KR101168894B1 - 건설장비용 기어박스 구동장치 - Google Patents

건설장비용 기어박스 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주행 중 1단 및 2단 변속이 원할하게 이루어짐을 물론이고, 기어열의 단순화시킴과 더불어 변속시 충격 완화 구조 및 윤활 구조 등이 새롭게 개선됨과 함께 주자브레이크 역할도 할 수 있도록 한 건설장비용 기어박스 구동장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 유성기어셋트의 기어열을 단순화시킴과 함께 클러치 팩 구조를 개선하여 클러치 팩 용량 변경이 용이하고, 변속단별 피스톤의 운동이 한방향으로 이루어지면서 1단 및 2단 변속이 이루어짐에 따라 변속시 충격을 완화시킬 수 있으며, 또한 클러치 팩 등이 오일에 일부 잠기게 하여 기존의 윤활 구조를 배제함에 따른 제조 원가를 절감할 수 있고, 부가적으로 주차 브레이크 기능까지 수행할 수 있는 등 새롭게 개선된 건설장비용 기어박스 구동장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

건설장비용 기어박스 구동장치{Driving device for construction vehicle}
본 발명은 건설장비용 기어박스 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행 중 1단 및 2단 변속이 원할하게 이루어짐은 물론이고, 기어열의 단순화시킴과 더불어 변속시 충격 완화 구조 및 윤활 구조 등이 새롭게 개선됨과 함께 주차브레이크 역할도 할 수 있도록 한 건설장비용 기어박스 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 건설장비의 경우 엔진의 출력이 일정하기 때문에 주행방향을 전환하거나 주행속도를 바꾸기 위한 변속기인 기어박스 구동장치를 필수적으로 장착하고 있고, 이 기어박스 구동장치의 1단 및 2단 변속에 따른 동력전달로 주행이 이루어진다.
여기서, 건설장비 산업차량의 기어박스내에 설치되는 종래의 구동장치에 대한 구성을 첨부한 도 5를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
1단 동력전달
먼저, 모터 캐리어(14)에 연결된 주행모터(미도시됨)를 통해 들어오는 동력이 입력축(13)에 입력되면, 입력축(13)과 일체로 된 선기어(15)가 회전하고, 이 선기어(15)의 회전력은 선기어(15)와 맞물린 유성기어(17)로 전달된다.
이때, 1단 피스톤(6)의 내부로 통해 관통되어 있는 1단 압력포트(12)를 통해 유압이 공급되고, 이 유압력에 의하여 2단 피스톤(7)이 입력축(13)의 선단 방향(도 4에서 우측방향)으로 밀리는 동시에 입력축(13)의 선단부 외경에 위치한 2단 접시스프링(9)을 압착하게 된다.
이와 동시에, 2단 피스톤(7)의 바깥쪽에 위치한 1단 피스톤(6)은 1단 접시스프링(8)의 탄성력에 의해 입력축(13)의 후단 방향(도 4에서 좌측방향)으로 밀리면서 1단용 외륜 클러치 팩(4)의 마찰판과 플레이트를 압착시키게 된다.
이때, 상기 1단용 외륜 클러치 팩(4)의 구성중 플레이트의 외측단은 케이스(20)의 내경면에 가공된 스플라인(24)에 삽입되어 조립된다.
이렇게 케이스(20)의 내경과 리테이너(10)의 내경 사이에 장착된 1단용 외륜 클러치 팩(4)의 마찰판과 플레이트가 압착되면, 마찰판 및 플레이트와 스플라인 결합된 리테이너(10)가 구속되고, 동시에 리테이너(10)의 후단 내경에 형성된 내접기어인 링기어(16)도 구속되는 상태가 된다.
따라서, 입력축(13)으로 입력된 동력이 선기어(15)를 통해 유성기어(17)로 전달되면, 유성기어(17)는 링기어(16)를 따라 회전하게 되고, 이때의 회전력은 유성기어(17)와 일체로 연결된 캐리어(18)로 전달된다.
이에 따라, 캐리어(18)의 1단 회전 동력이 캐리어(18)와 맞물린 출력축 기어(19)로 전달됨으로써, 최종적으로 출력축 기어(19)를 일체로 갖는 출력축(5)에 1단 동력이 전달되어진다.
2단 동력전달
마찬가지로, 모터 캐리어(14)에 연결된 주행모터(미도시됨)를 통해 들어오는 동력이 입력축(13)에 입력되면, 입력축(13)과 일체로 된 선기어(15)가 회전하고, 이 선기어(15)의 회전력은 선기어(15)와 맞물린 유성기어(17)로 전달된다.
이때, 1단 피스톤(6)의 외경쪽에 형성된 2단 압력포트(11)를 통해 유압이 공급되고, 이 유압력에 의하여 1단 피스톤(6)이 입력축(13)의 선단 방향(도 4에서 우측방향)으로 밀리는 동시에 밀리는 방향쪽 위치한 1단 접시스프링(8)을 압착하게 된다.
