KR100219293B1 - 기어장착 요동판을 가지는 유압기계 - Google Patents

Abstract

한쌍의 요동기어들(l0,20)은 가변 및 고정 용량 유압기계내에의 분리 요동판의 동요부(14)의 회전을 억제한다. 각각의 쌍은 하우징(12)에 고정된 내부기어(10)와 동요기의 외주표면에 고정된 외부기어(20)를 포함한다. 기어들의 이 형상은, 동요기의 복잡한 렘니스케이트를 간섭하지 않으면서, 요동시에 기어들이 동시에 두개의 치차 결합 중앙부를 공유하게 할 수 있는 4개의 설계들(제7도,9a도 및 9b도,12b도,l3a도)중 어느 것이 될 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

기어장칙 요동판을 가지는 유압기계

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 자동차, 항공기, 공작기계 및 산업용 기계에 사용되는 유압 펌프/모터 기계 및 이러한 기계의 요동판(swash-plates)에 관한 것이다.

[발명의 배경]

본 출원인의 선행 미국출원(1992년 8월 27일 출원된 "가변 유압장치", 936,842호)은, 그 배경부분에, 잘 알려진 유압 펌프들 및 모터에 관련된 논의가 자세히 되어 있고, 아울러, 그 발명을 담고 있는 고정-가변-용량 유압기계(이하 선출원의 펌프/모터로 부르기로 함)의 몇몇 실시예를 개시하고 있다. 위 출원의 개시는 본 발명과 관련되어 있는 것으로, 본 명세서에 모두 기술되어 있다.

상업적으로 이용 가능한 유압 펌프/모터의 대부분은 각을 두고 배치되는 요동판상으로 배치되며 왕복 피스톤들을 가지는 회전 실린더블록들을 이용하고 있다. 고정 실린더 및 피스톤을 이용하는 것이 분리 요동판의 회전을 위해서는 더욱 효과적인 것이 오래전부터 알려져 왔다. 그러나, 이러한 분리 요동판들의 장착을 위한 대부분의 알려진 설계들은 제조하기에 매우 복잡하며 비용이 많이 들고, 상대적으로 높은 압력 및 상대적으로 높은 속도(예를 들면, 자동차의 구동을 위한)가 요구될 경우 광범위한 상업적 효과를 얻기 어렵다는 문제를 갖고 있다.

상기에서 언급한 바와 같은 선출원의 펌프/모터는 회전하지 않는 원통형 하우징의 중심축선 둘레로 원주로 형성된 실린더들과, 축 피스톤들과 요동판사이에 왕복운동을 전달하는 연결로드를 가지고 있다. 상기 요동판은 요동(nutation)은 하나 회전(rotation)하지 않는 "동요(wobbler)"부와 요동 및 회전을 하는 "회전(rotor)"부로 나뉜다. 상기 회전부는 펌프의 중심 축선과 정열되어 있고, 하우징의 일단에 위치되는 메인 베어링내에 지지되는 구동요소에 연결된다. 고정 용량 실시예에 있어서, 상기 분리 요동판의 회전부는 고정된 기울기로 상기 구동요소에 고정되며, 가변 용량 실시예에서는, 상기 요동판의 기울기는 서보 메커니즘에 의해서 위치되는 슬라이딩 샤프트에 부착된 피벗의 운동에 의해서 가변된다.

선출원의 펌프/모터는 신규한 방법으로 조직되고 장착된 잘 알려진 기계요소의 독특한 조합으로서, 개선된 최대 속도 및 압력으로 작동할 수 있으며, 그 크기 및 무게를 확연하게 줄여줄 수 있는 유압기계를 제공한다. 몇가지 실시예로서 개시되어 있는 선출원의 펌프/모터는 유사한 물리적 크기를 가지는 잘 알려진 펌프보다 높은 마력을 생성할 수 있는 매우 컴팩트한 펌프유닛을 포함하고 있다.

고정 실린더 및 분리 요동판들을 채용하고 있는 종래기술들은 무수히 많은 반면, 자동차 및 산업용을 목적으로 그러한 선행기술의 설계를 이용하고 있는 현재 적용되고 있는 상업용 유압 펌프 또는 모터는 알려져 있지 않고 있다. 물론, 이러한 선행 기술의 설계들은 자동차 또는 산업기계를 작동하는데 필요한 넓은 범위의 압력 및 속도의 범위하에서 만족스러운 수행을 하지 못하거나, 또는 상업적으로 이용하기에는 너무 복잡하고 비용이 많이 든다.

이러한 뚜렷한 결점의 일부는 상기 분리 요동판을 지지하는 적절한 구조를 제공하기에 어려워 그 요동부가 회전 없이 복잡한 요동운동을 따르기에 자유롭게 된다는 것에서 기인된다. 이러한 문제점을 고려한 것이 본 발명이다. 이와 관련하여, (1993년 11월 16일, "유압기계의 요동판 장착구조"로 출원된 153,568호) 본 출원인의 또 다른 출원에서, 두개의 실시예의 요동판 장착구조가 개시되어 있는데, 이는 이러한 문제점을 언급하고 있다. 이 후자의 선행출원(이하 선행 요동 플레이트 마운팅 구조라고 부르기로 함)은 고정각 요동판을 위한 베벨기어 장착 어셈블리 뿐만 아니라 요동판 장착문제에 관해서 적절히 "발명의 배경"에 개시하고 있으며, 이는 본 명세서에 설명되어 있다.

적어도 50년전에, 분리 요동판의 동요부(즉, 요동을 하나 회전하지 않는 부)를 만족스럽게 지지하는 것을 제공하는 것에 관련된 문제들이 1941년 제이. 오. 알멘에게 허여된 미국 특허 2,258,127호에 완전히 개시되어 있다. 가장 중요한 문제점은 이것의 복잡한 운동에 나쁜 영향을 미치지 않고 동요부를 지지하는 것에 관계된 것으로, 이것이 회전 없이 동요하면서, 그 표면의 모든 점이 렘니스케이트(lemniscate)의 패턴(원구의 표면상에 형성되는 8-자 패턴)을 따르고 있다.

알멘의 특허는 롤링 볼들상에 장착된 "정속 유니버셜 조인트"로서 설명되고 있는 고정각 요동판의 지지구조를 개시하고 있다. 약 10년전에, 이것과 동일한 롤링볼 구조가 (제이. 스칼조에게 허여된) 미국특허 4,433,596호에서 가변 용량 유압기계에 채택되었다. 알멘 및 스칼조의 특허에 개시된 구조는 상대적으로 복잡하며 많은 수의 작은 부품을 요구하고 있다. 그리고 요동판이 기울어질 수 있는 최대각은 상대적으로 제한되어 있다(예를 들면, 15°이하로). 반면에, 본 출원인의 선행 펌프/모터 및 선행 장착구조에서는, 요동판의 기울기는 산업용에서 요구되는 높은 압력하에서 25°-30°크기로 유지될 수 있다.

배경기술의 설명을 위하여, 냉매가스 압축장치의 유사하지 않은 기술에 이용되는 요동판들을 장착하기 위한 잘 알려진 기어 장착구조를 설명하기로 한다. 여기서 "유사하지 않은" 기술이란 용어를 이용한 이유는 자동차 및 사업용 기계가의 유압기계들이 고속(예를 들면, 2,000 rpm) 및 고압(예를 들면, 6,000 psi)에서 작동하며, 그리고 그러한 기계들의 설계에 있어서 적절한 기술을 가진 자는 저속/저압 냉매가스 압축기를 동일 기술의 일부로 고려하지 않기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 몇몇 잘 알려진 냉매 압축기 설계들은, 각각의 기어들 사이에서 베어링으로서 역할을 하는 공유볼에 의해서 정열된 한쌍의 작은 짝기어에 의해서 지지되는 동요기를 포함하고 있다(예를 들어, 히라가에게 허여된 미국특허 4,042,309호와 올슨 주니어에게 허여된 미국특허 3,712,759호를 참조하기 바람).

분리 요동판들을 위한 기어 마운팅 어셈블리들과 관련하여, 자동차 및 산업용 기계에 이용하기 적절한 단 하나의 설계를 알고 있다. 즉, 상기 베벨기어 발명(본 출원인의 선행 요동판 장착구조에 관한 출원에 개시된)으로서, 프로토타입 모터들에서, 천천히 완전하게 멈춘 후 415ft.lbs크기의 하중을 받으면서 양방향으로 재시동될 때 부드럽게 작동할 수 있다.

중공업 및 자동차분야에 선행 분리 요동판을 상업적으로 이용하기에 부족한 또 다른 이유는, 요동판 어셈블리에 대한 피스톤들의 축추력을 지지하기 위해 요구되는 롤러 베어링의 크기 및 무게 때문이다. 회전 실린더 블록 설계의 상업적으로 이용되는 선행 기술 기계들에 있어서, 압력 발란스를 이루는 슬라이딩 슈들이 회전 피스톤들의 단부에 부착되어 고정 요동판 및 피스톤들 사이의 공유면에서 추력을 감소시킨다.

그러나, 이러한 슬라이딩 슈는 고정 실린더/분리 요동판 기계에는 적절치 않은 것으로 판명되었다.

[발명의 간단한 설명]

본 발명의 주요 특징은 미국 특허 출원번호 252,743(가변각 기어 시스템"으로

1994년 7월 2일자로 출원된)에 개시된 새로운 기어 시스템의 특별한 적용에 관한 것이다.

보다 넓은 의미로, 새로운 기어 시스템은 구동 샤프트에서 피동 샤프트로 회전을 전달함과 동시에 상기 샤프트들의 축선들 사이의 교차각이 180°에서 이 180°에서 변화되는 바람직한 최대각까지의 넓은 범위로 연장하여 가변될 수 있는 방식(즉, 축선들이 평행하거나 또는 일치하는 우치의 양측으로부터 변화되는 최대각)으로 두개의 샤프트를 직접 연결하는 전동장치의 새로운 형태를 제공한다.

새로운 기어 시스템의 구조는 유압기계의 설계에 있어서 굉장한 개선을 제공하는데 이용될 수 있다. 즉, 미국 특허 출원 번호 252,743호에 개시된 새로운 기어 시스템의 한 장치의 설계에서, 짝 기어들의 피치원들은 동일한 크기로 이루어져 있고, 항상 동일한 원구상의 최대원으로 유지된다. 이 장치는 두개의 샤프트 사이에 정속을 전달하는데 이용될 수 있으며, 샤프트들이 어떠한 면으로도 서로에 대하여 관절 운동할 수 있도록 하여 준다. 또한, 원구의 기하학에서 자명하듯이, 이러한 최대원들은 두점에서 교차하며, 교차하는 최대원들(즉, 기어들의 피치원들)사이에서 원구의 표면상에 형성된 한쌍의 룬(lune)은 원구의 표면 둘레의 큰 렘니스케이트(8-자)를 그린다.

