KR100693535B1 - 변속기의 동기 물림식 장치 - Google Patents

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아이엔에이 뵐즈라거 쉐플러 오하게
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Abstract

본 발명은 크러치몸체(22) 및 마찰링(23)이 장착되어 있는 차량에 적용된 치차변환 변속에 관한 동기(同期)물림식장치(1)에 대한 변속치차(21)에 관한 것이다. 발명에 따라 변속치차(21), 크러치캐리어(22) 및 마찰링(23)은 상호 회전고정 결합이 되어 있는 조립 가능한 단품으로 형성되어 있다.

Description

변속기용 동기 장치
본 발명은 클러치 몸체 및 마찰링이 구비된 차량용 변속기의 동기 장치의 변속 치차에 관한 것으로, 클러치 몸체는 변속 과정 중에 베벨 치합에 의하여 클러치 슬리브와 형상 결합되며, 동기 과정 중에 마찰링(23, 33)의 원추형 마찰면은 동기링과 함께 작용한다.
이러한 유형의 동기 장치들은 변속기에 사용되며 특히 수동 변속기의 변속을 간편하게 해준다. 한 가지 유형이 동기 장치가 독일 특허 공보 제37 29 818 C2호에 개시되어 있다. 이 문헌에 따르면, 풀림 치차라고도 하는 한 가지 동기 장치가 개시되어 있는데, 축방향으로 지향된 클러치 몸체가 마찰링과 접해 있다. 일체형 구조로 인해, 이러한 개별 부품들의 모든 부품들은 플라스틱으로 제조되어 있다. 동기 장치의 개별 부품의 상이한 기능 또는 작동 방법으로 인하여, 예컨대 변속 치차의 치형부 및 클러치 몸체의 베벨 치형부에 대한 열처리와 마찰링에 마찰면에 대한 연마가 필요하다. 이렇게 경화 영역을 치형부에 국한시켜 유지하는 이유는, 보다 고비용이 요구되는 변속 치차의 타영역에서의 불필요한 경화를 피하기 위한 것이다. 마찰링의 마찰면 연마에 대해서도 이와 같은 이유와 마찬가지로 복잡한 형상의 변속 치차는 이러한 개별 부품의 신속한 고정 및 교체를 방해하기 때문이다.
종래 기술에 비하여 개별 부품의 구조가 간단하면서도 가공 및 열처리 비용이 절감되는 차량용 변속 치차를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 변속 치차 또는 풀림(release) 치차 유닛을 구성하기 위하여 고정되어 회전되고 상호간에 연결되어 있는 다수의 조립식 개별 부품들이 설치되어 있다. 이러한 유닛은 변속 치차 외에 클러치 몸체와 마찰링을 포함한다. 이때 변속 치차와 클러치 몸체는 특히 이완되지 않도록 서로 결합된다. 마찰링은 결합이 풀리지 않도록 하기 위해 유닛에 임의 고정이 가능하며 회전 고정 방식으로 당해 유닛에 연결되어 있다. 변속 치차와 클러치 몸체 사이에는 특히 용접 또는 접착제의 적용이 가능하다. 본 발명에 따른 변속 치차의 새로운 형태에 따르면, 개별적으로 각 부품의 요건에 부합되는 적절한 가공이나 또는 열처리가 가능하게 됨으로써 동기 장치의 인접 영역에 영향을 미치지 않게 된다. 이에 따라서, 클러치 몸체와 변속 치차의 치형부들은 적절히, 즉 각각의 요건들에 따라 동기 장치의 여타 부품에 영향을 미치지 않고서 경화가능하다. 본 발명에 따라 부품을 구성하면, 간 이화, 즉 개별 부품 특히 변속 치차의 최적 제작이 가능해짐과 동시에 비용이 절감된다.
