KR100875578B1 - 개선된 무단 트랜스미션장치 - Google Patents

Abstract

무단 트랜스미션 장치(continuously variable transmission device)는, 축방향으로 이격되고 상대적이게 축방향으로 움직일 수 있는 부분들을 각각 구성하는 방사적인 내측레이스(inner race) 및 외측레이스(outer race)와 굴림접촉하는 플래닛 부재(planetary member)와, 두 레이스들중 하나의 부분들의 축방향 분리를 결정하기 위한 제어수단(control means)을 가지는 형태이며, 플래닛 부재는 플래닛 움직임을 위하여 연결 수단에 의해 플래닛 캐리어에 연결되는데, 상기 연결 수단은 둘레부 연결은 유지하면서 두개의 레이스들 중 상기 하나의 부분들의 축방향 분리에서의 변화에 따라 플래닛 부재의 반경 위치(radial position)가 변하도록 한다.

Description

개선된 무단 트랜스미션장치{AN IMPROVED CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION DEVICE}

본 발명은 개선된 무단 트랜스미션장치(continuously variable transmission)에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 두개의 축방향으로 이격된 부분들을 각각 포함하는 방사상의 내측레이스(inner race) 및 외측레이스(outer race)와 굴림접촉(rolling contact)하는 플래닛 부재(planetary member)를 가지며, 한 레이스의 두개의 부분의 축방향 분리(axial separation)와 따라서 이들과 굴림접촉하도록 하는 플래닛 부재의 반경 위치(radial position)를 선택적으로 변하게 하기 위한 제어수단(control means)을 가지는 형태의 무단변속장치에 관한 것이다. 상기 트랜스미션 장치는 다른 레이스의 두 개의 부분의 분리에서의 보상변화(compensating variation) 따라서 장치의 트랜스미션 비율(transmission ratio)을 결정하고 그리고 플래닛 부재와 이들 사이의 인터페이스에 수직한 레이스 사이의 교환되는 힘을 변화하기 위하여 트랜스미션의 두 개의 구동-전달부재(drive-transmitting member) - 말하자면 인풋 및 아웃풋샤프트- 중 하나로 제공되는 토크에 민감한 장치를 가질 수 있다. 플래닛 부재와 레이스 사이의 굴림접촉은 윤활제의 아주 얇은 막에 의해 윤활된다. 윤활제의 이러한 아주 얇은 막(film)은 때이른 마모로 유도될 수 있는 상대 움직임에서 부재들 사이의 건조한 마찰접촉을 방지하기 위하여 제공되는 것이 필수불가결하고, 또한 상기 막은 상대적인 미끄럼(slippage)을 피하기 위하여 매우 얇게 되어져야 한다.

트랜스미션장치가 가장 많이 사용되는, 즉 가장 많은 시간동안 사용되는 트랜스미션 비율(transmission ratio)에서 가장 효과적이어야 하는 것은 중요한 설계기준이다. 모든 트랜스미션 장치는 마찰에 대한 일정한 손실을 포함하고, 따라서 열이 발생하며, 그리고 최대효율이 되는 설계는 소위 "최고(top)"트랜스미션 비율, 즉 인풋샤프트(input shaft)의 주어진 회전속도에 대하여 아웃풋 샤프트(output shaft)가 가장 빠르게 회전하는 비율에 일반적으로 제공된다. 종래의 증분비율 기어박스(incremental ratio gearbox)에서는, 최대효율은 1:1 비율 또는 "표준(straight through)"트랜스미션 비율을 제공하도록 아웃풋 샤프트가 인풋샤프트와 동일한 속도로 움직일 때 일반적으로 얻어진다. 그러나 최대 효율에서 트랜스미션 비율이 1:1보다 작게 되는 환경이 있으며, 그리고 이에 상응하여 1:1의 비율보다 더 큰 비율이 바람직하게 되는 상황이 있다.
상기에서 규정된 형태의 무단 굴림접촉 트랜스미션 장치에 있어서, 장치로의 인풋은 방사적인 내측레이스(inner race)를 통하여 제공될 수 있고, 플래닛 부재로부터 취해지는 장치로부터의 아웃풋은 정지부 구성성분(stationary component)을 구성하는 외측레이스를 가지는 플래닛팔로우(planet follower) 또는 플래닛 캐리어(planet carrier)를 통하여 제공된다. 이때 높은 기어비율은 최대 간격위치에서 위치되는 방사상의 외측레이스의 두 개의 구성성분으로서 얻어지게 되나, 내측레이스의 부분들은 플래닛 부재가 최대 반경 위치(radial position)로 효과적으로 "스퀴즈(squeeze)"되도록 가능한 서로 밀접하게 위치된다. 물론, 인풋 및 아웃풋샤프트의 역할(role)은 전환(reverse)될 수 있지만, 논의되는 설계에서 세가지 구성성분, 즉 방사적인 내측레이스, 플래닛 팔로우와 플래닛 캐리어를 포함하는 플래닛 조립체 그리고 방사적인 외측레이스들은 모드 상호 바꾸어질 수 있어서 이들 중 어느 하나도 정지될 수 있고 다른 두 개는 인풋 또는 아웃풋 부재들 중 하나로서 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 그러나 외측 레이스 정지부(stationary)를 가진 상기에서 규정된 형상은 제작상의 관점으로부터 특별한 장점을 가지는 것으로 이해된다.
그러나 만일 플래닛 부재가 볼(ball)이라면, 상기의 형상으로부터 발생되는 단점들 중 하나는, 가능한 가장 높은 비율을 얻기 위하여 플래닛 부재와 레이스들 사이에서 굴림접촉이 발생되는 패치들이 마지막 위치(end-of-range position) - 방사상의 내측레이스의 경우에 있어서는 볼의 축에 가장 가까이 되고, 방사상의 외측레이스의 경우에는 볼의 축으로부터 가장 멀리되는 - 에 밀접하게 되는 것이다. 마지막 위치에서, 레이스의 하나 또는 다른 것에 걸친 플래닛 부재의 굴림은, 플래닛 부재와 레이스 사이의 접촉패치에서 현저한 양의 "스핀(spin)"을 포함하고, 이는 상당한 열을 발생한다.

