치(10)의 전형적인 일례에 있어서, 잠금식 차동장치(10)는, 클러치 부재(40)들 사이에 배치되며 클러치 부재(40)들의 인보드 측면들에서 대향된 클러치 부재(40)들에 형성되는 포켓 또는 캐비티(72)들에 수용되어 클러치 부재(40)들을 서로로부터 멀리 가압하는 복수의 편의 부재(70)들(예컨대, 스프링들)을 포함한다. 편의 부재(70)들은 복수의 코일(73)을 갖는 압축 스프링들로서 묘사되어 있다. 편의 부재(70)들은 금속 재료로 이루어진다. 잠금식 차동장치(10)는, 편의 부재(70)들의 단부와 클러치 부재(40)들 사이의 캐비티(72)들에 배치되어 편의 부재(70)들에 프리로드를 가하는 복수의 마모 패드(74)를 또한 포함한다.
마모 패드(74)들은 일반적으로 또는 실질적으로 형상이 원통형이다. 마모 패드(74)들은 금속 재료로 이루어진다. 마모 패드(74)들은 리세스(77)를 포함할 수 있는 확장 헤드(76)를 구비한다. 마모 패드(74)들은 헤드(76)로부터 축방향으로 연장되는 샤프트(78)를 또한 구비한다. 각각의 마모 패드(74)는, 샤프트(78)가 편의 부재(70)의 보어(80) 내로 연장되고 헤드(76)가 편의 부재(70)의 코일(73)들 및 대향된 클러치 부재(40) 중 하나에 맞닿도록, 대응하는 캐비티(72) 내에 배치된다. 마모 패드(74)들을 편의 부재(70)들의 단부에 배치함으로써, 편의 부재(70)들이 단일의 클러치 부재(40)에 의해서만 영향을 받게 되는 것이 허용됨을 인식해야 한다. 마모 패드(74)는, "거리 대 길이" 장점을 제공해서 "전단" 또는 "웨징" 영향을 방지하는 편의 부재(70)의 보어(80) 내부에서 안내되는 한편, 클러치 부재(40)와 크로스 핀(66) 사이의 슬라이딩 계면에서의 의도적인 접촉을 고려한다는 점을 또한 인식해야 한다.
마모 패드(74)들은 편의 부재(70)들이 그들의 대응하는 캐비티(72)들 내부에 완전히 에워싸이거나/내포된 상태를 유지하면서 편의 로드를 가하는 것을 허용한다. 편의 부재(70)들로부터의 편의력은 마모 패드(74)들을 통해 축방향으로 전달된다. 마모 패드(74)들은 클러치 부재(40)들 사이의 계면 간극(interface gap)을 가로지른다. 이렇게 해서, 편의 부재(70)들은 클러치 부재(40)들 사이의 계면 간극을 가로지르지 않게 된다. 따라서, 편의 부재(70)들은, 클러치 부재(40)들 중 하나가 과속 상태로 될 때, 클러치 부재(40)들이 축선(A)을 중심으로 서로에 대해 회전하는 경우에 발생된 사이드 로드(side loads)에 노출되지 않는다. 대신에, 상기와 같은 사이드 로드는 마모 패드(74)들에 가해진다.
편의 부재(70)들은, 필요한 슬립 저항을 제공해서 클러치 팩(59)들의 적절한 작동을 보장하기 위해 클러치 팩(59)들을 사전-압축하는 프리로드를 제공하도록 기능한다. 편의 부재(70)들에 의해 제공된 프리로드는, 차동장치 하우징(12) 및 그것과 함께 지지된 크로스 핀(66)이 정상 구동 상태 동안 축선(A)을 중심으로 회전될 때, 크로스 핀(66)이 경사부(65)들을 타고 오르도록 클러치 팩(59)들이 축선(A)을 중심으로 한 클러치 부재(40)들의 회전 운동에 대한 충분한 저항을 제공하고 클러치 기구들의 작동을 야기하게 할 만큼 충분히 커야 한다. 또한, 부재(70)들에 의해 제공된 프리로드는, 과속 휠 상태로 될 때 휠들이 지면/노면에 대해 슬립하거나/미끄러지게 할 만큼 크지는 않아야 한다. 일례에 있어서, 각각의 클러치 팩(59)에 가해진 클러치 프리로드는, 클러치 팩(59)들이 선회 동안 외측 휠에 대응하는 전형적인 휠 슬립 토크값보다 적은 프리로드 토크값을 전달할 수 있게 한다. 전형적인 휠 슬립 토크값(즉, 지면에 대해 휠 슬립을 갖는데 필요한 토크)은 차량의 총 중량, 및 낮은 견인 상태에 대응하는 휠과 지면 사이의 선택된 마찰 계수에 의존한다.
