KR20050100613A

KR20050100613A - 토크 전달 조립체 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20050100613A
Application number: KR1020057013012A
Authority: KR
Inventors: 데이빗 피. 허버; 벤 알. 바사; 티모씨 제이. 크립시
Original assignee: 메탈 포밍 앤드 코이닝 코포레이션
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2005-10-19
Also published as: WO2004065822A2; CN1735761A; MXPA05007214A; CN100585222C; WO2004065822A3; CA2506792C; US7341539B2; DE112004000119T5; DE112004000119B4; US20050164823A1; CA2506792A1; KR101051824B1

Abstract

본 발명은, 제1 회전 부재(16)로부터 제2 회전 부재(46)로 토크를 전달하는 차량 변속기에 사용하기 위한 토크 전달 조립체 구조물의 제조 및 결과를 향상시켜, 제조 효율을 최대화하고 제조 비용은 최소화한다.

Description

토크 전달 조립체 및 제조 방법{TORQUE TRANSMITTING ASSEMBLY AND METHOD OF PRODUCING}

본 출원은 2003년 1월 15일에 출원된 미국 특허 출원 공개 제60/440,110호에 우선권을 둔다.

본 발명은 토크 전달 조립체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 조합된 피니언 캐리어 및 구동 쉘 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

피니언 캐리어는 유성 기어 세트에서 피니언 (또는 유성) 기어를 위치시키고, 차량 변속기 내의 다른 부품으로 토크를 전달하는 지지 구조체이다. 구동 쉘 또는 유성 캐리어는 피니언 캐리어에서 변속기 내의 피니언 캐리어로부터 축방향으로 배치된 다른 부품으로 토크를 전달하는 관형 금속 부품이다. 구동 쉘은 또한, 피니언 캐리어의 중심 축 주위를 회전하고 피니언 기어를 지지한다.

몇몇 알려진 피니언 캐리어 제조 방법은 컵과 단부 판을 점진적으로 스탬핑 하고, 두 조각을 서로 용접하는 단계와, 서로 경납땜되거나 볼트 결합된 분말 금속 부품을 제조하는 단계와, 스탬핑된 판에 용접된 컵을 냉간 성형하는 단계를 포함한다.

현재 구동 쉘의 제조 방법은 관형상으로 시트 금속을 딥 드로잉 성형하고, 그 내벽 상에 돌출부를 형성하는 단계와, 얇은 벽형 관을 길이 방향으로 절단하고 그 내벽 상에 돌출부를 형성하는 단계를 포함한다.

알려진, 조합된 캐리어와 구동 쉘의 제조 방법은 다른 직경을 갖는 금속 스톡(stock)으로부터 컵을 점진적으로 스탬핑하고 난 뒤 서로 대향되게 용접하는 단계를 포함한다. 내부 컵은 피니언 캐리어로서 사용되고, 외부 컵은 구동 쉘로서 사용된다.

상기의 방법에 관해서, 몇몇 방법들은 조립체의 피니언 캐리어부를 성형함에서 경험된 것이다. 분말 금속 부품의 취성 때문에, 보유면을 분리하는 피니언 캐리어부의 단면은 구조적으로 크게 된다. 제조 공정 시에, 입자 밀도 편차는 보다 얇은 보유면과 만나는 보유면을 분리하는 피니언 캐리어부의 기부에서 생긴다. 동일한 면적에서의 수반되는 두께 변화를 따르는 이 밀도 편차는 부품의 파단 및 파손을 빈번히 야기하는 응력 증가를 가져온다. 이를 방지하기 위하여, 레그 및 보유면은 이 용도를 살리기 위한 부품을 위해 만들어진 물질로부터 제조될 경우 필요한 것보다 얇게 이루어져야 한다. 이는 무게의 증가와 공간 소비를 초래하여, 자동 변속기 환경에서 비싸고 바람직하지 않게 된다.