본 발명은 높은 트랜스미션 비율에서 과도한 열의 발생의 단점이 완화되고, 접촉패치스핀과 굴림 각속도(roll angular velocity) 사이의 더욱 바람직한 비율이 높은 비율에서도 얻어지는 상기에서 기술된 형태의 굴림접촉 무단트랜스미션 장치에 직접적인 것이다.
본 발명에 따라 상기의 내용은, 일반적인 구형형상으로부터 회전타원체 형상(spheroidal shape) - 길쭉한 회전타원면(prolate spheroid) 또는 편구면(oblate spheroid)들 중 하나 - 을 포함하는 것으로 플래닛 부재의 형상 변경에 의해 얻어지며, 본질적으로 이는 접촉패치가 위치변화(positional variation) 상에서 더욱 바람직한 접촉각도를 유지할 수 있도록 한다.
또한 본 발명은, 상기 배열에서 플래닛 부재 상에서 발휘된 힘을 플래닛 캐리어로 전달하고 인풋 또는 아웃풋 샤프트로부터 또는 이로 전달하는 플래닛 팔로우에 의하기 보다는 고정된 링키지(fixed linkage)에 의해 플래닛 캐리어로 플래닛 부재의 직접 연결을 포함한다.
본 발명의 하나의 관점에 따라, 축방향으로 이격되고 상대적으로 축방향으로 이동가능한 부분들을 각각 포함하는 방사적인 내측 및 외측 레이스와 굴림접촉하는 플래닛 부재를 가지며, 두 개의 레이스들중 하나의 부분들의 축방향 분리를 결정하기 위한 제어수단(control means)을 가지는 형태의 무단 트랜스미션장치는, 둘레부 연결은 유지되지만 두 개의 레이스들 중 하나의 부분들의 축방향 분리의 변화에 반응하여 플래닛 부재의 반경 위치가 변하도록 하는 연결수단(linkage)에 의해 플래닛 캐리어에 플래닛 움직임을 위하여 플래닛 부재가 연결되도록 배열된다.
상기 연결수단은 "트레일링 링크(trailing link)" 형상으로서 형성될 수 있고, 그 형상에서 중앙채널(central channel)을 가진 플래닛 부재를 연결수단이 연장될 수 있는 것으로 제공함에 의해 플래닛 캐리어는 프래닛의 축방향 중앙-지점에서 플래닛 부재에 결합된다. 따라서 힘의 전달은 대칭적으로 균형되고, 다수의 다른 장점들이 다음에서 더욱 상세하게 기술되는 바와 같이 얻어진다.
본 발명의 트랜스미션장치는 두 개의 레이스의 각각의 부분들과 결합을 위한 회전외측표면을 각각 가지는 두 개의 롤러소재를 포함하는 합성체(composite body)의 형태로 된 플래닛 부재로서 실시될 수 있다. 회전표면은 직선인 또는 직선, 볼록 또는 오목부분을 가지는 모선(generatrix)에 의해 정의될 수 있다. 자연적으로 레이스의 형상은, 직선 또는 오목한 플래닛 표면의 경우에는 플레닛을 향하여 볼록하게 되고, 볼록한 플래닛 표면의 경우에는 오목하게 되는 플래닛 부재의 형상과 대응(일치하지는 않음)되어야 하고, 후자가 가장 편리한 배열로서 여겨질 수 있다.
상기에서 언급된 바와 같이, 플래닛 부재은 연결수단이 그 속으로 연장되는 적도방향채널(equatorial channel)이 제공될 수 있으며, 합성플래닛 부재에서 구성될 수 있는 두 개의 개별적인 롤러소재는 상기 연결수단이 연결되는 중간소재(intermediate element)에 의해 결합될 수 있다.
각 플래닛 바디의 중간소재는 롤러 베어링, 바람직하게는 롤러소재 내에 부분적으로 놓이는 니들 롤러베어링(needle roller bearing)에 의해 상기 연결수단에 결합될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 각 롤러 소재는 하프쉘(half-shell)로서 형상화될 수 있다. 각 플래닛 바디와 플래닛 캐리어 사이의 연결수단(linkage)는 각 플래닛 부재를 위한 각각의 트레일링 암의 형태로 될 수 있다. 물론 "트레일링(trailing)"의 용어는 상대적인 회전의 단지 하나의 방향에 적합하다. 상대적인 회전의 다른 방향에서, "트레일링"암은 "리딩(leading)" 암이 된다. 암의 단부에서 플래닛 부재와 플래닛캐리어로의 연결수단들이 회전움직임(circular motion)을 따르도록 모두 강제되기 때문에, 힘(force)은 상기 형상을 통하여 만족스럽게 플래닛 부재로부터 또는 이를 향하여 전달될 수 있다.
일반적으로 각 플래닛 바디의 각 롤러 소재의 회전표면은 곡선 모선에 의해 한정된다. 이러한 것은 원형의 일부가 될 필요는 없으며, 실제로 대칭적이 되거나 또는 규칙적인 곡선이 될 필요는 없다. 그러나, 본 발명의 하나의 실시예에서 각 롤러소재 표면의 곡선 모선(generatrix)은 원의 호이며, 각각의 롤러소재의 표면을 위한 모선(generatrix)을 규정하는 원호의 바람직한 중심은 플래닛 부재의 중심점으로부터 축방향으로 또는/및 방사적으로 분기(offset)된다. 만일 구형 플래닛 부재가 표준 또는 전형적인 형상으로서 취해진다면, 본 발명에서의 사용을 위한 플래닛 부재의 바람직한 형상은 유사 구형바디(pseudo spherical body)를 형성하도록 소재의 표면을 중심으로 향해 방사적으로 내부적으로 효과적이게 변위시킴에 의해 얻어진다. 이러한 것은 두 가지 방법으로 얻어진다. 만일, 추상적인 구형으로 시작하는 적도방향 "조각(slice)"이 전체구형을 통해서 취해지고 두 개의 나머지 부분들은 서로 생성된다면, 편구면의 형태와 유사한 효과를 가지게 된다. 비슷하게, 만일 하나의 극부위로부터 다른 극부위로 연장되는 플래닛 소재의 회전축 주위의 원통형부분이 제거되고, 바디의 나머지가 제거된 재료를 대체하도록 (동일한 형태를 유지하면서) 효과적으로 압축된다면, 그 효과는 플래닛 바디의 표면이 더욱 길쭉한 회전타원체로 향하는 경향이 되게 한다. 알짜 결과(net result)는 레이스들에 의해 결합되는 굴림소재의 표면들은 개념상의 출발 구형(notional starting sphere)의 포텐셜 표면의 중앙부위 또는 "중앙(central)"을 향한 구형의 부분들을 포함하며, 굴림축 그리고 적도방향 주위에 밀접한 부분들은 제거되거나 생략되게 된다. 이러한 것은 표면곡률이 바디를 가로지르는 방향보다 굴림방향에서 더욱 크게 되는 바디의 결과로 된다. 그러나 개념구형(notional sphere)의 처리의 이러한 설명은 플래닛 소재를 발생하는데 관여되는 조작(operation)을 설명하려는 의도는 아니며, 단지 그 결과적인 형상을 기술하고자 함이다. 합성소재(composite element)로서, 서로 동일하게 되는 굴림소재의 두 개의 축방향 절반부 각각은 상기에서 기술되는 바와 같이 중간소재에 의해 서로 면하는 개방된 단부들과 함께 고정되는 "쉘(shell)"로서 제작될 수 있다. 유효하게, 만일 표면들이 원호의 형태로 된 모선(generatrix)에 의해 발생된다면, 각 롤러소재의 표면을 위하여 모선(generatrix)에 의해 규정되는 원호의 중심은 플래닛 부재의 중심점으로부터 축방향적으로 또는 방사적으로 효과적이게 분기된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 플래닛 캐리어는 장치의 회전축에 실질적으로 평행한 장치의 하나의 축방향 단부로부터 연장되는 다수의 암들을 가지며, 상기 암들의 자유단부들은 상기 자유단부 모두를 함께 연결하는 보강링(reinforcing ring)에 의해 보강된다. 상기의 보강링은 플래닛 캐리어의 암들의 단부와 장치의 단부커버(end cover)사이의 공간을 점유하며, 그 움직임을 간섭하지 않도록 내측 레이스의 방사적으로 외측에 놓인다.
상기 방사적인 내측 및 외측 레이스들은 고정된 하우징 내에 위치되고, 상기 레이스들의 하나 또는 다른 것은 트랜스미션 장치의 인풋 또는 아웃풋 부재에 의해 하우징과 관련하여 회전가능하게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 방사상의 내측레이스는 트랜스미션 인풋부재를 가진 하우징과 관련하여 회전가능하게 된다. 이와 유사하게, 플래닛 캐리어는 트랜스미션의 아웃풋부재를 가진 하우징과 관련하여 회전가능하게 된다.
상기 형상에서, 예를 들어 샤프트로 될 수 있는 인풋 그리고 아웃풋부재들이, 인풋샤프트 둘레의 동축적(co-axially)으로 중공부재로서 아웃풋샤프트를 형성함으로써 양자 모두 하우징의 동일한 측면으로부터 돌출되는 것이 가능하다. 이러한 것은 체인구동(chain drive)에 의해 구동휠(driving wheel)로의 구동트랜스미션이 유효하게 되는 2륜자동차(two-wheeled vehicle)를 위한 트랜스미션으로서의 사용에 특별히 적합하다.
본 발명의 트랜스미션 장치의 윤활(lubrication) 및 냉각(cooling)을 보장하도록, 장치를 통하여 펌프되는 냉각수(coolant)로서 또한 작용하는 윤활제(lubricant)의 주입을 위하여 다양한 통로가 제공된다. 이러한 목적을 위하여, 인풋샤프트의 한쪽 단부, 바람직하게는 하우징으로부터 돌출되는 단부의 반대편은 축방향으로 윤활제의 주입을 위한 통로를 가진다. 상기의 윤활제 통로는 인풋샤프트를 통하여 상기 방사상의 내측레이스부분에 의해 점유되는 부위까지 방사적으로 연장되는 부분을 가지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 두 개의 이동가능한 레이스부분들 사이에 중간부위를 가진다.