상기 짝 기어들 사이에서 공유되고 있는 접촉점의 상대운동은 기어 샤프트들의 모든 상대적인 각 조절위치에서 각각의 렘니스케이트를 그린다. 따라서, 상기 두개의 샤프트들은 정속으로 회전한다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 기어들의 치차 결합 이들의 설계 및 구조와 관련된 이하의 설명에서, 각 기어의 피치원은 동일한 피치원구의 최대원으로서 이론적으로 고려될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기어들의 상대적인 운동을 설명하기 위하여, 기어쌍중 각각의 기어는 이들 각각의 이론적인 피치표면을 가져야 한다. 따라서, 본 발명의 기어들 각각은 동심을 이루는 한쌍의 피치원구의 각각에 이론적인 피치표면과 그리고 내부 피치원구가 외측 피치원구에 대하여 요동할 수 있는 층분한 간격을 가지면서 실질적으로 동일한 반경을 가지는 것으로 간주한다. 본 발명의 두개의 각각의 기어들의 피치원들은 180°떨어진 곳(즉 두개의 폴들)에 위치되는 두 점에서 서로 교차하며, 그리고 두개의 각각의 피치원구들의 회전 축선들은 항상 두개의 피치원구들의 일치하는 중심들에서 그리고 두개의 폴들이 요동동안에 피치원구들의 표면들을 중심으로 선회할 때의 모든 교차점에서 교차한다.

본 발명의 기어 시스템의 이러한 구조를 위해서, 일정한 피치원을 가지는 내부 기어들을 가지는 제1기어가 이용되며, 이 제1기어는 이것과 동일한 피치원을 가지는 내부기어를 가지는 제1기어와 짝을 이루도록 하였다. 상기 기어들은 180°떨어진 곳에 중심을 이루고 있는 두개의 지역에서 치차 결합하고 있는 작 이들을 가지며, 그 피치원들이 동일 크기로 이루어져 있으므로, 이들은 1 : 1의 비로 회전한다.

본 발명의 유압기계에 적용되는 바와 같이, 한쌍의 1 : 1 비의 "정속" 기어들은 기계의 요동판 장착 어셈블리의 동요부를 지지하기 위하여 이용된다. 그러나, 이러한 특별한 응용에서, 본 발명의 독특한 기어쌍은 두개의 샤프트들 사이에 회전운동을 전달하지 않지만 요동운동은 전달한다. 그리고 상기 짝기어 쌍은 동요 요동기의 회전을 방지 할 뿐만 아니라, 상기 동요기가 자유롭고 조용하게 자동차의 구동을 위해 필요한 고속에서도 동요 렘니스케이트 운동을 따른다.

4개의 서로 다른 기어의 설계들이 동요부를 지지하기 위해 이용되는 요동기어 를 위해 개시되고 있다. 즉, 서클/탄젠트("CT") 설계, 서클-온-아이아몬드 ("CD")설계, "룬" 설계, 그리고 룬/인버스 커브 조합("L/IC") 설계가 개시되어 있는데, 모두 이하 보다 상세히 설명될 것이다. 이 모든 설계들은 요동기어들의 축선이 180°의 양측에서 바람직한 최대각까지 측정된 연속적인 범위에 걸쳐서 가변적으로 교차하게 한다. 그리고 모두 다음과 같은 공통적인 특징을 공유한다 : 각각의 짝기어의 각각의 이면의 적어도 중앙부는, 각각의 기어의 피치면에서 보았을 때, 기어들이 요동하면, 이들의 축선들이 일치하는 정열상태에서 일정한 최대 바람직한 각(예를 들면, 180°, 30°등)까지 연장하는 각의 연속적인 범위에 걸쳐서 교차할 수 있도록 선택된 직경을 가지는 단일원의 호로 되어 있다[주석 : 본 발명의 각각의 기어들에 있어서, 이들 각각의 "피치면"은 피치 원구이다].

CT 및 CD 설계에서 (그리고 L/IC 설계중 하나에서), 각 이의 중앙부만이, 피치면에서 보았을 때, 단일원의 호로 형성되며, 룬 설계에서, 각 이표면의 전체 길이방향 곡률은 단일원의 호이다.

본 발명의 요동 기어들에 대한 모든 바람직한 실시예에서, 직경피치는, 기어들의 축선들이 서로에 대하여 바람직한 최대각으로 기울어졌을 때, 각 기어의 적어도 둘 이상의 짝 이들이 기어들 사이에 공유되고 있는 두개의 치차 결합 지역들의 각각에서 동시에 치차 결합하도록 선택된다.

CT 및 CD 설계에서 (그리고 L/IC 설계중 하나에서), 각 짝기어의 양 이표면들의 중앙부는, 피치면에서 보았을 때, 일정한 직경의 단일원의 양측을 형성하는 각각의 호로 이루어져 있다.

룬 설계에서, 각 이표면의 전체 길이방향 곡률을 형성하는 호 역시 일정한 직경의 단일원으로부터 취해진다. 그러나, 룬 설계에서, 상기 원은 각 기어의 피치원이 최대원들이 되는 원의 표면상에 형성된 특정원과 동일하며, 그 직경은 기어 축선들 사이에 교차하는 최대 바람직한 각과 동일한, 원구의 중심으로부터 측정된 각에 대한다.

상기 짝 이들이 서로에 대하여 "구르지" 않으나, 하이포이드 기어와 유사한 방법으로 슬라이딩 접촉을 공유하므로, 그리고 직선 이면들이 짝 이들 상의 접촉 패턴을 길게 하므로, 본 발명의 기어들의 이들은 바람직하게 상면 및 하면 사이에서 직선의 측면 프로파일을 갖도록 만들어진다. 그러나, 다른 프로파일들이 이용될 수 있다. 그리고 비록 인볼루트 프로파일이 상대적으로 CT, CD, 그리고 L/IC 설계들이 이용될 수 있으나, 이것은 룬 설계에 더욱 적합하다.

본 발명의 특별한 요동 기어설계들은 고속 및 고압 기계류에 이용될 때에서 회전력을 견딜 수 있다, 그리고 이들은 요동플레이트 동요부의 회전을 방지하며 부드러운 렘니스케이트 요동을 이룰 수 있도록 한다. 이것은, 상대적으로 적은 공간을 차지하는 본 발명의 단일 쌍 기어로만 성취될 수 있다. 요동판을 지지하는 특별한 요동기어설계 이외에서, 본 발명에서 개시되고 있는 유압 기계류는 다양한 슬라이딩 슈 베어링 장치를 포함하며, 이 장치들은 기계의 크기 및 무게를 더욱 줄일 수 있도록 하여 준다.

3개의 유닛들, 즉, 각각 요동판 어셈블리가 위치되는 중앙유닛의 각각의 단에 분리 가능하게 부착되는 실린더 유닛 및 엔드 캡을 포함하는 하우징을 개시하고 있는 본 발명의 유압기계용 기본 설계가 개시되어 있다. 고정 실린더를 포함하는 것 이외에도, 상기 실린더 유닛은 포트들 및 통로 그리고 유압을 제어하기 위한 밸브를 포함하고 있다. 그리고 구동요소를 지지하는 카트리지 베어링이 엔드캡에 가까운 중앙유닛의 단부에 장착된다. 본 발명의 기본적인 유압기계의 마력비는, 엔드캡 또는 이웃하는 베어링을 바꾸지 않고도 그리고 요동판 어셈블리 또는 축선 길이만 제외하고 실린더의 어느 부분도 바꾸지 않고도 변환될 수 있다. 본 발명의 기계의 배기량을 실질적으로 변환하는데(예를 들면, 7 cu. in. 에서 11 cu. in.로 변환하는데) 요구되는 것은, 실린더 유닛의 실린더의 축선기이만의 변환에 의해서, 중앙 하우징을 방사길이는 동일하나 축선길이는 변환된 유사한 중앙 유닛으로 대체함에 의해서, 그리고 상기 구동 엘리먼트 및 피스톤들을 그 축선방향의 길이를 변환시킴으로서, 요동판의 최대기울기(예를 들면, 18°에서 30°)를 변환시키는 것이다.

이러한 본 발명의 구조와 함께, 본 발명의 유압 기계는 매우 작은 포맷으로 상대적으로 큰 마력을 제공한다. 즉, 이것은 유사한 물리적 크기의 현재의 상업적으로 적용 가능한 유닛의 마력크기를 넘어선다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 구조의 단순화를 위하여 많은 부품들이 삭제된 유압기계의 분리 요동판의 개략적인 부분 단면도로서, 요동판의 동요부는 본 발명에 따른 한쌍의 요동 기어들에 의해서 그 회전이 제한되도록 되어 있다.

제2a, b도 그리고 c도는 제1도에서 도시되고 있는 방식으로 배열된 본 발명에 따른 한쌍의 요동 짝 기어들의 피치표면상의 이 접촉점들의 세트들 사이에서 발생하는 상대적인 운동을 개략적으로 보여주고 있는 것으로서, 외부기어는 고정된 내부기어를 중심으로 요동하며, 기어들의 축선들은 일정한 최대각으르 서로에 대하여 기울어져 있다.

제3도는 제2a, b도 그리고 c도에서 도시되고 있는 이 접촉점의 각각의 세트들중 하나 사이의 상대적인 운동을 도해식으로 보여주는 도면이다.

제4도는 제1도의 한쌍의 짝기어의 일부를 보여주는 도면으로서, 상기 기어들이 축 방향에 있으며, 그들의 각각의 축선들이 일치하고(즉, 180°) 있는 상태와, 각각의 기어의 피치원상의 연속하는 이들 사이의 코달 중심 거리(chorda1 center distance)를 보여주고 있다.

제5도는 제4도에서 도시하고 있는 한쌍의 기어들의 일부를 개략적으로 보여주고 있는 도면으로서, 기어들은 일정한 최대 바람직한 각(x)로 가변적으로 교차하고 있으며, 이들의 짝 이들은, 기어들이 각각의 축선을 중심으로 요동할 때 변형된 평면도법으로 보여지고 있다.

제6도는 180°로 정열된 축선들을 가지는 기어들의 방사상 중심면에서 취해진 본 발명에 따른 한쌍의 기어들의 짝 이들의 부분 아웃라인을 보여주는 평면 투영도이다.

제7도는 본 발명의 CT설계에 따른 기어이의 아웃라인을 개략적으로 보여주고 있는 도면으로서, 아웃라인은 기어의 피치면에서 보여지고 있다.

제8a, b도 그리고 c도는 본 발명의 CT설계에 따른 한쌍의 요동 기어들의 짝 이들의 아웃라인들을 보여주는 개략도로서, 상기 아웃라인들은 변형된 평면 투영도로 보여지고 있으며, 상기 쌍은 이들의 축선들이 바람직한 최대각(x)에서 교차하며; 제8a 및 b도는 각각 180°떨어져 중심을 이루고 있는 두개의 치차 결합지역들을 보여주고 있는데, 기어들은 동시에 접촉하고 있으며, 제8c도는 치차 결합지역의 중심이 원주 피치의 3/4만큼 더 기어의 원주 피치 둘레로 요동된 후의 제8b도에서 도시되고 있는 치차 결합지역을 나타내고 있다.

제9a 및 b도는 본 발명의 CD설계에 따른 한쌍의 기어의 이형상을 결정하는 기하학적 구조들을 브여주고 있는 도면이다.

제10도는 본 발명의 CD설계에 따른 한쌍의 기어의 치차 결합이의 아웃라인의 개략적인 도면으로서, 상기 아웃라인은 변형된 평면 투영도로 보여지고 있다.

제11도는 CD 및 CT설계 이들에서 요구되는 약간의 모따기 간격을 보여주고 있는 개략도로서, 상기 모따기는 상당히 과장되어 보여지고 있다.

제12a 및 b도는 본 발명의 룬 설계에 따라 이루어진 기어이들의 형상을 개략적으로 보여주는 도면으로서, 제12a도는 각각의 이면의 길이방향 곡률을 형성하는 원호를 결정하는 기하학적 구조를 보여주고 있으며, 제12b도는 기어들이 그들의 축선이 선택된 최대각으로 가변적으로 교차하면서 요동할 때 두 세트의 치차 결합이들 보여주고 있으며, 기어이들의 아웃라인은 변형된 평면 투영도로 보여지고 있다.