스탠핑된 부품에 대해서, 제조 방법은 분말 금속에 비해 더 가요성을 제공하고, 비교에 의해 사실상 공간 소비를 줄인다. 그러나, 조립체의 임의의 부품에 대해서 물질 두께를 크게 변화시킬 수는 없다. 따라서, 전체 부품은 최고 강도가 필요한 조립체의 부분과 동일한 두께일 것이다. 이것이 분말 금속으로 제조된 부품과 비교되는 바와 같이 이런 태양들에서 큰 향상을 나타냄에도 불구하고, 과도한 부피 및 공간 소비를 초래한다. 스탬핑된 부품의 가장 큰 취약점은 강성의 부족이다. 무거운 하중하에서, 스탬핑된 부품은 기어가 바라지 않는 소음 및 마모를 야기하는 오정렬될 수 있는 점으로 자주 편향된다.

냉간 성형된 부품에 대해서, 향상된 강성은 스탬핑 성형에 대해 경험되고, 공정은 부품 상에 다른 위치에서의 다양한 물질 두께를 형성할 수 있다. 따라서, 물질이 임계 영역에 집중되는 동안, 전체 부피를 최소화할 수 있다. 또한, 툴링은 분말 금속에 필적하고, 스탬핑이 필요한 것보다 덜 비싸고 덜 복잡하다. 냉간 성형에서 이룰 수 있는 세부 레벨은, 많은 용도에서 성형 후에 피니언 샤프트공을 형성 이외에 가공이 필요하지 않을 만큼 충분히 양호하다. 그러나, 냉간 성형은 비용 효율 면에서 긴 압출물을 제조하기에는 다소 제한적이다.

또한, 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체에 이용된 토크 전달 방법은 무게의 증가와 공간 소비를 야기하는 물질의 추가를 초래한다. 어댑터 판은 피니언 캐리어의 대응 회전 부품과 구동 쉘 사이에 개재되어 하나에서 다른 하나로 토크를 전달한다.

제조 효율이 최대화되고 무게 및 제조 비용이 최소화되는 토크 전달 조립체를 제조하는 것이 바람직하다.

도1은 본 발명에 따른 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체의 분해 사시도이다.

도2는 조립된 도1의 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체의 사시도이다.

도3은 선 3-3을 따라 취해진 도2의 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체의 단면도이다.

본 발명과 일치되고 일관되게, 제조 효율이 최대화되고 무게 및 제조 비용이 최소화되는 토크 전달 조립체가 놀랍게도 개시되었다. 토크 전달 조립체는 폐쇄 단부 및 개방 단부를 갖는 사실상 컵 형상의 외부 쉘과, 중심 개구 및 중심 축을 갖는 사실상 디스크 형상의 내부 부재를 포함하고, 상기 폐쇄 단부는 내부에 형성된 적어도 하나의 슬롯을 갖고, 상기 외부 쉘의 개방 단부는 제1 회전 부재와 작동적으로 결합되도록 구성되고, 상기 내부 부재는 거기로부터 축상 외측으로 연장하는 적어도 하나의 탭을 포함하고, 상기 외부 쉘의 슬롯과 결합하여 상기 외부 쉘과 상기 내부 부재 사이의 회전의 전달을 용이하게 하며, 상기 중심 개구는 제2 회전 부재와 작동적으로 결합되도록 구성된다.

본 발명의 상기한 목적 뿐 아니라 다른 목적, 특징 및 이점들은 참고 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 이해될 것이다.

이제 도면, 특히 도1을 참조하면, 본 발명의 특칭과 합체되는 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체, 또는 토크 전달 조립체의 분해 사시도는 일반적으로 '10'으로 도시된다. 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10)는 구동 쉘(12) 및 피니언 캐리어(14)를 포함한다.

