KR101987485B1 - 차동 제한 장치 - Google Patents

Abstract

디퍼렌셜 케이스의 회전속도에 따른 원심력을 이용함으로써, 기계식으로 차동 기능을 설정하거나 차동 기능을 해제할 수 있는 차량용 차동 제한 장치를 제공한다. 이러한 차량용 차동 제한 장치는 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)의 사이를 지날 수 있는 위치에서 디퍼렌셜 케이스(10)의 내측과 외측을 가로질러 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 로드(100)와, 상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 외측에서 상기 로드(100)의 일측 단부에 설치되는 질량체(200)와, 상기 질량체(200)에 원심력이 가해질 때, 상기 질량체(200)에 대해 원심력의 반대 방향으로 탄성력을 가하도록 상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 일측에 설치되는 탄성체(300)와, 상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 내측에서 상기 로드(100)의 타측 단부에 설치되며, 상기 질량체(200)에 작용하는 원심력과 상기 탄성체(300)의 탄성력과의 합력의 크기에 따라 상기 로드(100)와 일체로 슬라이딩 이동하면서 상기 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)가 동일한 회전수로 회전하도록 락킹하거나 언락킹하는 락킹 플레이트(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차동 제한 장치{LIMITED SLIP DIFFERENTIAL}

본 발명은 차동 제한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원심력을 이용한 기계식 구조로 이루어진 차동 제한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차동 장치는 종감속기어(final gear)와 일체로 되어 액슬하우징(axle housing)에 설치된 것으로서, 차량의 좌우측 바퀴의 회전수 변화를 가능케 하여 울퉁불퉁한 도로를 주행할 때 또는 선회주행을 할 때에 무리없이 주행이 가능하도록 하는 장치이다.

상기 차동 장치는 외관상 디퍼렌셜 캐리어 및 이 디퍼렌셜 캐리어의 일측에 결합되는 캐리어커버로 구성되며, 상기 디퍼렌셜 캐리어의 내부에는 도 1에 도시된 바와 같이 디퍼렌셜 케이스(1)가 엔진의 동력을 전달받아 회전(공전) 가능하도록 설치된다.

또한, 상기 디퍼렌셜 케이스(1)에는 디퍼렌셜 피니언 샤프트(2)가 핀결합에 의해 동력전달이 가능하도록 설치되어 있고, 상기 디퍼렌셜 케이스(1)의 내부에는 한 쌍의 디퍼렌셜 피니언(3) 및 한 쌍의 디퍼렌셜 사이드기어(4)가 서로 마주 대하는 위치에서 유기적으로 치합(이맞물림)되어 일체로 구성된 디퍼렌셜 기어가 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 차동 장치는, 드라이브 피니언을 거쳐서 입력된 엔진의 출력이 링기어를 회전시키면, 링기어에 일체로 결합된 디퍼렌셜 케이스(1)가 회전하게 됨에 따라 상기 디퍼렌셜 케이스(1)에 결합된 디퍼렌셜 피니언 샤프트(2)가 회전(공전)하게 된다.

이때, 상기 디퍼렌셜 피니언샤프트(2)에 베어링 결합된 한 쌍의 디퍼렌셜 피니언(3)이 각각 회전하게 되고, 이로 인해 상기 디퍼렌셜 피니언(3)과 이맞물림 된 한 쌍의 디퍼렌셜 사이드기어(4)가 회전하게 되며, 상기 디퍼렌셜 사이드기어(4)에 스플라인 결합된 좌우의 드라이브샤프트(5)로 구동력이 분배됨으로써, 구동륜이 회전을 하게 되는 것이다.

한편, 차량의 주행 중 좌우측의 구동륜 중 어느 한 개의 구동륜에만 슬립(slip) 또는 공회전이 발생하게 되면, 슬립이나 또는 공회전이 발생하지 않는 쪽의 차륜으로는 동력이 전달되지 않고 슬립이나 또는 공회전이 발생하는 반대측의 차륜으로만 동력이 전달됨에 따라 실제적으로 주행이 불가능한 상태에 이르게 된다.

이를 예방하기 위해 슬립 또는 공회전이 발생하는 쪽의 차륜의 동력을 반대쪽 차륜으로 전달하여 양쪽 차륜의 동력을 균형 있게 맞춤으로써 주행 가능한 상태가 되도록 하는 차동 제한 장치를 사용하고 있다.

