KR19990023817A - 유성 기어장치를 가지는 연결 커플링상의 비틀림 진동 댐퍼 - Google Patents

유성 기어장치를 가지는 연결 커플링상의 비틀림 진동 댐퍼 Download PDF

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Abstract

유압식 토크 컨버터의 연결 커플링상의 비틀림 진동 댐퍼는 구동측 전동부재로 구성되고, 상기 구동측 전동부재는 상기 컨버터 하우징과 작동 연결될 수 있으며 원주방향으로 작용하는 에너지 저장부가 구비된 커플링장치에 의해서 출력측 전동부재와 연결되어 있으며, 상기 출력측 전동부재는 상기 토크 컨버터의 출력측 구성요소와 회전할 수 없다. 상기 전동부재들은 상기 커플링장치와 함께 기어부재들을 가지는 기어박스를 형성하고, 상기 기어부재들에 의해서 분리주파수를 형성하기 위해 질량 매트릭스의 부(副)대각선이 메워지고, 이때 상기 질량 매트릭스내에 포함되는 기어부재들 및 강도 매트릭스내에 포함되는 상기 에너지 저장부의 스프링들의 질량 관성 모멘트의 상응하는 설계에 의해서 분리주파수가 차량의 구동라인의 예정된 고유 주파수에 맞추어 조절될 수 있다.

Description

유성 기어장치를 가지는 연결 커플링상의 비틀림 진동 댐퍼
본 발명은 특허청구범위의 전제부에 상응하는 유압식 토크 컨버터의 연결 커플링(bridging coupling)상의 비틀림 진동 댐퍼(tortional oscillation damper)에 관한 것이다.
상기와 같은 비틀림 진동 댐퍼는 예를 들어 DE 41 21 586 A1을 통해서 개시되었다. 도 1에 의하면, 상기 토크 컨버터는 연결 커플링으로 구성되고, 상기 연결 커플링의 피스톤에서 이의 컨버터 하우징을 향하는 면에 마찰 라이닝부가 구비되어 있고, 상기 마찰 라이닝부에 의해서 상기 피스톤은 이웃하는 컨버터 하우징의 마찰부와 마찰 연결될 수 있다. 상기 컨버터 하우징으로부터 떨어진 면에서 상기 피스톤상에 덮개판들이 고정되어 있으며, 상기 덮개판들은 상기 비틀림 진동 댐퍼의 구동측 전동부재(transmission member)로서 작용한다. 상기 덮개판들은 에너지 저장부로서 작용하는 스프링들을 수용하기 위해 허브판상에 지지되는 구멍들을 가지며, 상기 허브판은 이의 방사상 내부영역에서 톱니에 의해서 출력측 구성요소를 이용하여 고정 브래킷 형태로 비회전식으로 터빈 허브와 연결되어 있고, 상기 터빈 허브는 톱니에 의해서 비회전식으로 출력축상에서 맞물린다. 상기 허브판은 상기 비틀림 진동 댐퍼의 출력측 전동부재로서 작용하고, 이때 상기 허브판과 상기 에너지 저장부의 구동측 전동부재 사이에서 커플링장치로서 작용한다.
상기 공개공보, 자세히 말해서 도 3에서도 마찬가지로 연결 커플링이 나타나 있으며, 여기에서 피스톤은 이의 회전운동을 이와 상기 컨버터 하우징 사이에 축방향으로 형성되며 마찰 라이닝부에 의해서 구동될 수 있는 판을 통해서 상기 터빈 임펠러에 전달하므로 상기 터빈 허브에도 전달하게 된다. 비틀림 진동 댐퍼가 생략되는 상기와 같은 연결 커플링들에 있어서, 상기 피스톤의 비틀림 진동이 발생하면, 상기 피스톤과 상기 컨터버 하우징 사이에 축방향으로 형성된 챔버내의 압력으로 인하여, 상기 피스톤이 상기 컨버터 하우징에 대하여 슬립(slip)을 가지고 작동하도록 떨어지기 때문에 상기 비틀림 진동의 진폭이 줄어든다.
차량의 구동라인은 자유 진동계로 고려해 보면, 크게 여섯 개의 질량(mass)으로 단축될 수 있고, 이때 펌프 임펠러를 가지는 구동기어 제1 질량으로, 터빈을 제2 질량으로, 전동 입력축을 제3 질량으로, 카르단식 축과 차동장치를 제4 질량으로, 휠들을 제5 질량으로 그리고 차량전체를 제6 질량으로 가정한다. n개의 질량, 여기에서는 즉 여섯 개의 질량을 가지는 자유 진동계에 있어서, 알다시피 n-1개, 즉 5개의 고유주파수가 나타나며, 상기 고유주파수들 중에서 제1 고유주파수는 전체 진동계의 회전과 관계하나 진동 댐퍼에 있어서는 중요하지 않다. 상기 고유주파수들이 여기(勵起)되는 속도는 내연기관으로 형성된 구동기어의 실린더 개수에 따라 다르게 된다.
