KR100489396B1 - 수동변속기의 동기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치는 싱크로나이저 링과 허브 사이에 아크형 스프링이 설치되어, 동기위치 결정을 위해 상기 싱크로나이저 링이 상기 허브에 대하여 상대적으로 일정 각도 회전될 때 인덱스 토크와 동일방향으로 복원 탄성력을 갖도록 압축되기 때문에 마찰토크와 대응되게 인덱스 토크가 증폭됨으로써 동기완료시점에서 변속조작력 과대 및 변속불가 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

Description

수동변속기의 동기장치{Synchronizer of Manual-Transmission}

본 발명은 수동변속기의 동기장치에 관한 것으로서, 특히 싱크로나이저 링과 허브 사이에 인덱스 토크를 증폭시키는 스프링을 설치한 수동변속기의 동기장치에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 수동변속기의 동기장치 반단면도이다.

종래 기술에 따른 수동변속기의 동기장치는 주축(2)에 스플라인 결합되어 일체로 회전되는 허브(4)와, 상기 허브(4)의 외주면에 형성된 기어부(5)에 축방향으로 이동 가능하게 치합된 슬리브(6)와, 상기 허브(4)의 양측에 각각 설치되어 동기완료 후 상기 슬리브(6)와 선택적으로 치합되고 출력축과 기계적으로 연결된 스피드 기어(8)와 일체로 형성된 클러치 기어(10)와, 상기 클러치 기어(10)의 콘(11) 외주면에 결합되어 상기 슬리브(6)의 이동시 축방향 작용력을 부여받아 상기 클러치 기어(10)와 동기작용을 행하는 싱크로나이저 링(12)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 허브(4)와 슬리브(6) 사이에는 싱크로나이저 스프링(16)에 의해 탄지되어 상기 슬리브(6)와 함께 축방향으로 이동 가능토록 결합된 싱크로나이저 키(14)가 설치되어, 동기 초기시 상기 싱크로나이저 링(12)에 축방향 작용력을 부여함과 아울러 상기 싱크로나이저 링(12)의 동기 위치를 결정한다.

상기와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

변속 조작에 따라 슬리브(6)가 축방향으로 이동되어 상기 싱크로나이저 링(12)의 동기위치가 결정된 후, 상기 슬리브(6)와 싱크로나이저 링(12)이 맞닿으면 상기 싱크로나이저 링(12)이 상기 슬리브(6)로부터 축방향 작용력(F)을 부여받아 상기 클러치 기어(10)와 동기작용을 행한다.

여기서, 도 2a에 도시된 바와 같이 동기시 상기 슬리브(6)와 상기 싱크로나이저 링(12)은 상호 맞닿아있기 때문에 상기 싱크로나이저 링(12)에는 상기 클러치 기어(10)의 회전방향으로 마찰토크(Tc)가 작용되어 상기 싱크로나이저 링(12)과 클러치 기어(10)가 상호 마찰되면서 회전속도가 동기된다.

또한, 상기 싱크로나이저 링(12)에는 상기 마찰토크(Tc)와 반대방향으로 인덱스 토크(Ti)가 작용되어, 도 2에 도시된 점선과 같이 동기 완료시점에서 상기 인덱스 토크(Ti)가 마찰토크(Tc)보다 커지면 상기 싱크로나이저 링(12) 및 클러치 기어(10)가 상기 슬리브(6)와 엇갈리도록 회전된다.

따라서, 동기작용이 완료되면 상기 싱크로나이저 링(12) 및 클러치 기어(10)가 상기 슬리브(6)와 엇갈리게 배치되기 때문에 상기 슬리브(6)는 상기 싱크로나이저 링(12)을 통과하여 상기 클러치 기어(10)와 걸림없이 부드럽게 치합될 수 있다.

한편, 요즘은 동기 성능이 상기 싱크로나이저 링(12)과 클러치 기어(10)의 마찰면적에 의해 결정되기 때문에 동기 성능을 향상시키기 위해 싱크로나이저 링(12)을 다수개로 구성하여 마찰 토크(Tc)를 증대시킨 멀트 콘 타입 동기장치를 적용하고 있는 추세이다.

