KR100909311B1 - 기어 펌프를 가진 클러치 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

클러치 어셈블리를, 클러치의 동작을 냉각, 윤활 및 제어하기 위해 유체 동력을 제공하는 펌프 어셈블리와 결합하는 드라이브 시스템이 제공된다. 상기 드라이브 시스템은 복수의 베어링 부재에 의해 입력 축에 회전가능하게 지지되는 드라이브 커플링을 포함한다. 베어링 부재는 드라이브 커플링이 입력 축의 회전과 독립적으로 회전하는 것을 허용한다. 드라이브 커플링에는 클러치 어셈블리 및 펌프 두 가지 모두의 상응하는 스플라인 표면에 인게이지하기 위한 적어도 두 개의 스플라인 표면이 제공된다. 상기 드라이브 시스템은 펌프내에 발생된 레이디얼 하중과 스플라인 연결에서 발생된 모멘트 하중에 대항하여, 펌핑 소자 및 짝을이룬 구성요소에 대한 조기 마모 또는 손상을 방지한다.
클러치, 드라이브 커플링, 베어링 부재, 레이디얼 하중, 모멘트 하중.

Description

기어 펌프를 가진 클러치 어셈블리{CLUTCH ASSEMBLY WITH A GEAR PUMP}
본 발명은 일반적으로 드라이브 시스템에 관한 것으로서, 특히 펌프 드라이브 및 지지 구조에 관한 것이다.
오일을 사용하여 클러치 판을 냉각시키고 윤활하는 습식 클러치 어셈블리가 선행기술에 공지되어 있다. 습식 클러치는 통상적으로 엔진과 같은 입력 장치와 트랜스미션과 같은 출력 장치 사이에 배치되어, 입력 장치로부터 출력 장치를 인게이지(engage)/디스인게이지(disengage)한다. 습식 클러치는 일반적으로 높은 마력 응용에 대해 압력이 인게이지되고 스프링이 디스인게이지되거나, 또는 낮은 마력 응용에 대해 스프링이 인게이지되고 압력이 디스인게이지된다.
게로터(gerotor) 펌프는 통상적으로 클러치의 냉각, 윤활 및 압력 인게이지/디스인게이지에 필요한 작동유를 공급하기 위해 습식 클러치에 사용된다. 게로터 펌프는 보편적으로, 펌프 하우징내에 회전할 수 있게 배치된 내부 및 외부가 톱니 모양으로된 기어 부재를 포함한다. 기어 부재는 일반적으로 입력 장치의 속도에 비례하여 회전하도록 하는 방식으로 입력 장치에 결합된다. 제1 기어 부재 또는 피니언 기어는 보편적으로 그 클러치와 펌프의 중심선에 공통인 세로 중심선상에서 회전한다. 제2 기어 부재 또는 링 기어는 보편적으로 피니언 기어의 중심선에 평행하 지만 상기 중심선과 측방향으로 분리되어 있는 세로 중심선상에서 회전한다. 이러한 방식으로, 각 기어 부재상의 톱니가 상호협력하여 복수의 가변 용적 펌핑 챔버를 형성한다. 기어 부재의 회전중, 펌핑 챔버는 최대 용적까지 그 용적이 증가한 다음, 용적이 감소한다. 펌프의 입구 포트로부터의 유체는 용적이 증가하고 있는 펌핑 챔버로 유입된다. 펌핑 챔버가 그 용적이 감소하고 있을 때 게로터가 더 회전하면, 유체는 더 높은 압력에서 펌프의 출구 포트를 통해 푸시 아웃(push out)된다.
종래의 설계에서, 게로터 펌프는 클러치 어셈블리에 연결되어, 클러치 입력 부재의 회전이 펌프를 구동하기 위한 회전력을 제공한다. 이러한 소정의 구성에 있어서, 펌프는 습식 클러치 어셈블리와 직접적인 회전 연결시 동심(同心)으로 정렬된다. 연결은 보편적으로 펌프의 제1 기어 부재와 클러치 아마추어상에 놓인 짝을이룬(mating) 스플라인 표면들의 인게이지먼트(engagement)를 통해 이루어진다. 이러한 방식으로, 펌프는 입력 장치 작동시 동작하여 즉시 작동유를 클러치에 공급한다. 펌프 동작 중, 펌핑 챔버의 용적이 감소함에 따라 생성되는 높은 유체 압력에 의해 레이디얼 하중(radial load)이 발생된다. 펌프의 피니언 기어와 클러치 아마추어 사이의 직접적인 스플라인 연결은 펌프의 피니언 기어상에 모멘트 하중을 일으켜, 레이디얼 하중에 대항(counteract)하도록 상기 짝을 이룬 구성요소의 능력을 제한함으로써, 펌핑 소자 및 짝을 이룬 구성요소에 조기 마모 또는 가능한 손상을 일으키는 결과를 가져온다. 본 발명은 펌핑 소자 또는 짝을이룬 구성요소에 조기 마모 또는 가능한 손상을 일으키기 않고 클러치와 펌프 사이에 회전력을 전달하는 효과적인 펌프 드라이브 및 지지 장치를 제공한다.