제13a 및 b도는 본 발명의 L/IC설계에 따른 한쌍의 기어의 치차 결합 이들의 아웃라인을 보여주는 개략도로서, 상기 아웃라인은 상기 쌍의 변형된 평면 투영도로 보여지고 있으며, 제13a도에서는 상기 기어들의 축선들이 바람직한 최대각으로 교차되어 있는 반면에, 제13b도에서는 상기 축선들이 20°로 교차하고 있다.

제14도는 본 발명에 따른 요동판 장착 어셈블리를 가지는 유압기계의 개략적인 부분 단면도로서, 요동판의 기울기는 조절 가능하고; 그 기울기의 조절을 위한 서보 메커니즘은 생략되어 있다.

제15도는 제14도에서 도시되고 있는 기계의 요동판 메커니즘의 기울기를 조절하는 서보 컨트롤 장치를 개략적으로 보여주고 있는 도면으로서, 제14도에서 보여지고 있는 많은 부품들이 단순하고 명확하게 하기 위하여 제거된 기계의 요동판부를 보여주고 있다.

제16도는 제14도의 유압기계를 보여주는 확대도로서, 요동판 장착 어셈블리의 본 발명에 따른 균형을 이룬 압력을 가지는 슬라이딩 슈 베어링 어셈블리부를 보여주고 있다.

제17도는 제14도의 유압기계의 또 다른 상세도로서, 도면은 면 W-W를 따라 얻어진 것이며, 상기 분리 요동판 장착기의 동요부의 뒷면에 장착된 균형을 이룬 압력을 가지는 슬라이딩 슈 베어링들만을 보여주고 있다.

제18도는 본 발명에 따라 고정각 요동판 어셈블리를 보여주기 위한 개략도이다.

[바람직한 실시예의 상세한 설명]

[요동 기어 시스텝]

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 유압 기계의 제1특징은 요동 플레이트의 동요부의 회전을 제한하기 위하여 본 발명에서 이용하고 있는 한쌍의 요동기어이다. 제1도 내지 제5도는 본 발명의 독특한 요동기어들을 보여주고 있다.

설명의 편의를 위하여 많은 부품들이 생략된 유압기계의 요동판 어셈블리의 개략적인 부분 단면도를 브여주고 있는 제1도에서, 내부기어(10)는 하우징(12)에 고정되어 있다. 내부기어(10)와 짝을 이루는 외부기어(20)가 분리 요동판을 형성하기 위하여 로터(16)와 연동하는 동요부(14)의 외주표면에 고정되어 있다. 즉 동요부(14)는 각각의 실린더들(도시생략)에 장착된 피스톤들(18)의 단부들을 수용하여 지지하고 있으며, 로터(16)는 구동요소(24)의 샤프트(22)와 함께 회전한다.

외부기어(20)의 축선(40)은 동요부(l4)의 전면(26)에 수직하며, 점(28)에서 구동요소(24)의 회전축선(42)과 교차한다. 상기 점(28)은 로터(16)가 회전축선(42)으로 기울어지는 유효 중심이 된다. 내부기어(l0)의 축선은 회전축선(42)과 일치한다.

도면으로부터 생략된 많은 부품들중, 회전 축선에 대하여 로터(16)의 기울기를 조절하는 적절한 메커니즘은 당해 기술분야에서 잘 알려진 방법으로 이루어지며 이하 설명된 본 발명에 따른 유압기계의 자세한 실시예에서 보여지는 바와 같다. 본 발명에 따른 요동기어의 특징을 설명하기 위하여, 회전축선(42)에 대한 로터(16)의 기울기의 각은 도면에서 보여지는 각으로부터(축선 40 및 42가 일치하는) 180°를 걸쳐서 반대쪽으로 180°보다 작은 동일한 크기의 각까지 연속적으로 가변될 수 있는 것으로 가정한다.

로터(16)가 샤프트(22)와 함께 회전함에 따라, 축선(40)은 축선(42)을 중심으로 요동한다. 이하의 설명으로부터 이해될 수 있듯이, 이들 축선들 사이의 상대적인 각 요동동안에는, 기어들(10,20)의 피치원들은 동일한 피치원구의 표면상의 두개의 치차 결합점에서 치차 결합을 유지하며, 각각의 치차 결합점의 중심은 두개의 축선의 교차점과 일치하는 피치원구의 중심을 통하여 지나가는 선상에 위치된다. 예를 들면, 제1도에서 도시되는 위치에서 약간의 시간이 지나면, 기어들(10,20)의 두개의 치차 결합점들의 중심은 점(28)을 지나며 도면에 수직한 선(32)상에 위치되게 된다. 또한, 축선들(40,42)이 180°에서 일치되도록 정열된다면, 양기어(10,20)의 모든 이들은 종래의 기어 커플링의 방식처럼 완전히 치차 결합하게 된다. 이러한 완전한 치차 결합 상태는 제4도에서 도시되는 기어들(10,20)의 일부에서 보여진다.

그러나, 상기 각각의 축선들의 상대적인 각방향이 180°의 정열로부터 벗어나 가변적으로 조절될 때마다, 기어들의 이들은, 기어(20)이 축선(42) 및 기어(10)를 중심으로 요동함에 따라, 연속적으로 치차 결합하거나 치차 결합상태로부터 해지된다. 기어들(10,20)의 이러한 치차 결합 및 치차 결합으로부터 해지되는 상대적인 요동운동은 제2a, b도 그리고 c도에서 개략적으로 보여지고 있는데, 이 도면들은 축선들(40,42)이 어떤 바람직한 최대각(x)에서 교차하고 있을 때, 상대적인 요동의 세개의 다른 위치에서 기어들의 피치원들 일부를 보여주고 있다. 제2a, b도 그리고 c도는 요동기어들의 짝이들이 치차 결합 및 해지 상태로 이동할 때, 4개의 다른 이 접촉점 세트의 상대적인 위치를 보여주고 있다.

제2a도에서, 내부기어(10)상의 이 접촉점(A)은 외부기어(20)상의 이 접촉점(A')과 치차 결합하고 있으며, 이와 동시에, 내부기어(10)의 이 접촉점(C)은 외부기어(20)의 이 접촉점(C')과 치차 결합하고 있다. 제2b도는 기어들이 90°요동한 후 각 기어상의 동일한 이 접촉점을 보여주고 있는데, 기어(10)의 기어이 접촉점들(D, B) 및 기어(20)의 접촉점들(D', B')이 각각 치차 결합하는 상태가 된다. 1/4만큼 더 요동을 하면, 제2c도에서 도시되는 바와 같이, 기어(20)은 기어(10)를 중심으로 그 요동의 1/2만큼 이동한 상태가 되고, 이 접촉점들(A, A') 및 (C, C')는 다시 치차 결합하게 된다.

제2a, b도 그리고 c도에서 나타내고 있는 이 접촉점들은 이들 각각의 기어들의 피치원들상에 모두 위치되며, 그리고, 기하학적으로, 이 피치원들은 동일 원구상의 각각의 최대원들이 된다. 모든 최대원들은 180°떨어진 위치에서 서로 교차한다. 제3도는, 기어들(10,20)이 한 번의 완전한 요동을 하였을 때, 제2a, b도 그리고 c도에서 도시되고 있는 이 접촉점들의 각각의 세트들중 하나 사이의 상대적인 운동을 개략적으로 나타내고 있는 것이다. 즉 이 접촉점들(A,A')의 상대적인 운동의 자취를 보여주는 도면이다. 비록 각각의 피치원들이 제3도에서 평면 투영도로 보여지고 있으나, it can be a pole of the sphere twice in each nutation, 그리고 각 쌍의 공유 접촉점들의 상대적인 위치들은 렘니스케이트형의 패턴(즉 원구 표면상의 8-자)를 나타내고 있다. 그리고, 유니버셜 조인트 기술에서 잘 알려진 바와 같이, 이러한 렘니스케이트 운동은 두개의 관절 샤프트 사이에 정속을 제공하기 위해서는 필수적인 것이다.

앞서 언급한 바와 같이, 제4도는 제1도의 요동기어 쌍의 일부를 나타내는 것으로서, 그 축선들이 180°에서 일치하여 정열된 내부기어(10) 및 외부기어(20)를 보여주고 있다. 이 위치에서, 각각의 피치원들(10',20') 역시 일치한다. 내부기어 이들(I1,I2)의 이중심들(44,45)와 외부기어이들(El,E2,E3)의 이중심들(46,47,48)들이 일치하는 피치원들상에 지시되어 있다. 또한, 연속하는 이중심들(46,47) 및 이중심들(47,48) 사이의 투영된 코달 중심 거리들(PC)가 도시되어 있다.

제5도는 제4도에서 도시되는 것처럼 기어들(10,20)의 거의 동일한 부를 나타내고 있다. 그러나, 제5도에서, 기어들은 그 축선들이 선택된 최대 바람직한 각(x)로 (제1도에서 처럼) 교차하고 있으며, 기어 이들은 각각의 기어이세트의 피치 실린더들의 펼쳐진 평면 투영도로 나타내고 있다. 상기 평면 투영도들은 각각의 평면 투영도상의 연속하는 이들 사이의 중심거리가 이 중심들 사이의 투영된 코달 거리(PC)와 동일하도록 변형되었다.

--[주석 : 본 발명의 설명을 위하여 이용되는 평면 투영도 및 평면 기하학 구조와 관련하여, 본 발명의 기어 시스템은 구형 기하학을 기본으로 하는 것임을 기억해야 한다. 즉, 본 도면들중 평면상의 투영도는 기어의 피치원이 최대원이 되는 각각의 원구의 표면상의 선을 나타내는 것이다. 예를 들어, 제5도의 내/외부 기어 조합의 표현을 참조하면, 기어들(10,20)의 이들의 평면화된 투영도는 동일 원구상의 표면상에 있는 것이다.]

기어들(10,20)이 이들의 축선들이 미리 선택된 바람직한 최대각(x)로 가변적으로 교차하면서 함께 요동하면, 이들의 두 치차 결합 중심들은 이것이 피봇점(28)을 중심으로 돌리면 라인(32)를 따르게 된다(제2a, b도 그리고 c도 참조). 그리고, 제5도는, 최대각에서도, 기어들 사이에 전달되는 하중이 10개의 이들에 의해서 공유됨을 보여주고 있다. 즉, 5개의 이들만이 제5도에서 치차 결합하고 있는 것으로 보여지지만, 위에서 설명한 바와 같이, 기어들(10,20)은 180°떨어져 위치된 두개의 치차 결합 중심을 둘레로 항상 동시에 치차 결합한다.

본 발명의 기어들은 종래의 전동장치와 상당히 다름을 이해하는 것은 매우 중요하다. 그리고, 두개의 동시 치차 결합 중심을 가지고, 이들은 종래의 전동 시스템에서 잘 알려진 방식으로 요동하지 않는다. 마찬가지로, 종래에 설계된 기어이들은 여기 개시되는 본 발명의 유압기계에는 적절치 않다. 이상에서 언급한 본 발명의 신규한 "가변각 기어 시스템"을 위해서 본 발명에서 개발된 독특한 기어설계들이 이용되어야 하며, 그러한 설계들은 여기에 개시된 본 발명에 응용하기 위하여 이하 설명된다.

[기어이 설계]

다음의 이 설계들은 본 발명의 요동기어들에 적합한 것이다.