연료소비를 가능한 한 적게 하기 위해서, 속도가 매우 낮을 때, 예를 들어 1200 r.p.m.일 때는 연결 커플링이 폐쇄되는 경향이 있고, 이는 슬립으로 인한 상기 컨버터 회로내의 손실을 가능한 한 적게 유지하기 위함이다. 4-실린더형 엔진에 있어서, 고유주파수들이 대부분 제2 차수(second order)로 발생함을 고려할 때, 1200 r.p.m.은 40 Hz에 상응한다. DE 41 21 586 A1의 도 3의 연결 커플링과 같이 비틀림 진동 댐퍼가 없는 연결 커플링에 있어서, 이는 연결 커플링이 비록 제1, 제2 고유주파수 이상이지만 제3, 제4 고유주파수 이하인 주파수에서 폐쇄되는 것을 의미한다. 상기 컨버터 회로내의 첫 번째 두 개의 고유주파수는 완충될 수 있으므로 해롭지 않은 반면에, 상기 구동라인은 제3, 제4 고유주파수를 관통할 때 여기되어 바람직하지 않은 소음이 발생하게 되고, 이때 특히 제3 고유주파수는 여전히 매우 큰 진폭을 가진다.
DE 41 21 586 A1의 도 1에 의한 비틀림 진동 댐퍼를 가지는 연결 커플링을 형성할 때, 상기 연결 커플링의 구동기어와 출력측(output)의 분리는 에너지 저장부로 인해 향상되고, 이로 인해 방해되는 제3, 제4 고유주파수의 진폭이 작아지므로 상기 주파수들은 연결 커플링이 폐쇄될 때 비틀림 진동 댐퍼가 없는 실시예에서보다 바람직하지 않은 소음을 적게 야기한다. 비틀림 진동 댐퍼에 의해 삽입된 추가 질량으로 인해 추가 고유주파수가 발생한다는 사실은 이와는 다르게 비교적 덜 해롭다. 왜냐하면 상기 주파수는 매우 낮은, 바람직하게는 600 r.p.m.이하의 속도범위, 즉 상기 연결 커플링이 개방되어 상기 컨버터 회로가 진동 완충작용할 수 있는 속도범위내에서 발생하기 때문이다.
그러나 종합적으로 상기 공개공보에 의해 형성된 비틀림 진동 댐퍼를 가지는 연결 커플링의 실시형태에도 불구하고, 특히 제3 고유주파수의 문제는 해결될 수 없는 채로 남아 있다.
DE 195 14 411 A1의 도 1에서는 터빈 허브상의 구동측 전동부재 및 알다시피 전동 입력축으로서 작용하는 출력축상의 출력측 전동부재와 비틀림 진동 댐퍼가 맞물리는 연결 커플링이 도시되어 있다. 상기와 같은 비틀림 진동 댐퍼는 전문 분야에서는 터빈 댐퍼로서 불리며 다음과 같은 특성을 가진다:
비틀림 진동 댐퍼의 출력측 전동부재와 상기 전동 입력축의 직렬연결로 인해, 상기 출력측 전동부재와 상기 구동측 전동부재를 연결시키는 에너지 저장부는 비틀림에 의해 야기되는 상기 전동축의 탄성부와 직렬로 연결된 것과 같이 작동한다. 그러나 상기 에너지 저장부의 강도가 상기 전동 입력축의 강도보다 훨씬 작기 때문에 상기 전동 입력축이 매우 탄력성이 있는 것으로 간주될 수 있는 강도가 나타난다. 상기 전동축이 비교적 큰 탄력성을 가지고 있기 때문에 향상된 분리(decoupling)가 이루어진다.
상기 구동라인에서의 고유주파수에 있어서, 상기 전동 입력축의 비교적 큰 탄성작용으로 인해 상기 제3, 제4 고유주파수가 비록 앞에서 언급된 피스톤과 터빈 허브 사이에 비틀림 진동 댐퍼를 가지는 연결 커플링과 비교할 때 더 큰 진폭을 가지지만, 상기 제3 고유주파수는 그러나 현저하게 낮은 속도, 즉 제2 고유주파수의 차수(次數) 크기 범위내의 속도에서 나타난다. 따라서 상기 연결 커플링이 1200 r.p.m.에서 폐쇄될 때 상기 제3 고유주파수는 실제로 더 이상 작용하지 않는다. 그러나 상기 제4 고유주파수는 어떠한 영향도 받지 않으므로 상기 주파수와 관련된 속도한계가 초과될 때는 소음이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은, 유압식 토크 컨버터의 연결 커플링상에 비틀림 진동 댐퍼를 형성하여 상기 연결 커플링의 폐쇄속도가 매우 낮을지라도 상기 속도와 관련된 주파수 범위 이상에서 최소 진폭을 각각 가지는 최소 고유주파수가 형성되는 데 있다.
상기 본 발명의 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 의해서 달성된다.
본 발명에 의한 비틀림 진동 댐퍼가 전동기로 구성됨으로 인한 장점은 유성 기어장치를 고려하여 하기에서 설명되고, 이때 상기 실시예에서 구동측 전동부재는 유성 휠들이 회전할 수 있도록 수용되어 있는 유성 캐리어로서 선택되었다. 상기 유성 휠들은 한쪽에서는 부동식으로 장착된 내치기어, 다른 한쪽에서는 태양 휠을 구동시키고, 이때 상기 태양 휠은 출력측 전동부재를 형성한다. 상기 유성 기어장치의 작동방식, 특히 여기에서는 유성 기어장치에 의해서 추가 삽입된 전동질량으로 인해 하기하는 공식과 같이 제시되어 있는 질량 매트릭스 M이 산출된다.