두 개의 레이스부분들의 상대적인 축방향 변위를 얻도록, 이러한 것은 나선형 커플링(coupling)에 의해 상호 연결될 수 있으며, 마찰적인 상호결합(inter-engagement)은 이러한 부분들 사이의 굴림소재의 사용에 의해 감소될 수 있다. 나선형 커플링에서 상기 굴림소재의 사용에 의해 만나게 되는 어려움들 중 하나는 이동범위(range of movement)의 하나의 단부 또는 다른 것을 향한 굴림소재의 그리프(creep)를 위한 잠재성이다. 만일 이러한 것이 발생된다면, 트랙(track)의 단부에서 굴림소재는 더 움직이는 것을 방지하고 마찰접촉을 증대시키고 단부들과 결합될 때 굴림없이 회전하도록 함에 의해 굴림소재의 유효성의 감소시키는 스톱(stop)과 관련된다. 이러한 어려움을 피하기 위하여, 본 발명은 장치의 사용에서 굴림소재와 레이스부분들 사이의 상대적인 슬립(또는 크리프)을 방지하는 것을 특징으로 하는 굴림소재의 열(row)의 각 단부에서 양(+) 상호결합수단(positive inter-engagement means)이 제공되는 형상을 제공한다. 상기 양(+) 상호결합수단은 예를 들어 열(row)의 하나 (또는 각각)의 단부에서 굴림소재 상의 상호-작동 톱니세트(co-operating set of teeth)와 이와 연결된 레이스부분들을 포함할 수 있다. 따라서 상기 단부소재들은 어떠한 형태의 슬립을 방지하는 톱니의 배열로서 변위 상에서 단지 회전만이 가능하다.
대안적으로, 굴림소재 그 자체는 특별한 형태를 가질 수 있다. 구형 또는 원통형 소재 대신에, 굴림소재는 그 사이에서 나선형 표면형태가 위치되는 두 개의 레이스부분들 상의 대응되는 나선형 표면형태와의 결합을 위하여 나선형 표면형태를 가질 수 있다. 유효하게, 두 개의 레이스부분들은 상호-작동하는 나사산(screw thread)과 굴림소재를 가지며, 각각은 전체접촉거리를 위하여 축방향으로 연장될 수 있고, 두 개의 상대적으로 움직일 수 있는 레이스부분들 모두의 트레드(thread)와 결합되는 대응되는 나사산을 가진다. 하나의 구성성분의 나사산을 따라 회전하는 바와 같이 축방향으로 변위되는 굴림소재를 위한 특정의 경향(tendency)은, 그 자체의 나사산을 따라 굴림변위의 덕분에 반대편 방향으로 축방향으로 움직이는 굴림소재의 대응되는 경향에 의해 대항(counter)된다.
무단 트랜스미션의 많은 형태상의 제한들 중 하나는 (두 개의 방향으로 구동트랜스미션이 구별되는) 양방향 감지(both directional sense)에서 토크의 전달하는 장치의 불능인데, 다시 말하자면 가속구동은 전달될 수 있지만 감속구동, 즉 구동 또는 인풋부재가 모터에 의해 구동되는 것보다 하중이 구동된 또는 아웃풋 부재를 구동하는 것이 더 빠르게 될 때는 전달되는 것이 가능하지 않게 되는 것을 말한다. 이러한 것은 엔진이 자동차의 브레이킹을 허용하는 상태를 엔진이 초과될 때 자동차 운전자에게 친숙하다. 그러나 단일방향의 토크 트랜스미션만을 허용하는 트랜스미션은 자동차 수송분야에 본질적인 상기 오버런 설비(over-run facility)를 제공할 수 없다. 본 발명의 트랜스미션은 양 방향 토크 트랜스미션을 제공한다. 동일한 방향(hand)의 스크류결합에 의해 (인풋 또는 아웃풋이든지 간에) 관련 구동부재에 관련되는 상기 다른 레이스의 부분들을 배열함에 의해서, 이때 두 개의 레이스 부분들은 구동의 회전방향 및 구동된 부재에 관계없이 일방향 또는 다른 방향으로 장치를 통하여 전달되는 특정의 토크에 의해 동일한 방향으로 강요된다. "리딩(leading)" 레이스부분의 움직임을 제한하도록 조립체 각 단부에서 제한멈춤(limit stop)을 제공함에 의해서, (그리고 여기서는 관련 드라이브 또는 구동된 부재에 관하여 레이스부분의 움직임의 각각의 방향을 위하여 리딩 및 트레일링 부재가 항상 있을 수 있고, 그 역할(role)은 상대 움직임의 방향에서 역으로 전환되는 것이다), 이때 즉각적인 트랜스미션 비율이 무엇이든지 간에, 토크방향의 변화가 발생될 때 상기 다른 레이스의 두 개의 부분들은 한쪽 단부로부터 관련 드라이브 또는 구동된 부재의 다른쪽으로 함께 움직이고, 스크류 커플링은 서로 함께 강요되는 이들 사이에서 발휘되는 힘을 유지한다. 엔드스톱(end stop)에 인접한 드라이브 또는 구동된 부재의 부위는, 엔드스톱이 단지 축방향 힘에 대해서만 반응하기 때문에, 부재의 나머지들보다도 더 큰 응력(토크와 텐션 모두에서)을 경험하게 된다. 큰 비율범위를 제공하기 위하여, 드라이브 또는 구동된 부재의 원형치수(radial dimension)는 작게 유지되어져야만 한다. 그러나 더 큰 단면들이 높은 동력적용(자동차 트랜스미션과 같은)을 위한 시스템 상에 부과되는 더 큰 하중을 지지하기 위하여 필요하게 된다. 이러한 이유를 위하여, 본 발명의 실시예는 엔드스톱이 축방향 힘 뿐만 아니라 토크에 반응하기 위한 수단으로 형성되도록 창작되어졌다. 이러한 것은, 예를 들어 맞물림 클러치 스톱(dog clutch stop)과 같이 엔드스톱을 형성함에 의해 얻어진다. 토크에는 반응하지만 축방향 힘에는 반응하지 않는 90°도그투스(dog tooth)가 이론적으로 작동하지만, 레이스 상에서 짝을 이루는 도그는 볼스크류 나선형에 의해 결정되는 바와 같이 얕은 각도에서 접근하여야 하기 때문에 투스베어링 부위는 매우 작다. 최적의 해결책은 전통적인 도그투스의 90°투스 각도와 평범한 스톱의 0°"투스"각도 사이의 특정한 곳에 있으며, 25°의 각도가 여기서는 지지부위, 샤프트 응력 그리고 볼스크류 하중과 관련하여 최적의 다기능 성능을 위하여 선택되어졌다.
25°의 접촉각 도그 구동(dog drive)은 반대 방향(hand)의 제 1 (볼스크류)와 평행한 제 2 나선형 결합메커니즘으로서 도시될 수도 있으며, 하중은 두부분 사이에서 장점적으로 분배된다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 맞물림클러치 배열은 경사진 크레스트(crest)로 되고 축방향으로 연장되는 톱니(teeth)를 가지며, 상기 경사각은 상기 두 개의 레이스부분과 상기 구동트랜스미션 부분사이의 상호결합된 나사산의 플라이트(flight)의 피치각에 의해 결정된다. 본 발명은 상기 맞물림클러치 배열이 상기 다른 레이스의 각각의 부분들 상의 그리고 상기 구동 트랜스미션부재 상의 축방향으로 연장된 핀(pin) 또는 스터드(stud)의 고리모양배열을 포함하도록 하는 배열로서 실시될 수 있다. 엔드스톱수단은 상기 구동트랜스미션 수단에 맞추어진 각각의 칼라 상에서 포함되는 것이 바람직하다.
트랜스미션의 중앙샤프트 내의 축방향 오일흐름 통로는 냉각윤활이 직접적으로 보내지는 상대적으로 이동가능한 방사상의 내측레이스의 한쪽 단부에서의 영역에 방사상의 유출오프닝(outflow opening)을 가질 수도 있다.
윤활오일의 통로를 위한 칼라(collar)를 통한 오일 경로가 제공되는 것이 ㅂ바람직하며, 상기 경로는 상기 다른 레이스가 구동트랜스미션 부재의 엔드스톱에 접근하게 됨에 따라 상기 다른 레이스의 부분들의 움직임을 감쇄하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 상기 레이스의 각각의 부분들에 의해 부분적으로 한정되어 둘러싸인 오일-함유물 내로 열리는 단일방향 밸브를 가진다. 구동트랜스미션 부재가 장치의 중앙 인풋구동샤프트이고 상기 다른 레이스는 방사상의 내측 레이스가 되도록 형상화된 장치에 있어서, 상기 방사상의 내측레이스의 두 개의 부분들은 각각의 피스톤으로서 작동하는 칼라를 가진 댐퍼(damper)의 실린더로서 작동된다.
본 발명은 각각 두 개의 축방향으로 이격된 부분들을 포함하는 방사상의 내측 및 외측 레이스와 굴림접촉하는 플래닛 부재를 가지며, 한 레이스의 두 개의 부분의 축방향 분리 및 따라서 이와 굴림접촉하는 플래닛 부재의 반경 위치(radial position)가 선택적으로 변하도록 하는 제어수단을 가지는 형태의 트랜스미션장치를 또한 포함하며, 플래닛 부재의 접촉표면들은 플래닛캐리어에 플래닛 부재를 연결하는 링크와 결합되는 중간채널(median channel)에 의해 두 개의 부분으로 분리된다.
본 발명은 또한 플래닛 부재가 주변의 둘레부 그루부에 의해 두 개의 부분으로 분리되며, 접촉표면들이 회전타원면 또는 편구면을 형성하도록 휘어진 선들인 모선(generatrix)의 회전바디의 표면으로 상기에서 기술된 일반적 형태의 트랜스미션장치를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참고로 하여 실례로서 더욱 상세하게 기술된다.

