KR20140118249A - 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치 - Google Patents

Abstract

자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치가 개시된다. 본 발명에 따른 셔틀 클러치는, 유압식 다판 클러치 구성을 가지며, 클러치 디스크가 마모되고 피스톤이 클러치 비접속 위치에서 클러치 접속위치로 이동했을 때, 피스톤 내주면에 억지 끼움된 부시는 스토퍼에 걸려 더 이상의 이동이 제한되고, 피스톤은 유압에 의해 디스크 마모에 따른 이동거리 증가분만큼 상기 부시로부터 밀려나고 그 밀려난 상태로 리턴되게 구성하여 자동으로 마모에 따른 피스톤과 디스크 플레이트 간 간극이 조절될 수 있도록 구성한 것을 요지로 한다.

Description

자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치{Hydraulic multiple clutch with gap adjusting function for agriculture vehicle}

본 발명은 유압식 다판 클러치에 관한 것으로, 상세하게는 클러치를 구성하는 디스크에 마모가 생기더라도 그 마모에 따른 클러치 유격이 자동으로 보상될 수 있도록 된 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치에 관한 것이다.

경작(耕作)에 주로 이용되는 트랙터와 같은 농작업차는 작업 특성상 저속에서 고속 또는 고속에서 저속으로의 속도 변속, 전진에서 후진 또는 후진에서 전진으로의 방향변속이 빈번하게 행해지며, 엔진에서 출력된 동력을 작업에 적합한 속도 및 방향성을 갖는 동력으로의 변환을 위해 셔틀 변속장치(Shuttle transmission device)를 채택하고 있다.

종래 농작업차에 채택되는 셔틀 변속장치는 일반적으로, 엔진 출력축에 전동 가능하게 연결되는 셔틀축(Shuttle shaft)에 싱크로나이즈식 클러치와, 이 클러치의 동작에 의해 상기 셔틀축 상의 셔틀기어와 택일적으로 계합하는 정/역전 기어(gear)를 포함하고, 시프트 레버(shift lever)의 조작에 연동하여 클러치가 동력접속을 단속하는 기계식 구조로 되어 있었다.

그러나 상기 기계식 구조는, 부피가 크고, 변속 시 기어 간 접속으로 인해 소음이 크며, 전적으로 운전자 조작력으로 변속이 행해지기 때문에 조작이 불편하다는 문제가 있다. 따라서 최근에는 자동차와 마찬가지로 유압으로 변속을 어시스트 함으로써 큰 힘을 들이지 않고 변속이 구현되는 유압식 변속장치(일명 '파워 셔틀'이라고 함)를 적용하는 추세에 있다.

도 1은 유압에 의해 변속이 이행되는 구성을 갖는 종래 농작업차용 유압식 변속장치 내부 구성을 개략적으로 나타낸 개략 단면도이다. 이를 참조하여 종래 유압식 변속장치의 구성에 대해 간단히 살펴보기로 한다.

도 1과 같이 종래 유압식 변속장치는, 엔진 출력축에 직결되는 셔틀축(100), 셔틀축(100)에 평행한 변속축(200), 셔틀축 상에서 회전 자유로운 주행출력축(300)을 포함한다. 셔틀축(100)에는 차량 전진/후진과 관련한 한 쌍의 유압식 셔틀클러치(400)가 마련되어 있고, 변속축(200)에는 한 쌍의 유압식 변속클러치(500)가 마련되어 있다.

셔틀클러치(400)와 변속클러치(500)는 유압에 의해 동작하여 피동 측과의 동력접속을 선택적으로 허용하거나 차단하는 유압식 다판 클러치 구성으로 되어 있으며, 클러치가 설치된 각 축 내부에는 상기 각각의 클러치로 유압이 제공될 수 있게 경로를 형성하는 내부유로(102)(202)가 해당 축의 길이 방향을 따라 길게 형성된 구성으로 이루어져 있다.

도면부호 104와 204는 셔틀축(100)과 변속축(200) 내부 내부유로로의 압유 도입을 위해 유압라인이 연결되는 유압포트를 가리킨다.

상기 종래 유압식 셔틀 변속장치는, 유압이 변속을 어시스트하고 따라서 선택적 동력접속이 구현됨으로써, 전술한 기계식과 비교하여 정숙성, 조작 편의성, 변속 정확성이 우수한 장점이 있다. 그러나 장시간 사용 시 상기 클러치를 구성하는 클러치 디스크 또는 플레이트 마모로 클러치 조작을 위한 페달의 스트로크가 달라지는 문제가 있다.

