KR20180099859A - 인발 가공 유성 핀 조립체 - Google Patents

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요시타카 와세다
콜 에이. 흄
조셉 씨. 제이알. 우즈
지오바니 디마떼오
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코요 베어링즈 노쓰 아메리카 엘엘씨
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Abstract

유성 기어에 사용하기 위한 핀 조립체는 핀의 종방향 중심축을 따라 핀의 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 중심 구멍을 형성하는 원통형 측벽을 포함하는 핀, 입구 구멍 및 제1 단부에 인접한 핀의 측벽 내로 반경방향 외향으로 연장하는 제1 환형 홈을 포함한다. 제1 원통형 플레이트는 제1 측벽, 제2 측벽 및 제1 측벽과 제2 측벽 사이에서 연장하는 원통형 외벽을 포함하며, 제1 플레이트는 핀의 제1 환형 홈 내부에 배치되어, 종방향 중심축에 대해 평행한 방향으로 있는 제1 플레이트의 폭은 종방향 중심축에 대해 평행한 방향으로 있는 제1 환형 홈의 폭보다 작아서 제1 플레이트가 제1 환형 홈 내부에서 축방향으로 활주 가능하다.

Description

인발 가공 유성 핀 조립체
본 개시내용은 일반적으로 유성 베어링에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 개시내용은 유성 베어링의 핀을 통한 윤활 유동을 향상시키는 플러그에 관한 것이다.
변속기 내의 유성 베어링에 대한 전형적인 문제는 유성 베어링의 구름 요소로의 충분한 윤활 유동이다. 캐리어(carrier) 상의 윤활 댐, 중공 핀, 반-중공 핀, 크로스 드릴 핀, 볼/인발 가공 플러그 핀 등은 유성 베어링으로 윤활유를 유도하는 장치 및 방법이다. 이러한 각각의 설계는 고비용, 추가 고객 조립, 프레스 가공 볼 또는 인발 가공 스틸 플러그로부터의 핀 변형, 가압된 플러그 탈락의 위험 및 특별한 고려사항[즉, 버어 제거(deburring) 및 세척 작업]이 요구되는 많은 복잡한 기계가공 작업으로부터의 파편/버어를 포함할 수 있는 자체적인 문제를 갖는다.
본 발명은 종래 기술의 구조 및 방법에 대한 고려사항을 인식하고 해결한다.
본 개시내용에 따른 일 실시예는 유성 기어에 사용하기 위한 핀 조립체이며, 이는 핀의 제1 단부로부터 제2 단부로 그 종방향 중심축을 따라 연장하는 중심 구멍(bore)을 형성하는 원통형 측벽, 중심 구멍과 유체 연통하는 입구 구멍, 중심 구멍과 유체 연통하는 출구 구멍 및 제1 단부에 인접한 핀의 측벽 내로 반경방향 외향으로 연장하는 제1 환형 홈을 포함한다. 제1 원통형 플레이트는 제1 측벽, 제2 측벽 및 제1 측벽과 제2 측벽 사이에서 연장하는 원통형 외벽을 포함하며, 제1 플레이트가 핀의 제1 환형 홈 내부에 배치된다. 종방향 중심축에 대해 평행한 방향으로 있는 제1 플레이트의 폭은 종방향 중심축에 대해 평행한 방향으로 있는 제1 환형 홈의 폭보다 작아서 제1 플레이트가 제1 환형 홈 내부에서 축방향으로 활주 가능하다.
본 개시내용에 따른 다른 실시예는 유성 기어에 사용하기 위한 핀 조립체이며, 이는 핀으로서, 개구를 형성하는 핀의 제1 단부로부터 핀의 제2 단부로 그 종방향 중심축을 따라서 연장하는 중심 구멍을 형성하는 원통형 측벽, 중심 구멍과 유체 연통하는 입구 구멍, 중심 구멍과 유체 연통하는 출구 구멍, 핀의 제1 단부에 인접한 핀의 측벽 내로 반경방향 외향으로 연장하는 제1 환형 홈을 포함하는 핀 및 제1 측벽, 제2 측벽 및 제1 측벽과 제2 측벽 사이에서 연장하는 원통형 외벽을 포함하는 제1 원통형 플레이트를 가지며, 제1 환형 홈이 개구에 인접한 핀의 제1 단부에 배치되고, 제1 플레이트가 제1 환형 홈 내에 배치된다.