이와 동시에, 유압력이 해제된 2단 피스톤(7)은 2단 접시스프링(9)의 탄성력에 의하여 입력축(13)의 후단 방향(도 4에서 좌측방향)으로 밀리면서 입력축(13)의 외경과 리테이너(10)의 내경 사이에 장착된 2단용 내륜 클러치 팩(3)의 마찰판과 플레이트를 압착시키게 되고, 물론 1단 피스톤(6)이 유압력에 의하여 밀려난 상태이므로 1단용 외륜 클러치 팩(4)의 마찰판 및 플레이트는 압착 해제된 상태를 유지한다.
이렇게 2단용 내륜 클러치 팩(3)의 마찰판과 플레이트가 압착되면, 입력축(13)과 리테이너(10)가 동기화되어 입력축(13)의 동력이 리테이너(10)로 전달되는 상태가 되며, 동시에 리테이너(10)의 후단 내경에 형성된 내접기어인 링기어(16)도 리테이너(10)와 함께 회전을 하게 된다.
따라서, 입력축(13)과 링기어(16)가 서로 동기화되면서 상시 회전을 하고, 이와 함께 입력축(13)으로 입력된 동력이 선기어(15)를 통해 유성기어(17)로 전달됨에 따라, 회전하고 있는 링기어(16)를 따라 유성기어(17)가 보다 빠르게 회전을 하여, 유성기어(17)와 일체로 된 캐리어(18)가 2단 동력전달을 위한 회전을 하게 된다.
이에 따라, 캐리어(18)의 2단 회전 동력이 캐리어(18)와 맞물린 출력축 기어(19)로 전달됨으로써, 최종적으로 출력축 기어(19)를 일체로 갖는 출력축(5)에 2단 동력이 전달되어진다.
윤활 구조
종래의 건설장비용 기어박스 구동장치에 대한 윤활 작용은 기어펌프(1)가 입력축(13)의 동력을 받아 회전하면서, 출력축(5)에 잠겨있는 오일을 끌어올려 입력축 윤활라인(2)을 통해 각 클러치 팩(3,4)을 윤활시킨다.
즉, 종래의 윤활 구조를 도 5를 참조로 살펴보면, 입력축(13)의 외경방향을 향하여 2단용 내륜 클러치 팩(3) 및 1단용 외륜 클러치 팩(4)이 차례로 배치됨에 따라, 각 클러치 팩(3,4)에 오일을 공급할 수 있도록 입력축(13)내에 윤활라인(2)이 형성되고, 입력축(13)의 일측단부에 윤활라인(2)으로 오일을 공급하는 기어펌프(1)가 별도로 설치된 구조로 되어 있다.
도 5에서, 미설명 부호 22는 시프팅 밸브를 나타낸다.
이에, 입력축(13)을 통해 동력이 전달되면 기어펌프(11)가 구동되면서 출력축(5)에 잠겨있는 오일을 끌어올리는 펌핑을 함으로써, 입력축(13)의 윤활라인(2)을 경유하여 각 클러치 팩(3,4)으로 오일이 공급되며 윤활이 이루어진다.
그러나, 상기한 종래의 건설장비 산업차량의 기어박스내에 설치되는 구동장치는 다음과 같은 단점이 있다.
1) 각 클러치 팩을 밀착시키기 위한 피스톤이 접시스프링의 탄성력에 의하여 작동하는 바, 접시스프링을 사용함에 따라 각 클러치 팩에 대한 전달하중 변경이 어려운 단점이 있다.
2) 1단 및 2단 변속시, 각 단별 피스톤이 양방향으로 동시에 움직임에 따른 변속 쇼크가 발생하고, 피스톤에 유로를 형성하는 등 피스톤에 대한 가공성이 난해한 점이 있다.
3) 변속 쇼크 저감을 고려하여 시프팅 밸브를 추가로 장착함에 따른 제조원가 상승이 초래되는 단점이 있다.
4) 주행모터가 조립되는 모터 캐리어의 안쪽에 접시스프링 및 클러치 팩이 차례로 조립됨에 따라, 모터 캐리어의 변경이 불가능하여 톤수별 모델 적용이 한정 되는 단점이 있다.
6) 1단용 외륜 클러치 팩의 구성중 플레이트의 외측단을 케이스에 스플라인 결합시킴에 따라, 클러치 팩 사이즈 변경(클러치팩 용량 변경)이 불가능한 단점이 있다.
