KR100429928B1 - 사판의 경사각도에 연동하여 강제윤활이 조절되는가변용량형 피스톤펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액시얼 피스톤 펌프의 사판에 대한 강제윤활을 사판에 대한 경전운동과 연동하여 작동하도록 하는 가변용량형 피스톤펌프에 관한 것이다.

가변용량형 피스톤펌프는 사판의 경사각이 조절되면서 토출유량을 변경가능한 펌프이며, 사판을 지지하기 위한 베어링면에 대한 마찰압력도 사판의 경사각변화에 따라 함께 변화하게 된다. 따라서 마찰면에 대한 유막의 형성을 효과적으로 지지하기 위하여 현재 사용하는 방법은 강제 윤활방식을 채용하고 있다. 그러나 프렛팅에로젼의 발생에 관계하는 진동문제는 해결되지못하고, 특히 용량의 변화를 위하여 경사각이 변화하면서 발생하는 압력도 상대적으로 변화함에도 불구하고 별도의 공급펌프에 의하여 윤활제를 일방적으로 공급하여 효율성이 극히 낮다.

본 발명은 사판제어용 서보밸브의 액튜에이터의 접속포트와 함께 배치토록 하고, 피드백스프링으로 피드백레버에 의한 사판경사각도변화에 따른 능동적인 압력조절이 연동되도록 하였다. 따라서 사판의 경전각도에 따른 압력변화와 공급압력이 서로 균형을 이루면서 윤활제를 공급하도록 하여 최적의 윤활상태를 유지하도록 하는 가변용량형 피스톤펌프에 관한 것이다.

Description

사판의 경사각도에 연동하여 강제윤활이 조절되는 가변용량형 피스톤펌프{Forced Lubricant in Swash Plate for Axial Piston Pump}

본 발명은 사판과 사판베어링블록면과의 윤활이 사판의 경사각도의 변화에 따라 능동적으로 가능하도록 한 가변용량형 피스톤펌프에 관한 것이다.

가변용량형 피스톤펌프는 흡입포트와 토출포트가 구비된 하우징, 상기 하우징내에서 회전가능한 구동축, 상기 구동축에 의하여 회전되며 소정의 경사각을 갖는 사판, 상기 사판 하부에 설치되며 구동축에 의하여 회전되는 실린더블록, 실린더블록내에 형성된 적어도 하나이상의 실린더, 실린더내부에 복동가능하도록 설치되면서 흡입행정과 토출행정을 교호적으로 수행하고 사판의 경사각도를 조절함에 의하여 피스톤의 복동스트로크가 변화되고 그에 따라서 토출유량이 가변조절되도로 구성된다. 즉, 사판의 경사각도에 따라서 토출과 흡입유량이 무단제어되므로서 펌프로서의 기능을 발휘한다.

이상의 가변용량형 피스톤펌프에 있는 사판과 베어링블록과의 사이에는 작동중에 끊임없는 접촉이 이루어지므로 이곳에 도 2 에 도시하듯이 윤활유강제급유구조를 설치하고 있다. 사판(20)의 경사각도를 변화시키기 위하여 사판조작용 액튜에이터(40)(41)와 연결되어있으며, 이 펌프는 유압이 작용하는 피스톤에서 발생하는 강대한 추력을 도2, 도3, 도4에 도시한 사판(20)의 축부(21)(22)를 베어링(31)(32)에서 받아 사판(20)의 각도를 변화시킬 수 있게 된다.

도2, 도4에 도시한 사판(20)은 작동중에 사판각도를 변화시키기 위하여 액튜에이터(40)(41)가 여러가지 작동수단에 접속되어져 사판이 가진 저항토오크를 이겨내도록 하여 사판을 일정한 위치에 유지하도록 하는 것이다.

특히 도 5에서는 사판베어링블록(30)에 있는 강제윤활포켓을 통로(35)에 윤활제를 공급하기 위한 윤활유공급펌프의 토출측 고압포트와 접속시켜서 사판베어링블록(30)의 저면부에 윤활제가 공급되는 상태를 도시하고 있다. 사판(20)에 작용하는 피스톤추력은 고압측에 있는 피스톤수가 변동하기 때문에 일정하지않고 동적으로 항시 변동하는 값이다. 이때문에 강제윤활법은 일종의 유압밸런스를 행하는 것으로 실질적인 사판베어링(31)(32)에 대한 작용면압을 감소시키는 것도 하나의 목적으로 하고 있지만 이 효과를 증가시키기 위하여 사판(20)의 강제윤활포켓(23)(24)의 면적을 증가시키고 피스톤(12)에 의한 압착추력이 변동하기 때문에 강제윤활포켓(23)(24)에서 발생하는 반발력이 과대하게 되어 사판이 변동하기 때문에 사판(20)은 유막위에서 미진동을 발생하여 프렛팅에로젼(fretting erosion)이라고 하는 마모현상이 발생하게 된다.