그러나, 종래 기술에 따른 수동변속기의 동기장치는 인덱스 토크(Ti)가 상기 싱크로나이저 링(12)과 슬리브(6)의 챔퍼와 관련된 인자로서, 상기 싱크로나이저 링(12)과 슬리브(6)의 챔퍼가 뽀쪽해질수록 커지는데 내구성 및 제작성 등으로 인해 마찰토크(Tc)와 대응되게 증대시킬 수 없다.

따라서, 상기 마찰토크(Tc)가 너무 크면 동기완료 시점에서 상기 슬리브(6)가 상기 클러치 기어(10)와 치합될 수 있도록 상기 싱크로나이저 링(12) 및 클러치 기어(10)를 밀쳐내기 위해 큰 변속조작력이 요구되어 운전자의 피로감이 커지거나, 심한 경우 변속 불가현상이 발생되는 문제점이 있다.

특히, 도 3에 도시된 바와 같이 콜드(Cold) 상태에서 저단 변속 조작이 이루어질 때, 상기와 같은 문제점이 자주 발생된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 동기완료시점에서 인덱스 토크가 마찰토크가 같아질 수 있도록 인덱스 토크를 증폭시켜 변속조작력 과대 및 변속불가현상을 방지할 수 있는 수동변속기의 동기장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치는 주축과 일체로 회전되도록 결합된 허브와; 상기 허브의 양측에 각각 설치된 클러치 기어와; 상기 허브의 외주면에 축방향으로 이동 가능하게 결합되어 동기완료 후 상기 클러치 기어와 선택적으로 치합되는 슬리브와; 상기 슬리브의 이동시 축방향 작용력을 부여받아 상기 허브에 대하여 동기 위치로 상대 회전되고, 상기 클러치 기어와 동기작용을 행하는 싱크로나이저 링과; 상기 싱크로나이저 링과 허브 사이에 설치되어 상기 싱크로나이저 링이 상대 회전될 때 발생되는 탄성력을 이용하여, 동기완료 후 상기 슬리브가 축방향으로 진행될 수 있도록 상기 싱크로나이저 링을 회전시키는 인덱스 토크를 증폭시키는 인덱스토크증폭수단을 포함하여 구성되고, 상기 인덱스토크증폭수단은 상기 싱크로나이저 링의 회전방향으로 탄성력을 갖도록 아크형으로 형성되어, 일단이 상기 싱크로나이저 링에 고정되고 타단이 상기 허브에 고정된 스프링으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 주축(52)에 스플라인 결합되어 상기 주축(52)과 일체로 회전되는 허브(54)와, 상기 허브(54)의 양측에서 상기 주축(52)에 각각 회전 가능하게 결합되어 부축(미도시)과 연결된 스피드 기어(56)와 일체로 형성된 클러치 기어(58)와, 상기 허브(54)의 외주면에 축방향으로 이동 가능하게 결합되어 동기완료 후 상기 클러치 기어(58)와 선택적으로 치합되는 슬리브(60)와, 상기 슬리브(60)의 이동시 축방향 작용력을 부여받아 상기 허브(54)에 대하여 동기 위치로 상대 회전됨과 아울러 상기 클러치 기어(58)의 콘(59)과 마찰되어 동기작용을 행하는 싱크로나이저 링(62)을 포함하여 구성된다.

특히, 상기 싱크로나이저 링(62)과 허브(54) 사이에는 상기 싱크로나이저 링(62)이 상대 회전될 때 발생되는 탄성력을 이용하여, 동기완료 후 상기 슬리브(60)가 상기 클러치 기어(58)와 용이하게 치합될 수 있도록 인덱스 토크(Ti)를 증폭시키는 인덱스토크증폭수단(70)이 설치된다.

상기 싱크로나이저 링(62)은 동기시 상기 클러치 기어(58)의 콘(59) 외주면과 마찰될 수 있도록 상기 클러치 기어(58)의 콘(59)에 결합되어 있고, 상기 허브(54) 측 외주면에 동기 초기시 상기 슬리브(60)와 함께 이동되는 싱크로나이저 키(64)가 축방향으로 삽입되는 키홈(62a)이 형성되며, 상기 클러치 기어(58) 측 외주면에 상기 슬리브(60)의 챔퍼(60a)와 맞닿아 축방향 작용력을 받는 챔퍼(62b)가 형성된다.