여기에서
상기한 공식에 포함된 상징들을 하기하는 바와 같이 규정한다:
- 유성 캐리어의 질량 관성 모멘트
- 태양 휠의 질량 관성 모멘트
- 내치기어의 질량 관성 모멘트
- 유성 휠의 질량 관성 모멘트
- 유성 휠의 질량
- (유성 휠-중심축으로부터 회전축의) 축간격
꺾쇠괄호내에 기입된 공식의 구성원들에 있어서, 왼쪽 상부와 오른쪽 하부의 구성원이 질량 매트릭스의 주(主)대각선을 형성하는 반면에, 왼쪽 하부와 오른쪽 상부의 구성요소가 부(副)대각선을 제시한다. 상기 주대각선은 여기에 제시된 가승(multiplication)을 통해서 상기 비틀림 진동 댐퍼의 고유주파수를 제시하고, 이때 상기 저장 에너지에 의해서 예정된 강도도 물론 포함되며, 상기 강도 매트릭스는 하기하는 바와 같다:
여기에서는 상기 에너지 저장부의 스프링 정수(定數)
상기 질량 매트릭스의 부대각선은 상기 비틀림 진동 댐퍼의 마이너스 고유주파수인 최적 분리주파수, 다시 말해서 진폭-주파수 특성곡선에서 최소치에 이르는 주파수를 제시한다. 또한 상기 부대각선도 상기 유성 기어장치의 질량 관성 모멘트, 상기 구동측 전동부재와 상기 출력측 전동부재 사이의 변속비 및 상기 에너지 저장부의 강도에 종속된다.
본 발명에 의한 전동기를 가지는 비틀림 진동 댐퍼에 있어서, 따라서, 전동기가 없는 비틀림 진동 댐퍼와는 다르게, 상기 부대각선이 제로가 되는 상기 전동기가 없는 비틀림 진동 댐퍼에서 상기 부대각선은 메워지고, 이는 앞에서 언급된 분리주파수의 형성시 나타난다. 전동기를 가지는 비틀림 진동 댐퍼에 있어서, 질량 매트릭스뿐만 아니라 상기 에너지 저장부에 의해 예정된 강도 매트릭스도 매우 중요하기 때문에, 상기 유성 전동기와 상기 에너지 저장부의 부재를 고려하여 질량 관성 모멘트를 상응하게 조절함으로써 분리주파수를 어림잡을 수 있으므로 상기 분리주파수가 매우 심한 방해 고유주파수, 즉 앞에서 설명된 구동라인의 제3 고유주파수의 범위에 들게 된다. 이는 이상적인 경우에는 상기 고유주파수의 제거를 야기하지만, 최소한 상기 고유주파수의 진폭을 실질적으로 감소시킨다.
이로 인해서, 상기 연결 커플링의 폐쇄속도이상에서는 단지 하나의 고유주파수, 즉 제4 고유주파수만이 남고, 상기 제4 고유주파수는 컨버터 하우징과 터빈 임펠러 사이의 비틀림 진동 댐퍼의 작용으로 인해 상기 고유주파수의 관통시 더 이상 소음이 발생하지 않는 수치로 그 진폭에 있어서 감소된다.
또한, 본 발명에 의한 비틀림 진동 댐퍼의 공진주파수는 상기 전동기에 의해 삽입된 추가 질량으로 인해서 상기 연결 커플링의 폐쇄 속도보다 현저하게 느린 구동기어의 속도범위에 있다. 따라서 상기 비틀림 진동 댐퍼는 이의 임계적인 속도범위를 초과할 때는 항상 비활동적이기 때문에 이의 에너지 저장부의 스프링들이 조절될 수 있으며, 따라서 뛰어난 분리작용이 보장된다. 이밖에도 상기 전동기의 긍정적인 부차적 효과로 연결 커플링이 폐쇄될 때 펌프와 터빈의 동적 질량 관성 모멘트가 비교적 커지는데, 왜냐하면 예를 들어 가속도에서 발생하는, 유성 휠 및 내치기어와 같은 기어부재들의 질량 관성 모멘트가 기어장치에 의해서 전동되기 때문이다. 따라서 비틀림 진동 댐퍼에서 외관상 비교적 큰 질량 관성 모멘트가 발생하고, 상기 질량 관성 모멘트는 상기 구동기어의 크랭크축에 미치는 영향으로 인해 비틀림 진동 댐퍼의 형성을 방해한다. 그럼으로써 비교적 작은 토크 진동이 엔진 프론트에서 발생한다. 이의 바람직한 효과는 특히 크랭크축에 의해 구동되는 추가 유닛들을 조심스럽게 다루는 것이다.
이와는 반대로, 연결 커플링이 비활동적일 때, 상기 비틀림 진동 댐퍼가 업소버로서 작용하고, 이때 여기에서 또한 상기 전동기로 인한 모멘트 변형 및 상기 전동기에 의해 삽입되는 추가 질량들로 인해 상기 업소버 작용이 전동기가 없는 비틀림 진동 댐퍼에 있어서보다 훨씬 더 큰 효과를 가져온다. 그럼으로써 업소버의 알려진 작용, 이른바 일정한 진폭을 일정량만큼 줄이기는 매우 유용하기 때문에, 상응한 설계에서 연결 커플링이 개방될 때에도 방해 고유주파수는 바람직한 영향을 받을 수 있다.