(a) 기본 설계의 요소

제6도를 참조하면, 본 발명에 따른 한쌍의 기어들(50,52)의 치차 결합이의 부분적 아웃라인이 도시되어 있으며, 명확성을 위하여, 외부기어(52)는 단면에서 도시되고 있지 않다. 기어들의 축선들은 180°로 정열되어 있으며, 아웃라인은 기어들의 방사상 중심면에서 취해진 것이다. 두개의 외부기어이들(54,55)이 3개의 내부 기어이들(56,57,58)과 완전히 치차 결합하고 있다.

제6도에서 보이는 바와 같이, 모든 기어이들의 작동표면들은 직선으로 이루어져 있다. 이것이 바람직한 측면형상이다. 위에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 기어들의 축선들이 180°의 정열로부터 벗어나 위치되어 약간의 요동이 발생되면, 기어들은 두개의 공유 치차 결합중심을 둘레로 치차 결합 해지상태로 일정하게 운동한다. 이 운동은 치차 결합 이들의 표면이, 하이포이드 기어들의 치차 결합이 사이에서 발생하는 슬라이딩 접촉과 유사한 방식으로, 서로에 대하여 슬라이드하도록 하여 준다. 바람직한 직선 측면의 이표면들은 치차 결합을 통하여 슬라이딩 접촉으로 전체선을 형성한다. 또한, 직선측면의 이들이 방사선들(60)을 따르도록 설계될 수 있지만, (선들(62)에 의해서 지시되는) 스플라인 형상이 바람직하다.

본 발명에 따른 기어이들에는 또 다른 공통적인 특징이 있는데, 이것은 예로서 본 발명의 CT(서클-탄젠트) 설계에 따라 형성된 기어이를 이용함으로서 설명될 것이다. 제7도는 CT 기어이(64)의 아웃라인을 나타내는 개략도로서, 상기 아웃라인은 이 기어의 피치면에서 보여지고 있다. 이 CT이는, 본 발명에 따른 모든 이들처럼, 다음과 같은 기본적인 설계특징을 포함한다. 방사 중심선의 각 측명상에서 이(64)의 작동표면의 중앙부들(66,67)은, 이것의 기어가 하주하에서 요동하면, 짝 기어들의 축선의 교차가 180°의 정열 상태로부터 이 180°의 양측으로 일정한 최대 바람직한 각까지 연장하는 전체 범위에 걸쳐서 연속적으로 가변될 수 있도록 선택된 직경을 가지는 단일원(70)의 호에 의해서 형성된다. 각각의 CT, CD 그리고 IC 이들의 두개의 작동면들의 중앙부를 형성하는 원호들은 동일한 원으로부터 형성된다. 그러나, 각 룬 이의 두개의 작동면들이 동일한 직경을 가지는 원들의 호인데 반하여, 이들은 동일 원에서 형성되지 않는다. 이러한 특징들은 이하 매우 상세히 설명될 것이다.

또한, 본 발명에 따른 모든 설계에 있어서 요구되는 단일원의 직경은, 적어도 둘 이상의 이들이 짝 기어들에 의해서 공유되는 치차 결합 증심들의 각각을 중심으로 동시에 치차 결합될 수 있도록 선택된다. 단일원의 직경의 선택은 본 발명에 따른 4개의 바람직한 이 설계들의 다음과 같은 설명에서 다른 변수로 설명될 것이다.

(b) CT(Circ1e-Tangent) 이의 설계

앞서 설명한 바와 같이, 그리고 제7도에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 CT기어이들의 설계는 단일원의 선택과 함께 시작된다. 즉, 본 발명에 따른 기어쌍의 크기 및 길이가 압력, 마력 그리고 본 발명에 따른 요동 플레이트 및 유압기계가 적용되는 분야(예를 들면, 일정한 듀티원이 요구되는 산업기계, 자동차의 구동 등)에 따라서 우선 결정된다. 즉, 기어들의 여유원(최대직경)은 전동장치가 작동해야 하는 물리적 공간에 의해서 제한되며, 직경피치는, 이의 노멀 코달 두께 (피치원을 따르는 각 이의 코달 두께)가 최대의 기대 하중이 치차 결합하는 이의 수에 의해서 전달되게 할 수 있도록 충분하게 선택되어야 한다.

이와 관련하여, 본 발명의 한쌍의 요동기어들은 동일 크기의 한쌍의 종래의 기어들이 지지할 수 있는 하중의 두배를 다룰 수 있다는 것을 알아야 한다. 즉, 본 발명의 기어쌍이 180°떨어져 중심을 이루는 두개의 치차 결합지역을 공유하기 때문에, 이들은 동일 크기의 종래 기어보다 두배의 치차 결합이를 갖게 되며, 직경피치는 종래에 요구되는 것보다 횔씬 작은 노멀 코달 두께를 제공할 수 있도록 선택된다.

제7도를 다시 참조하면, 적절한 여유크기 및 직경 피치를 선택한 후, 단일원이 이의 중앙부를 형성하기 위하여 이용된다.

다음으로, 각 기어의 길이방향 면폭을, 적어도 둘 이상의 이들이 본 발명의 기어쌍에 의해서 공유되는 두개의 치차 결합 중심의 각각을 중심으로 치차 결합할 수 있도록, 층분히 연장시킨다. 원(70)은 방사상 중심선(68)을 따라 로멀코달 두께(D)를 가지는 원을 생성하는 반경(R)을 가지고 있다.

다음으로, 각 기어의 길이방향 면폭은, 적어도 두개 이상의 이들이 본 발명의 기어쌍에 의해서 공유되는 두개의 치차 결합중심들의 각각의 중심으로 치차 결합할 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 실현하기 위하여, 초기의 결정은 특정한 의용을 위해 요구되는 각 가변을 고려하여 이루어진다. 예를 들면, 많은 요동플레이트의 스펙은 15°이하의 각을 요구하는 반면에, 다른 용도를 위해서는 30°이상이 바람직할 수 있다. 이상에서 언급한 바와 같이, 이러한 바람직한 각을 이하 "바람직한 최대각(x)"으로 언급하기로 한다.

제7도에서 도시되고 있는 예에서, 바람직한 최대각(x)는 40°로 가정한다. 각(x)는 (점(AB) 및 (EF) 사이의 선들에 의해서 지시되고 있는) 방사상 중심선(68)의 양측상에 마크되어, 점(A, E)가 이표면(66) 상의 중심선(68)의 양측상의 각각의 이표면각(x, 이 실시예에서는 40°)를 측정하며, 그리고 점(F,B)는 이표면(67)상의 동일한 이표면각을 측정한다.

그러면, 각각의 이 표면(66,67)은, 각각 이 표면각점(A, E, F, B)에 접하도록 그려지는 직선(72,73 및 74,75)에 의해서 아웃라인된 이 표면 연장부들을 형성한 만큼 연장된다. 각각의 연장선(72,73 및 74,75)은 축중심선(76)과의 투영 교차점을 향하는 접점으로부터 각각 연장하여, 이표면 연장부들의 형성을 완료한다. 최종 이 형상으로, 이 연장부들의 날카로운 단부는 점선으로 나타내는 바와 같이 모따기가 되어 있다.

각각의 연장선들(72,73 및 74,75)은 그 접점에 그려진 각각의 방사선에 수직하기 때문에, 단순한 기하학적 분석에 의해서, 각각의 연장선과 축중심선(76) 사이에 형성된 각이 각(x, 이 실시예에서는 40°)과 동일하다는 것을 알 수 있다.

이러한 CT 설계에 따라서 형성된 이들은, 기어들이 가변적으로 교차하는 각으로 요동함에 따라, 치차 결합 및 해지 상태로 슬라이드할 것이다. 또한, 이 CT설계는, 치차 결합하는 기어쌍들의 중심들중 한곳 또는 양측에서, 적어도 둘이상의 짝 기어들의 축선들이 최대 바람직한 각으로 교차하더라도 하중을 전달하게 된다.

또한, 만약 직경피치가, 각각의 기어가 홀수의 잇수를 갗도록 선택된다면, 이 설계는 적어도 둘 이상의 짝 이들이, 기어들이 최대각으르 교차할 때, 치차 결합 기어쌍 중심들의 양쪽을 중심으로 하중을 전달할 것이다. 이러한 후자의 상태는 본 발명의 CT설계에 따른 한쌍의 기어의 치차 결합이들의 아웃라인들을 나타내는 제8a 및 b도에 개략적으로 도시되어 있는데, 그 아웃라인은 변형된 평면 투영도로 보여지고 있으며, 상기 쌍은 이들의 축선이 최대 바람직한 각(x)으로 교차하고 있다.

제8a도는 이상에서 설명된 방법에 따라 설계된 CT기어쌍의 치차 결합 지역중 제1지역을 도시하고 있으며, 제8b도는 약간의 시간이 지난 후 동일한 기어쌍의 제2치차 결합지역으로 보여주고 있다. 다시 한번, 설명을 위하여, 기어이들은 바람직한 최대각(x)를 이루도록 설계된 것으로 한다. 위에서 설명한 바와 같이, 이것은 상기 축선들이 일치하는 위치의 양측으로 x°연장하는 각 범위를 제공하여, 총 x°의 두배의 관절각을 형성하게 된다.

제8a도에서, 내부기어이(80)의 중심은 상기 제1치차 결합지역의 중심에 위치되며, 외부기어이(80)는 내부기어이들(81,82)과 접촉하게 된다. 그리고, 동시에, 제8b도에서 도시되고 있는 제2공유 치차 결합지역에서, 내부기어이(83)의 중심은 치차 결합 지역의 중심에 위치되며, 그리고 내부기어이(83)는 내부기어이들(84,85)와 접촉하게 된다. 따라서, 기어쌍에 의해서 상호 연결된 샤프트들이 최대각에서 교차하면, 6개의 기어이들이 하중을 분담하게 된다.

제8c도는 기어들이 원주 피치의 3/4의 거리만큼 더욱 요동한 후의 제8b도에서 도시되고 있는 제2치차 결합지역을 나타내고 있다. 제8c도에서 도시되고 있는 상태에서, 외부기어이(86)의 방사상 중심선은 내부기어이(87)의 연장부와 접촉하게 되며, 이 두개의 이들 사이의 접촉선은 이(86)의 전면을 따라(도면에서 보았을 때) 우측으로, 그리고 이(87)의 후면을 따라 좌측으로 슬라이드 이동을 시작한다. 동시에, 내부기어이(87)과 외부기어이(85) 사이의 접촉선은 이(87)의 전면을 따라 좌측으로 그리고 이(85)의 후면을 따라 우측으로 슬라이드한다.

위에서 언급한 바와 같이, 기어들의 축선들이 최대각으로 위치되면, 치차 결합하고 있는 잇수는 모든 기대되는 작동 상태들 중에 치차 결합하고 있는 최소의 잇수를 나타내고 있는 것이다. 그리고, 샤프트들이 실질적으로 180°정열상태로 이동하면, 두 기어들의 이들은 모두 완전히 서로 커플링 방식으로 치차 결합한다. 따라서, 이의 선택된 직경피치 및 노멀 코달 두께가 기대되는 하중을 바람직한 최대각에서 치차 결합하고 있는 잇수로 전달할 수 있을 만큼 층분하다면, 상기 기어쌍은 더 작은 각 위치에서는 적절한 강도를 가질 것이다.

