KR101251777B1

KR101251777B1 - 유압 기계식 트랜스미션

Info

Publication number: KR101251777B1
Application number: KR1020110008107A
Authority: KR
Inventors: 최규범; 최학호
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2013-04-05
Also published as: KR20120086822A

Abstract

본 발명에 따른 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 유압 기계식 트랜스미션은, 상기 엔진의 출력부에 연결되는 제1입력축과, 내부 유압을 조절하여 출력되는 구동력의 크기를 조절하는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛과, 상기 HST 유닛의 출력부에 연결되는 제2입력축과, 복수의 기어로 이루어지는 감속부 및 상기 감속부로부터 전달되는 구동력을 상기 차량의 구동부에 전달하는 출력축을 포함하고, 상기 감속부는 상기 차량의 모든 속도 구간에서 상기 제1입력축으로부터 전달되는 구동력과 상기 제2입력축으로부터 전달되는 구동력을 합성하여 상기 출력축에 전달한다.

Description

유압 기계식 트랜스미션{Hydraulic Mechanical Transmission}

본 발명은 유압 기계식 트랜스미션에 관한 것으로, 유압식 무단 변속기(Hydaulic Static Transmission; HST)와 기계식 차동장치가 조합된 유압 기계식 트랜스미션에 관한 것이다.

트랙터와 같은 작업 차량의 동력 전달 시스템으로서 유압식 무단 변속기(HST)와 기계식 차동장치가 조합된 유압 기계식 트랜스미션(HMT)이 이용되고 있다.

유압 기계식 트랜스미션은 뛰어난 조작성을 가지는 HST와 뛰어난 전달효율을 가지는 차동기어의 양쪽의 장점을 극대화하기 위한 트랜스미션으로서, 작업시와 이동시 정지상태에서 최고속도까지 충격 없이 변속이 가능하다는 장점을 가진다.

도 1은 종래 기술에 따른 유압 기계식 트랜스미션(10)을 구비한 차량(1)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유압 기계식 트랜스미션(10)은 엔진(20)의 구동력을 차량의 구동부(30)로 전달하는데 이용된다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 유압 기계식 트랜스미션(10)은 엔진(20)의 출력부에 연결되는 제1입력축(11)과, 상기 제1입력축(11)에 연결되며 내부 유압을 조절하여 출력되는 구동력의 크기를 조절하는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛(12)과, HST 유닛(12)의 출력부에 연결되는 제2입력축(13)과, 제1입력축(11)과 제2입력축(13) 사이에 배치되어 구동축(15)과 연결되는 출력축(14)을 포함한다.

출력축(14) 상에는 복수의 기어를 구비하는 제1감속부(16), 2단의 클러치(17) 및, 제2감속부(18)가 차례로 배치된다.

제1감속부(16)는 제1입력축(11)과 제2입력축(13)에 연결되고, 제2감속부(18)는 제2입력축(13)에 연결되며, 제1감속부(16)와 제2감속부(18)는 각각 클러치(17)의 양단(19, 20)에 연결된다. 클러치(17)는 습식다판인 유압클러치로서, 출력축(14)에 고정설치되어, 출력축(14)과 함께 회전한다.

도 1에 도시된 종래 기술에 따른 유압 기계식 트랜스미션(10)은 고속 구간에서는 HMT 모드(mode)로 동력을 전달하고, 후진 및 저속 구간에서는 HST 모드로 동력을 전달하도록 구성된다.

구체적으로, 엔진(20)은 제1입력축(11)을 회전 구동시키고, HST 유닛(12)은 제1입력축(11)의 회전 구동에 의해 작동하여 제2입력축(13)을 회전 구동시킨다.

제1감속부(16)는 제1입력축(11)의 회전 구동력과, 제2입력축(13)의 회전 구동력을 모두 전달받아 두 회전 구동력을 합성하여 클러치(17)로 출력하고, 제2감속부(18)는 제2입력축(13)의 회전 구동력만을 전달받아 그 회전 구동력을 클러치(17)로 출력한다.

상기한 동력 전달 과정은 HMT 모드와 HST 모드 모두에서 동일하게 일어난다.

다만, HMT 모드에서는 클러치(17)의 제1단(19)이 제1감속부(20)에 연결되고, 제2단(20)은 제2감속부(18)와 분리된다.

