KR20070083461A - 자동 변속기용 평면 커플링 조립체 - Google Patents

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KR20070083461A
KR20070083461A KR1020077001101A KR20077001101A KR20070083461A KR 20070083461 A KR20070083461 A KR 20070083461A KR 1020077001101 A KR1020077001101 A KR 1020077001101A KR 20077001101 A KR20077001101 A KR 20077001101A KR 20070083461 A KR20070083461 A KR 20070083461A
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스테픈 엠. 루스
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민즈 인더스트리즈 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 기어 변속기를 위한 평면 오버런 커플링 조립체를 제공한다. 상기 커플링 조립체는 포켓 플레이트에 형성된 포켓들에 내에 원형 포켓 플레이트, 노치 플레이트, 및 토크 전달 스트럿들을 구비한다. 상기 포켓들의 구조는 상기 포켓 플레이트가 상기 노치 플레이트를 오버런하면, 원심력의 영향 하에 있는 상기 노치 플레이트 쪽으로 상기 스트럿들의 변환을 방지한다. 상기 포켓 플레이트 및 상기 노치 플레이트는 일부의 마찰 디스트 커플링 조립체들 내에서 규정한다.
단 방향 커플링, 노치 플레이트, 포켓 플레이트, 토크 전달 스트럿, 스트럿 스프링.

Description

자동 변속기용 평면 커플링 조립체 {Planar coupling assembly for an automatic transmission}
본 발명은 자동차 전동 장치를 위한 기어 다단 변속기에서 토크 유로를 설치 및 미설치하기 위한 평면 커플링 조립체에 관한 것이다.
종래 기술 특허 번호 제 5,964,331은 병렬 인접 관계로 놓여진 포켓 플레이트(pocket plate) 및 노치 플레이트(notch plate)를 포함하는 단 방향(one-way) 클러치 개시한다. 이러한 종류의 단 방향 클러치들은 상기 인접 병렬된 표면들이 상기 클러치의 축과 관련한 방사상 평면에 위치되기 때문에 때로는 평면 클러치들로서 언급된다.
본 명세서를 위하여, 커플링이라는 용어는 클러치들 또는 브레이크들에 있어서, 그 플레이트들 중 하나는 변속기의 토크 운반 요소와 구동 가능하게 연결되며, 다른 플레이트는 다른 토크 운반 요소와 구동 가능하게 연결되거나 또는 변속기 하우징과 관련하여 고정되고 홀드(hold)되는 클러치들 혹은 브레이크들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 상기 커플링, 클러치 및 브레이크라는 용어는 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.
상기 포켓 플레이트는 단 방향 클러치의 축 둘레에 각지게 배열된 홈들 또는 포켓들이 갖추어져 있다. 상기 포켓들은 포켓 플레이트의 평면에 형성된다. 각 포켓들은 일단이 상기 포켓 플레이트의 포켓 내의 앵커 지점(anchor point)과 맞물리는 토크 전달 스트럿(torque transmitting strut)을 수용한다. 상기 스트럿의 반대쪽 에지(edge)(이하 능동 에지(active edge)라 불릴 수 있다)는 상기 포켓 내의 위치로부터 능동 에지가 상기 포켓 플레이트의 평면으로부터 바깥 방향으로 연장하는 위치로 이동 가능하다. 상기 스트럿은 각각의 스프링들에 의하여 상기 포켓 플레이트로부터 떨어져서 한 쪽으로 기울 수 있다.
상기 노치 플레이트는 상기 포켓 플레이트의 포켓들의 반경 상에 대체로 위치된 다수의 홈들 또는 노치들로 형성된다. 상기 노치들은 상기 노치 플레이트의 평면 내에 형성된다.
오버런 평면 클러치(overruning planar clutch)의 다른 예는 미국 특허 번호 제 5,597,057에서 개시되었다. 상기 '331 및 '057 특허는 둘 다 본 발명의 양수인에게 양도되었다.
상기 '331 및 '057 특허에서 개시된 상기 클러치와 같은 알려진 설계도의 평면 클러치를 포함하는 변속 기어 설치에 있어서, 상기 노치 플레이트는 상기 노치 플레이트의 외면 및 변속기 하우징 사이에서 스플라인 연결(spline connection)에 의하여 고정 정지(hold)되기 때문에 상기 포켓 플레이트는 상기 노치 플레이트와 상대적으로 회전될 것이다. 상기 변속 기어를 위한 토크 반응 점이 요구될 때 마찰 디스크 조립체는 상기 포켓 플레이트를 선택적으로 고정한다.
선택된 변속 기어 비에서 알려진 설계도의 평면 클러치의 동작 동안에, 상기 포켓 플레이트를 고정하여 상기 변속기의 결합된 토크 전달 기어 요소를 위한 토크 반응을 제공하는 것은 필요하다. 각각의 토크 전달 스트럿에 따라 작용하는 상기 스프링들은 그 뒤 상기 노치 플레이트 방향으로 상기 스트럿들에 압력을 가하여 상기 노치 플레이트의 노치들을 가지는 상기 스트럿들의 상기 능동 에지 체결에 영향을 주며, 그 결과 토크 전달 기어 요소를 위한 토크 반응 점을 설정한다. 만일 상기 포켓 플레이트가 상기 단 방향 클러치 조립체에 토크 반응을 요구하는 비율 전환(ratio shift)의 초기에 회전한다면, 원심력은 각 토크 전달 스트럿에 나타날 것이며, 이는 각 토크 전달 스트럿이 그것의 포켓 에지와 방사상인 외부 능동 에지에서 맞물리게 한다. 상기 오버런 클러치가 그것의 오버런 모드(mode)에 있으며 고속으로 동작된다면, 회전 스트럿의 질량 때문에 나타난 원심력은 스트럿의 요구되지 않는 운동을 일으키는 원인이 되는 경향이 있다.