전동장치의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 기어 이면들의 가능한 스코링(scoring)이 본 발명에 따른 기어들의 슬라이딩접촉의 관점에서 특별한 고려가 있어야 함을 이해할 것이다. 치차 결합이들의 각 쌍이 서로에 대하여 슬라이드하는 이표면 거리는, 이들이 치차 결합 및 해지 상태로 지나면서, 샤프트각이 180°에 접근함에 따라 감소하게 된다. 따라서, 슬라이딩 속도는 기어들 사이의 샤프트각이 감소함에 따라, 감소하며, 그리고 스코링 문제에 대한 가능성이, 표면 압력과 기어이들 사이의 슬라이딩 속도가 바람직한 최대각에서 허용된다면, 최소가 될 것이다.

(c) CD (Circle-Over-Diamond)이의 설계

본 발명에 따른 가변각 요동 시스템에 적절한 기어이의 설계치를 결정하는 다른 방법이 있을 수도 있겠으나, 본 발명에서는 일반적인 기하학적 구조에 의해서 이를 실현하였으며, 제9a 및 b도에서 도시되고 있는 본 발명의 CD이의 일반적인 기하학적 구소는 다음과 같다 :

(1) 본 발명의 CT이에 관해 위에서 설명한 방법과 같은 방법으로, 본 발명의 CD이의 설계는, 전동장치가 이용될 분야에 따라서 요구되는 크기 및 강도를 우선 결정하여 적절한 여유크기 및 직경 피치 그리고 이에 대한 노멀 코달 두께를 선댁하는 것으로 시작된다.

(2) 이러한 적절한 기본적인 매개변수의 초기선택에 이어서, 상기 쌍의 외부기어의 일부가 제9a도의 우측에서 도시되고 있는 방식으로 축면도로 레이아웃된 것이다. 즉, 이것의 피치원(a)의 일부와 적어도 두개의 이 중심들(b,c)이 형성된다. 이 중심(b)을 지나는 방사선(d)는 "제안된 치차 결합"의 중심을 표시하도록 선택되고 외부기어의 피치원(a)의 일부의 펼쳐진 평편 투영도(a')이 방사선(d)에 수직하게 레이아웃된다.

(3) 투영된 이 중심(b')는 방사선(d)과 펼쳐진 피치원(a')의 교차점에 표시되어, 위에서 언급한 바와 같이, 제안된 치차 결합의 중심으로서 역할을 한다. 이 중심(b)에 이웃하는 제2이중심(c)는 원래 형성된 피치원(a)로부터 펼쳐진 피치원(a')으로 투영되어, 투영된 이중심(c')과 일치하게 된다.

(4) 다음으로, 원들(e,f)은 각각 이 중심들(b',c')을 중심으로 형성되며, 각각의 원은 위의 단계(1)에서 선택된 직경 피치에 의해서 결정되는 노멀 코달 이두께와 동일한 직경을 가진다. 통상의 지식을 가진 자라면, 이 직경이 (투영된 이 중심들(b',c') 사이의 중간에서 보여지는 동일한 직경의 점선원에 의해서 지시되는 바와 같이) 역시 기어의 투영 원주피치의 1/2과 동일하다는 것을 알 수 있을 것이다.

(5) 상기 쌍의 내부기어의 피치원(g)의 펼쳐진 평면 투영도가, 기어 축선들 사이의 바람직한 최대 교차각과 동일하도록 선택된 각(x)에서 제안된 치차 결합의 중심(b')을 통하여 그려지며, 두개의 새로운 이 중심들(h,i)이 펼쳐진 피치원(g)상에 마크되며, 이 중심(h, i)은 투영된 원주피치와 동일한 거리로 떨어져 위치되고 치차 결합중심(b')을 주위로 중심을 이룬다. 각각 이 원주(e,f)와 동일한 직경을 가지는 새로운 원주(k, m)들이 중심들(h,I) 주위에 그려진다.

(6) 제9a도의 좌측에서 시작된 투영 치차 결합 구조의 구성을 나타내고 있는 제9b도를 참조하면, 펼쳐진 피치원(g)은 역시각 이원(k,m)의 방사상 중심선을 나타내며, 그리고 (기어 축선들 사이의 바람직한 최대 교차각과 동일한) 각(x)가 이 원(k)의 대향면들의 각각에 중심선(g)의 양측에 표시되어, 이 원(k)의 didaustd에 (X°)의 두개의 이면각들을 형성하게 된다. 그러면, 현(n)이 원(k)의 일측상의 각각의 이면각들의 외측점들(o,p) 사이에 그려지며, 그리고 이동분선(q)이 이 중심(h)와 현(n)을 통하여 형성된다.

(7) 선 r에서 이원(f)의 표면에 접하는 점(o)으로부터 그려져서 s에서 이등분선(q)과 교차하는 점에서 끝난다. 제2선이 현의 다른 단에서 점(s)에서 시작하여 점(p)까지 그려지며, 그 결과의 이등변 삼각형(ops)의 등변은 이원(k)의 일측상에서 축 방향으로 기어이의 길이방향 폭을 증가시키는 연장부의 기본 형상을 형성한다. 상기 이등분선(q)은 이의 축중심선을 형성하기 위하여 연장되며, 그리고 동일한 크기의 삼각형이 제9b도에서 도시하는 바와 같이 이원(k)의 대향측상에 각각의 이면각의 외부점들로부터 연장하여 그려져, 대향 축방향의 연장부를 완성한다.

(8) 그러면, 위에서 설명한 방법으로 이 중심(k)을 중심으로 형성된 이 뚜렷한 서클-오버-다이아몬듸(circle-oer-diamond)의 아웃라인은 짝을 이루는 CD쌍에서 양기어들의 (기어의 피치면에서 보았을 때) 이들의 형상을 위하여 이용된다. 물론, 기어의 설계 및 제조분야에서 통상의 지식을 가진 자는 잘 알겠지만, 본 발명의 최종 CD이의 형상은 실질적으로 이러한 형태로 이루어져 있으나, 모따기, 간격, 가장자리 및 표면 연마 등을 이루기 위하여 약간의 변형이 있을 수 있다.

이러한 치차 결합하는 CD이들의 세트가 제10도에서 개략적으로 도시되어 있는데, 기어들은 치차 결합(88)의 중심 주위에 위치되며, 기어들의 축선들은 x°의 선택된 바람직한 최대교차각으로 배향된다. 이 최대각에서, 3개의 내부기어이들(90,91,92)은 두개의 외부기어이들(93,94)과 접촉한다. 따라서, 본 발명의 다른 이 설계에서처럼, 더욱 많은 CD이들이 항상 치차 결합하고 있어, 종래의 기어 시스템보다 기대하중을 더욱 많이 지지할 수 있게 된다.

본 발명의 CT, CD, 그리고 L/IC 기어들은 또 다른 설계적 특징을 공유한다. 즉, 모두 간격을 위하여 모두 모따기를 필요로 한다. 제11도에서, 이러한 모따기가 매우 과장된 크기로 개략적인 사시도로 도시되고 있다. 즉, 외부기어 CD이(114)의 이면은 약간 모따기가 되어 있는 이것의 각각의 연장부들(116,117)의 각각의 상측여유부를 가지고 있으며, 모따기의 깊이는 이의 방사상 중심선에서 d으로 시작하여 이의 축중심선과 만나는 이면의 외측 가장자리에서 최대가 되도록 증가한다. 요구되는 모따기의 양에 대해 이해를 돕기 위하여, 10cm의 외경을 가지는 외부 CT 또는 CD이의 이들은 이들의 가장자리에서 약 0.2mm의 최대 모따기를 요구한다.

이러한 약간의 모따기는 본 발명에 따른 전동장치의 제조 동안에 쉽게 생성된다. 예를 들면, 기어들이 "거의 마무리된"형상으로 초기에 단조되는 과정에서, 단조된 다듬지 않은 기어들은 모따기 없이 짝 기어의 형상을 가지는 마무리 기구로 CBN 그라인딩에 의해서 마무리될 수 있다.

(d) 룬 이의 설계

본 발명의 기어 시스템은 쉽게 제조될 수 있으며 그리고 몇몇 요동 응용분야에서 특별한 용도를 가지는 또 다른 기어이의 설계를 포함한다. 각 이의 대향하는 작동면들의 각각의 길이방향 전체 표면의 아웃라인이 단일원의 호에 의해서 형성되므로 여기서 이러한 설계를 "룬"이라 부르기로 한다. 그리고 기어의 피치면에서 보았을 때, 각 기어의 두개의 작동면들의 아읏라인은 "룬"형상을 생성한다. (기하학적으로, "룬"은 원구의 표면상에서 두개의 교차하는 최대원들에 의해서 경계를 이루는 지역이다) 본 발명의 룬 설계의 설명을 위하여, 제12a 및 b도를 참고로 한다.

제l2a도는 각 이면의 길이방향 곡률을 형성하는 원호를 결정하기 위하여 이용되는 기하학적 구조를 보여준다. 첫째, 본 발명의 CT 및 CT 이들과 관련하여 위해서 설명한 바와 같이, 본 발명의 룬 이들의 설계는 역시 전동장치가 이용되는 응용분야에 따른 요구되는 크기 및 강도의 스펙을 결정하여 적절한 여유크기 및 직경 피치 그리고 이들에 대한 노멀 코달 두께를 선택하는 것으로 시작된다. 이러한 정보를 가지고, 단순한 구조가 외부기어(115)의 방사상 단면으로 만들어져 여유원(l16)과, 기초원(118), 그리고 피치원(120)의 아읏라인을 설정하고, 역시 몇몇 이의 아웃라인이 추가된다.

다음으로, 미리 설정된 바람직한 최대각(이 실시예에서는 25°)이 방사선들(124,125) 사이의 기어중심(122)으로부터 레이아웃 된다. 그리고 현(126)이 두개의 각 점들(127,128)사이에 그려지는데, 상기 각 점에서, 방사선들(124,125)이 피치원(120)을 교차한다. 현(126)의 길이는 기어들의 각 룬이의 작동면의 전체길이를 형성하는 호를 결정하는 단일원을 생성하는데 이용되는 직경측정치(X)를 제공하기 위하여 측정된다.

제13b도에서 도시되는 또 다른 구조에서, 외부기어(115) 및 이와 짝을 이루는 내부기어(130)는 변형된 평면 투영도로 레이아웃 되어 있는데, 기어들의 축선들은 미리 설정된 바람직한 최대각(예를 들면, 25°)에서 교차하고 있으며, 제시된 공유 치차 결합의 중심(132)이 표시되어 있다. 직경(X)을 가지는 원이 중심(132)를 중심으로 그려지며, 그리고 이 원의 호들은 외부기어이(134)의 전면과 외부기어이(135)의 후면을 형성한다. 중심(132)이 외부기어이의 중심을 표시하기 위하여 이용되며, 또 다른 외부기어이 중심들(137,138)이 미리 선택된 원주피치와 동일한 연속하는 거리들에 기어(115)의 방사상 중심선(136)을 따라 표시된다. 따라서, 동일한 직경(X)의 원을 이용하고 연속하는 중심들(137,138 등)을 이용하면, 다른 외부기어이들의 전면 및 후면들이 형성된다.