본 발명은, 클러치 어셈블리와 펌프 어셈블리를 결합하여 클러치의 동작을 제어하기 위한 동력을 제공하는 혁신적인 드라이브 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력 축상에 회전가능하게 지지되는 드라이브 커플링을 포함하는 드라이브 시스템이 개시된다. 드라이브 커플링은 입력 축을 수용하기 위한 덕트(duct)를 가진 일반적으로 원통형인 보디를 포함한다. 베어링 부재가 커플링(drive coupling)의 보디와 입력 축 사이의 드라이브 커플링의 각 단부상의 홈에 배치되어, 입력 축에서의 드라이브 커플링의 독립적인 회전을 허용한다. 스러스트 와셔(thrust washer)가 베어링 부재에 근접하여 드라이브 커플링의 각 단부상에 배치되어, 각 홈에 베어링 부재를 고정시킨다. 로킹 부재가 스러스트 와셔에 근접하여 드라이브 커플링의 전단부와 후단부 모두에 제공되어, 입력 축상의 드라이브 커플링의 위치를 고정시키는 것이 바람직하다. 드라이브 커플링은 또한, 펌프 어셈블리의 피니언 기어 및 클러치 어셈블리의 아마추어 둘 모두의 상응하는 연결 내부표면을 인게이지하는 보디의 각 단부에 근접한 적어도 두 개의 연결 표면을 포함한다. 입력 장치 작동시, 클러치가 "디스인게이지"되면, 드라이브 커플링은 아이들(idle) 입력 축과 독립적으로 클러치 어셈블리와 회전하게 된다. 드라이브 커플링의 회전에 의해, 입력 축과 동심으로 배치되는 펌프의 피니언 기어가 클러치 아마추어의 속도에 비례하는 속도로 회전함으로써, 펌프가 동작할 수 있다. 펌프의 동작은 클러치의 냉각, 윤활 및 제어 동작을 위한 유체동력을 제공한다.
상기 드라이브 시스템은 연결 표면에 발생되는 모멘트 하중을 제한하고 펌핑 소자에 의해 발생되는 레이디얼 하중에 대항하여, 펌핑 소자 및 짝을이룬 구성요소에 대한 조기 마모 또는 가능한 손상을 방지한다. 더욱이, 상기 드라이브 시스템은 드라이브 커플링과 입력 축 사이에 차동 회전을 허용한다. 당업자들에게는, 첨부 도면을 참조하면, 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 다양한 추가 관점 및 이점이 자명할 것이다.
본 발명의 특징 및 발명 관점은 이하의 상세한 설명, 특허청구범위 및 도면을 참조하여 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 드라이브 커플링과 입력 축 어셈블리를 나타내는 본 발명의 일 실시예의 분해 사시도.
도 2는 클러치 아마추어 및 펌프 어셈블리와의 스플라인 인게이지먼트시의 드라이브 커플링을 나타내는 단면도.
도 3은 입력 축상에 어셈블링된 드라이브 커플링을 나타내는 사시도.
도 4는 도 3의 라인 4-4를 지나는 입력 축과 드라이브 커플링의 단면도.
도 5는 도 2의 라인 5-5를 지나는 단면도.