본 개시내용에 따른 다른 실시예는 유성 기어 세트용 베어링 조립체를 위한 핀 조립체를 생산하는 방법이며, 이 방법은 판재 스틸(sheet stock steel) 단편으로부터 중공 원통형 핀을 인발 가공하는 단계, 원통형 핀에 성형 단계를 수행하는 단계 및 원통형 핀에 경화 단계를 수행하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 통합되어 그 일부를 이루는 첨부도면은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
관련 기술분야의 통상의 숙련자를 대상으로 하는, 본 발명의 최상의 형태를 포함하는, 본 발명의 완전하고 실현성 있는 개시내용이 본 명세서에 기재되어 있으며, 이는 첨부 도면을 참조하고 있다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 베어링 핀 조립체를 포함하는 유성 기어 조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유성 베어링 핀 조립체의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 유성 베어링 핀 조립체의 부분 단면도이다.
도 4는 본 개시내용에 따른 유성 베어링 핀 조립체의 일 대안 실시예의 부분 단면도이다.
도 5는 본 개시내용에 따른 유성 베어링 핀 조립체의 일 대안 실시예의 단면도이다.
도 6은 본 개시내용에 따른 유성 베어링 핀 조립체의 일 대안 실시예의 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시내용에 따른 유성 베어링 핀 조립체의 실시예의 단부도이다.
도 8은 본 개시내용에 따른 유성 베어링 조립체의 대안 실시예의 사시도이다.
도 9는 선 9-9를 따라 취해진 도 8에 도시된 유성 베어링 핀 조립체의 단면도이다.
본 명세서 및 도면에서의 참조 부호의 반복 사용은 본 개시내용에 따르는 본 발명의 동일 또는 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다.
이제, 본 발명의 현재 양호한 실시예에 대해 언급이 상세히 이루어지며, 그 중 하나 이상의 예가 첨부 도면에 예시되어 있다. 각각의 예는 제한의 의미를 갖지 않는 본 발명의 설명으로서 제공된다. 사실상, 변형 및 변경이 그 범주 및 기술 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명에서 수행될 수 있다는 것이 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확할 것이다. 예를 들면, 하나의 실시예의 일부로 예시되거나 기재된 특성이 다른 하나의 실시예에 사용되어 또 다른 실시예를 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그의 등가물의 범위 내에 속하는 이러한 변경 및 변형을 포괄하도록 의도된다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 자동 변속 유성 기어 세트(14)에 사용하기 위한 베어링 조립체(10)를 도시한다. 그러나, 본 기술 분야의 숙련자는 베어링 조립체(10)가 또한 다른 응용 분야에 사용될 수 있는 것을 이해할 것이다. 베어링 조립체(10)는 중심축(19), 중심축(18)과 동축인 베어링 케이지(22) 및 베어링 케이지(22)에 의해 수용되고 베어링 케이지(22)에 대하여 회전 가능한 복수의 구름 요소(24)(예를 들어, 니들 롤러)를 포함한다. 보여진 실시예에서, 유성 기어 세트(14)는 하나 이상의 유성 기어(26)를 포함하고, 유성 기어 각각은 베어링 조립체(10)를 수용하도록 성형된 중심 구멍(30)을 포함한다. 차례로, 베어링 조립체(10)는 유성 기어(26) 및 중심축(18)과 동축인 핀 조립체(100)를 수용한다. 바람직하게는, 각 핀 조립체(100)는 각 단부에서 스테이킹(staking)에 의해 유성 기어 세트의 캐리어(40)에 고정된다. 베어링 조립체(10)는 유성 기어(26)와 핀 조립체(100) 사이의 회전마찰을 최소화하면서 핀 조립체(100)에 대해 유성 기어(26)의 상대적 회전을 허용한다. 정상 작동 중에, 복수의 구름 요소(24)는 중심 구멍(30)의 내부 표면(31)과 핀 조립체(100)의 외부 표면(36) 모두에 접촉한다.
도 2를 추가적으로 참조하면, 유성 핀 조립체(100)는 유성 베어링의 내부 궤도를 형성하는 핀(200)(또는 샤프트) 내의 윤활 유동을 향상시키는 플레이트(120)(또는 플러그)를 포함한다. 보여진 바와 같이, 핀(200)은 단부 벽(250)의 반대쪽에서 핀(200)의 단부에 형성된 개구(240)로부터 축방향 내향으로 연장하는 블라인드 구멍(220)을 형성하기 위해 단부 벽(250)에서 종단하는 원통형 측벽(210)을 포함한다. 바람직하게는, 핀(200)은 1074 스틸, 1524 스틸, 또는 그와 비슷한 재료와 같이, 그러나 이제 제한되지는 않는 의도된 용도에 적합한 재료의 인발 가공된 컵에 의해 형성된다. 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 핀(200)을 형성하기 위해 컵을 인발 가공할 때, 축방향으로 연장하는 환형 플랜지(300)는 개구(240)에 인접하게 형성되고, 환형 플랜지(300)는 핀의 원통형 측벽부(210)보다 핀(200)의 종방향 중심축(110)에 대해 반경방향으로 더 얇다. 반경방향 내향으로 연장하는 환형 돌출부(230)가 핀의 측벽부(210)와 환형 플랜지(300)의 교차부에서 형성되는 점에 유의한다. 입구 구멍(260) 및 출구 구멍(280)은 핀의 외부 표면으로부터 블라인드 구멍(220)으로 반경방향 내향으로 연장한다.