일반적으로, 상기 포켓은 회전 축과 관련한 양의 각형 또는 드래프트 각으로 형성된 방사상인 외부 에지를 가진다. 상기 스트럿에 작용하는 상기 원심력은 그런 다음 상기 스트럿이 상기 노치 플레이트와 맞물려서 전환을 야기하는 축의 분력(axial component)을 가질 것이다. 이것은 상기 단 방향 클럴치의 효과적인 오버런 동작을 방해하고 마모 및 바람직하지 않는 소음을 야기한다. 이러한 불이익은 상기 변속기의 높은 비율의 전반적인 동작 시간 동안에 상기 단 방향 클러치의 지속적인 오버런이 발생하기 때문에 중요한 의미를 가진다.
상기 '331 특허 및 '057 특허에서 개시된 종류의 단 방향 평면 클러치 조립체는 일반적으로 적어도 하나의 마찰 디스크 조립체와 결합하여 사용되며, 상기 마 찰 디스크 조립체는 상기 단 방향 평면 클러치 조립체에 의해 설치된 토크 유로와 평행한 토크 유로를 설치한 브레이크 또는 클러치를 규정한다. 따라서, 다수의 클러치 조립체들은 전반적인 변속기 설계를 복잡하게 하며 비용 및 변속기 조립 시간의 증가를 필요로 한다.
본 발명의 단 방향 클러치 조립체의 일 특징에 따르면, 단 방향 클러치 토크 전달 스트럿에 작용하는 원심력의 역효과를 제거하여, 특히 높은 오버런 클러치 속도에서, 상기 클러치 조립체의 자재륜 성능(freewheeling performance)을 향상하기 위한 방법을 제공한다. 이것은 상기 스트럿이 장착된 상기 포켓들의 방사상 외부 에지에 0도의 드래프트 각을 제공함으로써 달성된다. 상기 포켓들은 또한 음의 드래프트 각으로 설계되어 상기 스트럿들에 작용하는 원심력의 역효과를 극복하는 유익한 홀딩 효과(holding effect)를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 포켓 플레이트에는 상기 포켓 플레이트 자체로 완전하게 형성된 외부로 스플라인된 확장부(extension)가 제공된다. 상기 확장부는 자동 변속기를 위한 기어 시스템에서 마찰 클러치 조립체의 일 부분을 형성하는 클러치 플레이트들 또는 디스크들을 지지하도록 적용된다. 오버 런 클러치 또는 브레이크와 결합한 마찰 클러치 조립체의 사용을 요구하는 전송 환경에서, 본 발명의 단 방향 평면 클러치 조립체는 상기 마찰 클러치 조립체의 토크 전달 요소들과 상기 평면 단 방향 클러치 조립체의 오버런 커플링 요소들의 통합을 가능하게 한다. 이것은 설계를 간단하게 하며, 자동 변속기 기어 시스템에서 공간의 절약을 제공한다.
본 발명의 다른 특징은 제 2의 마찰 클러치 조립체를 위한 마찰 디스크 클러치 또는 브레이크 반응면(brake reaction surface)을 형성 할 수 있는 노치 플레이트 상의 평면 마찰면을 포함한다. 따라서, 본 발명의 평면 오버런 클러치 조립체는 자동 변속기 시스템에서 두 개의 마찰 클러치 조립체들과 통합될 수 있어, 전반적인 설계를 더욱 단순화할 수 있으며 변속기 마찰 요소들을 위한 공간에 있어서의 감소 효과를 가질 수 있다. 상기 마찰 클러치 조립체들과 상기 오버런 클러치 조립체의 통합의 부가적인 이익은 요소들의 수를 더 감소시키며 감소된 조립 시간 및 비용을 포함하는 제조 비용을 더욱 줄이는 것이다.
노치 플레이트와 관련하는 포켓 플레이트의 각 상대각 위치(relative angular position)를 위한 토크 전달 스트럿의 다수의 맞물림들을 제공하는 것이 가능하다. 평면 단 방향 클러치 조립체에 고유한 역회전은 이런 식으로 감소될 수 있으며, 상기 단 방향 클러치 조립체의 토크 수용량은 다수의 맞물림에 의해 증가될 수 있다.
도 1은 두 개의 마찰 클러치 조립체들과 연계한 본 발명의 평면 단방향 클러치 조립체를 포함하는 기어 시스템의 부분 단면도이다;
도 2는 본 발명의 평면 단방향 클러치 조립체의 구성 요소들이 강조된 도 1 단면도의 일 부분을 확대한 상세도이다;
도 3a는 본 발명의 평면 단방향 클러치 조립체의 구성 요소를 형성하는 포켓 플레이트의 등각 투상도(isometric view)이다;
도 3b는 도 2의 조립체에서 도 3a의 포켓 플레이트와 함께 사용하기 위한 노치 플레이트의 등각 투상도이다;
도 3c는 도 3a의 포켓 플레이트의 포켓에 위치하는 토크 전달 스트럿(strut)의 등각 투상도이다;
도 3d는 도 3a의 해칭선(section line) 3d-3d의 평면으로부터 보이는 것과 같은 도 3a의 포켓 플레이트의 포켓들 중 하나의 단면도이다;
도 4는 도 1, 2 및 3a의 포켓 플레이트 평면의 평면도이다;
도 5는 도 1, 2 및 3b의 노치 플레이트(notch plate) 평면의 평면도이다;
도 6은 도 4의 해칭선 6-6의 평면으로부터 보이는 것과 같은 도 4의 포켓 플레이트의 단면도이다; 그리고
도 7은 양의 구배 각(positive draft angle)이 포켓의 방사상 외벽에서 나타나는 종래 특허 5,964,331에서 개시된 포켓 플레이트와 유사한 포켓 플레이트의 단면도이다.