따라서, HMT 모드에서는 제1입력축(11) 및 제2입력축(13)의 회전 구동력이 제1감속부(16)에서 합성되어 클러치(17)에 전달되고, 제2감속부(16)로부터 출력된 제2입력축(13)의 회전 구동력은 클러치(17)에 전달되지 않는다.

제1감속부(16)로부터 출력된 회전 구동력에 의해 회전하는 클러치(17)의 회전 구동력은 출력축(14)을 통해 구동축(15)에 전달되어 구동부(30) 전체에 전달된다.

한편, HST 모드에서는 클러치(17)의 제1단(19)는 제1감속부(16)와 분리되고, 제2단(20)이 제2감속부(18)에 연결된다.

따라서, HST 모드에서는 제2감속부(16)를 통해 출력되는 제2입력축(13)의 회전 구동력만이 클러치(17)에 전달되고, 제1감속부(16)로부터 출력되는 합성 회전 구동력은 클러치(17)에 전달되지 않는다.

제2감속부(18)로부터 출력된 회전 구동력에 의해 회전하는 클러치(17)의 회전 구동력은 출력축(14)을 통해 구동부(30)로 전달된다.

위와 같이, 유압 기계식 트랜스미션(10)는, HMT 모드에서는 엔진(20)에 의해 직접 구동하는 제1입력축(11)과 HST 유닛(12)에 의해 구동하는 제2입력축(13)의 합성 구동력이 차량의 구동부(30)로 출력되며, HST 모드에서는 HST 유닛(12)에 의해 구동하는 제2입력축(13)의 구동력만이 차량의 구동부(30)로 출력되는 구조를 가진다.

이러한 종래 기술에 따른 유압 기계식 트랜스미션(10)은, 차량의 속도 구간에 따라서 구동 전달 방식을 HMT 모드 또는 HST 모드로 전환하여야 하므로, 그 구조가 복잡하고, 제어가 용이하지 않다는 문제점이 있다.

또한, 제1감속부(16)와 제2감속부(18)가 클러치(17)의 양측에 분산 배치되어 있어, 동력 전달 루트가 복잡하고 효율이 좋지 못하다.

또한, 습식다판인 클러치(17)에 의해 출력축에 구동력을 전달하게 되므로, 클러치(17)의 상대 속도에 의한 마찰로 인한 고온의 열이 발열되므로 추가적인 냉각장치(미도시)의 설치가 요구되며, 과도한 발열로 인해 트랜스미션의 효율저하가 발생한다는 문제점이 있다.

또한, 클러치(17)가 제1입력축(11) 및 제2입력축(13)의 구동력을 합성하는 제1감속부(16)의 하류측에 연결되므로, 클러치(17)를 원활하게 작동시키기 위해서는 고용량의 클러치 사양이 요구된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 속도 구간에 따라 구동 전달 방식을 변환할 필요가 없어 구조가 간단하고 제어가 용이하면서도, 모든 속도 구간에서 우수한 구동력 전달 특성을 가지는 유압 기계식 트랜스미션을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 유압 기계식 트랜스미션은, 상기 엔진의 출력부에 연결되는 제1입력축과, 내부 유압을 조절하여 출력되는 구동력의 크기를 조절하는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛과, 상기 HST 유닛의 출력부에 연결되는 제2입력축과, 복수의 기어로 이루어지는 감속부 및 상기 감속부로부터 전달되는 구동력을 상기 차량의 구동부에 전달하는 출력축을 포함하고, 상기 감속부는 상기 차량의 모든 속도 구간에서 상기 제1입력축으로부터 전달되는 구동력과 상기 제2입력축으로부터 전달되는 구동력을 합성하여 상기 출력축에 전달한다.

상기 감속부는, 상기 제1입력축에 고정 설치되는 선기어와, 상기 제1입력축을 중심으로 자유회전 가능하며, 상기 선기어를 감싸도록 설치되는 링기어와, 상기 선기어와 상기 링기어 사이에 위치하여 상기 선기어와 상기 링기어에 동시에 치합되는 복수의 유성기어 및 상기 복수의 유성기어들에 동시 체결되는 하나의 캐리어로 구성될 수도 있다.