7) 기어펌프를 통해 출력축에 잠겨 있는 오일을 끌어올리고, 오일을 입력축의 윤활라인을 통해 클러치 팩으로 공급하는 윤활 구조가 복잡하여 가공성이 떨어지고 제조원가를 상승시키는 요인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 유성기어셋트의 기어열을 단순화시킴과 함께 클러치 팩 구조를 개선하여 클러치 팩 용량 변경이 용이하고, 변속단별 피스톤의 운동이 한방향으로 이루어지면서 1단 및 2단 변속이 이루어짐에 따라 변속시 충격을 완화시킬 수 있으며, 또한 클러치 팩 등이 오일에 일부 잠기게 하여 기존의 윤활 구조를 배제함에 따른 제조 원가를 절감할 수 있고, 부가적으로 주차 브레이크 기능까지 수행할 수 있는 등 새롭게 개선된 건설장비용 기어박스 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 일측에는 모터캐리어가 직접 조립되고, 타측에는 제1 및 제2서브케이스가 조립되며, 제2서브케이스의 바깥쪽에는 마감플레이트가 장착된 케이스와; 상기 케이스내에서 길이방향을 따라 회전 가능하게 배열되는 입력축과; 상기 입력축의 중간 위치쪽 외경면에 가공된 선기어와; 상기 선기어의 좌측쪽에 베어링을 매개로 장착되는 리테이너와; 상기 리테이너의 우측단 내경면에 형성된 링기어와; 선기어 및 링기어에 동시에 맞물리는 유성기어와; 입력축의 우측쪽으로 연장되며 유성기어와 일체로 된 캐리어와; 상기 캐리어와 맞물리는 출력축 기어를 갖는 출력축과; 리테이너의 좌측쪽에 배열되는 동시에 입력축과 스플라인 결합되는 2단용 내륜 클러치 팩과; 상기 2단용 내륜 클러치 팩의 외측쪽에 배열되는 동시에 케이스의 제1서브케이스의 내경에 스플라인 결합되는 1단용 외륜 클러치 팩과; 입력축의 좌측단부의 외경면에 슬라이드 가능하게 결합되어 2단용 내륜 클러치 팩을 가압시키는 2단 피스톤과; 케이스의 좌측면에 장착된 마감플레이트의 안쪽면에 장착되어 2단 피스톤을 2단용 내륜 클러치 팩쪽으로 밀어주는 2단 스프링과; 상기 2단 피스톤의 외경쪽에 이격 배치되어 1단용 외륜 클러치 팩을 가압시키는 1단 피스톤과; 상기 제2서브케이스의 내벽면과 1단 피스톤의 이면 사이에 장착되어 1단 피스톤을 1단용 외륜 클러치 팩쪽으로 밀어주는 1단 스프링과; 1단 피스톤을 후진시키기 위한 유압을 1단 피스톤의 앞쪽공간으로 제공하기 위하여 제1서브케이스에 형성된 1단 압력포트와; 2단 피스톤을 후진시키기 위한 유압을 2단 피스톤의 앞쪽공간으로 제공하기 위하여 제2서브케이스에 형성된 2단 압력포트; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건설장비용 기어박스 구동장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예로서, 상기 2단 피스톤은 2단 스프링에 의하여 그 이면이 지지되는 2단용 제1피스톤과, 2단용 내륜 클러치 팩을 가압하는 2단용 제2피스톤으로 구성된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 2단용 제1피스톤의 전면과 2단용 제2피스톤의 이면이 밀착되는 부분에는 스러스트 베어링이 장착된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예로서, 상기 케이스의 내부에 오일이 채워지되, 입력축의 상하방향 센터까지 오일이 채워져 1단용 외륜 클러치 팩 및 2단용 내륜 클러치 팩이 오일에 잠기어 윤활될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 2단 피스톤에 작용하는 유압을 조절할 수 있도록 마감플레이트에는 2단 압력포트와 연통 가능한 모듈레이션 밸브가 장착된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 모듈레이션 밸브는: 2단 압력포트에서 분기된 유로와 연통되는 실린더와, 실린더내의 앞쪽에 배치된 피스톤과, 실린더의 후부에 밀폐 체결되는 플러그와, 피스톤의 이면과 플러그의 전면 사이에 배열되는 스프링과, 플러그의 내면 둘레 및 피스톤의 둘레면에 장착된 기밀 유지용 오링으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 구현예로서, 차량의 정지 상태에서 1단 압력포트 및 2단 압력포트에 유압이 해제되면, 1단 스프링 및 2단 스프링의 힘에 의해 1단 피스톤 및 2단 피스톤이 각각 1단용 외륜 클러치 팩과 2단용 내륜 클러치 팩을 가압하여, 입력축의 동력이 출력축으로 차단되는 주차브레이크가 구현되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 1단용 외륜 클러치 팩의 플레이트가 제1서브케이스의 내경에 형성된 스플라인에 삽입 결합되고, 상기 2단용 내륜 클러치 팩의 플레이트는 입력축에 형성된 스플라인에 삽입 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
1) 주행모터가 연결되는 모터 캐리어의 반대쪽 위치에 클러치 팩을 비롯한 피스톤 및 스프링 등을 장착하여, 모터 캐리어의 사양 변경이 용이하고, 모터 캐리어의 사양 변경에 따른 톤수별 모델 적용이 용이한 장점이 있다.
2) 각 클러치 팩을 밀착시키기 위한 피스톤을 한 쌍의 2단 피스톤 및 그 외경에 위치하는 1단 피스톤으로 구성함으로써, 1단 및 2단 변속단별 피스톤의 움직임이 한 방향으로 이루어져 변속시의 단별 압력 변화가 일정하여, 변속시 충격을 완화시킬 수 있다.
3) 피스톤을 지지하는 스프링을 코일스프링으로 채택하여, 클러치 팩에 대한 전달하중 변경이 용이한 장점이 있다.
4) 변속쇼크를 모듈레이션 밸브로만 제어함으로써 제조원가 절감을 도모할 수 있다.
5) 1단용 외륜 클러치 팩의 구성중 플레이트의 외측단이 조립되는 스플라인을 메인케이스가 아닌 서브케이스에 가공함에 따라, 서브케이스만을 분리하면 되므로 클러치팩 사이즈 변경(클러치팩 용량 변경) 작업이 손쉽게 이루어질 수 있다.
