KR101150092B1

KR101150092B1 - 가역 스프로킷 트랜스퍼 케이스

Info

Publication number: KR101150092B1
Application number: KR1020107003933A
Authority: KR
Inventors: 안드레이 데크
Original assignee: 더 게이츠 코포레이션
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2012-06-01
Also published as: EP2174038A2; US7815542B2; JP5426549B2; WO2009017551A2; JP2010535319A; BRPI0814453A2; US20090036260A1; EP2174038B1; KR20100038451A; WO2009017551A3

Abstract

본 발명의 트랜스퍼 케이스는, 회전 입력 부재, 회전 출력 부재, 이들 입력 부재와 출력 부재 사이에 작동적으로 맞물리는 회전 유성 기어부, 및 이 유성 기어부에 선택적으로 맞물릴 수 있어, 유성 기어부에 맞물리는 경우에 유성 기어부의 회전을 정지시키는 가동 캠 부재를 포함하며, 가동 캠 부재가 유성 기어부에 맞물리지 않은 경우에는 출력 부재의 회전 방향이 입력 부재의 회전 방향과 동일한 방향으로 되는 한편, 가동 캠 부재가 유성 기어부에 맞물린 경우에는 출력 부재의 회전 방향이 입력 부재의 회전 방향과 반대로 된다.

Description

가역 스프로킷 트랜스퍼 케이스{REVERSE SPROCKET TRANSFER CASE}

본 발명은 유성 기어부에 선택적으로 맞물릴 수 있는 가동 캠 부재를 구비하여, 이 캠 부재가 유성 기어부에 맞물리는 경우에 유성 기어부의 회전이 정지되며, 이에 의해 출력 부재의 회전 방향이 반대로 전환되는 가역 스프로킷 트랜스퍼 케이스에 관한 것이다.

전지형 차량(All Terrain Vehicle : ATV)은 수년 동안 알려져 있었다. 이들 차량은 거친 지형 위에서 차량을 추진시키는 데에 이용되는 엔진 및 변속기를 포함한다. 엔진은 일반적으로 변속기가 부착되어 있는 2행정 또는 4행정 구조를 포함한다. 변속기는 특히 그러한 엔진이 통상 이륜자동차로부터 유래되었기 때문에 일반적으로 이륜자동차에 이용되는 것과 역시 유사하다.

ATV의 한가지 단점은 필요한 경우에 그 차량을 후진시키는 능력이다. 이 기능을 위한 변속기를 입수할 수 있지만, 비싸고 크기가 크며 복잡할 수 있다. 그 복잡성은 흔히 부품 고장이 가동 부품의 개수와 관련이 있다는 점에서 성능 및 신뢰성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 가역 변속기의 크기는 또한 차량 설계에서 제한 인자일 수 있다. 크고 무거운 변속기는 차량의 총 중량이 단지 400 내지 500 파운드 범위인 경우에는 바람직하지 않다.

미국 특허 제6,742,618호(2004)에서는 유성 기어를 포함하는 감속 구동 시스템을 개시하고 있다. 대안적인 실시예에서는 가역 유닛을 제시한다.

요구되는 것은 유성 기어부에 선택적으로 맞물릴 수 있는 가동 캠 부재를 구비하여, 이 캠 부재가 유성 기어부에 맞물리는 경우에 유성 기어부의 회전이 정지되며, 이에 의해 출력 부재의 회전 방향이 반대로 전환되는 가역 스프로킷 트랜스퍼 케이스이다. 본 발명은 이러한 요구를 충족한다.

본 발명의 주된 양태는, 유성 기어부에 선택적으로 맞물릴 수 있는 가동 캠 부재를 구비하여, 이 캠 부재가 유성 기어부에 맞물리는 경우에 유성 기어부의 회전이 정지되며, 이에 의해 출력 부재의 회전 방향이 반대로 전환되는 가역 스프로킷 트랜스퍼 케이스를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 양태들은 본 발명에 대한 후술하는 상세한 설명 및 첨부 도면에서 지시되고 보다 명확해질 것이다.

본 발명은, 회전 입력 부재, 회전 출력 부재, 이들 입력 부재와 출력 부재 사이에 작동적으로 맞물리는 회전 유성 기어부, 및 이 유성 기어부에 선택적으로 맞물릴 수 있어, 유성 기어부에 맞물리는 경우에 유성 기어부의 회전을 정지시키는 가동 캠 부재를 포함하며, 가동 캠 부재가 유성 기어부에 맞물리지 않은 경우에는 출력 부재의 회전 방향이 입력 부재의 회전 방향과 동일한 방향으로 되는 한편, 가동 캠 부재가 유성 기어부에 맞물린 경우에는 출력 부재의 회전 방향이 입력 부재의 회전 방향과 반대로 되는 트랜스퍼 케이스를 포함한다.

