KR101651753B1 - 축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기 - Google Patents

축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기 Download PDF

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Abstract

메인 샤프트와 출력축 사이의 동력 전달을 위해 유성기어세트의 피니언 기어와 치합되는 선 기어를 메인 샤프트로부터 축방향으로 상대 변위 가능하게 설치되는 중간 샤프트에 별도로 형성하여 메인 샤프트로부터 발생되는 축 방향 하중이 유성기어세트로 직접 전달되지 않게 함으로써, 기어 사이의 치 물림 패턴에 따라 수반되는 축 하중에 의한 영향을 배제하고 변속기의 내구 성능을 향상시킬 수 있는 축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기를 개시한다.
전술한 동력 분기식 수동 변속기는 입력축(1)과 동축상으로 이격되게 배치되는 메인 샤프트(3), 상기 메인 샤프트(3)와 동축상으로 이격되게 배치되고 유성기어세트(28)와의 치합을 위한 선 기어(30)를 갖춘 중간 샤프트(40), 상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이를 축 변위 가능하게 연결하는 스플라인 부재(42), 및 상기 메인 샤프트(3) 또는 상기 중간 샤프트(40) 중 어느 하나에 대해 상기 스플라인 부재(42)를 고정하기 위해 설치되는 축 고정부재(44)를 구비한다.

Description

축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기{Power splitting type manual transmission with function for adjusting axial displacement}
본 발명은 대형 상용 자동차에 탑재되는 고마력의 동력 분기식 수동 변속기에 적용되는 것으로, 더욱 상세하게는 메인 샤프트와 출력축 사이에서 회전속도를 등속 또는 감속 전이하기 위해 유성기어세트의 피니언 기어와 치합되는 선 기어를 메인 샤프트에 대해 일체로 형성하지 않고 메인 샤프트로부터 축 변위 가능하게 설치되는 중간 샤프트에 별도로 마련함으로써 메인 샤프트에서 발생하는 축 방향 하중이 유성기어세트에 전달되지 않게 하는 축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기에 관한 것이다.
일반적으로 대형 상용 자동차에 탑재되는 수동 변속기는 고마력의 동력을 12단 또는 16단 등의 다단의 변속비로 출력하기 위해 동력 분기방식의 기어열과 그에 따른 동력 전달의 경로 전환을 위한 다수의 싱크로 기구를 구비하게 된다. 또한, 구동력이 최종적으로 출력되는 부위에는 구동력의 배가를 위해 구동축과의 동력 전달구조를 이원화하여 출력할 수 있는 유성기어세트가 채택된다. 이 경우, 유성기어세트를 비롯한 각종 변속단 기어의 치형이 스퍼 기어인 경우에는 축방향 하중에 해당하는 추력(Thrust, 推力)을 발생시키지 않으나, 전달 토크가 크거나 소음 감소를 목적으로 스퍼 기어를 대신하여 헬리컬 치형의 기어를 탑재한 경우에는 유성기어세트의 캐리어 측에서 원치 않는 축방향 하중이 발생하면서 상대속도의 차이가 수반된다.
일례로, 종래 대형 상용차에 탑재되는 동력 분기방식의 고마력 수동 변속기는 도 1에 도시된 바와 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 종래 동력 분기식 수동 변속기는 엔진(미도시)으로부터 구동력을 제공받는 입력축(1), 상기 입력축(1)과 동축상으로 이격되게 배치되는 메인 샤프트(3), 상기 입력축(1)과 상기 메인 샤프트(3)에 대해 평행하게 배치되는 카운트 샤프트(5), 및 상기 메인 샤프트(3)와 동축상으로 배치되는 출력축(7)을 구비한다.
또한, 종래 동력 분기식 수동 변속기는 상기 입력축(1)에 공회전되도록 설치되는 입력단 기어(10), 상기 메인 샤프트(3)에 공회전되도록 설치되는 2웨이 기어(12), 상기 메인 샤프트(3)에 공회전되도록 설치되는 다수의 변속단 출력기어(14), 상기 카운트 샤프트(5)에 일체로 회전되게 설치되고 상기 입력단 기어(10)와 치합하는 제1중간단 기어(16), 상기 카운트 샤프트(5)에 일체로 회전되게 설치되고 상기 2웨이 기어(12)와 치합하는 제2중간단 기어(18), 및 상기 카운트 샤프트(5)에 일체로 회전되게 설치되고 상기 변속단 출력기어(14)와 개별적으로 치합하는 다수의 변속단 입력기어(20)를 구비한다. 이 경우, 상기 변속단 출력기어(14)와 상기 변속단 입력기어(20) 중 적어도 한 쌍은 후진과 관련되어 상기 출력축(7)의 회전방향을 역회전시키는 후진기어에 해당한다.