도 1은 낮은 트랜스미션 비율로 도시된 본 발명의 실시예로서 형성되어진 굴림접촉 무단 트랜스미션 장치에 대하여, 도 2의 선 I-I로 취해진 축방향 단면모습

도 2는 도 1의 실시예의 단부모습

도 3은 높은 트랜스미션 비율에서의 구성성분을 도시하는 도 1의 실시예의 일부분에 대한 축방향 단면모습

도 4는 낮은 트랜스미션 비율을 위한 형상을 도시하는 플래너터리 부재가 넓혀진 구형체인 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는, 도 1과 유사한 축방향 단면모습

도 5는 높은 트랜스미션 비율을 위한 형상에서 움직일 수 있는 성분을 도시하는, 도 4의 실시예의 일부분의 유사한 축방향 모습

도 6은 수정된 나선모양 상호결속배열을 도시하는 본 발명의 추가적인 실시 예의 일부를 개략적으로 도시하는 모습

도 7은 본 발명의 추가적인 실시예의 축방향 단면모습

도 8은 도 7의 실시예의 단부모습

도 9는 높은 하중과 큰 비율범위(ration range)를 위하여 창작된 본 발명의 추가적인 실시예의 축방향 단면모습

도 10은 도 9의 실시예의 단부모습

도 11은 도 9와 도 10의 실시예의 동력인출장치(power take-off) 구성성분의 전개된 모습

도 12는 도 9 및 도 10의 실시예의 내측레이스 구성성분 세트를 전개하는 단면모습

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 액츄에이터 11 : 하우징

12 : 외측레이스 15 : 볼

16 : 핀 17 : 홀더

18 : 조절암 21 : 플래닛 부재

22, 23 : 쉘 26 : 커넥팅 링크

35 : 내측레이스 45 : 보강링

첨부된 도면과 관련하여, 특히 도 1, 2, 3과 관련하여, 도시된 변속장치는 일반적으로 부호 (11)로서 표기되는 하우징을 포함하고 있으며, 하우징 내에는 상대적으로 두개의 축방향으로 변위가능한 부분들(13,14) 내에서 형성된 방사적인 외측레이스(12)가 위치되며, 상기 부분들(13,14)은 장치의 중앙 길이방향 축(X-X) 둘레에서 서로에 관하여 회전하는 것이 허용되는 두개의 부분들(13,14) 내의 상응하는 나선 그루브(helical groove) 내에서 관련되는 볼(ball, 15)들의 여러 나선열을 구성하는 소위 "볼스크류(ball screw)"에 의해 서로 관련된다. 볼 스크류들은 여러개의 스타트(본 케이스에서는 네 개)를 가지는데, 이는 사용가능한 공간을 볼-최대 가반하중(maximum load capacity)을 위하여-로서 채워지나 그러나 축방향 하중과 주변하중의 균형을 잡기 위하여 필요로 하는 상대적으로 긴 리드(lead)를 가지는 더 큰 볼들-한줄나사(single start thread)-을 위하여 필요하게 되는)의 사용을 회피하고자 하는 필요로부터 기인한다. 두개의 부분들(13,14) 사이의 관계 축방향 변위는 고정핀(16) 상에 부분(14)을 설치함으로써 얻어지는데, 고정핀은 축방향 변위를 허용하면서도 레이스 부분(race part, 14)의 회전움직임(rotational motion)을 억제하도록 하우징 내에서 한쌍의 핀들과 올드햄 커플링(oldham coupling)을 형성한다. 여기서 올드햄 커플링은 방사상 이동은 허용하지만 회전은 허용하지 않는 "오차조정(tolerance accommodating)"배열로서 사용된다. 두 쌍의 핀들은 사실 동일한 평면상에 놓이는 것은 아니지만, 도면에서 도시되는 바와 같이, 서로 90°로 배치되고 교차로서 표기되는 작은 플랫들은 올드햄 링 내의 슬롯 속으로 들어간다. 회전적으로 변위가능한 레이스부분(13)은 조절액츄에이터(adjuster actuator, 10)에 의해 회전가능한 조절암(adjuster arm, 18)에 의해 X-X 축 둘레에서 회전될 수 있는 일반적인 원통형 홀더(holder, 17) 내에 고정된다. 도 1의 단부상에서 도시되는 액츄에이터(10)는 (도시되지 않은) 전기모터에 의해 구동되는 볼스크류를 가지는 스크류액츄에이터로 되는 것이 바람직하다. 회전적으로 변위가능한 레이스부분(13)들을 X-X축 둘레에서 회전함에 의해서, 볼스크류(15)의 작동에 의해 축방향적으로 변위가능한 외측레이스부분(14)과 관련하여 그 자체는 효과적이게 "스크류(screw)"되며, 회전없이 슬라이드 핀(slide pin, 16)을 따라서 축방향으로 움직이게 하는 원인이 된다. 이러한 방법으로, 두개의 레이스부분(13,14)들은 한쪽 방향 또는 다른 방향으로 회전적으로 변위가능한 외측레이스부분(13)을 회전함에 의해서 서로 또는 분리되어 움직이게 된다. 두개의 레이스부분들은 휘어진 레이스 표면(19,20)들을 가지는데, 상기 표면들은 일반적으로 부호(21)로서 표기되며 두개의 롤러 소재를 구성하는 플래닛 부재의 곡선 표면에 의해 관련되며, 이러한 경우에 있어서 대략적으로 반구형 쉘(22,23)은 각각의 연결 링크(connecting link, 26) 상에서 플래닛 부재(planet member, 21)를 가지게(carry)되는 구름소재를 가지는 중앙핀(24)에 의해 서로 고정된다. 도 2에서 도시되는 바와 같이, 각각의 연결 링크(26)는 베어링(31)에 의해서 인풋샤프트(30) 상에 포함되고 동일축 방향으로 둘러싸는 아웃풋샤프트(29)에 고정적으로 연결되는 플래닛 캐리어(28)의 플래닛 캐리어 암(27)에 연결된다. 추가적인 베어링(32)은 인풋샤프트(30)와 플래닛 캐리어(28)를 상호 연결하고, 씨일(33,34)은 먼지, 오물 그리고 입자를 포함한 기타, 습도 또는 수분들의 침투로부터 장치의 내부를 보호한다.
플래닛 부재(21)는 또한 일반적으로 부호(35)로 표기되는 내측레이스(inner race) 상에서 회전하는데, 방사적인 외측레이스의 두 부분들이 상호 연결되는 것과 유사하게, 내측레이스는 볼스크류(38)에 의해서 그 위에서 축방향으로 결정되는 레이스부분(36)과 축방향으로 변위가능한 레이스 부분(37)을 포함한다. 가볍게 예압된 토션스프링(light pre-loading torsion spring, 40)은 접촉을 유지하기 위하여, 축방향으로 변위가능한 내측레이스 부분(37)을 플래닛 부재(21)를 향하도록 한다.
트랜스미션 비율이 변하고, 축방향으로 고정된 레이스부분(36) 상에 볼스크류(38)에 의해 지지되는 축방향으로 변위가능한 방사적인 내측레이스 부분(37)에 의해서 인풋샤프트와 아웃풋 샤프트 사이의 토크가 감지되는 방법은 본원출원인의 앞서 언급한 국제특허출원 WO99/35417에 개시되어있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있으며 플래닛 부재(21)의 형상과 관련한 것을 제외하고는 여기서 추가적으로 기술되지는 않는다.
상기에서 언급된 종래의 국제특허출원에서는, 플래닛 부재는 구형 솔리드볼이고, 방사적인 내측레이스와 외측레이스 사이의 운동에 의해 발휘되는 힘들은 각각의 인접한 쌍들의 플래닛 부재들 사이에 위치되는 플래닛 팔로워(planet follower)를 통하여 전달된다. 플래닛 부재를 방사적이게 내부적이 되도록 외측레이스 부분들이 함께 움직이게 될 때, 방사적인 내측레이스 부분들은 상기 문헌에 설명되는 바와 같이 토크에 민감한 형상에 의해서 유지되는 접촉압력으로서 분리되도록 힘을 받는다. 두개의 방사적인 외측레이스 부분들이 가장 가까운 접금위치로 접근하게 됨에 따라, 플래닛 부재와 레이스들 사이의 접촉패치(contact patch)들은 방사적으로 내부로 움직이게 되고, 구형 플래닛 형상으로 인해 플래닛 부재의 중앙을 통하여 지나가는 접촉표면에 대한 수직부(normal)는 굴림축에 대하여 더욱 얇게 기울어지게 됨으로써, 방사적으로 분해된 힘의 성분은 더욱 작아지게 되고 축방향으로 분해된 힘의 성분은 더 크게 된다. 따라서, 플래닛 부재 상의 매우 큰 절대 접촉력은 낮은 비율에 도달하도록 발휘되어져야 하고, 물론 추가적인 힘의 증가에 의해 사용가능한 부가적인 방사상의 변위가 상대적으로 작아지게 되고 힘은 받아들여질 수 없게 높게 되는 지점에서 나오게 된다. 나아가, 가장 높고 가장 낮은 비율에서, 플래닛 부재의 굴림축에 가장 밀접한 접촉패치들은, 마찰접촉의 열적 효과를 증가시키며 따라서 허용가능한 한계값 내에 장치를 유지시키도록 분산되도록 필요한 부가적인 열을 발생시키는 실질적인 "스핀(spin)"을 경험하게 된다. 그러나 구형 플래닛 부재의 형상과 대조적으로, 본 발명의 플래닛 부재(21)의 형상은, 가장 효과적이며 두개의 쉘(22,23) 사이의 고리모양 공간(41)의 존재로 인하여 생략되는 적도방향밴드(equatorial band)와 쉘(22,23)의 각각의 형상에 의해 수정되는 극부위의 형상을 가지는 둘레부 제너러트릭스(circumferential generatrix)의 섹터(sector)만을 이용한다. 도 1로부터 도시되는 바와 같이 본 실시예에서, 외부 레이스부분(13,14)들이 굴림축에 가장 가까운 플래닛 부재(21)와 접촉하게 되는 달성가능한 가장 낮은 비율에서, 접촉표면은 30°의 영역 내의 각도에서 여전히 기울여지게 되고, 나아가 도 1에서 선 A와 B에 의해 표시되는 접촉표면에 수직하는 교차부는 플래닛 부재의 휘어지게 되는 표면에 의해 한정되는 구형체의 중심으로부터 분기되는 지점에서 교차한다. 이러한 것은 접촉패치의 스핀을 제한하고, 장치가 더 큰 하중을 지지할 수 있게 한다. 연결 링크(26)를 통한 플래닛 캐리어 암(27)으로의 플래닛 부재(21)의 직접연결도 더 많은 플래닛 부재가 이용가능한 공간속으로 맞추어지도록 함으로써 더 큰 하중을 지지할 수 있도록 한다.