본 발명의 가역 스프로킷 트랜스퍼 케이스에 있어서, 유성 기어부에 선택적으로 맞물릴 수 있는 가동 캠 부재를 구비하여, 이 캠 부재가 유성 기어부에 맞물리는 경우에 유성 기어부의 회전이 정지되며, 이에 의해 출력 부재의 회전 방향을 반대로 전환할 수 있다.

본 명세서에 포함되어 그 일부를 이루는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것으로 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 뒤에서 본 분해 사시도이다.
도 2는 앞에서 본 분해 사시도이다.
도 3은 측면도이다.
도 4는 정면도이다.
도 5는 도 4의 선 5-5를 따라 취한 단면도이다.
도 6은 도 3의 선 6-6을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 도 3의 선 7-7을 따라 취한 단면도이다.
도 8은 배면도이다.

도 1에서는 뒤에서 본 분해 사시도를 나타내고 있다. 본 발명의 트랜스퍼 케이스(100)는 스프로킷(1)을 포함한다. 이 스프로킷(1)에는 니들 베어링(5)을 통해 허브(4)가 회전 가능하게 맞물린다. 이 허브(4)는 또한 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 볼 베어링(16)을 통해 유성 기어 케이지(2)에 회전 가능하게 맞물린다. 스프로킷 표면(10)은 치형 벨트(도시 생략)와 맞물리도록 치형 프로파일을 갖는다. 치형 벨트는 당업계에 공지되어 있다. 스프로킷(1)이 통상 입력 부재이지만, 출력 부재로서도 기능을 할 수 있다. 허브(4)가 통상 출력 부재이지만 입력 부재로서도 기능을 할 수 있다.

유성 기어(8)들이 유성 기어 케이지(2) 둘레에 환형으로 배치되어 그 케이지와 회전 가능하게 맞물린다. 각각의 유성 기어(8)는 상대적으로 큰 제1 직경을 갖는 기어(81) 및 상대적으로 작은 제2 직경을 갖는 기어(82)를 포함한다. 본 실시예에서 5개의 유성 기어가 이용된다. 기어(82)는 허브(4)의 기어(41)와 맞물린다. 기어(81)는 스프로킷(1)의 내면 상의 링 기어(110)와 맞물린다.

유성 기어 케이지(2) 및 유성 기어(8)가 유성 기어부를 구성한다. 유성 기어 케이지(2)는 베어링(11)을 통해 스프로킷(1)에 회전 가능하게 맞물린다.

시프터 스프링(shifter spring)(21)이 허브(4)와 시프트 링(13) 사이에 배치된다. 이 스프링(21)은 시프트 링(13)을 가동 캠(20)과 접촉하게 압박한다. 이러한 시프터 스프링(21)은 코일 스프링이다.

스프로킷(1)에는 볼트(10)를 이용하여 외측 디스크(12)가 고정되게 연결되어 있다. 시프트 링 기어(130)가 외측 디스크(12) 상의 기어(120)와 협동적으로 맞물린다. 캠(20)은 래칫 부분(201)을 포함한다. 캠(20)은 또한 보우든 케이블(Bowden cable)과 같은 작동 케이블(도시 생략)에 연결된 레버(200)를 포함한다.

캠(20)은 베어링 플레이트(19)에 미끄럼 및 회전 운동 가능하게 맞물린다. 캐밍 부재(202)가 캐밍 본체(190)에 협동적으로 맞물린다.

도 2에서는 앞에서 본 분해 사시도를 나타내고 있다. 래칫 부분(201)은 유성 기어 케이지(2) 상의 래칫 부분(42)에 협동적으로 맞물린다. 허브(4)는 베어링(16)을 통해 유성 기어 케이지(2)에 결합된다.

링 기어(210)는 유성 기어 케이지(2)의 내향면에 고정되게 배치된다.

도 3에서는 측면도를 나타내고 있다. 캐밍 본체(190)는 캐밍 부재(202)에 미끄럼 운동 가능하게 맞물린다. 캠(20)은 레버(200)에 힘을 가함으로써 베어링 플레이트(19)에 대해 약 25°의 범위에 걸쳐 회전한다. 도 3은 완전히 후퇴한 위치에서의 캠(20)을 도시하고 있다. 작동시에, 캠(20)은 도 1에 도시한 회전 축선 A-A를 중심으로 방향 D로 회전 운동한다.

도 4에서는 정면도를 나타내고 있다. 치형 표면(10)이 치형 벨트(도시 생략)와 맞물린다.