본 발명의 바람직한 형태들이 종속항들에 기재되어 있으며, 이하에서는 이에대해서 설명한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 부품 유닛의 개별 부품을 제작하기 위해서 다양한 제조 방법이 적용될 수 있다. 변속 치차는 특히 주조품으로서 구성되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 본 발명에 따르면, 변속 치차는 분말 금속 부품으로서 구성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 디스크 형태의 클러치 몸체는 정밀 스탬핑 부품으로서 구성된다. 이러한 유형의 부품을 위하여 정밀 스탬핑 방법은 비용의 최적화를 기할 수 있는 제조 방법을 제시하고 있으며, 이에 의하여 하등의 후처리를 요하지 않는 정밀도를 가진 부품의 제작이 가능하다. 슬리브 형태의 마찰링의 제작에는 특히 소성 가공의 인발 방법이 적합하다. 이러한 방법에 의하면, 강도 요건을 동시에 만족시키면서 마찰링의 충분한 형상 안정도와 관련되어 중량의 최적화를 기할 수 있는 마찰링이 제조된다.
본 발명에 따르면, 부품 유닛의 개별 부품들이 다양한 재질 또는 소재로 제작된다. 변속 치차에 대해서는 특히 정밀 주조 금속 GS45가 적합하고, 클러치 몸체에 대해서는 C15 또는 CK15가 적합하며, 마찰링에 대해서는 100Cr6, 16MnCr5 또는 C80M이 적합하며 이 소재의 코팅도 가능하다.
본 발명의 한 가지 구성에 따르면, 변속 치차의 일측에는 축방향으로 돌출된 보스가 구비되며, 이러한 보스에서 클러치 몸체는 물론이고 전달 요소도 중심 설정된다. 이와 동시에 보스에서 중심 설정된 부품은 변속 치차의 어깨부(shoulder)에서 축방향의 제한을 받는다. 정밀 주조품으로 고도의 제조 품질을 가진 변속 치차를 사용하는 경우에는, 축방향으로 돌출된 보스의 기계적인 추가 가공이 생략되어, 이로 인한 비용의 추가 절감이 이루어진다.
본 발명의 또 다른 부품 유닛에 따르면, 마찰링과 클러치 몸체는 일체형으로 형성되어 있으며 이와 동시에 L자형 종단면을 형성하고 있다. 이때 변속 치차의 축방향으로 돌출된 보스는 이러한 일체형 부품을 수용하는 데에도 사용된다.
본 발명의 또 다른 부품 유닛에 따르면, 디스크형 클러치 몸체의 내경부는 변속 치차의 보스에서 중심 설정되며, 원추형의 마찰링은 클러치 몸체와 형상 고정 방식으로 결합되어 있다. 또한, 마찰링의 직경이 최대인 면에는 축방향으로 돌출된 저널이 구비되어 있으며, 이러한 저널은 형상 고정 방식으로 클러치 몸체의 대응 홈과 맞물린다. 고정 결합되어 회전되도록 하기 위해서는 클러치 몸체의 홈에 저널을 고정시키는 것이 바람직하며, 이때 마찰링에는 부품과의 공차 보정을 위한 일정한 자유도가 유지되어 있어서 마찰링과의 작동 연결이 이루어진다.
부품 유닛의 개별 부품들의 고정 상태를 지속적으로 유지시키기 위하여, 개별 부품들은 형상 고정 방식으로 서로 풀리지 않게 결합되어 있다. 용접, 납땜 외에 접착제의 사용도 가능하다. 또한, 개별 부품들은 압입에 의하여 견고하게 고정될 수 있다.
본 발명의 기타 바람직한 형태에 따르면, 본 발명에 따른 부품 유닛에는 추가로 동기링이 구비된다. 이러한 방식으로 간단한 동기화(同期化)가 가능하며, 이때 동기링은 마찰링에서 안내되거나 또는 마찰링이 동기링을 둘러싼다. 동기링을 구비한 부품 유닛은 사전 조립 유닛으로서 예컨대 차량 제조 업체에 하청업자가 납품해야 할 모든 부품을 포함한다. 이때 부품 유닛의 구조에 의하면, 간단한 동기화로부터 다중 동기화로의 호환이 가능하게 된다. 이에 따라서 본 발명에서는 설계 변경 없이도 각 동기화 요건에 따라서 상이한 수의 동기링의 삽입이 가능한 기본 부품 유닛의 사용이 가능하게 된다.