플레이트(120)는 실질적으로 디스크 형상이고 각각 한 쌍의 제1 측벽(140) 및 제2 측벽(160) 및 그 사이에서 연장하는 원통형 외벽(180)에 의해 형성된다. 조립 중에, 플레이트(120)는 환형 플랜지(300)에 의해 형성된 핀의 블라인드 구멍(220)의 부분에 활주식으로 수용된다. 바람직하게는, 플레이트(120)의 직경은 환형 플랜지부(300)의 내부 직경보다 약간 작아서 플레이트(120)가 그 안에서 축방향으로 자유롭게 활주한다. 게다가, 플레이트(120)는 또한 환형 홈 내부의 종방향 중심축(110)을 중심으로 원주 방향으로 자유로이 병진 운동할 수 있다. 플레이트(120)가 블라인드 구멍(220) 내에 위치된 후에, 환형 플랜지부(300)의 원위부(320)는 반경방향 내향으로 구부러져서 플레이트(120)가 환형 돌출부(230)와 원위부(320) 사이에 형성된 환형 홈(270) 내에 유지된다. 플레이트(120)는 스틸, 중합체(polymer), 고무 및 엘라스토머(elastomer)로 형성될 수 있다. 선택적으로, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 인산염(phosphate), 은 등과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 코팅은 환형 홈(270) 내부의 활주 이동을 향상시키기 위해 플레이트(120) 상에 제공될 수 있다.
핀 조립체(100)의 작동 중에, 오일은 입구 구멍(260)을 통해 핀(200)의 블라인드 구멍(220) 내로 도입된다. 초기에, 플레이트(120)는 제한된 양의 오일이 환형 홈(270) 내부의 위치에 따라서 누출되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 플레이트(120)가 환형 홈(270) 내에 위치되면, 바람직하게는 플레이트(120)를 지나서 누출하는 일부 오일이 있을 것이다. 그러나, 오일 압력이 핀(200) 내부에 형성됨에 따라, 플레이트(120)는 환형 플랜지 원위부(320)의 내부 표면(340)에 인접할 때까지 축방향 외향으로 가압되고, 그로인해 내부 표면(340)과 밀봉을 형성하고 플레이트(120)를 우회하는 오일의 양을 최소화한다. 이후에, 오일은 출구 구멍(280)을 통해 자유롭게 핀(200)을 빠져 나온다.
이제 도 4를 참조하면, 유성 핀 조립체(100a)의 대안 실시예가 도시되고, 실시예는 절두원추형 형상의 외벽(290)을 포함하는 환형 홈(270)을 갖는 핀(200a)을 포함한다. 외벽(290)은 핀의 종방향 중심축(110)을 지나는 평면에 놓인 핀의 단면을 볼 때 핀의 외부 표면과 각도(α)를 형성한다. 이와 같이, 플레이트(120)가 증가하는 오일 압력에 의해 축방향 외향으로 이동함에 따라, 플레이트(120)의 외벽(180)은 환형 플랜지의 원위부(320)의 내부 표면(340)보다는 그 주변을 따라 환형 홈(270)의 외벽(290)과 밀봉을 형성한다.
이제 도 5를 참조하면, 유성 핀 조립체(100b)의 대안 실시예가 도시된다. 유성 핀 조립체(100b)는 핀(200b)의 각 단부가 플레이트(120)가 수용되는 환형 홈(270)을 포함한다는 점에서만 도 2 및 도 3에 도시된 실시예와 상이하다. 핀(200b)을 형성하는 인발 공정 동안, 단부 벽(250)(도 2)을 갖는 컵을 형성하기보다, 2개의 개구 단부를 갖는 핀이 인발 가공된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유성 핀 조립체(100c)의 또 다른 대안 실시예는 플레이트(120)가 환형 홈(270) 내부에서 자유로이 이동하지 못 하는 핀(200c)를 포함한다. 오히려, 환형 플랜지(300)의 원위부(320)는 플레이트(120)가 핀(200c)의 환형 돌출부(230)를 향해 가압되어 그와 밀봉을 형성할 때까지 반경방향 내향 및 축방향 내향 양자로 크림핑(crimped)된다.