현재 사용하고 있는 대부분의 차동 제한 장치들은 양쪽 차륜의 회전수를 감지하여 이들의 속도 차이에 따라 차동 기능을 설정하거나 차동 기능을 해제하는 전자제어식 장치가 주를 이루고 있는 실정이다.

하지만, 상기와 같은 전자제어식 장치는 비교적 정확한 제어가 가능한 장점은 있지만, 반대로 구조가 복잡하고 제조원가가 비싼 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 디퍼렌셜 케이스의 회전속도에 따른 원심력을 이용함으로써, 기계식으로 차동 기능을 설정하거나 차동 기능을 해제할 수 있는 차동 제한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차동 제한 장치는, 좌측 드라이브 샤프트와 우측 드라이브 샤프트의 사이를 지날 수 있는 위치에서 디퍼렌셜 케이스의 내측과 외측을 가로질러 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 로드와, 상기 디퍼렌셜 케이스의 외측에서 상기 로드의 일측 단부에 설치되는 질량체와, 상기 질량체에 원심력이 가해질 때, 상기 질량체에 대해 원심력의 반대 방향으로 탄성력을 가하도록 상기 디퍼렌셜 케이스의 일측에 설치되는 탄성체와, 상기 디퍼렌셜 케이스의 내측에서 상기 로드의 타측 단부에 설치되며, 상기 질량체에 작용하는 원심력과 상기 탄성체의 탄성력과의 합력의 크기에 따라 상기 로드와 일체로 슬라이딩 이동하면서 상기 좌측 드라이브 샤프트와 우측 드라이브 샤프트가 동일한 회전수로 회전하도록 락킹하거나 언락킹하는 락킹 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성체는 상기 로드의 둘레를 감싸면서 상기 디퍼렌셜 케이스와 상기 질량체 사이에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 탄성체는 탄성 변형되지 않은 상태에서 상기 좌측 드라이브 샤프트와 우측 드라이브 샤프트에 대해 상기 락킹 플레이트가 언락킹 상태가 되도록 하는 길이로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 좌측 드라이브 샤프트와 우측 드라이브 샤프트에는 락킹 홈이 각각 형성되고, 상기 락킹 플레이트에는 상기 락킹 홈에 결합하는 락킹 돌기가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 락킹 홈과 상기 락킹 돌기는 사다리꼴 단면 형상을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 차동 제한 장치에 따르면, 디퍼렌셜 케이스의 회전속도에 따른 원심력을 이용함으로써, 기계식으로 차동 기능을 설정하거나 차동 기능을 해제할 수 있게 되고, 이를 통해 구조의 단순화 및 원가 절감의 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 종래의 차동 제한 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차동 제한 장치를 나타낸 도면으로서, 언락킹 상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차동 제한 장치를 나타낸 도면으로서, 락킹 상태를 나타낸 도면.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차동 제한 장치를 나타낸 도면으로서, 언락킹 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차동 제한 장치를 나타낸 도면으로서, 락킹 상태를 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 3을 참조하되, 앞서 설명한 도 1을 부분적으로 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차동 제한 장치는 차량의 차동 장치에 설치된다.

이러한 차량의 차동 장치를 먼저 살펴보면, 차량의 차동 장치는 도 1에 도시된 것처럼 구성된다. 즉, 디퍼렌셜 케이스(1)가 엔진의 동력을 전달받아 회전(공전) 가능하도록 설치되고, 디퍼렌셜 케이스(1)에는 디퍼렌셜 피니언 샤프트(2)가 핀결합에 의해 동력전달이 가능하도록 설치되어 있고, 상기 디퍼렌셜 케이스(1)의 내부에는 한 쌍의 디퍼렌셜 피니언(3) 및 한 쌍의 디퍼렌셜 사이드기어(4)가 서로 마주 대하는 위치에서 유기적으로 치합(이맞물림)되어 일체로 구성된 디퍼렌셜 기어가 설치된다.

이와 같이 구성된 차동 장치는, 드라이브 피니언을 거쳐서 입력된 엔진의 출력이 링기어를 회전시키면, 링기어에 일체로 결합된 디퍼렌셜 케이스(1)가 회전하게 됨에 따라 상기 디퍼렌셜 케이스(1)에 결합된 디퍼렌셜 피니언 샤프트(2)가 회전(공전)하게 된다.