6) 입력축 및 클러치 팩의 일부가 오일에 잠기도록 함으로써, 기존에 기어펌프를 비롯하여 입력축에 윤활라인이 형성된 윤활 구성 자체를 배제할 수 있고, 그에 따라 제조원가를 크게 절감할 수 있다.
7) 특히, 건설장비 차량의 정지 상태에서 1단 압력포트 및 2단 압력포트에 인가된 유압이 해제되면, 1단 스프링 및 2단 스프링의 힘에 의해 1단 피스톤 및 2단 피스톤이 각각 1단용 외륜 클러치 팩과 2단용 내륜 클러치 팩을 가압함으로써, 입력축을 잡아주게 됨에 따라 입력축의 동력이 출력축으로 용이하게 차단되어, 결국 차량의 정지 상태에서 주차브레이크가 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건설장비용 기어박스 구동장치를 나타내는 횡단면도,
도 2는 본 발명에 따른 건설장비용 기어박스 구동장치를 나타내는 종단면도,
도 3은 본 발명에 따른 건설장비용 기어박스 구동장치의 모듈레이션 밸브 구조를 나타내는 요부 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 건설장비 산업차량의 모듈레이션 밸브에 의한 변속 과정을 설명하는 그래프,
도 5는 종래의 건설장비용 기어박스 구동장치를 나타내는 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 건설장비용 기어박스 구동장치의 구성중 케이스의 구조를 개선하되, 1단 및 2단용 클러치 팩을 비롯하여 클러치를 작동시키기 위한 피스톤 등이 입력축의 선단부쪽에 장착되는 것을 회피할 수 있는 구조로 개선하고자, 케이스(130)의 우측(동력이 최초 입력되는 쪽)에는 모터캐리어(118)가 직접 조립되고, 좌측에는 제1 및 제2서브케이스(131,132)가 차례로 조립되며, 제2서브케이스(132)의 바깥쪽에는 마감플레이트(133)가 장착된다.
이에, 주행모터가 연결되는 모터캐리어(118)의 반대쪽 위치에 클러치 팩을 비롯한 피스톤 및 스프링 등과 같은 각종 필수 부품들이 장착됨에 따라, 각 필수부품과 모터캐리어(118)간의 간섭 발생이 배제될 수 있고, 따라서 모터 용량이 다르게 적용되는 각 톤수별 건설장비 차량마다 모터캐리어(118)의 사양 변경을 용이하게 실시할 수 있다.
상기와 같이 구비된 케이스(130)의 내부에는 그 길이방향을 따라 입력축(110)이 배열되는 바, 입력축(110)의 좌측단은 마감플레이트(133)에 베어링을 매개로 회전 가능하게 결합되고, 입력축(110)의 우측단은 모터캐리어(118)에 결합되는 주행모터(미도시됨)측과 동력 전달을 받을 수 있게 연결된다.
상기 입력축(110)의 외경면에서 중간 위치쪽에는 하나의 유성기어셋트가 조합되어 배치되는 바, 일단 유성기어셋트의 선기어(108)는 입력축(110)의 중간 위치쪽 외경면에 가공된다.
이때, 상기 선기어(108)의 좌측쪽에는 베어링을 매개로 입력축(110)에 회전 가능하게 리테이너(122)가 장착되며, 이 리테이너(122)의 우측단 내경면에 내접기어인 링기어(106)가 가공된다.
이에, 상기 유성기어셋트중 복수개의 유성기어(107)가 선기어(108)에 외접하며 치합되는 동시에 링기어(106)에 내접하며 치합되어진다.
또한, 상기 복수개의 유성기어(107)의 축에는 캐리어(109)가 일체로 연결되며, 이 캐리어(109)의 우측단부는 케이스의 내벽면에 베어링을 매개로 회전 가능하게 지지된다.
상기 케이스(130)의 내부에서 입력축(110)의 아래쪽에 출력축(120)이 배열되는 바, 이 출력축(120)에 일체로 형성된 출력축 기어(111)가 동력 전달을 받을 수 있게 캐리어(109)와 맞물리게 된다.
여기서, 상기 리테이너(122)의 좌측에 일체로 연장 형성된 연장단(123)과, 입력축(110)의 외경 사이 공간에 다수의 마찰판 및 플레이트를 포함하는 2단용 내륜 클러치 팩(112)이 장착되며, 이 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 구성중 플레이트가 리테이어(122)의 연장단(123) 내경과 입력축(110) 외경에 스플라인(124) 결합된다.
또한, 상기 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 좌측쪽에 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 결합 작동 및 결합 해제 작동을 위한 2단 피스톤(102,103) 및 2단 스프링(104)이 설치된다.
상기 2단 피스톤(102,203)은 입력축(110)의 좌측단부의 외경면에 슬라이드 가능하게 결합되어 2단용 내륜 클러치 팩(112)을 가압시키는 구성으로서, 2단용 제1피스톤(102)과 2단용 제2피스톤(103)을 포함하여 구성된다.
