KR970006373B1 - 자동장치 - Google Patents

Abstract

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Description

자동장치

본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 일부를 생략하고 절취하여 설명을 용이하게 한 본 발명에 따른 차동기어장치의 제1실시형태를 통한 종단면도.

제2도는 제1도의 2-2선 단면도.

제3도는 제1도의 장치의 내부작동부 설명도로써,

a도는 제1도의 장치의 한 셋트의 캠면과 캠종동자사이의 결합상태를 보인 설명도이고,

b도는 다른 셋트의 캠면과 종동자사이의 결합상태를 보인 설명도이며,

c도는 상호 중첩된 모든 셋트의 캠면과 종동자를 보인 설명도.

제4도는 제1도의 캠종동자에서 외측 셋트의 하나를 상세히 보인 것으로,

a도는 캠종동자의 정면도이고,

b도는 a도의 화살표(4B)방향에서 본 측면도.

제5도는 내측캠종동자의 하나를 보인 제4도와 유사한 설명도.

제6도는 제1도 장치에서 한 정면캠부재를 보인 정면도.

제7도는 제1도 장치에서 다른 정면캠부재를 보인 분리정면도.

제8도는 제3도와 유사한 설명도이나 제1도의 정면캠과 캠종동자를 수정한 형태를 보인 설명도.

제9도는 상이한 상대적 위치에 놓여있는 구성을 보인 제8도 수정형태의 다른 위치 설명도.

제10도는 제6도에 유사하나 제6도의 정면캠부재의 수정형태를 보인 정면도.

제11도와 제12도는 본 발명에 따른 자동장치의 제2수정실시형태를 보인 제1도와 제2도에 유사한 단면도.

제13도는 두배의 캠종동자를 갖는 차동장치의 다른 실시형태를 보인 제3도와 유사한 설명도.

제14도는 트랜스퍼 차동기에 특히 적합한 차동장치의 또다른 실시형태를 보인 종단면도.

제15도는 제14도에서 보인 장치의 내부구성을 보인 설명도.

제16도는 일부를 생략하고 절취하여 설명을 용이하게 한 본 발명에 따른 차동기어장치의 다른 실시형태를 보인 단면도.

제17도는 제16도의 A-A 선 단면도.

제18도는 제16도 장치의 캠면과 캠종동자사이의 결합을 보인 제16도 장치의 내부 작동구성을 보인 설명도.

제19도는 제16도의 한 캠종동자를 보인 정면도.

제20도는 제19도에서 보인 캠종동자의 측면도.

제21도는 본 발명의 다른 실시형태인 수정형태를 보인 제1도 우측단부의 부분단면도.

제22도는 제21도 수정형태의 제2실시형태를 보인 제21도와 유사한 부분단면도.

제23도는 본 발명 차동장치의 다른 수정형태를 보인 제21도와 제22도와 유사한 부분단면도.

제24도는 본 발명의 다른 변경형태를 보인 제23도와 유사한 부분단면도.

제25도는 제24도 실시형태에 대한 수정형태를 보인 제24도와 유사한 부분단면도.

본 발명은 차동장치에 관한 것으로, 특히 육상차량용 자동차동기에 사용하기 위한 차동장치에 관한 것이다.

종래의 자동차동기는 동력이 속도분포에 따라서 광범위하게 자동적으로 분포됨에 있어서 중대한 작동상의 결함을 갖는다. 대체로 이러한 결함은 차동기가 작동하고 이러한 차동기를 통하여 구동되는 차륜이 상이한 속도로 회전할 때에 동력은 적어도 이를 이용할 수 있는 차륜측으로 전달되려한다는 점이다.

일측 차륜이 자갈길 또는 빙판에 놓여있고 다른 차륜은 견인력이 양호한 노면상에 놓여있는 경우, 견인력에 제로인 노면상에 놓인 차륜은 차동기를 통하여 전달되는 동력을 100% 모두 받을 것이며, 결과적으로 이는 아무 소용없이 헛돌게 될 것인 반면에 조건이 양호한 노면에 놓인 차륜은 토오크를 전혀 받지 않아 움직이지 않을 것이다. 물론 그 결과로 차동기가 착설된 차량은 전혀 움직이지 않게 될 것이다.

이러한 문제점은 오랫동안 광범위하게 인식되어 왔으며 많은 기술진들이 이러한 문제를 해결토록 시도하였고 또한 이러한 시도를 계속하고 있다.

고성능 스포츠경기용 차량으로부터 비포장용의 중장비차량까지 광범위한 2륜과 4륜 구동형 차량에 있어서, 공지의 차동기에서 상기 언급된 결함은 너무나 심각하여 수정된 형태의 차동기가 역효과를 최소화하기 위하여 광범위하게 사용되고 있다. 대부분의 공지된 수정형태의 차동기는 슬립 제한형 차동기로 알려져 있다.

이러한 차동기에 있어서, 타측 출력축보다 빠르게 회전하는 일측 출력축의 기량은 그 특성이 전형적으로 20-40%의 범위로 제한된다. 이들 슬립제한형 차동기는 매우 복잡하고 통상적인 차동기보다 비용이 많이 들며 결코 상기 언급된 문제점이 해결되지 않았으며 최악의 상태만을 약간 완화시킬 뿐이었다. 그럼에도 불구하고 개선된 슬립제한형 차동기가 잔라드파브릭 프리드리히샤펜사(Zahnradfabrik Friedrichshafen AG)와 같은 자동차 엔지니어링 회사의 선도하에 계속 개발되고 있다.

속도에 비례하는 토오크를 제공할 수 있는 한 특수 형태의 슬립제한형 차동기가 점성 결합에 기초를 두고 있으며 점성제어장치와 같이 GKN(상표명)으로 시판되고 있다.

구동축상의 두 차륜이 상이한 견인력을 갖는 상황에서, 이들 점성 결합은 특히 원활한 방법으로 최소의 견인력으로 차륜에 의하여 소모되는 토오크의 양을 제한하고 현재의 자동차 산업, 특히 4륜 구동 차량에 광범위하게 적용된다. 그러나 이들 역시 기본적인 결함을 해소하지 못하며 이들이 단순히 그 효과만을 완화시키는 정도에 불과하다.

슬립제한형 차동기에 대한 변형형태로서 록커블 차동기(lockable differential)가 있다. 이러한 차동기에 있어서, 필요시 차동능력은 완전히 차단되어 양 차륜은 정확히 동일한 속도로 회전하게 될 것이다. 명백하게 이러한 시도로 열악한 환경에서는 견인력이 상당히 개선되었으나 이러한 상태가 장기간 유지되는 경우 타이어가 과도하게 마모되고 차동기에 결합된 정동장치에 과잉 스트레스가 가하여질 것이다.

록커블 차동기에 보다 개선된 접근책은 아마도 1986년 초기에 다이뮬러-벤츠사(Daimler-Benz AG)에 의하여 발표된 ASD시스템일 것이다. 이러한 시스템은 매우 복잡한 구조를 갖는 바, 차륜의 미끄럼 상태를 감지하는 다수의 감지기와 컴퓨터화된 수압차동고정시스템에 의존하고 있다. 그러나, 이러한 시스템은 그 복잡성 때문에 구조가 복잡하게 되고 비용이 많이 들게 된다.

공지의 통상적인 차동기의 기본적인 문제점은 이러한 차동기의 속도와 토오크분포에 이어서 내부구조의 종속상태로부터 유래한다. 기본적 결함에 대한 이상적인 해결책은 속도변화와 토오크분포의 기능을 완전히 분할하는데 있는 것으로 인식되어 왔다. 이를 위한 여러가지 시도가 있었다. 그 일부가 버논 이.그릴스만(Vernon E. Gleasman)에게 허용된 미국특허 제2859641호에 기술되어 있다. 이러한 특허문헌에 소개된 기술은 여러해동안 이용되어 왔으며 현재에도 Torsen 차동기라 하여 글리슨(Gleason)사에게 제작되고 있다. 비록 이들 차동기가 제작되고는 있지만 이들 역시 두가지의 주요 결점을 갖는다.

첫째로, 이 미국특허 제2859641호에 소개된 장치는 20개 정도의 기어휠이 사용되고 있다. 이는 통상적인 차동장치에서 4개의 기어가 사용되는 것에 비교된다할 것이다. 명백하게 기어휠의 상당한 증가는 이러한 차동기의 제작에 많은 비용이 들도록 할 것이다. 이러한 문제점은 이 차동기에서 일부의 기어가 통상적인 기어절삭기술을 이용하지 않고서는 제작될 수 없으며 이러한 차동기제작에 전용으로 사용될 특수한 기술과 장치가 개발되어야 한다.

두번째의 주요결점은 글리스만 차동기에 있어서의 마모가능성이다. 마모 문제의이유는 미국특허 제2859641호에 기술된 글리스만 디자인의 시험에서 입증될 수 있다. 만약 전체적인 이 차동장치의 구성이 통상적인 차동기와 동일한 크기라면 상기 언급된 구조의 하프 샤프트(half shaft)에 착설된 웜기어가 적당한 크기인 반면에 유성기어를 구성하는 웜휠은 직경이 매우 작게 되어야 함을 알 수 있을 것이다. 실제로 이들 웜휠은 이들의 톱니가 단지 6개 정도인 크기로 되어 있다. 차동기의 총직경은 이 차동기가 착설되는 차량과 노면사이에 적당한 간격이 유지되어야 하므로 대형의 웜휠을 갖는 글리스만 구조의 차동기를 제작하는 것이 불가능하다. 웜휠의 직경이 이와같이 작고 톱니수가 적으므로 웜휠과 웜기어사이의 접촉면적은 매우 작다. 이로써 헤르치안 표면스트레스부하가 매우 높아지고 모든 문제점이 이와 관련하여 발생된다. 이러한 마모는 차동장치에 있어서 백라쉬(backlash)가 허용될 수 없는 정도까지 이루어져 차동기를 개조하거나 교체하여야 한다.

상기 언급된 문제점을 해결하기 위한 다른 해결안이 해리 웨일즈(Harry Wales)에 허여된 미국특허 제2034318호와 제2220432호에 기술되어 있다. 이들 특서 문헌에 있어서, 톱니와 결합하는 구동전달봉이 차동기의 하프-샤프트에 고정된 칼라에 형성된 주연방향의 지그재그형 요구와 교합한다.

웨일즈의 장치가 구동봉의 톱니와 파상형 유구 사이의 접촉면적을 넓히므로서 헤르치안 표면스트레스부하의 문제점을 줄일 수는 있었으나 아직까지 이러한 장치는 이에 관련된 문제점이 여전히 남아 있다. 여러개의 구동전달봉을 이용하므로서 필연적으로 이들 구동전달봉사이에 부하를 분배하는 문제점이 있다. 더우기 이들 구동전달봉은 이들이 파상형 요구의 진로를 이동시 이들이 왕복하게 되는 하우징내의 요구에 배치되는 것에도 불구하고 이들의 길이와 이들에 가하여지는 부하에 의하여 휘어지기 쉽게 되어 있다.

또한 웨일즈의 장치는 잠재적인 상업적 장치로서의 결점을 갖는다. 이 장치는 비교적 길이가 길어 기존의 차동기하우징에 설치하는 것이 적합치 못하다. 또한 칼라에 파상형의 요구를 형성하는 것과 여러 구동봉, 이들의 톱니 및 파상형 요구사이의 결합을 일치시키는 것에 사실상 어려움이 크다.

본 발명은 상기 언급된 결점들을 줄이거나 해소하는데 그 목적이 있다. 한 관점에 있어서, 본 발명의 차동장치는 입력축, 두개의 출력축과 상기 각 출력축에 연결된 정면캠부재로 구성되고, 상기 정면캠부재는 동축상으로 배열되고 각각 적어도 하나의 축방향으로 향하는 나선형 캠면부로 구성되며, 이 나선형 캠면부는 대향되어 있고, 적어도 하나의 캠종동자가 상기 정면캠부재에 대하여 축방향으로 이동되게 활동(滑動)될 수 있도록 착설되며, 상기 캠종동자 또는 각 캠종동자는 상기 정면캠면에 대하여 접속토록 대향된 두 축방향으로 간격을 둔 나선형 캠종동자부분을 포함하고, 차동장치가 상기 출력축의 상대적인 역회전이 캠종동자 또는 각 캠종동자를 축방향으로 활동시키도록 되어 있다.