이때, 디퍼렌셜 피니언샤프트(2)에 베어링 결합된 한 쌍의 디퍼렌셜 피니언(3)이 각각 회전하게 되고, 이로 인해 상기 디퍼렌셜 피니언(3)과 이맞물림 된 한 쌍의 디퍼렌셜 사이드기어(4)가 회전하게 되며, 상기 디퍼렌셜 사이드기어(4)에 스플라인 결합된 좌우의 드라이브샤프트(5)로 구동력이 분배됨으로써, 구동륜이 회전을 하게 된다. 이때, 차량의 주행 중 좌우측의 구동륜 중 어느 한 개의 구동륜에만 슬립(slip) 또는 공회전이 발생하게 되면, 슬립이나 또는 공회전이 발생하지 않는 쪽의 차륜으로는 동력이 전달되지 않고 슬립이나 또는 공회전이 발생하는 반대측의 차륜으로만 동력이 전달됨에 따라 실제적으로 주행이 불가능한 상태가 될 수 있다.

본 발명은 위와 같은 상황에서 양쪽 차륜의 동력을 균형 있게 맞춤으로써 주행 가능한 상태가 되도록 하기 위한 차동 제한 장치로서, 도 2 및 도 3에 도시된 것럼 구성될 수 있다. 즉, 로드(100)와, 질량체(200)와, 탄성체(300)와, 락킹 플레이트(400)로 크게 구성된다.

상기 로드(100)는 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)의 사이를 지날 수 있는 위치에서 디퍼렌셜 케이스(10)의 내측과 외측을 가로질러 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다. 또한, 상기 로드(100)는 상기 디퍼렌셜 케이스(10)와 일체로 회전한다. 또한, 상기 로드(100)는 상기 디퍼렌셜 케이스(10)를 가로질러 슬라이딩 이동하는 점을 고려할 때 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.

상기 질량체(200)는 상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 외측에서 상기 로드(100)의 일측 단부에 설치되어 상기 로드(100) 및 상기 디퍼렌셜 케이스(10)와 일체로 회전한다.

상기 질량체(200)는 상기 로드(100) 및 상기 디퍼렌셜 케이스(10)와 일체로 회전하면서 원심력을 받게 되고, 이러한 원심력에 따라 상기 로드(100)는 디퍼렌셜 케이스(10)의 내측과 외측을 가로질러 슬라이딩 이동하게 된다. 물론 이러한 로드(100)의 슬라이딩 이동은 질량체(200)에 가해지는 원심력만으로 이루어지는 것은 아니며, 후술할 탄성체(300)와의 힘의 합력에 따라 슬라이딩 이동한다.

원심력 및 탄성력의 합력에 따른 상기 로드(100)의 슬라이딩 이동의 정도는 상기 질량체(200)의 무게 및 탄성체(300)의 탄성력을 조정함으로써, 차량의 중량 및 성능에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

상기 탄성체(300)는 상기 질량체(200)에 원심력이 가해질 때, 상기 질량체(200)에 대해 원심력의 반대 방향으로 탄성력을 가하도록 상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 일측에 설치되며, 이러한 탄성체(300)로는 탄성 가능한 다양한 구조의 부재들이 사용될 수 있으며, 도시된 것처럼 코일 스프링이 사용될 수 있다.

상기 탄성체(300)는 상기 로드(100)의 둘레를 감싸면서 상기 디퍼렌셜 케이스(10)와 상기 질량체(200) 사이에 설치된다. 즉, 상기 탄성체(300)의 일측은 상기 질량체(200)에 고정되고, 상기 탄성체(300)의 타측은 상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 외측면에 고정된다.

상기 탄성체(300)는 탄성 변형되지 않은 상태에서 상기 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)에 대해 상기 락킹 플레이트(400)가 언락킹 상태(도 2에 도시된 상태)가 되도록 하는 길이로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 락킹 플레이트(400)는 상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 내측에서 상기 로드(100)의 타측 단부에 설치되며, 상기 질량체(200)에 작용하는 원심력과 상기 탄성체(300)의 탄성력과의 합력의 크기에 따라 상기 로드(100)와 일체로 슬라이딩 이동하면서 상기 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)가 동일한 회전수로 회전하도록 락킹하거나 언락킹한다.

이러한 락킹 및 언락킹 작용을 위해 단순한 마찰 구조가 적용될 수 있으며, 좀더 효과적인 락킹 및 언락킹 작용을 위해 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)에는 락킹 홈(21,31)이 각각 형성되고, 상기 락킹 플레이트(400)에는 상기 락킹 홈(21,31)에 결합하는 락킹 돌기(410,420)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 락킹 홈(21,31)에 대한 락킹 돌기(410,420)의 결합 및 해제를 용이하게 하기 위해 상기 락킹 홈(21,31)과 상기 락킹 돌기(410,420)는 사다리꼴 단면 형상을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 차동 제한 장치의 작동을 살펴본다.