구동 쉘(12)은 개방 단부(16), 폐쇄 단부(18) 및 외부 벽(30)을 갖는, 사실상 컵 형상 또는 사발 형상의 외부 쉘이다. 구동 쉘(12)의 폐쇄 단부(18)는 내부에 형성된 중심 개구(22)를 포함한다. 슬롯의 환형 어레이는 폐쇄 단부(18)에 형성되고, 개구(22)를 둘러싼다. 구멍(26)은 인접 슬롯(24) 사이에 중첩되어, 폐쇄 단부(18)의 개구(22) 주위에서 구멍(26)의 환형 어레이를 형성한다. 복수의 액세스 구멍(28)은 구동 쉘(12)의 외부 벽(20)에 형성된다. 도시된 실시예에서, 액세스 구멍(28)은 구멍(26)에 인접되게 형성되어 거기로 액세스하고 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10)의 조립을 용이하게 한다. 외측 연장 립(30)은 구동 쉘(12)의 개방 단부(16)를 둘러싼다. 복수의 돌출부 또는 치(32)는 립(30)의 내면 상에 형성된다.

피니언 캐리어(14)는 중심 회전축(A), 제1 측부(34) 및 제2 측부(36)를 갖는, 사실상 디스크 형상의 내부 부재이다. 복수의 탭(38)은 피니언 캐리어(14)의 외부 모서리(40)에 인접한 제2 측부(36)로부터 축상 외측으로 연장한다. 중심 칼라(42)는 피니언 캐리어(14)의 제1 측부(34)로부터 축상 외측으로 연장하고, 내부에 형성된 중심 개구(44)를 갖는다. 치(46)의 환형 어레이는 칼라(42)의 내면 상에 형성되고, 내부에 샤프트(미도시)의 단부를 수용하도록 구성되고, 샤프트의 외면 상에는 치가 구비된다. 구멍(48)의 환형 어레이는 피니언 캐리어(14) 내에 형성되고, 구동 쉘(12)의 폐쇄 단부(16)에 형성된 구멍(26)을 갖고 정렬되도록 위치 결정된다.

피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10)의 조립은 도시되고 서술한 바와 같이 구동 쉘(12)과 피니언 캐리어(14)를 제공함에 의해 수행된다. 피니언 캐리어(14)의 탭(38)은 구동 쉘(12)의 슬롯(24)과 함께 정렬된다. 일단 정렬되면, 탭(38)은 각 탭(38)의 외부 단부가 폐쇄 단부(18)의 외면과 실질적으로 동일 평면 상에 위치할 때까지 대응 슬롯(24) 내로 삽입된다. 볼트 또는 로드(미도시)는 탭(38) 및 슬롯(24)의 정렬을 돕기 위한 구멍(26) 및 구멍(48)을 통해 삽입될 수 있다. 로드 또는 볼트는 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10)의 조립이 끝난 후에 원하는 대로 제거하거나 남겨둘 수 있다. 탭(38)이 삽입되면, 탭(38)은 구동 쉘(12)에 용접되어 사용 시에 구동 쉘(12)과 피니언 캐리어(14)의 분리에 영향을 준다. 바람직한 결과들이 구동 쉘(10)과 탭(38)을 결합하기 위해 레이저 용접을 사용해서 얻을 수 있지만, 다른 용접 및 결합 방법이 사용될 수 있다는 것은 이해될 것이다. 도시된 실시예에서, 탭(38)은 구동 쉘(12)의 폐쇄 단부(18)의 외면에 인접한 탭(38)의 방사상 외측 부분 상에서 구동 쉘(12)에 용접된다. 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않는 한, 탭(38)이 다른 위치에서 구동 쉘(12)에 용접될 수 있다는 것은 이해될 것이다.