마찬가지로, 각각의 치차 결합 중심의 양측상의 원주피치를 1/2의 거리에서 표시된 두 점들에서 시작하여, 연속하는 이 중심들(139,l40)이 내부기어(130)의 방사중심선(141)을 따라 표시된다. 그리고 나서, 동일한 직경(X)의 원들과 연속하는 중심들(139,140 등)을 이용하면, 내부기어(130)의 이들의 전후면들이 형성된다. 기어제조분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 이러한 룬 기어이들은 내경(X)를 가지는 중공의 실린더 커터들을 이용함으르서 형성될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도시되고 있는 바와 같은 구조에서, 많은 룬 이들(예를 들면, 각각의 공유 치차 결합 지역에서 약 10개의 이들)이, 기어들 사이의 샤프트각이 최대각에 있을 때 이들 각각의 면들의 양측상에서 완전히 접촉하고 있을 것이다. 그러나, 각각의 룬 이의 노멀 코달 두께는 이것의 짝 기어의 이들 사이의 공간만큼 크지 않아, 샤프트각이 이 최대 위치에서 180°정열 상태로 복귀되면서 감소함에 따라, 치차 결합 룬 이들 사이의 백래쉬는 증가하여, 축선들이 180°정열 상태에 도달하면 실질적으르 최대 백래쉬에 도달한다. 따라서, 본 발명의 룬-이 설계는 최소의 백래쉬가 항상 요구되는 분야, 예를 들면, 기대되는 샤프트 역회전이 정상 작동동안에 상대적인 주기로 발생하는 그러한 분야에는 적절치 못하다.

(e) 룬/인버스 조합 커브 설계(Combination Lune/Inverse Curve ("L/IC") desig)

제13a 및 b도는 본 발명에 따른 또 다른 기어쌍의 치차 결합이들의 아웃라인들을 개략적으로 나타내고 있는 개략도이다. 다음과 같은 설명으로부터 분명해짐으로, 이 설계를 룬/인버스 커브 조합(L/IC)으로 부르기로 한다. 역시, 이들의 아웃라인들은 그 축선들이 바람직한 최대각으로 교차하는 상태에 있는 변형된 평면 투영 쌍으로 보여지고 있다. 물론, 이러한 평면 투영도는 단순히 그 피치표면들이 원구인 실제의 기어들을 시뮬레이트한 것이다. 즉, 제13a도에서 도시되는 기어들이 피치 실린더 상에서 종래의 방식으로 잘못 설계된다면, 심각한 간섭이 발생할 것이다. 그러나, 피치원구상에 설계된다면, 이 이들은 간섭 및 과도한 백래쉬 없이 전체의 각 조절범위에 걸쳐서 치차 결합할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 다른 이 설계처럼, 제13a 및 b도에서 도시되는 이들은 구조에 의해서 가장 쉽게 설명된다. 이 L/IC이들을 위해서, 그 설계의 구조들은 기어 샤프트들이 180°의 양측으로 가변적으로 교차될 것으로 기대되는 바람직한 최대각(x) 뿐만 아니라 적절한 여유크기, 직경피치, 그리고 이들에 대한 노밀 코달 두께를 선택하기 위한 결정으로 시작한다.

이러한 미리 선택된 매개변수들을 기초로, 두 기어들의 피치원들의 평면 투영도들은 최대각(제13a도에서 설명되는 실시예에서는, 45°)으로 교차하도록 레이아웃 되어 있다. 그리고 CT 및 CD설계처럼, 기어들중 하나의 이중심(80')은 피치원들 사이의 교차점에 위치된다. 선택된 원주피치(P')를 이용하여, 또 다른 이 중심들(81',82' 그리고 83',84',85')이 각각의 피치원에 각각 표시된다. 다음으로, 각 이의 중심부는 원하는 코달 두께(D')와 동일한 직경을 가지는 각각의 원으로서 레이아웃 된다. 즉, 각각의 원은 코달 두께의 1/2에 해당하는(즉, 원주피치의 1/4에 해당하는) 반경(T)을 가지고 형성된다.

그러면, 상기 기어들중 제1기어의 이들이 룬 설계로 형성되고, 각각의 이의 각각의 이면(87',88',89',90')들은 제1기어의 피치원상에 위치되는 중심을 가지는 원의 호가되며, 다음과 같은 식에 의해서 얻어지는 반경(R)을 가진다.

R' = 3T = 3D'/2 = 3P'/4

여기서 반경 R'는 선택된 코달 두께의 1과 1/2배에 해당하며, 이는 원주피치의 3/4과 동일하다.

제2기어의 짝기어의 이들은 CT 및 CD설계와 관련하여 앞서 설명된 그것과 상당히 유사한 방법으로 이 중심들(80',81',82')을 중심으로 형성된다. 즉, 각 이 표면의 각각의 원호중심부들(91',92')에는 각각 이것의 각각의 단들과 접촉하는 축으로 연장하는 부분들(93',94')이 제공되어 있다. 그리고, 각각의 연장부(93',94')의 표면들은, 각각의 일정한 이 표면각들(x)로 이의 방사상 중심선(95')으로부터 대향하여 배치되는 두 점들(A', E' 그리고 B', F')중 각각의 하나에서 원 중심부(91',92')로부터 연장하며, 이의 축중심선(96')과의 투영된 교차점을 향하여 연장하는 선이 된다. 또한, 본 발명의 L/IC 설계에서, CT 설계와 같이, 각각의 이표면 연장부의 표면은 각 이면의 원중심부에 접한다.

그러나, 제13도에서 보여지는 바와 같이, 각각의 이 표면 연장부(93',94')는 원중심부(91')의 곡률의 역방향 곡률을 가지는 곡선이 된다. 이 역으로 이루어진 곡선 연장부들의 각각은 각각의 이표면각 선(A', B' 그리고 E', F')의 연장부에 위치되는 곡률의 중심을 가지는 원호가 된다. 이러한 구조는, 연장부들(100',101',102' 103')에 대한 곡률의 중심들이 각각 점들(104',105',106',107)이 되는 이(97')의 이 표면 연장부로서 보여진다. 이 구조에서, 각각의 연장부의 반경(R')들은 이것의 각각의 원중심부의 반경(T)의 3배가 된다.

제13b도는 13a도에서 보여지고 있는 동일 쌍의 L/IC기어들의 동일한 치차 결합을 보여주고 있으나, 그들의 축선들은 바람직한 최대각이 아닌 20°에서 교차한다. 다섯 개의 이들이 여전히 치차 결합하고 있다. 따라서, 본 발명의 L/IC 설계는 역시 항상 치차 결합하고 있는 이들이 종래의 그것보다 많다. 그리고 또한, 축선들이 180°로 정열되면, 모든 이들은 기어 커플링처럼 완전히 치차 결합하게 된다.

[가변-용량 유압기계]

본 발명에 따른 유압기계의 제1실시예의 바람직한 형태가 제14, 15, 16 그리고 17도와 함께 설명될 것이다. 이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 일차로 요동판 어셈블리 및 기계의 트러스트 베어링부와 관련한다. 기계의 다른 요소들이 잘 알려져 있으므로, 이 요소들은 상대적으로 대략 다루어질 것이다.

제14도는 실린더 유닛(150a)과 적절한 볼트들(도시생략)에 의해서 중앙 하우징 유닛(150c)의 각 단에 부착된 엔드캡(150b)을 포함하는 3조각의 모듈 유닛에 둘러싸인 유압기계의 부분 개략 단면도이다. 다수의 "개-뻐다귀" 형상의 피스톤들(154,153)이 왕복 운동하는 다수의 고정 실린더들(152,153)이 하우징 유닛에 형성되어 있다. 또한, 유체를 실린더들(152,153)로부터 전달하기 위한 적절한 통로들(152,153)이 하우징 유닛(150a)내에 형성되어 있다. 하우징 유닛에 지지되어 있으며 구동요소(162)와 함게 회전하도록 고정된 캠(160)에 의해서 동시에 작동되는 다수의 3-랜드 방사 밸브(158,159)는 실린더들(152,153)로부터 유체의 흐름을 제어한다.

방사밸브(158)는 실린더(152)와 통로(156)를 연결함과 동시에 실린더(152)와 통로(157)사이의 연결을 차단하고 있다. 방사밸브(159)는 통로(157)과 실린더(153)을 연결하고 있으며, 실린더(153)과 통로(156) 사이의 연결을 차단한다. 통로들(156,157)은 기계가 모터로서 작동되면 각각 고압 및 저압의 유체를 전달하는데 이용되거나 또는 기계가 펌프로서 작동할 때는 저압 및 고압의 유체를 전달하는데 이용된다. 실린더(152,153)로부터 유압의 흐름과 방사 밸브들(158)의 작동은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

피스톤들(154,155)의 행정은 동요기(14') 및 구동요소와 함께 회전할 때 요동하는 로터(16')를 포함하는 분리 요동판의 각 기울기에 의해서 결정된다. 로터(16')는 피벗점(28') 주위로 조절될 수 있도록 로터(16')의 각 기울기가 피벗점(28') 주위로 조절될 수 있도록 하는 볼 베어링 지지체에 의해서 구동요소에 부착된다.

요동기(14')는 피스톤들(154,155)의 구형 단면들(170,l71)을 수용 지지하며, 로터(16')와 함께 요동하면서, 앞서 상세히 설명된 본 발명의 요동 기어 시스템에 의해서 회전에 대하여 유지된다. 즉, 외부기어(10')는 중앙 하우징 유닛(150c)에 고정되며 그와 짝을 이루는 외부기어(20')는 요동기(14)의 외주면상에 고정된다. 내부기어(10')의 축선은 구동요소(162)의 회전축선(42')과 일치하며, 내부기어(20')의 축선은 피벗점(28')을 통하여 지나간다.

역시, 제1도와 함께 개략적으로 설명된 방법으로, 외부기어(20')의 축선은 요동기(14')의 전면(26')에 수직하며, 그리고 축선(40)은 점(28')에서 구동요소(162)의 회전축선(42')을 교차한다. 요동 기어쌍(10',20')에는 본 발명의 CT, CD, 룬, 또는 L/IC설계들의 짝 이들이 제공되어 있는데, 외부기어(20')는 내부기어(10')를 중심으로 요동하며 동요기(14')의 회전을 제한한다.

분리 요동판의 각 기울기는 서보 컨트롤 장치에 의해서 조절되는데, 이 서보 컨트롤 장치는 제14도에서 보여지고 있지 않지만, 단수화와 명확성을 위하여 제14도에서 도시되고 있는 기계의 많은 부품이 제거되어 있는 상태로 제14도에서 도시되는 기계의 요동판부분을 비교적 개략적으르 도시하고 있는 제15도에서 상세히 보여지고 있다. 토글 링크(172)는 로터(16')에 연결된 일단과 구동요소(162)를 둘러싸고 있는 컨트롤 피스톤(174)에 연결되어 있다.

컬러(176)가 구동요소와 함께 회전할 수 있도록 연결되어 있으며 그리고 구동요소(162)를 둘러싸고 있으며 컨트롤 피스톤(174)의 일단에 형성된 플렌지(178)를 수용하고 있는 원통형 케비티(177)를 포함하고 있다. 실린더 하우징 유닛(150a)의 외측에 부착된 작은 서보 메커니즘(180)은 두개의 랜드(183,184)를 가지는 서보 피스톤(182)를 포함하고 있으며, 서보 실린더(182)내에 둘려싸여 있다. 컨트롤 로드(186). 서보 피스톤(182)의 일단에 형성된 컨트롤 로드(186)는 로터(l6')의 기울기를 조절하기 위하여 수동으로 또는 잘 알려진 수단(도시생략)에 의해서 회전 가능하게 되어 있어, 동요기(14')의 각 및 피스톤(154,155, 제14도에서 도시되고 있는)의 행정을 조절하게 된다.

