KR20190005261A - 차량용 클러치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샤프트에 고정된 허브와; 상기 허브의 외주면에 결합되어 상기 샤프트의 축방향을 따라 직선 슬라이딩 가능하도록 설치된 슬리브와; 상기 샤프트에 대해 상대회전 가능하고 축방향 운동은 구속된 클러치부재와; 상기 클러치부재와 허브 사이에 구비되고, 상기 슬리브와 허브에 의해 상기 클러치부재를 향해 가압되어 상기 클러치부재와의 사이에 발생되는 마찰력으로 동력을 전달하도록 설치된 클러치링과; 상기 클러치링과 허브의 상대 회전 변위에 의해 상기 클러치링이 상기 축방향을 따라 상기 클러치부재를 향해 가압되도록 구비된 변위전환부와; 상기 클러치링과 상기 클러치부재 사이에 개재되어, 상기 클러치링을 상기 허브를 향해 상기 축방향을 따라 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 포함하여 구성된다.

Description

차량용 클러치{CLUTCH FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 클러치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 변속기 등에 사용될 수 있는 클러치의 구조에 관한 기술이다.

차량의 변속기 등에는 서로 상대 회전하는 회전체 사이의 동력 전달을 단속할 수 있도록 다수의 클러치가 사용된다.

상기한 바와 같은 클러치는 가급적 작은 부피를 차지하면서도 가급적이면 큰 토크 전달 용량을 가지는 것이 바람직하지만, 통상 큰 토크 전달 용량을 확보하기 위해서는 클러치의 부피가 증가하게 된다.

또한, 클러치가 큰 토크를 전달하도록 하기 위해서는 그에 따라 클러치를 작동시키는 힘이 증가되어야 하므로, 클러치를 작동시키기 위한 장치, 예컨대 액츄에이터 등의 크기가 상대적으로 증가되어야 하는 것이 일반적이다.

한편, 상기한 바와 같은 클러치는 동력을 전달하지 않아야 하는 상황에서는 가급적 완전히 동력을 차단하여 불필요한 드래그토크가 발생하지 않는 것이 바람직하다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR1020170052790 A

본 발명은 간단하고 컴팩트한 구성을 가지고 상대적으로 작은 부피를 차지하면서도, 상대적으로 큰 토크 전달 용량을 구현할 수 있도록 하고, 토크 전달을 위해 필요로 하는 클러치의 작동력을 상대적으로 저감시킬 수 있도록 하면서도, 클러치의 해제 시에는 보다 확실한 동력 차단으로 드래그토크를 현저하게 저감시킴으로써, 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한 차량용 클러치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 클러치는

샤프트에 고정된 허브와;

상기 허브의 외주면에 결합되어 상기 샤프트의 축방향을 따라 직선 슬라이딩 가능하도록 설치된 슬리브와;

상기 샤프트에 대해 상대회전 가능하고 축방향 운동은 구속된 클러치부재와;

상기 클러치부재와 허브 사이에 구비되고, 상기 슬리브와 허브에 의해 상기 클러치부재를 향해 가압되어 상기 클러치부재와의 사이에 발생되는 마찰력으로 동력을 전달하도록 설치된 클러치링과;

상기 클러치링과 허브의 상대 회전 변위에 의해 상기 클러치링이 상기 축방향을 따라 상기 클러치부재를 향해 가압되도록 구비된 변위전환부와;

상기 클러치링과 상기 클러치부재 사이에 개재되어, 상기 클러치링을 상기 허브를 향해 상기 축방향을 따라 탄성적으로 지지하는 탄성부재;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 변위전환부는

상기 클러치링으로부터 상기 허브를 향해 돌출된 링돌기와;

상기 허브에 상기 링돌기를 수용하도록 형성된 허브홈과;

상기 링돌기의 원주방향 양단에 상기 축방향에 대해 경사지게 형성된 링경사면과;

상기 링경사면에 면접촉할 수 있도록 상기 허브홈의 상기 클러치링을 향한 단부 양측에 형성된 허브경사면을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 클러치부재는 상기 허브를 향한 쪽에 상기 축방향에 대해 경사진 단면의 원추마찰면을 구비하고;

상기 클러치링과 클러치부재 사이의 상기 원추마찰면 외측에는 상기 허브와 함께 회전하는 제1중간콘이 설치되며;

상기 클러치링과 상기 제1중간콘 사이에는 상기 클러치부재와 함께 회전하도록 설치되는 제2중간콘이 구비될 수 있다.

상기 탄성부재는 상기 클러치링과 클러치부재 사이에서 상기 제2중간콘의 외측을 에워싸는 링 형상의 웨이브스프링으로 구성될 수 있다.