이제 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 상술된 유성 핀 조립체(100)는 다양한 윤활 입구 표시기 및 출구 구멍 표시기와 함께 도시된다. 구체적으로는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 출구 구멍(280)(도 2)과 정렬되는 탭(401)이 핀의 환형 플랜지부의 원위부(320)에 제공된다. 대안적으로, 입구 구멍(260)과 출구 구멍(280)의 사이의 정렬을 보여주는 표시선(420)이 핀(200)의 단부 벽(250) 상에 제공될 수 있다. 게다가, 도 7c에 도시된 바와 같이, 핀(200) 상의 출구 구멍(280)의 위치를 표시하는 표시 마크(440)가 제공될 수 있다. 이들 입구/출구 표시기는 각 핀(200)이 그를 통해 윤활 유동이 용이하도록 요구된 정렬로 조립되도록 보장하는 것을 돕는다는 점에서 유성 베어링의 조립을 용이하게 한다.
도 8 및 도 9를 추가적으로 참조하면, 유성 핀(400)의 대안 실시예는 바람직하게는 중공, 인발 가공 샤프트이다. 도시된 바와 같이, 각 핀(400)은 베어링 등급의 튜브, 바 또는 와이어 스틸로부터 기계가공되기보다, 판재로부터의 프레스 상에서 인발 가공된다. 프레스 상에서의 인발 가공은 "얇은 벽식"의 큰 직경(25mm보다 큰 직경) 샤프트를 생산한다. 바람직하게는, 각 기어 액슬의 벽 두께는 3mm보다 크고 판재는 경화 가능한 베어링 등급 스틸이다. 인발 가공 후에, 판재는 각 핀(400)의 최종 형상을 얻기 위해 성형 프레스에서 가공된다.
이어서, 각 성형된 핀(400)은 60HRC보다 큰 경도를 얻도록 노 관통-경화되거나 탄화된다. 각 관통-경화된 핀(400)의 양 단부에 배치된 립(402)은 이어서 립(402)의 경도를 67HRa보다 작게 감소시키기 위한 템퍼링 공정을 겪는다. 템퍼링 공정은 각 핀(400)의 캐리어(40)(도 1)로의 스테이킹을 용이하게 한다. 마지막으로, 각 핀(400)은 기존 표준에 따라, 제안된 이의 응용 분야의 표면 마무리 요건을 충족 시키도록 연마된다.
본 발명의 하나 이상의 양호한 실시예가 위에서 설명되었지만, 다양한 변형예 및 변경예가 그 범주 및 기술 사상으로부터 벗어나지 않으면서 본 발명에서 수행될 수 있다는 것이 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이해되어야 한다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 이의 등가물의 범주 및 기술 사상 내에 속하는 변형예 및 변경예를 포함하도록 의도된다.

Claims (19)

  1. 유성 기어에 사용하기 위한 핀 조립체이며,
    핀으로서, 핀의 제1 단부로부터 제2 단부로 그 종방향 중심축을 따라 연장하는 중심 구멍을 형성하는 원통형 측벽, 중심 구멍과 유체 연통하는 입구 구멍, 중심 구멍과 유체 연통하는 출구 구멍 및 제1 단부에 인접한 핀의 측벽 내로 반경방향 외향으로 연장하는 제1 환형 홈을 포함하는, 핀 및
    제1 측벽, 제2 측벽 및 제1 측벽과 제2 측벽 사이에서 연장하는 원통형 외벽을 포함하는 제1 원통형 플레이트로서, 제1 플레이트가 핀의 제1 환형 홈 내부에 배치되는 제1 원통형 플레이트를 포함하며,
    종방향 중심축에 대해 평행한 방향으로 있는 제1 플레이트의 폭이 종방향 중심축에 대해 평행한 방향으로 있는 제1 환형 홈의 폭보다 작아서 제1 플레이트가 제1 환형 홈 내부에서 축방향으로 활주 가능한, 핀 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 핀의 제1 환형 홈은 제1 환형 표면, 제2 환형 표면 및 제1 환형 표면과 제2 환형 표면 사이에서 연장하는 외부 표면에 의해 형성되고, 제1 환형 표면 및 제2 환형 표면 각각은 핀의 종방향 중심축을 가로지르는, 핀 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 핀의 제1 환형 홈의 외부 표면은 원통형인, 핀 조립체.
  4. 제2항에 있어서, 핀의 제1 환형 홈의 외부 표면은 절두원추형인, 핀 조립체.