도 4 및 도 5와 관련하여, 플래닛 부재가 더욱 뚜렷히 넓어진 형상(pronounced prolate shape)을 가진 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 도 4 및 도 5의 이러한 실시예에서, 도 1 내지 도 4의 실시예의 상응하는 구성요소와 동일한 기능을 수행하거나 대응되는 구성요소들은 동일한 도면부호로서 표기되고 있다. 그러나, 이러한 실시예에서 플래닛 캐리어의 암(27)들은 아웃풋 샤프트929)와 일체적으로 형성되어져서, 인풋샤프트와 플래닛 캐리어 사이의 베어링(bearing, 32)들이 인풋샤프트와 아웃풋샤프트 사이에서 직접적으로 작용하게 되고, 베어링(32)으로부터 축방향으로 이전에 분기되며, 아웃풋샤프트와 케이싱 사이의 베어링(44)들은 가까운 축방향배열에 놓이게 되고 장치의 강도를 증가시키게 된다. 씨일(33,34)들은 아웃풋샤프트와 단부와 인풋샤프트(30) 사이의 씨일(43)에 의해 대체되고, 씨일(42)은 먼지, 오물 그리고 아웃풋샤프트(29)와 케이싱(11) 사이의 다른 성분의 침투로부터 베어링(44)을 보호한다.
플래닛 캐리어의 암(27)들은 축방향으로 고정된 내측레이스 부분(36)을 즉시 둘러싸는 위치에 보강링(reinforcing ring, 45)을 가지도록 고정된 확장부(extension piece, 46)를 가진다. 상기 내측레이스 부분(36)은 케이싱(11)의 보스(boss, 49) 상의 베어링(48)에 의해 지지되고, 그 내에는 장치의 내부로 냉각윤활제(cooling lubricant)를 주입시키기 위한 축방향으로 연장되는 통로(47)를 가지는 중앙 플러그(plug, 50)가 위치된다. 플러그(50) 내의 통로(47)는 인풋샤프트(50)와 두 개의 방사적인 통로(52,53)가 연장되는 내측레이스(35)의 결합 내의 챔버(51)로 개방되는데, 제 1 통로는 쉘(22,23) 사이의 공간(41)과 레지스터(register)되어 직접적으로 위치되며, 냉각윤활제가 플래닛 부재(21)와 연결 링크(26) 사이의 베어링(25)과 접촉하도록 직접 주입되는 것이 허용되며, 제 2 통로(53)는 아웃풋샤프트(29)와 인풋샤프트(30) 사이의 주 베어링(32)의 부위로 개방된다. 챔버(51) 또한 베어링(49)까지 연장되어져서, 샤프트(30) 내의 중앙통로(47) 속으로 주입되는 오일이 주 베어링(49,32), 방사적인 내측 볼스크류(40) 그리고 플래닛 부재(21)의 베어링(25)에 직접적으로 제공될 수 있다. 플래닛 부재(21)의 넓어진 형상 및 보강링(45)의 존재와 함께, 이러한 윤활제의 포스 플로우(force flow)에 의해 보장되는 추가적인 냉각(cooling)과 윤활(lubrication)은 높은 하중지지 능력이 얻어지는 것이 가능하게 한다.
도 4에서 도시되는 바와 같이, 플래닛 부재(21)의 매우 넓어진 회전타원체 형상은 도 4에서 점(P)으로 표시된 접촉패치에 수직부가 플래닛 부재(21)의 굴림축에 45°이상으로 기울어져 있도록 하며, 심지어는 상기 축에 매우 밀접하게 접근하도록 한다. 힘의 방사상 그리고 축방향상 성분의 분해는, 플래닛 부재(21)와 방사적인 내측레이스(35) 의 부분(36,37)들 사이에서 교환되는 힘의 축방향 성분에 유해하게 영향을 미침이 없이, 방사적인 외측레이스(12)의 두 개의 부분(13,14)이 매우 가까운 접근위치(도4)에 있을 때조차도, 방사상 성분이 바람직한 적으로 보여질 수 있다. 이와 유사하게, 도 5에서 도시되는 바와 같이, 방사상 외측레이스 부분(13,14)들은 최대의 이격위치로 도시되며, 플래닛 부재(21)와 방사적인 내측레이스부분(36,37)들 사이의 접촉패치(P)들에 수직부들 사이의 각도들은 플래닛 굴림축에 대해 여전히 45°의 영역으로 기울어져 있으며, 따라서 구형 플래닛 부재의 대응되는 힘의 방사상 성분과 비교하여 이러한 힘의 방사상 성분은 증가되는 것이 바람직하다.
상기에서 기술된 트랜스미션 장치와 같은 장치를 통하여 양방향 토크 트랜스미션을 허용하는 배열들은, 참조로서 여기에 포함된 동시계속출원 제 0016261.0 호에서 설명된 사상을 이용하여 소개될 수 있는 것으로 이해된다.
방사적인 내측 및 외측레이스(12,35)의 두 개의 부분들을 상호연결하도록 사용되는 스크류(15,38)와 같은 볼스크류와 관련된 문제점들 중 하나는, 볼과 이들이 포함되는 관로(raceway) 사이의 슬립(slip) 또는 "크리프(creep)"가 열(row)의 단부에서 볼들이 엔드스톱(end stop)과 관련되고, 정상 굴림움직임을 발휘하는 것을 막는다는 사실에 있다. 이러한 것은, 열의 각각의 맞은편 단부에서의 볼에, 나선형 채널의 단부영역에서의 톱니(teeth or serration)에 대응되는 톱니 메쉬(teeth meshing)을 제공함으로써 대항될 수 있다. 이러한 것은 볼스크류부의 나머지의 하중지지능력을 손상시키지는 않지만, 굴림작용에서의 특정의 것이 볼과 채널사이의 어떠한 슬립도 발생하지 않는 것을 보장하도록 한다.
도 6에서 도시된 대안적인 형상에서는 볼(ball)들은, 롤러(55)가 그 사이에 위치되는 방사형 외측 그리고 방사형 내측구성성분 내의 나선형 그루브(57,58)와 상응하여 연결되는 나선형 그루브(56)를 가지는 롤러(roller, 55)에 의해 대체될 수 있다. 각각의 구성성분에서 피치와 트레드(thread)의 수는 동일하고, 롤러들은 더 큰 접촉 반경을 보장하도록 트레드의 형상은 배럴(barrel)로 될 수 있지만, 90°의 각도를 포함한 삼각형 트레드(triangle thread)로 되며 단일의 스타트 트레드(start thread)를 가지는 것이 바람직하다. 모든 트레드는 동일한 피치(pitch)를 가지기 때문에, 롤러는 두 개의 부재들 사이에서 구르는 것과 같이 축방향으로 움직여지지 않고, 부재들 중 하나 상의 트레드에 의해 하나의 방향으로 축방향으로 움직이는 어떠한 경향도 롤러 상의 트레드에 의해 반대편 방향으로 축방향으로 움직이는 경향에 의해 대항(counter)되지 않는다. 각각의 단부에서 롤러들은, 어떠한 슬립없이 정확한 굴림움직임을 보장하도록 롤러들이 결합되는 것 사이의 두 개의 부재들 상의 투스된 링(toothed ring)과 메쉬되는 기어차형(gear teeth)을 가진다.
도 7 및 도 8과 관련하여, 도시된 대안적인 실시예는 플래닛 부재의 최대가능한 수가 주어진 크기의 장치에 맞추어질 수 있도록, 최대한의 사용이 둘레부 공간으로 만들어지도록 형상화된다. 도 7과 도 8에서는, 이전 실시예에서와 같이 동일한 도면부호가 동일하거나 대응되는 구성성분을 나타내기 위하여 사용된다. 도 8로부터 도시되는 바와 같이, 이러한 실시예는 단지 네 개의 플래닛 부재를 가지는 도 1의 실시예와 동일한 치수의 트랜스미션에서 다섯 개의 플래닛(planet, 60)을 가진다. 상기 플래닛(60)은 플래닛(60)의 링의 정중면(median plane)내의 플래닛 캐리어의 암(27)에 고정되는 커넥터 플레이트와 같은 연결수단(61)에 의해 캐리어의 암(27)에 연결된다. 상기 커넥터 플레이트는 넓은 일반적인 방사상 슬롯(62)을 가지며, 슬롯 내에는 플래닛이 그 위에서 구르는 굴림소재 베어링(25a,25b)을 포함하는 부시(63)들이 하우징된다. 부시(63)들은 비율이 변하는 움직임동안 슬롯(62) 내에서 구른다. 슬롯들은 엄격한 방사성 방향으로부터 기울어질 수 있고, 이러한 것은 내측레이스에서 접촉력(contact force)이 증가되거나 감소되는 것을 허용하지만, 외측레이스에서의 접촉력은 각각 감소되거나 증가된다. 이러한 것은 유용한 설계도구(design tool)가 될 수 있다.