최소한 하나의 부재가 에너지 저장부에 의해서 상기 전동부재들 중 최소한 하나와 작동 연결되는 전동기가 유성 기어장치로서 형성될 때, 다음과 같이 행해진다: 비틀림 진동의 유입시, 진동과 관련된 모멘트는 상기 유성 기어장치에 의해서 분리될 수 있고, 이때 제1 부분 모멘트는 상기 출력측 전동부재로, 제2 부분 모멘트는 이와는 반대로 상기 유성 기어장치의 부재들 중 최소한 하나에 의해서 형성되는 중간질량에 전달되며, 상기 부분 모멘트들은 양 및 작동방향과 관련하여 상기 전동부재들상에 상기 유성 기어장치의 연결형성 및 상기 스프링의 배열에 종속된다. 상기 각각의 부분 모멘트들은 유입된 토크보다 크지만, 상기 두 개의 부분 모멘트들은 상기 에너지 저장부의 변형으로 인해 상기 에너지 저장부가 본 발명에 따라 각각 두 개의 질량(전동부재 또는 중간질량) 사이에 배열되기 때문에 다른 각도에서 거리낌없이 서로 대항할 수 있으므로 상기 주어진 토크는 비록 다시 그 양에 따라 유도된 토크의 차수 크기 범위내에 존재하지만, 상기 에너지 저장부의 분리작용으로 인해 분명하게 진정된 모멘트 특성곡선으로 후속되는 전동 입력축에 전달될 수 있다.
본 발명은 하나의 실시예를 통해 상세하게 설명된다.
도 1은 토크 컨버터상에 비틀림 진동 댐퍼를 가지는 연결 커플링의 상부 반쪽 종단면도.
도 2는 비틀림 진동 댐퍼 없이 형성된 연결 커플링에 있어서 토크 컨버터의 터빈상의 특성 진폭-주파수를 대수(對數)로 나타낸 도표.
도 3은 도 2와 같지만 연결 커플링상에 본 발명에 의한 비틀림 진동 댐퍼를 사용한 상태에서 마찬가지로 대수로 나타낸 도표.
도 4는 차량 구동라인의 개략도.
면의 주요 부분에 대한 부호의 설
1 : 컨버터 하우징 3 : 베어링 저널
4 : 방사상 플랜지 5 : 축방향 섹션
7 : 펌프 셸 9 : 펌프 임펠러
11 : 터빈 임펠러 13 : 터빈 허브
14 : 톱니 15 : 스테이터
17 : 컨버터 회로 19 : 축 베어링
20 : 홈 22 : 챔버
24 : 피스톤 26 : 연결 커플링
28 : 마찰 라이닝부 30 : 마찰부
32 : 비틀림 진동 댐퍼 34 : 덮개판들
36 : 유성 캐리어(satellite carrier) 37 : 유성 기어장치
38 : 구동측 전동부재 40 : 베어링 저널
41 : 중앙섹션 42 : 유성 휠들
43 : 저널 44 : 내치기어
46 : 태양 휠 48, 50 : 구멍들
52 : 스프링들 54 : 에너지 저장부
56 : 방사상 내측 58 : 톱니
60 : 카운터 톱니 62 : 고정 브래킷
64 : 리벳 65 : 출력측 구성요소
66 : 출력측 구성요소 68 : 회전축
70 : 유성휠 중심축 72 : 출력축
74 : 중앙보어 76 : 챔버
78 : 커플링장치 80 : 구동기어 및 펌프 임펠러
82 : 전동 입력축 84 : 자동 기어박스
86 : 카르단식 샤프트 및 차동장치 88 : 휠들
90 : 차량 92 : 구동라인
94 : 기어박스 96 : 중간질량
도 1는 유압식 토크 컨버터의 영역을 나타내고 있으며, 상기 토크 컨버터내에는 컨버터 하우징의 토크를 출력측에 전달하기 위한 연결 커플링이 갖추어져 있다. 상기 토크 컨버터를 전체 도시하여 설명하는 것은 생략했다. 왜냐하면 상기와 같은 토크 컨버터들은 종래의 기술, 예를 들어 앞에서 이미 언급된 DE 41 21 586 A1을 통해서 알려져 있기 때문이다. 따라서 본 기술(記述)은 연이어서 실질적으로 본 발명에 의한 상기 연결 커플링의 구조에 방향을 두고 있다.