또한, 종래 동력 분기식 수동 변속기는 상기 입력단 기어(10)와 상기 2웨이 기어(12) 사이에 입력단 싱크로 기구(22)를 설치하여 상기 입력축(1)으로 제공되는 구동력을 상기 메인 샤프트(3) 또는 상기 카운트 샤프트(5) 중 어느 하나에 선택적으로 전이하고, 상기 2웨이 기어(12)와 상기 변속단 출력기어(14) 사이에 출력단 싱크로 기구(24)를 설치하여 상기 2웨이 기어(12)로 제공되는 구동력을 상기 메인 샤프트(3)에 직접적으로 등속 전이하거나 또는 상기 카운트 샤프트(5)를 경유하여 상기 메인 샤프트(3)에 간접적으로 감속 전이하며, 상기 변속단 출력기어(14) 사이에 변속단 싱크로 기구(26)를 설치하여 상기 카운트 샤프트(5)를 경유하여 제공되는 구동력을 상기 변속단 출력기어(14) 중 어느 하나에 선택적으로 전이하게 된다.
이에 따라, 상기 2웨이 기어(12)는 상기 입력단 싱크로 기구(22)의 작동에 따라 상기 입력축(1)과 상기 메인 샤프트(3) 사이를 동기화시키는 역할을 수행한다. 또한, 상기 2웨이 기어(12)는 상기 출력단 싱크로 기구(24)의 작동에 의해 상기 메인 샤프트(3)와 선택적으로 동기화된다.
또한, 종래 동력 분기식 수동 변속기는 상기 메인 샤프트(3)와 상기 출력축(7) 사이에 유성기어세트(28)를 설치하여 상기 메인 샤프트(3)의 회전속도를 등속 전이 또는 감속 전이하여 상기 출력축(7)에 제공하게 된다. 즉, 상기 유성기어세트(28)는 상기 메인 샤프트(3)와 상기 출력축(7) 사이의 동력 전달경로에 설치되어 상기 메인 샤프트(3)로부터 제공되는 구동력을 등가 전이하거나 또는 증배 전이하여 상기 출력축(7)에 제공하는 역할을 수행하게 된다. 이 경우, 상기 유성기어세트(28)와 상기 출력축(7) 사이에는 상기 메인 샤프트(3)로부터 상기 출력축(7)으로 제공되는 구동력의 전이를 가변적으로 조절하기 위해 최종단 싱크로 기구(27)가 별도로 설치된다.
따라서 상기 입력단 싱크로 기구(22)의 작동에 따라 상기 입력축(1)과 상기 2웨이 기어(12)가 동기되고, 상기 출력단 싱크로 기구(24)의 작동에 따라 상기 2웨이 기어(12)와 상기 메인 샤프트(3)가 동기되면, 상기 입력축(1)과 상기 메인 샤프트(3)는 직결 상태로 전환된다.
또한, 상기 입력단 싱크로 기구(22)의 작동에 따라 상기 입력축(1)과 상기 2웨이 기어(12)가 동기되고, 상기 출력단 싱크로 기구(24)의 작동에 따라 상기 메인 샤프트(3)와 상기 변속단 출력기어(14) 중 하나가 동기되면, 상기 입력축(1)으로 제공된 구동력은 상기 2웨이 기어(12)와 상기 제2중간단 기어(18)를 통해 상기 카운트 샤프트(5)로 전달되고, 상기 카운트 샤프트(5)로 제공된 구동력은 다시 상기 변속단 입력기어(20)와 상기 변속단 출력기어(14) 중에서 해당하는 기어열을 통해 설정된 변속비로 변속된 다음 상기 메인 샤프트(3)로 전달된다. 이 과정에서 상기 출력단 싱크로 기구(24)가 작동하지 않고 상기 변속단 싱크로 기구(26)가 작동하게 되면, 상기 입력축(1)으로 제공된 구동력은 상기 2웨이 기어(12)와 상기 제2중간단 기어(18)를 경유하여 상기 카운트 샤프트(5)로 전달되고, 상기 카운트 샤프트(5)로 제공된 구동력은 상기 변속단 입력기어(20)와 상기 변속단 출력기어(14) 중에서 해당하는 기어열을 통해 설정된 다른 변속비로 변속된 다음 상기 메인 샤프트(3)로 전달된다.