본 발명을 구체화한 자동 변속 기어 시스템은 도 1의 부분 단면도에서 보여진다. 이는 3개의 단순 유성 기어 유닛들(12, 14, 16)을 포함하는 유성 기어 장치(planetary gearing arrangement)(10)를 포함한다. 기어 유닛(12)은 썬 기어(sun gear)(18), 링 기어(ring gear)(20), 및 유성 케리어(planetary carrier)(22)를 포함한다. 기어 유닛은 썬 기어(24), 링 기어(26), 및 유성 케리어(28)를 포함한다. 기어 유닛은 썬 기어(16), 링 기어(30), 및 유성 케리어(34)를 포함한다.
케리어(28)는 참조 번호 36에서 보여진 것과 같이 썬 기어(32)와 구동 가능하게 연결되어 있다. 케리어(22)는 도면 번호 38에서 보여진 것과 같이 링 기어(26)와 구동 가능하게 연결되어 있다. 링 기어(20)는 토크 전송 부재(torque transfer member)(40)에 의해 유성 케리어(34)와 구동 가능하게 연결되어 있다.
유체 토크 변환기(hydrokinetic torque converter)(미도시)의 터빈 샤프트(turbine shaft)에 대응하는 토크 입력 샤프트(torque input shaft)는 참조 번호 42에 나타난다. 그것은 썬 기어에 스플라인(spline)된다. 토크 출력 슬리브 샤프트(torque output sleeve shaft)(44)는 케리어(34)에 스플라인되며, 케리어는 전진 4, 5 및 6단 속도 비에서 변속하는 동안 맞물린 다수의 디스크 클러치 조립체(multiple disc clutch assembly)(48)의 마찰 클러치 요소(46)에 스플라인된다.
클러치 플레이트들은 상기 클러치 조립체(48)의 클러치 디스크들과 꼭 맞다. 클러치 플레이트들은 참조 번호 52 및 54에서 보여진 것과 같이 소규정 간격을 둔 환상의(annular) 클러치 실린더들로 규정하는 클러치 부재(clutch member)(50)와 연결되어 있다. 환상의 피스톤(56)은 클러치 실린더(52) 내에 위치하며, 환상의 피스톤(58)은 실린더(54) 내에 위치한다. 상기 피스톤들(56, 58)은 클러치 리턴 스프링들(60, 62)에 의해 각각 클러치 릴리스(release) 위치로 치우친다. 상기 실린더(52) 및 상기 피스톤(56)들은, 가압 되었을 때 피스톤(56)이 상기 클러치 플레이트들을 마찰력에 의해 맞물리게 하며 다수의 디스크 클러치 조립체(48)의 클러치 디스크들이 케리어(22)와 클러치 요소(50) 사이의 구동 연결부를 설치하는 압력 챔 버(chamber)를 규정한다.
다중 디스크 클러치 조립체(64)의 내부에 스플라인된 클러치 플레이트들은 상기 클러치 요소(50)로 스플라인 된다. 상기 다중 디스크 클러치 조립체(64)의 외부에 스플라인된 클러치 플레이트들은 클러치 요소(66)에 의해 썬 기어(18)와 구동 가능하게 연결된다.
클러치 요소(66)는 다중 디스크 브레이크 조립체(72)의 마찰 플레이트들(70)과 딱 맞는 마찰 브레이크 디스크들(68)과 구동 가능하게 연결된다.
클러치 디스크 요소(64)는 후진에서와 마찬가지로 전진 3단 및 5단 속도 비에서 동작하는 동안 맞물린다. 브레이크 디스크 조립체(72)는 전진 2단 및 6단 속도 비에서 동작하는 동안 맞물린다.
고정 변속기 하우징(74)은 참조 번호 76에서 보여진 것과 같이 터빈 샤프트(42)를 회전 가능하게 지지한다. 하우징(74)은 환상의 피스톤(80)에 위치된 환상의 브레이크 압력 챔버(78)를 규정한다. 상기 피스톤(80)에 의해 운반되는 브레이크 구동기(actuator) 요소(82)는 상기 브레이크 디스크 조립체(72)와 맞물릴 수 있어 썬 기어(18)를 위한 토크 반응 점을 결정한다.
썬 기어(16)는 토크 전달 요소(torque transfer element)(86)에 의해 브레이크 디스크 조립체(84)와 구동 가능하게 연결된다. 하우징(74)은 환상의 피스톤(90)을 수용하는 환상의 실린더(88)를 규정한다.
본 발명의 상기 평면 클러치 조립체는 도 1의 참조 번호 92에 도시된다. 이는 포켓 플레이트(96)를 둘러싸는 노치 플레이트(94)를 포함한다. 상기 평면 환상 표면(98)은 상기 브레이크 디스크 조립체(84)의 인접한 브레이크 디스크에 의해 맞물리는 브레이크 디스크 반응 면을 제공한다. 상기 브레이크 디스크 조립체(84)의 클러치 플레이트들은 참조 번호 100에서 보여진 것과 같이 상기 변속기 하우징(74)으로 외부에서 스플라인 된다.
상기 브레이크 디스크 조립체(84)는 압력이 상기 피스톤(90)으로 가해졌을 때 마찰력에 의해 맞물리게 되고, 이는 상기 브레이크 디스크 조립체(84)의 압력 플레이트(102)를 움직이게 한다.