입력축은 케이지를 구동토록 이 케이지에 연결되는 것이 좋으며 캠종동자 또는 각 캠종동자는 케이지내에서 활동가능하게 착설되는 것이 좋다.

정면캠부재에 있어서 나선형면부의 전진각도는 각 캠면부와 그 각각의 캠종동자사이의 구동성 이동이 일치방향으로만 향하도록 선택되는 것이 좋다. 이로써 정면캠부재와 각 캠종동자사이에 역전불가능한 구동결합이 이루어진다.

각 정면캠부재는 연속된 캠면을 형성하도록 연결된 하나의 좌향나선과 우향나선의 적어도 한 셋트로 된 캠면부로 구성된다. 각 정면캠부재에는 두 셋트의 캠면부가 형성되는 것이 좋으며, 이들 두 셋트는 모두 정면캠부재의 둘레에서 주연방향과 동축방향으로 연장되고, 일측이 타측의 방사상 내측에 위치하며, 각 셋트마다 적어도 하나의 캠종동자가 제공된다.

캠종동자는 두 셋트가 있는 것이 좋으며, 각각 캠면부의 각 셋트에 결합되고, 캠종동자는 동축상으로 배열된 아아취형 부재로 구성되며 한 셋트는 타측셋트의 방사상내측에 배열되고, 방사상 외측셋트는 케이지내에서 활동가능하게 착설되며 방사상 내측셋트는 외측셋트에 의하여 회전되지 아니하고 이에 대하여 활동가능하게 되는 것이 좋다.

각 셋트의 캠종동자는 한 쌍의 회전가능한 오프셋트 종동자로 구성되며, 이러한 구성으로 출력축과 캠면부의 상대적인 역회전이 각 쌍의 종동자가 반대방향으로 구동되게 한다. 그리고 출력축의 계속되는 상대적인 역회전으로 캠종동자 또는 각 캠종동자가 제한된 축방향 운동범위내에서 왕복구동되게 한다.

정면캠부재의 하나에 형성된 두 셋트의 캠면부는 회전하여 오프셋트될 수 있으며, 예를 들어 타측에 대하여 180°회전위치에 배치되므로서 일측 셋트의 캠종동자는 항상 타측 셋트가 축방향으로 이동되게 안내하여 일측 셋트의 캠종동자가 항상 출력축과 결합하여 구동되게 한다.

케이지와 타측 셋트의 캠종동자사이와, 외측 및 내측셋트의 캠종동자사이에는 결합수단이 제공되며, 이 결합수단은 이들 사이의 축방향 활동은 허용하나 케이지와 내외측 셋트의 캠종동자가 회전되지 않게 고정하므로서 케이지의 회전으로 캠종동자와 정면캠부재의 구동 결합을 통하여 두 출력축을 회전시킨다.

내외측 셋트의 캠종동자사이에는 관상 지지체가 이들과 동축상으로 배치되며, 각 셋트의 캠종동자는 축방향으로 활동가능하나 지지체에 대한 회전은 방지된다. 내외측 셋트의 캠종동자는 축방향 스플라인으로 지지체에 연결된다.

캠종동자 또는 각 캠종동자는 단일작용하는 것이 좋으며 정면캠부재와의 상호작용으로 압축유지된다. 정면캠부재의 중방향 간격을 조절하기 위한 수단이 제공되어 차동장치의 백라쉬가 이루어지도록 한다. 또한 정면캠부재에 대하여 축방향으로 내향하는 힘을 가하기 위한 수단이 제공되어 차동장치에 예비부하를 가할 수 있다.

캠종동자 또는 각 캠종동자의 축방향으로 간격을 둔 캠종동자부분은 반대방향으로 향하는 두 나선부로 구성되며, 상기 일측부분은 전진운동상태에서 각 정면캠면부와 결합하고 타측부분은 그 반대상태가 된다. 각 쌍의 각 캠종동자에서 축방향으로 간격을 둔 캠종동자부분은 좌우향의 나선부로 동일하게 나누어지고 각 캠종동자는 180°의 원호를 이룬다.

각 캠종동자의 상기 동일한 나선부는 캠종동자의 원호중심을 향하여 발산되고 그 원호단부를 향하여 수렴되어 초생달형태의 캠종동자를 제공하는 좌우향의 나선부와 배열된다.

각 셋트의 캠면부는 그 정면캠부재의 전 360°주면둘레로 연장되고 각각 180°원호길이의 우향나선부와 좌향나선부로 구성된다.

한 실시형태에서, 캠면부의 축방향 단부는 만곡되어 있으며, 이 만곡부는 양 단부에서 캠면에 대하여 접선방향으로 접하며 그 각 단부로부터 중간지점으로 증가하는 곡률반경을 갖는다. 예를 들어 단부의 곡선은 포물선 원호 또는 정원의 원호형태일 수 있다.

다른 실시형태에서, 나선형 캠면부의 전진각도는 캠종동자 또는 각 캠종동자가 출력축에 가하여지는 토오크의 크기에 따라서 부분적으로 역구동될 수 있게 되어 있다.

다수의 캠종동자가 제공될 수 있다. 각 셋트마다 n개의 캠종동자가 제공될 수 있으며, 각 캠종동자는 360/n°의 원호각도를 가지며 상기 축방향으로 간격을 둔 각 캠종동자부분의 180/n°에 해당하는 좌우향 나선부를 포함한다. 한 실시형태에 있어서 n은 4이다. 그리고 각 셋트의 캠면부는 360/n°의 원호길이를 갖는 좌우향 나선부를 포함한다.

차동장치의 케이지는 중앙의 관상부와 이 관상부의 양단을 폐쇄하는 단부판으로 구성되며, 정면캠면부재와 캠종동자사이에 백라쉬가 이루어지도록 단부판의 축방향 간격을 변화시키기 위한 수단이 제공된다. 또한 단부판과 정면캠부재사이에 스프링 수단이 개재되어 차동장치에 예비부하를 가할 수 있다.

또한 케이지에는 환상의 플랜지가 구성되어 있으며, 차동장치의 입력기어가 플랜지가 고정된다.

각 정면캠부재는 상기 캠면부를 형성하는 축방향 연장의 환상부를 갖는 원형판체로 구성된다. 또한 각 정면캠부재는 상기 판체와 동축상으로 이에 일체로 형성된 출력축으로 구성되고, 이 축은 케이지의 단부판에 지지되고 이를 통하여 연장된다. 관상 지지체가 캠종동자의 방사상내측에 배치되고 정면캠부재의 판체사이에 연장된다. 이 지지체는 관상지지체의 개방단부에 고정된 원형부와 정면캠부재의 판체에 형성된 요구내에 배치된 돌출단축을 갖는 부재에 의하여 배치된다.

각 정면캠부재와 케이지사이에 마찰반작용면이 형성되며, 이들면은 케이지의 단부판에 인접한 정면캠부재에 고정된 디스크부재의 축방향 돌출부, 예를 들어, 비이드로 구성되어 상기 돌출부가 상기 단부판에 마찰되는 상태로 결합된다. 환상 비이드의 반경은 반작용면을 위한 선택된 토오크암반경을 제공토록 사전에 선택될 수 있다.

여러 나선형 캠면의 전진각도는 모두 동일할 필요는 없다. 방사상 외측셋트의 캠면과 캠종동자는 제1전진각도의 나선면을 가지고, 방사상 내측셋트의 캠면과 캠종동자는 제2전진각도의 나선면을 가지며, 전진각도는 동일하지 않고 캠면과 이들의 각 종동자사이의 상이한 활동접촉반경을 보상하도록 선택된다.

한 실시형태에 있어서 한 정면캠부재의 방사상 내외측 셋트의 캠면부는 백라쉬를 보상하기 위하여 축방향으로 조절가능하게 되어 있다.

상기 언급된 차동장치는 트랜스퍼 차동기로부터 사용될 수 있으며, 이와 같은 상기 일측 정면캠부재는 P개의 캠면부를 가지고 타측 정면캠부재는 P+2개의 캠면부를 갖는다. 이와같은 경우, 캠종동자는 P+1개가 될 것이며, 각 캠종동자는 두개의 축방향으로 간격을 둔 사선형 캠종동자부를 포함하고 그 전진각도는 이들의 각 접속캠면부와 일치한다.

트랜스퍼 차동기의 한 실시형태에 있어서, 출력축사이에서 조합바이어스(built in bias)의 비율은 2:1이 될 것이며, 일측의 출력축에 고정된 제1정면캠부재는 각각 180°의 한 좌향 나선형 캠면부와 우향나선형 캠면부를 가지며 타측 출력축에 고정된 제2정면캠부재는 각각 90°의 두 셋트로 된 좌우향 나선형 캠면부를 가지고 각각 120°의 원호각도를 갖는 3개의 캠종동자가 있으며, 각 캠종동자의 축방향으로 간격을 둔 나선형 캠종동자부는 그 전진 각도가 이들이 접속하는 캠면부와 일치하는 좌우향 나선부의 동일한 부분으로 구성된다.

본 발명의 다른 관점에 따라서, 상기 언급된 차동장치가 제공되는 바, 이 장치에는 각 정면캠부재와 입력축사이에는 작용하는 마찰반작용면이 제공되고, 적어도 하나의 정면캠부재는 정면캠부재의 축선으로부터 상이한 거리에 적어도 두 마찰반작용면을 제공토록 이와 관련된 하나 이상의 마찰반작용부재를 가지며, 차동장치의 토오크변화에 따라서 먼저 상기 일측면에 결합된 다음 타측에 결합되도록 상기 정면캠부재와 결합하기 위한 수단이 제공된다.

상기 마찰면의 하나는 고정마찰부재로 구성되고 다른 하나는 베어링으로 구성되는 것이 좋다. 상기 결합수단은 제1위치에서 상기면의 하나와 결합하고 차등장치의 토오크가 사전에 결정된 값을 능가할 때에 상기 타측면이 결합되는 제2위치로 이동가능한 탄성부재로 구성된다. 이 탄성부재는 벨리빌 와샤이다.

상기 일측면은 고정된 반작용면일 수 있으며 상기 타측면은 베어링이다. 차동장치가 입력축이 착설된 케이지로 구성되고 정면캠부재와 케이지의 단부판사이에 마찰반작용면이 형성된 한 실시형태에 있어서, 고정 반작용부재는 케이지의 단부판상에 형성된 환상의 비이드로 구성되고 또한 베어링이 상기 단부판에 재가될 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 상기 일측면은 베어링이고 상기 타측면은 고정반작용면이다. 이와 같은 경우 베어링은 정면캠부재에 의하여 재가되고 고정반작용면은 상기 정면캠부재의 축방향으로 연장된 돌출부가 될 것이다.

본 발명의 차동장치는 이 차동장치가 두 토오크 바이어스비율 조건, 즉 고 토오크바이어스비와 저 토오크바이어스비 사이로 자동전환될 수 있도록 하는 구성을 제공된다.

다른 실시형태에 있어서, 마찰반작용부재 또는 각 마찰반작용부재는 내외의 한정된 범위사이에서 무한정한 반작용을 형성하도록 방사상으로 만곡된 한 면을 갖는 환상부재로 구성된다. 환상부재의 만곡형태는 차동장치의 사전에 결정된 특성을 제공토록 되어 있다. 환상부재의 내측 또는 외측의 한정된 반작용면은 베어링으로 구성될 수 있다.

특히 트랜스터 차동장치로서 유용한 한 실시형태에 있어서, 각 정면캠부재는 이들에 결합되는 환상의 마찰반작용부재를 가지며, 환상부재의 만곡형태는 상이할 수 있다.

결합수단은 상기 내측 또는 외측의 한정된 범위에서 환상부재가 제1위치에 결합되고 차동장치의 토오크 증가에 따라서 상기 한정된 범위내에서 여러 다른 위치에 상기 환상부재가 결합되게 하는 탄성의 가요성 부재로 구성된다. 환상부재는 차동장치 케이지의 단부판에 고정되고 탄성부재는 벨리빌 와샤인 것이 좋다.