한편, 상기 입력단 싱크로 기구(22)의 작동에 따라 상기 입력축(1)과 상기 입력단 기어(10)가 동기되고, 상기 출력단 싱크로 기구(24)의 작동에 따라 상기 메인 샤프트(3)와 상기 2웨이 기어(12)가 동기되면, 상기 입력축(1)으로 제공된 구동력은 상기 제1중간단 기어(16)를 통해 상기 카운트 샤프트(5)로 전달되고, 상기 카운트 샤프트(5)로 제공된 구동력은 상기 제2중간단 기어(18)와 상기 2웨이 기어(12)를 통해 변속된 다음 상기 메인 샤프트(3)로 전달된다.
이 과정에서 상기 출력단 싱크로 기구(24)의 작동에 따라 상기 메인 샤프트(3)와 상기 변속단 출력기어(14)가 동기되면, 상기 입력축(1)으로 제공된 구동력은 상기 카운트 샤프트(5)를 거쳐 감속된 상태에서 상기 변속단 출력기어(14)와 상기 변속단 입력기어(20) 중에서 해당하는 기어열을 통해 설정된 변속비로 변속된 다음 상기 메인 샤프트(3)로 전달된다. 또한, 상기 출력단 싱크로 기구(24)가 작동하지 않고 상기 변속단 싱크로 기구(26)가 작동하게 되면, 상기 입력축(1)으로 제공된 구동력은 상기 카운트 샤프트(5)를 거쳐 감속된 상태에서 상기 변속단 입력기어(20)와 상기 변속단 출력기어(14) 중에서 해당하는 기어열을 거쳐 설정된 다른 변속비로 변속된 다음 상기 메인 샤프트(3)로 전달된다.
다른 한편으로, 상기와 같은 일련의 변속 과정을 통해 상기 메인 샤프트(3)로 제공된 구동력은 상기 유성기어세트(28)를 거쳐 최종적으로 상기 출력축(7)에 전달되는 데, 이 과정에서 상기 최종단 싱크로 기구(27)는 상기 유성기어세트(28) 중 특정의 요소를 구속하거나 해제하여 상기 메인 샤프트(3)로부터 상기 출력축(7)에 제공되는 구동력을 등가 전이 또는 증배 전이하게 된다. 즉, 상기 유성기어세트(28)는 특정의 요소에 대한 구속 또는 해방을 통해 상기 메인 샤프트(3)의 회전속도를 등속 전이 또는 감속 전이하여 상기 출력축(7)에 전달할 수 있게 된다.
이를 위해 상기 메인 샤프트(3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유성기어세트(28)와 인접한 축의 자유단부에 선 기어(30)를 일체로 형성한다. 상기 유성기어세트(28)는 상기 선 기어(30)와 외접하는 다수의 피니언 기어(32)를 단일의 캐리어(34)로서 구속하고, 상기 다수의 피니언 기어(32)는 링 기어(36)에 대해 내접하게 된다. 특히, 상기 링 기어(36)는 상기 최종단 싱크로 기구(27)의 작동에 따라 변속기의 케이싱(38)에 대해 구속되거나, 또는 반대로 자유롭게 회전할 수 있는 해방된 상태로 전환될 수 있다.
그런데 상기와 같은 구성의 종래 동력 분기식 수동 변속기에서는 전달되는 토크의 용량과 소음의 저감 등 여러 요소를 고려하여 스퍼 기어를 대신하여 헬리컬 치형의 기어를 적용하기 때문에 축 방향으로 상당한 수준의 추력이 발생되는 문제를 안게 되는 데, 이러한 축 방향 하중의 발생은 여러 기어의 치 접촉부위에서 과도한 마찰을 유도하여 기어에 대한 내구 수명을 크게 단축시키는 주요 원인으로 작용할 뿐만 아니라, 회전축을 축 지지하는 베어링의 수명에도 치명적인 문제를 야기하게 된다.
