KR101511879B1 - 하드웨어 윤활을 위한 직접 유동 경로를 구비한 하우징 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베어링을 둘러싸는 하우징을 제공한다. 하우징은 윤활제가 분산되는 측벽을 포함한다. 측벽은 경사진 부분을 구비하며, 회수 영역이 측벽과 유체 연결된다. 유체 회로가 측벽과 일체로 형성되고, 그에 따라 유체 회로는 회수 영역 내로 윤활제를 유도하도록 구성된다.

Description

하드웨어 윤활을 위한 직접 유동 경로를 구비한 하우징{HOUSING WITH A DIRECT FLOW PATH FOR HARDWARE LUBRICATION}

본 발명은 주조 하우징에 관한 것으로, 특히 베어링을 윤활하기 위한 개선된 유체 경로를 구비한 변속기의 주조 하우징에 관한 것이다.

종래의 변속기는 기어, 샤프트, 클러치, 마찰/반응 플레이트, 베리에이터(variator), 유성 기어 세트, 베어링 등을 둘러싸는 외부 주조 하우징을 포함할 수 있다. 외부 주조 하우징은 서로 연결된 복수의 하우징들에 의해 형성될 수 있다. 작동 중에, 변속기의 내부 부품들은 극한 온도에 도달할 수 있으므로, 냉각 수단을 필요로 한다. 예컨대, 베어링의 온도를 소정의 임계값보다 낮게 유지하기 위해서는, 윤활제를 베어링과 접촉하도록 도포 또는 분사할 필요가 있다. 베어링 온도가 임계값을 초과하면, 베어링이 고장나서 변속기에 잠재적 손상을 초래하고 변속기의 작동에 악영향을 미칠 수 있다.

베어링 또는 다른 내부 부품을 윤활하는 종래의 방식들이 여러 개 있다. 이러한 방식 중 하나는 예컨대 베어링이 변속기 내에 설치 또는 조립되기 전에 윤활을 적용하는 것이다. 그러나, 소정의 시간 기간에 걸쳐, 특히 베어링 온도가 극한 온도에 도달하는 경우, 베어링은 추가적인 윤활을 필요로 한다. 그러므로, 종래의 변속기는 그 내부에 통합된 복수의 윤활 회로들(lube circuits)을 포함할 수 있다. 펌프가 변속기 내의 복수의 윤활 회로들에 윤활제를 공급할 수 있다. 예컨대, 샤프트는 윤활제가 통과하는 윤활공들을 구비하도록 드릴링될 수 있고, 베어링들 및 다른 내부 부품들에 충분한 윤활을 제공할 수 있다.

윤활제는 Castrol Ltd.에 의해 제조된 합성 오일인 TranSynd^TM와 같은 변속기 유체일 수 있다. 당해 기술분야의 숙련자는 다른 유형의 윤활제들을 알고 있을 것이다. 작동 중에, 변속기에 의해 생성된 동력 및 토크의 양은 변속기 내의 샤프트에 상당량의 응력을 가할 수 있다. 이러한 응력은 샤프트 내에 형성된 윤활 회로들의 수량 및 위치를 제한할 수 있다. 이러한 경우에, 샤프트 내의 윤활공을 통과하는 윤활제에 의해 통상적으로 윤활되는 베어링이 대안적인 방식으로 윤활될 수 있다. 종종, 베어링이 충분한 윤활을 받지 못하고 결국 고장날 수 있거나, 또는 더 많은 윤활제가 베어링에 도달하도록 변속기가 재설계될 필요가 있을 수 있다. 대안으로, 베어링은 가까운 윤활 회로가 구비된 변속기 내에 재위치될 필요가 있을 수 있다. 다른 설계들에서, 윤활제는 베어링에 윤활을 간접적으로 제공하는 윤활 회로들을 통해 유도된다. 다시, 베어링은 충분한 윤활을 받지 못하고, 결국 과열되고/과열되거나 고장날 수 있다.