이러한 실시예는 둘레적으로 매우 컴팩트(compact)하고, 높은 하중지지능력(load-bearing capacity)을 가진다. 커넥터 플레이트와 같은 연결수단(61)은 부시(63)들에 의해 구성되는 롤러들을 위한 넓은 지지를 제공하도록 국부적으로 두꺼워지며, 물론 커넥터 플레이트 그자체가 더 큰 강성(stiffness)를 제공하기 때문에, 도 4의 실시예에서와 같이 플래닛 캐리어의 암(27)들을 보강 커넥터 플레이트로 연장할 필요는 없다. 이러한 실시예는 또한 인풋샤프트(30)와 아웃풋샤프트(29) 사이의 양방향 토크 트랜스미션을 허용한다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들어 인풋샤프트(30)와 오른쪽 우측레이스 절반(37) 사이의 도 1의 볼스크류(38)는 인풋샤프트(30)와 왼쪽 및 오른쪽 내측레이스 절반부(36,37)에서 협동적인 트레드 플라이트(thread flight)의 볼의 각각의 열의 형태로 된 동축 볼스크류 커플링(70,71)으로 대체된다. 양 볼스크류들은 동일한 방향(hand)이어서, 토크 트랜스미션의 주어진 방향은 양쪽 내측레이스 절반부들이 동일한 방향으로 예를 들어 양(+) 구동토크 트랜스미션을 위하여는 왼쪽으로 그리고 오버런(over run) 또는 음(-) 구동 토크트랜스미션을 위하여는 오른쪽으로 인풋샤프트(30)를 따라 축방향으로 구동되는 경향의 원인이 된다.
구동샤프트(drive shaft, 30)는 고리모양 마모패드(wear pad, 73)를 가진 쇼울더(shoulder)를 형성하는 중앙 플랜지(flange, 72)를 가지고, 구동샤프트(30)의 왼쪽 단부는 대응되는 고리모양 마모패드(75)를 가진 고리모양 받침대 엔드스톱(annular abutment end stop, 74)을 가진다. 상기 부재(74)는 구동 샤프트(30)의 단부내의 고리모양 그루브 내에 연결된 써클립(circlip, 76)에 의해 제 위치에서 유지된다. 두 개의 엔드스톱(72,74)은 각각 오른쪽 그리고 왼쪽 내측레이스 절반부의 대응되는 방사상 표면(radial surface)과 결합된다. 따라서, 두 개의 레이스 절반부(36,37) 모두가 도면에서 도시되는 바와 같이 오른쪽으로 구동되는 양(+) 구동 트랜스미션동안, 받침대(72)는 레이스절반부(37)의 움직임을 제한함으로써 레이스 절반부(36) 상의 연속된 스크류 작동(screwing action)이 플래닛(60) 상에서 스퀴징힘(squeezing force)을 유지하도록 한다. 이와 대응되게 음(-) 토크 트랜스미션을 위하여, 레이스절반부(36)가 엔드스톱(74)과 연결되고 볼스크류(70)의 연속된 스크류작동이 레이스절반부(37)가 다른 레이스절반부(36)를 향하도록 구동되어, 디시 플래닛(60) 상에서 스퀴징 작동이 유지될 때까지 두 개의 레이스절반부(36,37)는 각각의 볼 스크류(70,71) 상에서 왼쪽으로 이동하게 된다. 토크 전환의 시간에서의 힘의 정확한 트랜스미션 비율에 따라, 레이스 절반부(36,37)의 위치에서 다소 현저한 이동(shift)이 될 수도 있다. 즉, 낮은 비율에서, 레이스절반부(36,37)들이 최대로 이격될 때, 볼스크류(70,71)를 따라 심지어는 어떠한 (또는 적어도 아주 제한된) 변위만이 된다. 반면에, 방사적인 내측레이스 절반부(36,37)들이 매우 접근되는 위치에 있는 매우 높은 비율에서는, 최대 축방향 변위가 발생하도록 반대편 방사상의 면과 엔드스톱(72,74) 사이에 최대 분리가 있다. 이러한 것은 토크 방향 변화에 따라 상응하는 엔드스톱에 대항하여 레이스 절반부의 현저한 충격(impact)로 유도될 수 있고, 도 9의 실시예는 이와 관련된 특정의 단점들을 극복하기 위한 수단을 제공하고 있다.
도 9의 실시예는 또한, 앞서 언급된 바와 같이 더 무거운 하중을 지지하고 다음에서 더욱 상세하게 기술된 더 큰 비율범위(ration range)를 얻기 위하여 형상화되고 있다. 앞서의 실시예와 같이, 상기에서 기술된 실시예와 동일한 기능을 수행하거나 동일한 구성성분은 동일한 도면부호로서 표기된다. 이러한 실시예에서, 특히 도 12에서 도시되는 내측레이스 구성성분 세트들은 도 12에서는 도시되지 않는 (도 9 참조) 볼(39)들에 의해 인풋샤프트(30)의 트레드된 부분(threaded part, 77) 상에서의 볼 스크류 형상에 의해 설치되는 두 개의 내측레이스 절반부(36,37)를 포함한다. 엔드스톱(72,74) 대신에, 도 9의 실시예는 두 개의 칼라(collar, 78,79)를 가지는데, 이들 중 전자는 구동샤프트(30)의 플랜지(72) 상에서 결합되고, 후자는 (샤프트(30) 내의) 배열된 구멍(80)과 (칼라(79) 내의) 구멍(81)을 통하여 지나가는 (도시되지 않은) 전단핀(shear pin)에 의해 구동샤프트(30)의 반대편 단부에서 고정된다.
큰 비율범위(ration range)를 허용하기 위하여, 샤프트(30)의 볼스크류 단면이 가능한 작은 직경을 가지는 것이 필요하다. 그러나, 더 무거운 하중을 위하여 샤프트는 더욱 튼튼하게 되는 것이 필요하다. 하중을 분배하기 위하여, 내측레이스 절반부(36,37)와 칼라(79,78) 사이에 맞물림 클러치(dog clutch) 배열이 제공된다. 이는 레이스 절반부(36,37) 상에 축방향으로 연장되는 핀(82,83)의 고리모양 배열과 그리고 칼라(79,78) 상에 스터드 또는 핀(84,85)들의 고리모양 배열들을 포함한다. 상기 핀들의 단부표면(end face)들은, 형성되는 맞물림 클러치의 배열들이 샤프트(30)의 스크류 트레드된 부분(77) 상에서 관로부분(raceway part, 36,37)의 상대적인 나선형 움직임과 발생되는 것을 기억하면서, 비틀림 및 축방향 하중 모두와 적어도 부분적으로는 반응하도록 하는 경향이 있다.
도 7과 관련하여 논의된 바와 같이 토크전환(torque reversal)상에서 발생되는 반동(backlash)을 댐핑(damping)하기 위하여, 도 9 내지 도 12의 실시예는 한쌍의 축방향 통로(86,87)가 제공되는데, 상기 통로는 중앙채널(47)내의 오일이 각각의 방사상 통로(90,91)를 경유하여, 단일방향 밸브(88,89)를 통하여 축방향 통로(86,87) 속으로 그리고 이를 통하여 관로 절반부(37)와 칼라(78) 사이에서 고리모양 관형 슬리브(93)에 의해 한정되는 고리모양 챔버(92)속으로 방사적으로 통과되는 것이 허용되는 각각의 단일방향 밸브(88,89)에 의해 제어된다. 왼쪽 관로 절반부(36)는 칼라(79) 내의 (도시되지 않은) 통로를 통하여 오일이 진입되는 것을 위하여 슬리브(95)에 의해 한정되는 유사한 고리모양 챔버(94)를 가진다. 이러한 챔버(92,94) 내의 압력 하의 오일은 (고리모양) 피스톤과 같이 작동하는 칼라와 레이스가 토크전환 상의 스톱(stop)을 향하여 구동되는 것과 같이 관로절반부에 의해 한정되는 실린더 사이의 작은 간격(gap)을 통하여 빠져나올 수만 있다. 이러한 것은 반발(backlash)을 감쇄(damp)하고, 금속간 구동(metal-to-metal drive)이 재확립되는 것과 같은 충격소음(impact noise)을 방지한다.
전형적인 플래닛 부재(21)는 도 11에서 도시된 동력인축시스템(power take-off system)의 일부로서 도시되며, 두 개의 플래닛 절반부(21a,21b)를 포함하는데, 상기 절반부들은 각 단부에서 적절한 원통형 니들베어링(needle bearing)을 가지는 슬리브(21d)를 통하여 우선 지나가는 중간소재(21c) 상에서 푸시핏(push-fit)된다. 슬리브(21d)는 (본 실시예에서는 라운드된 코너를 가진 적절한 사각형 플레이트) 연결수단(61) 내의 방사상 슬롯(61a) 내에서 결합되는데, 상기 슬레이트의 슬롯은 슬리브가 그 위에서 방사상 방향으로 작은 거리를 구를 수 있도록 넓혀진 표면을 제공하도록 축방향으로 연장된 측면(61b,61c)을 가진다.