또한, 종래 동력 분기식 수동 변속기에서 상기 메인 샤프트(3)는 다단의 변속단 출력기어(14)를 비롯하여 출력단 싱크로 기구(24)와 변속단 싱크로 기구(26) 등의 부속설비를 함께 구비해야 하므로 적정의 축 길이를 확보해야만 하는 데, 이와 같은 이유로 회전축의 전체 길이가 길게 확장되면 가동 중 축의 처짐과 함께 그에 따라 수반되는 여러 가지의 부수적인 문제를 함께 야기하게 되는 원인으로 귀결되므로 이에 대한 현실적인 대처 방안의 강구가 절실하게 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 메인 샤프트와 출력축 사이의 동력 전달을 위해 유성기어세트의 피니언 기어와 치합되는 선 기어를 메인 샤프트로부터 축방향으로 상대 변위 가능하게 설치되는 중간 샤프트에 별도로 형성하여 메인 샤프트로부터 발생되는 축 방향 하중이 유성기어세트로 직접 전달되지 않게 함으로써, 기어 사이의 치 물림 패턴에 따라 수반되는 축 하중에 의한 영향을 배제하고 변속기의 내구 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력축과 동축상으로 이격되게 배치되는 메인 샤프트; 상기 메인 샤프트와 동축상으로 이격되게 배치되고 유성기어세트와의 연결을 위한 선 기어를 갖춘 중간 샤프트; 상기 메인 샤프트와 상기 중간 샤프트 사이를 축 변위 가능하게 연결하는 원통 형상의 스플라인 부재; 및 상기 메인 샤프트 또는 상기 중간 샤프트 중 어느 하나에 대해 상기 스플라인 부재를 고정하기 위해 설치되는 축 고정부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 축 고정부재는 상기 스플라인 부재를 두께방향으로 관통하여 상기 메인 샤프트 또는 상기 중간 샤프트 중 어느 하나에 대해 반경방향으로 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 축 고정부재는 상기 메인 샤프트와 상기 중간 샤프트 사이의 축 이음부위에서 상기 스플라인 부재의 내주면에 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 메인 샤프트와 상기 중간 샤프트 사이의 축 이음부위는 외주면에 각각 동일한 피치의 세레이션부를 형성하고, 상기 스플라인 부재의 내주면에는 이와 대응하여 치 결합을 위한 세레이션부를 형성하고, 상기 메인 샤프트와 상기 중간 샤프트 사이의 축 이음부위에서 상호 대향하는 선단부는 적정의 간격을 두고 이격되게 배치되어 상기 메인 샤프트와 상기 중간 샤프트 사이의 직접적인 접촉을 제한하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 중간 샤프트는 외주면에 상기 선 기어와 치합되는 상기 유성기어세트의 피니언 기어에 대한 축 방향의 위치 규제를 위해 설치되는 스토퍼 부재를 더 포함하고, 상기 스토퍼 부재는 상기 선 기어(30)를 중심으로 양측 부위에서 상기 중간 샤프트(40)의 중심을 향해 반경방향으로 결합되는 체결부재에 의해 각각 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기는 변속기의 메인 샤프트와 출력축 사이를 연결하여 구동력을 등가의 동일한 수준으로 그대로 전이하거나 또는 향상된 수준으로 증배시켜 전이하기 위해 유성기어세트의 피니언 기어와 치합되는 선 기어를 메인 샤프트로부터 축방향으로 상대 변위 가능하게 설치되는 중간 샤프트에 별도로 형성함으로써 기어 사이의 치 물림 패턴에 따라 메인 샤프트에서 발생하는 축 방향 하중에 의한 영향을 배제할 수 있게 되고, 이를 통해 본 발명은 메인 샤프트에서 축 하중의 발생에 따라 수반되는 변속기의 기어 치에 대한 내구 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
즉, 본 발명은 고마력의 동력을 12단 또는 16단 등의 다단의 변속비로 출력하는 동력 분기식 수동 변속기에서 메인 샤프트와 출력축 사이를 연결하기 위해 유성기어세트의 피니언 기어에 치합되는 선 기어를 메인 샤프트로부터 분리되어 축방향으로 상대 변위 가능한 별도의 중간 샤프트에 마련함으로써 메인 샤프트에서 발생하는 축 방향 하중을 유성기어세트에 직접 전달하지 않을 수 있게 되므로, 유성기어세트를 비롯한 여러 변속단 기어 사이의 치 결합부위는 물론 메인 샤프트를 축 지지하기 위한 베어링에 대한 내구 수명을 크게 증대시킬 수 있게 된다.