다시 말해, 사용에 따라 클러치 디스크 또는 클러치 플레이트에 마모가 발생하면, 클러치 조작에 유격이 발생해 클러치 응답성이 떨어지며, 원하는 클러치 조작을 위해서는 페달을 더욱 깊숙히 밟아야 하고 반 클러치 접속 타이밍이 달라지게 됨으로써, 클러치 조작 시 급 출발 또는 지연 출발과 같은 문제가 발생하게 된다.

일본특허공개 제2002-257202호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 클러치를 구성하는 클러치 디스크 또는 플레이트가 마모되어도 자동으로 피스톤과 플레이트 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 클러치 성능이 저하되지 않게 할 수 있는 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명은, 유압으로 작동하는 다판식 셔틀 클러치에 있어서, 클러치 하우징 내에서 유압에 의해 클러치 비접속 초기위치에서 클러치 접속위치로 전진 이동하는 피스톤 내주면에 억지 끼워 맞춤 조립되어 피스톤과 함께 움직이는 부시와, 피스톤 전진 이동 시 상기 부시의 스트로크를 일정하게 유지시키는 스토퍼를 포함하며, 클러치 디스크가 마모되고 피스톤이 클러치 비접속 위치에서 클러치 접속위치로 이동했을 때, 부시는 상기 스토퍼에 걸려 더 이상의 이동이 제한되고, 피스톤은 유압에 의해 디스크 마모에 따른 이동거리 증가분만큼 상기 부시로부터 밀려나고 그 밀려난 상태로 리턴되는 것을 특징으로 하는 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치를 제공한다.

여기서, 상기 스토퍼는 부시 선단 접촉면으로부터 피스톤의 클러치 비접속 초기위치에서 클러치 접속위치 사이 거리만큼 떨어진 지점의 클러치 하우징의 중실축 상에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 피스톤 내주면에 상기 중실축의 슬라이딩 면을 따라 접촉 이동하는 접촉돌부가 돌출 형성되고, 접촉돌부와 상기 부시와 사이로 간극 조절 여유 간격이 형성될 수 있다.

이때, 상기 간극 조절 여유 간격은 디스크(또는 플레이트) 교체주기가 도래하기 전까지 마모에 따라 생긴 디스크와 플레이트 사이 간극의 총합에 대응하는 수치로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스토퍼는 부시의 이동을 제한하면서 피스톤 리턴을 위한 복원력을 발생시키는 리턴 스프링 지지를 위한 스프링 지지구 역할을 겸하는 구성일 수 있다.

그리고, 억지 끼워 맞춤에 의한 피스톤과 부시 사이의 결합력은, 상기 리턴 스프링의 탄성력보다는 크고 피스톤에 작용하는 유압력보다는 작게 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다

본 발명의 실시예에 따른 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치에 의하면, 클러치 디스크 또는 플레이트 마모가 발생했을 때, 마모에 따른 클러치 플레이트의 이동거리 증가분만큼 피스톤이 부시로부터 전진 이탈하여 클러치 플레이트 측으로 이동함으로써 마모를 보상하며, 따라서 마모에 상관 없이 클러치 작동 스트로크는 항상 일정하게 유지될 수 있다.

즉, 클러치를 구성하는 클러치 디스크 또는 플레이트가 마모되어도 그 마모된 만큼 피스톤이 전진 이동하여 클러치 작동 스트로크는 일정하게 유지되도록 함으로써, 클러치 조작에 유격이 발생해 클러치 응답성이 떨어지거나, 반 클러치 타이밍이 변해 클러치 조작 시 급 출발 또는 지연 출발이 발생하는 것과 같은 클러치 성능 저하를 해소할 수 있다.

또한, 클러치 마모 보상이 자동으로 이루어짐으로써, 종래와 같이 클러치 마모 시 외부에서 수작업을 통해 클러치의 스트로크 조절하는 작업을 생략할 수 있어 스트로크 조절을 위한 작업 공수를 줄일 수 있고, 외부 스트로크 조절을 위한 복잡한 장치 구성이 생략됨으로써, 전반적인 구조 단순화 및 생산 비용의 절감을 도모할 수 있다.