일단 조립되면, 그 위의 외면 상에 형성된 치를 갖는 샤프트는 구동 쉘(12)의 폐쇄 단부(18)의 개구를 통해, 그리고 칼라(42)의 개구(44) 내로 삽입되어 내부에 형성된 치(46)와 정합한다. 회전 부재(미도시)는 그 돌출부(32)와 결합하기 위해 립(30)에 인접하게 수용된다. 따라서, 샤프트의 회전은 회전 부재로 또는 회전부재에서 샤프트로, 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10)를 통해 전달될 수 있다. 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10)는 특히 차량 변속기에 유용하지만, 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10)가 다른 용도에도 사용될 수 있다는 것은 이해될 것이다.

구동 쉘(12) 및 피니언 캐리어(14)는 예를 들면, 스탬핑, 절단, 드로잉, 냉간 성형 및 유동 성형 등의 임의의 통상의 제조 방법에 의해 성형될 수 있다. 바람직한 결과는, 유동 성형 또는 유동 성형 방법 및 자주 냉간 단조 또는 스탬핑에 의해 '컵' 또는 '축받이'로 언급된 피니언 캐리어(14) 성형을 이용하여 구동 쉘(12)을 성형함에 의해 달성될 수 있다. 냉간 단조와 유사한 유동 성형의 이용은 강도가 필요한 곳에 물질을 집중할 수 있다. 또한, 극히 긴 관형 단면이 제조될 수 있고, 따라서 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10)의 구동 쉘(12)의 제조에 매우 적합하다.

몇몇 이점들은 서술된 방법들을 이용하여 구동 쉘(12)과 피니언 캐리어(14)를 성형하고 조립함에 의해 달성된다. 첫째, 조립된 결합부는 보유 링 및 두 개의 정합 돌출부를 통상 포함하는 피니언 캐리어(14)와 구동 쉘(12) 사이에서 생략된다. 둘째, 구동 쉘(12)의 냉간 가공 경화는 그 강도를 증가시키고, 따라서 구동 쉘(12)의 부피는 동일한 토크율에서 스탬핑된 구동 쉘(12)과 비교하여 감소될 수 있다. 셋째, 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10)의 임계부의 보다 나은 정렬은 균형이 최대화 되는 동안 불필요한 돌출부 결합부 사이의 최소환된 백래시를 경험하도록 한다. 넷째, 물질 두께는, 예를 들면 피니언 샤프트를 위치시키고 유성 캐리어부의 비틀림을 방지하기 위해, 필요한 곳에서 보다 두꺼운 물질을 갖고, 구동 쉘(12) 상에서와 같이 침투 가능한 곳에서 보다 얇은 물질을 갖는 피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체(10) 전체에 걸쳐 가변된다.

상기한 설명으로부터, 당 업계의 숙련된 기술자는 본 발명의 필수 특징들을 쉽게 결정할 수 있고, 그 사상 및 범주를 벗어나지 않는 한, 다양한 이용 및 조건으로 구성되어 본 발명은 다양한 변경 및 수정이 가능하다.