그러므로, 특히 윤활 경로가 샤프트 내에 일체로 형성될 수 없을 때, 하우징에 둘러싸인 베어링에 충분한 윤활을 제공하기 위해 개선된 윤활 경로가 내부에 통합된 주조 하우징에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명의 하나의 예시적인 실시예에서, 베어링을 둘러싸는 하우징을 제공한다. 하우징은 윤활제가 분산되는 측벽을 포함한다. 측벽은 각지게 배치된 부분을 구비한다. 하우징은 또한 측벽과 유체 연결된 회수 영역을 포함한다. 유체 회로가 측벽과 일체로 형성되고, 그에 따라 유체 회로는 회수 영역 내로 윤활제를 유도하도록 구성된다. 회수 영역은 베어링에 유체 결합될 수 있다. 또한, 회수 영역 및 각지게 배치된 부분은 측벽의 반대편들에 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 변속기는 베어링, 및 베어링에 유체를 공급하도록 구성된 유체 공급원을 포함한다. 변속기는 또한 베어링과 유체 공급원을 둘러싸는 하우징을 포함한다. 하우징은 전면이 후면의 반대편에 있도록 전면과 후면을 한정하는 측벽을 구비한다. 측벽은 유체 공급원으로부터 유체를 받도록 구성된다. 하우징은 또한 측벽의 전면으로부터 각지게 배치된 표면, 및 측벽의 후면과 베어링 사이에 형성된 회수 영역을 포함한다. 회수 영역은 표면과 유체 연결되며, 유체를 회수하도록 구성된다. 유체 회로가 전면과 표면을 따라 한정되며, 회수 영역 내로 유체를 유도하도록 구성된다.

다른 실시예에서, 베어링에 윤활을 제공하기 위한 하우징은 윤활제가 분산되는 벽을 포함한다. 벽은 제2 부분이 제1 부분으로부터 경사지도록 제1 부분과 제2 부분을 구비한다. 하우징은 윤활제를 회수하기 위한 수단을 더 포함한다. 회수 수단은 베어링에 인접하게 배치된다. 하우징은 또한 벽으로부터 회수 수단으로 윤활제를 유도하기 위한 수단을 포함한다. 유도 수단은 회수 수단과 유체 연결된다.

상이한 실시예에서, 변속기의 하우징 내에서 베어링을 윤활하는 방법을 제공한다. 하우징은 제1 부분과 제2 부분에 의해 한정된 측벽을 포함한다. 하우징의 제2 부분은 제1 부분으로부터 각지게 배치된다. 하우징은 측벽과 베어링 사이에 한정된 오목한 부분을 더 포함한다. 상기 방법은 측벽에 윤활제를 도포하는 단계, 및 측벽의 제1 부분으로부터 제2 부분으로 윤활제를 유도하는 단계를 포함한다. 윤활제는 오목한 부분에 회수되고, 베어링은 회수된 윤활제로 윤활된다. 상기 방법은 측벽의 제1 부분을 따라 윤활제를 안내하는 단계를 더 포함할 수 있다.

전술한 다양한 실시예들과 연관된 이점은, (특히 윤활 회로의 제공이 샤프트를 약화시키는 경우) 샤프트를 통해 윤활 회로를 제공하지 않으면서, 베어링에 충분한 윤활을 제공할 수 있는 능력이다. 대신, 하우징이 윤활 유로를 한정한다. 윤활제를 회수 영역으로 유도하기 위해 하우징의 일부가 각지게 배치된다. 윤활제가 회수 영역 내에 수용됨에 따라, 윤활제가 그 안에 회수되고, 베어링 온도를 합리적인 레벨로 유지하는 데에 요구되는 필요한 양의 윤활을 제공한다.

다른 이점은 하우징이 베어링에 이르는 직접적인 윤활 경로를 한정한다는 것이다. 다른 종래의 윤활 회로들에 있어서, 윤활 경로는 간접적이며, 불충분한 양의 윤활제가 베어링에 도달한다. 전술한 바와 같이, 베어링이 과열 및 고장날 수 있기 때문에, 이는 바람직하지 않은 상황을 초래한다. 그러나, 전술한 실시예들에서, 하우징에 의해 한정된 윤활 회로는 공급원으로부터 윤활제를 받아, 회수 영역으로 직접 안내한다. 결과적으로, 충분한 양의 윤활제가 회수 영역 내에 회수되어 베어링을 윤활한다.