2중 중기화를 위하여 본 발명에 따른 부품 유닛에는 2개의 동기링이 장착되어 있으며, 이러한 동기링은 마찰링의 양측에 배치되어 있다.
또한, 본 발명에는 3중 동기화를 위해 형성된 부품 유닛이 포함된다. 이에 따르면, 변속 치차는 마찰링에 대하여 반경 방향으로 떨어져 있는 축방향으로 돌출된 내부 원추형부와 일체형으로 형성되어 있다. 마찰링과 내부 원추형부에 의하여 형성된 공간에는 제1 동기링이 삽입되어 있으며, 이러한 제1 동기링은 내부 원추형부의 마찰면과 마찰링의 마찰면에 설치되어 있다. 마찰링의 외측은 제3 마찰면을 구성하며, 이러한 제3 마찰면에 제2 동기링이 설치되어 있다. 변속 치차와 일체형으로 형성된 내부 원추형부에 대한 대안으로서, 본 발명에 따르면 변속 치차에 형상 고정 방식으로 삽입되는 별도의 내부 원추형부의 장착도 가능하다. 또한, 변속 치차의 대응 홈에 맞물리는 축방향으로 돌출된 저널이 구비되어 있는 내부 원추형부도 적합하다.
이하에서는 실시예들을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 부품 유닛(20)의 한 가지 실시예가 도 1에 도시되어 있으며, 이 도면에는 모든 부품들이 분리되어 도시되어 있다. 부품 유닛(20)은 변속 치차(21), 클러치 몸체(22) 및 마찰링(23)을 포함한다. 부품 유닛(20)의 이러한 여러 부품들로 나뉘어진 구조로 인해, 개별 부품 각각에 대한 요건 또는 기준에 적합한 소재 선택이 가능하게 된다. 이와 동시에 개별 부품의 상이한 형상으로 인하여, 이러한 단일 부품을 제작하기 위해서 서로 다른 방법을 사용할 수 있게 된다. 도 2에는 조립된 부품 유닛(20)이 도시되어 있으며, 이러한 부품 유닛은 변속 치차(21), 클러치 몸체(22) 및 원추형 마찰면(28)을 구비한 마찰링(23)으로 구성되어 있다. 이러한 부품의 형상 결합을 위하여 변속 치차(21)는 축방향으로 돌출되어 있는 보스(24) 및 어깨부(25)에 의해서 클러치 몸체(22)와 중심 설정되며, 이때 변속 치차는 축방향으로 제한을 받게 된다. 클러치 몸체(22)의 내경 영역을 보면, 다수의 공간(26)들이 외주를 따라 분포되어 있으며, 이러한 공간(26) 내로 마찰링(23)의 축방향으로 돌출된 저널(27)이 삽입되고, 이와 동시에 저널(27)은 변속 치차(21)의 보스(24)에서 중심 설정되어 있다. 부품 유닛(20)의 모든 부품들이 서로 분리되지 않도록 고정시키기 위해서, 이러한 부품들은 특히 보스(24) 영역에서 용접되는 것이 바람직하다. 마찰링(23)에는 또한 비틀림 방지부(29)가 구비되어 있으며, 이러한 비틀림 방지부는 저널(27) 반대쪽 면에서 축방향으로 연장되어 배치되어 있다.