도 1에 도시된 유압식 토크 컨버터에는 컨버터 하우징 1이 구비되어 있고, 상기 컨버터 하우징은 예를 들어 내연기관과 같은 구동기어 80(도 4)과 연결될 수 있고, 방사상 내부영역에서 베어링 저널 3을 가지고, 상기 베어링 저널로부터 원심 플랜지 4가 외부로 연장되고, 상기 원심 플랜지는 원주영역에서 축방향 섹션 5 안으로 통과하며, 상기 축방향 섹션은 상기 펌프 임펠러 9를 구성하기 위해 갖추어져 있는 펌프 셸 7을 상기 축방향 섹션쪽에서 안정적으로 수용하는 데 이용된다. 상기 펌프 임펠러는 터빈 임페러 11과 함께 작용하여 상기 터빈 임펠러 및 스테이터 15와 함께 유압식 컨버터 회로 17을 형성한다. 상기 터빈 임펠러 11은 방사상 내부영역에서 리벳 64에 의해서 터빈 허브 13과 연결되어 있고, 상기 터빈 허브는 회전축 68의 주위를 회전할 수 있도록 배열되어 있으며 출력축 72와 비회전 연결시키는 톱니 14를 가지고, 상기 출력축은 전동 입력축 82(도 4)로도 이용되며 유액을 위한 중앙보어 74를 가지고, 이때 상기 중앙보어에는 DE 41 21 586 A1로 개시된 방법으로 유액이 공급될 수 있다. 상기 유액은 상기 출력축 72의 구동측 단부를 경계로 하는 챔버 76 안으로 흘러 들어가는데, 이는 상기 유액이 상기 챔버로부터 상기 컨버터 하우징 1과 상기 터빈 허브 13 사이에 축방향으로 배열된 축 베어링 19내의 홈 20을 거쳐 원심외부 방향으로 상기 컨버터 하우징 1의 방사 플랜지 4와 연결 커플링 26의 피스톤 24 사이에 축방향으로 위치하는 챔버 22 안으로 통과하기 위함이며, 이로 인해 개시된 방법으로 상기 컨버터 회로 17상에서 지배적인 압력을 향해 상기 방사 플랜지 4로부터 상기 피스톤 24를 제거시켜 상기 방사 플랜지 4를 향하는 상기 피스톤 24의 면에 고정된 마찰 라이닝부 28을 상기 방사 플랜지 4의 부속되는 마찰부 30으로부터 떼어내기 위함이다. 반대로 상기 출력축 72의 중앙보어 74 내의 압력을 제거할 때, 상기 컨버터 회로 17 내에서만 초과압력이 우세한 결과로서 상기 피스톤 24는 상기 방사 플랜지 4의 방향으로 압력을 받으므로 상기 챔버 22내에 수용된 유액은 상기 축 베어링 19의 홈 20을 통해 원심내부 방향으로 상기 챔버 76 안으로 압축되며 상기 챔버로부터 상기 중앙보어 74안으로 압축된다. 이러한 방식으로 상기 연결 커플링 26이 형성된다.
상기 연결 커플링 26은 비틀림 진동 댐퍼 32로 구성되며, 상기 비틀림 진동 댐퍼는 상기 마찰 라이닝부 28로부터 떨어져 있는 상기 피스톤 24의 면에 즉, 서로 일정한 간격을 두고 원주를 따라서 분배된 베어링들 40을 이용해서 고정되어 있고, 상기 각각의 베어링 저널은 직경이 비교적 큰 중앙섹션 41의 양쪽에 각각 저널 43을 포함하며, 상기 베어링 저널들 중에서 상기 피스톤 24를 향하는 저널 43은 상기 피스톤 24내의 리세스를 관통하며 리벳에 의해서 고정되어 있다. 상기 저널 43은 이밖에도 덮개판들 34내의 구멍들을 관통하며, 상기 덮개판들은 각각의 베어링 저널 40의 중앙섹션 41 양쪽에 설치되어 상기 비틀림 진동 댐퍼 32의 구동측 전동부재 38로서 작용한다.
상기 베어링 저널들 40을 연결할 때 상기 덮개판들 34는 유성 휠 중심축 70의 주위를 회전하도록 배열된 유성 기어장치 37의 각각의 유성 휠 42를 위한 유성 캐리어 36으로서 이용되며, 이때 상기 각각의 유성 휠 42는 상기 각각의 베어링 저널 40의 중앙섹션 41상에 각각 배열되어 있다. 상기 유성휠들 42는 이의 톱니에 의해서 상기 유성 휠들 42를 방사상으로 둘러싸는 내치기어 44의 톱니와 맞물려 있으며, 상기 내치기어는 부동(浮動)식으로 배열되어 있다. 상기 유성 휠들은 42의 톱니들은 상기 유성 휠들 42의 내부에 방사상으로 배열된 태양 휠 46과 맞물리며, 상기 태양 휠은 상기 비틀림 진동 댐퍼 32의 출력측 전동부재 66으로서 작용한다. 상기 태양 휠 46은 에너지 저장부 54의 스프링들 52를 수용하기 위해 원주를 따라서 분배된 구멍들 50을 포함하고, 이때 상기 구멍들은 덮개판들 34내의 상응하는 구멍들 48과 일직선으로 정렬한다. 상기 태양 휠 46의 상기 방사상 내측 56은 고정 브래킷 62의 카운터 톱니 60과 회전연결되는 톱니 58로 구성되며, 상기 고정 브래킷은 이미 언급된 리벳 64에 의해서 상기 터빈 허브 13에 고정되어 있으며 출력측 구성요소 65로서 이용된다. 앞에서 이미 언급된 에너지 저장부 54는 유성 캐리어 37과 같이 상기 비틀림 진동 댐퍼 32의 출력측 전동부재 38과 구동측 전동부재 66 사이의 커플링장치 78의 부품이다. 상기한 유성 캐리어 37에 있어서, 상기 유성 휠들 42는 상기 태양 휠 46과 같이 중간질량 96을 형성하고, 상기 중간질량은 상기 에너지 저장부 54에 의해 상기 전동부재들 38, 66 중 하나, 여기에서는 상기 전동부재 38과 연결되어 있다.