첨부 도면과 병행하여 본 발명의 실시예들에 대한 후술하는 설명을 참조함으로써, 본 발명의 전술한 양상들 및 이들을 달성하는 방식이 더욱 명확해질 것이고, 본 발명 자체가 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 개선된 윤활 유로를 구비한 변속기 하우징의 일부의 부분 측부 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 하우징의 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 하우징의 일부의 정면도이다.
도 4는 도 1의 하우징의 개략적인 측면도이다.
여러 도면들에 걸쳐 대응하는 구성요소들을 나타내도록 대응하는 도면 부호들을 사용한다.

후술하는 본 발명의 실시예들은 철저히 하려는 의도이거나, 본 발명을 후술하는 상세한 설명에 개시된 정확한 형태로 제한하려는 의도가 아니다. 오히려, 실시예들은 당해 기술분야의 다른 숙련자들이 본 발명의 원리 및 실시를 인정하고 이해할 수 있도록 선정되고 설명된 것이다.

하우징(102)의 예시적인 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 하우징(102)은 임의의 하우징(예컨대, 엔진, 밸브 등)일 수 있지만, 본 실시예에서 하우징(102)은 동력 차량용 변속기(100)의 일부이다. 특히, 하우징(102)은 전기 및 기계 부품들을 위한 인클로져(enclosure)를 제공할 수 있다. 하우징(102)은 인클로져를 형성하는 복수의 벽들을 한정한다. 하우징(102)은 주조 알루미늄 또는 임의의 다른 금속 재료로 형성될 수 있다. 대안으로, 다른 실시예에서, 하우징은 플라스틱 또는 수지 재료로 형성될 수 있다. 당해 기술분야의 숙련자는 하우징(102)을 형성할 수 있는 다른 재료들을 인식할 것이다.

전술한 바와 같이, 도 1의 하우징(102)은 변속기(100)의 외부 하우징 또는 메인 케이스이다. 하우징(102)은 내부 부품들을 둘러싸는 내벽(104)을 한정한다. 하우징(102)은 전체 인클로져가 원추형, 원통형, 절두원추형, 입방형, 또는 숙련자에게 알려진 임의의 다른 형상을 가지도록 하나 이상의 내벽(104)을 한정할 수 있다. 다른 벽들, 예컨대 측벽들이 내벽(104)과 일체로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 1의 실시예에서, 측벽(106)은 하우징(102)의 상하부 가까이에 형성된다. 측벽(106)은 내벽(104)에 대해 실질적으로 수직이며, 그로부터 반경방향 내부로 돌출된다. 측벽(106)의 두께는 그 길이를 따라 변화될 수 있다. 예컨대, 도 1에서는, 측벽(106)의 제1 부분(106A)이 내벽(104)에 인접하게 배치된 제2 부분(106B)보다 더 큰 두께를 가진다.

측벽(106)의 두께 변화는 측벽(106)과 접촉하거나 매우 근접하여 있는 전기 또는 기계 부품들의 크기 및 위치에 기인할 수 있다. 도시된 실시예에서, 하우징(102)은 베리에이터(112), 샤프트(114), 베어링(116), 유지 너트(118), 및 베어링 파일럿(120)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 하우징(102)은 또한 도시되지 않은 추가적인 부품들을 둘러쌀 수 있다. 베리에이터(112)가 도 1에 도시되어 있지만, 펌프 또는 다른 유체 공급원이 하우징(102)에 둘러싸일 수 있다. 도시된 바와 같이, 베어링 파일럿(120)은 하우징(102) 내에 조립되고, 측벽(106)에 형성된 개구를 관통한다. 개구는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형 등을 포함한 임의의 형상일 수 있다.