도면은 차동장치의 여러 실시형태를 보인 것으로 이들이 다음과 같이 상세히 설명될 것이다. 이들 각 실시형태에 조합되는 장치의 기본구성은 하나의 캠종동자와 적어도 하나의 캠면을 갖는 두개의 정면캠부재사이의 결합구성에 있다. 캠종동자는 양면형이며 정면캠부재의 캠면과 접속결합하는 종동면을 갖는다.

개괄적으로 설명하여, 정면캠부재는 전통적인 차동기어장치에서 선기어를 대체한 것이며 이들은 차동장치의 출력축에 고정적으로 연결된다. 이들 출력축은 하프샤프트형으로 항속연결부, 스플라이형 연결부 또는 다른 적당한 출력축의 형태일 수 있다. 캠종동자 또는 종동자들은 전통적인 차동기의 유성기어를 대체한 것이며 차동장치의 입력기어에 고정된 케이지내에서 활동가능하게 되어 있다. 입력기어는 하이포이드(hypoid)베벨기어 또는 링 스퍼기어 또는 다른 적당한 출력축일 수 있다.

정면캠부재에는 나선형의 캠면이 형성되어 있고 종동자는 정면캠부재의 캠면에 접속하고 결합토록 되어 있는 나선형캠면을 갖는다. 이러한 구성의 기본적 특성은 나선형 캠면의 전직각도가 정면 캠부재와 캠종동자사이의 구동결합이 완전히 비역전가능하도록, 즉 정면캠부재가 캠종동자를 구동시켜 정면캠부재에 대하여 축방향으로 활동되게하나 캠종동자가 정면캠부재를 구동시킬 수 없도록 선택되는 것이다. 비역전성이 이루어지도록 하는 것은 공지되어 있으며, 전진각도는 그 탄젠트가 두 접속면사이의 마찰계수보다 작게 선택되어야 한다. 이러한 기본특징을 다음과 같이 설명되는 보다 복잡한 장치에 적용함에 있어서, 캠면에 대한 적당한 전진각도를 계산하는 것이 가능하다. 비역전성이 이루어질 수 있는 전형적인 각도는 14°이다.

만약 전직각도가 캠면과 종동자사이에 완전한 비역전성이 이루어지도록 선택된다면, 이 장치는 실제로 노-슬립형의 차동기가 될 것이다. 그러나 캠면과 종동자사이의 결합은 실제로 비역전형의 것이라고 할 수 있다. 어떤 조건에서 일측 또는 양측 정면캠부재의 캠면의 전진각도는 캠종동자와의 구동결합의 부분적인 비역전성이 허용되도록 예를 들어 96%의 비역전성이 허용되도록 선택될 수 있다. 이러한 부분적인 비역전성은 차동기출력사이에 토오크바이어스가 적용되도록 요구될 때에 선택될 수 있다.

본 문에 사용된 비역전성이라는 용어는 완전한 비역전성과 상기 언급한 바와같은 실제의 비역전성에 대하여 모두를 나타내도록 한 용어이다.

차동장치에서 캠종동자가 정면캠부재가 고정되는 두 출력의 계속된 상대적인 역회전중에 왕복운동토록 설명되어 있는 것으로부터 충분히 이해될 수 있을 것이다. 차동장치가 일측 바퀴의 슬립현상이 일어날 때에 차동기에서 일어나는 출력사이의 높은 상대회전속도를 제거하도록 설계된 노-슬립형 차동기이므로 이러한 왕복운동을 이용하여 차동장치의 설계가 가능하다. 최악의 경우, 예를 들어 이하 설명되는 차동장치의 하나가 설치된 차량이 다층형 주차장의 나선형 램프를 오르내리게되는 경우와 같은 최악의 경우를 고려하여 출력사이에서 역회전의 최대상대속도가 매 분당 25회정도가 되도록 하는 것이 좋다.

제1도-제7도에서, 차동장치(10)의 제1실시형태가 상세히 설명될 것이다. 특히 제1도와 제2도에서, 차동장치(10)는 다음의 주요구성, 즉 입력크라운기어(11), 케이지(12), 좌향 및 우향 정면캠부재(13)(14)와, 제1(외측) 및 제2(내측)쌍의 캠종동자(15)(16)로 구성된다. 이들 모든 주요구성은 일반적으로 원통형의 형태이고 크라운기어(11)가 배치되는 확장부(16)를 갖는 하우징(18)내에 장설된다.

케이지(12)는 양단이 개방되고 일측단부에서 외측으로 연장된 환상 플랜지(21)를 갖는 중앙관상부(20)로 구성된다. 관상부(20)의 양단부는 원형의 형태이고 중앙의 관상보스(25)(26)를 포함하는 단부판(23)(24)으로 폐쇄된다. 단부판(23)은 볼트(28)로 관상부(20)에 체결되고 단부판(24)는 볼트(29)로 플랜지(21)를 통하여 크라운 기어(11)에 체결된다. 제2도에서 보인 바와 같이, 케이지(12)의 중앙관상부(20)는 축방향으로 일체가 되게 연장된 스프라인(31)을 갖는다.

관상 보스(25)(26)는 하우징(19)의 단부벽내에 착설된 베어링(32)에 배치된다. 베어링(32)은 어느 형태이든지 적당하며 필요한 오일씨일(도시하지 않았음)등의 구비될 수 있다.

캠종동자(15)의 외측 쌍이 제4도에 가장 잘 도시되어 있다. 각 캠종동자(15)는 180°의 원호각도를 갖는 초생달 형태로 되어 있다. 캠종동자(15)는 그 방사상 외측면에 케이지(12)의 내면에 형성된 스플라인(31)과 결합하는 축방향 스플라인(40)이 구비되어 각 캠종동자(15)는 케이지에 대하여 축방향으로 활동될 수 있으나 케이지내에 갇혀 회전되지는 않는다. 또한 각 캠종동자(15)의 방사상 내면에는 축방향 연장형의 스플라인(42)이 형성되어 있다.

각 캠종동자(15)의 축방향 단면(43)(44)에는 축방향 캠종동자면이 형성되어 있다. 각 캠종동자의 각 면(43)(44)에는 각각 90°의 원호길이를 갖는 두개의 나선형 캠종동자, 즉 하나는 좌향 나선부이고 다른 하나는 우향나선부인 두 나선형의 캠종동작면을 포함한다. 좌향나선부와 우향나선부는 제4도에서 보인 바와 같이 캠종동자(15)의 원호중심을 향하여 발산되고 이들의 원호단부를 향하여 수렴되게 배설된다. 이로써 캠종동자(15)의 형태는 초생달형태를 이룬다. 캠종동자면(45)(46)의 전진각도는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 이들의 각 캠면과 결합토록 선택되고, 캠종동자(15)의 방사상 두께는 면(45)(46)의 적당한 접촉면영역이 이루어지도록 선택된다.

외측쌍의 캠종동자(15)는 360°의 원호를 이루나 두 캠종동자(15)는 상대측에 대하여 독립적으로 축방향 활동이 가능하다.

방사상 내측쌍의 캠종동자(16)가 제15도에 보다 상세히 도시되어 있다. 각 캠종동자(16)는 그 외측면에 제2도에서 보인 바와 같이 외측캠종동자(15)의 스플라인(42)과 결합하는 스플라인(50)이 형성되어 있다. 따라서 캠종동자(16)는 캠종동자(15)에 대하여 축방향으로 활동될 수 있으나 캠종동자(15)에 의하여 나아가서 케이지(12)에 대하여 회전이 방지되게 갇혀있게 되어 있다. 제2도에서 보인 바와 같이, 캠종동자(16)의 쌍은 캠종동자(15)로부터 90°만큼 회전방향으로 어긋나게 배열되어 있다. 캠종동자(16)는 상대측에 대하여 또는 외측쌍 모두의 캠종동자(15)에 대하여 간섭없이 상대축에 대해 축방향으로 자유롭게 이동될 수 있다. 축방향 스플라인(31)(40)(42)(50)의 배열로 4개의 모든 캠종동자(15)(16)는 케이지의 축방향으로 상호 독립적으로 활동될 수 있으나 케이지에 대하여 회전하지 못한다.

역시 각 내측캠종동자(16)도 초생달 형태이며 각 단부면(53)(54)에 캠종동자면(51)(52)을 포함한다. 면(51)(52)은 상기 언급된 면(45)(46)과 유사하며 우향 및 좌향 나선부를 포함하며, 이 우향 및 좌향 나선부는 초생달 형태의 종동자(16)를 구성토록 캠종동자(16)의 원호중심을 향하여 발산되고 이들의 원호단부를 향하여 수렴되게 배열되어 있다. 나선형 면(51)(52)의 전진각도는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 이들의 각 캠면과 결합토록 선택되나 편(45)(46)에 대하여 선택된 것과 같이 동일한 전진각도를 가질 필요는 없다. 이에 대하여는 이후에 보다 상세히 설명된다.

좌측 정면캠부재(13)(제1도에서 보았을때에)는 관상보스(25)를 통하여 연장되고 이에 형성된 평면지지부에서 지지된 원통형 단축(61)과 일체로 형성된 기부판(60)으로 구성된다. 기부판(60)의 축방향내측(우측)면에는 외측 및 내측캠종동자(15)(16)과 결합되는 캠면(63)(64)이 형성되어 있다. 캠면(63)(64)은 기부판(60)의 주연에서 타측내에 일측이 방사상으로 배치되어 있다. 각 캠면은 각각 180°의 원호길이를 가지며 일측은 좌향나선이고 다른 하나는 우향나선인 두개의 나선형 캠면부로 구성된다. 좌측 정면캠부재(13)는 제6도에 보다 상세히 도시되어 있다. 제6도에서 보인 바와 같이, 도시된 특정실시형태에서, 캠면(63)(64)은 상대측에 대하여 회전가능하게 배치되고 전진각도가 동일하다. 이러한 효과로 두개의 캠면(63)(64)은 정면캠부재(13)상에 두배 깊이의 단일캠면을 이루도록 한다. 물론 면(63)(64)은 방사상 내측으로 향하여 이들 면의 전진각도는 캠종동자(15)(16)의 면(45)(51)과 결합토록 선택된다.

우측 정면캠부재(14)는 일체로 형성된 원통형 단축(71)을 갖는 원형의 기부판(70)으로 구성된다. 이 축(71)은 케이지(12)의 원통형 보스(26)를 통하여 연장되고 이에 형성된 평면상 지지면에 지지된다. 두 캠면(73)(74)(제7도 참조)은 기부판(70)의 내측(좌측)면상에서 축방향 내측으로 향하게 구성되어 있다. 좌측 정면캠부재(13)를 인용하여 상기 언급된 바와 같이 외측 및 내측 캠면(73)(74)은 두 나선형 캠면부로 구성되고, 이들 두 부분은 180°의 원호길이를 가지며 좌향 나선과 우향나선으로 구성된다. 그러나 정면캠부재(14)의 경우에 있어서, 외측 및 내측 캠면(73)(74)은 상호 180°가 되게 배치되어 일측캠면의 축방향 최내측(최고)부분은 외측캠면의 축방향 최외측(최하)부분에 대하여 주연방향으로 인접하여 있다. 이것이 제7도에 보다 상세히 되시되어 있다.

제7도에서 보인 바와 같이, 캠면부재(14)는 두 부분으로 구성된다. 내측부(76)는 기부판(70)과 단축(71)을 포함하고 이에 내측 캠면(74)이 형성되어 있다. 캠면(73)은 내측부(76)상에 착설되고 두부분(76)(77)에 형성된 통공(78)을 관통하는 볼트 또는 다른 적당한 고정물(도시하지 않았음)로 고정된 외측 관상부분(77)에 형성되어 있다.

상기 언급된 바와 같이, 외측 캠면(63)(73)은 각각 캠종동자면(45)(46)과 결합되어 있다. 마찬가지로 내측 캠면(64)(74)은 내측캠종동자면(51)(52)과 결합되어 있다. 외측 캠면(62)(73)은 동일전지각도의 우향 및 좌향 나선을 갖는다. 더우기, 내측의 두 정면캠면(64)(74)는 동일전진각도를 갖는 우향 및 좌향 나선캠면부를 갖는다. 그러나 내측 캠면부의 전진각도는 방사상 외측의 캠면부의 전진각도와 동일한 필요는 없다.