상기 컨버터 회로 17에 관해서 초과압력이 상기 챔버 22내에 발생되는 한, 상기 피스톤 24는 상기 컨버터 하우징 1의 방사 플랜지 4로부터 멀리 떨어져 있으므로 상기 피스톤 24상의 마찰 라이닝부 28이 상기 방사 플랜지 4상의 마찰부 30으로부터 분리되어 있게 되는 것이다. 그러면 상기 컨버터 하우징 1의 운동은 상기 펌프 임펠러 9를 통해서 상기 터빈 임펠러 11에 전달되어 상기 임펠러로부터 상기 터빈 허브 13을 통해서 상기 출력축 72에 전달된다. 상기 유입된 토크에 비틀림 진동이 추가되어 상기 비틀림 진동이 상기 터빈 허브 11에 이를 때 상기 터빈 허브는 상기 회전축 68 주위의 원주방향으로 진동운동을 하고, 이러한 경우 상기 비틀림 진동 댐퍼 32를 통해서 상기 피스톤 24도 함께 끌어당긴다. 그러면 상기 비틀림 진동 댐퍼 32는 업소버로서 작용하며, 이때 상기 업소버 작용은 상기 카운터 톱니 60과 상기 톱니 58에 의해서 상기 태양 휠 46에 전달되는 운동으로 인해 비록 비교적 작을지라도 상기 유성 휠들 42 및 이로 인한 내치기어상에서의 운동을 야기하기 때문에 이로 인해 촉진된 상기 유성 캐리어 37의 질량 이펙트 부재로 인하여 유성 캐리어 없는 상기 비틀림 진동 댐퍼에 비해 상기 업소버 작용이 커진다.
상기 챔버 22에 대하여 상기 컨버터 회로 17내에 초과압력이 발생될 때, 상기 피스톤 24는 상기 컨버터 하우징 1의 방사 플랜지 4의 방향으로 이동되므로 상기 마찰 라이닝부 28이 상기 마찰부 30에 인접하게 된다. 그러면 상기 컨버터 하우징 1의 운동은 상기 컨버터 회로 17을 우회하여 바로 상기 피스톤 24에 전달되어 상기 피스톤으로부터 이와 동일한 운동을 수행하는 덮개판들 34를 통해 상기 유성 휠들 42에 다다르므로 상기 유성 휠들은 한편으로는 상기 덮개판들 34의 상기 회전축 68 주위로의 회전운동을 따르고, 다른 한편으로는 상기 유성 휠 중심축들 70 주위로의 회전운동으로 전환된다. 상기 태양 휠 46은 우선 정지상태로 작용하기 때문에 상기 유성 휠들 42의 회전운동은 부동식으로 장착된 내치기어 44를 휘게 하고, 이때 상기 비틀림 진동이 갑작스러울수록 상기 유성 휠들 42 및 상기 내치기어 44의 가속도가 증가하므로 상기 비틀림 진동 댐퍼 32에서의 동적 질량 관성 모멘트가 매우 커진다. 상기 비틀림 진동 댐퍼 32가 상기 구동기어 80(도 4)에 미치는 영향으로 인해 이 지점에서는 상기 비틀림 진동 댐퍼를 형성하는 것이 방지될 수 있으므로 상기 구동기어 80은 엔진 프론트에서도 보다 원활하게 작동된다.
상기 덮개판들 34가 상기 태양 휠 46에 대하여 상대운동을 실시하자마자, 상기 에너지 저장부 54의 스프링들 54가 변형하게 되며 이로 인해 상기 구동측 전동부재 38이 상기 출력측 전동부재 66으로부터 분리되기 때문에 상기 출력측 전동부재에 유입된 비틀림 진동이 여과된다. 상기와 같이 진정된 토크는 상기 고정 브래킷 62에 의해서 상기 터빈 허브 13으로 전달되어 이로부터 상기 출력축 72에 전달된다.
유성 기어장치를 가지는 비틀림 진동 댐퍼 32의 구조로 기인하는 작동방법은 도 2 내지 도 4를 통해서 상세하게 설명된다.