측벽(106)의 제2 부분(106B)은 베리에이터(112)를 향해 배향된 실질적으로 수직인 표면을 한정한다. 그러나, 측벽(106)의 제1 부분(106A)은 제2 부분(106B)으로부터 각지게 배치되거나 경사진 표면(108)을 한정한다. 표면(108)은 0° 내지 45°의 각도로 경사질 수 있다. 일 실시예에서, 표면(108)은 5° 내지 25°의 각도로 배치된다. 유리한 실시예에서, 표면(108)은 약 15°로 배치된다. 도시된 바와 같이, 표면(108)은 베어링(116)을 향해 배향된다.

도 1의 실시예에서, 측벽(106)은 적어도 2개의 면을 형성한다. 전면(122)은 표면(108)을 한정하고, 실질적으로 베리에이터(112)를 향해 배향된다. 반대편에서, 제2 면(124)은 실질적으로 베어링(116)과 유지 너트(118)를 향해 배향된다. 회수 영역(110; 예컨대, 홈)이 하우징(102) 내에 형성되며, 제2 면(124)에 의해 부분적으로 한정된다. 회수 영역(110)은 베어링(116)에 인접하고, 그에 따라 변속기 유체가 예컨대 그 안에 회수되거나 “고이게 되어” 베어링(116)을 윤활할 수 있다. 도시된 바와 같이, 회수 영역(110)의 횡단면은 유체가 베어링(116)으로 운반되는 것을 용이하게 하기 위해 실질적으로 L자형이다. 도 1의 실시예에서는 회수 영역(110)이 베어링(116)에 의해 부분적으로 한정되지만, 다른 실시예들에서는 상이한 전기 또는 기계 부품이 회수 영역(110)을 부분적으로 한정할 수 있다. 다시 말하면, 유체에 의해 냉각될 수 있는 임의의 전기 또는 기계 부품이 회수 영역(110)을 부분적으로 한정하도록 사용될 수 있다. 그러나, 부품과 무관하게, 하우징(102)은 회수 영역(110)을 적어도 부분적으로 한정하고, 몇몇 실시예들에서는, 하우징(102)이 전체 회수 영역(110)을 실질적으로 한정할 수 있다.

도 2에서, 복수의 윤활 유로들이 도시된다. 예컨대, 샤프트(114)는 변속기 유체가 진행할 수 있는 중앙 유로(202)를 구비한다. 또한, 한 쌍의 유로(204, 206)가 일 단에서 중앙 유로(202)에 유체 결합되고, 그로부터 반경방향 외부로 연장된다. 중앙 유로(202)를 통과하는 변속기 유체는 한 쌍의 윤활 유로(204, 206)를 통해 유도되는데, 이는 시일(208)이 유체가 샤프트(114)의 단부를 통해 빠져나가지 못하도록 막고 있기 때문이다. 타 단에서, 윤활 유로들(204, 206)은 유체가 중앙 유로(202)를 통과하고 유로들(204, 206)을 통해 빠져나갈 수 있도록 가로막히지 않는다. 그러나, 중앙 유로(202)와 윤활 유로들(204, 206)을 통과하는 모든 유체가 베어링(116)으로 유도될 수 없다. 그러므로, 이런 방식으로는 베어링(116)을 윤활할 수 없다.

전술한 바와 같이, 종래의 윤활 회로들은 베어링에 유체를 유도하는 윤활 유로들(204, 206)과 유사한 유로들을 샤프트(114) 내에 포함할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, 샤프트(114)에 가해진 동력과 토크의 양으로 인해, 윤활 유로들은 베어링(116)에 인접한 위치에서 샤프트(114) 내에 형성될 수 없다. 샤프트(114)는 그 내부에 윤활 유로들을 형성하거나 드릴링함으로써 약화되어, 작동 중에 응력을 견딜 수 없다. 베어링(116)이 외부 유지 링(210)과 내부 유지 링(212)에 의해 제위치에 고정됨에 따라, 베어링(116)을 샤프트(114)를 따라 이동시키는 것도 불가능하다. 그러므로, 베어링(116)에 윤활을 제공하기 위해서는, 상이하지만 직접적인 윤활 회로가 요구된다. 전술한 개선된 하우징(102)은 베어링(116)을 위한 충분한 윤활을 가진 직접 윤활 회로를 제공하는데 성공적이다.