여기서, 상기 싱크로나이저 링(62)의 키홈(62a)이 상기 싱크로나이저 키(64)보다 그 폭이 넓게 형성되기 때문에, 도 6b, 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 싱크로나이저 링(62)은 상기 싱크로나이저 키(64)가 상기 싱크로나이저 링(62)의 키홈(62a)에 삽입되면 상기 슬리브(60)와 함께 회전되는 싱크로나이저 키(64)에 의하여 상기 싱크로나이저 링(62)의 키홈(62a)과 상기 싱크로나이저 키(64)와의 유격(P)만큼 회전되어 상기 클러치 기어(58)의 챔퍼(58a)와 일렬로 정렬된다.

그리고, 도 6c, 도 6d에 도시된 바와 같이 상기 싱크로나이저 링(62)은 상기 슬리브(60)로부터 직접 축방향 작용력(F)을 받으면, 상기 싱크로나이저 링(62)의 챔퍼(62b)와 상기 슬리브(60)의 챔퍼(60a)가 맞닿아있기 때문에 상기 클러치 기어(58)의 회전방향으로 마찰토크(Tc)가 작용되어 상기 클러치 기어(58)의 회전속도가 동기되고, 상기 마찰토크(Tc)와 반대방향으로 작용되되, 동기시 상기 마찰토크(Tc)보다 작은 인덱스 토크(Ti)가 작용된다.

상기 인덱스토크증폭수단(70)은 상기 싱크로나이저 링(62)의 회전방향으로 탄성력을 갖도록 아크형으로 형성되어 일단이 상기 싱크로나이저 링(62)에 고정되고 타단이 상기 허브(54)에 고정된 복수개의 스프링(70)으로 구성되어, 상기 싱크로나이저 링(62)이 상기 허브(54)에 대하여 상기 싱크로나이저 링(62)의 키홈(62a)과 상기 싱크로나이저 키(64)와의 유격(P)만큼 상대적으로 회전될 때 상기 스프링(70)이 압축 또는 인장되면서 상기 슬리브(60)에 의해 작용되는 인덱스 토크(Ti)와 동일방향으로 작용되는 탄성 복원력(Ts)을 갖도록 한다.

상기와 같은 스프링(70)은 일단(70a)이 상기 싱크로나이저 링(62)의 일측에 형성된 스프링 홀(62c)에 끼움 결합되고, 타단(70b)이 상기 허브(54)의 일측에 형성된 스프링 홀(54a)에 끼움 결합되어 고정된다.

또한, 상기 스프링(70)은 상기 허브(54)의 양측에 각각 상기 싱크로나이저 링(62) 및 허브(54)의 원주방향으로 등간격을 두고 한 쌍씩 설치되며, 상기 싱크로나이저 링(62)이 상기 허브(54)에 대하여 상기 싱크로나이저 링(62)의 키홈(62a)과 상기 싱크로나이저 키(64)와의 유격(P)만큼 상대 회전될 때 압축되는 압축 스프링이다.

또한, 상기 스프링(70)은 동기 완료시점에서 상기 싱크로나이저 링(62)이 인덱스 토크(Ti)에 의해 회전되어 상기 슬리브(60)의 챔퍼(60a)와 싱크로나이저 링(62)의 챔퍼(62b)가 엇갈리도록 소정의 탄성력을 갖는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 도 6a내지 도 6d를 참고하여 살펴보면 다음과 같다.

변속 조작에 따라 슬리브(60)가 축방향으로 이동되면, 동기 초기시 상기 슬리브(60)와 함께 싱크로나이저 키(64)가 이동되어 상기 싱크로나이저 링(62)의 키홈(62a)에 삽입되면서 상기 싱크로나이저 링(62)을 클러치 기어(58) 측으로 밀착시키고, 상기 싱크로나이저 링(62)의 동기위치가 결정된다.

이 때, 상기 싱크로나이저 링(62)이 상기 허브(54)와 동일 속도로 회전되는 상태에서 동기위치 결정을 위해 상기 허브(54)에 대하여 상대적으로 회전되면, 스프링(70)이 소정의 탄성 복원력(Ts)을 갖고 압축된다.