특히, 본 발명은 동력 분기식 수동 변속기에서 메인 샤프트와 출력축 사이를 연결하는 유성기어세트와의 치합부위에 대한 축 방향 상대변위, 즉 축 변위의 허용을 위해 선 기어를 갖춘 중간 샤프트를 메인 샤프트에 대해 조립하는 과정에서도 비교적 간단한 구조의 스플라인 연결을 통해 유성기어세트와의 조립을 구현할 수 있으므로 변속기에 대한 조립 생산성의 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 고마력의 구동력을 전달하기 위한 상용 자동차의 수동 변속기에서 내구 수명의 향상에 따라 차량의 주행거리를 크게 연장할 수 있는 경제적 효과를 제공하고, 다단의 변속단 기어와 함께 여러 싱크로 기구의 장착을 위해 메인 샤프트의 길이를 비교적 길게 설정하지 않고 중간 샤프트를 이용한 축 이음을 통해 기존 대비 상대적으로 짧게 설정할 수 있으므로 메인 샤프트의 처짐과 같은 변형에 따라 수반되는 문제의 발생을 원천적으로 차단할 수 있는 효과를 구현하게 된다.
도 1은 종래 대형 상용차용 고마력의 동력 분기식 수동 변속기에 대한 전체 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 종래 대형 상용차용 고마력의 동력 분기식 수동 변속기에 탑재되는 유성기어세트의 설치부위만을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기에 대한 전체 구조를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동력 분기식 수동 변속기에서 주요 부위에 해당하는 축 변위 조절 기능부만을 확대하여 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기에 대한 전체 구조를 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동력 분기식 수동 변속기에서 주요 부위에 해당하는 축 변위 조절 기능부만을 확대하여 도시한 단면도이다. 본 발명의 상세한 설명에 있어, 종래 구성을 도시한 도 1 및 도 2에서와 동일한 참조부위에는 동일한 참조부호를 병기하기로 한다.
도 3을 참조로 하면, 본 발명에 따른 대형 상용차에 탑재되는 변속기로서, 축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기는 엔진(미도시)으로부터 구동력을 제공받아 회전하는 입력축(1), 상기 입력축(1)과 동축상으로 이격되게 배치되어 상기 입력축(1)과 선택적으로 동력 전달이 가능하게 연결되는 메인 샤프트(3), 상기 입력축(1)과 상기 메인 샤프트(3)에 대해 평행하게 배치되어 상기 입력축(1)으로부터 제공되는 구동력을 다단의 선택적인 변속비로서 상기 메인 샤프트(3)에 전이하는 카운트 샤프트(5), 및 상기 메인 샤프트(3)와 동축상으로 이격되게 배치되어 항시 연결되어 구동력을 전달하는 출력축(7)을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 동력 분기식 수동 변속기는 상기 입력축(1)에 대해 공회전 가능하게 설치되는 입력단 기어(10), 상기 메인 샤프트(3)에 대해 공회전 가능하게 설치되는 2웨이 기어(12), 상기 메인 샤프트(3)에 대해 공회전 가능하게 설치되는 다수의 변속단 출력기어(14), 상기 카운트 샤프트(5)에 대해 일체로 회전 가능하게 고정 설치되고 상기 입력단 기어(10)와 치합하는 제1중간단 기어(16), 상기 카운트 샤프트(5)에 대해 일체로 회전 가능하게 고정 설치되고 상기 2웨이 기어(12)와 치합하는 제2중간단 기어(18), 및 상기 카운트 샤프트(5)에 대해 일체로 회전 가능하게 고정 설치되고 상기 변속단 출력기어(14)와 개별적으로 치합하는 다수의 변속단 입력기어(20)를 포함하여 구성된다. 이 경우, 상기 변속단 출력기어(14)와 상기 변속단 입력기어(20) 중 적어도 한 쌍은 후진과 관련되어 상기 출력축(7)의 회전방향을 역회전시키는 후진기어에 해당한다.