도 3을 참조하면, 하우징(102)과 유동 경로의 일부의 확대도가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 하우징(102)은 내벽(104)에 대해 실질적으로 수직인 측벽(106), 및 측벽(106)에 대해 각지게 배치되거나 경사진 표면(108)을 포함한다. 적어도 하나의 실시예에서, 측벽(106)은 내벽(104)에 대해 완전히 수직으로 배치될 필요가 없다. 실제로, 측벽(106)은 돌기들, 홈들 등을 포함할 수 있다.

표면(108)은 유체 유동을 도울 수 있는 가장자리들(302, 304)을 포함한다. 유체가 회수 영역(110)을 향해 유도되고(도 4 참조), 베어링(116) 뒤에 회수되도록, 가장자리들(302, 304)이 각진 배치를 가질 수 있다. 표면(108)은 180° 미만의 원주를 가진다. 가장자리들(302, 304)은 A-A 축에 대해 각각 θ₂와 θ₁의 각도로 배치된다. 각도들(θ₂, θ₁)은 실질적으로 같을 수 있거나, 또는 다른 실시예들에서는, 두 각도가 다를 수 있다. 예컨대, 각도들(θ₂, θ₁)은 90° 미만일 수 있다. 일 실시예에서, 두 각도(θ₂, θ₁)는 대략 75°이다. θ₂와 θ₁이 90° 미만이므로, 가장자리들(302, 304)은 측벽(106)과 표면(108)으로부터 회수 영역(110)으로 유체를 유도한다.

또한, 측벽(106)은 그 내부의 중앙에 한정된 개구와 함께 도시된다(도 1 참조). 전술한 바와 같이, 베어링 파일럿(120)의 일부가 개구를 관통하도록, 베어링 파일럿(120)이 하우징(102) 내에 조립될 수 있다. 측벽(106)과 특히 전면(122)은 하우징(102)의 하부 가까이에 배치된 표면(214)을 한정한다. 표면(214)은 회수 영역(110)으로부터 측벽(106)의 반대편에 배치된다.

도 4의 실시예를 참조하면, 베리에이터(112)가 유체 공급원의 역할을 할 수 있다. 다른 실시예들에서, 펌프 또는 다른 장치가 유체 공급원의 역할을 할 수 있다. 작동 중에, 베리에이터(112)는 다양한 방향으로 유체(400)를 분산시킨다. 유체(400)의 일부는 하우징(102)의 내벽(104) 위로 분산된다. 유체(400)의 다른 일부는 측벽(106) 위로 직접 분산될 수 있다. 내벽(104) 위로 분산된 유체(400)의 일부는 측벽(106)을 따라 아래로 유도될 때까지 내벽(104)을 따라 흐를 수 있다. 충분한 양의 유체(400)가 각지게 배치된 표면(108)에 도달하도록, 유체(400)가 내벽(104) 및/또는 측벽(106)을 따라 흐른다. 측벽(106)과 표면(108)의 교차점에서, 유체(400)는 표면(108)을 따라 계속 흐른다. 유체(400)의 일부는 베어링(116)의 상부에 도달하지만(도 4에 도시됨), 유체(400)의 잔량은 표면(108)을 지나 흐르고, 회수 영역(110) 내에 수용된다. 유체(400)가 회수 영역(110) 내에 수용됨에 따라, 유체(400)는 베어링(116)에 유체 결합된다. 이로써, 베어링(116)을 충분히 윤활한다.

