KR101283187B1 - 변속기의 기어 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외주면에 헬리컬치형이 형성된 림과, 축에 삽입되는 보스와, 상기 림과 상기 보스 사이를 축에 대하여 경사진 단면 구조로 연결하도록 형성된 바디로 이루어진 변속기의 기어 구조를 취함으로써, 헬리컬기어 치형을 가지고 서로 평행한 축으로 배치된 인풋기어와 아웃풋기어 사이에 발생하는 추력에 의한 상기 두 기어 사이의 편접촉 발생을 저감시킬 수 있도록 하여, 동력전달시 상기 두 기어 사이에서 발생하는 소음을 저감시킬 수 있도록 한다.

Description

변속기의 기어 구조{Gear Structure for Transmission}

본 발명은 변속기의 기어 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속기를 구성하는 기어들의 치합 상태를 개선하여, 기어들로부터 발생되는 소음을 저감시킬 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

변속기는 부하의 상황에 따라 필요한 동력을 제공해 주기 위해 입력과 출력 사이의 토크와 회전속도를 적절히 변환할 수 있도록 되어 있으며, 주로 서로 치합된 기어들의 기어비 변화에 의해 토크와 회전속도의 변화를 도모할 수 있는 메커니즘을 가지고 있다.

도 1은 종래의 일반적인 수동변속기의 일부 구조를 도시한 것으로서, 인풋기어(500)와 아웃풋기어(502)가 서로 치합되어 특정한 변속비를 가진 변속단을 구현하고 있어서, 상기 인풋기어(500)로 입력된 동력이 상기 두 기어의 기어비에 의해 토크와 회전속도가 변환되어 아웃풋기어(502)를 통해 인출되도록 되어 있다.

상기 인풋기어(500)와 아웃풋기어(502)는 동일 두께의 스퍼기어보다 접촉면이 넓어서 보다 정숙하고 큰 동력을 전달할 수 있는 헬리컬기어로 이루어지는데, 이와 같은 헬리컬기어는 축방향을 추력이 발생한다.

도 2는 종래의 변속기에 구비된 인풋기어(500)와 아웃풋기어(502) 사이에 동력 전달에 따른 치합상태의 변화를 설명한 것으로서, 상기한 바와 같이 인풋기어(500)와 아웃풋기어(502)가 헬리컬기어로 이루어짐에 따라 발생하는 추력에 의한 영향의 일부분을 설명하고 있다.

즉, 좌측은 정지상태로서, 인풋기어(500)와 아웃풋기어(502) 사이에는 반경방향으로 작용하는 힘 Fr만 존재하고 축방향의 추력 Fz는 발생하지 않는 상태인데, 상기 반경방향의 힘 Fr에 의해 축처짐이 발생하여 일차적으로 인풋기어(500)와 아웃풋기어(502) 사이의 치합상태에 편접촉 상태가 초래된 것을 표현하고 있다.

상기와 같은 상태로부터 동력이 전달되게 되면, 상기 인풋기어(500)와 아웃풋기어(502) 사이에는 축방향의 추력 Fz가 발생하게 되는데, 도 2의 우측과 같이 작용하는 추력 Fz는 인풋기어(500)를 더욱 기울어지게 하는 모멘트로 작용하여, 상기 인풋기어(500)와 아웃풋기어(502) 사이의 편접촉 상태가 더욱 나빠는 상태로 변형되고, 이는 치들 사이에서 소음이 발생하는 원인이 된다.