관상 내측 지지부재(80)는 외측 및 내측캠종동자(15)(16)내에 동축상으로 배치되고 캠면내에서 정면캠부재(13)(14)의 기부판(60)(70)사이에 방사상으로 연장되어 있다. 지지판(80)은 캠종동자가 케이지(12)에 대하여 축방향으로 이동될때에 캠종동자(15)(16)를 지지한다. 차례로 캠종동자(16)는 캠종동자(15)를 지지한다. 제1도에 도시된 바와 같이, 관상지지체(80)는 어느 경우든지 내측캠종동자(16)에 고정되지 않으나 관상 지지체(80)의 단부내에 고정되고 부재(13)(14)의 중앙에 형성된 해당 원통형 요구(83)내에 배치된 일체형의 원통형 돌출부(82)를 갖는 디스크형 부재(81)에 의하여 지지된다.

자동장치(10)의 만족스러운 작동이 이루어지도록 하기 위하여, 정면캠부재(13)(14)와 케이지의 단부판(23)(24)사이에 축(61)(71)을 둘러싸고 있는 판체(60)(70)의 외면에 고정된 환상디스크(86)에 환상비이드를 형성하는 축방향 돌출면(85)에 의하여 마찰반작용면이 형성되어 있다. 제1도에 도시된 바와 같이, 반작용면(85)이 디스크(86)의 최외측 변부에 형성되어 반작용면의 유효토오크암반경이케이지(12)의 직경범위내에서 가능한 한 크게 되어 있다. 이러한 유효토오크암 반경은 디스크(86)대신에 환상 비이드(85)가 제1도에 보인 것의 방사상 내측 위치에 형성된 다른 유사한 디스크를 사용하므로서 차동장치의 조립전에 사전에 선택될 수 있다. 이로써, 마찰면의 유효토오크암 반경이 작은 값으로부터 제1도에 보인 최대값으로 변화될 수 있다. 그러나 마찰반작용은 환상비이드(85)를 거의 제로(0)에 가까운 낮은 마찰계수를 갖는 니들 트러스트로울러 베어링으로 대체하여 제로로 줄일 수 있다.

캠종동자(15)(16)는 정면캠부재(13)(14)사이에 조립되고 각 캠과 캠종동자면의 접속이 이들을 중앙케이지부분(20)에 볼트로 체결시 단부판(23)(24)의 고정작용으로 이루어짐을 알수 있다. 부품상의 백라쉬를 최소화하기 위하여 예를 들어 심(shim)(91)이 착설되고 심의 두께는 캠면과 캠종동자사이의 최적한 결합이 이루어지도록 선택될 수 있다.

크라운 또는 링기어(11)는 기존의 차동장치에서 잘 알려진 하이포이드 베벨기어이다. 실제로 링기어(11)는 공지된 방법으로 하이포이드 베벨피니어(제1도에 도시하지 않았음)과 결합된다.

차동장치(10)의 작동은 다음과 같다. 이미 언급된 바와 같이, 작동의 기본원리는 정면캠부재(13)(14)상에 형성된 캠면과 캠종동자(15)(16)사이의 구동결합이 비역전성의 결합으로 이루어지도록 하는 것이다.

차동장치(10)가 착설된 차량이 진선도로를 주행시에 차동장치의 출력(61)(71)사이에는 상대적인 역회전은 없으며 링기어(11)에 가하여진 구동력이 한 단위로 케이지(12), 캠종동자(15)(16) 및 정면캠부재(13)(14)를 회전시켜 출력(61)(71)에 구동력을 가하게 된다.

그러나, 차량이 어떤 모퉁이길이을 중행할때에 출력(61)(71)사이에는 상대적인 역회전이 일어나야 한다. 만약 이해를 돕기 위하여 케이지(12)가 노면에 고정되고 출력(61)(71)의 상대적인 역회전이 이루어진다고 가정할때에 정면캠부재(13)(14)는 상대측에 대하여 회전하므로서 캠면을 회전시킬 것이다. 캠면이 회전할때에 이들 캠종동자사이의 접속결합부분은 축방향으로 이동하게 될 것이며, 각 쌍의 내외측캠종동자의 각각의 반대방향으로 이동할 것이다. 이러한 작용이 제3도에서 보다 상세히 설명된다. 제3도는 3부분으로 되어 있다. 제3a도는 외측 정면캠면(63)(73)과 외측캠종동자(15)의 동종면상의 결합상태를 보인 것이다. 만약 정면캠부재(13)가 상측으로 이동하고 정면캠부재(4)가 하측으로 이동된다고 가정하면, 제3a도에서 보인 바와 같이 상측 캠종동자가 우측으로 이동하는 반면에 하측 캠종동자(15)는 좌측으로 이동하게 됨을 알수 있을 것이다.

제3b도는 내측캠종동자(16)와 내측캠면(64)(74)의 결합상태를 보인 것이다. 제3도는 설명도에 지나지 않으므로 내측캠종동자(16)의 하나가 반으로 분할되어 도시되어 있으며 그부분이 제3b도의 상부와 하부에 보이고 있음을 알수 있다. 다시 제3b도에서, 정면캠부재(13)가 상측으로 이동하고 정면캠부재(14)가 하측으로 이동한다고 가정하면 분할된 캠종동자(16)는 우측으로 이동하고 다른 캠종동자(16)는 좌측으로 이동됨을 알수 있다.

제3a도와 제3b도는 이해를 돕기 위하여 캠면과 캠종동자의 외측 및 내측셋트만을 도시하였다. 제3c도는 동일도면에 양 셋트의 캠면과 캠종동자를 보인 것이다. 물론 제3c도는 제3a도와 제3b도를 겹쳐 도시하므로서 얻어진 것이다. 제3c도는 캠종동자(15)(16)사이의 중첩된 부분(제3c도에서 수평선으로 표시하였음)을 명확하게 보인 것이다. 제3c도는 한 쌍의 캠종동자가 케이지(12)의 외측단부를 향하여 그 축방향 이동의 한계위치에 있고 이들 상의 캠종동자(제3도의 캠종동자(16)가 역전되려는 그 최소 또는 최악의 경우에 있는 위치에서 겹쳐 보인 것이다. 도시된 바와 같이 각 쌍의 캠종동자는 모든 캠동자가 이들의 이동한계위치에 이를 수 있을 정도로 충분히 축방향 길이를 가지며, 종동자사의 결합된 스플라인을 통하여 회전구동력을 전달할 수 있도록 캠종동자사이의 축방향으로 겹친 부분은 충분히 넓다.

제3도에 도시된 설명도에서 보인 바와 같이, 축(61)(71)으로 상대적인 역회전이 연속되는 경우 외측 및 내측캠종동자(15)(16)가 왕복운동함을 알수 있을 것이다. 상기 언급된 바와 같이, 내측캠종동자(16)가 이들의 축방향 이동한계점에 있음이 제3b도에 도시되어 있다. 정면캠부재(13)(14)의 상대적인 운동으로 캠종동자(16)는 상기 언급된 바와 같이 우측과 좌측으로 이동하게 될 것이다. 부재(13)(14)의 연속된 상대적인 운동으로 제3b도에 도시된 바와 같은 좌측캠종동자(16)는 제3b도에서 보인 우측캠종동자에 의하여 점유되었던 축방향 위치로 이동하게 되며 다시 그 반대로 될 것이다. 마찬가지로 제3a도에 도시된 외측 캠종동자(15)는 제3a도에서 보인 위치로부터 좌측으로 이동하고 나서 다시 우측으로 이동하게 되며 또 다시 그 반대로 될 것이다. 상기 언급된 바와 같이 두 셋트의 캠종동자가 90°만큼 어긋나 있으므로 이들이 확실하게 중첩된 상태에 놓여 있도록 하여 항상 캠종동자사이에 적합한 결합상태가 유지되는 것이다.

상기 언급된 바와 같이, 각 캠종동자와 각 축방향 면에는 우향 및 좌향 나선의 캠종동자부가 형성되어 있다. 이는 일측방향로 전진구동토록하거나 타측방향으로 역구동하도록 하는데 필요하다. 캠종동자와 정면 캠면은 항상 단일작용하는 형태임에 주목하여야 할것이다. 이러한 이유로 전동시 백라쉬가 간단히 이루어진다. 이미 언급된 바와 같이, 케이지의 단부판(23)에서 그 축방향 위치는 심에 의하여 조절되며 이들 심의 두께는 조절하므로서 백라쉬가 이루어질 것이다. 캠종동자는 이들이 캠면에서 작용될 때에 긴장 상태는 아니지만 항상 압축사애에 있으며 이로써 이들에는 굽힘력이 가하여지지 않음을 알수 있다. 각 쌍의 캠종동자(15)(16)는 차동장치의 작동시에 캠종동자사이의 부하분배가 만족스럽게 이루어질 수 있도록 한단위 장치로 가공될 수 있다.

이러한 본 발명은 웜기어와 웜휠을 이용하는 종래기술의 차동장치와 비교될 수 있다. 종래의 이러한 장치와 비교하여 상기 언급된 차동장치(10)는 현저한 잇점을 갖는다. 그 주요잇점의 하나는 정면 캠부재(13)(14)의 캠면과 캠종동자(15)(16)사이의 접촉면적이 매우 넓다는 것이다. 특히 제3도에서 보인 같이 어느 주어진 순간의 위치에서 캠면과 캠종동자사이의 접촉면적이 매우 넓음을 알수 있다. 이와같이 접촉면적이 넓으므로서 차동장치의 구성부품에 대한 헤르치안 표면스트레스부하가 감소되고 나아가서 마모가 현저히 감소되는 것이다. 이러한 점은 한정된 부분에서의 마모가 이러한 종류의 장치에 있어서 상당히 불균일한 백라쉬가 이루어지고 장치가 더 이상 사용되지 못하기 전 까지의 허용마모량이 제한되는 것이 잘 알려져 있기 때문에 매우 유리하다고 할 수 있다.

차동장치(10)의 다른 잇점은 비록 이러한 장치가 캠종동자의 선형완복운동에 기대하여 작동하기는 하나 전체 구성이 특히 축방향으로 치밀하게 짜여져 있고, 차동장치가 차량의 구동축이나 다른 부품의 수정없이 기존차량의 차동기하우징내에 그대로 설치될 수 있는 점이다.

상기 언급된 차동장치(10)는 그 기본구성이나 작동방법을 크게 변경시키지 아니하고 여러 수정실시형태가 구성될 수 있다. 이러한 수정형태의 예가 제8도-제11도에 도시되어 있다.

제8도와 제9도는 외측 및 내측셋트의 캠면과 캠종동자의 제3a도 및 제3b도와 유사한 설명도이다. 제8도 및 제9도에서 보인 바와 같이 캠면과 캠종동자모두의 인접한 반대방향 나선부가 만곡부(100)서 만나고 있다. 각각의 경우 인접한 나선캠면부의 결합을 위하여 선택된 곡선은 이 곡선이 그 단부에서 캠면부에 접선적으로 접하고 완만하게 이에 이루지도록 하고 이 곡선이 각 단부로부터 중앙으로 이동하면서 반경이 증가되도록 선택된다. 제8도와 제9도에서 보인 실시형태에 있어서, 선택된 곡선은 포물선 원호이나 다른 적당한 곡선이 이용될 수 있다. 제8도 및 제9도에서 보인 수정형태의 목적은 작동시에 발생된 소음을 줄이기 위하여 각 캠종동자가 일측의 축방향으로 그 이동한계위치에 이르고 다시 역으로 이동할 때에 원활한 이동이 이루어지도록 하는 것이다.