도 4는 차량 90의 구동라인 92를 나타내고, 이때 상기 구동라인은 필수적인 진동 가능한 구성요소가 여섯 개로 단축되어 있다. 제1 필수 구성요소로는 토크 컨버터의 펌프 임펠러와 연결된 구동기어 80라 하겠고, 상기 펌프 임펠러에는 상기 터빈 임펠러 11이 제2 구성요소로서 연결된다. 자동 기어박스 84의 전동축 82는 제3 구성요소를 형성하는 반면에, 두 개 모두 참고번호 86이 부여된 차동장치와 연결된 카르단식 샤프트가 상기 구동라인 92의 제4 요소를 형성한다. 휠들 88이 제5 구성요소로서 이용되는 반면에, 상기 차량 90 전체는 제6 구성요소로서 작용한다. 상기와 같은 구동라인 92로부터 시작해서, 비틀림 진동 댐퍼 없는 연결 커플링을 사용하므로 상기 구동기어 80으로부터 보내진 비틀림 진동이 여과되지 않고서 상기 출력축 72로 전달되며, 이로 인해 전동 입력축 82로 전달될 때, 진폭-주파수 특성곡선은 예를 들어 터빈에 있어서, 도 2에서 도시된 바와 같이 나타난다. 도 2에서 상기 구동라인 92로 간주될 수 있는 진동계의 진폭 특성곡선은 주파수 특성곡선 위에 도시되어 있다. 즉, 진폭 특성곡선뿐만 아니라 주파수 특성곡선은 각각 대수로 표시되었다. 앞에서 이미 설명된 바와 같이, 질량들, 즉 구동기어 및 펌프, 터빈, 전동 입력부, 카르단식 샤프트 및 차동장치, 휠들 및 차량으로 단축되어 있는 구동라인 92에 있어서, 다섯 개의 고유주파수 EF가 나타나며, 상기 다섯 개의 고유주파수중에서 필수적인 네 개의 EF1 내지 EF4가 도 2에 기입되어 있다. 제5 고유주파수는 본 발명에 있어서 중요하지 않다는 견지에서 도시하지 않았다.
상기 주파수의 진폭에 있어서 가장 크게 도시된 고유주파수 EF1은 주파수가 매우 작을 때에는 10 Hz이하이다. 제2 고유주파수 EF2는 상기 EF1에 비하여 진폭이 현저하게 감소될 때 차수 크기 범위에 있어서 대략 30 Hz로 매우 크게 나타난다. EF3 및 EF4는 50 Hz이상의 더 큰 주파수로 계속되고, 이때 EF3은 EF4보다 현저하게 큰 진폭을 가지므로 EF3으로 인해 야기되는 소음은 EF4에 의해 발생되는 소음보다 실질적으로 더 확실하게 알아 들을 수 있다.
현대 유압식 토크 컨버터에 있어서, 적은 에너지 사용을 위해서는 폐쇄주파수 Fs매우 작을 때, 상기 연결 커플링은 마찰 라이닝부 28이 상기 컨버터 하우징 1의 마찰부 30에 인접되고, 토크가 상기 컨버터 회로 17을 우회하여 바로 상기 출력축 72로 전달되는 축방향 위치로 상기 피스톤 24를 이동시키기 위해 제어되어야 한다. 1200 r.p.m.일 때 이미 상기 연결 커플링이 폐쇄되는 것이 바람직하고, 이는 네 개의 실린더를 가지는 내연기관에 있어서 매우 임계적인 제2 차수를 기초로 할 때 주파수 40 Hz를 의미한다. 따라서 EF1 및 EF2는 상기 폐쇄주파수 Fs이하이므로 상기 주파수들에서 나타나는 상기 컨버터 회로 17내의 큰 진폭이 완전 여과될 수 있어 상기 구동라인 92내의 방해소음을 야기하지 않는다. 이와 반대로 EF3 및 EF4는 상기 폐쇄주파수 Fs이상이면서 비교적 진폭이 크기 때문에 방해소음을 야기하는데, 특히 이는 EF3에 해당한다.
상기 문제에서 비롯하여, 본 발명에 의한 비틀림 진동 댐퍼 32를 가지고 얻을 수 있는 진폭-주파수 특성곡선을 나타내보자면, 도 3에 도시된 바와 같다. 상기 유성 기어장치 37의 부재형태에 추가 질량시스템의 사용을 인해 비록 도 3에 EF5로 표시된 추가 고유주파수가 발생하나 이는 상기 연결 커플링 26의 폐쇄주파수 Fs이하이므로 진동에 의해 소음이 발생된다는 점에서 EF1 및 EF2와 같이 마찬가지로 비임계적이다. 상세한 설명 도입부에서 상세하게 나타난 바와 같이, 상기 유성 기어장치 37에 의해서 질량 매트릭스의 부대각선이 메워지기 때문에 진폭-주파수 특성곡선이 도 3에서 EF3 및 EF4의 주파수 범위에서 절선(折線)으로 제시된 바와 같을 수 있으며, 최소 진폭이 나타나는 일정한 분리주파수 EK를 가질 수 있다. 가승에 관련된 상기 유성 기어장치 37 및 상기 에너지 저장부 54의 질량들의 상응하는 조절로 인해 상기 분리주파수 EK는 도 3의 EF3 및 EF4의 주파수범위에서 모스부호와 같은 선으로 도시된 진폭-주파수 특성곡선의 고유주파수 EF3에 가능한 한 가까이 다가가 있고, 이상적인 경우에는 EF3과 일치한다. 상기 모스부호와 같은 선과 진폭 EF3이 겹치고, 상기 절선과 상기 분리주파수 EK가 겹치기 때문에 진폭 EF3이 존재하지 않는 관통 중간선이 나타난다. 따라서 상기 위치에서는 연결 커플링 26이 폐쇄될 때 소음문제가 발생하지 않는다.