상기한 바와 같은 인풋기어(500)와 아웃풋기어(502) 사이의 편접촉 상태는 전달되는 토크의 크기에 따라 변화하며, 토크의 증가에 따라 편접촉 상태가 더욱 악화되어 더 큰 소음을 유발하는 경향이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 헬리컬기어 치형을 가지고 서로 평행한 축으로 배치된 인풋기어와 아웃풋기어 사이에 발생하는 추력에 의한 상기 두 기어 사이의 편접촉 발생을 저감시킬 수 있도록 함으로써, 동력전달시 상기 두 기어 사이에서 발생하는 소음을 저감시킬 수 있도록 한 변속기의 기어 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 변속기의 기어 구조는

외주면에 헬리컬치형이 형성된 림과;

축에 삽입되는 보스와;

상기 림과 상기 보스 사이를 축에 대하여 경사진 단면 구조로 연결하도록 형성된 바디;

로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 변속기는 상기한 바와 같은 기어를 특정 기어비에 의해 특정 변속단을 형성하기 위한 기어로 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 헬리컬기어 치형을 가지고 서로 평행한 축으로 배치된 인풋기어와 아웃풋기어 사이에 발생하는 추력에 의한 상기 두 기어 사이의 편접촉 발생을 저감시킬 수 있도록 함으로써, 동력전달시 상기 두 기어 사이에서 발생하는 소음을 저감시킬 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 일반적인 수동변속기의 구조 일부를 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 소음 발생 원인을 설명한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 기어 구조를 종래 기어에 비교하여 설명한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 기어 구조의 소음 저감 원리를 설명한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 기어에 작용하는 보상모멘트의 발생을 설명한 도면,
도 6과 도 7은 본 발명의 기어가 구비된 변속기의 실시예를 각각 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명 실시예의 변속기 기어는 외주면에 헬리컬치형이 형성된 림(1)과; 축에 삽입되는 보스(3)와; 상기 림(1)과 상기 보스(3) 사이를 축에 대하여 경사진 단면 구조로 연결하도록 형성된 바디(5)로 이루어진다.

즉, 상기 림(1)과 보스(3)를 연결하는 바디(5)가 경사지게 형성된 단면구조로 기어를 형성하도록 한 것이다.

상기 바디(5)는 상기 림(1)에 형성된 헬리컬기어에 작용하는 회전력에 의해 발생되는 축방향의 추력의 방향을 따라 상기 림(1)으로부터 상기 보스(3)를 향해 경사지게 연결되도록 하여, 후술하는 보상모멘트의 적절한 방향이 얻어지도록 한다.

한편, 본 실시예에서는 상기 바디(5)의 단면구조는 상기 림(1)과 연결되는 부분 및 보스(3)와 연결되는 부분이 R1, R3, R4, R6 와 같이, 부드럽게 원호형으로 라운드지게 연결되도록 하였으며, 상기 바디(5) 자체를 이루는 양쪽도 R2, R5처럼 모두 부드러운 원호형으로 일정한 곡률을 가지고 형성되도록 하였다. 물론, 단순한 직선형으로 형성할 수도 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 기어의 구조에 의해 변속기의 소음이 저감되는 원리를 도 4를 참조하여 살펴본다.

도 4의 좌측 상태는 도 2의 좌측상태와 마찬가지로 정지상태에서 반경방향의 힘 Fr에 의해 축처짐이 발생하여 인풋기어(7)와 아웃풋기어(9)사이에 약간의 편접촉 상태가 형성된 것을 나타내며, 상대적으로 큰 직경의 인풋기어(7)가 본 발명의 기어 구조를 취하여 바디(5)가 경사진 단면 구조를 가지고 있다.

상기한 바와 같은 상태에서 동력이 전달되면, 헬리컬기어의 특성상 축방향의 추력 Fz가 발생되며, 이 상태가 도 4의 중앙에 도시되어 있으며, 여기까지는 도 2의 우측에 도시된 바와 같이 기어 치들 사이의 편접촉 상태가 더욱 악화될 수 있음을 설명하고 있다.