보다 상세하게는, 상기 2단 피스톤(102,103)중 우측에 배열되는 2단용 제2피스톤(103)의 이면은 2단용 제1피스톤(102)의 전면과 밀착되고 그 정면은 2단용 내륜 클러치 팩(112)을 가압하는 부분이 되고, 반면에 2단 피스톤(102,103)중 좌측에 배열되는 2단용 제1피스톤(102)의 이면은 마감플레이트(133)에 장착되는 2단 스프링(104)에 의하여 탄성 지지된다.
상기 2단 스프링(104)은 케이스(130)의 좌측면에 장착된 마감플레이트(133)의 안쪽면에 장착되는 바, 이 2단 스프링(104)의 탄성력에 의하여 2단용 제1피스톤(102)의 이면이 밀리는 동시에 서로 접한 2단용 제2피스톤(103)도 2단용 내륜 클러치 팩(112)쪽으로 밀리게 되어, 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 결합 작동이 이루어지게 된다.
이때, 상기 2단용 제1피스톤(102)의 전면과 2단용 제2피스톤(103)의 이면이 밀착되는 부분에는 스러스트 베어링(117)이 장착되어 서로간의 접촉 마찰이 부드럽게 이루어지게 된다.
여기서, 상기 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 외측과 제1서브케이스(131)의 내경 사이공간에 다수의 마찰판 및 플레이트를 포함하는 1단용 외륜 클러치 팩(113)이 장착되며, 이 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 구성중 플레이트가 제1서브케이스(131)의 내경에 형성된 스플라인(119)에 삽입 결합된다.
또한, 상기 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 좌측쪽에 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 결합 작동 및 결합 해제 작동을 위한 1단 피스톤(100) 및 1단 스프링(105)이 설치된다.
보다 상세하게는, 상기 1단 피스톤(100)은 2단 피스톤(102,103)중 2단용 제2피스톤(103)의 외경쪽에 이격 배치되어 1단용 외륜 클러치 팩(113)을 가압시키는 역할을 한다.
이때, 상기 제2서브케이스(132)의 내벽면과 1단 피스톤(100)의 이면 사이에는 1단 피스톤(100)을 1단용 외륜 클러치 팩(113)쪽으로 밀어주는 1단 스프링(105)이 설치되는 바, 1단 스프링(105)의 탄성력이 1단 피스톤(100)의 이면에 작용하게 되면, 1단 피스톤(100)이 1단용 외륜 클러치 팩(113)쪽을 가압하게 되어 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 결합 작동이 이루어지게 된다.
한편, 상기 제1서브케이스(131)에는 1단 피스톤(105)을 후진시키기 위한 유압을 1단 피스톤(105)의 앞쪽공간으로 제공하는 1단 압력포트(114)가 관통 형성되고, 상기 제2서브케이스(132)에는 2단 피스톤(102,103)을 후진시키기 위한 유압을 2단용 제1피스톤(102)의 앞쪽공간으로 제공하는 2단 압력포트(115)가 관통 형성된다.
물론, 도면에는 미도시되었지만, 1단 압력포트(114) 및 2단 압력포트(115)에는 유압공급수단이 연결된다.
본 발명의 건설장비용 기어박스 구동장치에 구비되는 윤활 구조는 케이스(130)의 내부에 오일이 채워지게 하여 이루어지며, 바람직하게는 입력축(110)의 상하방향 센터까지 오일이 채워지는 동시에 1단용 외륜 클러치 팩(113) 및 2단용 내륜 클러치 팩(112)이 오일에 잠기게 됨으로써, 입력축(110)의 회전시 1단용 외륜 클러치 팩(113) 및 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 윤활이 원할하게 이루어지게 된다.
이렇게 입력축(110) 및 클러치 팩(112,113)의 일부가 오일에 잠기도록 함으로써, 기존에 기어펌프를 비롯하여 입력축에 윤활라인이 형성된 윤활 구성 자체를 배제함에 따라, 제조원가를 크게 절감할 수 있다.
한편, 상기 2단 피스톤(102,103)에 작용하는 유압을 조절할 수 있도록 마감플레이트(133)에는 2단 압력포트(115)와 연통 가능한 모듈레이션 밸브(200)가 장착된다.
보다 상세하게는, 상기 모듈레이션 밸브(200)는 건설장비의 주행 중 1단에서 2단 변속이 이루어질 때, 2단쪽 클러치팩에 대한 유압을 조절해줌으로써, 변속 과정 및 변속 시간이 일정하게 이루어짐과 함께 변속시의 충격 및 소음을 완화시키는 기능을 한다.
이를 위해, 상기 2단 압력포트(115)에서 분기된 유로(202)와 연통되는 실린더(203)를 마감플레이트(133)에 장착하고, 실린더(203)내의 앞쪽에 피스톤(201)이 배치되며, 또한 실린더(203)의 후부에는 플러그(206)가 밀폐를 위하여 체결되고, 피스톤(201)의 이면과 플러그(206)의 전면 사이에는 압축 가능하게 스프링(204)이 배열된다.
또한, 상기 플러그(206)의 내면 둘레 및 피스톤(201)의 둘레면에 오일에 대한 기밀 유지를 위하여 기밀 유지용 오링(205)이 장착된다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기와 같이 구성된 구동장치는 주차브레이크 기능도 겸비할 수 있다.