또한, 본 발명에 따른 동력 분기식 수동 변속기는 상기 입력단 기어(10)와 상기 2웨이 기어(12) 사이에 설치되는 입력단 싱크로 기구(22), 상기 2웨이 기어(12)와 상기 변속단 출력기어(14) 사이에 설치되는 출력단 싱크로 기구(24), 및 상기 변속단 출력기어(14) 사이에 설치되는 변속단 싱크로 기구(26)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 입력단 싱크로 기구(22)는 상기 입력단 기어(10)와 상기 2웨이 기어(12) 사이에 설치되는 동기장치로서, 상기 입력축(1)으로 제공되는 구동력을 상기 메인 샤프트(3) 또는 상기 카운트 샤프트(5) 중 어느 하나에 대해 선택적으로 전이하는 기능을 수행한다.
즉, 상기 입력단 싱크로 기구(22)는 상기 입력단 기어(10)와 상기 2웨이 기어(12) 사이에 설치되어 상기 입력축(1)과 상기 입력단 기어(10) 사이 또는 상기 2웨이 기어(12)를 거쳐 상기 입력축(1)과 상기 메인 샤프트(3) 사이를 각각 선택적으로 동기화시키게 된다. 부연하자면, 상기 입력단 싱크로 기구(22)는 상기 입력단 기어(10)와 상기 2웨이 기어(12) 사이에 설치되어 상기 입력축(1)과 상기 입력단 기어(10) 사이를 연결하여 상기 입력축(1)과 상기 카운트 샤프트(5)를 함께 회전시키거나, 또는 상기 입력축(1)과 상기 2웨이 기어(12) 사이를 연결하여 상기 입력축(1)과 상기 2웨이 기어(12)를 동기화시키는 역할을 수행한다.
그리고 상기 출력단 싱크로 기구(24)는 상기 2웨이 기어(12)와 상기 변속단 출력기어(14) 사이에 설치되는 동기장치로서, 상기 2웨이 기어(12)로 제공되는 구동력을 상기 메인 샤프트(3)에 직접적으로 전이하거나 또는 상기 카운트 샤프트(5)를 경유하여 제공되는 구동력을 상기 메인 샤프트(3)에 간접적으로 전이하는 기능을 수행한다.
즉, 출력단 싱크로 기구(24)는 상기 2웨이 기어(12)와 상기 변속단 출력기어(14) 사이에 설치되어 상기 메인 샤프트(3)와 상기 2웨이 기어(12) 사이 또는 상기 메인 샤프트(3)와 상기 변속단 출력기어(14) 사이를 선택적으로 동기화시키게 된다. 부연하자면, 상기 출력단 싱크로 기구(24)는 상기 2웨이 기어(12)와 상기 변속단 출력기어(14) 사이에 설치되어 상기 2웨이 기어(12)로 제공되는 구동력을 상기 메인 샤프트(3)에 직접적으로 등속 전이하거나 또는 상기 제2중간단 기어(18)를 통해 상기 카운트 샤프트(5)를 경유하여 제공되는 구동력을 상기 메인 샤프트(3)에 간접적으로 감속 전이하게 된다.
또한, 상기 변속단 싱크로 기구(26)는 상기 변속단 출력기어(14) 사이에 설치되는 동기장치로서, 상기 카운트 샤프트(5)를 경유하여 제공되는 구동력을 상기 변속단 출력기어(14) 중 해당하는 어느 하나의 기어열에 국한하여 선택적으로 전이하는 기능을 수행한다. 이 경우, 상기 변속단 싱크로 기구(26)는 상기 메인 샤프트(3) 상에 설치되는 상기 변속단 출력기어(14)의 단수에 부합하여 그 수량을 적절하게 조절됨은 물론이다.