도 1은 종래 농작업차 셔틀 변속기의 개략 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치의 확대 단면도.
도 3은 도 2에 따른 다판 클러치의 절개 사시도.
도 4는 마모발생 시 자동 간극 조절을 위한 작동상태를 나타낸 본 발명의 작동 상태도.
도 5는 도 4에 따른 작동 상태 절개 사시도.
도 6은 자동 간극 조절 후 피스톤 리턴을 나타낸 본 발명의 다른 작동 상태도.
도 7은 도 6에 따른 작동 상태 절개 사시도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치의 확대 단면도이며, 도 3은 도 2에 따른 다판 클러치의 절개 사시도이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 유압식 다판 클러치(1)는, 구동측 클러치 하우징(10)을 구비하며, 클러치 하우징(10)에 대해 회전 자유로운 피동측 클러치 허브(12)를 포함한다.

클러치 하우징(10)은 구동축(2)(셔틀축)과 일체 회전 가능하게 구동축(2)에 조립되고, 클러치 허브(12)는 베어링을 매개로 상기 클러치 하우징(10)의 중실축(100) 상에 회전 자유롭게 끼워진다.

클러치 하우징(10) 내주면과 클러치 허브(12) 외주면 각각에는, 클러치 플레이트(11)와 클러치 디스크(13) 여러 장이 일정 간격으로 스플라인 결합되되, 클러치 플레이트(11)와 클러치 디스크(13)는 서로 겹쳐지게 번갈아 위치하며, 클러치 플레이트(11)는 탄성 복원력을 가진 리테이너(104)를 사이에 두고 클러치 하우징(10) 내주면에 좌, 우로 습동 가능하게 스플라인 결합된다.

피스톤(14) 전진 이동에 따른 클러치 플레이트(11) 압박으로 클러치 플레이트(11)가 클러치 디스크(13) 쪽으로 밀려나 접촉함으로써 동력 전달 가능한 상태가 되며, 따라서 구동축(2)에서 전달된 회전동력은 클러치 하우징(10)과 상호 접촉된 클러치 플레이트(11)와 디스크(13)를 거쳐 클러치 허브(12) 측으로 전달될 수 있다.

클러치 플레이트(11)를 가압하는 상기 피스톤(14)은 상기 클러치 하우징(10) 내에 습동 가능하게 조립된다. 그리고 클러치 플레이트(11) 반대쪽의 피스톤(14) 일면과 클러치 하우징(10) 중앙의 격벽(106) 사이로 유압 챔버(19)가 형성되며, 유압 챔버(19)에는 구동축(2) 내부의 유로(도 1 종래도면 참조)를 통해 압유가 도입되어 압력을 형성시킨다.

챔버(19) 내 유압에 의해 피스톤(14)은 클러치 비접속 초기위치(A)에서 클러치 접속위치(B)로 이동하여 클러치 플레이트(11)를 가압하며, 피스톤(14) 내주면에는 부시(15)가 억지 끼워 맞춤 조립되어 피스톤(14)과 함께 움직인다. 그리고 부시(15) 전방의 리턴 스프링(17)이 발생시키는 복원력에 의해 유압이 해제된 때 피스톤(14)은 초기위치로 리턴된다.

부시(15) 전방으로 일정 거리 이격된 지점의 클러치 하우징(10) 중실축(100)에는 스토퍼(16)가 설치된다. 스토퍼(16)에는 리턴 스프링(17) 일단이 지지되며, 피스톤(14)과 함께 부시(15)가 클러치 접속위치(B)로 전진 이동한 때 부시(15)는 스토퍼(16)에 닿게 된다. 즉, 부시(15)는 상기 스토퍼(16)에 의해 항상 일정한 스트로크 범위 내에서만 움직인다.

클러치 디스크(13)(또는 플레이트(11)) 마모 전, 피스톤(14)이 클러치 비접속 초기위치(A)에서 클러치 접속위치(B)로 이동했을 때의 거리(W1)와 클러치 비접속 초기위치(A)에 있을 때의 부시(15) 선단 접촉면과 상기 스토퍼(16) 사이의 거리(W2)는 동일하며, 따라서 피스톤(14)이 클러치 접속위치(B)로 이동했을 때 부시(15)의 선단은 위와 같이 스토퍼(16)에 닿게 된다.

억지 끼워 맞춤에 의한 피스톤(14)과 부시(15) 사이의 결합력은, 상기 리턴 스프링(17)의 탄성력보다는 크고 피스톤(14)에 작용하는 유압력보다는 작다.

따라서 장시간 사용에 따라 클러치 디스크(13)(또는 클러치 플레이트(11))가 마모되고, 이 상태로 피스톤(14)이 클러치 접속위치(B)로 이동하는 때 부시(15)는 스토퍼(16)에 걸려 더 이상 전진 이동하지 못하지만, 피스톤(14)은 유압에 의해 디스크(13) 마모에 따른 이동거리 증가분만큼 상기 부시(15)로부터 밀려나와 그 마모에 따른 유격을 보상하게 된다.