도 3에는 동기 장치(1)의 구조가 도시되어 있으며 종방향 단면도로 도시되어 있다. 이러한 구조를 보면, 종전에는 단일 부품형이었던 2개의 구성 부품(3a, 3b)이 포함되어 있으며, 이러한 구성 부품들은 클러치 기어(4)에 의해 회전가능한 변속기 축(2)에 서로 떨어져 배치되어 있다. 각각의 부품(3a, 3b)에는 외치차를 구비한 변속 치차(5a, 5b)가 구비되어 있다. 클러치 몸체(6a, 6b)가 클러치 기어(4) 방향으로 변속 치차(5a, 5b) 앞에 위치해 있으며, 이러한 클러치 몸체에 마찰링(7a, 7b)이 접해 있다. 구성 부품(3a, 3b)의 개별 요소들을 구분하기 위하여 이들을 달리 해칭하여 도시하였다. 마찰링(7a, 7b)의 원추형 마찰면(8a, 8b)에 각기 하나의 동기링(9a, 9b)이 장착되어 있으며, 이러한 동기링의 한쪽이 외측으로 굽혀진 부분이 베벨 치차를 구비하고 있어서, 축방향을 따라 섭동되는 클러치 슬리브(10)와 함께 작용된다. 링형상의 클러치 슬리브(10)는 클러치 기어(4)를 포함하며, 그 클러치 기어와 치합되어 결합된다. 클러치 슬리브(10)의 치차 형태는 또한 동기링(9a, 9b) 및 클러치 몸체(6a, 6b)의 베벨 치차에 상보형이다. 클러치 슬리브(10)를 동기 유닛(3a, 3b) 방향을 따라 클러치 몸체(6a, 6b)의 반경 방향으로 커버될 때까지 밀게 되면, 클러치 몸체가 클러치 슬리브(10)와 치합되어 형상 결합되고, 변속기 축(2)으로부터 변속 치차(5a, 5b)로의 동력 전달이 가능하게 되며, 각기 도 1에 도시되어 있지 않은 치차와 결합된다. 클러치 슬리브(10)의 이동을 위하여 변속 핑거(finger)(12)가 사용되며, 이러한 변속 핑거는 클러치 슬리브(10)의 홈(13)에 끼워지게 된다. 변속 핑거(12)는 변속기 축(2)에 대해 동심으로 배치되어 있는 변속축에 지지되어 고정되어 있는데, 예컨대 수동 조작 변속 레버에 의하여 화살표 방향으로 도시된 축방향을 따라 섭동될 수 있다.
도 3에 도시된 부품(3a, 3b)에 따르면, 특히 변속 치차(5b)와 클러치 몸체(6b)의 베벨 치차(15)의 치형부를 경화(硬化)시키기 위한 제조 비용이 커지게 된다. 이와 유사하게, 일체형의 부품인 경우 마찰면(8b)의 연마를 위해 클램핑 작업에 비용이 많이 들게 되어 제조 단가가 올라가게 된다.
도 4와 도 5에는 또 다른 부품 유닛(30)이 도시되어 있으며, 이러한 부품 유닛은 3개의 구성 부품, 즉 변속 치차(31), 클러치 몸체(32) 및 마찰링(33)을 포함하고 있다. 부품 유닛(20)(도 1 및 도 2 참조)과는 달리 마찰링(33)은 클러치 몸체(32) 내에 형상 고정 방식으로 지지되어 있다. 이를 위해서, 마찰링(33)에는 축방향으로 돌출된 저널(37)이 구비되어 있으며, 이러한 저널은 클러치 몸체(32)의 내경에 대하여 반경 방향으로 편위되어 있는 공간(36) 내에 형상 고정 방식으로 맞물린다. 마찰면(38)을 구비한 마찰링(33)과 클러치 몸체(32)가 서로 분리되지 않게 결합되도록 하기 위해서, 예컨대 저널(37)이 공간(36) 내에 압입된다. 이에 대한 대안으로서 혹은 추가 방안으로서 이러한 부품들의 용접도 고려할 수 있다. 클러치 몸체(32)는 변속 치차(33)의 보스(34)에 지지되어 고정되며, 어깨부(35)에 의해 축방향으로 제한된다. 도 5에는 조립된 완전한 동기 장치(30)가 도시되어 있다.
도 6에는 본 발명에 따른 또 다른 부품 유닛이 도시되어 있다. 부품 유닛(40)은 2개의 구성 부품, 즉 변속 치차(41) 및 전달 요소(42)를 포함하며, 이러한 전달 요소는 클러치 몸체의 기능은 물론이고 마찰링의 역할도 한다. L자형의 종단면을 가지고 원추형 마찰면(48)을 구비한 전달 요소(42)는 변속 치차(41)의 보스(44)에서 중심 설정되어 어깨부(45)에서 축방향으로 제한된다.