한편, 본 발명에 따른 동력 분기식 수동 변속기는 상기 메인 샤프트(3)와 상기 출력축(7) 사이에서 상기 메인 샤프트(3)의 회전속도를 등속 전이 또는 감속 전이하여 상기 출력축(7)에 제공하기 위해 유성기어세트(28)를 설치한다. 즉, 상기 유성기어세트(28)는 상기 메인 샤프트(3)와 상기 출력축(7) 사이의 동력 전달경로에 설치되어 상기 메인 샤프트(3)로부터 제공되는 구동력을 등가 전이하거나 또는 증배 전이하여 상기 출력축(7)에 제공하는 역할을 수행하게 된다. 이 경우, 상기 유성기어세트(28)와 상기 출력축(7) 사이에는 상기 메인 샤프트(3)로부터 상기 출력축(7)으로 제공되는 구동력의 전이를 가변적으로 조절하기 위해 최종단 싱크로 기구(27)가 별도로 설치된다.
또한, 상기 유성기어세트(28)는 상기 메인 샤프트(3)와 동기되는 선 기어(30)와 외접하는 다수의 피니언 기어(32), 상기 다수의 피니언 기어(32)를 단일의 부재로서 구속하는 캐리어(34), 및 상기 다수의 피니언 기어(32)와 내접하는 링 기어(36)를 구비한다. 이에 따라 상기 링 기어(36)는 상기 최종단 싱크로 기구(27)의 작동에 따라 변속기의 케이싱(38)에 대해 구속되거나, 또는 반대로 자유롭게 회전할 수 있는 해방된 상태로 전환될 수 있게 된다.
도 4를 참조로 하면, 본 발명에 따른 동력 분기식 수동 변속기는 상기 메인 샤프트(3)와 동축상으로 이격되게 배치되고 상기 유성기어세트(28)와 연결되는 중간 샤프트(40), 상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이를 축 방향으로 상대변위 가능하게 축 결합으로 연결하는 원통 형상의 스플라인 부재(42), 및 상기 메인 샤프트(3) 또는 상기 중간 샤프트(40) 중 어느 하나에 대해 상기 스플라인 부재(42)를 고정하기 위해 설치되는 축 고정부재(44)를 더 포함하여 구성된다.
이 경우, 상기 스플라인 부재(42)는 외주면에 상기 유성기어세트(28)의 피니언 기어(32)와의 외접을 위해 상기 선 기어(30)를 일체로 구비한다. 즉, 상기 선 기어(30)는 상기 스플라인 부재(42)의 외주면에 강제 압입과 같은 고정수단을 매개로 일체로 형성되도록 구성되어 상기 유성기어세트(28)의 피니언 기어(32)와 외접하게 된다.
상기 축 고정부재(44)는 상기 스플라인 부재(42)를 두께방향으로 관통하도록 설치되어 상기 메인 샤프트(3) 또는 상기 중간 샤프트(40) 중에서 어느 하나에 국한되어 반경방향으로 결합되는 체결 핀과 같은 체결부재로 구현될 수 있다. 이와 달리, 상기 축 고정부재(44)는 상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이의 축 이음부위에서 상기 스플라인 부재(42)의 내주면에 결합되어 상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40)에 대한 상기 축 고정부재(44)의 이탈을 제한하는 역할을 수행하는 스냅 링으로 구현될 수 있다.
이를 위해, 상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이의 축 이음부위는 외주면에 각각 동일한 피치의 세레이션부를 형성하고, 상기 스플라인 부재(42)의 내주면에는 이와 대응하여 치 결합을 위한 세레이션부를 형성한다.
또한, 상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이의 축 이음부위에서 상호 대향하는 선단부는 적정의 간격을 두고 이격되게 배치되어 상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이의 자유단부에서 직접적인 접촉이 이루어지는 것을 제한하도록 구성된다.
아울러, 상기 중간 샤프트(40)는 외주면에 상기 선 기어(30)와 치합되는 상기 유성기어세트(28)의 피니언 기어(32)에 대한 축 방향의 위치를 고정시켜 규제하기 위해 설치되는 링 형상의 스토퍼 부재(46)를 구비하는 바, 상기 스토퍼 부재(46)는 상기 선 기어(30)를 중심으로 양측 부위에 개별적으로 설치되고, 각각의 위치에서 상기 중간 샤프트(40)의 중심을 향해 반경방향으로 결합되는 체결부재(48)를 매개로 상기 중간 샤프트(40)에 대해 견고하게 고정된다.
