KR100309345B1 - 차동제한장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 차동제한장치가 프리로드 스프링을 통해 항상 예압을 주고 있으므로 회전차가 발생될 때 부드러운 구동이 어렵고, 점성 커플링 방식은 과다한 차동이 발생될 경우에는 이너 플레이트와 아우터 플레이트가 직접 마찰됨으로써 양측 차륜이 고정되어 조향이 불가능하게 되는 문제점이 있기 때문에,

입력축에 의해 회전되는 디프케이스의 내부에 설치되고 좌측 액슬 샤프트가 치합되는 구동체; 상기 디프케이스의 내부에 형성된 내부 링기어 및 상기 구동체에 치합된 선기어에 동시에 치합되는 복수개의 피니언 기어와, 상기 피니언 기어를 회전자재하게 지지하는 피니언 샤프트와, 상기 피니언 샤프트의 일단이 삽입/고정되는 캐리어로 이루어진 피니언 기어장치; 상기 피니언 기어장치에서 발생되는 속도차에 의해 작동되어 차동제한 작용을 하는 캠기구; 아우터 플레이트는 상기 캠기구에 연결되고 이너 플레이트는 상기 구동체에 결합된 다판 클러치로 구성됨으로써,

양측 차륜에 회전차가 발생되는 경우 캠기구가 다판 클러치에 마찰 토크를 발생시켜 차동제한 작용 하게 되므로 선회시 안정성이 확보되고 견인력이 향상되어 험로 탈출이 용이해지는 차동제한장치에 관한 것이다.

Description

차동제한장치 { Limited slip differential }

본 발명은 좌우측 차륜에 걸리는 마찰력에 따라 회전속도를 다르게 하는 차동장치의 차동작용을 제한하여 바퀴의 공회전을 방지하는 차동제한장치에 관한 것으로서, 특히 캠기구를 이용하여 양측 차륜의 차동작용을 제한함으로써 부드러운 차동 제한력을 얻을 수 있는 차동제한장치에 관한 것이다.

일반적으로 차동제한장치는 차동장치의 주변에 설치되어 차동장치의 차동작용을 제한하여 바퀴가 공회전되는 것을 방지하게 된다. 차동제한장치는 보통 비스코스 커플링 방식과 다판 클러치 방식이 주로 사용되고 있으며, 도 1에는 일반적인 다판 클러치 방식의 차동제한장치가 도시되어 있다.

도 1과 도 2에 도시된 차동제한장치는 입력축(20)에 의해 회전되는 링기어(11)가 형성된 디프케이스(10)와, 상기 디프케이스(10)의 내부에 설치되고 양측 차륜과 연결된 액슬 샤프트(17a)(17b)에 각각 삽입된 2개의 사이드 기어(14)와, 상기 디프케이스(10)에 고정된 피니언 샤프트(13)에 회전자재하게 결합되고 상기 사이드 기어에 동시에 치합되어 회전되는 피니언 기어(12)와, 소정의 압력이 걸려 있는 상태로 상기 사이드 기어(14) 사이에 설치된 프리로드 스프링(16)과, 이너 플레이트는 사이드 기어(14)측에 결합되고 아우터 플레이트는 상기 디프케이스(10)의 내측에 결합되어 양자간에 회전차가 발생될 경우 프리로드 스프링(16)에 의해 이너 플레이트와 아우터 플레이트가 밀착되어 차동작용을 제한하는 다판클러치(15)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 차동제한장치는 양측 바퀴에 걸리는 저항력에 차이가 발생될 경우 차동작용을 한 후 다판 클러치가 차동작용을 제한하여 구동력을 회복하도록 하고 있다.

양측 바퀴에 걸리는 저항력이 동일할 경우 입력축(20)에 의해 링기어(11)가 회전됨으로써 디프케이스(10)가 회전되고, 양측 사이드 기어(14)는 피니언 기어(12)와 치합되어 디프케이스(10)와 일체로 회전된다. 따라서, 양측 사이드 기어(14)에 결합된 액슬 샤프트(17)(17b)에 동일한 구동력이 전달되어 양측 차륜은 동일한 속도로 회전된다.

만약, 차량의 선회시와 같이 양측 차륜에 걸리는 저항력에 차이가 발생되면 차동 작용에 따라 양측 바퀴의 회전속도가 달라지게 된다. 즉, 안쪽 차륜에 연결된 사이드 기어(14)가 회전 토크를 피니언 기어(12)를 통해 다른 차륜의 사이드 기어(14)에 전달함으로써 바깥쪽 차륜의 회전속도는 빨라지고, 안쪽 차륜의 회전 속도는 감소하게 된다. 따라서, 차량은 안쪽 차륜을 기준으로 선회하여 주행하는 것이다.