도 4에 예시된 바와 같이, 잠금식 차동장치(10)의 전형적인 다른 예가 도시된다. 유사한 부분들에는 유사한 참조번호들이 사용된다. 잠금식 차동장치(10)는 클러치 부재(40)들 형성된 캐비티(72)들 내에서 그 축방향 외면 상에, 및 사이드 기어들(42, 44)에 스플라인 결합된 스러스트 와셔(82)들 사이에 배치되는 편의 부재(70)를 포함한다. 잠금식 차동장치(10)는 편의 부재(70)들의 단부와 클러치 부재(40)들 사이의 캐비티(72)들에 배치되어 편의 부재(70)들에 프리로드를 가하는 마모 패드(74)들을 또한 포함한다. 각각의 마모 패드(74)는, 샤프트(78)가 편의 부재(70)의 보어(80) 내로 연장되고 헤드(76)가 편의 부재(70)의 코일(73)들 및 스러스트 와셔(80) 중 하나에 맞닿도록, 대응하는 캐비티(72) 내에 배치된다. 마모 패드(74)들을 편의 부재(70)들의 단부에 배치함으로써, 편의 부재(70)들이 단일의 클러치 부재(40)에 의해서만 영향을 받게 되는 것이 허용됨을 인식해야 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 마모 패드(74)의 헤드(76)가 평평하거나 또는 평면일 수 있음을 또한 인식해야 한다.
도 4의 예에 있어서의 편의 부재(70)들은 클러치 부재(40)들을 크로스 핀(66)에 대해 편의시킴으로써 소음/진동/소음진동(noise/vibration/harshness (NVH)) 성능을 강화한다. 이렇게 해서, 클러치 부재(40)들은 그들에 작용하는 프리로드를 갖게 되어, 차동 기구의 가동 중에 크로스 핀(66)과 클러치 부재(40)들 사이에 접촉이 유지되게 하고, 이어서 크로스 핀(66) 및 클러치 부재(40)들의 상대 운동 동안의 "접촉" 소음을 방지한다. NVH 성능을 위해 클러치 부재들에 제공되는 프리로드의 크기는, 클러치 부재(40)들에 가해지는 프리로드가 클러치 팩(59)들의 유효한 작동을 간섭하지 않도록 하기 위해, 클러치 팩(59)들에 제공되는 프리로드에 맞게 조정된다.
본 기술은 전술한 명세서에서 매우 상세하게 기술되었으며, 본 명세서를 숙지 및 이해한 당업자에게는 본 기술의 많은 양태의 다양한 변경 및 수정이 자명해질 것으로 생각된다. 상기와 같은 모든 변경 및 수정은 첨부된 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한 본 기술에 포함되는 것이다.
10 : 잠금식 차동장치 12 : 하우징
14 : 링 기어 15 : 원동기
16 : 피니언 기어 17 : 좌측 휠
18 : 구동 샤프트 19 : 우측 휠
20 : 제 1 본체 21 : 차축 하우징
A : 회전 축선 22 : 제 2 본체
24 : 파스너 26 : 파스너
28 : 허브 30, 32 : 차축 샤프트
34 : 허브 36 : 캐비티
38 : 차동 기구 40 : 클러치 부재
42, 44 : 사이드 기어 46 : 스플라인
48, 50 : 클러치 기구 52 : 스플라인
54 : 마찰 디스크 56 : 스플라인
58 : 플레이트 59 : 클러치 팩
62 : 면 64 : 홈
64a : 홈부 64b : 홈부
65 : 경사면 65F : 전방 경사부
65R : 후방 경사부 66 : 크로스 핀
67 : 중립 위치 70 : 편의 부재
72 : 캐비티 73 : 코일
74 : 마모 패드 76 : 헤드
77 : 리세스 78 : 샤프트
80 : 보어 82 : 스러스트 와셔

Claims (26)

  1. 차량용 차동장치(differential)에 있어서,
    회전 축선을 중심으로 회전 가능한 차동장치 하우징(differential housing);
    상기 차동장치 하우징 내에서 상기 회전 축선을 따라 위치되는 클러치 부재;
    대응하는 차축 하프 샤프트(axle half shaft)와 함께 상기 회전 축선을 중심으로 상기 차동장치 하우징에 대해 회전하도록 구성된 사이드 기어;
    상기 차동장치 하우징이 상기 회전 축선을 중심으로 회전할 때 상기 차동장치 하우징과 함께 지지되는 크로스 핀(cross pin);
    작동시에 상기 클러치 부재와 상기 사이드 기어 사이에서 토크를 전달하기 위한 클러치 팩(clutch pack)을 각각 포함하는 클러치 기구(clutch mechanism)로서, 상기 클러치 부재는 상기 클러치 기구를 작동시키도록 상기 회전 축선을 따라 축방향으로 이동 가능하고, 상기 클러치 부재에는 상기 크로스 핀이 사이에 배치되는 내측으로 지향된 면들(inwardly directed faces)이 있고, 상기 내측으로 지향된 면들은 상기 크로스 핀을 수용하는 대향 홈들을 규정하는, 상기 클러치 기구;
    상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재에 의해 규정된 캐비티 내에 완전히 위치되는 프리로드 스프링(pre-load spring); 및
    상기 프리로드 스프링의 일 단부에 위치되는 마모 패드(wear pad)로서, 상기 프리로드 스프링으로부터의 프리로드는 마모 패드를 통해 전달되는, 상기 마모 패드를 포함하는