본 발명은 간단하고 컴팩트한 구성을 가지고 상대적으로 작은 부피를 차지하면서도, 상대적으로 큰 토크 전달 용량을 구현할 수 있도록 하고, 토크 전달을 위해 필요로 하는 클러치의 작동력을 상대적으로 저감시킬 수 있도록 하면서도, 클러치의 해제 시에는 보다 확실한 동력 차단으로 드래그토크를 현저하게 저감시킴으로써, 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 클러치의 조립상태를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 차량용 클러치의 분해도,
도 3은 도 1의 클러치에서 허브의 외주면을 기준으로 슬리브의 외측을 절단하여 제거한 상태의 도면,
도 4는 도 1의 클러치의 단면도,
도 5는 본 발명 클러치의 변위전환부의 작용을 설명한 도면,
도 6은 본 발명의 클러치와 달리 탄성부재가 없는 경우의 드래그토크 발생 원리를 설명한 도면,
도 7은 도 6에 비교한 본 발명의 드래그토크 저감 효과를 설명한 도면,
도 8은 도 7과 같은 상태에서 클러치링의 링돌기가 허브홈에 삽입된 상태를 설명한 도면,
도 9는 도 6과 같은 탄성부재 없는 클러치와 도 7과 같은 탄성부재를 구비한 클러치의 드래그토크들을 허브와 클러치부재 사이의 상대 회전속도에 따라 비교하여 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명 차량용 클러치는, 샤프트(1)에 고정된 허브(3)와; 상기 허브(3)의 외주면에 결합되어 상기 샤프트(1)의 축방향을 따라 직선 슬라이딩 가능하도록 설치된 슬리브(5)와; 상기 샤프트(1)에 대해 상대회전 가능하고 축방향 운동은 구속된 클러치부재(7)와; 상기 클러치부재(7)와 허브(3) 사이에 구비되고, 상기 슬리브(5)와 허브(3)에 의해 상기 클러치부재(7)를 향해 가압되어 상기 클러치부재(7)와의 사이에 발생되는 마찰력으로 동력을 전달하도록 설치된 클러치링(9)과; 상기 클러치링(9)과 허브(3)의 상대 회전 변위에 의해 상기 클러치링(9)이 상기 축방향을 따라 상기 클러치부재(7)를 향해 가압되도록 구비된 변위전환부와; 상기 클러치링(9)과 상기 클러치부재(7) 사이에 개재되어, 상기 클러치링(9)을 상기 허브를 향해 상기 축방향을 따라 탄성적으로 지지하는 탄성부재(11)를 포함하여 구성된다.

상기 클러치는 허브와 클러치부재(7) 사이에 동력을 연결하거나 차단하는 상태를 전환할 수 있도록 구성된 것으로서, 물론, 상기 클러치부재(7)에는 별도의 기어 등이 형성되어 상기 허브와 주고받는 동력을 상기 기어 등을 통해 다른 부품으로 전달할 수 있게 구성되며, 클러치의 동력을 연결하거나 차단하는 제어는 상기 슬리브(5)의 축방향 슬라이딩 변위의 조작에 의해 이루어지게 구성되므로, 상기 슬리브(5)에는 별도의 액츄에이터가 연결되어 상기 슬리브(5)의 축방향 슬라이딩 변위를 조작하도록 구성될 수 있다.

참고로, 여기서 '축방향'이란 상기 샤프트의 길이방향을 의미한다.

상기 변위전환부는 상기 클러치링(9)으로부터 상기 허브(3)를 향해 돌출된 링돌기(13)와, 상기 허브(3)에 상기 링돌기(13)를 수용하도록 형성된 허브홈(15)과, 상기 링돌기(13)의 원주방향 양단에 상기 축방향에 대해 경사지게 형성된 링경사면(17)과, 상기 링경사면(17)에 면접촉할 수 있도록 상기 허브홈(15)의 상기 클러치링(9)을 향한 단부 양측에 형성된 허브경사면(19)을 포함하여 구성된다.

상기 슬리브(5)에는 상기 허브홈(15)에 삽입되어 상기 클러치링(9)의 링돌기(13)를 상기 축방향으로 가압하는 슬리브돌기(21)가 구비되어 있어서, 상기 슬리브(5)의 축방향 슬라이딩 운동이 상기 슬리브돌기(21) 및 상기 링돌기(13)를 통해 상기 클러치링(9)을 축방향으로 이동시켜서 상기 클러치부재(7)에 가압되도록 하는 역할을 한다.