도 5에서는 도 4의 선 5-5를 따라 취한 단면도를 나타내고 있다. 베어링 플레이트(19)를 차량의 엔진(도시 생략)과 같은 장착면에 연결하는 데에는 리벳 또는 볼트(14)를 이용할 수 있다. 볼트(10)가 외측 디스크(12)를 스프로킷(1)에 연결한다. 허브(4)는 출력 구동 샤프트(도시 생략)에 연결된다. 이 구동 샤프트는 차축에 연결될 수 있다.

도 6에서는 도 3의 선 6-6을 따라 취한 단면도를 나타내고 있다. 기어(82)는 허브 기어(41)와 맞물린다.

도 7에서는 도 3의 선 7-7을 따라 취한 단면도를 나타내고 있다. 기어(81)는 스프로킷 링 기어(110)와 맞물린다.

도 8에서는 배면도를 나타내고 있다. 액추에이터 연결부(204)가 케이블(도시 생략)에 의해 액추에이터에 연결된다. 레버(200)는 각각의 작동 위치, 즉 전진 구동 위치와 후진 구동 위치 간에 약 25°의 원호에 걸쳐 이동한다.

통상 모드 - 전진 구동(방향 역전 없음)

통상 모드로 작동시에, 구동 샤프트(도시 생략)가 허브(4)에 연결된다. 벨트(도시 생략)가 입력 부재로서의 스프로킷(1)에 연결되어, 스프로킷(1)에 토크를 전달함으로써 그 스프로킷을 회전시킨다.

이러한 모드에서, 캠(20)은 후퇴해 있게 되는 데, 다시 말해 캐밍 부재(202)와 캐밍 본체(190)가 도 3에 도시한 상대적 위치에 있다. 캠(20)의 후퇴 위치는 스프링(21)이 시프트 링(13)을 캠(20)을 향해 압박하게 하여, 기어(130)가 외측 디스크(12)의 기어(120)와 맞물리게 할 수 있다. 동시에, 시프트 링(13)의 기어(130)는 링 기어(210)와도 맞물린다. 이러한 맞물림은 유성 기어 케이지(2)가 로킹된 관계로 외측 디스크(12) 및 스프로킷(1)과 함께 회전하게 한다. 다시 말해, 이 모드에서, 스프로킷(1), 외측 디스크(12), 시프트 링(13) 및 유성 기어 케이지(2)는 유성 기어 케이지(2)와 스프로킷(1) 간에 상대 회전이 없기 때문에 단일 유닛을 구성하여 단일 유닛으로서 구동된다. 유성 기어 케이지(2)가 스프로킷(1)과 함께 회전하기 때문에, 기어(8)는 링 기어(110)에 대해 회전하지 않는다. 그러므로, 기어(8)는 기어(41)를 구동하고, 이에 의해 허브(4)가 스프로킷(1)과 동일한 회전 속도 및 동일한 방향으로 구동된다. 따라서, 통상 모드에서, 유성 기어 케이지(2)가 스프로킷(1)과 함께 회전하여 출력 부재로서의 허브(4)가 입력 부재로서의 스프로킷(1)과 동일한 속도 및 동일한 방향으로 회전한다.

이러한 통상의 모드에서 구동비는 1 : 1이다.

후진 모드

후진 모드에서, 캠(20)이 조작되어, 베어링 플레이트(19)에 대해 부분적으로 회전하게 된다. 이러한 부분 회전은 캐밍 본체(190) 및 캐밍 부재(202)를 서로에 대해 이동시킨다. 이러한 이동은 캠(20)을 베어링 플레이트(19)로부터 축방향으로 멀어지게 이동시켜 기어(130)를 기어(120)로부터 분리시킨다. 이는 유성 기어 케이지(2)[기어(210)]과 스프로킷(1)[기어(120)] 간의 기계적 구동 연결을 "끊게" 된다. 또한, 래칫 치형부(201)를 래칫 치형부(42)와 접촉하게 한다. 캠(20)이 조작 중에 약 25°에 걸쳐 부분적으로만 회전하기 때문에, 유성 기어 케이지(2)의 회전을 정지시키는 전체적인 효과가 있다. 그러나, 스프로킷(1)은 기어(130)와 기어(120)가 분리되어 있기 때문에 여전히 회전한다. 유성 기어부로서의 유성 기어 케이지(2)의 회전은 캠(20)이 유성 기어 케이지(2)와 맞물릴 때에 정지한다.