이제 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명할 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 클러치 어셈블리(14)와 펌프 어셈블리(16) 사이에 회전력을 전달하는 입력 축(12)상에 회전가능하게 지지되는 드라이브 커플링(10)을 포 함하는 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 클러치 어셈블리(14)는 일반적으로, 클러치가 "인게이지될" 때 함께 회전하고 클러치가 "디스인게이지될" 때 서로 독립적으로 회전하는 입력 부재(15)와 출력 부재(17)를 포함한다. 일반적으로, 클러치 어셈블리(14)는, 입력 부재(15)와 출력 부재(17)에 부착된 복수의 판이 마찰 접촉하게 될 때 "인게이지되어", 상기 판이 실질적으로 동일한 속도로 회전한다. 클러치 입력 부재(15)는 일반적으로 입력 장치의 속도에 비례하여 회전하게 하기 위해 엔진과 같은 입력 장치(도시되지 않음)에 결합된다. 입력 축(12)은 클러치가 "인게이지될" 때 입력 장치의 속도에 비례하는 속도로 회전하도록 출력 부재(17)에 연결된다. 상기 입력 축(12)은 일반적으로 트랜스미션과 같은 동력-전달 장치(도시되지 않음)에 회전 입력을 제공한다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 드라이브 커플링(10)은 입력 축(12)을 수용하기 위한 덕트(20)를 구비한 원통형 보디(18)를 포함하는 것이 바람직하다. 니들 베어링과 같은 복수의 베어링 부재(22 및 24)는 드라이브 커플링(10)의 전단부(30)와 후단부(32)에 각각 위치한 적어도 두 개의 홈(26, 28)에 배치되는 것이 바람직하다. 베어링 부재(22, 24)는 보디(18)와 입력 축(12)의 외부 표면(33) 사이에 배치되어, 입력 축(12)에서의 드라이브 커플링(10)의 독립적인 회전을 허용한다. 스러스트 와셔는 드라이브 커플링(10)의 각 단부(30, 32)에 근접하게 배치되어, 베어링 부재(22, 24)의 위치를 홈(26, 28)에 각각 고정시키는 것이 바람직하다. 표면(33)은 스냅 링과 같은 로킹 부재(37)를 수용하기 위한, 바람직하게는 하나 및 더욱 바람직하게는 두 개의 홈(36)을 포함한다. 로킹 부재(37)는 드라이브 커플링(10)의 위치를 입력 축(12)상에 고정시키기 위해 스러스트 와셔(34)에 근접하게 배치되는 것이 바람직하다. 드라이브 커플링(10)은 또한, 각각 각 단부(30, 32)에 근접하게 바람직하게는 스플라인되며 더욱 바람직하게는 배치되는 두 개의 연결 표면(40, 42)을 포함한다. 도 2를 참조하면, 펌프 어셈블리(16) 및 클러치 어셈블리(14)로의 입력 축(12) 조립시, 연결 표면(40)은 클러치 아마추어(46)의 상응하는 연결 내부 표면(44)에 인게이지하도록 배치된다. 이와 유사하게, 연결 표면(42)은 펌프 어셈블리(16)내에 높인 피니언 기어(50)의 상응하는 연결 내부 표면(48)에 인게이지하도록 배치된다. 클러치 아마추어(46)가 입력 장치에 비례하는 속도로 회전하도록, 상기 클러치 아마추어(46)가 클러치 입력 부재(15)에 고정된다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 펌프 어셈블리(16)는 제1 세로 중심선(51)을 따라 입력 축(12)에 동심으로 배치되는 것이 바람직하며, 일반적으로 펌프(52)와 매니폴드(54)를 포함한다. 펌프(52), 바람직하게는 게로터 유형의 펌프(52)는 일반적으로, 펌프 어셈블리(16)의 제1 세로 중심선(51)에 평행하고 이것과 측방향으로 분리되어 있는 제2 세로 중심선(64)을 중심으로한 회전에 대해 링 기어(56)를 지지함에 있어 하우징(62)의 원통 내부 표면(60)과 상호협력하는 원통 외부 표면(58)을 가진 링 기어(56)를 포함한다. 피니언 기어(50)는 링 기어(56)의 내부에 배치되며, 펌프 어셈블리(16)의 제1 세로 중심선(51)을 중심으로 드라이브 커플링(10)과 한 유닛으로서 회전하기 위해 상기 드라이브 커플링(10)에 결합된다. 세로 중심선들(51 및 64) 간의 측방향 분리와 각각의 기어(50 및 56)상의 티스(teeth)(65)는 복수의 가 변 용적 펌핑 챔버(66)를 형성하도록 상호협력하는데, 그 후 기어 부재의 회전 중에, 펌핑 챔버(66)는 최대 용적까지 그 용적이 증가한 다음, 용적이 감소한다. 펌프 어셈블리(16)내의 입구 포트(도시되지 않음)로부터의 유체가 볼륨이 증가하고 있는 펌핑 챔버(66)로 유입된다. 기어(50 및 56)를 더 회전시키면, 펌핑 챔버(66)는 그 용적이 감소하여, 더 높은 압력에서 펌프의 출구 포트(도시되지 않음)를 통해 유체를 푸시 아웃한다. 펌프 어셈블리(16)의 동작은 클러치 어셈블리(14)의 동작을 냉각, 윤활 및 제어하기 위한 유체 동력을 제공한다.