더욱이 사판(20)의 강제윤활포켓(23)(24)의 주변의 베어링부분은 강제윤활압력의 영향에 의하여 가압되어지지만 이 압력분포는 미묘한 가공정도의 영향력을 받아 생기는 반발과대를 피하기 위하여 안전을 감안하여 강제윤활포켓(23)(24)의 면적을 약간 작게 결정할 필요가 있어 베어링 마모의 정도를 충분히 감소시킬 수 없다는 단점이 존재하고있다.

사판(20)의 강제윤활포켓(23)(24)에 대해서는 도 5에 도시하듯이 종래의 펌프의 고압포트에서 접속용의 유통로(35)를 통하여 접속되어져있지만 이 고압통로는 일반적으로 복잡한 가공이 필요하게 되어 제조가격의 상승을 가져오는 단점이 있는 것이다.

본 발명은 사판베어링부의 윤활법을 개선하여 적절한 유압반력을 주도록 하되 사판의 경사각도와 강도에 맞추어 적절한 윤활제의 공급이 가능하도록 하여 프렛팅에로젼(fretting erosion)의 발생에 관련된 진동의 발생을 근본적으로 차단토록 한 새로운 구조의 가변용량피스톤펌프를 제공하고자 한다.

또한 사판에 형성된 강제윤활포켓에 대한 윤활제의 공급통로를 형성하기 위하여 복잡한 가공이 필요하던 것을 삭제하고 윤활유 공급구조를 위한 가공이 극히 용이한 가변용량형 액시얼피스톤펌프를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 대표적인 실시예를 도시한 서보장치와 사판의 작동관계를 도시한 구성도,

도 2 는 종래 액시얼피스톤펌프의 단면구성도,

도 3 은 종래 액시얼피스톤펌프의 베어링부의 평면도,

도 4 는 사판의 강제윤활포켓을 도시한 평면도,

도 5 는 사판과 사판베어링블록의 고압강제윤활접속통로를 도시한 구성도,도 6은 본 발명의 윤활컨테이너부에 대한 부분확대단면구성도임.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10:실린더블록 11:펌프구동축 12:피스톤 13:전부축베어링 14:후부축베어링 20:사판 21,22:사판축 23, 24:사판축강제윤활포켓 30:사판베어링블록 31,32:사판베어링 35:통로 40,41:사판조작용제어액튜에이터 50:서보밸브 51:제어스풀 52:피드백레버 53:피드백용스프링 55:서보밸브 입력압력포트 60:접속부 61:윤활공급로1 62:윤활공급로2 63:윤활컨테이너부

본 발명은 흡입포트와 토출포트가 구비된 하우징, 상기 하우징내에서 회전가능한 구동축, 상기 구동축에 의하여 회전되며 소정의 경사각을 갖는 사판, 상기 사판 하부에 설치되며 구동축에 의하여 회전되는 실린더블록, 실린더블록내에 형성된 적어도 하나이상의 실린더, 실린더내부에 복동가능하도록 설치되면서 흡입행정과 토출행정을 교호적으로 수행하고 사판의 경사각도를 조절함에 의하여 피스톤의 복동스트로크가 변화되고 그에 따라서 토출유량이 가변조절되도로 구성된 가변용량형 피스톤펌프에 있어서,

사판의 강제 윤활포켓에 대한 윤활유 공급을 위하여 별도의 서보밸브를 설치하되 이 서보밸브가 사판의 경전(傾轉)각도에 따라서 능동적으로 강제윤활유의 공급량을 제어토록 하며, 동시에 피드백스프링의 복귀력과 사판의 경전압력이 균형을 이루는 지점에서 균형을 스스로 이루도록 하는 새로운 구조의 가변용량형 피스톤 펌프에 관한 것이다.