상기 디퍼렌셜 케이스(10)가 화살표(A) 방향을 따라 저속으로 회전하는 경우, 상기 질량체(200)에 화살표(B) 방향으로 가해지는 원심력은 스프링(300)의 탄성력보다 크지 않게 되면 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)는 차동 장치가 작동될 수 있는 상태에서 회전하게 된다.

그리고 차량의 주행 중 좌우측의 구동륜 중 어느 한 개의 구동륜에만 슬립(slip) 또는 공회전이 발생하게 될 경우, 상기 디퍼렌셜 케이스(10) 또한 고속으로 회전하게 된다. 그러면 상기 질량체(200)에 화살표(B) 방향으로 가해지는 원심력이 스프링(300)의 탄성력보다 크게 되고, 이에 따라 로드(100) 및 로드(100)의 일측에 설치된 락킹 플레이트(400)는 화살표(C) 방향으로 이동하게 된다.

이처럼 상기 락킹 플레이트(400)가 화살표(C) 방향으로 이동한 결과가 도 3에 도시되며, 락킹 플레이트(400)의 락킹 돌기(410,420)가 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)에 각각 형성된 락킹 홈(21,31)에 결합되어 락킹 됨으로써, 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)가 동일한 회전수로 회전하게 되고, 이를 통해 슬립이나 또는 공회전이 발생하지 않는 쪽의 차륜으로도 동력이 전달될 수 있게 되어 차량의 정상적인 주행이 가능해질 수 있게 된다.

이후, 상기 디퍼렌셜 케이스(10)가 다시금 저속으로 회전하게 되면, 도 3에 도시된 것처럼 질량체(200)에 화살표(B) 방향으로 가해지는 원심력이 화살표(S) 방향으로 가해지는 스프링(300)의 탄성 복원력보다 작게 되어 락킹 플레이트(400)는 화살표(D) 방향으로 이동하게 되어 언락킹 상태가 된다.

상술한 바와 같은 차동 제한 장치에 따르면, 디퍼렌셜 케이스의 회전속도에 따른 원심력을 이용함으로써, 기계식으로 차동 기능을 설정하거나 차동 기능을 해제할 수 있게 되고, 이를 통해 구조의 단순화 및 원가 절감의 효과를 얻을 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.

100 : 로드 200 : 질량체
300 : 탄성체 400 : 락킹 플레이트
410,420 : 락킹 돌기 10 : 디퍼렌셜 케이스
20 : 좌측 드라이브 샤프트 30 : 우측 드라이브 샤프트

Claims (5)

1. 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)의 사이를 지날 수 있는 위치에서 디퍼렌셜 케이스(10)의 내측과 외측을 가로질러 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 로드(100);
   상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 외측에서 상기 로드(100)의 일측 단부에 설치되는 질량체(200);
   상기 질량체(200)에 원심력이 가해질 때, 상기 질량체(200)에 대해 원심력의 반대 방향으로 탄성력을 가하도록 상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 일측에 설치되는 탄성체(300);
   상기 디퍼렌셜 케이스(10)의 내측에서 상기 로드(100)의 타측 단부에 설치되며, 상기 질량체(200)에 작용하는 원심력과 상기 탄성체(300)의 탄성력과의 합력의 크기에 따라 상기 로드(100)와 일체로 슬라이딩 이동하면서 상기 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)가 동일한 회전수로 회전하도록 락킹하거나 언락킹하는 락킹 플레이트(400);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 제한 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄성체(300)는 상기 로드(100)의 둘레를 감싸면서 상기 디퍼렌셜 케이스(10)와 상기 질량체(200) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 차동 제한 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 탄성체(300)는 탄성 변형되지 않은 상태에서 상기 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)에 대해 상기 락킹 플레이트(400)가 언락킹 상태가 되도록 하는 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 차동 제한 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 좌측 드라이브 샤프트(20)와 우측 드라이브 샤프트(30)에는 락킹 홈(21,31)이 각각 형성되고, 상기 락킹 플레이트(400)에는 상기 락킹 홈(21,31)에 결합하는 락킹 돌기(410,420)가 형성되는 것을 특징으로 하는 차동 제한 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 락킹 홈(21,31)과 상기 락킹 돌기(410,420)는 사다리꼴 단면 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차동 제한 장치.

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