이러한 차동장치의 존재는 자동차가 커브를 돌 때는 필요한 장치이나 주행에 지장을 주기도 한다. 예를 들면 주행하다가 한쪽 바퀴가 진흙탕에 빠진 경우 한쪽 바퀴는 노면의 저항을 받고 진흙탕에 빠진 바퀴는 저항을 받지 않으므로 노면쪽의 바퀴에는 동력이 전달되지 않고 진흙탕에 빠진 바퀴만 공전하게 되어 자동차는 주행할 수 없게 된다. 이와 같은 경우에는 차동 장치의 작동을 멈추게만 하면 진흙탕을 쉽게 빠져 나올 수 있으며, 이를 위하여 차동장치의 작동을 정지시킬 수 있는 차동제한장치가 구비되어 있다.

주행 도중 양측 바퀴에 걸리는 저항이 달라져 좌우측 사이드 기어의 회전수가 달라지는 경우에는 다판 클러치가 차동제한 작용을 통해 양측 바퀴가 동일한 속도로 회전되게 한다. 이러한 차동제한 작용을 도 2에 도시된 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 우측 차륜의 저항이 적고 좌측보다 빠르게 회전된다면, 우측 액슬 샤프트(17b)의 회전이 가장 빠르고, 디프케이스(10)가 그 다음으로 빠르며 좌측 액슬 샤프트(17a)의 회전이 가장 느리게 된다. 이 경우 보통의 차동 기어에서는 링기어(11)의 회전력이 좌우측 액슬 샤프트(17a)(17b)에 동일하게 분배되나, 차동제한장치가 구비된 경우에는 좌우의 다판 클러치(15)가 도 1에 도시된 프리로드 스프링(16)의 탄성력에 의해 작동됨으로써 좌우측 액슬 샤프트(17a)(17b)에 대하여 각기 다른 회전력을 분배하게 된다. 즉, 회전이 빠른 우측 액슬 샤프트(17b)가 다판 클러치(15)를 거쳐 디프케이스(10)를 구동하게 되므로, 회전력은 좌측 액슬 샤프트(17a)에 플러스가 된다. 따라서, 좌측 액슬 샤프트(17a)가 회전되어 양측 차륜이 거의 동일한 속도로 회전되게 하고, 그에 따라 자동차는 진흙탕에서 빠져 나오기가 쉬워진다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 차동제한장치는 프리로드 스프링을 통해 항상 예압을 주고 있으므로 회전차가 발생될 때 부드러운 구동이 어렵고 다판 클러치의 마찰 플레이트 간의 슬립 노이즈가 발생되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 차동제한장치는 점성 커플링을 이용한 방식도 사용되고 있으나, 과다한 차동이 발생될 경우에는 점성 커플링 내부의 이너 플레이트와 아우터 플레이트가 직접 마찰됨으로써 양측 차륜이 고정되어 조향이 불가능하게 되는 문제점이 있다. 점성 커플링 방식은 실리콘 오일이 필요하고 밀폐구조로 인하여 제작공정이 복잡하고 고가인 다른 문제점이 있을 뿐 아니라, 오픈 차동장치에 대해서는 사이즈가 커져 장착성이 불리한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 캠기구를 이용하여 다판 클러치가 동작되도록 함으로써 보다 높은 차동제한 토크를 발생시킬 수 있는 차동제한장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 다판 클러치 방식의 차동제한장치가 도시된 구성도,

도 2는 종래의 차동 제한 장치에서 동력 전달경로가 도시된 참고도,

도 3은 본 발명에 의한 차동제한장치가 도시된 구성도,

도 4는 본 발명의 다른 실시 예가 도시된 구성도,

도 5는 본 발명의 요부 구성인 캠 기구의 작동상태가 도시된 도면,

도 6은 본 발명의 요부 구성인 다판 클러치를 구성하는 플레이트의 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 디프케이스 51 : 구동체