제10도는 좌측 정면캠부재(13)에 대한 수정형태를 보인것이다. 이미 언급된 바와 같이 차동장치(10)에서 나타날 수 있는 백라쉬가 케이지(12)의 단부판(23)(24)의축방향 위치를 조절하므로서 적절한 크기를 가질 수 있다. 그러나 이 장치에 존재하는 모든 백라쉬를 감안한다면 내외측쌍의 캠종동자사이의 차이는 두 쌍의 캠종자사이에 있는 백라쉬의 차이를 의미한다. 내외측 셋트의 캠면과 캠종동자의 독립된 축방향 조절이 이루어지도록 하기 위하여 제10도에서 보인 수정형태의 정면캠부재(13)가 사용된다. 제10도에서는 제6도에서 보인 부분과 동일한 부분에 대하여서는 동일부호로 표시하였다. 정면캠부재(13)는 축(61)과 일체로 형성되고 내측 캠면(64)을 형성하는 수단이 그 내측면에 형성된 기부판(60)을 포함한다. 그러나, 제10도에서, 외측캠면(63)은 정면캠부재(13)에 대하여 축방향으로 조절가능한 별도의 관상부(102)에 형성되어 있으며, 이러한 관상부(102)를 정면캠부재(13)에 고정하는 수단을 포함한다. 제10도에서 보인 바와 같이, 정면캠부재의 두부분은 관상부(102)의 축방향 조절이 가능하도록 스플라인이 형성되어 있고 그러브 스크류(grub screw)(10)가 관상부(102)를 제자리에 고정토록 제공된다. 두 쌍의 캠종동자사이의 백라쉬는 차동장치(10)의 최종조립전과 모든 백라쉬가 단부판(23)(24)의 조절로 확보되기 전에 캠면(63)(64)의 상대적인 축방향 위치에 조절도 확보될 수 있다.

제1도에서 보인 지지관(80)은 축(61)(71)에 의하여 그 단부에서 지지되고 완만한 외측지지면을 갖는 것으로 도시되어 있으나 내측캠종동자(16)의 내측면과 결합되지는 아니한다. 지지관(80)은 캠종동자(16)의 내측면에 형성된 스플라인과 결합하는 스플라인이 형성된 외측면을 갖도록 수정될 수 있다. 이러한 수정형태는 지지관(80)이 내측캠종동자를 제어하고 또한 예를들어 관상체(80)내의 원통형 공간부내에 착설된 서어보와 같은 다른 장치를 위한 반작용점을 형성하기 위하여 내측캠종동(16)와 함께 회전될 수 있도록 하는데 적용될 수 있다.

관상지지체에 대한 다른 수정실시형태를 보인 차동장치의 다른 실시형태가 제11도와 제12도에 도시되어 있다. 제11도와 제12도에 있어서, 차동장치(105)는 차동장치(10)의 주요부분과 동일하게 구성되는 바, 입력 크라운 기어(106), 케이지(107), 좌측 및 우측 정면캠부재(108)(109)와 외측 및 내측쌍의 캠종동자(110)(111)으로 구성된다. 정면캠부재(108)(109)와 캠종동자(110)(111)은 상호 결합되는 나선형 캠면을 포함하고 그 기본형태와 작동을 제1도에 관련하여 상기 언급된 바와 동일하다.

그러나, 제11도와 제12도에서, 캠종동자를 위한 관상지지체(114)는 내측쌍의 캠종동자의 방사상 내측에 있지 않으나 대신에 외측 및 내측 쌍의 캠종동자(110)(111) 사이에 착설된다. 제2도에 대하여 제12도를 비교하여 이러한 구조를 확인할 수 있을 것이다. 제12도에서, 관상지지체(114)에는 그 외측면에 축방향 연장의 스플라인(115)은 형성되어 있고 그 내측면에는 축방향 연장의 스플라인(116)이 형성되어 있다. 스플라인(115)은 외측캠종동자(11)의 내측면에 형성된 스플라인(117)과 결합되는 한편 스플라인(116)은 내측캠종동자(111)의 외측면에 형성된 스플라인(118)과 결합된다. 외측 캠종동자(110)에는 제1도에 관련하여 상기 언급된 바와 같은 동일한 방법으로 케이지(107)의 내면에 스플라인이 형성되어 있다. 따라서, 내외측 캠종동자(110)(111)는 상대측에 대하여 축방향으로 자유롭게 이동되고 또한 케이지와 지졔(114)에 대하여서도 축방향으로 자유롭게 이동되는 한편, 케이지, 외측 캠종동자(110), 지지체(114) 및 내측 캠종동자(111)는 모두 단일 장치로서 회전되는 것이 방지된다.

제11도와 제12도의 관상지지체(114)는 정면캠부재(108)(109)의 기부판 사이에 축방향으로 연장되어 있으며, 이러한 목적을 위하여 내외측 캠면사이의 정면캠부재에 지지체 (114)가 삽입되는 환상공간부가 형성된다. 이러한 구성이 특히 제11도에 되시되어 있는바, 각 정면캠부재(108)(109)가 함께 볼트체결되는 두 부분으로 구성됨을 볼 수 있다. 각 정면캠부재의 외측부(120)는 이 부재의 기부판, 일체로 형성된 축과, 축방향으로 연장된 외측 정면캠면(121)을 포함한다.

각 정면캠부재에 제2내측부(122)는 내측 정면캠면을 형성하며, 두 부분사이의 상대적인 회전이 이루어지도록 외측부(120)에 키(124)로 고정되고, 볼트(125)로 외측부에 고정된다.

두 정면캠부재(108)(109)는 동일한 두 부분(120)(122)으로 구성될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 제11도에서, 내외측 캠면으로부터 180°의 원호각도상에 위치하는 좌측 정면캠부재(109)는 도시된 상대적 위치에서 두 부분(120)(122)을 갖는다. 동일 위상에 내외측캠면을 갖는 좌측 정면캠부재(108)는 정면캠부재(109)에 비하여 180°의 각도를 통해 상대측에 대하여 회전된 부분과 함께 두 부분(120)(122)을 고정하므로서 구성된다. 이들 두 위치에서 부분(120)에 대하여 부분(122)을 고정할 수 있도록 하기 위하여 외측부(120)에는 제11도에서 보인 바와 같은 제2의 키홈(127)이 형성되어 있다.

또한 제11도에서 보인 차동장치(105)의 실시형태는 차동장치의 다른 실시형태에도 제공될 수 있는 다른 두 특징을 갖는다. 제1도에 관련하여 상기 언급된 마찰반작용면 대신에, 우측 정면캠부재(109)를 위하여 제공된 니들 베어링(126)이 정면캠부재의 기부판과 디스크(128) 사이에 배치된다. 파상형의 스프링와샤(129)가 디스크(128)와 하우징(107)의 단부판 사이에 배치된다. 이 스프링(129)은 케이지(107)가 조립될때에 축방향 내측으로 향하는 힘을 가하므로서 차동장치의 부품에 예비부하를 가하게 된다.

제11도와 제12도에 관련하여 상기 언급된 바와 같이 관상지지체(114)를 재배치하므로서 캠종동자가 이들이 축방향 이동한계점에 있을때에도 내측 및 외측 캠종동자를 지지하는 지지체로서 작용하게 된다. 내측 캠종동자에 완전히 형성된 스플라인은 관상 지지체와 일정한 구동결합을 이루게하고 마찬가지로 외측 캠종동자의 스플라인은 관상지지체 및 케이지와 구동결합된다. 이러한 구성으로 두쌍의 캠종동자 사이를 축방향으로 중첩할 필요가 없다. 따라서 캠종동자는 제1도의 실시형태에서 요구된 정도로 중첩되는 것보다 더 좁게 중첩될 수 있도록 축방향으로 좁게할 수 있다.

또한 이렇게 하므로서 캠종동자의 주어진 축방향 길이에 대하여 필요하다면 나선각도를 크게할 수 있도록 한다. 언급된 실시 형태에 있어서, 캠종동자의 나선면의 전진각도는 이들 사이에 축방향으로 중첩되는 부분을 없애도록 제11도의 캠종동자를 짧게하므로서 제1도의 약 14°로부터 약 17°로 증가될 수 있다.

차동장치(105)의 다른 잇점은 캠종동자가 상호 활동접촉되는 상황에 관련된 문제점이 없이 장치의 다른 부분과는 상이한 재질로 제작될 수 있다. 예를들어 캠종동자는 캠면과 캠종동자사이의 마찰계수를 조절하기 위하여 인청동으로 제작될 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 차동장치의 바이어스량은 나선형 캠면의 전진각도와 여러부분 사이의 마찰계수에 따라 달라진다. 따라서 인청동으로 제작된 캠종동자의 재질은 차동장치의 바이어스를 조절하기 위하여 다른 물질이 사용될 수 있다.

나선형 캠면이 전진각도가 캠면과 캠종동자 사이의 결합의 완전한 비역전성이 확보되도록 하거나 제한된 각도의 비역전성이 허용되도록 선택되는 것이 상기 언급된 바 있다. 제1도에서, 모든 캠면의 나선부의 전진각도는 동일하게 묘사되어 있다. 그러나, 내측 정면캠면과 이들의 캠종동자사이의 접촉면적에서 유효토오크암의 반경은 외측 정면캠면과 이들의 캠종동자사이의 접촉면적에서 보다 작으므로 두 셋트의 캠면과 종동자 사이에서 비역전성의 각도는 동일 전진 각도가 사용되는 경우 상이할 것이다. 이를 보상하기 위하여 내측 셋트의 캠면과 캠종동자에 대하여 상이한 전진각도가 선택될 수 있다.

또한 상기 언급된 바와 같이, 차동장치(105)에서 캠종동자를 짧게 하므로서 나선면의 전진각도를 증가시킬 수 있다.

또한 나선부의 전진각도는 캠종동자수를 증가시키므로서 현저히 증가될 수 있다. 이러한 예가 제13도에 도시되어 있다. 제13도는 차동장치의 제3도와 유사한 설명도이며 이로써 제13도의 차동장치(130)가 네 쌍의 캠종동자와 정면캠부재(131)(132)에 이에 해당하는 캠면을 포함한다. 캠종동자사이의 중첩된 영역을 다시 수평선으로 표시하였다. 제13도에서, 방사상 외측의 캠종동자는 부호(133)로 표시하였으며 방사상 내측 캠종동자는 부호(134)로 표시하였다.

제13도의 차동장치(130)에는 4개의 캠종동자가 있으며 각 정면캠부재에는 이에 일치하는 4개의 캠면, 즉 각각 90°의 원호길이를 갖는 두개의 좌향 및 두개의 우향 나선부가 형성되어 있다. 캠종동자(133)(134) 이들의 각 축방향을 측부에 각각 45°조향 및 우향 나선면의 동일한 부분을 포함한다. 각 캠종동자의 원호각도는 90°이다.

캠종동자의 수는 전진각도의 증가와 함께 증가될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 일반적으로 캠종동자의 수가 n개라면 각 캠종동자의 원호 각도는 360/n°가 될 것이며, 각 캠종동자는 180/n°의 각각의 축방향면에 좌향 및 우향 나선부를 포함하고, 각 정면캠부재는 360/n°의 단부캠면을 포함할 것이다.

또한 상기 언급된 차동장치의 기본구성은 트랜스퍼 차동기에 실시될 수 있으며 트랜스퍼 차동장치의 한예가 제14도 및 제15도에 도시되어 있다. 차동장치(140)는 케이지(141), 좌측 및 우측 정면캠부재(142)(143)과 한 셋트의 캠종동자(145)로 구성된다. 제14도와 제15도의 실시형태를 이전의 차동장치 실시형태와 비교하여 볼때에 차동장치(140)의 각 정면캠부재(142)(143)는 단일셋트의 캠면만을 포함하고 단 한셋트의 캠종동자(145)만이 있음을 알 수 있다.

제15a도와 제15b도는 캠면과 캠종동자가 상이한 두 위치에 있음을 보인 설명도이다.

정면 캠부재(142)는 좌향나선면과 우향나선면인 두개의 캠면(146)(147)을 포함하고 이들 각각은 180°의 원호길이를 갖는다. 정면캠부재(143)는 4개의 캠면, 한쌍의 좌향나선면과 한쌍의 우향나선면(148)(149)를 포함한다. 이들 나선면(148)(149)의 원호각도는 90°이다.