도 5는 상기한 바와 같이 슬리브(5)가 상기 클러치링(9)을 상기 클러치부재(7) 쪽으로 가압하여 클러치가 동력을 전달하도록 하는 작용을 설명한 것으로서, 상기 슬리브(5)의 축방향 이동에 의해 상기 슬리브돌기(21)가 상기 링돌기(13)를 F1의 힘으로 가압하면, 상기 클러치링(9)은 상기 클러치부재(7)와의 사이에 회전방향의 마찰력을 발생시키게 되면서 동력을 전달하기 시작하고, 이때 상기 마찰력 Ft에 의해 상기 클러치링(9)이 상기 허브에 대해 상대회전하게 되면, 상기 변위전환부의 링경사면(17)이 상기 허브경사면(19)에 면접촉하면서 상기 클러치링(9)이 스스로 상기 클러치부재(7)를 향한 축방향으로 가압하는 힘 F2를 형성하게 되어, 결과적으로 상기 클러치링(9)은 Ftotal (=F1+F2)의 힘으로 클러치부재(7)를 향해 가압되어 더 큰 동력을 전달하는 상태로 진행하게 된다.

한편, 상기 클러치부재(7)는 상기 허브(3)를 향한 쪽에 상기 축방향에 대해 경사진 단면의 원추마찰면(23)을 구비하고, 본 실시예는 상기 클러치링(9)과 클러치부재(7) 사이의 상기 원추마찰면(23) 외측에는 상기 허브(3)와 함께 회전하는 제1중간콘(25)이 설치되며, 상기 클러치링(9)과 상기 제1중간콘(25) 사이에는 상기 클러치부재(7)와 함께 회전하도록 설치되는 제2중간콘(27)이 구비된다.

따라서, 상기한 바와 같이 클러치링(9)이 상기 슬리브(5)에 의해 상기 클러치부재(7)를 향해 축방향으로 가압되면, 실질적으로 동력을 전달하는 마찰력은 상기 클러치링(9)의 내주면과 상기 제2중간콘(27)의 외주면 사이, 상기 제2중간콘(27)의 내주면과 상기 제1중간콘(25)의 외주면 사이, 및 상기 제1중간콘(25)의 내주면과 상기 클러치부재(7)의 원추마찰면(23) 사이에서 각각 발생하는 마찰력의 합이 되어, 비교적 작은 공간 내에서 상대적으로 넓은 마찰면을 형성하도록 함으로써, 클러치가 전달할 수 있는 토크의 용량을 상대적으로 증대시키게 된다.

물론, 상기 제1중간콘(25)과 제2중간콘(27) 없이 상기 클러치링(9)의 내주면이 직접 상기 클러치부재(7)의 원추마찰면(23)에 접촉하여 동력을 전달하도록 구성할 수도 있으나, 이 경우에는 상기한 경우에 비해 전달할 수 있는 토크의 용량이 줄어들게 된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 탄성부재(11)는 상기 클러치링(9)과 클러치부재(7) 사이에서 상기 제2중간콘(27)의 외측을 에워싸는 링 형상의 웨이브스프링으로 구성되며, 상기 웨이브스프링의 웨이브 피치는 웨이브스프링의 전체 원주길이의 1/3 정도로 하여, 지나치게 많은 웨이브가 형성되지 않으면서도 상기 클러치링(9)과 클러치부재(7)의 원주방향 전체에 걸쳐서 균형 있는 탄성력의 인가가 가능하도록 하는 것이 바람직할 것이다.

상기한 바와 같은 탄성부재(11)의 작용을 도 6과 도 7의 단순화된 단면도를 참고하여 살펴본다. 참고로, 도 6과 도 7은 모두 슬리브(5)가 클러치링(9)을 클러치부재(7) 쪽으로 가압하지 않는 중립상태를 도시하고 있다.

도 6의 경우에는 상기 슬리브(5)가 상기 클러치링(9)을 가압하지 않는 상황에서 중력에 의해 클러치링(9)이 하측으로 압력을 받으면, 이에 의해 상기 클러치링(9)과 상기 클러치부재(7) 사이에는 원주방향으로 마찰력이 약하지만 발생하게 되고, 이 마찰력은 상기 클러치링(9)을 허브(3)에 대해 상대회전시킴으로써, 도 5에 설명한 바와 같이 변위전환부에 의해 저절로 클러치링(9)을 클러치부재(7)로 가압하게 되고, 이는 다시 상기 클러치부재(7)와 클러치링(9) 사이의 마찰력 증대로 이어지는 악순환이 되어 상당한 드래그토크를 발생시키게 되고, 이는 차량의 연비 악화를 초래하게 된다.

즉, 슬리브(5)의 작동 없이, 상기 클러치링(9)에 작용하는 중력에 의해, 상기 클러치링(9)의 링돌기(13)에 형성된 링경사면(17)이 허브(3)의 허브경사면(19)에 면접촉하면서, 클러치링(9)이 클러치부재(7)를 향해 축방향으로 이동하게 하는 힘이 자체적으로 형성되어 드래그토크(drag torque)로 작용하게 되는 것이다.