이제, 도 2 및 도 5를 참조하여 드라이브 커플링(10)의 동작을 설명할 것이다. 입력 장치가 작동하면, 드라이브 커플링(10)이 클러치 아마추어(46)의 회전에 비례하는 속도로 회전하기 시작한다. 드라이브 커플링(10)의 회전으로 인해, 펌프(52)의 피니언 기어(50)가 클러치 아마추어(46)의 속도에 비례하는 속도로 회전하여, 상기 설명된 바와 같은 펌프 어셈블리(16)의 동작이 이루어질 수 있다. 피니언 기어(50)와 링 기어(56)의 회전 중에, 용적이 감소하고 있는 펌핑 챔버(66)에서 유체가 압축됨에 따라 레이디얼 하중이 발생된다. 압축된 유체에 의해 발생된 레이디얼 하중의 효과는 피니언 기어(50) 및 연결된 드라이브 커플링(10)을 중심을 벗어나게 푸시하고자 시도하는 힘으로 간주될 수 있다. 이 외에도, 드라이브 커플링(10)과 클러치 아마추어(46) 사이의 연결 표면이 드라이브 커플링(10) 상에 모멘트 하중을 생성한다. 그러나, 드라이브 커플링(10)을 입력 축(12)상에 회전가능하게 지지함으로써, 구성요소에 대한 조기 마모 또는 가능한 손상을 방지하도록 드라이브 커플링(10)에 작용하는 레이디얼 및 모멘트 하중에 대항한다.
상기 기술된 바와 같이, 입력 축(12)은 클러치가 "디스인게이지될" 때 아이들 상태를 유지한다. 베어링 부재(22, 24)는 아이들 입력 축(12)과 독립적으로 드라이브 커플링(10)이 클러치 아마추어(46)와 회전할 수 있게 한다. 입력 축(12)상에서의 드라이브 커플링(10)의 독립적인 회전 능력은, 클러치가 점차로 인게이지됨에 따른 입력 축(12)과 드라이브 커플링(10)의 상이한 회전 속도를 허용한다. 클러치가 인게이지됨에 따라, 입력 축은 입력 축(12)의 속도가 실질적으로 드라이브 커플링(10)의 속도에 비례할 때까지 그 속도를 증가시킨다.
따라서, 본 발명은 입력 축 및 클러치 어셈블리와의 펌프 어셈블리의 동심 정렬을 허용하는 펌프 드라이브 및 지지 구조를 제공한다. 본 발명의 펌프 드라이브와 지지 구조는 펌프 동작 중에 펌프 소자에 의해 발생된 레이디얼 및 모멘트 하중에 대항하여, 구성요소에 대한 조기 마모 또는 가능한 손상을 방지한다. 이 외에도, 본 발명의 펌프 드라이브 및 지지 구조에 의하면, 입력 축과 드라이브 커플링 사이에 차동 회전이 이루어진다.
본 발명에 대한 소정의 바람직한 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 본원에서 설명 및 도시된 것으로 제한되지 않는데, 이것은 단지 본 발명을 수행하는 최적의 모드를 설명하는 것이라 할 수 있다. 당업자들이라면, 본 발명 내에서 소정의 변형 및 변화가 이루어지게 되며, 이러한 변화 및 변형은 특허청구범위에 정의된 의도와 범위내에 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 클러치 어셈블리와, 상기 클러치 어셈블리의 동작을 제어하기 위한 유체 동력을 제공하는 펌프 어셈블리를 연결하는 커플링 장치로서, 상기 펌프 어셈블리는 입력 축과 동심으로 배치되고, 상기 클러치 어셈블리와 공통의 세로 중심선을 갖는 커플링 장치에 있어서,
    상기 입력 축 상에 회전 가능하게 지지되고, 제 1 단부에서 제 2 단부까지 연장하는 보디 부재 및;
    상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부의 각각의 근처에 배치되어, 상기 보디 부재를 상기 클러치 어셈블리 및 상기 펌프 어셈블리에 고정하도록 상기 클러치 어셈블리 및 상기 펌프 어셈블리의 양방의 상응하는 연결 표면에 인게이지하는 연결 표면을 포함하는데,
    상기 커플링 장치의 회전은 상기 입력 축의 회전과 무관한 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보디 부재의 각 단부에 근접하여 홈이 배치되는 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 홈의 각각에 베어링 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 베어링 부재의 각각은 니들 베어링인 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 베어링 부재에 근접하여 와셔가 배치되는 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 와셔에 근접하여 로킹 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 표면은 스플라인 표면인 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  8. 클러치 어셈블리와, 상기 클러치 어셈블리의 동작을 제어하기 위한 유체 동력을 제공하는 펌프 어셈블리를 연결하는 드라이브 커플링 장치로서, 상기 펌프 어셈블리는 입력 축과 동심으로 배치되고, 상기 클러치 어셈블리와 공통의 세로 중심선을 갖는 드라이브 커플링 장치에 있어서,