또한 캠종동자(145)는 상기 언급된 바와 같이 초생달의 형태이나 이들의 원호각도는 120°이다. 각 캠종동자(145)는 축방향으로 간격을 둔 캠종동면(150)(151)을 가지며 각 면은 60°의 좌향 및 우향나선부를 갖는다. 종동자면(151)의 전진각도는 나선형 캠면(146)(147)의 전진각도와 부합되게 선택되고 종동자면(150)이전진각도는 나선형 캠면(148)(149)의 전진각도와 부합되게 선택된다. 각각 두개의 4개의 캠면을 갖는 정면캠부재와 3개의 캠종동자로 구성되므로서 트랜스퍼 차동기(140)의 빌트-인 바이어스의 비율은 2 : 1이된다. 이러한 트랜스퍼 차동기에는 캠면과 캠종동자의 수효가 다를 수 있는데, 일반적으로 두개의 정면캠부재에 형성된 캠면의 수효는 2만큼 다르며, 사용된 캠종동자의 수효는 두 정면 캠부재에 형성된 캠면의 수가 P이고 다른 캠부재에 형성된 캠면의 수가 P+2라면 P+1개의 캠종동자가 사용될 것이다. 캠종동자는 모두 동일할 것이나 이들의 나선형 종동자면의 전진각도는 일측 축방향과 타측의 것은 상이할 것이다.

제14도에서 보인 바와 같이, 차동기(140)의 기본구조는 상기 언급된 차동장치와 유사하다. 정면캠부재는 케이지(141)의 단부판에 지지된다. 좌측정면부재(143)는 속이 비어 있는 축(155)을 포함하고 이 축(155)에는 싸일런트 체인(156)으로 제2스프로켓(157)에 연결된 스프로켓(158)이 고정되어 트랜스퍼 차동기가 사용된 차량에서 한쌍의 차륜을 구동시킨다. 좌측 정면캠부재(142)는 축(155)을 통하여 연장된 단일체의 축(159)을 포함하며 이로써 다른 쌍의 차륜을 구동시킨다. 케이지(141)에 대한 입력구동은 축(155)(159)로부터 원격한 케이지의 단부판에 형성된 단축(160)을 통하여 제공된다.

상기 언급된 바와 같이, 차동장치(14)는 단 한 셋트의 캠종동자와 단 한 셋트의 캠면을 갖는 정면캠부재(142)(143)만을 포함한다.

항상 하나의 캠종동자가 전진구동상태에 있고 다른 하나의 캠종동자가 후진상태에 있으므로 이러한 트랜스퍼 차동기에는 내외측셋트의 캠종동자와 캠면을 가질 필요는 없다. 각 캠종동자는 그 인접한 캠종동자 측으로 재순환하므로 부가적으로 중첩될 필요는 없으며, 종동자결합사이의 중첩부는 이 장치에서 본질적인 것이다. 이러한 구성내용이 제15b도에서 설명된다.

여러 잇점이 종래기술에 비교하여 상기 언급된 차동장치로부터 유래됨을 알 수있을 것이다. 상기 언급된 차동장치에서 캠종동자는 단동형으로 압축상태에서 작동한다. 이는 백라쉬가 일측방향으로 부품간의 축방향 공간을 조절하므로서 보강되고 부품에 대한 예비부하가 단일축방향으로 예비부하력을 가하므로서 간단히 유효하게 가하여지게 되므로 백라쉬의 확보가 아주 용이하게 이루어진다.

특히 단동형 캠종동자와 해당캠면은 항상 활동가능하게 접촉하므로 대다수 종래기술의 장치에 관련된 결합문제점이 해소된다.

제16도-제20도는 차동장치의 또다른 실시형태를 보인 것으로 다음의 설명은 제1도-제15도의 상기 설명과 연관하여 이해되어야 할 것이다. 다음에 언급되는 차동장치의 작동과 구성의 기본원리는 상기 언급된 바와 정확히 동일하다.

제16도-제20도에서, 차동장치(200)는 다음의 주요구성, 즉 입력 크라운기어(211), 케이지(212), 좌우측 정면캠부재(213)(214), 그리고 한 셋트의 캠종동자(215)로 구성된다. 비록 캠종동자와 정면캠이라는 용어가 상기 언급된 바와 동일하게 사용되었으나 캠종동자(215)는 래크라 할 수 있고 정면캠을 반대방향의 웜을 다수 포함하는 웜부재라 할 수 있다.

좌측 정면캠부재(213)는 중앙의 원통형 보스(220)와, 캠면(223)(224)이 형성된 환상 플랜지(221)로 구성된다. 정면캠부재(213)는 24개의 캠면(223)과 24개의 캠면(224)을 포함하고, 한 셋트의 캠면은 좌향나선 웜이고 다른 셋트는 우향나선웜이다. 제3도에서 상세히 보인 바와 같이, 캠면(223)(224)는 정면캠부재(213)의 주연에 교호로 배치되어 있고 각 캠면은 정면캠부재의주연에서 1/48의 원호부분을 점유한다. 정면캠부재(213)의 중앙 보스(220)에는 차동장치가 착설되는 차량의 하프-샤프트에 고정하기 위한 스플라인이 일체로 형성되어 있다.

마찬가지로 좌측 정면캠부재(214)는 차량의 하프-샤프트에 고정하기 위하여스플라인이 일체로 형서된 중앙의 원통형 보스(220)와, 캠면(225)(226)이 형성된 환상 플랜지(221)로 구성된다. 캠면(225)(226)은 역시 정면캠부재(214)의 주연에 교호로 배열되고 좌향나선웜과 우향나선웜으로 구성된다. 그러나 정면캠부재(214)는 26개의 캠면(225)과 26개의 캠면(226)을 포함한다. 따라서 각 캠면은 정면캠부재(214)의 주연에 1/52의 원호부분을 점유한다.

제18도에서 보인 바와 같이, 두 정면캠부재(213)(214) 사이에는 25개를 한 셋트로하는 캠종동자(215)가 배설된다. 각 캠종동자(215)는 축방향으로 정렬되고 접속된 거의 유사한 두개의 캠종동자부분(230)으로 구성된다. 캠종동자부분(230)의 상세한 내용이 제19도와 제20도에 상세히 도시되어 있다. 각 캠종동자 부분은 그 대형측면부에 오일공급로(232)가 형성된 사각동체(231)로 구성된다. 캠종동자부분(230)의 헤드부분(233)은 동체에 일체로 형성되고 캠종동자면(228)을 포함하며 그 전진각도는 캠면(223)(224) 또는 (225)(226)과 부합된다. 비록 캠종동자부분(230)이 전체 구성에서 동일하나 이들의 헤드부분에 형성된 캠종동자면(228)은 이들이 협통하도록 설계된 캠면의 형태와 일치함을 알 수 있을 것이다.

캠종동자(230)의 동체(232)는 케이지(212)의 중앙부(240)에 형성된 사각축공내에 배치된다. 제16도에 도시된 바와 같이, 케이지(212)의 중앙부는 관상의 형태이고 두께가 얇아진 중앙부(241)를 갖는다. 사각 단면이 축공(243)은 25개이고 이들은 중앙부(240)의 외축둘레에 동일한 간격을 두고 배열되어 있다.

케이지(212)의 중앙부(240)는 케이지의 좌우측 단부(245)(246)에 고정되어 있다. 각 단부(245)(246)는 환상플랜지(248)를 포함하고 이를 통하여 볼트(253)가 착설되어 조립상태로 케이지의 단부와 중앙부(240)를 고정한다. 중앙의 원통형보스(249)는 플랜지(248)의 축방향 외측으로 연장되고 베어링의 배치를 위한 요구(250)를 포함하며 이 베어링에는 차량의 각 하프-샤프트가 회전가능하게 착설된다. 또한 케이지(212)의 좌측 단부(245)는 확장된 방사상 플랜지(251)를 포함하고 이에 연결공(257)을 지나는 볼트(도시하지 않았음)로 입력크라운기어(211)가 고정된다.

정면 캠부재(213)(214)를 위한 반작용면이 이들 정면캠부재의 축방향 외측면과 케이지(212)의 단부(245)(246)에 형성된 플랜지(248)의 축방향 내측면 사이에 형성되어 있다. 이들 반작용면은 마찰패드나 제16도에서 보인 바와 같은 니들레이스 베어링(255)의 형태이다.

이 차동장치(200)의 작동은 특히 제14도 및 제15도에 관련하여 상기 언급된 바와 동일하다. 차동장치(200)에 있어서의 주요차잇점은 보다 많은 수의 캠종동자(215)와, 정면캠부재(213)(214)상에 이헤 해당하는 수의 캠면에 형성되어 있는 점이다.

이와 같이 많은 수의 캠종동자를 사용하므로서 현저한 잇점을 갖는다. 그중에서 중요한 잇점중의 하나는 캠종동자의 질량이 차동장치의 상기 언급된 실시형태와 비교하여 현저히 감소된다는 점이다.

또한 한쌍의 구성되는 캠종동자의 구성이 차동장치의 제작과 조립을 크게 단순화할 수 있도록 한다.

상기 언급된 바와 같이, 자동장치(10)에는 정면캠부재(13)(14)의 외측단부와 케이지(12)의 단부판(23)(24)사이에 마찰반작용면(85)이 형성되어 있다. 또한 상기 언급된 바와 같이, 이들 마찰반작용면은 정면캠부재(13)(14)의 축선으로부터 상이한 방사상 거리에 있는 위치에 형성될 수 있고, 또한 이 마찰반작용면은 정면 캠부재와 케이지의 단부판사이의 마찰계수를 제로(0)에 가깝게 줄일 수 있도록 니들레이스 로울러베어링으로 대체될 수도 있다.

제21도-제25도는 보다 유용한 특징을 갖는 수정형태가 결합된 차동장치의다른 실시형태를 보인 것이다.

수정형태의 기초는 적어도 하나의 정면캡(13)(14)에 대하여 둘 이상의 마찰반작용조건을 제공하고 차동장치에 존재하는 토오크가 증가할때에 이들 둘 이상의 조건사이에 자동적으로 전환하기 위한 수단을 제공하는 것이다. 두 마찰반작용조건을 갖는 차동장치의 두실시형태가 제21도와 제22도에 도시되어 있으며, 이제부터 이를 설명키로 한다. 두 제한조건 사이에서 무한정한 가변마찰반작용 조건을 갖는 다른 실시형태가 제23도-제25도에 도시되어 있고 역시 이제부터 이를 설명키로 한다.

먼저 제21도에서, 차동장치(300)는 차동장치(10)에 일치하는 많은 부분을 포함하고, 이들이 모두 제21도에 도시되지 않았거나 도시되었다면 동일부호로 표시하였다. 차동장치(10)에 있는 환상판체(86)는 차동장치(300)에는 없다. 차동장치(300)에서, 환상비이드 형태의 마찰반작용면(302)은 케이지(12)의 단부판(24)에서 내측면에 형성되어 있다. 또한 니들레이스 로울러베어링(303)이 반작용면(302)의 반사상 외측인 단부판(24)의 내측면에 착설되어 있다. 제21도에서 보인 바와 같이, 베어링(303)은 반작용면(302)보다 약간 먼 거리를 두고 단부판(24)으로부터 축방향으로 연장되어 베어링(303)의 외면이 정면캠부재(14)의 오면에 약간 더 근접하게 된다.

정면캠부재(14)와 단부판(24) 사이에는 벨리빌 와샤(305)가 착설되어 있다. 벨리빌와샤(305)의 착설된 위치가 제21도에 도시되어 있다. 이 위치에서, 벨리빌 와샤는 정면캠부재(14)와 반작용면(302) 사이에 작용하므로 정면캠부재(14)에 대한 유효마찰반작용면은 반작용면(302)이 된다.

차동장치(300)에서 토오크가 증가함에 따라서 정면캠부재(14)는 제21도에서 보아 우측을 향하여 우측으로 이동하려는 경향을 보일 것이다. 이러한 운동은 벨리빌와샤(305)에 의하여 억제되나 토오크에 의하여 발생된 축방향의 힘이 벨리빌와샤(305)에 의하여 결정된 값을 능가할때에 벨리빌와샤는 굽혀져 니들베어링(303)에 접촉하게 될 것이다. 이때에 정면캠부재(14)와 단부판(24) 사이의 반작용면은 더 이상 반작용면(302)으로서의 기능을 발취하지 아니할 것이며, 대신에 니들베어링(303)이 작용하게 될 것이다. 상기 언급된 바와 같이, 마찰반작용은 니들베어링(303)의 마찰계수가 매우 작으므로 제로에 가깝게 감소될 것이다. 이와 같이, 차동장치(300)에 있어서, 고 토오크비 바이어스 상태가 장치의 토오크가 비교적 낮을때에, 그리고 장치의 토오크가 예정치를 능가할 때에 나타날 것이며, 상기 언급된 바와같이, 차동기는 니들베어링(303)에 의하여 제공된저 토오크비 바이어스의 상태로 자동전환할 것이다.