상기 노치 플레이트(94)는 상기 브레이크 디스크 조립체(84)를 위한 상기 반응 요소로서 작용한다. 그것은 상기 변속기 하우징(74)으로 스플라인되며, 상기 변속기 하우징(74) 내 스냅 링 홈(groove)에 위치된 스냅 링(snap ring)(104)에 의한 축 변위(axial displacement)에 대항하여 상기 변속기 하우징 내에서 고정된다.
상기 포켓 플레이트(96)는 상기 포켓 플레이트(94)에 형성된 스냅 링 홈에 위치된 스냅 링(106)에 의해 상기 노치 플레이트(94) 내에서 견고하게 고정된다.
상기 포켓 플레이트(96)는 다중 디스크 브레이크 조립체(112)의 내부로 스플라인된 마찰 브레이크 디스크들(100)로 외부로 스플라인된, 도 2에서 잘 드러난, 축 확장부(axial extension)(116)를 가진다. 스플라인된 클러치 플레이트들은 상기 변속기 하우징(74)에 연결된다. 브레이크 압력 플레이트(114)는 브레이크 구동기 피스톤(118)에 의해 차례로 지지되는 구동기 요소(117)에 체결된다. 상기 포켓 플레이트 확장부(116)는 도 1에서 잘 드러난 바와 같이, 내부 스플라인들(108)을 가짐으로써 스플라인된 구동 연결부를 케리어(22)에 설치한다.
변속기 하우징(74)에 형성된 환상 실린더(121)는 피스톤(119)을 수용한다. 내부 유압로들(internal fluid pressure passages)은 구동 압력(actuating pressure)을 상기 실린더(121)로 제공하여 상기 피스톤(119) 상에 브레이크 구동력(brake actuating force)을 생성한다. 그 구동력은 상기 구동기 요소(117)를 통해 전달되고, 이는 압력 플레이트(114)를 맞물리게 하여 상기 브레이크 디스크 조립체(112)에 적용한다. 이것은 상기 유성 기어 유닛(12)의 케리어(22)를 고정시킨다.
도 2는 상기 평면 클러치 조립체(92) 및 상기 마찰 브레이크 조립체(84)의 확대 상세도이다. 도 2의 상기 피스톤(90')은 도 1의 상기 피스톤(90)에 해당하며, 피스톤(90)은 강철 스템핑(steel stamping)으로서 형성되는데 반하여 상기 피스톤(90)은 가공품이다. 각각의 예에서, 상기 피스톤 또는 상기 다중 디스크 브레이크 조립체(84)가 브레이크 구동 압력을 받을 때, 힘은 상기 압력 플레이트(102)로 인가된다. 상기 압력 플레이트 상에서 그 구동력을 위한 반응은 상기 노치 플레이트(94)에 의해 조절된다. 상기 반응력은 스냅 링(104)을 통해 상기 변속기 하우징으로 전달된다.
상기 노치 플레이트 상의 표면(98)은 그것이 상기 마찰 디스크 팩(pack)을 위한 브레이크 플레이트로서의 역할을 할 수 있도록 조립체보다 앞서 완전한 정밀 연마된다. 따라서 상기 마찰 브레이크 조립체를 위한 별개의 예비 플레이트를 제공하는 것이 도 1 및 2에서 묘사된 상기 설계도에서 반드시 필요한 것은 아니다. 도 1 및 2에서 묘사된 상기 통합 설계도는 상기 평면 클러치 조립체(92) 및 상기 마찰 브레이크 조립체(84)를 위한 일반적인 특징들을 포함하고 있으며, 따라서 구성 요소들을 생략하며 상기 변속기의 토크 전송 요소들을 위한 패키징 스페이스(packaging space)를 감소시킨다.
전술한 바와 같이, 상기 브레이크 디스크 조립체(84)는 상기 변속기를 위한 전진 1단, 2단, 3단 및 4단 속도 비에서 동작하는 동안 적용된다. 이것은 전진 구동 동안 상기 변속기를 위한 주행 제동 토크(coast braking torque)를 제공한다. 반응 토크는 맞물린 브레이크 디스크 조립체(84)를 통하여 상기 썬 기어(30) 및 상기 토크 트랜스퍼 요소(86)로 부터 전달된다. 전진 구동하는 동안, 상기 썬 기어(30) 상의 반응 토크는 상기 평면 단 방향 클러치 조립체(92)에 의해 조절된다.
상기 평면 단 방향 클러치 조립체가 동작되면, 전진 구동 토크는 전진 1단, 2단, 3단, 및 4단 기어 비로 동작하는 동안 상기 포켓 플레이트를 통하여 상기 케리어(22)로 부터 상기 변속기 하우징으로 전달된다. 상기 변속기가 전진 5단 및 6단 속도 비에서 동작상에 있을 때, 포켓 플레이트(96)는 자재륜 상태(freewheeling condition)라고 가정할 수 있으므로 상기 포켓 플레이트는 상기 고정된 노치 플레이트를 오버런(overrun)할 것이다. 저속 비 동작 및 후진 구동 동안 제동 브레이크는 상기 포켓 플레이트(96)에서 확장부(116)로 스플라인 된 마찰 브레이크 디스크들(110)을 포함하는 다중 디스크 브레이크 조립체(112)를 맞물림으로써 얻어질 수 있다.