유격 보상과 관련해서는 후술하게 될 본 발명의 작동설명을 통해 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

한편, 피스톤(14) 내주면에는 클러치 하우징(10) 중실축(100)의 슬라이딩 면을 따라 접촉 이동하는 오일 씰(140)을 구비한 접촉돌부(142)가 돌출 형성되어 있으며, 접촉돌부(142)와 상기 부시(15) 말단면 사이로 간극 조절 여유 간격(g)이 형성된다.

이때 간극 조절 여유 간격(g)은 디스크(또는 플레이트) 교체주기가 도래하기 전까지 마모에 따라 생긴 디스크(13)와 플레이트(11) 사이 간극의 총합에 대응하는 수치로 형성될 수 있다.

즉, 디스크(13) 또는 플레이트(11)가 제기능을 온전히 발휘할 수 없을 정도로 마모가 심해 교체가 반드시 요구되기까지의 디스크(13)와 플레이트(11) 간 간격 변화에 대응하는 값으로 형성함으로써, 간극 조절 여유 간격(g)이 '0(제로)'에 도래하면 동력접속이 원천적으로 이루어지지 않도록 해 해당 부품에 대한 교체가 반드시 행해질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도면상 미설명 부호 102는 클러치 하우징(10)에 습동 가능하게 장착되는 디스크 플레이트(11) 이탈 저지를 위한 스냅링이며, 120은 피동축인 상기 클러치 허브(12)에 마련되는 기어치를 가리킨다. 그리고 18은 스토퍼(16)에 조립되고 상기 리턴 스프링(17) 중앙부에 위치함으로써 압축/복원이 원활하게 이루어질 수 있도록 가이드 하는 스프링 가이드이다.

이하, 마모발생 시 자동으로 간극이 조절되는 본 발명의 유압식 다판 클러치 작동에 대해 살펴보기로 한다.

도 4는 마모발생 시 자동 간극 조절을 위한 작동상태를 나타낸 본 발명의 작동 상태도이며, 도 5는 도 4에 따른 작동 상태 절개 사시도이다.

도 4 내지 도 5를 참조하면, 장시간 사용에 따른 계속된 마찰로 클러치 디스크(13)(또는 클러치 플레이트(11))가 마모된 경우 클러치 접속을 위해 유압 챔버(19) 내에 압유가 공급되면, 이 공급된 압유가 피스톤(14)의 작용면에 발생시키는 힘에 의해 피스톤(14)은 클러치 비접속 초기위치(A)에서 클러치 접속위치(B)로 전진 이동(도면 상 좌측 방향)하게 된다.

클러치 접속위치(B)로 피스톤(14)이 이동할 때, 이 피스톤(14) 내주면에 억지 끼움 조립된 부시(15)도 함께 전진 이동하며, 스토퍼(16)에 닿는 순간 상기 부시(15)는 더 이상의 전진 이동이 제한된다. 그러나 스토퍼(16) 구속을 받지 않는 피스톤(14)은 클러치 디스크(13)의 마모량만큼 부시(15)로부터 전진 이탈하여 클러치 플레이트(11)를 밀게 된다.

다시 말해, 스토퍼(16)에 가로막혀 부시(15)의 전진 이동이 제한된 상태에서 유압이 발생하는 힘에 의해 피스톤(14)은 클러치 디스트(또는 클러치 플레이트(11))가 마모된 만큼 부시(15)로부터 전진 이탈 즉, 밀려 나와 클러치 플레이트(11)를 가압함으로써 클러치 접속이 구현되는 것이며, 이때 부시(15)에 대한 피스톤(14)의 전진 이탈로 클러치 마모에 따른 유격이 보상되는 것이다.

도 6은 위와 같은 자동 간극 조절 후 피스톤 리턴을 나타낸 본 발명의 다른 작동 상태도이며, 도 7은 도 6에 따른 작동 상태 절개 사시도이다.

도면을 참조하면, 자동 간극 조절 후 유압이 해제되면, 리턴 스프링(17)이 부시(15)에 작용하는 복원력에 의해 상기 부시(15)와 피스톤(14)은 클러치 접속을 해제하는 방향으로 후퇴한다. 이때 부시(15)는 전진 이동 전의 최초 위치로 리턴되지만, 피스톤(14)은 부시(15)로부터 전진 이탈된 상태로 후퇴함으로써, 리턴 후 피스톤(14)의 클러치 비접속 초기위치(A')는 상기 마모량만큼 전진된 위치에 있게 된다.