다시 차동장치(300)의 토오크가 감소되면 상기 언급된 상황이 역으로 진행될 것이며, 벨리빌 와샤는 제21도에서 보인 위치로 복귀되고 다시 반작용면(302)에 의하여 제공되는 고토오크비 바이어스상태가 나타날 것이다.

정면캠부재(14)로부터 단부판(24)의 초기 간격은 벨리빌와샤(105)에 대한 압력을 조절하여 토오크 바이오스 시프트의 운동을 제어하도록 작용하는 심(306)에 의하여 조절된다. 제21도와 이에 관련된 도면에서는 벨리빌와샤 주위의 간극이 크게 과장되어 도시되어 있다.

이 와샤의 굽힘정도는 실제로 매우 작다.

다시 제22도에서, 이 도면에는 제21도에 관련하여 언급된 것과 반대가 되는 두 토오크비 바이어스 상태사이에서 자동전환되는 차동장치(310)를 보이고 있다.

차동장치(310)에 있어서, 정면캠부재(14)는 케이지(12)의 단부판(24)을 향하여 연장된 외향의 환상주연비드(312)를 포함한다. 환상비이드(312)의 방사상 내측에는 니들레이스로울러 베어링(313)이 배치되어 있다. 벨리빌와샤(315)가 단부판(24)과 니들레이스 로울러베어링(313)사이에 개재되어 있다. 제22도에서 보인 바와 같이, 벨리빌 와샤는 정면캠부재(14)와 단부판(24) 사이의 초기 반작용이 벨리빌 와샤(315)를 통해 니들 베어링(313)에 의하여 이루어지도록 하는 위치에 놓여 있다. 이러한 상태가 저토오크 바이어스비 상태일 것이다. 차동기(310)의 토오크가 증가하므로서, 발생된 축방향의 힘은 정면캠부재(314)가 제22도에 보았을때에 우측으로 외향되게 가압하므로서 벨리빌 와샤의 탄성을 극복하고 환상비이드(312)가 케이스(12)의 단부판(24)에 접하게 된다. 이때에 환상비이드(312)는 정면캠부재(14)에 대한 마찰반작용면을 제거하고 이것이 고토오크바이어스비 상태를 제공하게 될 것이다. 다시 제21도 관련하여 상기 언급된 바와 같이, 이러한 상태가 일어나는 토오크의 레벨은 벨리빌 와샤에 의하여 결정될 것이다. 또한, 장치의 토오크가 감소할때에 차동장치(310)는 제2도에서 보인 상태에 대하여 역으로 될 것이다. 환상 비이드(312)과 단부판(24) 사이의 초기 거리와 벨리빌(315)의 초기 굽힘정도는 케이지(12)의 단부판(24)과 중앙부(20) 사이에 개재된 심(316)에 의하여 조절될 수 있다. 심(316)의 선택은 차동장치(310)에서 이루어지는 토오크 바이어스 시프트의 운동을 조절하는데 이용될 수 있다.

하나의 정면캠부재에 대하여 두개의 마찰작용면을 갖는 구조에 관련하는 한 본 발명은 제21도와 제22도를 인용하여 상기 언급된 실시형태로 제한되지는 아니한다. 제21도 또는 제22도에서 보인 구조는 차동장치의 양단에 제공되어 정면캠부재(13)에 대하여 제공된 마찰반작용면이 정면캠부재(14)에 제공된 것과 제21도 또는 제22도에 도시된 것과 동일할 수 있다. 그러나 트랜스퍼 차동기로서 이용하기 위한 차동장치에 있어서 제21도 또는 제22도에 도시된 구조는 차동장치의 타측단부에 그대로 복제구성될 필요가 없고 대신에 제1도에서 보는 바와 같이 마찰반작용면(85)이 구비되거나 상기 언급한 바와 같은 니들 레이스 로울러 베어링이 구비될 수 있다. 따라서 빌트-인 바이어스가 상이한 트랜스퍼 차동기는 마찰반작용면, 니들레이스 로울러 베어링과 제21도 또는 제22도의 구성이 조합될 수 있다.

더욱이 제21도와 제22도에서 보인 니들레이스 베어링(103)(113)은 다른 환상비이드로 대체되어 양측 마찰반작용면이 제로에 가까운 반작용력을 가하는 것 보다는 상이한 반경에서 적극적인 마찰력을 제공토록할 수 있다.

제21도와 제22도에 관련하여 상기 언급된 차동장치는 승용차나 중장비차량 모두에 사용하기가 적합하다. 두 토오크바이어스비 상태사이의 자동전환으로 모든 적용분야에 현저한 잇점을준다.

예를 들어 승용차의 경우 고 토오크 바이어스비를 갖는 기존의 고정형 또는 논-슬립형 차동장치는 승용차에 설치되었을때에 승용차가 흔들리게 되는 요동효과를 준다. 차량의 일측 차륜이 슬립되는 상황에서 차동장치의 효과는 처음의 일측차륜에 증가된 토오크를 가하고 나서 각각의 차륜이 슬립될때에 타측에 증가된 토오크를 가하게 될 것이다.

중장비차량에 있어서, 보다 효과적인 잇점은 상기 언급된 구성으로부터 유래될 수 있다. 종래기술의 장치는 중장비차량의 일측차륜이 슬립되는 경향을 보일때에 토오크비가 증가되어 회전하는 차륜에는 적은 토오크를 가하고 노면이 미끄러워 슬립되는 차륜에는 보다 큰 토오크가 가하여지도록 되어 있다. 예를들어 이러한 장치는 이러한 작동이 차동장치의 고정으로 행하여진다. 그러나 이와 같은 종래장치는 양측 차륜이 다시노면에 접할때에 슬립되던 차륜에 연결된 하프샤프트에 토오크가 급격히 증가하여 하프 샤프트를 제동한다하여도 이에 상당한 힘이 가하여지는 결점을 갖는다. 자동장치의 고정이 수동으로 행하여지는 차동장치에 있어서, 이러한 문제점을 피하기 위하여 슬립되던 차륜을 운전자가 재결합시키는데에 충분히 빠르게 반응한다는 것은 거의 불가능하다. 그러나 상기 언급된 두 토오크비상태로 작동 이동되게 하므로서 이러한 문제점은 극복된다.

상기 언급된 바와 같이, 제23도-제25도는 마찰반작용면은 이 마찰반작용면의 토오크암 반경의 제한된 범위내에서 무한한 변화가 이루어지고 이에 따라서 바이어스가 행하여지도록 배설된 다른 실시형태를 본 발명인 것이다.

제23도-제25도의 각각에서, 도시된 차동장치는 상기 언급된 차동장치(10)와 동일한 많은 부분을 포함한다. 이들은 제23도-제24도에 도시되지 않거나 동일부호로 표시되어 있다. 제23도-제25도는 각각 차동장치의 우측단부(제1도에서 보았을때에), 특히 케이지(12)의 우측정면캠부재(14)와 단부판(24) 사이의 케이지(12)내 우측단부의 부분을 보인 것이다.

먼저 제23도에서, 차동장치(320)는 정면캠부재(14)의 단부면과 단부판(24) 사이에 배치되는 마찰반작용면(321)을 포함한다.

반작용면(321)은 출력축(11)을 둘러싸고 있으며 볼트(323)로 단부판(24)에 체결된 마찰반작용부재(322)상에 형성되어 있다. 정면캠부재(14)를 향하는 부재(322)의 환상면은 만곡되어 마찰반작용면(321)을 형성한다. 제23도에서 보인 바와 같이, 이 만곡부는 마찰반작용면(321)의 최외측변부가 정면캠부재(14)에 평행하고 이에 근접되게 되어 있다. 정면캠부재(14)와 마찰반작용면(321) 사이의 거리는 반작용면(321)의 최내측부에서 최대가 된다.

벨리빌 와샤(325)가 정면캠부재(14)와 마찰반작용면(321) 사이에 착설된다. 벨리빌 와샤(325)가 착설된 위치가 제23도에 도시되어 있다. 이 위치에서, 벨리빌 와샤는 정면캠(14)과 반작용면(321)의 최내측부사이에서 작용하여 차동장치(320)의 토오크 바이어스 상태가 낮도록 한다.

차동장치(120)의 토오크가 증가하면 정면캠부재(14)가 제23도에서 보았을때에 우측을 향하여 외측으로 이동하려는 경향을 보일 것이다. 차동장치의 토오크에 의하여 발생된 축방향의 힘은 벨리빌 와샤가 굽혀지도록 하고 벨리빌 와샤와 마찰반작용면(121) 사이의 접촉점은 충분한 축방향의 힘이 가하여지는 한 벨리빌 와샤가 정면캠부재(14)와 마찰반작용면(321)의 외측부사이에서 작용할때까지 외측으로 이동하게 될 것이다. 이와 같이 하므로서 고 토오크바이어스 상태가 될 것이다.

이와 같이, 차동장치(320)에 있어서, 저 토오크비 바이어스상태는 토오크가 비교적 낮을 때에 나타날 것이며 벨리빌 와샤가 정면캠부재(14)와 마찰반작용면(321)의 최외측부사이에서 작용할때에 상기 언급된 상태에 의하여 결정된 제한 값까지 토오크가 증가하므로서 바이어스가 증가할 것이다.

물론 상기 언급된 벨리빌 외샤의 운동은 벨리빌와샤와 이에 관련된 부분들이 다시 제23도에서 보인 상태가 될때까지 차동장치(320)의 토오크가 다시 감소될때에 역으로 될 것이다.

정면캠부재(14)로부터 단주판(24)의 초기간격은 장치가 조립될때에 벨리빌 와샤(325) 상에 가하여진 사전에 결정된 압력을 조절하도록 하는 심(326)에 의하여 조절된다.

제24도에서, 이는 제23도에 관련하여 언급된 바와 반대가 되는 두 제한된 상태사이에서 자동적이고 무한하게 가변전환되는 차동장치(330)를 보인 것이다. 제24도에서 차동장치(330)는 그 최대측점에서 정면캠부재(14)에 가장 접근하고 그 최외측 점에서 가장 멀어지는 만곡된 마찰반작용면(331)을 형성하는 마찰반작용부재(332)를 포함한다.

벨리빌 와샤(335)는 정면캠(14)과 단부판(24) 사이에 착설되어 제24도에서 보인 그 착설된 위치에서는 정면캠부재(14)와 마찰반작용면(331)의 최외측부 사이에서 작용한다. 이로써 차동장치(30)에 대한 고 바이어스상태가 이루어진다.

장치의 토오크가 증가하고 정면캠부재(14)가 제24도에서 보인 바와 같이 우측을 향하여 외측으로 이동 하려할때에 벨리빌 와샤는 굽혀지고 마찰반작용면(331)과의 접촉점은 벨리빌 와샤가 정면캠부재(14)와 출력축(11)에 인접한 마찰반작용면(331)의 일부분 사이에서 작용하는 제한된 상태에 이를때까지 제24도에서 보인 위치로부터 내측으로 이동된다. 이로써 차동장치(330)는 저바이어스상태가 된다.

다시 차동장치의 토오크가 감소될때에 벨리빌 와샤의 축방향 힘도 감소되고 이 벨리빌 와샤가 제24도에서 보인 것에 대하여 상기 언급된 상태로부터 복귀된다. 이 차동장치(330)의 구성부분이 작동은 상기 언급된 차동장치(320)와 동일하나 마찰반작용면(331)과 벨리빌와샤는 반대방향으로 발산되게 배설되어 차동장치(330)의 저 토오크 상태가 고 바이어스상태가 되고 고 토오크상태는 저바이어스가 된다.