도 3b 및 도 5에서 잘 나타낸 것과 같이 고정되고 외부로 스플라인된 노치 플레이트는 상기 노치 플레이트의 전체 표면에 걸쳐 다수의 경사진 홈들(ramped recesses) 및 노치들(118)을 포함한다. 이러한 노치들은 상기 포켓 플레이트의 평면 환상 표면(122)에 형성된 포켓들(120)에 대하여 병렬 인접 관계로 놓여진다. 상기 포켓들(120)은 도 3a에서 보여진 것과 같이 상기 포켓 플레이트의 외면 둘레에 배열된다.
토크 전달 스트럿(strut)(124)는 각 포켓 내에 놓여진다. 상기 스트럿들은 도 3c에서 잘 보여진다. 그들은 노치 맞물림 능동 에지(notch engaging active edge)(126) 및 앵커 에지(anchor edge)(128)를 포함한다. 상기 에지(128)는 접선 방향으로 연장되어 상기 포켓들(120)의 방사상으로 연장된 부분에 수용되는 앵커 숄더들(anchor shoulders)(132, 132')을 제공한다.
도 3d는 상기 포켓(120)의 한 끝과 맞물린 상기 앵커 에지(128)를 보여준다. 도 3d의 참조 번호 130에서 보여주는 것과 같이 스프링, 바람직하게는 리프-형(leaf-type) 또는 헤어핀형(hairpin-type) 스프링은 상기 포켓(120)의 기저면에 의해 지지된다. 상기 스프링은 도 3d에서 잘 보여지는 것과 같이 토크 전달 스트럿(124)의 밑면에 맞물리며, 상기 스트럿(124)을 방사상 외부 방향으로 가압한다. 이것은 상기 스트럿을 앵커 에지(128) 둘레로 회전시키는 원인이 된다. 상기 능동 노치 플레이트 맞물림 에지(126)는 상기 포켓 플레이트가 상기 노치 플레이트에 대하여 회전가능하게 움직이는 것과 같이 그것이 상기 노치들(118)과 맞물릴 수 있도록 외부 방향으로 움직인다.
포켓들의 수에 따라 다르지만 포켓들은 역회전(backlash)을 감소시킨다. 포켓들은 서로 상대적으로 배열될 수 있으며 다수의 스트럿 맞물림을 수행하여 결합 토크 용량을 증가시킨다.
상기 포켓 플레이트가 도 3d의 방향 벡터 FW 방향으로 회전가능하게 움직이면, 상기 토크 전달 스트럿(126)은 상기 노치들(118)을 가로질러 래치트(ratchet) 할 것이다. 만일 상기 포켓 플레이트의 상대 운동이 제로(zero)면, 상기 스트럿들(124)의 상기 노치 플레이트 맞물림 능동 에지(126)는 상기 노치들(118)의 에지를 맞물리게 하여 상기 노치 플레이트에 대하여 상기 포켓 플레이트의 후진 동작을 방지 할 것이다.
상기 평면 단 방향 클러치 조립체가 자재륜하면, 원심력(centrifugal force)은 힘 벡터(136)에 의해 도 6에서 가리키는 것과 같이 상기 토크 전달 스트럿(124) 상에서 나타난다.
도 6에서, 상기 토크 전달 스트럿(124) 상에서 작용하는 상기 스프링력은 상기 힘 벡터(138)로 나타낸다. 상기 노치 플레이트 내부로 이동할 때 변속기 유체를 치환하는 상기 스트럿의 결과에 의해 발생되는 유체 압력은 상기 벡터(140)로 나타낸다. 실험적 데이타에 기초하여, 이 힘(140)은 최소 한도의 효과를 가지는 것으로 보여졌으며, 그리고 모든 실질적인 목적들을 위하여 이것은 무시될 수 있다.
상기 스트럿 상에서 작용하는 힘 벡터(136)에 의해 보여진 상기 원심력은 상기 평면 단 방향 클러치 조립체가 자재륜할 때, 상기 포켓(120)의 밖으로 상기 스트럿의 치환을 방지하는 경향이 있는 원심력 분 벡터(centrifugal force component vector)(142)를 야기한다. 힘 벡터(142)는 상기 포켓(120)의 방사상 외부 에지에서 형성된 음의 드래프트 각(negative draft angle)(144) 때문에 발생된다. 상기 음의 드래프트 각은 상기 포켓 플레이의 제작 동안에 생성된다. 음의 드래프트 각은 참조 번호 146에서 보여지는 것과 같이 포켓(120)의 방사상 외벽에서 금속을 압축 성형(upsetting)함으로써 얻어질 수 있다. 펀칭 툴(punching tool)은 상기 포켓 플레이트의 제작 동안 사용될 수 있으며 상기 포켓(120)의 방사상 외부 에지에서 상기 금속을 압축 성형한다.
바람직하게는, 상기 포켓 플레이트 및 상기 노치 플레이트는 분말 금속 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 분말 금속 주물 기술에서 소결 동작 동안, 상기 노치들(146)은 상기 포켓 플레이트가 그것이 가장 가단성(malleable)일 동안 여전히 그것의 가열된 상태에 있을 때 쉽게 형성될 수 있다. 심지어 상기 포켓 플레이트가 고속에서 회전할 때라도, 예를 들면, 2500 rpm 이상의 속도에서, 상기 포켓들(120)의 음의 드래프트 각은 상기 스트럿들(124)의 변환을 방지할 것이라는 점은 설명되었졌다. 이것은 오버런 클러치 성능을 매우 향상시키며, 상기 스트럿들 상의 마모를 감소시키고, 그리고 상기 평면 오버런 클러치 조립체가 자재륜할 때 상기 포켓 플레이트의 포켓들을 가로지르는 스트렛들의 래치팅(ratcheting)에 기인하는 소음을 유발하는 상기 스트럿들의 임의의 특정 성향을 예방한다.