    차동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리로드 스프링은 상기 클러치 팩에 프리로드를 가하도록 기능하는
    차동장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마모 패드는 상기 클러치 부재의 인보드 측면들(inboard sides) 사이의 계면 간극(interface gap)을 가로지르는
    차동장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마모 패드는 상기 클러치 부재 중 다른 하나의 클러치 부재의 인보드 측면에 대해 편의되는(biased)
    차동장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리로드 스프링은 상기 클러치 부재를 상기 크로스 핀에 대해 편의시키는
    차동장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마모 패드는 확장 헤드 및 포스트(post)를 포함하고, 상기 포스트는 상기 프리로드 스프링의 일 단부 내측에 끼워맞춰지고, 상기 헤드는 적어도 부분적으로 상기 캐비티의 외부로 연장되는
    차동장치.
  7. 차량용 잠금식 차동장치(locking differential)에 있어서,
    회전식 하우징 및 상기 하우징 내에 지지된 차동 기구로서, 상기 차동 기구는 서로에 대해 축방향으로 이격된 관계로 배치되며 상기 하우징과 함께 회전하도록 작동 가능하게 지지되는 한 쌍의 클러치 부재를 포함하는, 상기 회전식 하우징 및 상기 차동 기구;
    대응하는 쌍의 차축 하프 샤프트와 함께 회전하도록 작동 가능하게 구성된 한 쌍의 사이드 기어, 및 각각의 대응하는 쌍의 상기 클러치 부재와 상기 사이드 기어 사이에 작동 가능하게 배치된 한 쌍의 클러치 기구로서, 상기 클러치 부재는 상기 차축 하프 샤프트를 함께 결합하기 위해 상기 클러치 기구의 각각과 맞물리도록 상기 하우징 내부에서 축방향으로 이동 가능하고; 각각의 클러치 부재에는 내측으로 지향된 면이 있고, 각각의 상기 면은 다른 면에 대해 대면 관계로 배치되는 홈, 및 각각의 상기 홈에 수용되며 상기 하우징과 함께 회전하도록 작동 가능하게 연결되는 크로스 핀을 포함하는, 상기 한 쌍의 사이드 기어 및 상기 한 쌍의 클러치 기구; 및
    상기 클러치 부재들 사이에 배치되는 적어도 하나의 편의 부재, 및 상기 적어도 하나의 편의 부재에 프리로드를 가하도록, 그리고 상기 적어도 하나의 편의 부재가 상기 클러치 부재 중 단일의 클러치 부재에 의해서만 영향을 받게 될 수 있도록 상기 적어도 하나의 편의 부재의 단부에 배치되는 적어도 하나의 마모 패드를 포함하는
    잠금식 차동장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 마모 패드는 형상이 실질적으로 원통형인
    잠금식 차동장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 마모 패드는 확장 헤드 및 상기 헤드로부터 축방향으로 연장되는 샤프트를 구비하는
    잠금식 차동장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편의 부재는 압축 스프링인
    잠금식 차동장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 클러치 부재는 상기 적어도 하나의 편의 부재를 수용하기 위해 축방향으로 내부로 연장되는 적어도 하나의 캐비티를 포함하는
    잠금식 차동장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 마모 패드는 상기 적어도 하나의 편의 부재의 일 단부와 상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재와의 사이에 배치되는
    잠금식 차동장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 헤드는 상기 적어도 하나의 편의 부재의 일 단부에 배치되고, 상기 샤프트는 상기 적어도 하나의 편의 부재의 보어 내로 연장되는
    잠금식 차동장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캐비티는 상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재의 축방향 내부면 내로 연장되는
    잠금식 차동장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캐비티는 상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재의 축방향 외부면 내로 연장되는
    잠금식 차동장치.
  16. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 마모 패드는 금속 재료로 이루어지는
    잠금식 차동장치.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편의 부재는 금속 재료로 이루어지는
    잠금식 차동장치.