본 발명은 또한 고압의 강제윤활공급이 사판의 제어액튜에이터에 형성된 실린더를 거쳐서 사판에 직접 공급토록 하므로서 복잡한 가공과정을 생략한 새로운 구조의 가변용량형 피스톤 펌프에 관한 것이다.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 의하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 대표적실시예는 도 1에 단면구성도로 도시하고 있으며, 도 2 는 피스톤펌프에 있는 사판, 사판베어링블록(30) 및 사판조작용 제어액튜에이터(40)(41) 부분을 도시하는 것이며, 도 3 은 사판축베어링블록(30)및 사판측베어링(31)(32)을 도시한 것이며, 도 4 는 사판(20)의 사판축(21)(22), 강제윤활포켓(23)(24)을 도시하며, 도 5는 사판(20)의 사판축베어링블록(30)과 종래의 고압강제 윤활접속통로(35)을 도시한 것이며, 도 6은 윤활컨테이너부에 대한 부분확대단면도 로서 작동상태를 연속하여 보여주는 구성도이다 .

본 발명은 흡입포트와 토출포트가 구비된 하우징, 상기 하우징내에서 회전가능한 구동축, 상기 구동축에 의하여 회전되며 소정의 경사각을 갖는 사판, 상기 사판 하부에 설치되며 구동축에 의하여 회전되는 실린더블록, 실린더블록내에 형성된 적어도 하나이상의 실린더, 실린더내부에 복동가능하도록 설치되면서 흡입행정과 토출행정을 교호적으로 수행하고 사판의 경사각도를 조절함에 의하여 피스톤의 복동스트로크가 변화되고 그에 따라서 토출유량이 가변조절되도로 구성된 가변용량형 피스톤 펌프에 있어서,

도 1에 도시하듯이 사판(20)의 강제윤활포켓(23)(24)에서부터 접속부(60)까지 윤활공급로1(61)을 형성하고, 이 윤활공급로는 계속하여 제어액튜에이터(40)의 중앙을 관통하여 형성된 윤활공급로2(62)와 연통하도록 구성하여 윤활유 공급을 가변용량펌프의 사판(20)의 각도를 제어하기 위한 제어액튜에이터(40)(41)에 접속되어진 서보밸브(50)의 출구포트에서 액튜에이터(40)에 접속한 포트에 직접 작동하도록 한다.

본 발명에서 접속부(60)는 제어액튜에이터의 작동시 윤활공급로1(61)과 윤활공급로2(62)사이에 작동위치변위에 따른 연통상태불량을 없애기 위하여 반구상공간의 형태를 갖는 윤활컨테이너부(63)를 형성하여 접속상태의 연속적인 연결이 가능하도록 한다.

본 발명의 또다른 특징으로는 서보밸브(50)의 제어스풀(51)의 말단과 피드백레버(52)의 일단이 피드백용스프링(53)을 중간에 개재하여 연결되어지며, 피드백레버의 타단은 사판(20)의 상면부에 설치된 고정부(55)에 체결되어져 제어스풀의 위치변이와 사판의 위치변이가 서로 상응하여 작동하도록 한다.

이상의 본 발명의 작동관계를 살펴보면 사판(20)의 축(21)(22)에 대하여 윤활이 필요한 경우는 사판(20)이 요동운동을 하는 경우이고, 정지시에는 고압급유가 반드시 필요한 것은 아니고 본래 공급된 윤활유가 그 기능을 발휘하고 있다.

서보밸브가 작동하여 액튜에이터(40)(41)를 구동할 때에는 포트가 열려서 액튜에이터(40) 또는 (41)로 자동적으로 고압유가 공급되어진다. 그결과 서보밸브(50)는 액튜에이터(40)(41)가 정지 또는 미소운동중에는 서보밸브(50)의 제어스풀(51)은 거의 닫혀있는 위치에 있고, 강제 윤활포켓(23)(24)으로의 윤활유는 거의 닫혀진 통로를 통하여 공급되므로 고압의 윤활유공급이 없어 진동이 효과적으로 감쇠되어져 도 5에 도시한 직접 고압포트에 접속한 방식보다강제윤활포켓(23)(24)의 유효반발면적을 증가시키는 것이 가능하게 된다.

따라서 서보밸브(50)의 출구포트는 사판(20)에 접속하고 있는 액튜에이터(40)(41)에 접속되므로 강제윤활포켓(23)(24)으로 연결된 윤활유통로는 사판내부의 가공만으로 용이하게 강제윤활포켓(23)(24)에 접속할 수 있는 것이다.

이상의 구조를 구체적으로 실시한 실시예는 다음과 같다.

도 2 는 전형적인 사판(20)의 양단에 액튜에이터(40)(41)를 지지한 액시얼피스톤펌프의 구조를 나타내며, 도1에 본 발명의 구체적 실시예인 액튜에이터(40)(41)를 갖고 있는 사판(20)의 경사각도를 제어하기위한 서보밸브(50)를 포함한 제어기구를 도시한다.