도 6의 설계와는 달리, 도 7은 미국 특허 5,918,715에서 보인 종류의 평면 오버런 클러치 설계도를 보여준다. 상기 평면 오버런 클러치 조립체가 자재륜 상태에 있다면, 원심력 벡터 Fc는 "푸시 아웃(puch-out)" 힘 성분 Fp를 야기할 것이다. 유체 압력 FL 및 스프링력 FS가 결합되면, 합력(resultant force) FR은 토크 전달 스트럿(124')을 상기 포켓 플레이트에 대하여 상기 스트럿 플레이트의 자재륜 작동을 방해할 수 있는 외부 방향으로 이동시키는 경향으로 향상된다. 드래프트 각 θ는 도 7의 설계도의 경우에는 양의 값인데 반하여 도 6의 설계도의 드래프트 각은 음성 값이다. 경우에 따라서는, 도 6에서 도시된 각 θ는 제로 값 또는 이에 근접될 수 있다.
실질적인 음의 드래프트는 상기 평면 오버런 클러치가 사용된 기어의 설계 특징들에 따라 이용될 수 있다.
비록 본 발명의 실시예가 개시되었지만, 이것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이며, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 모든 이와 같은 변경 및 그들의 가치들은 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 변속기 하우징 및 다수의 토크 전달 요소들을 가지는 기어 동력 변속기(geared power transmission)용 평면 단 방향 커플링에 있어서,
    상기 변속기 하우징에 고정된 원형 노치 플레이트와,
    상기 변속기의 토크 전달 요소에 연결된 원형 포켓 플레이트를 포함하되,
    상기 노치 플레이트 및 상기 포켓 플레이트는 공통 축을(common axis)가지고, 상기 각 플레이트는 평면의 방사형으로 놓여진 환상 표면을 가지며, 상기 환상(annular) 표면들은 인접하며 병렬 관계(juxtaposed relationship)로 배치되고;
    상기 노치 플레이트의 환상 표면에 다수의 노치들을 포함하되, 상기 노치들은 상기 공통 축 둘레에서 일정한 간격을 가지며, 상기 각 노치들은 받침 숄더(abutment shoulder)를 가지고;
    상기 포켓 플레이트의 상기 환상 표면에 다수의 포켓들을 포함하되, 상기 포켓들은 상기 공통 축 둘레에 배치되며, 상기 각 포켓들은 일반적으로 방사상 방향 및 방사상의 외부 에지에 배치된 토크 반응 에지(reaction edge)를 가지고;
    상기 각 포켓에 토크 전달 스트럿을 포함하되, 상기 각 스트럿은 상기 포켓 플레이트 내에 포켓의 상기 토크 반응 에지와 맞물릴 수 있는 회동식 능동 에지(pivotal active edge) 및 상기 노치 플레이트의 상기 환상 표면 바깥쪽으로 포켓의 상기 반응 에지 둘레에서 이동 가능한 능동 에지를 가지며; 그리고
    스트럿과 맞물릴 수 있는 상기 포켓 플레이트의 각 포켓 내에 스트럿 스프링 을 포함하되, 상기 노치 플레이트와 관련하는 상기 포켓 플레이트의 상대 회전 운동이 제로(zero)에 근접하면, 상기 각 스프링은 상기 노치 플레이트의 노치와 맞물리게 스트럿에게 압력을 가하여 상기 스트럿의 상기 능동 에지가 상기 노치 플레이트의 노치 내 받침 숄더와 맞물리게 하고;
    상기 포켓 플레이트의 상기 포켓의 상기 방사상 외부 에지는 상기 포켓 플레이트의 상기 환상 표면에서 방사상으로 내부에 배치되어 각 포켓 내 스프링의 힘에 대항하는 각 포켓 내 토크 전달 스트럿 상에 원심력의 힘 성분을 수립하며, 상기 평면 단 방향 커플링의 자재륜 성능을 향상시킴을 특징으로 하는 평면 단 방향 커플링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포켓 플레이트들의 상기 방사상의 외부 에지는 상기 공통 축과 관련하여 음의 각을 규정하는 음의 드래프트에 의해 특정됨을 특징으로 하는 평면 단 방향 커플링.
  3. 변속기 하우징 및 다수의 토크 전달 요소들을 가지는 기어 동력 변속기용 평면 단 방향 커플링에 있어서,
    상기 변속기 하우징에 고정된 원형 노치 플레이트와,
    상기 변속기의 토크 전달 요소에 연결된 원형 포켓 플레이트를 포함하되,
    상기 노치 플레이트 및 상기 포켓 플레이트는 공통 축을가지고, 상기 각 플 레이트는 방사형으로 놓여진 환상 표면인 평면을 가지며, 상기 환상 표면들은 인접하며 병렬 관계로 배치되고;
    상기 노치 플레이트의 환상 표면에 다수의 노치들을 포함하되, 상기 노치들은 상기 공통 축 둘레에서 일정한 간격을 가지며, 상기 각 노치들은 받침 숄더를 가지고;
    상기 포켓 플레이트의 상기 환상 표면에 다수의 포켓들을 포함하되, 상기 포켓들은 상기 공통 축 둘레에 배치되며, 상기 각 포켓들은 일반적으로 방사상 방향 및 방사상의 외부 에지에 배치된 토크 반응 에지를 가지고;
    상기 각 포켓에 토크 전달 스트럿을 포함하되, 상기 각 스트럿은 상기 포켓 플레이트 내에 포켓의 상기 토크 반응 에지와 맞물릴 수 있는 회동식 능동 에지 및 상기 노치 플레이트의 상기 환상 표면 바깥쪽으로 포켓의 상기 반응 에지 둘레에서 이동 가능한 능동 에지를 가지며; 그리고
    스트럿과 맞물릴 수 있는 상기 포켓 플레이트의 각 포켓 내에 스트럿 스프링을 포함하되, 상기 노치 플레이트와 관련하는 상기 포켓 플레이트의 상대 회전 운동이 제로에 근접하면, 상기 각 스프링은 상기 노치 플레이트의 노치와 맞물리게 스트럿에게 압력을 가하여 상기 스트럿의 상기 능동 에지가 상기 노치 플레이트의 노치 내 받침 숄더와 맞물리게 하고;
    상기 포켓 플레이트의 상기 포켓들의 상기 방사상 외부 에지는 상기 공통 축에 관련하여 제로 드래프트 각에 의해 특정되어 상기 공통 축의 방향으로 각 스트럿 상에서 원심력의 힘 성분이 상기 포켓 플레이트 및 상기 노치 플레이트의 상대 회전 운동 동안 피해짐을 특징으로 하는 평면 단 방향 커플링.