이미 언급된 바와 같이 마찰반작용면은 어떤 상황하에서 마찰반작용이 제로가 되게 감소되도록 요구되는 경우 니들 레이스 로울러 베어링으로 대체될 수 있다. 제23도와 제24도의 실시형태에 있어서, 이러한 니들레이스 로울러베어링이 제공되어 마찰반작용부재(322) 또는 (332)에 삽입될 수 있다. 제25도는 이 제25도의 마찰반작용면(331)에서 방사상 최내측부가 니들레이스 로울러 베어링(341)으로 구성된 것을 제외하고는 제24도에서 보인 차동장치(330)와 유사한 차동장치(340)를 보이고 있다. 또한 유사한 베어링 제23도의 마찰반작용부재(322)에 결합될 수 있다.

마찰반작용면(321)(331)의 형태가 제23도 및 제24도에서 보인 형태로 제한되지 않음을 알 수 있을 것이다. 이들 만곡형 반작용면의 형태는 특정 차동장치의 상이한 바이어스 변화특성을 제공토록 선택된다. 대체로 마찰반작용면은 단부판(24)과 관련하여 돔형의 면을 이루나 돔의 곡선은 변화될 수 있다. 단부판(14)에 체결된 별로 마찰반작용부재(322)(332)에 마찰반작용면을 형성하므로서 상이한 범위의 반작용면을 형성하는 것과 차동장치의 조립중에 이들 면의 교환이 용이하도록 한다.

또한 제21도와 제22도와 관련하여 상기 언급된 바와 같이 제23도와 제24도에 도시된 반작용면의 구성은 이들 차동장치의 좌측단부에도 적용되거나 다른 마찰반작용면이 사용될 수 있다. 대체로 제23도 또는 제24도에 도시된 구성 또는 제21도와 제22도에 보인 구성이나 제1도에서 보인 바와 같은 고정마찰반작용면(85) 또는 니들레이스 로울러베어링의 조합이 요구된 토오크 바이어스특성은 갖는 차동장치를 제공하기 위하여 차동장치의 두 단부에 착설될 수 있다.

특히, 제23도 또는 제24도에서 보인 바와 같은 차동장치가 트랜스퍼차동기로서 사용되는 경우 상이한 만곡형태를 갖는 반작용면부재가 차동장치가 결합되는 차량의 전후 차축에 사전에 선택되고 요구된 특성을 부여하기 위하여 차동장치의 두 단부에 제공될 수 있다.

제21도-제25도의 실시형태는 제1도-제20도에 관련하여 상기 언급된 바와 같은 차동장치의 배경하에 설명되었다. 그러나, 두 마찰반작용면 사이의 자동적인 이동이나 상기 언급된 바와 같은 두 한계위치사이의 비한정적인 범위는 예를들어 미국특허 제2859641호, 유럽특허출원 제0130806호 또는 유럽특허출원 제0148641호에 보인 바와 같은 차동장치의 다른 형태에도 적용될 수 있다.

본 발명은 상기 언급된 실시형태에서만 국한되지 아니하면 본 발명의 범위내에서 여러 수정형태의 구성이 가능하다. 예를들어 차동장치의 여러 실시형태에서 케이지와 캠종동자에서 보인 스풀라이은 측부가 평행한 스플라인일 필요는 없다. 여러 구성 사이에 방사상 내측 또는 외측으로 향하는 힘을 얻기 위하여 테이퍼형 스플라인이 착설될 수 있다. 또한 비둘기꼬리날개와 같은 다브테일형 단면의 스플라인이 사용될 수 있다.

상기 언급된 실시형태에 있어서, 차동장치에 있어서 윤활문제는 특별히 언급하지 않았다. 윤활제는 차동장치의 성능을 개선토록 선택될 수 있다. 일반적으로 차동장치는 차동장치의 하우징내에 채워지는 공지된 형태의 광유로 윤활처리될 것이다. 도시된 실시형태에 있어서 정면캠과 캠종동자가 이러한 광유로 윤활처리될 수 있다.

그러나 캠과 캠종동자사이에서 구동결합의 비역전성은 이들 사이의 마찰계수에 따라서 좌우된다. 캠면과 캠종동자사이의 유효 마찰계수를 증가시키기 위하여 이들 사이에 실리콘 기재의 윤활제가 사용된다.

만약 이러한 윤활제가 사용된다면 차동기가 착설되는 차량의 최종구동부에서 사용되는 광유 윤활제로부터 분리되는 수단이 제공되어야 한다. 상기 언급된 실시형태에서는 적당한 밀봉장치가 사용될 수 있다. 차동장치는 이들이 육상용 차량에 사용되는 것으로 설명되었다. 그러나 이들의 용도는 이러한 차량용으로만 제한되지 아니한다.

예를들어 이들 차동장치는 두개의 케이블을 권취하는 두개의 구동부를 갖는 윈치에도 사용될 수 있다. 일반적으로 이러한 윈치에 있어서 속도분배기와 토오크 분배기가 필요한데 상기 언급된 차동장치가 이러한 구성의 특징을 제공한다.

Claims (14)

1. 하나의 입력(11,106,211)에 연결된 케이지(12,107,141,212), 두개의 출력(61,71)에 연결되고 동축상으로 배열되어 있으며 각각 대향배치된 적어도 두개의 축방향 나서형 캠면(63,64,73,74,122,146,147,148,149,223,224,225,226)으로 구성된 정면캠부재(13,14,108,109,142,143,213,214)와 적어도 한 층의 캠종동자(15,16,110,111,133,134,145,215)로 구성되고, 각 층은 적어도 두개의 캠종동자를 포함하며, 각 캠종동자가 케이지내에 활동가능하게 착설되고 상기 캠면의 일치하는 것에 대하여 결합토록 반대방향의 축방향으로 간격을 둔 두개의 나선형 캠종동자면(45,46,51,52,150,151,228)을 포함하므로서 상기 출력의 상대회전으로 상기 케이지내에서 축방향으로 활동할 수 있도록 각 캠종동자를 구동시키는 차동장치에 있어서, 각 층의 캠종동자가 동일하고 주연방향으로 인접할 캠종동자 사이에 주연방향으로서의 실질적인 간극없이 주연방향으로 병령배치되어 캠종동자가 서로 접속되거나 미세간극만을 가지며 캠종동자가 축방향으로 독립하여 활동가능하게 케이지내에 회전되지 않게 포착되어 있음을 특징으로 하는 차동장치.
2. 청구범위 제1항에 있어서, 각 정면캠부재가 연속캠면을 형성토록 연결된 적어도 한 셋트의 캠면, 즉 하나의 좌향나선형 캠면(63,73,146,148,223,225)과 하나의 우향나선형 캠면(64,74,147,149,224,226)으로 구성됨을 특징으로 하는 차동장치.
3. 청구범위 제2항에 있어서, 각 정면캠부재(13,14)에 두 셋트의 캠면(63,64,73,74)이 형성되어 있고, 이들 구 셋트의 캠면의 모두 정면캠부재의 둘레에 주연방향으로 연장되고 동축상으로 배열되며, 일측 셋트의 캠면의 타측셋트의 캠면의 방사상 내측에 위치하고 각 셋트에 대하여 적어도 하나의 캠종동자(15,16)가 제공됨을 특징으로 하는 차동장치.
4. 청구범위 제3항에 있어서, 캠종동자(15,16)가 두 셋트이고 이들 각 셋트의 캠종동자가 각 셋트의 캠면(63,64,73,74)과 협동하며, 캠종동자(15,16)가 동축상으로 배열된 원호형 부재로 구성되고 일측 셋트의 캠종동자(16)가 타측 셋트의 캠종동자(15)의 방사상 내측에 위치하며, 방사상 외측 셋트의 캠종동자(15)가 케이지(12) 내에서 활동가능하게 착설되고 방사상 내측 셋트의 캠종동자(16)는 회전되지 않게 외측셋트의 캠종동자(15)에 대하여 활동가능하게 되어 있음을 특징으로 하는 차동장치.
5. 청구범위 제4항에 있어서, 외측셋트의 캠종동자와 내측셋트의 캠종동자가 축방향 스플라인(40,31,42,50)에 의하여 결합됨을 특징으로 하는 차동장치.
6. 청구범위 제5항에 있어서, 스플라인(40,31,42,50)이 차동장치의 구성부분 사이에 방사상 내측방향 또는 외측방향으로 작용하는 항에 있어서, 힘을 발생하기 위하여 내측 또는 외측으로 경사져 있음을 특징으로 하는 차동장치.
7. 청구범위 제1항에 있어서, 케이지(12)가 중앙의 관상부(20)와 이 관상부(20)의 양단을 폐쇄하는 단부판(23,24)으로 구성되고, 정면 캠부재(13,14)와 캠종동자 사이에 백라시를 흡수하기 위하여 단부판(23,24)의 축방향 간격을 변화시키는 수단으로서 심(91)이 제공됨을 특징으로 하는 차동장치.
8. 청구범위 제4항에 있어서, 적어도 하나의 단부판과 정면캠부재(108,109) 사이에 스프링수단(129)이 제공되어 차동장치에 예비부하를 가함을 특징으로 하는 차동장치.
9. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 일측 정면캠부재(142)가 p개의 캠면을 가지고상기 타측 정면캠부재(143)는 p+2개의 캠면을 가지며, 캠종동자(145)는 p+1개이고, 각 캠종동자(145)는 두개의 축방향으로 간격을 둔 나선형 캠종동자면(150,151)을 포하하고 그 리드각이 이들의 각 접속된 캠면(148,149,146,147)과 일치함을 특징으로 하는 차동장치.
10. 청구범위 제9항에 있어서, 단일측의 동일한 캠종동자를 가짐을 특징으로 하는 차동장치.
11. 청구범위 제1항에 있어서, 각 캠부재(13,14)와 케이지 사이에서 작용하는 마찰반작용면이 형성되어 있고, 적어도 하나의 캠부재(14)가 캠부재의 축선으로부터 상이한 거리를 두고 적어도 두개의 마찰반작용면을 형성하는 하나 이상의 마찰반작용부재(302,303,312,313,321,331)를 가지며, 차동장치의 토오크 변화에 따라 상기 캠부재(14)를 상기 마찰반작용부재의 마찰면의 일측에 먼저 결합시키고 나서 타측에 결합시키는 수단(305,315,325,335)이 제공됨을 특징으로 하는 차동장치.
12. 청구범위 제11항에 있어서, 상기 일측 마차면이 고정마찰부재(302,312,331)로 구성되고 타측마찰면은 고선이 포물선의 원호 또는 원의 원호임을 특징으로 하는 차동장치.
13. 청구범위의 제3항에 있어서, 캠종동자(15,16)가 두 셋트이고 이들 각 셋트의 캠종동자가 각 셋트의 캠면(63,64,73,74)과 협동하며, 캠종동자(15,16)가 동축상으로 배열된 원호형 부재로 구성되고 일측셋트의 캠종동자(16)가 타측셋트의 캠종동자(15)의 방사상 내측에 위치하며, 방사상 외측 셋트의 캠종동자(15)가 케이지(12)내에서 활동가능하게 착설되고 방사상 내측 셋트의 캠종동자(16)는 회전되지 않게 외측 셋트의 캠종동자(15)에 대하여 활동가능하게 되어 있으며, 케이지(12)와 외측 셋트의 캠종동자(15) 사이와 외측 셋트의 캠종동자(15)와 내측 셋트의 캠종동자(16) 사이에 축방향 스플라인(40,31,42,50)이 제공되어 있으며, 결합수단이 케이지(12)와 외측 및 내측 셋트의 캠종동자(15,16)를 회전되지 않게 고정하면서 이들 사이의 축방향 활동이 이루어지도록 하므로서 케이지(12)의 회전으로 두 출력(61,71)이 캠종동자(15,16)와 캠부재(13,14)의 구동결합을 통하여 회전함을 특징으로 하는 차동장치.
14. 청구범위 1-13항의 어느 한항에 있어서, 각 셋트의 캠종동자(15,16,110,111,133,134,145,215)에 n개의 캠종동자가 있으며, 각 캠종동자는 원호각도가 360/n의 각도이고, 상기 축방향으로 간격을 둔 각 캠종동자이 동일한 180/n 각도의 좌향 및 우향나선형 부분을 포함함을 특징으로 하는 차동장치.

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