요동판의 기울기와 피스톤들(154,155)의 스트로크를 줄이기 위하여, 컨트롤 로드(186)가 우측으로 이동하여, 피스톤(182)의 랜드(183)가 서브 실린더(185)내에 형성된 포트(183')와 하우징 유닛(150a)내에서 통로(189)를 가지는 연결입력부(188)을 열도록 한다. 이것은 통로(189)와 구동 요소(162)내의 통로(190)를 통하여 입력부(l88)로부터 컬러(176)내에 형성된 캐비티(177)의 좌측부로의 가압된 유체의 흐름이 이루어질 수 있도록 하여 주며, 가압된 유체를 컨트롤 피스톤(174)의 플렌지의 좌측으로 이끈다.

동시에, 서보 피스톤(182)의 랜드(184)의 이동은 서보 실린더(185)내의 포트(184')를 개방하여 하우징 유닛(150a)내의 통로(192)를 유체 배출구(도시생략)와 연결시킴으로서, 유체가 캐비티(177)의 우측부로부터(구동요소(162)내의) 통로(192, 193)를 통하여 배출되도록 하여 준다. 플렌지(178)를 가로지르는 결과적인 압력차는 컨트롤 피스톤(174)과 토글 링크(172)를 우측으로 이동시켜, 종동부(195)가 컨트롤 피스톤(174)과 함께 우측으로 이동하게 한다. 종동부(195)는 서보 실린더(185)의 일단에 고정되어 있으며, 이 서포 실린더는 그 포트(183',184')가 서보 피스톤(182)의 랜드(183,184)에 의해서 차단될 때까지 우측으르 이동한다.

만약 서보 피스톤(182)의 컨트롤 로드(186)가 좌측으로 이동하면, 위에서 설명한 공정이 반복된다. 즉, 포트(184')는 유체 입력부(188)로 열리고, 포트(183')는 유체 배출부로 연결된다. 따라서, 가압된 압력은 통로들(192,193)을 통하여 캐비티(177) 및 플렌지(178)의 우측부로 공급되며, 캐비티의 좌측에 있는 유체는 배출된다. 이것은 컨트롤 피스톤(174)의 플렌지(178)와 토글 링크(172)를 좌측으로 이동시켜, 종동부(195)가 서보 실린더(185)와 그 포트들(183',184')을 이들이 서보 피스톤(182)의 랜드들(183,184)에 의해서 다시 차단되는 위치로 이동시킬 때까지, 로터(16')의 기울기와 피스톤들의 스트로크를 증가시킨다.

[슬라이딩 슈 베어링 어셈블리]

이상에서 지적한 바와 같이, 본 발명의 유압기계는 상당히 가볍고 컴팩트한데, 이것은 왕복 피스톤에 의해서 본 발명에 따른 요동 기어 요동판 마운트 및 구동요소에 작용하는 축력을 지지하기 위해 이용되는 압력평형 슬라이드 슈 베어링 어셈블리들의 수단들에 의해서 실현된다. 그러나, 이와 관련하여, 본 발명에서는 오래전부터 잘 알려진 "슬라이딩 슈" 기술을 상당히 다른 방식으로 이용했다. 즉, 본 발명의 어셈블리들은 종래의 장치와 다른데, 슬라이딩 슈들이 회전 실린더 블록에서 피스톤들과 함께 회전함에 따라 베어링 표면에 걸쳐서 슬라이드하게 되어 있다. 본 발명의 슬라이딩 슈들은 기계의 회전축 둘레로 이동하지 않고, 회전 지지부재들이 슬라이드하는 베어링표면을 형성하는 위치에 고정된다. 또한, 상대적으로 낮은 스프링 예하중이 이들 각각의 베어링 표면들에 대하여 본 발명의 슬라이딩 슈들을 탄성적으로 가압하는데 이용된다. 즉, 본 발명에서는 상대적으로 큰 축방향 힘을 슬라이딩 슈에 작용시켜 반드시 극복해야 할 상당한 마찰 하중으로 인하여 효율을 감소시키는 종래 기술의 설계에서 이용되던 무거운 스프링들이 없다.

제1도를 다시 참조하면, 동요기(14)와 구동요소(24)에 작용하는 피스톤들(18)의 축추력은 잘 알려진 롤러베어링 세트들(197,198)에 통상적으로 지지된다. 로터(16)가 구동요소(24)와 함께 회전함에 반하여 동요기(14)는 요동 기어들(l0,20)에 의해서 그 회전이 제한되므로, 롤러베어링들(197)은 동요기(14)에 대하여 그 회전을 허용한다. 피스톤들(18)의 축방향 추력은 롤러 베어링들(197)을 통하여 로터(16)으로 전달되며, 그리고 로터(16)를 통하여 구동요소(24)로 전달되며, 마지막으로 구동요소(24)의 칼라(177') 및 롤러베어링들(198)을 통하여 하우징(12)의 베어링면에 전달된다.

기계의 피스톤들의 축방향 추력을 지지하기 위한 롤러베어링들의 위에서 설명한 통상적인 사용과 달리, 제14도에서 도시되고 있는 본 발명의 바람직한 실시예의 유압기계는, 독립적으로 각각 동요기(14')와 로터(16') 사이와 그리고 구동요소(162)의 칼라(176)와 중앙 하우징 유닛(150c)에 고정된 지지부재(202)에 의해서 축방향으로 고정된 원통형 링(218) 사이에 장착되어 있는 두 세트의 압력평형 슬라이딩 슈들(200,201)을 이용하고 있다.

제16도 및 17도는 제15도에서 도시되고 있는 유압기계의 요동판 어셈블리부의 확대 상세도이다. 제16도는 동요기(14')와 로터(16') 사이에서 이용되는 본 발명의 압력평형 슬라이딩 슈 베어링 구조의 일부를 도시하고 있다. 각각의 슬라이딩 슈(200)는 각각의 피스톤(154)의 원구단(170)과 정열을 이루고 있으며, 동요기(14')의 배면(206)에 형성된 각각의 포겟(205)에 수용되어 있는 허브(204)를 가지고 있다.

제17도는 포겟(205)에 위치되는 다수의 슬라이딩 슈들(200)을 보여주는 동요기(14')의 배면(206)의 개략적인 축면도이다. 각각의 슬라이딩 슈(200)는 로터(16')의 전면(210)상에 형성된 짝표면과 슬라이딩 접촉을 하도록 위치된 베어링 표면(208)을 가지고 있다. 각각의 슬라이딩 슈(200) 역시 베어링 표면(208)에 형성된 압력평형 캐비티(211)를 프함하고 있으며, 유체통로들(212,213,214)이 각각 각각의 피스톤(154)과, 동요기(14')와 그리고 각각의 슬라이딩 슈(200)를 통하여 형성되어 각각의 압력평형 캐비티(211)를 각각의 실린더(152)의 헤드에 연결한다. 이러한 방법으로, 각각의 슬라이딩 슈(200)는 각각의 실린더(152)의 헤드에 존재하는 압력과 동일한 압력에 의해서 로터(16')의 회전전면(2l0)상에 지지된다.

[주석 : 당해 기술분야에서 높은 지직을 가진 자는 슈들이 조직되는 원형태가 슬라이딩 슈들이 약간 타원패턴으로 배열되는 구조로 되어 있는 종래 기술과 다르다는 것을 알 수 있을 것이다. 그리고 몇몇 응용을 위해서 바람직하다면, 포겟들(205)이 이러한 약간의 타원패턴에 위치될 수 있다는 것을 알아야 한다.]

또한, 각각의 슬라이딩 슈(200)는 예하중 스프링(216)에 의해서 로터(16')의 전면(210)을 향하여 탄성적으로 가압된다. 이것은 그 해당 실린더의 배기/흡입 스트로크 동안에 그 베어링표면(208)과 로터(16') 사이의 접촉을 유지하기 위하여 필요하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 구동요소(162)의 회전 칼라(176)는, 지지부재(202)에 의해서 하우징 유닛(150c)내에 축으로 고정되는 원통형링(218)의 전면상의 포겟들에 위치되는 제2세트의 슬라이딩슈들(201)대 대항하여 지지된다. 슬라이딩 슈들(201)과 원통형 지지링(218)의 전면의 외양과 상호관계는 제l7도에서 도시되는 바와 같은 슬라이딩 슈들(200)과 동요기(14')의 배면의 외양 및 상호관계와 실질적으로 동일하다.

또한, 슬라이딩 슈들(200)과 관련하여 상기에서 설명한 것과 유사한 방식으로, 각 슬라이딩 슈(201)의 각각의 베어링 표면들은 칼라(176)의 짝표면에 대항하여 탄성적으로 가압되며, 각각의 베어링 표면은 압력표면 캐비티를 포함하고 있다. 또한, 하우징 유닛(150c)에 형성된 유체통로(220)는 각각의 압력평형 캐비티들을 이들의 해당 실린더(152,153)에 연결하여 실린더의 헤드에 존재하는 압력과 동일한 지지압력을 칼라(l76)의 회전표면에 대항하여 제공한다. 이와 같은 슬라이딩 슈 어셈블리의 기본 형태는 본 발명의 유압기계의 다른 실시예에 이용될 수 있는데, 이하 매우 상세히 설명될 것이다.

[고정-용량 유압기계]

제18도는 본 발명에 따른 고정각 요동판 어셈블리를 개략적으로 나타내고 있다. 역시 여기서도, 명료화를 위하여 많은 부품들이 생략되었으며, 이 실시예의 나머지 부분들의 주요 요소들은 제14도에서 도시되는 그것들과 실질적으로 동일한 것으로 한다.

내부기어(10")가 하우징(12")에 고정되어 있으며, 그리고 이와 짝을 이루는 외부기어(20")가 분리요동판을 형성하기 위하여 로더(16")와 연동하는 동요기(14")의 외주표면에 고정되어 있다. 동요기(14")는 각각의 실린더들(도시생략)에 장착된 피스톤들(18")의 양단을 수용 지지하며, 로터(16")는 구동요소(24")의 샤프트(22")와 함께 회전한다. 외부기어(20")의 축선(40")은 동요기(14")의 전면(26")에 수직하며, 점(28")에서 구동요소(24")의 회전축선(42")을 교차하는데, 상기 점(28")는 로터(16")가 회전 및 동요를 위하여 축선(42")을 향하여 기울어지는 유효중심이다. 내부기어(10")의 축선은 회전축선(42")와 일치한다.

이 실시예에서, 로터(16")는 몇몇 바람직한 각(x, 예를 들면, 30°)의 기울기로 구동요소에 고정되며, 그리고 기어들(10",20")의 짝 이들은 상기에서 상세히 설명된 설계들중 하나에 따라 형성된다.

이상에서 설명된 어셈블리들과 유사한 방법으로, 로터(16")는 허브(224)를 포함하고 있으며, 그리고 동요기(14")는 스패너 너트(228)와 니들 베어링들(226)에 의해서 허브(224)상에 유지되는데, 이때, 니들 베어링들(227)에 의해서 허브(224)로부터 분리된다. 동요기(14")의 배면(206")은 각각의 슬라이딩 슈들(200")의 허브부들이 끼워지는 다수의 포켓들(205")을 가지고 있다. 각각의 슬라이딩 슈(200")는 로터(16")의 회전 전면(210")에 대항하여 스프링(216")에 의해서 탄성적으로 가압되는 베어링 표면(208")을 가지고 있다. 제16도에서 도시되는 실시예에서처럼, 각각의 슬라이딩 슈(200")의 베어링 표면(208")에 형성된 압력평형 캐비티(211")는 적절한 유체통로에 의해서 당해 피스톤(18")의 실린더 헤드와 연결된다.