  4. 변속기 하우징 및 다수의 토크 전달 요소들을 가지는 기어 동력 변속기용 평면 단 방향 커플링에 있어서,
    상기 변속기 하우징에 고정된 원형 노치 플레이트와,
    상기 변속기의 토크 전달 요소에 연결된 원형 포켓 플레이트를 포함하되,
    상기 노치 플레이트 및 상기 포켓 플레이트는 공통 축을가지고, 상기 각 플레이트는 방사형으로 놓여진 환상 표면인 평면을 가지며, 상기 환상 표면들은 인접하며 병렬 관계로 배치되고;
    상기 노치 플레이트의 환상 표면에 다수의 노치들을 포함하되, 상기 노치들은 상기 공통 축 둘레에서 일정한 간격을 가지며, 상기 각 노치들은 받침 숄더를 가지고;
    상기 포켓 플레이트의 상기 환상 표면에 다수의 포켓들을 포함하되, 상기 포켓들은 상기 공통 축 둘레에 배치되며, 상기 각 포켓들은 일반적으로 방사상 방향 및 방사상의 외부 에지에 배치된 토크 반응 에지를 가지고;
    상기 각 포켓에 토크 전달 스트럿을 포함하되, 상기 각 스트럿은 상기 포켓 플레이트 내에 포켓의 상기 토크 반응 에지와 맞물릴 수 있는 회동식 능동 에지 및 상기 노치 플레이트의 상기 환상 표면 바깥쪽으로 포켓의 상기 반응 에지 둘레에서 이동 가능한 능동 에지를 가지며; 그리고
    스트럿과 맞물릴 수 있는 상기 포켓 플레이트의 각 포켓 내에 스트럿 스프링 을 포함하되, 상기 노치 플레이트와 관련하는 상기 포켓 플레이트의 상대 회전 운동이 제로에 근접하면, 상기 각 스프링은 상기 노치 플레이트의 노치와 맞물리게 스트럿에게 압력을 가하여 상기 스트럿의 상기 능동 에지가 상기 노치 플레이트의 노치 내 받침 숄더와 맞물리게 하고;
    상기 포켓 플레이트의 상기 방사상 외부 에지는 상기 포켓 플레이트의 상기 환상 표면에 배치되어 상기 포켓 플레이트가 상기 노치 플레이트와 관련하여 자재륜(freewheel)할 때, 상기 노치 플레이트 쪽으로 각 토크 전달 스트럿의 상기 능동 에지의 외부로의 운동을 제한하는 것을 특징으로 하는 평면 단 방향 커플링.
  5. 변속기 하우징, 다수의 토크 전달 요소들 및 적어도 하나의 마찰 디스크 커플링 조립체를 가지는 기어 동력 변속기용 평면 단 방향 커플링에 있어서,
    공통 축을 갖는 원형 노치 플레이트 및 원형 포켓 플레이트를 포함하되, 상기 각 플레이트는 방사형으로 놓여진 환상 표면인 평면을 가지며, 상기 환상 표면들은 인접하며 병렬 관계로 배치되고;
    상기 노치 플레이트의 환상 표면에 다수의 노치들을 포함하되, 상기 노치들은 상기 공통 축 둘레에서 일정한 간격을 가지며, 상기 각 노치들은 받침 숄더를 가지고;
    상기 포켓 플레이트의 상기 환상 표면에 다수의 포켓들을 포함하되, 상기 포켓들은 상기 공통 축 둘레에 배치되고,
    상기 각 포켓들은 일반적으로 방사상 방향 및 방사상의 외부 에지에 배치된 토크 반응 에지를 가지며; 그리고
    상기 각 포켓에 토크 전달 스트럿을 포함하되, 상기 각 스트럿은 상기 포켓 플레이트 내에 포켓의 상기 토크 반응 에지와 맞물릴 수 있는 회동식 능동 에지 및 상기 노치 플레이트의 상기 환상 표면 바깥쪽으로 포켓의 상기 반응 에지 둘레에서 이동 가능한 능동 에지를 가지고,
    상기 마찰 디스크 커플링 조립체는 상기 포켓 플레이트 상에 형성된 스플라인된 부재, 상기 스플라인된 부재에 의해 지지되는 제 1 마찰 요소들 및 상기 제 1 마찰 요소들과 인접하게 배치된 제 2 마찰 요소들; 및
    상기 마찰 요소들로 마찰에 의한 맞물림 힘을 적용하기 위한 압력 구동기 수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 단 방향 커플링.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마찰 디스크들은 상기 포켓 플레이트의 한 축 측면에 위치되며 상기 노치 플레이트는 상기 포켓 플레이트의 반대 축 측면에 배치되는, 평면 단방향 커플링.