또한, 상기 감속부는, 상기 제1입력축에 의해 구동하는 상기 선기어와, 상기 제2입력축의 회전 구동에 의해 구동하는 상기 링기어에 의해 전달되는 합성 회전 구동력에 의해 상기 유성기어들이 상기 제1입력축 주위를 공전운동하고, 상기 유성기어들이 상기 제1입력축 주위를 공전함에 따라 상기 캐리어가 상기 제1입력축을 중심으로 회전하도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 링기어의 일단에는 제1연결기어가 고정 설치되고, 상기 제2입력축에는 상기 제1연결기어에 치합되는 제2연결기어가 고정 설치되어, 상기 제2입력축이 회전함에 따라 상기 링기어가 상기 제1입력축을 중심으로 회전 구동할 수도 있다.

또한, 상기 캐리어에는 구동 기어가 고정 설치되고, 상기 출력축에는 상기 구동 기어에 치합되는 출력 기어가 고정 설치되어, 상기 캐리어의 회전 구동력이 상기 출력축으로 전달될 수도 있다.

또한, 상기 HST 유닛은, 상기 제1입력축에 의해 구동하는 유압 펌프 및, 상기 유압 펌프에 의해 구동하는 유압 모터를 구비하고, 상기 유압 모터는 상기 제2입력축을 회전 구동시킬 수도 있다.

또한, 상기 트랜스미션은 상기 출력축과 상기 차량의 구동축 사이에 배치되어, 상기 출력축과 상기 구동축 간의 동력전달을 연결 또는 차단하는 클러치를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 유압 기계식 트랜스미션은 구조가 간단하고 제어가 용이하고, 동력 전달 방식을 변환하지 않고도 모든 속도 구간에서 구동력 전달 특성이 우수하다는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 유압 기계식 트랜스미션을 구비한 차량의 구조를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 기계식 트랜스미션을 구비한 차량의 구조를 도시한 개념도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 기계식 트랜스미션(110)을 구비한 차량(100)의 구조를 도시한 개념도이다. 본 실시예에 따르면 차량(100)은 트랙터이다.

본 실시예에 따른 유압 기계식 트랜스미션(110)은 엔진(200)의 동력을 차량의 구동부(300)로 전달한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 유압 기계식 트랜스미션(110)은 엔진(200)의 출력부에 연결되는 제1입력축(111)과, 상기 제1입력축(111)에 연결되는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛(112)과, 상기 HST 유닛(112)의 출력부에 연결되는 제2입력축(115)과, 복수의 기어로 이루어지는 감속부(116)와, 상기 감속부(116)에 연결되는 출력축(117)을 포함한다.

제1입력축(111)에는 트랙터의 작업장치를 구동시키는 작업장치 구동축(302)이 클러치(301)를 통해 연결된다.

출력축(117)에는 차량의 구동부(300)로 연결되는 구동축(118)이 연결된다. 출력축(117)으로부터 전달되는 구동력에 의해 회전하는 구동축(118)의 회전 구동력은 차량의 구동부(300)로 전달된다. 구동부(300)로 전달된 구동력은 차량의 앞바퀴(304) 또는 뒷바퀴(303)에 전달되어 차량이 전진 또는 후진하게 된다.

상기 작업장치 구동축(302)에 의한 작업장치의 동작과 상기 구동축(118)에 전달된 구동력에 의한 구동부(300)의 구동 특성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나는 것이므로, 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.

이하에서는, 도 2를 참조하여 유압 기계식 트랜스미션(110)의 구조를 구체적으로 설명한다.

제1입력축(111)에는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛(112)이 연결된다. HST 유닛(112)은 유압 펌프(113)와 유압 모터(114)를 구비한다. 유압 펌프(113)는 엔진(200)에 의해 구동하는 제1입력축(111)에 의해 구동하며, 내부에 구비된 경사판의 경사각을 조절하여 내부 유량의 용량을 가변적으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 유압 펌프(113)는 유압 모터(114)를 구동시킨다. HST 유닛(112)은 유압 펌프(113)의 용량을 조절하는 것에 의해 유압 펌프(113)에 대한 유압 모터(114)의 구동비를 조절할 수 있고, 이에 따라 출력되는 동력의 크기를 조절할 수 있다. 유압 모터(114)는 HST 유닛(112)의 출력부에 위치하며, 제2입력축(115)에 연결되어 제2입력축(115)을 구동시킨다.

상기 HST 유닛(112)과 같이 엔진(200)의 구동력을 전달받아 이를 감속시키는 유압식 무단 변속기의 구조는 이미 공지된 것이므로, 여기서는 HST 유닛(112)의 구성과 동력 전달 특성에 대한 더 구체적인 설명은 생략한다.