  5. 제2항에 있어서, 제1 플레이트의 제1 측벽은 핀의 제1 환형 홈의 제1 환형 표면에 인접하여 유체가 입구 구멍을 통해 중심 구멍 내로 도입될 때 제1 측벽과 제1 환형 표면 사이에서 밀봉이 형성되는, 핀 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    핀의 제2 단부에 인접한 핀의 측벽 내로 반경방향 외향으로 연장하는 제2 환형 홈 및
    제1 측벽, 제2 측벽 및 제1 측벽과 제2 측벽 사이에서 연장하는 원통형 외벽을 포함하는 제2 원통형 플레이트를 포함하는 핀 조립체를 더 포함하고,
    제2 플레이트가 핀의 제2 환형 홈 내부에 배치되고 제2 환형 홈 내부에서 축방향으로 활주 가능한, 핀 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 핀은 핀의 제2 단부에서 핀의 측벽에 인접한 저부벽을 갖는 인발 가공된 컵인, 핀 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 입구 구멍 및 출구 구멍 양자는 핀의 원통형 측벽을 통해 반경방향으로 통과하여 종방향 중심축을 가로지르는, 핀 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 제1 플레이트는 종방향 중심축을 중심으로 핀의 제1 환형 홈 내부에서 회전 가능한, 핀 조립체.
  10. 유성 기어에 사용하기 위한 핀 조립체이며,
    핀으로서, 개구를 형성하는 핀의 제1 단부로부터 핀의 제2 단부로 그 종방향 중심축을 따라 연장하는 중심 구멍을 형성하는 원통형 측벽, 중심 구멍과 유체 연통하는 입구 구멍, 중심 구멍과 유체 연통하는 출구 구멍, 핀의 제1 단부에 인접한 핀의 측벽 내로 반경방향 외향으로 연장하는 제1 환형 홈을 포함하는, 핀 및
    제1 측벽, 제2 측벽 및 제1 측벽과 제2 측벽 사이에서 연장하는 원통형 외벽을 포함하는 제2 원통형 플레이트를 포함하며,
    제1 환형 홈이 개구에 인접한 핀의 제1 단부에 배치되고, 제1 플레이트가 제1 환형 홈 내에 배치되는, 핀 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 핀의 종방향 중심축에 대해 평행한 방향으로 있는 제1 플레이트의 폭은 핀의 종방향 중심축에 대해 평행한 방향으로 있는 제1 환형 홈의 폭보다 작아서 제1 플레이트가 제1 환형 홈 내부에서 축방향으로 활주 가능한, 핀 조립체.
  12. 제10항에 있어서, 핀의 제1 환형 홈은 제1 환형 표면, 제2 환형 표면 및 제1 환형 표면과 제2 환형 표면 사이에서 연장하는 외부 표면에 의해 형성되며, 제1 환형 표면 및 제2 환형 표면 각각은 핀의 종방향 중심축을 가로지르는, 핀 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 핀의 제1 환형 홈의 외부 표면은 원통형인, 핀 조립체.
  14. 제12항에 있어서, 핀의 제1 환형 홈의 외부 표면은 절두원추형인, 핀 조립체.
  15. 제12항에 있어서, 제1 플레이트의 제1 측벽은 핀의 제1 환형 홈의 제1 환형 표면에 인접하여 유체가 입구 구멍을 통해 중심 구멍 내로 도입될 때 제1 측벽과 제1 환형 표면 사이에서 밀봉이 형성되는, 핀 조립체.
  16. 제10항에 있어서, 핀은 핀의 제2 단부에서 핀의 측벽에 인접한 저부벽을 갖는 인발 가공된 컵인, 핀 조립체.
  17. 제10항에 있어서, 핀은 중심 구멍 내에 배치된 환형 돌출부 및 제1 단부 상에 배치된 반경방향 내향으로 매달려진 환형 플랜지를 추가로 포함하며, 제1 환형 플랜지가 환형 돌출부와 반경방향 내향으로 매달려진 환형 플랜지 사이에 배치되고 환형 플랜지가 제1 플레이트를 환형 돌출부와 맞닿는 상태로 보유하는, 핀 조립체.
  18. 유성 기어 세트용 베어링 조립체를 위한 핀 조립체를 생산하는 방법이며,
    판재 스틸 단편으로부터 중공 원통형 핀을 인발 가공하는 단계,
    원통형 핀에 성형 단계를 수행하는 단계 및
    원통형 핀에 경화 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    원통형 핀의 한 쌍의 립 상에 템퍼링 공정을 수행하는 단계를 추가로 포함하고,
    한 쌍의 립이 원통형 핀의 양 단부 상에 배치되는, 방법.
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