그러나, 본 발명의 기어에서는 상기한 바와 같은 추력 Fz이외에 도 5에 도시한 바와 같이 보상모멘트 M = Fr * a가 발생하게 되므로, 기어의 보스(3)에는 M_boss = Fz * b - Fr * a가 작용하게 되어, 종래에는 보스(3)에 Fz * b의 모멘트만 작용하였던 것에 비하여, 그 모멘트 크기를 줄이는 방향으로 상기 보상모멘트가 작용함으로써, 기어치들 사이의 편접촉은 상대적으로 감소하게 되는 것이다.

결과적으로 본 발명에서는 기어치들 사이의 편접촉 감소에 따른 원활한 동력 전달에 의해 소음이 종래에 비해 크게 저감되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 도 6과 도 7에는 상기한 바와 같은 본 발명의 기어들을 사용한 변속기의 기어트레인을 각각 도시하고 있다.

도 6은 후륜 구동 차량에 탑재되는 변속기의 구조로서, 엔진으로부터 동력을 전달받는 입력축(11)과; 상기 입력축(11)과 동심축을 이루어 배치되고 싱크로기구에 의해 서로 직결 가능하게 설치되며 출력축 역할을 하는 메인샤프트(13)와; 상기 입력축(11) 및 메인샤프트(13)에 평행하게 배치된 카운터샤프트(15)와; 상기 입력축(11)에 구비된 구동기어(17)와; 상기 구동기어(17)에 치합되도록 상기 카운터샤프트(15)에 구비된 피동기어(19)와; 상기 메인샤프트(13)에 구비된 각 변속단별 아웃풋기어(9)들과; 상기 카운터샤프트(15)에 구비된 각 변속단별 인풋기어(7)들을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 인풋기어(7)들과 아웃풋기어(9)들 중 적어도 2개 이상은 상기한 바와 같이 바디(5)가 경사지게 형성된 기어로 이루어진다.

또한, 후진 변속단 형성을 위해 상기 메인샤프트(13)에 구비된 리버스드리븐기어(21)와, 상기 입력축의 구동기어(17)에 의해 구동되는 상기 카운터샤프트(15)의 피동기어(19)도 바디(5)가 경사지게 형성된 본 발명의 기어 구조를 가지도록 하였다.

따라서, 도 6의 변속기에서는 그 작동 중에 해당 기어들에 헬리컬치형에 의해 발생되는 추력에 의한 모멘트뿐만 아니라, 이를 감소시키는 방향의 보상모멘트도 작용하므로, 종래에 단순한 직선형의 바디를 가진 기어들을 사용한 경우에 비하여, 작동 중 발생되는 소음을 현저하게 저감시킬 수 있게 된다.

한편, 도 7은 전륜 구동 차량에 탑재될 수 있는 트랜스액슬 형태의 변속기로서, 엔진에 연결된 입력축(11)과; 상기 입력축(11)과 평행하게 배치된 제1출력축(23)과; 상기 입력축(11) 및 제1출력축(23)과 평행하게 배치된 제2출력축(25)과; 상기 제1출력축(23)의 제1종감속기어(27) 및 상기 제2출력축(25)의 제2종감속기어(29)에 동시에 치합된 디퍼렌셜(31)과; 상기 입력축(11)에 구비된 인풋기어(7)들과; 상기 제1출력축(23) 및 제2출력축(25)에 구비된 아웃풋기어(9)들을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 인풋기어(7)들과 아웃풋기어(9)들 중 적어도 2개 이상은 상기한 바와 같이 바디(5)가 경사지게 형성된 기어로 이루어진다.

또한, 본 실시예에서는 상기 디퍼렌셜(31)의 링기어(33)도 상기 본 발명의 기어구조를 따라, 바디(5)가 림(1)으로부터 차동케이스(35)를 향하여 경사진 단면을 가지도록 하였으며, 물론, 추력의 방향과 동일한 방향을 따라 상기 림(1)으로부터 차동케이스(35)를 향하여 바디(5)가 경사지도록 형성하였다.