52 : 선기어 53 : 내부 링기어

54 : 피니언 기어 55 : 피니언 샤프트

56 : 캐리어 57 : 구동캠

58 : 피스톤 캠 59 : 볼

60 : 다판 클러치 61 : 이너 플레이트

62 : 아우터 플레이트 63 : 고정체

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력축에 의해 회전되는 디프케이스; 상기 디프케이스의 내부에 설치되고 좌측 액슬 샤프트가 내측에서 치합되는 구동체; 상기 디프케이스의 내부에 형성된 내부 링기어 및 상기 구동체의 선단부 외측에 치합된 선기어에 동시에 치합되는 복수개의 피니언 기어와, 상기 피니언 기어를 회전자재하게 지지하는 피니언 샤프트와, 상기 피니언 샤프트의 일단이 삽입/고정되고 우측 액슬 샤프트가 스플라인 결합되는 캐리어로 이루어진 피니언 기어장치; 상기 피니언 기어장치에서 발생되는 속도차에 의해 작동되어 차동제한 작용을 하는 캠기구; 아우터 플레이트는 상기 캠기구에 연결되고 이너 플레이트는 상기 구동체에 결합된 다판 클러치로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 차동제한장치는 도 3과 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 입력축에 의해 회전되는 디프케이스(50)와, 상기 디프케이스(50)의 내부에 설치되고 좌측 액슬 샤프트가 내측에서 치합되며 선단부 외측에는 선기어(52)가 치합되는 구동체(51)와, 상기 디프케이스(50)의 내부에 형성된 내부 링기어(53) 및 상기 선기어(52)에 동시에 치합되는 복수개의 피니언 기어(54)와, 상기 피니언 기어(54)를 회전자재하게 지지하는 피니언 샤프트(55)와, 상기 피니언 샤프트(55)의 일단이 삽입/고정되고 우측 액슬 샤프트가 스플라인 결합되는 캐리어(56)와, 상기 피니언 샤프트(55)의 다른 일단을 지지하는 구동캠(57)과, 상기 구동캠(57)에 의해 작동되어 차동제한 작용을 하는 피스톤 캠(58)과, 상기 구동캠(57)과 피스톤 캠(58) 사이에 위치되어 상기 구동캠(57)의 동작에 따라 상기 피스톤 캠(58)을 좌측으로 이동시키는 볼(59)과, 아우터 플레이트(62)는 상기 구동캠(57)에 연결되고 이너 플레이트(61)는 상기 구동체(51)에 결합된 다판 클러치(60)로 구성된다.

상기 구동캠(57) 및 피스톤 캠(58)에는 각각 쐐기형 홈(57')(58')이 형성되고, 상기 쐐기형 홈(57')(58')이 이루는 공간에 상기 볼(59)이 위치되어 상기 구동캠(57)이 반경방향으로 이동될 때 상기 피스톤 캠(58)은 좌우로 이동되도록 한다. 또, 상기 다판 클러치(60)는 피스톤 캠(58)에 의한 압력이 해제될 경우 초기 위치로 리턴될 수 있도록 이너 플레이트(61) 및 아우터 플레이트(62)가 S자형으로 구부러지게 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 차동제한장치는 양측 차륜에 회전차가 발생될 경우 캠 기구가 작동되어 다판 클러치를 인게이지시킴으로써 회전차를 흡수하게 된다.

자동차가 선회하는 경우에는 피니언 기어장치에 의해 차동작용이 발생되고, 선회하지 않고 일반 주행시 양측 차륜사이에 회전차가 발생되는 경우에는 캠 기구가 작동되어 차동작용을 제한하게 된다. 내부 링기어(53)와 선기어(52), 피니언기어(54) 및 캐리어(55)로 구성된 피니언 기어장치를 이용한 차동작용은 널리 공지된 사실이므로 여기서는 언급하지 않기로 한다.

자동차가 주행하는 도중 어떤 이유로 인해 양측 차륜에 회전차가 발생되는 경우 피스톤 캠(58)과 구동캠(57) 사이에서도 회전차가 발생된다. 따라서, 상기 구동캠(57)은 반경방향으로 이동하게 되며, 상기 구동캠(57)이 반경반향으로 이동됨에 따라 피스톤 캠(58)이 좌측으로 이동된다. 즉, 구동캠(57) 및 피스톤 캠(58)에 형성된 쐐기홈(57')(58')에 위치된 볼(59)이 경사면을 따라 이동되면서 피스톤 캠(58)을 좌측으로 이동시키는 압착력을 발휘하게 되는 것이다.

결과적으로, 양측 차륜에 회전차가 발생되면 피스톤 캠(57)이 좌측으로 이동되면서 다판 클러치(60)의 플레이트(61)(62)가 서로 접촉되게 한다. 따라서, 다판 클러치(60)의 플레이트(61)(62) 사이에 마찰 토크가 발생되고, 이는 차동제한 토크로 작용하게 된다.