따라서 본 발명에 따른 축 변위 조절 기능을 갖춘 동력 분기식 수동 변속기는 변속기의 메인 샤프트(3)와 출력축(7) 사이를 연결하여 구동력을 등가 전이하거나 또는 증배 전이하기 위해 유성기어세트(28)의 피니언 기어(32)와 치합되는 선 기어(30)를 상기 메인 샤프트(3)로부터 축방향으로 상대 변위 가능하게 설치되는 별도의 중간 샤프트(40)에 형성함으로써 기어 사이의 치 물림 패턴에 따라 상기 메인 샤프트(3)에서 발생하는 축 방향 하중에 의한 영향을 보다 적극적으로 배제할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명은 상기 메인 샤프트(3)에서 축 하중의 발생에 따라 수반되는 변속기의 기어 치에 대한 내구 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 고마력의 동력을 12단 또는 16단 등의 다단의 변속비로 출력하는 동력 분기식 수동 변속기에서 상기 메인 샤프트(3)와 상기 출력축(7) 사이를 연결하기 위해 상기 유성기어세트(28)의 피니언 기어(32)에 치합되는 선 기어(30)를 상기 메인 샤프트(3)로부터 분리되어 축방향으로 상대 변위 가능한 별도의 중간 샤프트(40)에 마련함으로써 상기 메인 샤프트(3)에서 발생하는 축 방향 하중을 상기 유성기어세트(28)에 직접적으로 전달하지 않을 수 있게 되므로, 상기 유성기어세트(28)를 비롯한 여러 변속단 기어 사이의 치 결합부위는 물론 상기 메인 샤프트(3)를 축 지지하기 위한 베어링(미도시)에 대한 내구 수명을 크게 증대시킬 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1-입력축 3-메인 샤프트
5-카운트 샤프트 7-출력축
10-입력단 기어 12-2웨이 기어
14-변속단 출력기어 16-제1중간단 기어
18-제2중간단 기어 20-변속단 입력기어
22-입력단 싱크로 기구 24-출력단 싱크로 기구
26-변속단 싱크로 기구 27-최종단 싱크로 기구
28-유성기어세트 30-선 기어
32-피니언 기어 34-캐리어
36-링 기어 38-케이싱
40-중간 샤프트 42-스플라인 부재
44-축 고정부재 46-스토퍼 부재
48-체결부재

Claims (7)

  1. 입력축(1)과 동축상으로 이격되게 배치되는 메인 샤프트(3);
    상기 메인 샤프트(3)와 동축상으로 이격되게 배치되고 유성기어세트(28)와의 치합을 위한 선 기어(30)를 갖춘 중간 샤프트(40);
    상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이를 축 변위 가능하게 연결하는 스플라인 부재(42); 및
    상기 메인 샤프트(3) 또는 상기 중간 샤프트(40) 중 어느 하나에 대해 상기 스플라인 부재(42)를 고정하기 위해 설치되는 축 고정부재(44)를 구비하고,
    상기 축 고정부재(44) 중 하나는 상기 스플라인 부재(42)를 관통하여 상기 메인 샤프트(3)에 반경방향으로 고정되며,
    상기 축 고정부재(44) 중 다른 하나는 상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이의 축 이음부위에서 상기 스플라인 부재(42)의 내주면에 결합되는 것을 특징으로 하는 동력 분기식 수동 변속기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이의 축 이음부위는 외주면에 각각 동일한 피치의 세레이션부를 형성하고, 상기 스플라인 부재(42)의 내주면에는 치 결합을 위해 대응하는 세레이션부를 형성하는 것을 특징으로 하는 동력 분기식 수동 변속기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 샤프트(3)와 상기 중간 샤프트(40) 사이의 축 이음부위에서 상호 대향하는 선단부는 간격을 두고 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 동력 분기식 수동 변속기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 샤프트(40)는 외주면에 상기 선 기어(30)와 치합되는 상기 유성기어세트(28)의 피니언 기어(32)에 대한 축 방향의 위치를 고정하기 위해 설치되는 스토퍼 부재(46)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 분기식 수동 변속기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스토퍼 부재(46)는 상기 선 기어(30)를 중심으로 양측 부위에서 상기 중간 샤프트(40)의 중심을 향해 반경방향으로 결합되는 체결부재(48)에 의해 각각 고정되는 것을 특징으로 하는 동력 분기식 수동 변속기.
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