상기에서 기술된 모든 실시예에서는, 상부 기어트랜스미션 비율을 위하여 접촉패치 스핀이 최대로 가능한 플래닛의 방사상 외부로의 측방운동(outward excursion)이 그 두 개의 부분들이 역치값(threshold value)을 넘어서 분리될 때 방사상 외측레이스에 의해 허용되는 것보다 작게 되도록 제한함으로서 회피될 수 있도록 배열하는 것이 가능하다. 이러한 것은 도 1 내지 도 6의 실시예에서, 예를 들어 연결 링크(26)의 외부로의 측방운동을 저지하도록 캐리어 상에 설치된 (도시되지 않은) 버팀대 스톱(abutment stop)에 의해 연결 링크(26)의 회전을 제한함에 의해 이루어진다. 이는 플래닛에 연결된 단부와 플래닛 캐리어에 연결된 단부사이의 동일한 지점에서 위치될 수 있다. 도 7과 도 8의 실시예에서, 이러한 목적은 슬롯(62)의 방사상 외측단부가, 방사상 외측레이스의 부분들의 최대 분리에 의해 허용되는 것보다 더 작은 방사상 외부로의 측방운동으로 플래닛을 고정하는 것을 보장함에 의해 얻어질 수 있다. 도 9 내지 도 12의 실시예에서, 이러한 상부 기어 락업(lock up)은 그 둘레부에서 각각의 그립 링(96,97)을 가진 내측레이스 절반부(36,37)를 형성하고, 그립 링이 굴림축의 방사상 외측 측면 상에서 플래닛 부재(21)와 결합되도록 이들을 형상화함에 의해 제공된다. 따라서 방사상 내측레이스가 볼스크류(39)에 의해 구동되는 아주 밀접한 위치로 접근되는 것을 허용하면서 방사상 외측레이스(13,14)가 최대범위까지 분리될 때, 인풋샤프트와 아웃풋샤프트 사이의 직접구동을 형성하도록 두 개의 그립링(96,97)은 플래닛 부재(21)와 결합된다. 플래닛 부재(21)와 외측레이스(13,14)사이에 클리어런스(clearance)를 필요로 하는 이러한 형상에 있어서, 플래닛 부재는 이러한 조건에서 방사적인 내측레이스 절반부에 의해 회전에 대해 고정되기 때문에, 최대 굴림비율과 상기 고정된 톱 기어 사이의 전형적인 1.2 : 1의 영역내에서 스텝체인지(step change)가 있다.