즉, 리턴 후 피스톤(14)의 클러치 비접속 초기위치(A')는 클러치 디스크(13)(또는 클러치 플레이트(11)) 마모된 만큼 클러치 플레이트(11) 쪽에 다가가 위치하게 되고, 이에 따라 클러치 디스크(13)(또는 클러치 플레이트(11))가 마모되어도 마모에 관계 없이 피스톤(14)은 항상 일정한 거리를 왕복 운동하면서 동일한 작동력으로 클러치 접속을 구현하게 되는 것이다.

결론적으로 이상의 본 발명의 실시예에 따르면, 클러치 디스크 또는 플레이트 마모가 발생했을 때, 마모에 따른 클러치 플레이트의 이동거리 증가분만큼 피스톤이 부시로부터 전진 이탈하여 클러치 플레이트 측으로 이동함으로써 마모를 보상하며, 따라서 마모에 상관 없이 클러치 작동 스트로크는 항상 일정하게 유지될 수 있다.

즉, 클러치를 구성하는 클러치 디스크 또는 플레이트가 마모되어도 그 마모된 만큼 피스톤이 전진 이동하여 클러치 작동 스트로크는 일정하게 유지되도록 함으로써, 클러치 조작에 유격이 발생해 클러치 응답성이 떨어지거나, 반 클러치 타이밍이 변해 클러치 조작 시 급 출발 또는 지연 출발이 발생하는 것과 같은 클러치 성능 저하를 해소할 수 있다.

또한, 클러치 마모 보상이 자동으로 이루어짐으로써, 종래와 같이 클러치 마모 시 외부에서 수작업을 통해 클러치의 스트로크 조절하는 작업이 요구되지 않아 스트로크 조절을 위한 작업 공수를 줄일 수 있고, 외부 스트로크 조절을 위한 복잡한 구성을 생략할 수 있어, 전반적인 구조 단순화 및 생산 비용의 절감을 도모할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 클러치 2 : 구동축
10 : 클러치 하우징 11 : 클러치 플레이트
12 : 클러치 허브 13 : 클러치 디스크
14 : 피스톤 15 : 부시
16 : 스토퍼 17 : 리턴 스프링
18 : 스프링 가이드 19 : 유압 챔버
100 : 중실축 104 : 리테이너
140 : 오일 씰 142 : 접촉돌부

Claims (6)

1. 유압으로 작동하는 다판식 셔틀 클러치에 있어서,
   클러치 하우징 내에서 유압에 의해 클러치 비접속 초기위치에서 클러치 접속위치로 전진 이동하는 피스톤 내주면에 억지 끼워 맞춤 조립되어 피스톤과 함께 움직이는 부시와, 피스톤 전진 이동 시 상기 부시의 이동을 제한하여 스트로크를 일정하게 유지시키는 스토퍼를 포함하고,
   클러치 디스크가 마모되고 피스톤이 클러치 비접속 위치에서 클러치 접속위치로 이동했을 때, 부시는 상기 스토퍼에 걸려 더 이상의 이동이 제한되고, 피스톤은 유압에 의해 디스크 마모에 따른 이동거리 증가분만큼 상기 부시로부터 밀려나고 그 밀려난 상태로 리턴 스프링의 복원력에 의해 리턴되는 것을 특징으로 하는 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스토퍼는 부시 선단 접촉면으로부터 피스톤의 클러치 비접속 초기위치에서 클러치 접속위치 사이 거리만큼 떨어진 지점의 클러치 하우징의 중실축 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 피스톤 내주면에 상기 중실축의 슬라이딩 면을 따라 접촉 이동하는 접촉돌부가 돌출 형성되고, 접촉돌부와 상기 부시와 사이로 간극 조절 여유 간격이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 간극 조절 여유 간격은 디스크(또는 플레이트) 교체주기가 도래하기 전까지 마모에 따라 생긴 디스크와 플레이트 사이 간극의 총합에 대응하는 수치로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 스토퍼는 부시의 이동을 제한하면서 피스톤 리턴을 위한 복원력을 발생시키는 리턴 스프링 지지를 위한 스프링 지지구 역할을 하는 것을 특징으로 하는 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   억지 끼워 맞춤에 의한 피스톤과 부시 사이의 결합력은, 상기 리턴 스프링의 탄성력보다는 크고 피스톤에 작용하는 유압력보다는 작은 것을 특징으로 하는 자동으로 간극이 조절되는 유압식 다판 클러치.

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