HST 유닛(112)의 하류 측에는 감속부(116)가 구비되며, 감속부(116)는 제1입력축(111) 상에 배치된다.

감속부(116)는 제1입력축(111) 상에 고정 설치되는 선기어(sun gear)(119), 상기 선기어(119)를 감싸도록 제1입력축(111) 상에 설치되는 링기어(ring gear)(121), 선기어(119)와 링기어(121) 사이에 위치하여 선기어(119)와 링기어(121)에 동시에 치합되는 복수의 유성기어(120) 및 상기 복수의 유성기어(120)에 동시에 체결되는 한 개의 캐리어(carrier)(122)로 구성된다.

링기어(121)는 베어링(125)을 개재하여 제1입력축(111) 상에 설치되어 제1입력축(111) 상에서 자유회전 가능하다. 링기어(121)의 엔진(200) 측 일단에는 제1연결기어(123)가 고정설치되어, 제2입력축(115)의 단부에 고정설치된 제2연결기어(128)와 치합된다. 따라서, 제2입력축(115)의 회전 구동력에 의해 링기어(121)가 제1입력축(111)을 중심으로 회전 구동하게 된다.

한편, 캐리어(122)에는 구동 기어(124)가 고정 설치되어 있으며, 구동 기어(124)는 출력축(117)에 고정 설치된 출력 기어(127)에 치합된다.

이하에서는 본 실시예에 따른 트랜스미션(110)에 의한 구동력 전달 과정에 대해 구체적으로 설명한다.

사용자의 조작에 의해 엔진(200)이 구동하면, 엔진(200)은 제1입력축(111)을 회전시킨다.

제1입력축(111)의 회전 구동력은 HST 유닛(112)으로 전달되고, HST 유닛(112)은 기설정된 HST 유닛(112)의 용량에 따라 제2입력축(115)을 회전 구동시킨다.

제1입력축(111)이 회전하면, 제1입력축(111)에 고정설치된 선기어(119)가 제1입력축(111)을 중심으로 회전한다. 제2입력축(111)의 회전 구동력은 링기어(121)로 전달되며, 링기어(121)는 제1입력축(111)을 중심으로 회전한다.

선기어(119)와 링기어(121)가 각각 회전함에 따라서, 선기어(119)와 링기어(121)에 동시 치합된 복수의 유성기어(120)들은 선기어(119)와 링기어(121) 사이에서 제1입력축(111) 주위를 공전 운동하게 된다.

각각의 유성기어(120)들의 공전 속도는 모두 동일하므로, 유성기어(120)들에 동시에 체결되는 캐리어(122)는 제1입력축(111)을 중심으로 회전하게 된다.

캐리어(122)의 회전 구동력은 출력축(117)으로 전달되고, 출력축(117)은 다시 차량 구동부(300)에 연결되는 구동축(118)에 구동력을 전달한다.

본 실시예에 따르면, 엔진(20)에 의해 직접 구동하는 제1입력축(111)의 회전 구동력과 HST 유닛(112)에 의해 구동하는 제2입력축(115)의 회전 구동력이 선기어(119)와 링기어(121)로 입력되고, 각 회전 구동력은 유성기어(120)를 통해 합성되어 캐리어(122)를 통해 하나의 회전 구동력으로 출력된다.

본 실시예에 따르면, 출력축(117)과 구동축(118) 사이에는 클러치(129)가 구비된다.

클러치(129)는 다판 습식의 마찰판(130)을 구비하는 1단 구조로서, 마찰판(130)이 출력축(117)에 연결된 연결부(131)에 연결 또는 분리됨에 따라서, 출력축(117)과 구동축(118) 사이의 동력 전달을 연결 또는 차단하는 역할을 한다.

본 실시예에 따르면, 고속 또는 후속 전진과 후진의 속도구간에 관계없이 감속부(116)가 제1입력축(111)으로부터 전달되는 동력과, 제2입력축(115)으로부터 전달되는 동력을 합성하고 합성된 구동력을 출력축(117)에 전달한다. 즉, 본 실시예에 따른 트랜스미션(100)은 모든 속도 구간에서 HMT 모드로 동작하는 것이다.