상기한 바와 같이 구성된 변속기에서도, 상기 경사지 바디(5)에 의해 형성되는 복원모멘트가 추력에 의해 발생하는 모멘트의 일부를 감소시켜서 기어치들 사이의 편접촉을 저감시키도록 하므로, 변속기의 작동중 소음이 저감되는 효과를 얻게 됨은 물론이다.

1; 림
3; 보스
5; 바디
7; 인풋기어
9; 아웃풋기어
11; 입력축
13; 메인샤프트
15; 카운터샤프트
17; 구동기어
19; 피동기어
21; 리버스드리븐기어
23; 제1출력축
25; 제2출력축
27; 제1종감속기어
29; 제2종감속기어
31; 디퍼렌셜
33; 링기어
35; 차동케이스

Claims (7)

1. 삭제
2. 외주면에 헬리컬치형이 형성된 림과;
   축에 삽입되는 보스와;
   상기 림과 상기 보스 사이를 축에 대하여 경사진 단면 구조로 연결하도록 형성된 바디;
   로 이루어지고,
   상기 바디는 상기 림에 형성된 헬리컬기어에 작용하는 회전력에 의해 발생되는 축방향의 추력의 방향을 따라 상기 림으로부터 상기 보스를 향해 경사지게 연결된 것
   을 특징으로 하는 변속기의 기어 구조.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 바디의 단면구조는 상기 림과 연결되는 부분 및 보스와 연결되는 부분이 부드럽게 원호형으로 라운드지게 연결된 것
   을 특징으로 하는 변속기의 기어 구조.
4. 청구항 2 또는 청구항 3의 기어를 특정 기어비로 특정 변속단을 형성하기 위한 기어로 구비하고,
   엔진으로부터 동력을 전달받는 입력축과;
   상기 입력축과 동심축을 이루어 배치되고 싱크로기구에 의해 서로 직결 가능하게 설치되며 출력축 역할을 하는 메인샤프트와;
   상기 입력축 및 메인샤프트에 평행하게 배치된 카운터샤프트와;
   상기 입력축에 구비된 구동기어와;
   상기 구동기어에 치합되도록 상기 카운터샤프트에 구비된 피동기어와;
   상기 메인샤프트에 구비된 각 변속단별 아웃풋기어들과;
   상기 카운터샤프트에 구비된 각 변속단별 인풋기어들;
   을 포함하여 구성되고,
   상기 인풋기어들과 아웃풋기어들 중 적어도 2개 이상은 상기 청구항 2 또는 청구항 3의 기어로 이루어진 것
   을 특징으로 하는 변속기.
5. 삭제
6. 청구항 2 또는 청구항 3의 기어를 특정 기어비로 특정 변속단을 형성하기 위한 기어로 구비하고, 엔진에 연결된 입력축과;
   상기 입력축과 평행하게 배치된 제1출력축과;
   상기 입력축 및 제1출력축과 평행하게 배치된 제2출력축과;
   상기 제1출력축의 제1종감속기어 및 상기 제2출력축의 제2종감속기어에 동시에 치합된 디퍼렌셜과;
   상기 입력축에 구비된 인풋기어들과;
   상기 제1출력축 및 제2출력축에 구비된 아웃풋기어들;을 포함하여 구성되고,
   상기 인풋기어들과 아웃풋기어들 중 적어도 2개 이상은 상기 청구항 2 또는 청구항 3의 기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 변속기.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 디퍼렌셜의 링기어는 외주면에 헬리컬치형이 형성된 림과 축에 삽입되는 보스 사이를 축에 대하여 경사진 단면 구조로 연결하도록 형성된 바디로 이루어지거나, 상기 림에 형성된 헬리컬기어에 작용하는 회전력에 의해 발생되는 축방향의 추력의 방향을 따라 상기 림으로부터 상기 보스를 향해 경사지게 연결된 바디중 어느 하나로 이루어지되, 상기 바디는 상기 림으로부터 차동케이스를 향하여 경사진 단면을 가진 것을 특징으로 하는 변속기.

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