도 7은 변속 치차(51), 클러치 몸체(52) 및 마찰링(53)으로 구성되어 있는 부품 유닛(50a)을 도시하고 있다. 도 7에 따르면, 클러치 몸체(52)는 보스(54)에서 중심 설정되며 변속 치차(51)의 어깨부(55)에 지지되어 있다. 간단한 동기화를 위해서, 마찰링(53)의 마찰면(58a)에 동기링(56)이 설치되어 있다.
도 8은 부품 유닛(50b)을 도시하고 있으며, 이러한 부품 유닛은 도 7에 도시된 부품 유닛(50a)에 상당한다. 2중 동기화를 위해서 동기링이 마찰링(53)의 양측에 설치되어 있다. 동기링(56)은 마찰링(53)을 둘러싸며 그 마찰링과 마찰면(58a)에 의하여 연결된다. 내측으로는 마찰면(58b)에 동기링(57)이 지지되어 있다.
도 9는 3중 동기화를 위한 부품 유닛(60a)을 도시하고 있다. 클러치 몸체(62)는 변속 치차(61)의 보스(64)에서 중심 설정되어 있으며 어깨부(65)에 지지되어 있다. 마찰링(63)은 저널에 의하여 클러치 몸체(62)에 형상 고정 방식으로 지지되어 있다. 변속 치차(61)는 축방향으로 돌출된 내부 원추형부(69)와 일체로 형성되어 있으며, 이러한 내부 원추형부는 마찰링(63)에 대하여 반경 방향으로 떨어져 배치되어 있다. 마찰링(63)과 내부 원추형부(69)에 의하여 반경 방향으로 형성된 공간 내에는 제1 동기링(67)이 삽입되어 있으며, 이러한 제1 동기링은 마찰링(63) 및 내부 원추형부(69)의 마찰면(68b, 68c)에 장착되어 있다. 마찰링(63)의 외측인 마찰면(68a)에는 제2 동기링(66)이 장착되어 있다.
도 10에 도시되어 있는 부품 유닛(60b)은 내부 원추형부(70)가 별도로 구성되어 있다는 점에서 도 9의 부품 유닛(60a)과는 다르다. 이러한 내부 원추형부는 축방향으로 돌출된 저널(71)이 변속 치차(61)의 홈(72) 내에 배치됨으로써 형상 고정 방식으로 유지되어 있다.
차량 변속기의 개별 부품들 중 특히 변속 치차의 최적 설계로 구조를 간단히하여 제작을 용이하게 함과 더불어 제조 비용의 절감에 기여한다.
도 1은 3개의 개별 부품들이 서로 분리되어 도시되어 있는 본 발명에 따른 부품 유닛의 도면이다.
도 2는 도 1에 도시되어 있는 3개의 개별 부품들의 조립체를 도시한 도면이다.
도 3은 종전 유형의 변속 치차들을 구비한 동기(同期) 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 개별 부품들이 서로 분리되어 도시되어 있는 본 발명에 따른 또 다른 부품 유닛의 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 개별 부품들로 구성된 부품 유닛의 종단면도이다.
도 6은 2개의 개별 부품으로 구성된 부품 유닛의 도면이다.
도 7은 간단한 동기화를 위해 동기링이 마찰링에 설치된 부품 유닛의 도면이다.
도 8은 마찰링의 양측에 삽입된 동기링과 본 발명에 따른 변속 치차의 결합 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 변속 치차가 축방향으로 돌출된 내부 원추형부와 일체로 형성되어 있고, 그 내부 원추형부에 제1 동기링이 설치되어 있으며, 마찰링에 제2 동기링이 설치되어 있는 3중 동기 장치의 도면이다.
도 10은 내부 원추형부가 도 9와 달리 변속 치차에 삽입 가능한 또 다른 3중 동기 장치의 도면이다.