따라서, 본 실시예에 따른 트랜스미션은 차량의 속도구간에 따라서 트랜스미션의 구동력 전달 방식을 HMT 모드와 HST 모드를 변환하지 않아도 되므로, 제어가 용이하다. 또한, HMT 모드와 HST 모드 전환을 위한 복잡한 구조의 고용량 2단 클러치를 구비하지 않으므로, 트랜스미션의 구조가 간단하면서도 조작성과 전달효율이 우수하다.

또한, 본 실시예에 따른 트랜스미션은 HST 유닛(112)의 출력만을 이용하는 HST 모드가 없으므로, HST 유닛(112)의 용량을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

100: 차량
110: 유압 기계식 트랜스미션 111: 제1입력축
112: HST 유닛 113: 유압 펌프
114: 유압 모터 115: 제2입력축
116: 감속부 117: 출력축
118: 구동축 119: 선기어
120: 유성기어 121: 링기어
123, 128: 연결기어 124: 출력기어
125: 베어링 127: 구동기어
129: 클러치 200: 엔진
300: 구동부 301: 클러치
302: 작업장치 구동축 303: 뒷바퀴
304: 앞바퀴

Claims

작업 차량의 엔진 동력을 전달하기 위한 유압 기계식 트랜스미션으로서,
상기 엔진의 출력부에 연결되는 제1입력축;
내부 유압을 조절하여 출력되는 구동력의 크기를 조절하는 유압식 무단 변속기(HST) 유닛;
상기 HST 유닛의 출력부에 연결되는 제2입력축;
복수의 기어로 이루어지는 감속부; 및
상기 감속부로부터 전달되는 구동력을 상기 작업 차량의 구동부에 전달하는 출력축을 포함하고,
상기 제1입력축에는 상기 작업 차량의 작업 장치를 구동시키는 작업장치 구동축이 제1클러치를 통해 직렬 연결되고,
상기 출력축에는 상기 작업 차량의 차량 구동축이 제2클러치를 통해 직렬 연결되며,
상기 감속부는,
상기 제1입력축 상에 배치되어,
상기 작업 차량의 모든 속도 구간에서 상기 제1입력축으로부터 전달되는 구동력과 상기 제2입력축으로부터 전달되는 구동력을 합성하여 상기 출력축에 전달하는 것을 특징으로 하는 유압 기계식 트랜스미션.
제1항에 있어서,
상기 감속부는,
상기 제1입력축에 고정 설치되는 선기어;
상기 제1입력축을 중심으로 자유회전 가능하며, 상기 선기어를 감싸도록 설치되는 링기어;
상기 선기어와 상기 링기어 사이에 위치하여 상기 선기어와 상기 링기어에 동시에 치합되는 복수의 유성기어; 및
상기 복수의 유성기어들에 동시 체결되는 하나의 캐리어로 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 기계식 트랜스미션.
제2항에 있어서,
상기 제1입력축에 의해 구동하는 상기 선기어와, 상기 제2입력축의 회전 구동에 의해 구동하는 상기 링기어에 의해 전달되는 합성 회전 구동력에 의해 상기 유성기어들이 상기 제1입력축 주위를 공전운동하고,
상기 유성기어들이 상기 제1입력축 주위를 공전함에 따라 상기 캐리어가 상기 제1입력축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 유압 기계식 트랜스미션.
제3항에 있어서,
상기 링기어의 일단에는 제1연결기어가 고정 설치되고,
상기 제2입력축에는 상기 제1연결기어에 치합되는 제2연결기어가 고정 설치되어,
상기 제2입력축이 회전함에 따라 상기 링기어가 상기 제1입력축을 중심으로 회전 구동하는 것을 특징으로 하는 유압 기계식 트랜스미션.
제4항에 있어서,
상기 캐리어에는 구동 기어가 고정 설치되고,
상기 출력축에는 상기 구동 기어에 치합되는 출력 기어가 고정 설치되어,
상기 캐리어의 회전 구동력이 상기 출력축으로 전달되는 것을 특징으로 하는 유압 기계식 트랜스미션.
제1항에 있어서,
상기 HST 유닛은,
상기 제1입력축에 의해 구동하는 유압 펌프 및, 상기 유압 펌프에 의해 구동하는 유압 모터를 구비하고,
상기 유압 모터는 상기 제2입력축을 회전 구동시키는 것을 특징으로 하는 유압 기계식 트랜스미션.
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