    상기 입력 축 상에 회전 가능하게 지지되고, 상기 클러치 어셈블리의 아마추어에 인게이지하는 제 1 연결 표면을 가진 전단부에서 상기 펌프 어셈블리의 기어에 인게이지하는 제 2 연결 표면을 가진 후단부까지 연장하는 원통형 보디를 가진 보디 부재 및;
    상기 보디 부재의 상기 전단부 및 후단부의 각각의 근처에 배치되고, 제각기, 상기 드라이브 커플링 장치의 회전이 상기 입력 축의 회전과 무관하게 하도록 베어링 부재가 배치된 홈을 포함하는데,
    상기 드라이브 커플링 장치의 회전은 상기 입력 축의 회전과 무관하고, 상기 드라이브 커플링 장치는 상기 드라이브 커플링 장치가 인게이지된 표면 사이에 생성된 모멘트 하중을 제한하고, 상기 펌프 어셈블리 내에서 생성된 레이디얼 하중에 대항하도록 상기 입력 축 상에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 드라이브 커플링 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 베어링 부재의 각각은 니들 베어링인 것을 특징으로 하는 드라이브 커플링 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 베어링 부재에 근접하여 와셔가 배치되는 것을 특징으로 하는 드라이브 커플링 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 와셔에 근접하여 로킹 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 드라이브 커플링 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 연결 표면은 스플라인 표면인 것을 특징으로 하는 드라이브 커플링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 아마추어 및 상기 기어는 제각기 상기 제 1 및 제 2 연결 표면에 인게이지하는 스플라인 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이브 커플링 장치.
  14. 클러치 어셈블리의 클러치 입력 부재와, 상기 클러치 어셈블리를 동작시키기 위한 유체 동력을 제공하는 펌프 어셈블리 사이에 회전 동력을 전달하는 펌프 드라이브 시스템에 있어서,
    상기 클러치 입력 부재에 고정되어, 제 1 세로 중심선 주변을 회전하는 클러치 아마추어;
    상기 제 1 세로 중심선으로부터 횡 방향으로 분리된 제 2 세로 중심선 주변을 회전하는 제 2 펌프 기어 부재 내에서 상기 제 1 세로 중심선 주변을 회전하는 제 1 펌프 기어 부재로서, 상기 제 1 펌프 기어 부재 및 상기 제 2 펌프 기어 부재가 복수의 펌핑 챔버를 생성하도록 상호 협력하는 제 1 펌프 기어 부재 및;
    상기 클러치 아마추어 및 상기 제 1 펌프 기어 부재를 인게이지하며, 입력 축 상에 회전 가능하게 지지되어, 상기 제 1 세로 중심선 주변을 회전하는 드라이브 커플링 장치를 포함하는데,
    상기 펌프 드라이브 시스템의 회전은 상기 입력 축의 회전과 무관하고, 상기 펌프 드라이브 시스템은 상기 펌프 드라이브 시스템이 유체가 상기 복수의 펌핑 챔버에서 압축될 시에 생성되는 레이디얼 하중에 대항하도록 상기 입력 축 상에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 펌프 드라이브 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 드라이브 커플링 장치의 각 단부의 근처에 홈이 배치되는 것을 특징으로 하는 펌프 드라이브 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 홈의 각각에 베어링 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 펌프 드라이브 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 베어링 부재의 각각은 니들 베어링인 것을 특징으로 하는 펌프 드라이브 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 베어링 부재에 근접하여 와셔가 배치되는 것을 특징으로 하는 펌프 드라이브 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 와셔에 근접하여 로킹 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 펌프 드라이브 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 드라이브 커플링 장치는 스플라인 인게이지먼트에 의해 상기 클러치 아마추어 및 상기 제 1 기어 부재에 고정되는 것을 특징으로 하는 펌프 드라이브 시스템.
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