이와 같은 상태에서, 상기 슬리브(60)가 더욱 축방향으로 이동하면, 상기 싱크로나이저 키(64)는 상기 싱크로나이저 링(62)에 의해 더 이상의 축방향 이동이 구속된 상태이기 때문에 상기 슬리브(60)와의 결합이 해제되고, 상기 슬리브(60)의 챔퍼(60a)와 상기 싱크로나이저 링(62)의 챔퍼(62b)가 맞닿으면서 상기 싱크로나이저 링(62)에 더욱 큰 축방향 작용력(F)이 부여되어 상기 싱크로나이저 링(62)과 클러치 기어(60)가 마찰토크(Tc)에 의해 동기작용을 행한다.

다음, 동기작용이 완료되면 상기 슬리브(60)에 의해 작용되는 인덱스 토크(Ti)와 상기 스프링(70)의 탄성 복원력(Ts)에 의해 상기 싱크로나이저 링(62)이 일정 각도 회전되어 상기 슬리브(60)가 상기 클러치 기어(58)를 향해 축방향으로 진행 가능토록 하기 때문에 상기 슬리브(60)의 챔퍼(60a)가 상기 싱크로나이저 링(62)의 챔퍼(62b)를 통과한 후 상기 클러치 기어(58)의 챔퍼(58a)와 용이하게 치합된다.

물론, 상기 클러치 기어(58)는 상기 싱크로나이저 링(62)과 동기된 상태이기 때문에 상기 싱크로나이저 링(62)과 함께 일정 각도 회전되어 상기 슬리브(60)가 걸림없이 부드럽게 치합될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치는 싱크로나이저 링과 허브 사이에 아크형 스프링이 설치되어, 동기위치 결정을 위해 상기 싱크로나이저 링이 상기 허브에 대하여 상대적으로 일정 각도 회전될 때 인덱스 토크와 동일방향으로 복원 탄성력을 갖도록 압축되기 때문에 마찰토크와 대응되게 인덱스 토크가 증폭됨으로써 동기완료시점에서 변속조작력 과대 및 변속불가 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 수동변속기의 동기장치 반단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 슬리브와 싱크로나이저 링의 챔퍼 간 치합이 도시된 도면,

도 3은 종래 기술에 있어서 평상시와 콜드시 변속시간에 따른 변속조작력이 도시된 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치 반단면도,

도 5는 본 발명에 따른 동기장치의 요부구성 사시도,

도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 동기장치의 동기작용 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

52 : 주축 54 : 허브

56 : 스피드 기어 58 : 클러치 기어

60 : 슬리브 60a : 슬리브의 챔퍼

62 : 싱크로나이저 링 62b : 싱크로나이저 링의 챔퍼

64 : 싱크로나이저 키 70 : 인덱스토크증폭수단

Claims (5)

1. 주축과 일체로 회전되도록 결합된 허브와; 상기 허브의 양측에 각각 설치된 클러치 기어와; 상기 허브의 외주면에 축방향으로 이동 가능하게 결합되어 동기완료 후 상기 클러치 기어와 선택적으로 치합되는 슬리브와; 상기 슬리브의 이동시 축방향 작용력을 부여받아 상기 허브에 대하여 동기위치로 상대 회전되고, 상기 클러치 기어와 동기작용을 행하는 싱크로나이저 링과; 상기 싱크로나이저 링과 허브 사이에 설치되어 상기 싱크로나이저 링이 동기위치로 회전될 때 발생되는 탄성력을 이용하여, 동기완료 후 상기 슬리브가 축방향으로 진행될 수 있도록 상기 싱크로나이저 링을 회전시키는 인덱스 토크를 증폭시키는 인덱스토크증폭수단을 포함하여 구성되고,

   상기 인덱스토크증폭수단은 상기 싱크로나이저 링의 회전방향으로 탄성력을 갖도록 아크형으로 형성되어, 일단이 상기 싱크로나이저 링에 고정되고 타단이 상기 허브에 고정된 스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스프링은 상기 싱크로나이저 링과 허브 사이에 원주방향으로 2개가 설치되는 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 스프링은 상기 싱크로나이저 링이 동기위치로 회전될 때 압축되는 압축 스프링인 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 스프링은 일단이 상기 싱크로나이저 링의 일측에 형성된 스프링 홀에 끼움 결합되고, 타단이 상기 허브의 일측에 형성된 스프링 홀에 끼움 결합된 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.