구동측 전동부재 38 및 이와 함께 작용하며 구동기어 80과 컨버터 하우징 1에 의해서 나타나는 구동측 전체질량, 그리고 출력측 전동부재 66과 이의 예를 들어 후속되는 자동 기어박스 84에 의해서 나타나는 전체질량 사이의 에너지 저장부 54의 작용으로 인하여 연결 커플링의 비틀림 진동 댐퍼에 의해서 얻을 수 있는 분리성질 때문에 상기 고유주파수 EF4가 감소된다. 즉, 비틀림 진동 댐퍼가 없을 때의 특성곡선을 나타내는 도 3의 모스부호와 같은 선에 비하여 상기 관통 중간선으로 도시된 한도까지 감소된다. 진폭에 해당하는 차수 크기 범위에 있어서 EF4의 레벨은 관통 중간선상의 위치 EF3에서의 레벨에 상응한다. 따라서 상기 고유주파수 EF4에 있어서도 소음이 형성될 위험이 존재하지 않는다.
분리주파수 EK의 발생으로 인해 질량 매트릭스의 부대각선이 메워짐으로써 기인하는 상기한 장점들은 앞에서 예를 들어 유성 기어장치 37의 가능한 실시형태의 변형을 통해서 설명하였다. 상기 유성 기어장치 37의 다른 연결변형들이 선택된다면, 예를 들어, 상기 태양 휠이 구동측 전동부재로서 작용하며, 상기 유성 캐리어가 출력측 전동부재로서 작용한다면, 상기 질량 매트릭스의 부대각선들이 마찬가지로 메워지므로 상기 장점들을 얻을 수 있을 것이다. 상기한 장점들을 얻기 위해서는 질량 매트릭스의 부대각선이 메워지는 모든 다른 기어박스 94들도 마찬가지로 고려해 볼 수 있다.
상기한 설명 참조.

Claims (8)

  1. 컨버터 하우징과 작동 연결될 수 있으며 토크 컨버터의 출력측 구성요소와 회전할 수 없는 출력측 전동부재와 원주방향으로 작용하는 에너지 저장부가 구비된 커플링장치에 의해서 연결되어 있는 구동측 전동부재로 구성되는 유압식 토크 컨버터의 연결 커플링상의 비틀림 진동 댐퍼에 있어서,
    상기 전동부재들(38, 66)은 상기 커플링장치(78)와 함께 기어부재들(36, 42, 44, 46)을 가지는 기어박스(94)를 둘러싸고, 상기 기어부재들에 의해서 질량 매트릭스(M)내에 포함되는 기어부재들의 질량 관성 모멘트 및 강도 매트릭스(C)내에 제시된 에너지 저장부(54)의 스프링들(52)의 질량 관성 모멘트에 상응하는 설계 및 상기 기어박스(94)의 상응하는 변속비에 의해서 차량(90)의 구동라인(92)의 예정된 고유주파수(EF)를 고려하여 상기 고유주파수(EF)의 진폭을 줄이기 위해서 분리주파수(EK)가 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 진동 댐퍼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기어박스(94)는 최소한 하나의 유성 캐리어(36)를 가지는 유성 기어장치(37)로서 형성되어 있고, 상기 유성 캐리어는 예를 들어 태양 휠(46) 또는 내치기어(44)와 같은 상기 유성 기어장치(37)의 최소한 하나의 다른 부재와 맞물리는 최소한 하나의 유성 휠을 가지며, 이때 상기 유성 기어장치(37)의 부재들(44, 46) 중 하나는 상기 에너지 저장부(54)에 의해서 최소한 하나의 전동부재(38, 66)와 연결되어 있으며, 상기 전동부재들(38, 66)에 대하여 두 개의 전동부재들(38, 66)의 속도 및 회전방향에 서로 종속되는 운동을 위해 구동될 수 있는 중간질량(96)으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 비틀림 진동 댐퍼.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연결 커플링(26)의 폐쇄주파수 Fs는 상기 전동부재들(38, 66) 및 상기 기어박스(94)에 있어서 임계적인 공진주파수 이상인 것을 특징으로 하는 비틀림 진동 댐퍼.
  4. 제3항에 있어서, 상기 에너지 저장부(54)의 스프링들(52)은 공진주파수에 있어서 가능한 진폭을 무시한 상태에서 뛰어난 분리성을 얻기 위해 최소 강도를 가지고 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 진동 댐퍼.
  5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 상기 연결 커플링(26)의 피스톤(24)은 구동측 전동부재(38)로서 작용하는 유성 캐리어(36)를 안전하게 수용하기 위해 갖추어져 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 진동 댐퍼.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유성 캐리어(36)상에서 회전할 수 있도록 장착된 유성 휠(42)에 의해서 내치기어(44)는 부동식으로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 진동 댐퍼.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 유성 휠(42)과 맞물리며 출력측 전동부재(66)로서 작용하는 태양 휠(46)은 에너지 저장부(54)에 의해서 구동측 전동부재(38)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 비틀림 진동 댐퍼.
  8. 제7항에 있어서, 상기 태양 휠(46)은 이의 방사상 내측(56)상에 형성된 톱니(58)에 의해서 출력측 구성요소(65)상의 카운터 톱니(60)와 비회전식으로 맞물리는 것을 특징으로 하는 비틀림 진동 댐퍼.
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