즉, 차량의 정지 상태에서 1단 압력포트(114) 및 2단 압력포트(115)에 유압이 해제되면, 1단 스프링(105) 및 2단 스프링(204)의 탄성력에 의해 1단 피스톤(100) 및 2단 피스톤(102,103)이 각각 1단용 외륜 클러치 팩(113)과 2단용 내륜 클러치 팩(112)을 가압하게 되어, 입력축(110)이 고정되는 상태가 되므로, 결국 입력축(110)의 동력이 출력축(120)으로 용이하게 차단되어 주차브레이크 기능이 구현될 수 있다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 건설장비용 기어박스 구동장치에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
1단 동력전달
먼저, 모터 캐리어(118)에 연결된 주행모터(미도시됨)를 통해 들어오는 동력이 입력축(110)에 입력되면, 입력축(110)에 형성된 선기어(108)가 회전하고, 이 선기어(108)의 회전력은 선기어(108)와 맞물린 유성기어(107)로 전달된다.
이때, 2단 압력포트(115)를 통해 공급된 유압이 2단 피스톤(102,103)중 2단용 제1피스톤(102)의 앞쪽공간에 인가되면, 2단용 제1피스톤(102)이 후진하는 동시에 2단용 제1피스톤(102)과 접한 2단용 제2피스톤(103)이 2단용 내륜 클러치 팩(112)을 가압하지 않게 되므로, 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 결합이 해제된 상태가 된다.
이와 함께, 1단 스프링(105)이 1단 피스톤(100)의 이면을 밀어주게 되고, 동시에 1단 피스톤(100)의 전면이 1단용 외륜 클러치 팩(113)을 가압하여, 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 마찰판과 플레이트가 압착된다.
이렇게 제1서브케이스(131)의 내경과 리테이너(122)의 외경 사이 공간에서 스플라인(119) 결합된 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 마찰판과 플레이트가 압착되면, 마찰판 및 플레이트와 결합된 리테이너(122)가 구속되고, 동시에 리테이너(122)의 후단 내경에 형성된 내접기어인 링기어(106)도 구속되는 상태가 된다.
따라서, 입력축(110)으로 입력된 동력이 선기어(108)를 통해 유성기어(107)로 전달되면, 유성기어(107)는 링기어(106)를 따라 회전하게 되고, 이때의 회전력은 유성기어(107)와 일체로 연결된 캐리어(109)로 전달된다.
이에 따라, 캐리어(109)의 1단 회전 동력이 캐리어(109)와 맞물린 출력축 기어(111)로 전달됨으로써, 최종적으로 출력축 기어(111)를 일체로 갖는 출력축(120)에 1단 동력이 전달되어진다.
2단 동력전달
주행모터를 통해 들어오는 동력을 입력축과 일체인 선 기어를 회전시켜 동력을 2단 스프링 힘에 의해 2단 피스톤 1, 2가 동시에 내륜 클러치 팩의 마찰판과 플레이트를 압착시켜 입력축과 링 기어가 일체가 되어 상시회전하여 캐리어 기어를 회전시켜 캐리어 기어와 맞물려 있는 출력축기어에 동력을 전달 출력축에 회전을 전달 한다.
마찬가지로, 모터 캐리어(118)에 연결된 주행모터(미도시됨)를 통해 들어오는 동력이 입력축(110)에 입력되면, 입력축(110)에 형성된 선기어(108)가 회전하고, 이 선기어(108)의 회전력은 선기어(108)와 맞물린 유성기어(107)로 전달된다.
이때, 1단 압력포트(114)를 통해 공급된 유압이 1단 피스톤(100)의 앞쪽공간에 인가되면, 1단 제1피스톤(100)이 후진하여 1단용 외륜 클러치 팩(113)을 가압하지 않게 되므로, 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 결합이 해제된 상태가 된다.
이와 함께, 2단 스프링(104)이 2단 피스톤(102,103)중 2단용 제1피스톤(102)의 이면을 탄성력을 이용하여 밀어주게 되고, 동시에 2단용 제1피스톤(102)과 스러스트 베어링(117)을 매개로 접하고 있는 2단용 제2피스톤(103)이 2단용 내륜 클러치 팩(112)을 가압하여, 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 마찰판과 플레이트가 압착된다.
이렇게 리테이너(122)의 내경과 입력축(110)의 외경 사이 공간에서 스플라인(124) 결합된 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 마찰판과 플레이트가 압착되면, 입력축(110)과 리테이너(122)가 동기화되고, 동시에 리테이너(122)의 우측단 내경에 형성된 내접기어인 링기어(106)도 리테이너(122)와 함께 회전을 하게 된다.
따라서, 입력축(110)과 링기어(106)가 서로 동기화되면서 상시 회전을 하고, 이와 함께 입력축(110)으로 입력된 동력이 선기어(108)를 통해 유성기어(107)로 전달됨에 따라, 회전하고 있는 링기어(106)를 따라 유성기어(107)가 보다 빠르게 회전을 하여, 유성기어(107)와 일체로 된 캐리어(109)가 2단 동력전달을 위한 회전을 하게 된다.
이에 따라, 캐리어(109)의 2단 회전 동력이 캐리어(109)와 맞물린 출력축 기어(111)로 전달됨으로써, 최종적으로 출력축 기어(111)를 일체로 갖는 출력축(120)에 2단 동력이 전달되어진다.