Claims

폐쇄 단부 및 개방 단부를 갖는 사실상 컵 형상의 외부 쉘과,

중심 개구 및 중심 축을 갖는 사실상 디스크 형상의 내부 부재를 포함하고,

상기 폐쇄 단부는 내부에 형성된 적어도 하나의 슬롯을 갖고, 상기 외부 쉘의 개방 단부는 제1 회전 부재와 작동적으로 결합되도록 구성되고,

상기 내부 부재는 거기로부터 축상 외측으로 연장하는 적어도 하나의 탭을 포함하고, 상기 외부 쉘의 슬롯과 결합하여 상기 외부 쉘과 상기 내부 부재 사이의 회전의 전달을 용이하게 하며, 상기 중심 개구는 제2 회전 부재와 작동적으로 결합되도록 구성되는 토크 전달 조립체.
제1항에 있어서, 상기 외부 쉘은 구동 쉘인 조립체.
제1항에 있어서, 상기 내부 부재는 피니언 캐리어인 조립체.
제1항에 있어서, 상기 내부 부재의 탭은 상기 외부 쉘의 폐쇄 단부에 용접되는 조립체.
제1항에 있어서, 상기 내부 부재는 상기 탭과 대향되는 방향에서 축상 외측으로 연장하는 상기 내부 부재의 중심 개구를 둘러싸는 중심 칼라를 포함하는 조립체.
제5항에 있어서, 상기 칼라의 내면 상에는 치의 환형 어레이가 형성되는 조립체.
제1항에 있어서, 상기 외부 쉘은 상기 외부 쉘의 개방 단부를 둘러싸는 외측 연장 립을 포함하는 조립체.
제7항에 있어서, 상기 구동 쉘은 상기 제1 회전 부재를 결합하기 위해 상기 립의 내면 상에 형성된 복수의 돌출부를 포함하는 조립체.
폐쇄 단부 및 개방 단부를 갖는 구동 쉘과,

중심 개구 및 중심 축을 갖는 피니언 캐리어를 포함하고,

상기 폐쇄 단부는 내부에 형성된 복수의 슬롯을 갖고, 상기 구동 쉘의 개방 단부는 제1 회전 부재와 작동적으로 결합되도록 구성되고,

상기 피니언 캐리어는 거기로부터 축상 외측으로 연장하는 복수의 탭을 포함하고, 상기 구동 쉘의 슬롯과 결합하여 상기 구동 쉘과 상기 피니언 캐리어 사이의 회전의 전달을 용이하게 하고, 상기 중심 개구는 제2 회전 부재와 작동적으로 결합되도록 구성되는 토크 전달 조립체.
제9항에 있어서, 상기 피니언 캐리어의 탭은 상기 구동 쉘의 폐쇄 단부에 용접되는 조립체.
제9항에 있어서, 상기 피니언 캐리어의 탭은 상기 구동 쉘의 폐쇄 단부에 레이저 용접되는 조립체.
제9항에 있어서, 상기 피니언 캐리어는 상기 탭과 대향하는 방향에서 축상 외측으로 연장하는 상기 피니언 캐리어의 중심 개구를 둘러싸는 중심 칼라를 포함하는 조립체.
제12항에 있어서, 상기 칼라의 내면 상에는 치의 환형 어레이가 형성되는 조립체.
제9항에 있어서, 상기 구동 쉘은 상기 구동 쉘의 개방 단부를 둘러싸는 외측 연장 팁을 포함하는 조립체.
제14항에 있어서, 상기 구동 쉘은 상기 제1 회전 부재를 결합하기 위해 상기 립의 내면 상에 형성된 복수의 돌출부를 포함하는 조립체.
피니언 캐리어 및 구동 쉘 조립체의 제조 방법이며,

폐쇄 단부 및 개방 단부를 갖는 구동 쉘을 제공하는 단계와,

중심 개부 및 중심 축을 갖는 피니언 캐리어를 제공하는 단계와,

상기 피니언 캐리어의 탭을 상기 구동 쉘의 슬롯 내로 삽입하여, 상기 구동 쉘과 피니언 캐리어 사이의 회전의 전달을 용이하게 하는 단계를 포함하고,

상기 폐쇄 단부는 내부에 형성된 적어도 하나의 슬롯을 갖고, 상기 외부 쉘의 개방 단부는 제1 회전 부재와 작동적으로 결합되도록 구성되고,

상기 피니언 캐리어는 거기로부터 축상 외측으로 연장하는 복수의 탭을 포함하고, 상기 중심 개구는 제2 회전 부재와 작동적으로 결합되도록 구성되는 방법.
제16항에 있어서, 상기 구동 쉘의 폐쇄 단부에 상기 피니언 캐리어의 탭을 용접하는 단계를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 구동 쉘의 폐쇄 단부에 상기 피니언 캐리어의 탭을 레이저 용접하는 단계를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 구동 쉘은 냉간 성형에 의해 제조하는 단계를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 구동 쉘은 유동 성형에 의해 제조하는 단계를 포함하는 방법.