유성 기어 케이지(2)의 회전이 일단 정지되면, 기어(81)와 기어(110)의 맞물림에 의해 기어(8)가 회전한다. 이러한 기어(8)의 회전은 기어(82)를 회전시켜 허브 기어(41)를 구동한다. 그러나, 허브(4)는 기어(8)의 고정된 위치로 인해 스프로킷(1)의 회전 방향과는 반대 방향으로 회전한다. 고정된 유성 기어 케이지(2) 내에서의 허브(4)의 회전은 베어링(5)과 베어링(16)에 의해 이루어질 수 있다.

이러한 후진 모드에서, 입력 부재[스프로킷(1)]과 출력 부재[허브(4)] 간의 구동비는 약 1 : 1.28이다. 이는 예를 들면 기어(8)가 단지 하나의 기어로 이루어진다면 후진 시에 허브(4)가 가속될 수 있기 때문이다. 속도의 증가는 스프로킷 기어(110)와 허브 기어(41)의 치의 개수들 간의 비의 역수와 동일할 것이며, 본 예의 경우에 예를 들면 치의 개수의 비는 75 : 35(1 : 2.14)이다. 단일 기어로 이루어진 유성 기어(8)는 단지 토크 전달/방향 전환 매개체일 뿐이며, 이에 따라 그 치의 개수는 구동비에 어떠한 역할도 하지 못할 것이다. 그러나, 기어(8)가 큰 직경의 기어(81)와 작은 직경의 기어(82)를 구비하고 있고 이들 기어 각각이 기어(110) 및 기어(41)에 각각 맞물리기 때문에, 아래의 기어비만큼 전달 속도를 감소시킨다.

[기어(81)의 치의 개수] : [기어(82)의 치의 개수]

이러한 기어비는 본 실시예의 경우에 예를 들면,

15 : 25 = 0.6이다.

따라서, 후진 모드에서 입력 스프로킷(1)과 출력 허브(4) 간의 총 속도 변화/증가는

2.14 × 0.6 = 1.28이다.

이는 후진 모드에서 전체적인 구동비가 1 : 1.28임을 의미한다. 본 발명의 장치는 전진 모드 시의 출력 속도와 비교할 때에 후진 모드에서 출력 속도를 현저히 변화시키지 않고도 후진 구동을 달성한다. 이는 보다 큰 비를 갖는 다른 변속기를 이용하는 경우에 적은 스로틀 입력(throttle input)에 의해 야기될 수 있었던 속도 서지를 최소화한다.

구동비는 기어(81, 82)들 간의 상대 직경에 따라 조절될 수 있다.

동일한 작동 결과를 가지면서 입력 부재는 허브(4)이고 출력 부재는 스프로킷(1)이도록 입력 부재와 출력 부재를 반대로 할 수도 있다.

본 명세서에서 본 발명의 형태에 대해 설명하였지만, 당업자에게는 본 명세서에 개시된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 부품 및 방법에 있어서의 구성 및 관련성에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 점은 명백할 것이다.

Claims

회전 입력 부재;
회전 출력 부재;
상기 입력 부재와 출력 부재 사이에 설치되어 상기 입력 부재 및 출력 부재와 기계적으로 맞물리는 회전 유성 기어부;
상기 출력 부재의 회전축과 동심으로 회전할 수 있는 축선을 갖고 있는 한편, 상기 유성 기어부에 선택적으로 맞물릴 수 있어, 상기 유성 기어부에 맞물리는 경우에 유성 기어부의 회전을 정지시키는 가동 캠 부재;
상기 유성 기어부와 입력 부재를 선택적으로 맞물리게 하여, 상기 유성 기어부와 입력 부재가 로킹된 관계로 회전하게 하는 기어; 및
상기 기어를 상기 가동 캠 부재와 접촉하게 압박하도록 상기 기어와 접촉하는 스프링
을 포함하며, 상기 가동 캠 부재가 유성 기어부에 맞물리지 않은 경우에 출력 부재의 회전 방향이 입력 부재의 회전 방향과 동일한 방향으로 되며,
상기 가동 캠 부재가 유성 기어부에 맞물린 경우에 출력 부재의 회전 방향이 입력 부재의 회전 방향과 반대로 되는 것인 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서, 상기 유성 기어부의 래칫 부분에 캠 부재의 래칫 부분이 맞물리는 것인 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서, 상기 입력 부재와 출력 부재 간의 출력 구동비는 전진 모드나 후진 모드에서 동일한 것인 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서, 상기 가동 캠 부재는 유성 기어부의 래칫 부분과 맞물릴 수 있는 캠 부재의 래칫 부분를 포함하여, 캠 부재의 래칫 부분이 유성 기어부의 래칫 부분에 맞물리는 경우에 상기 유성 기어부의 회전을 정지시키도록 된 것인 트랜스퍼 케이스.
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