  18. 차량용 잠금식 차동장치에 있어서,
    회전식 하우징 및 상기 하우징 내에 지지된 차동 기구로서, 상기 차동 기구는 서로에 대해 축방향으로 이격된 관계로 배치되며 상기 하우징과 함께 회전하도록 작동 가능하게 지지되는 한 쌍의 클러치 부재를 포함하는, 상기 회전식 하우징 및 상기 차동 기구; 및
    대응하는 쌍의 차축 하프 샤프트와 함께 회전하도록 작동 가능하게 구성된 한 쌍의 사이드 기어, 및 각각의 대응하는 쌍의 상기 클러치 부재와 상기 사이드 기어 사이에 작동 가능하게 배치된 한 쌍의 클러치 기구를 포함하고;
    상기 클러치 부재는 상기 차축 하프 샤프트를 함께 결합하기 위해 상기 클러치 기구의 각각과 맞물리도록 상기 하우징 내부에서 축방향으로 이동 가능하고;
    각각의 클러치 부재에는 내측으로 지향된 면이 있고, 각각의 상기 면은 다른 면에 대해 대면 관계로 배치되는 홈, 및 각각의 상기 홈에 수용되며 상기 하우징과 함께 회전하도록 작동 가능하게 연결되는 크로스 핀을 포함하고;
    상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재는, 축방향 내측으로 연장되는 복수의 캐비티, 상기 캐비티 내에 배치되는 복수의 압축 스프링, 및 상기 압축 스프링의 일 단부와 상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재와의 사이에 배치되어 상기 압축 스프링에 프리로드를 가하는 복수의 마모 패드를 구비하는
    잠금식 차동장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    각각의 마모 패드는 형상이 실질적으로 원통형인
    잠금식 차동장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    각각의 마모 패드는 확장 헤드 및 상기 헤드로부터 축방향으로 연장되는 샤프트를 구비하는
    잠금식 차동장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 압축 스프링은 내부에 보어를 형성하는 복수의 코일을 구비하는
    잠금식 차동장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 마모 패드는 상기 압축 스프링의 일 단부와 상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재와의 사이에 배치되는
    잠금식 차동장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 헤드는 상기 코일의 일 단부에 배치되고, 상기 샤프트는 상기 보어 내로 연장되는
    잠금식 차동장치.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재의 축방향 내부면 내로 연장되는
    잠금식 차동장치.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재의 축방향 외부면 내로 연장되는
    잠금식 차동장치.
  26. 차량용 잠금식 차동장치에 있어서,
    회전식 하우징 및 상기 하우징 내에 지지된 차동 기구로서, 상기 차동 기구는 서로에 대해 축방향으로 이격된 관계로 배치되며 상기 하우징과 함께 회전하도록 작동 가능하게 지지되는 한 쌍의 클러치 부재를 포함하는, 상기 회전식 하우징 및 상기 차동 기구; 및
    대응하는 쌍의 차축 하프 샤프트와 함께 회전하도록 작동 가능하게 구성된 한 쌍의 사이드 기어, 및 각각의 대응하는 쌍의 상기 클러치 부재와 상기 사이드 기어 사이에 작동 가능하게 배치된 한 쌍의 클러치 기구를 포함하고;
    상기 클러치 부재는 상기 차축 하프 샤프트를 함께 결합하기 위해 상기 클러치 기구의 각각과 맞물리도록 상기 하우징 내부에서 축방향으로 이동 가능하고;
    각각의 클러치 부재에는 내측으로 지향된 면이 있고, 각각의 상기 면은 다른 면에 대해 대면 관계로 배치되는 홈, 및 각각의 상기 홈에 수용되며 상기 하우징과 함께 회전하도록 작동 가능하게 연결되는 크로스 핀을 포함하고;
    각각의 클러치 부재는, 축방향 내측으로 연장되는 복수의 캐비티와, 내부에 보어를 형성하는 복수의 코일을 구비하며 상기 캐비티 내에 배치되는 복수의 압축 스프링과, 확장 헤드 및 상기 헤드로부터 축방향으로 연장되는 샤프트를 갖는 복수의 마모 패드를 구비하고, 상기 헤드는 상기 코일의 일 단부에 배치되며 상기 샤프트는 상기 보어 내로 연장되고, 상기 헤드는 상기 클러치 부재 중 하나의 클러치 부재와 접촉하여 상기 압축 스프링에 프리로드를 가하는
    잠금식 차동장치.
KR1020147036728A 2012-11-28 2013-11-27 프리로드 스프링 마모 패드를 갖는 잠금식 차동장치 KR20150089929A (ko)

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