윤활 작용
출력축(120) 구조를 단순화시키는 동시에 출력축(120)을 감싸는 케이스(130)의 하단부분의 내부 체적을 최소화하여, 케이스(130)의 내부에 오일을 채우되, 입력축(110)의 상하방향 센터까지 오일을 채워줌으로써, 이 오일내에 1단용 외륜 클러치 팩(113) 및 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 일부가 잠기게 된다.
따라서, 입력축(110)의 회전과 함께 동시에 회전하는 1단용 외륜 클러치 팩(113) 및 2단용 내륜 클러치 팩(112)이 반복적으로 오일에 잠겼다 빠져나오는 것을 반복함으로써, 1단용 외륜 클러치 팩(113) 및 2단용 내륜 클러치 팩(112)에 대한 윤활이 원할하게 이루어지게 된다.
주차브레이크 기능
차량이 완전 정지 상태가 되면, 유압공급수단의 작동이 정지되는 동시에 1단 압력포트(114) 및 2단 압력포트(115)에 대한 유압이 해제된다.
이렇게 1단 압력포트(114) 및 2단 압력포트(115)에 인가된 유압이 해제되면, 1단 스프링(105) 및 2단 스프링(104)의 힘에 의해 1단 피스톤(100) 및 2단 피스톤(102,103)이 각각 1단용 외륜 클러치 팩(113)과 2단용 내륜 클러치 팩(112)을 가압함으로써, 리테이너(122) 및 입력축(100)을 잡아주게 됨에 따라, 입력축(100)의 동력이 출력축으로 용이하게 차단되는 주차브레이크 기능이 구현될 수 있다.
모듈레이션 밸브의 동작
본 발명의 구동장치에 모듈레이션 밸브가 설치되지 않으면, 1단 및 2단 모두 동일한 유압력 패턴이 형성됨으로써, 주행 중 1단에서 2단 변속 시 충격 구간이 발생될 수 있다.
이에, 본 발명에 따르면, 마감플레이트(133)에 2단 압력포트(115)와 연통 가능한 모듈레이션 밸브(200)를 장착한 것이다.
첨부한 도 4에 도시된 변속 압력 그래프를 참조하면, 모듈레이션 밸브가 없는 1단은 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 결합 압력이 하강하는 순간부터 완전히 제거되어 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 마찰판 및 플레이트가 분리되는 순간까지 일정한 그래프를 가지게 된다.
이와 다르게, 2단은 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 결합 압력이 하강하는 순간부터 설정된 압력까지 1단과 같은 일정 패턴으로 압력이 형성되다가, 모듈레이션 밸브(200)에 설정되어 있는 스프링 하중구간 내에서 그래프의 변화가 발생되어 모듈레이션 밸브(200)에 최대 하중구간을 지나면 1단과 동일한 패턴을 가지게 된다.
즉, 모듈레이션 밸브(200)내에 피스톤(301) 및 스프링(304)에 의하여 설정된 최대 하중구간을 지나면, 1단과 동일한 일정한 압력 패턴을 나타내게 된다.
따라서, 모듈레이션 구간에서의 그래프 변화를 보면, 시간에 따른 압력 하강 속도가 변화하게 되어 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 마찰판과 플레이트가 떨어지는 속도를 변화시킬 수 있다.
다시 말해서, 2단 압력포트(115)를 통해 2단용 내륜 클러치 팩(112)에 유압이 인가될 때(즉, 2단용 제1피스톤(102)의 앞쪽 공간에 유압이 인가될 때), 모듈레이션 밸브(200)에도 유압이 동시에 인가됨에 따라, 2단용 제1피스톤(102)의 앞쪽 공간에 인가되는 유압의 압력상승 속도가 시간에 따라 변화하게 되어, 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 플레이트과 마찰판이 서로 떨어지는 속도를 변화시킬 수 있다.
이에 따라, 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 마찰판과 플레이트의 떨어지는 속도가 미세하게 변화하면서 주행중 1단에서 2단으로 변속시 변속충격(변속감)을 완화시켜주는 구간이 만들어지게 되므로, 2단용 제1피스톤(102)을 밀어주는 2단 스프링(104)의 스프링 하중값을 선택 조절하여 변속시간(변속응답성)을 결정할 수 있다.