도1에 도시한 서보밸브(50)의 제어스풀(51)의 좌측단에는 통로(55)로 부터 입력압력(Pc)이 가해지게되면 제어스풀(51)이 우측으로 이동하며 그결과 고압공급부에서의 고압유를 제어스풀(51)이 막고 있던 공급통로(45)가 개방되면서 액튜에이터(40)으로 고압유가 흘러들어간다.

마찬가지로 액튜에이터(41)의 통로(46)는 이때에 배출측에 접속되어져 액튜에이터(41)내의 작동유를 외부로 배출하므로 사판(20)은 도 1에서 시계방향으로 회전하여 경사각도를 감소시키는 방향으로 작동한다.

사판의 이와같은 작동은 사판의 상면에 일단이 고정되어 있는 피드백레버(52)도 함께 작동하도록 하여 피드백스프링(53)의 압축량을 증가시키므로, 그 피드백스프링의 힘이 제어스풀(51)의 왼쪽의 통로(55)에 가해진 입력압력(Pc)에 의하여 발생하는 힘이 서로 균형을 이룰 때까지 서로 힘의 균형점을 찾게 되어 최종적으로 균형이 되는 지점에서 제어스풀이 정지한다. 구체적으로는 제어스풀이 닫히는 위치까지 복귀하고, 액튜에이터(40)(41)의 동작이 멈추어지고, 사판(20)은 새로운 위치에서 정지하게 되므로 입력압력(Pc)에 의한 사판(20)의 경사각도의 제어가 완성되는 것이며, 그와 동시에 그에 상응한 윤활공급도 동시에 이루어지게된다.

일반적으로 입력압력(Pc)은 펌프에 작용하는 토출압력을 받아서 토출압력이 증가하면 사판(20)의 경사각도가 감소하여 과부하가 되는 것을 방지한다던가 혹은 과대한 압력으로 올라가는 것을 방지하는 기능으로 사용되어진다.

사판(20)의 강제윤활포켓(23)(24)에는 서보밸브(50)의 제어스풀(51)에 의하여 개폐되어지는 액튜에이터(40)에 접속되어진 통로(45)가 접속되어져 있으며, 전달된 유압은 액튜에이터의 접속부(60)에 형성된 윤활컨테이너부(63), 공급로2(61)를 통하여 윤활포켓까지 윤활유가 공급되어진다.본 발명에서 윤활컨테이너부(63)는 제6도의 A부 상세도에서 보는 바와 같이 제어액튜에이터 작동시 윤활공급로1(61)과 윤활공급로2(62)사이에 작동위치변위(유압력의 변화(액튜에이터의 작동)에 따라 A부 상세도의 액튜에이터 피스톤 헤드부가 A-1 또는 A-2도처럼 회전운동을 하게 됨)에 따른 연통상태불량을 없애기 위해서 반구상공간의 형태를 갖는 윤활컨테이너부(63)를 형성하여 접속상태의 연속적인 연결이 가능하도록 하고, 또한 작동위치 변위에 따라 발생하는 공간오차를 흡수할 수 있도록 그림과 같이 여유공간이 있는 윤활컨테이너부(63)를 형성하였다.

사판(20)의 강제윤활포켓(23)(24)에 공급되어지는 작동유는 서보밸브(50)가 열려져 액튜에이터(40)에 고압유를 공급중에는 사판(20)의 경사회전운동이 동시에 일어나므로 강제윤활이 필요한 타이밍과 일치하게되는 것이다.

사판(20)이 입력압력(Pc)에 비례한 위치에 도달하여 운동이 종료하면 서로밸브(50)의 포트는 거의 닫히는 위치가 되어 액튜에이터(40)가 위치를 유지하기 위하여 필요한 유지압력을 자동적으로 유지하여 안정하게 된다.

사판(20)의 운동이 종료되어 안정위치를 지키게 되면 강제윤활포켓(23)(24)에 대한 윤활유공급 압력이 저하된다고 하여도 문제가 되지않으므로 결국 강제윤활포켓(23)(24)에 작용하는 압력이 베어링으로서의 필요한 기능이 요구되는 때에 맞추어 작동하는 특징이 있는 것이다.

입력압력(Pc)이 감소하여 사판(20)의 운동이 증가방향으로 되는 경우에는 액튜에이터(40)의 압력은 저하하지만, 이 사판(20)의 각도증가방향은 일반적으로는 피스톤에 작용하는 압력이 감소하는 경우이고 작동속도가 늦어지도록 교축제어가 되어지기 때문에 사판베어링(31)(32)은 고속, 고하중의 가혹한 조건이 되어지는 경우가 없어 문제는 거의 없다.