이에 비하여, 도 7의 경우 탄성부재(11)가 상기 클러치링(9)을 허브(3) 쪽으로 탄성적으로 밀고 있어서, 상기 클러치링(9)의 링돌기(13)가 허브홈(15)에 끼워져서 도 8과 같이 상기 링경사면(17)이 허브경사면(19)을 지나 허브홈(15) 내측으로 깊게 삽입된 상태가 되므로, 상기 클러치링(9)에 작용하는 중력에도 불구하고, 상기 클러치링(9)과 클러치부재(7) 사이에는 마찰력이 발생하기 어렵고, 마찰력이 발생하더라도 클러치링(9)이 허브(3)에 대해 상대회전 하지 못하도록 함으로써, 슬리브(5)가 적극적으로 클러치링(9)을 밀지 않는 한, 상기한 바와 같이 자체적으로 클러치링(9)을 클러치부재(7) 쪽으로 가압하는 힘은 발생하지 않게 되어, 상기한 바와 같은 드래그토크가 발생하지 않게 되는 것이다.

물론, 상기 탄성부재(11)와의 사이에 발생하는 마찰력에 의해 약간의 드래그토크가 발생하는 것을 피할 수는 없지만, 도 6의 경우에 비해서는 그 크기가 현저히 감소하게 된다.

참고로, 도 9는 상기 도 6과 도 7과 같은 구성 상태로 드래그토크를 측정하여 비교한 결과를 도시한 것으로서, 도 7과 같이 탄성부재(11)를 구비한 경우가 현저히 작은 드래그토크를 형성함을 알 수 있다.

이 그래프에서, 도 6과 같은 구성에서는 평균적으로 0.357(Kgf*m)의 드래그토크가 발생하고, 도 7과 같은 구성은 평균적으로 0.053(Kgf*m)의 드래그토크가 발생하여, 도 6과 같은 구성에 대비하여 15%에 불과한 드래그토크가 발생함을 알 수 있으며, 이는 본 발명이 차량의 연비 향상에 크게 기여할 수 있음을 의미한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 샤프트
3; 허브
5; 슬리브
7; 클러치부재
9; 클러치링
11; 탄성부재
13; 링돌기
15; 허브홈
17; 링경사면
19; 허브경사면
21; 슬리브돌기
23; 원추마찰면
25; 제1중간콘
27; 제2중간콘

Claims (4)

1. 샤프트에 고정된 허브와;
   상기 허브의 외주면에 결합되어 상기 샤프트의 축방향을 따라 직선 슬라이딩 가능하도록 설치된 슬리브와;
   상기 샤프트에 대해 상대회전 가능하고 축방향 운동은 구속된 클러치부재와;
   상기 클러치부재와 허브 사이에 구비되고, 상기 슬리브와 허브에 의해 상기 클러치부재를 향해 가압되어 상기 클러치부재와의 사이에 발생되는 마찰력으로 동력을 전달하도록 설치된 클러치링과;
   상기 클러치링과 허브의 상대 회전 변위에 의해 상기 클러치링이 상기 축방향을 따라 상기 클러치부재를 향해 가압되도록 구비된 변위전환부와;
   상기 클러치링과 상기 클러치부재 사이에 개재되어, 상기 클러치링을 상기 허브를 향해 상기 축방향을 따라 탄성적으로 지지하는 탄성부재;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 클러치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 변위전환부는
   상기 클러치링으로부터 상기 허브를 향해 돌출된 링돌기와;
   상기 허브에 상기 링돌기를 수용하도록 형성된 허브홈과;
   상기 링돌기의 원주방향 양단에 상기 축방향에 대해 경사지게 형성된 링경사면과;
   상기 링경사면에 면접촉할 수 있도록 상기 허브홈의 상기 클러치링을 향한 단부 양측에 형성된 허브경사면;
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 클러치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 클러치부재는 상기 허브를 향한 쪽에 상기 축방향에 대해 경사진 단면의 원추마찰면을 구비하고;
   상기 클러치링과 클러치부재 사이의 상기 원추마찰면 외측에는 상기 허브와 함께 회전하는 제1중간콘이 설치되며;
   상기 클러치링과 상기 제1중간콘 사이에는 상기 클러치부재와 함께 회전하도록 설치되는 제2중간콘이 구비된 것
   을 특징으로 하는 차량용 클러치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 탄성부재는 상기 클러치링과 클러치부재 사이에서 상기 제2중간콘의 외측을 에워싸는 링 형상의 웨이브스프링으로 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량용 클러치.
   

Images