100 : 1단 피스톤 102 : 2단용 제1피스톤
103 : 2단용 제2피스톤 104 : 2단 스프링
105 : 1단 스프링 106 : 링기어
107 : 유성기어 108 : 선기어
109 : 캐리어 110 : 입력축
111 : 출력축 기어 112 : 2단용 내륜 클러치 팩
113 : 1단용 외륜 클러치 팩 114 : 1단 압력포트
115 : 2단 압력포트 117 : 스러스트 베어링
118 : 모터캐리어 119 : 스플라인
120 : 출력축 122 : 리테이너
123 : 연장단 124 : 스플라인
130 : 케이스 131 : 제1서브케이스
132 : 제2서브케이스 133 : 마감플레이트
200 : 모듈레이션 밸브 201 : 피스톤
202 : 유로 203 : 실린더
204 : 스프링 205 : 오링
206 : 플러그

Claims (8)

  1. 일측에는 모터캐리어(118)가 직접 조립되고, 타측에는 제1 및 제2서브케이스(131,132)가 조립되며, 제2서브케이스(132)의 바깥쪽에는 마감플레이트(133)가 장착된 케이스(130)와;
    상기 케이스(130)내에서 길이방향을 따라 회전 가능하게 배열되는 입력축(110)과;
    상기 입력축(110)의 중간 위치쪽 외경면에 가공된 선기어(108)와;
    상기 선기어(108)의 좌측쪽에 베어링을 매개로 장착되는 리테이너(122)와;
    상기 리테이너(122)의 우측단 내경면에 형성된 링기어(106)와;
    선기어(108) 및 링기어(106)에 동시에 맞물리는 유성기어(107)와;
    입력축(110)의 우측쪽으로 연장되며 유성기어(107)와 일체로 된 캐리어(109)와;
    상기 캐리어(109)와 맞물리는 출력축 기어(111)를 갖는 출력축(120)과;
    리테이너(122)의 좌측쪽에 배열되는 동시에 리테이너(122)에 스플라인(124) 결합되는 2단용 내륜 클러치 팩(112)과;
    상기 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 외측쪽에 배열되는 동시에 케이스(130)의 제1서브케이스(131)의 내경에 스플라인(119) 결합되는 1단용 외륜 클러치 팩(113)과;
    입력축(110)의 좌측단부의 외경면에 슬라이드 가능하게 결합되어 2단용 내륜 클러치 팩(112)을 가압시키는 2단 피스톤(102,103)과;
    케이스(130)의 좌측면에 장착된 마감플레이트(133)의 안쪽면에 장착되어 2단 피스톤(102,103)을 2단용 내륜 클러치 팩(112)쪽으로 밀어주는 2단 스프링(104)과;
    상기 2단 피스톤(102,103)의 외경쪽에 이격 배치되어 1단용 외륜 클러치 팩(113)을 가압시키는 1단 피스톤(100)과;
    상기 제2서브케이스(132)의 내벽면과 1단 피스톤(100)의 이면 사이에 장착되어 1단 피스톤(100)을 1단용 외륜 클러치 팩(113)쪽으로 밀어주는 1단 스프링(105)과;
    1단 피스톤(100)을 후진시키기 위한 유압을 1단 피스톤(100)의 앞쪽공간으로 제공하기 위하여 제1서브케이스(131)에 형성된 1단 압력포트(114)와;
    2단 피스톤(102,103)을 후진시키기 위한 유압을 2단 피스톤(102)의 앞쪽공간으로 제공하기 위하여 제2서브케이스(132)에 형성된 2단 압력포트(115);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건설장비용 기어박스 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 2단 피스톤(102,103)은 2단 스프링(104)에 의하여 그 이면이 지지되는 2단용 제1피스톤(102)과, 2단용 내륜 클러치 팩(112)을 가압하는 2단용 제2피스톤(103)으로 구성된 것을 특징으로 하는 건설장비용 기어박스 구동장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 2단용 제1피스톤(102)의 전면과 2단용 제2피스톤(103)의 이면이 밀착되는 부분에는 스러스트 베어링(117)이 장착된 것을 특징으로 하는 건설장비용 기어박스 구동장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스(130)의 내부에 오일이 채워지되, 입력축(110)의 상하방향 센터까지 오일이 채워져 1단용 외륜 클러치 팩(113) 및 2단용 내륜 클러치 팩(112)이 오일에 잠기어 윤활될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 건설장비용 기어박스 구동장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 2단 피스톤(102,103)에 작용하는 유압을 조절할 수 있도록 마감플레이트(133)에는 2단 압력포트(115)와 연통 가능한 모듈레이션 밸브(200)가 장착된 것을 특징으로 하는 건설장비용 기어박스 구동장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 모듈레이션 밸브(200)는:
    2단 압력포트(115)에서 분기된 유로(202)와 연통되는 실린더(203)와, 실린더(203)내의 앞쪽에 배치된 피스톤(201)과, 실린더(203)의 후부에 밀폐 체결되는 플러그(206)와, 피스톤(201)의 이면과 플러그(206)의 전면 사이에 배열되는 스프링(204)과, 플러그(206)의 내면 둘레 및 피스톤(201)의 둘레면에 장착된 기밀 유지용 오링(205)으로 구성된 것을 특징으로 하는 건설장비용 기어박스 구동장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    차량의 정지 상태에서 1단 압력포트(114) 및 2단 압력포트(115)에 유압이 해제되면, 1단 스프링(105) 및 2단 스프링(104)의 힘에 의해 1단 피스톤(100) 및 2단 피스톤(102,103)이 각각 1단용 외륜 클러치 팩(113)과 2단용 내륜 클러치 팩(112)을 가압하여, 입력축(110)의 동력이 출력축(120)으로 차단되는 주차브레이크가 구현되는 것을 특징으로 하는 건설장비용 기어박스 구동장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 1단용 외륜 클러치 팩(113)의 플레이트가 제1서브케이스(131)의 내경에 형성된 스플라인(119)에 삽입 결합되고, 상기 2단용 내륜 클러치 팩(112)의 플레이트는 리테이너(122)의 좌측 연장단(123)에 스플라인(124) 결합되는 것을 특징으로 하는 건설장비용 기어박스 구동장치.
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