Claims (30)

1. 축방향으로 이격되고 상대적으로 축방향으로 이동가능한 부분들을 각각 포함하는 방사상의 내측레이스(35) 및 외측레이스(12)와 굴림접촉하는 플래닛 부재(21)와,

   두 개의 레이스들중 하나의 일부분들의 축방향 분리를 결정하기 위한 제어수단(10)을 가지며,

   둘레부 연결을 유지하는 동안, 두개의 레이스들 중 하나의 부분들의 축방향 분리의 변화에 따라 플래닛 부재의 방사상 위치가 변하도록 하는 연결수단(61)에 의해 플래닛 부재들이 플래닛 움직임을 위하여 플래닛 캐리어에 연결되는 무단 트랜스미션 장치에 있어서,

   플래닛 부재들은 두개의 롤러 소재(21a, 21b)를 각각 포함하는 합성체이고,

   상기 두개의 롤러 소재 각각은,

   서로 상대적으로 회전가능하게 이격되도록 미리 설정된 두 롤러를 고정하는 중간소재(21c)로 연결되며, 두 레이스의 각 부분과 결합되기 위한 바깥쪽 회전표면을 가지는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연결수단(61)이 중간소재와 연결되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치.
3. 제 2 항에 있어서, 각각의 플래닛 바디의 중간소재들이 롤러 베어링에 의해 상기 연결수단에 결합되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치.
4. 제 1항에 있어서, 플래닛 부재와 플래닛 캐리어사이의 연결수단은 각각의 플래닛을 위한 각각의 트레일링 암(trailing arm)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치.
5. 제 1항에 있어서, 플래닛 부재와 플래닛 캐리어 사이의 연결수단(61)은 플래닛 부재의 부분이 각각 연결되는 하나이상의 방사상의 구성요소를 가지며, 다수의 슬롯(61a; 62)을 가지는 커넥터 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
6. 제 5 항에 있어서, 커넥터 플레이트의 슬롯들은 플래닛 부재가 회전하는 굴림소재 베어링이 위치되는 플래닛 부재의 각각의 부시(63)들과 연결되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
7. 제 1 항에 있어서, 각각의 플래닛 부재의 각 롤러소재의 회전표면은 곡선의 모선(generatrix)으로 한정되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
8. 제 7 항에 있어서, 각각의 롤러소재의 곡선 모선(generatrix)은 원의 호인 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
9. 제 8 항에 있어서, 각각의 롤러소재의 표면을 위한 모선(generatrix)을 한정하는 원호의 중심은 플래닛 부재의 중앙점으로부터 축방향으로 또는 방사적으로 분기되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
10. 제 1 항에 있어서, 플래닛 캐리어는 장치의 한쪽 축방향 단부로부터 장치의 회전축에 실질적으로 평행하게 연장되는 다수의 연결 링크(26)들을 가지며, 상기 연결 링크들의 자유단부는 상기 모든 자유단부와 함께 보강 링 연결에 의해 보강되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
11. 제 1 항에 있어서, 상기 방사적인 내측 및 외측 레이스들은 고정된 하우징 (11)내에서 위치되고, 상기 레이스의 하나 또는 다른 것은 트랜스미션 장치의 인풋 또는 아웃풋 샤프트(30)에 의해 하우징에 관련하여 회전가능한 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
12. 제 11 항에 있어서, 방사적인 내측레이스는 트랜스미션의 인풋샤프트를 가진 하우징과 관련하여 회전가능한 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
13. 제 12 항에 있어서, 플래닛 캐리어는 트랜스미션의 아웃풋샤프트를 가진 하우징과 관련하여 회전가능한 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
14. 제 11 항에 있어서, 아웃풋 샤프트가 인풋샤프트 둘레에서 동축적으로 연장되고, 양자는 하우징의 동일한 측면으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
15. 제 14 항에 있어서, 하우징으로부터 돌출되는 단부와 대향되는 인풋샤프트의 한쪽 단부는 윤활제의 주입을 위한 통로(47)를 가지는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
16. 제 15 항에 있어서, 윤활제 통로는 인풋샤프트를 통하여 상기 방사적인 내측레이스부분에 의해 점유되는 부위까지 방사적으로 연장되는 부분(52)을 가지는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
17. 제 1 항에 있어서, 플래닛 캐리어는 아웃풋샤프트 또는 인풋샤프트를 가진 하나의 부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
18. 제 1 항에 있어서, 방사적인 외측레이스 또는 방사적인 내측레이스의 두 개의 부분들은 마찰을 감소하기 위하여 두 개의 부분들 사이에 굴림소재를 가지며, 나선형 커플링(38; 55)에 의해 상호연결되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
19. 제 18 항에 있어서, 장치의 사용에 있어서 굴림소재와 레이스부재 사이의 상대적인 슬립을 방지하는 것을 특징으로 하는 굴림소재의 열(row)의 각각의 단부에서 양(+)의 상호결합수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
20. 제 19 항에 있어서, 상기 양(+)의 상호결합 수단은 열(row)의 단부(또는 각각의 단부)에서 굴림소재 상에서 상호작용하는 톱니의 세트를 포함하고, 이로 인해 레이스부분들이 접촉되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
21. 제 18 항에 있어서, 굴림소재 그 자체는 나선형표면들이 그 사이에서 위치되는 두개의 레이스부분들 상에서 대응되는 나선형 표면형태와의 결합을 위한 나선형 표면형태를 가지는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
22. 제 1 항에 있어서, 두개의 레이스의 다른부분은 나선형 커플링과 동일방향(hand)의 스크류커플링에 의해 관련 구동트랜스미션 부재(인풋 또는 아웃풋;구동 또는 구동되는)와 상호 결합되고, 양쪽의 감지에서 장치를 통하여 토크 트랜스미션이 허용되는 각각의 방향감지에서 상기 다른 레이스의 관련 레이스부분의 이동을 제한하기 위한 각각의 엔드스톱 수단이 있는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
23. 제 22 항에 있어서, 상기 엔드스톱 수단은 이동단부 위치에서 상기 각각의 레이스부분들과 구동트랜스미션 부재를 비틀림적으로 상호결합하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
24. 제 23 항에 있어서, 상기 구동트랜스미션 부재를 비틀림적으로 상호결합하기 위한 수단은 맞물림 클러치 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
25. 제 24 항에 있어서, 상기 맞물림 클러치 배열은 축방향으로 연장되며 경사진 크레스트를 가진 톱니를 가지며, 상기 크레스트의 경사각은 상기 두개의 레이스부분과 상기 구동 트랜스미션 부재 사이의 나사산 배열의 피치각에 관련되어 결정되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
26. 제 24 항에 있어서, 상기 맞물림 클러치 배열은 상기 다른 레이스의 각각의 부분들 상에서 그리고 구동 트랜스미션 부재 상에서 축방향으로 연장되는 스터드 또는 핀(82, 83;84, 85)의 고리모양 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
27. 제 22 항에 있어서, 엔드스톱 수단은 상기 구동트랜스미션 수단에 맞추어지는 각각의 칼라(78; 79) 상에서 포함되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
28. 제 27 항에 있어서, 구동 트랜스미션 부재의 엔드스톱 수단에 접근하게 됨에 따라 상기 다른 레이스의 부분들의 움직임의 댐핑을 제공하도록 상기 다른 레이스의 각각의 부분에 의해 부분적으로 한정되어 둘러싸인 오일-함유물 내로 열리는 단일방향 밸브(88; 89)를 가지며, 윤활유의 통과를 위하여 칼라를 통한 오일의 경로가 제공되는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치
29. 제 28 항에 있어서, 구동 트랜스미션 부재는 장치의 중앙 인풋구동 샤프트이며, 상기 다른 레이스는 방사적인 내측레이스이며, 상기 방사적인 내측레이스의 두개의 부분들은 댐퍼의 실린더로서 작용하고, 각각의 피스톤으로서 작용하는 칼라를 가지는 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치.
30. 제 3 항에 있어서, 상기 롤러 베어링이 니들 롤러 베어링인 것을 특징으로 하는 무단 트랜스미션장치.

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