회전차가 사라지면 다판 클러치(60)를 이루는 플레이트(61)(62)의 스프링력에 의하여 피스톤 캠(58)은 우측으로 이동하게 되며, 다판 클러치(60)에서의 플레이트(61)(62)간 마찰 토크가 사라지게 된다. 따라서, 내부 링기어(53)와 피니언 기어(54) 및 선기어(52)가 일체화 되어 좌우측 차륜이 동일한 속도로 회전하게 된다.

도 4에는 본 발명의 다른 실시 예가 도시되어 있는 바, 구동캠(57)이 피니언 샤프트(55)의 일단을 지지하는 대신에 상기 디프케이스(50)의 내주면에 부착된 고정체(63)와 일체로 형성된 형식이다. 따라서, 피니언 샤프트(55)는 구동캠(57)에 접촉되지 않으며, 구동캠(57)은 구동체(51)와 디프케이(50)스 사이의 회전차에 의해 작동된다. 이 경우 아우터 플레이트(62)는 고정체(63)에 결합되며, 다판 클러치(60)에서 발생되는 마찰력을 고정체(63)를 통해 디프케이스(50)에 전달하여 차동제한 작용이 이루어지도록 한다.

도 3에 도시된 차동제한장치와 도 4에 도시된 차동제한장치는 속도차를 얻는 방식만이 다를뿐 작용이나 기능은 동일한 장치이다. 즉, 도 3에 도시된 차동제한장치는 피니언 샤프트(51)와 액슬 샤프트에 치합된 구동체(55)의 속도차를 이용하여 차동제한 작용을 하는 샤프트-샤프트(shaft- shaft)방식이고, 도 4에 도시된 차동제한장치는 좌측 액슬 샤프트에 치합된 구동체(51)와 디프케이스(50) 사이의 속도차를 이용하여 차동제한 작용을 하는 샤프트-하우징(shaft-housing)방식으로서, 그 구성이 약간 다르나 실제적인 기능은 동일하다.

이와 같이, 본 발명의 차동제한장치는 양측 차륜에 회전차가 발생되는 경우 캠 기구가 다판 클러치에 마찰 토크를 발생시켜 차동제한 작용 하게 되므로 선회시 안정성이 확보되고 견인력이 향상되어 험로 탈출이 용이해지는 이점이 잇다.

또, 점성 커플링 방식의 차동제한장치에 비해 중량을 가볍게 할 수 있고 비용이 저렴하며 공정이 단순화되어 제조가 용이한 다른 이점이 있다.

Claims (7)

1. 입력축에 의해 회전되는 디프케이스; 상기 디프케이스의 내부에 설치되고 좌측 액슬 샤프트가 내측에서 치합되는 구동체; 상기 디프케이스의 내부에 형성된 내부 링기어 및 상기 구동체의 선단부 외측에 치합된 선기어에 동시에 치합되는 복수개의 피니언 기어와, 상기 피니언 기어를 회전자재하게 지지하는 피니언 샤프트와, 상기 피니언 샤프트의 일단이 삽입/고정되고 우측 액슬 샤프트가 스플라인 결합되는 캐리어로 이루어진 피니언 기어장치; 상기 피니언 기어장치에서 발생되는 속도차에 의해 작동되어 차동제한 작용을 하는 캠기구; 아우터 플레이트는 상기 캠기구에 연결되고 이너 플레이트는 상기 구동체에 결합된 다판 클러치로 구성된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 캠기구는 좌우측 차륜의 속도차에 의해 반경방향으로 이동되는 구동캠과, 상기 구동캠에 의해 작동되어 차동제한 작용을 하는 피스톤 캠과, 상기 구동캠과 피스톤 캠 사이에 위치되어 상기 구동캠의 동작에 따라 상기 피스톤 캠을 좌측으로 이동시키는 볼로 구성된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 구동캠은 피니언 샤프트의 일단을 지지하는 것을 특징으로 하는 차동제한장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 구동캠은 상기 디프 케이스와 일체로 회전되는 것을 특징으로 하는 차동제한장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 아우터 플레이트는 구동캠과 연결된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 구동캠 및 피스톤 캠에는 각각 쐐기형 홈이 형성되고, 상기 쐐기형 홈이 이루는 공간에 상기 볼이 위치되어 상기 구동캠이 반경방향으로 이동될 때 상기 피스톤 캠은 좌우로 이동되도록 한 것을 특징으로 하는 차동제한장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 다판 클러치는 피스톤 캠에 의한 압력이 해제될 경우 초기 위치로 리턴될 수 있도록 이너 플레이트 및 아우터 플레이트가 S자형으로 구부러지게 형성된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.