그러므로, 전술한 하우징(102)은 베어링(116)에 직접 유체 또는 윤활 경로를 제공한다. 유체(400)는 유체 공급원으로부터 하우징 벽, 예컨대 내벽(104) 또는 측벽(106) 위로 분산된다. 하우징 벽들의 중력 및 각진 배향으로 인해, 충분한 양의 유체(400)가 베어링(116)과 접촉하도록 흐르고, 적절한 윤활을 제공할 수 있다. 유리하게는, 윤활 경로가 샤프트에 형성된 구멍들 또는 개구들을 관통할 필요가 없다. 결과적으로, 변속기(100)는 더 높은 토크를 견디고, 차량에 더 큰 동력을 제공할 수 있다.

본 발명의 원리들을 포함하는 예시적인 실시예들이 상기에 개시되었지만, 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되지 않는다. 오히려, 본 출원은 본 발명의 일반적인 원리들을 사용한 본 발명의 모든 변경들, 용도들, 또는 개조들을 포괄하도록 의도된다. 게다가, 본 출원은, 첨부된 청구범위의 범주에 속하며 본 발명이 속하는 기술분야의 주지의 또는 관습적인 실시의 범위 내에 있는, 본 개시로부터의 변경들을 포괄하도록 의도된다.

관련 출원

본 출원은 2010년 8월 13일에 출원된 미국 가출원 일련번호 제61/373,465호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체가 이에 참조로서 포함된다.

Claims (37)

1. 베어링을 둘러싸는 하우징에 있어서,
   하우징에 규정된 회전축으로, 베어링이 회전축을 중심으로 회전하도록 위치되는, 회전축;
   경사진 부분을 구비하며, 윤활제가 분산되는 측벽으로, 측벽의 일측에 제1면을 형성하고 반대되는 측에 제2면을 형성하기 위해 하우징의 반경방향 내부로 돌출하고 회전축에 수직인, 측벽;
   상기 측벽과 유체 연결되고, 상기 제2면에 의해 적어도 부분적으로 규정되는 회수 영역; 및
   상기 측벽과 일체로 형성된 유체 경로;
   를 포함하며,
   상기 유체 경로는 상기 회수 영역 내로 윤활제를 유도하도록 구성되고, 상기 제1면과 제2면은 상기 하우징 내에 위치되고, 상기 제1면과 제2면은 실질적으로 반대되는 방향을 향하고 있는 것인, 하우징.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회수 영역은 상기 베어링에 유체 결합되는, 하우징.
3. 제1항에 있어서,
   상기 회수 영역과 상기 경사진 부분은, 상기 측벽의 반대되는 측에 각각 형성되는, 하우징.
4. 제1항에 있어서,
   상기 경사진 부분은 상기 회수 영역을 향해 각지게 배치되는, 하우징.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1면은 실질적으로 수직인 면을 형성하는, 하우징.
6. 제5항에 있어서,
   상기 경사진 부분은 상기 실질적으로 수직인 면으로부터 180° 내지 225°로 배치되는, 하우징.
7. 제6항에 있어서,
   상기 경사진 부분은 상기 실질적으로 수직인 면으로부터 195°로 각지게 배치되는, 하우징.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제1면은 실질적으로 편평한, 하우징.
9. 제8항에 있어서,
   상기 경사진 부분은 상기 제1면으로부터 내부로 움푹 패인, 하우징.
10. 제9항에 있어서,
    상기 경사진 부분은 상기 제1면의 180° 미만을 따라 내부로 움푹 패인, 하우징.
11. 제10항에 있어서,
    상기 경사진 부분은 상기 제1면의 150°를 따라 내부로 움푹 패인, 하우징.
12. 제5항에 있어서,
    복수의 가장자리들이 상기 경사진 부분과 상기 제1면 사이에 한정되고, 상기 회수 영역을 향해 윤활제를 유도하기 위해 상기 경사진 부분으로부터 각지게 배치되는, 하우징.
13. 제1항에 있어서,
    상기 경사진 부분은 상기 측벽으로부터 상기 회수 영역으로 윤활제를 유도하는, 하우징.
14. 제1항에 있어서,
    상기 경사진 부분은 상기 측벽의 상부 가까이에 형성되고, 상기 회수 영역은 상기 측벽의 하부 가까이에 형성되는, 하우징.
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