사판(20)의 운동이 종료되어 안정위치를 유지하면 서보밸브(50)의 제어스풀(51)이 닫히는 위치가까이 되어지기 때문에 강제윤활포켓(23)(24)의 압력은 극히 작은 교축을 경유하여 공급되어지므로 강제윤활포켓(23)(24)에 의한 반발력과대로 발생하는 진동현상이 효과적으로 감쇄되어져 프렛팅에로젼의 문제없이 커다란 강제윤활포켓(23)(24)에 의한 반발력을 작용하게 하는 것이 가능하게 되어, 사판베어링(31)(32)의 마찰력경감에 기여하게 된다.

강제윤활포켓(23)(24)으로 공급되는 강제윤활은 강제윤활포켓(23)(24)의 양방향에 작용하는 것도 가능하지만, 펌프의 고압측을 받는 강제윤활포켓(23)(24)의 한방향에만 주유하는 것도 효과적이다.

본 발명은 상기한 구성에 나타나듯이 강제윤활포켓(23)(24)에 대한 윤활유공급로를 사판(20)의 경사각도변환운동시 사판(20)의 각도를 제어하기 위한 제어액튜에이터(40)(41)에 접속되어진 서보밸브(50)의 출구포트에서 액튜에이터(40)에 대한작동유의 공급과 연동하여 윤활유의 강제공급이 이루어지도록 한다.

그리고 윤활공급로(61)도 사판에 직접 설치하므로 사판에 대한 간단한 공급로 설정가공작업만으로 모든 기능이 구현되는 것이다.

그결과 가공이 극히 용이하며, 종래의 것(도5)에 도시한 강제윤활공급로의 설치가 외부로 노출됨이 없이 내부에 내장되어져 외부에서 관찰시 배관의 복잡한 구성이 불필요하다.

특히 사판의 경사각도조정시에만 강제윤활이 이루어지면서 발생할 수 있는 진동현상의 방지로 프렛팅에로젼현상을 극적으로 없애주며, 경사각도조정의 서보밸브(50)의 작동정도에 맞추어 적절한 윤활유공급압이나 공급량이 조절되어 최적의 윤활상태를 유지가능하게 하는 것이다.

Claims (2)

1. 흡입포트와 토출포트가 구비된 하우징, 상기 하우징내에서 회전가능한 구동축, 상기 구동축에 의하여 회전되며 소정의 경사각을 갖는 사판, 상기 사판 하부에 설치되며 구동축에 의하여 회전되는 실린더블록, 실린더블록내에 형성된 적어도 하나이상의 실린더, 실린더내부에 복동가능하도록 설치되면서 흡입행정과 토출행정을 교호적으로 수행하고 사판의 경사각도를 조절함에 의하여 피스톤의 복동스트로크가 변화되고 그에 따라서 토출유량이 가변조절되도로 구성된 가변용량형 피스톤 펌프에 있어서,

   사판(20)의 강제윤활포켓(23)(24)에서부터 접속부(60)까지 윤활공급로1(61)을 형성하고, 이 윤활공급로는 계속하여 제어액튜에이터(40)의 중앙을 관통하여 형성된 윤활공급로2(62)와 연통하도록 구성하여 윤활유 공급을 가변용량펌프의 사판(20)의 각도를 제어하기 위한 제어액튜에이터(40)(41)에 접속되어진 서보밸브(50)의 출구포트에서 액튜에이터(40)에 접속한 포트에 직접 작동하도록 구성하며,

   서보밸브(50)의 제어스풀(51)의 일단과 피드백레버(52)의 일단이 피드백용스프링(53)을 중간에 개재하여 연결되어지며, 피드백레버의 타단은 사판(20)의 상면부에 설치된 고정부(55)에 체결되어져 제어스풀의 위치변이와 사판의 위치변이가 서로 상응하여 작동하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 사판의 경사각도에 연동하여 강제윤활이 조절되는 가변용량형 피스톤펌프
2. 제 1 항에 있어서,

   접속부(60)는 제어액튜에이터의 작동시 윤활공급로1(61)과 윤활공급로2(62)사이에 작동위치변위에 의하여 발생하는 공간오차를 흡수가능하도록 윤활공급로1과2의 직경보다 큰 여유공간을 갖춘 윤활컨테이너부(63)를 형성하는 것을 특징으로 하는 사판의 경사각도에 연동하여 강제윤활이 조절되는 가변용량형 피스톤펌프.