Claims (8)

  1. 차량에 사용되는 변속기용 동기 장치로서, 변속 치차(21), 클러치 몸체(22) 및 마찰링(23)을 포함하고, 상기 클러치 몸체(22)는 변속 과정 중에 베벨 치합에 의해 클러치 슬리브와 형상 고정 방식으로 결합되며, 상기 마찰링(23)의 원추형 마찰면(28)은 동기 과정 중에 동기링과 함께 작용하는 동기 장치에 있어서,
    상기 변속 치차(21), 클러치 몸체(22) 및 마찰링(23)은, 서로 고정되어 회전되고 부품 유닛(20)을 형성할 수 있도록 서로 분리할 수 없게 결합되는 조립식 개별 부품들로서 구성되고, 상기 마찰링(23)은 축방향으로 돌출된 저널(27)에 의해 변속 치차(21)의 보스(24)에서 중심 설정되며, 상기 저널(27)은 클러치 몸체(22)의 공간(26) 내에 끼워 맞추어지는 것을 특징으로 하는 동기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변속 치차(21)는 주조품으로 구성되고, 상기 클러치 몸체(22)는 정밀 스탬핑 부품으로 구성되며, 상기 마찰링(23)은 딥드로잉 부품으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동기 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부품 유닛(20)의 개별 부품들은 서로 다른 재료로 제조되면, 상기 변속 치차(21)는 정밀 주조 금속 GS45로 제조되고, 상기 클러치 몸체(22)는 C15 또는 CK15로 제조되며, 상기 마찰링(23)은 100Cr6, 16MnCr5 또는 C80M으로 제조되는 것을 특징으로 하는 동기 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변속 치차(21)는 돌출된 보스(24)와 그 보스에서 반경 방향으로 연장된 어깨부(25)를 구비하고, 상기 보스와 어깨부는 함께 클러치 몸체(22)의 중심을 설정하거나 클러치 몸체(22)를 축방향으로 제한하는 것을 특징으로 하는 동기 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마찰링(23)의 축방향으로 돌출된 저널(27)은 최대 직경을 갖는 단부면에 구비되고, 상기 저널은 클러치 몸체(22)의 대응하는 공간(26) 내에 맞물리는 것을 특징으로 하는 동기 장치.
  6. 차량에 사용되는 변속기용 동기 장치로서, 변속 치차(51, 61), 클러치 몸체(52, 62) 및 마찰링(53, 63)을 포함하고, 상기 클러치 몸체(52, 62)는 변속 과정 중에 베벨 치합에 의해 클러치 슬리브와 형상 고정 방식으로 결합되며, 상기 마찰링(53, 63)의 원추형 마찰면(58a, 58b, 68a, 68b)에는 각각 동기링(56, 57, 66, 67)이 배치되는 동기 장치에 있어서,
    상기 변속 치차(51, 61), 클러치 몸체(52, 62) 및 마찰링(53, 63)은, 서로 고정되어 회전되고 부품 유닛(50b, 60a)을 형성할 수 있도록 서로 분리할 수 없게 결합되는 조립식 개별 부품들로서 구성되고, 상기 부품 유닛에는 동기링(56, 57, 66, 67)이 분리 가능 부품으로서 배치되는 것을 특징으로 하는 동기 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변속 치차(61)는 축방향 길이가 마찰링(63)의 축방향 길이와 동일한 축방향으로 돌출된 내부 원추형부(69)와 일체로 형성되며, 3중 동기화를 위해서, 상기 동기링(67)은 내부 원추형부(69)와 마찰링(63) 사이에 배치되고 마찰링(63)의 외부에서 또 다른 동기링(66)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 동기 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 변속 치차(61)에는 별도의 부품으로서 내부 원추형부(70)가 배치되고, 상기 내부 원추형부는 동기링(67)을 안내하는 역할을 하며, 상기 내부 원추형부의 축방향으로 돌출된 저널(71)은 변속 치차(61)의 홈(72) 내에 맞물리는 것을 특징으로 하는 동기 장치.
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