  7. 변속기 하우징, 다수의 토크 전달 요소들 및 적어도 하나의 마찰 디스크 커플링 조립체를 가지는 기어 동력 변속기용 평면 단 방향 커플링에 있어서,
    공통 축을 갖는 원형 노치 플레이트 및 원형 포켓 플레이트를 포함하되, 상기 각 플레이트는 방사형으로 놓여진 환상 표면인 평면을 가지며, 상기 환상 표면 들은 인접하며 병렬 관계로 배치되고;
    상기 노치 플레이트의 환상 표면에 다수의 노치들을 포함하되, 상기 노치들은 상기 공통 축 둘레에서 일정한 간격을 가지며, 상기 각 노치들은 받침 숄더를 가지고;
    상기 포켓 플레이트의 상기 환상 표면에 다수의 포켓들을 포함하되, 상기 포켓들은 상기 공통 축 둘레에 배치되고,
    상기 각 포켓들은 일반적으로 방사상 방향 및 방사상의 외부 에지에 배치된 토크 반응 에지를 가지고;
    상기 각 포켓에 토크 전달 스트럿을 포함하되, 상기 각 스트럿은 상기 포켓 플레이트 내에 포켓의 상기 토크 반응 에지와 맞물릴 수 있는 회동식 능동 에지 및 상기 노치 플레이트의 상기 환상 표면 바깥쪽으로 포켓의 상기 반응 에지 둘레에서 이동 가능한 능동 에지를 가지고,
    상기 마찰 디스크 커플링 조립체는 상기 변속기의 토크 전달 요소에 연결된 스플라인된 부재(splined element), 상기 스플라인된 부재에 의해 지지되는 제 1 마찰 디스크들, 상기 제 1 마찰 디스크들과 인접하게 배치된 제 2 마찰 디스크들 및 상기 마찰 디스크들에 마찰에 의한 맞물림 힘을 적용하기 위한 압력 구동기 수단들을 가지고,
    상기 노치 플레이트는 상기 마찰 디스크 커플링 조립체에 인접한 원형 평면을 가지며; 그리고
    상기 마찰 디스크들에 마찰에 의한 맞물림 힘을 적용하기 위한 커플링 구동 기 수단들을 포함하되, 상기 노치 플레이트는 상기 노치 플레이트 상의 상기 평면이 인접한 마찰 디스크에 의해 맞물리는 것과 같이 상기 마찰 디스크들에 적용되는 마찰에 의한 맞물림 힘을 위한 반력(reaction force)을 제공하는 것을 특징으로 하는 평면 단 방향 커플링.
  8. 변속기 하우징, 다수의 토크 전달 요소들 및 적어도 하나의 마찰 디스크 커플링 조립체를 가지는 기어 동력 변속기용 평면 단 방향 커플링에 있어서,
    공통 축을 갖는 원형 노치 플레이트 및 원형 포켓 플레이트를 포함하되, 상기 각 플레이트는 방사형으로 놓여진 환상 표면인 평면을 가지며, 상기 환상 표면들은 인접하며 병렬 관계로 배치되고;
    상기 노치 플레이트의 환상 표면에 다수의 노치들을 포함하되, 상기 노치들은 상기 공통 축 둘레에서 일정한 간격을 가지며, 상기 각 노치들은 받침 숄더를 가지고;
    상기 포켓 플레이트의 상기 환상 표면에 다수의 포켓들을 포함하되, 상기 포켓들은 상기 공통 축 둘레에 배치되고,
    상기 각 포켓들은 일반적으로 방사상 방향 및 방사상의 외부 에지에 배치된 토크 반응 에지를 가지고;
    상기 각 포켓에 토크 전달 스트럿을 포함하되, 상기 각 스트럿은 상기 포켓 플레이트 내에 포켓의 상기 토크 반응 에지와 맞물릴 수 있는 회동식 능동 에지 및 상기 노치 플레이트의 상기 환상 표면 바깥쪽으로 포켓의 상기 반응 에지 둘레에서 이동 가능한 능동 에지를 가지고;
    상기 포켓 플레이트에 형성된 스플라인된 부재, 상기 스플라인된 부재에 의해 운반된 제 1 마찰 요소들, 및 상기 제 1 마찰 요소들에 인접하게 배치된 제 2 마찰 요소들을 가지는 제 1 마찰 디스크 커플링 조립체를 포함하고;
    상기 마찰 요소들에 마찰에 의한 맞물림 힘을 적용하기 위한 압력 구동기 수단들을 포함하고;
    상기 변속기의 토크 전달 요소와 연결된 제 2 스플라인된 부재, 상기 제 2 스플라인된 부재에 의해 지지되는 제 1 마찰 디스크들, 상기 제 1 마찰 디스크들과 인접하게 배치된 제 2 마찰 디스크들 및 상기 마찰 디스크들에 마찰에 의한 맞물림 힘을 적용하기 위한 압력 구동기 수단들을 가지는 제 2 마찰 디스크 커플링 조립체를 포함하되,
    상기 노치 플레이트는 상기 마찰 디스크 커플링 조립체에 인접한 원형 평면을 가지며; 그리고
    상기 마찰 디스크들로 마찰에 의한 맞물림 힘을 적용하기 위힌 커플링 구동기 수단들을 포함하되; 상기 노치 플레이트는 상기 노치 플레이트 상의 상기 평면이 인접한 마찰 디스크에 의해 맞물리는 것과 같이 상기 마찰 디스크들에 적용되는 마찰에 의한 맞물림 힘을 위한 반력(reaction force)을 제공하는 것을 특징으로 하는 평면 단 방향 커플링.
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