고정각 로터(16")의 배면은 구동요소(24")를 위한 칼라로서 역할을 하며, 제2세트의 슬라이딩 슈들(201")에 걸쳐서 슬라이드하는 짝 표면을 제공한다. 각각의 슈(201")는, 지지부재(202")에 의해서 하우징(12")에 축으로 지지되는 원통형 링(218")의 전면에 형성된 각각의 포겟(205")내에 수용되어 있는 허브(204")를 가지고 있다. 슬라이딩 슈들(201")과 원통형 지지링(218")의 전면의 외양 및 상호 관계는 제17도에서 도시되는 바와 같은 동요기의 배면 및 슬라이딩 슈들(200)의 외양 및 상호관계와 실질적으로 동일하다.

또한, 상기에서 설명된 다른 슬라이딩 슈들과 유사하게, 각각의 슬라이딩 슈(201")은 구동요소(24")의 회전 칼라(230')와 대향하여 스프링(216")에 의해서 탄성적으로 가압되는 베어링 표면(208")을 가지고 있다. 제14도에서 도시되는 실시예에서 처럼, 각 슬라이딩 슈(200")의 베어링 표면(208")에 형성된 압력평형 캐비티(211")는 적절한 유체통로들(220")에 의해서 각각의 해당 피스톤(18")의 실린더 헤드(제14도 참조)에 연결되어, 실린더의 헤드에 존재하는 압력과 동일한 회전 표면에 대항하는 지지압력을 제공한다.

여기서도, 슬라이딩 슈들(200,201")은 회전축선(42")을 중심으로 이동하지 않으며, 오히려, 각각 동요기(14")의 배면(206")과 원통형 링(218")의 전면의 각각의 포켓들(205")내에서 그러한 회전에 대항하여 고정 유지되면서, 회전 및 요동 로터(16")의 전후면들을 위한 압력평형 베어링 표면들을 제공한다.

이상에서 언급한 바와 같이, 이 고정-용량 실시예의 상기 밸브-실린더-피스톤 요소들은 제18도에서 도시되고 있지는 않으나, 이들은 제14도에서 도시되는 본 발명의 유압기계의 실시예의 실린더 하우징 유닛에서 보여지는 밸브-실린더-피스톤 요소와 동일하다. 제14도에서 도시되는 요소들을 참조하여 이해할 수 있듯이, 각각의 피스톤(18")이 반복적인 압력/배기 스트로크들의 교호압력들에 의해서 왕복 운동함에 따라, 피스톤들과 정열되는 각각의 슬라이딩 슈들(200",201")은 각각의 실린더의 헤드에 존재하는 교호압력과 동일 크기의 압력에 의해서 항상 평형을 이루게 된다.

이상에서 설명된 비회전 슬라이딩 슈 어셈블리들은, 종래의 유압기계에서 사용되는 크고 무거운 롤러 베어링 어셈블리들을 삭제하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 슈 어셈블리를 여기서 설명된 본 발명의 새로운 기어 시스템의 요동 기어들에 적용하면, 이들은 크기 및 무게가 상당히 줄어들 수 있는 유압기계를 제공하며 또한 고속 고압 자동차 및 산업용 기계에서 요구되는 높은 부하를 효과적으로 그리고 조용히 전달할 수 있게 한다.

Claims (12)

1. 하우징(12)과, 구동요소(24)의 회전축선(42,42') 둘레로 제1방사 거리를 두고 원주방향으로 위치되며 상기 하우징 내에 고정된 실린더들(152)에 왕복가능하게 장착되는 다수의 피스톤들(18,154)과, 그리고 상기 회전축선에 대하여 일정한 최대각까지 가변적인 기울기를 가지는 분리 요동판을 포함하며, 상기 피스톤들은 상기 요동판의 기울기에 의해서 결정되는 스트로크를 가지는, 유압기계에 있어서, 상기 요동판은 : 상기 회전축선 둘레로 요동은 하나 회전하지 않으며, 그리고 상기 회전축선으로부터 상기 제1방사거리로 상기 피스톤들이 연결되는 제1면(26,26')과, 그리고 외주표면을 가지는 동요기(14,14')와; 그리고 상기 구동요소에 의해서 회전되며 피벗상에 장착되어, 상기 회전축선으로 기울어지면, 회전시 요동하는 로터(16,16')와; 상기 하우징에 고정되어 있으며 상기 회전축선 주위로 원주로 위치되며 그리고 상기 회전축선과 일치하여 위치되는 축선을 가지는 내부기어(10,10')와; 상기 동요기(l4,14')의 외주표면에 고정되며 그리고 상기 동요기의 상기 제1면(26,26')에 수직하여 정열된 축선(40)을 가지는 외부기어(20,20')를 포함하며; 상기 내부기어(10,10') 및 외부기어(20,20')는, 동심을 이루고 있으며, 실질적으로 동일하나 상기 외부기어(20,20')가 상기 내부기어(10,10') 주위를 회전 없이 요동할 수 있도록 충분한 간격을 제공할 수 있는 반경을 가지는 한쌍의 피치원구의 형태로 되어 있는 피치표면을 가지며; 그리고 상기 기어들은 180°떨어져 중심을 이루는 두 개의 치차 결합지역에서 동시에 치차 결합하는 짝이들을 가지며, 상기 짝 기어들의 적어도 하나의 상기 짝이는, 이 각각의 기어의 피치표면상에서 보았을 때, 일정한 직경의 단일원의 호가 되는 적어도 중심부(66,67; A'-E'; B'-F')를 가지는 길이방향 표표면을 가지는, 유압기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 요동판의 기울기는 상기 회전축선에 대한 일정한 최대각으로 고정된 것과, 그리고 상기 피스톤의 스트로크가 최소가 되는 제1위치와 그리고 상기 요동판이 상기 회전축선에 대하여 상기 일정한 최대각으로 기울어지며 상기 피스톤의 행정이 최대가 되는 제2위치 사이에서 조절가능한 것 중 하나로 되어 있는, 유압기계.
3. 제1항에 있어서, 상기 일정한 최대각은 30°로 이루어져 있는, 유압기계.
4. 제1항에 있어서, 각각의 상기 짝 이는 미리 설정된 측정치의 코달 두께(D)를 가지며, 상기 단일원은 상기 미리 설정된 측정치와 동일한 직경을 가지는, 유압기계.
5. 제4항에 있어서, 상기 기어들의 적어도 하나의 각각의 상기 이표면의 원호중심부는 이들 단들의 각각과 접촉하는 두개의 축으로 연장하는 부분들을 가지며; 각각의 연장부의 표면은, 상기 피치면에서 보았을 때, 상기 이 표면의 방사상 중심선으로부터 측정된 각각의 일정한 이표면 각들에 대향하여 배치되는 두점들중 각각의 하나에서 상기 원 중심부로부터 연장하며 (a) 각 이의 축 중심선과 투영 교차점을 향하여 연장하는 (b) 선으로 이루어져 있고; 그리고 각각의 상기 이표면 연장부는 직선(72,73; o-s,o-p) 또는 상기 원중심부의 곡률과 반대의 곡률을 가지는 곡선(93',94)으로 되어 있는, 유압기계.
6. 제5항에 있어서, 각각의 상기 이표면각은 상기 일정한 최대각과 동일한, 유압기계.
7. 제5항에 있어서, 상기 역방향 곡률은 상기 원중심부의 반경에 3배에 해당하는 반경을 가지는 원의 호로 이루어져 있는, 유압기계.
8. 제1항에 있어서, 상기 쌍의 제2기어의 상기 짝이들의 각각의 전체 길이방향 표면(87',88')는, 상기 제2기어의 각각의 피치 원구상에서 보았을 때, 원의 호에 의해서 형성되는, 유압기계.
9. 제1항에 있어서, 상기 기어들중 적어도 하나의 상기 짝이의 각각의 이 표면은, 상기 기어의 방사상 중심면에서 보았을 때, 실질적으로 직선의 측면을 가지고 있으며, 상기 직선의 측면은 스플라인 형상(62)이거나 상기 기어의 방사선(60)과 일치하며, 또한, 제거된 첨단부를 포함하는 상측 여유부(116,117)를 가지고 있는, 유압기계.
10. 제1항에 있어서, 요동판의 기울기는 상기 피스톤들의 스트로크가 최소가 되는 제1위치로부터 상기 요동판이 일정한 최대각으로 기울어지며 상기 피스톤의 스트로크가 최대가 되는 제2위치까지 조절가능하며; 상기 기울기는 상기 구동요소에 대하여 축으로 이동가능한 토클링크(172)에 의해서 조절되며; 그리고 상기 토글링크(172)의 일단은 상기 로터(16')와 연결되며 그리고 상기 토글링크의 타단은 컨트롤 피스톤(174)에 연결되는, 유압기계.
11. 제1항에 있어서, 상기 동요기(14')는 상기 로터(16')의 짝표면에 근접하는 제2 표면을 가지고 있으며; 제1세트의 슬라이딩 슈들이, 상기 피스톤들이 상기 동요기의 상기 제1면에 연결되는 위치들과 정열상태로 상기 동요기의 상기 제2 면상에 위치되는 포켓들에 각각 위치되며, 각각의 상기 슬라이딩 슈의 표면은 상기 로터의 상기 짝 표면과 슬라이딩 접촉하여 위치되며; 상기 배면(176)의 상기 로터는 상기 하우징 내에 형성된 베어링 표면에 근접하여 위치되는 배면을 가지며; 제2세트의 슬라이딩 슈들(201)은 각각 하우징의 상기 베어링 표면상에 위치되는 포켓들에 위치되며, 상기 제2세트의 슬라이딩 슈의 각각의 표면은 상기 로터의 상기 배면상에 형성된 짝 표면과 슬라이딩 접촉하여 위치되며; 각각의 상기 세트의 각각의 슬라이딩 슈는 상기 짝 표면을 향하여 탄성적으로 가압되며, 그리고 각각의 슈는 상기 짝 표면과 슬라이딩 접촉하는 상기 표면에 형성되는 압력평형 캐비티를 포함하고 있으며; 그리고 각각의 유체 통로가 상기 실린더의 각각의 헤드와 각각의 상기 세트의 각각의 슬라이딩 슈의 압력평형 캐비티 사이에 형성되어 있는, 유압기계.
12. 제1항에 있어서, 상기 하우징은, 각각 축방향 및 방사방향 길이를 가지는 중앙유닛의 각각의 단에 제거가능하게 부착된, 실린더 유닛과 엔드캡을 포함하며; 상기 피스톤들은 일정한 방사방향 및 축방향 길이들을 가지며, 상기 실린더 유닛에 형성된 대응하는 방사상 길이의 실린더들에 수용되어 있으며, 그리고 상기 구동요소는 일정한 축방향 길이를 가지며 상기 엔드캡에 이웃하여 배치되는 베어링에 의해서 지지되며, 상기 요동판은 상기 중앙유닛내에 장착되고; 상기 유압기계는, 상기 실린더들의 축방향 길이만 제외하고 상기 엔드캡 및 이와 이웃하는 베어링, 또는 상기 요동판, 또는 상기 실린더유닛의 어떤 부분도 개조하지 않고도,

    (a) 상기 중앙 하우징 유닛을 동일한 방사상 길이 및 변형된 축방향 길이를 가지는 유사한 중앙유닛으로 바꿈으로서; 그리고

    (b) 상기 구동요소 및 상기 피스톤들을 각각의 상기 축방향 길이가 상대적으로 각각 변형된 구동요소 및 피스톤들로 바꿈으로 수치적으로 변환이 가능하도록 되어 있는, 유압기계.

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