KR101904368B1 - 차량용 기어박스 및 이러한 기어박스를 포함하는 차량 - Google Patents

차량용 기어박스 및 이러한 기어박스를 포함하는 차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 기어박스(2)에 관한 것으로, 링기어(22), 썬휠(18) 및 유성휠 캐리어(20)를 구비하는 유성기어(14)로, 유성휠 캐리어(20) 상에 회전 가능한 방식으로 적어도 하나의 유성휠(24)이 장착되고, 링기어(22)와 썬휠(18)은 톱니(32)를 통해 적어도 하나의 유성휠(24)과 체결되는, 유성기어(14); 제1 기어 위치에서 기어박스(2)의 입력축(16)을 유성휠 캐리어(20)로부터 분리하고, 제2 기어 위치에서 입력축(16)을 유성휠 캐리어(20)에 연결하도록 배치되어 있는, 축 방향으로 이동 가능한 제1 결합 슬리브(40); 및 제1 기어 위치에서 유성 기어박스(14)를 둘러싸는 기어박스 하우징을 링기어(22)에 연결하고, 제2 기어 위치에서 기어박스 하우징(12)을 링기어(22)로부터 분리하도록 배치되어 있는, 축 방향으로 이동 가능한 제2 결합 슬리브(42)를 포함한다. 유성휠 캐리어(20) 상에 장착되어 있는 축 방향 스톱부(54)는 링기어(22)와 인접하여 상기 링기어(22)에 연결되고, 상기 축 방향 스톱부(54)는 링기어(22)가 축 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 또한, 본 발명은 이러한 기어박스(2)를 포함하는 차량(1)에 관한 것이다.

Description

차량용 기어박스 및 이러한 기어박스를 포함하는 차량{GEARBOX FOR VEHICLES AND VEHICLE, COMPRISING SUCH A GEARBOX}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 차량용 기어박스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 제10항의 전제부에 따른 기어박스를 포함하는 차량에 관한 것이다.
차량, 특히, 트럭과 같은 대형 차량용 기어박스는 레인지 기어박스로 또한 지칭하며, 종종 잠재적인 기어 변속의 수를 두 배로 하기 위해 메인 기어박스에 연결된다. 이러한 추가적인 기어박스는 일반적으로 메인 기어박스의 기어 가능성을 낮은 레인지 위치와 높은 레인지 위치로 분할할 수 있는 낮은 기어와 높은 기어를 구비한 유성기어를 포함한다. 낮은 레인지 위치에서는 유성기어를 통해 기어 감소가 발생하고, 높은 레인지 위치에서는 유성기어의 기어비가 1:1이 된다.
메인 기어박스와 차량의 구동휠에 연결되어 있는 프로펠러축 사이에 레인지 기어박스가 배치된다. 레인지 기어박스는 기어박스 하우징 내에 수용되며, 메인 기어박스에 연결되어 있는 입력축, 출력축 및 입력축과 출력축 사이에 배치되어 있는 유성기어를 포함한다. 일반적으로, 유성기어는 서로에 대하여 회전 가능하게 배치되어 있는 3개의 부품, 즉, 썬휠, 유성휠을 구비한 유성휠 캐리어 및 링기어를 포함한다. 썬휠과 링기어의 톱니 수를 알고 있음으로 인해, 작동하는 중에 3개 부품의 상호 회전 속도가 결정될 수 있다. 레인지 기어박스에서, 썬휠은 입력축에 신속 트위스트 방식(twist-fast manner)으로 연결될 수 있고, 상기 썬휠에 체결되어 있는 복수의 유성휠에 의해, 유성휠은 출력축에 신속 트위스트 방식으로 연결되어 있는 유성휠 캐리어 상에 회전 가능한 방식으로 장착되며, 축 방향으로 이동 가능한 링기어에 의해, 링기어는 유성휠을 둘러싸며 유성휠과 체결된다. 썬휠, 유성휠 및 링기어의 톱니는 비스듬할 수 있는데, 즉, 썬휠, 유성휠 캐리어 및 링기어에 공통인 회전축에 대하여 각을 가질 수 있다. 비스듬하게 톱니를 절단함으로써, 유성기어에서 발생되는 소음이 감소된다. 그러나, 회전축 방향의 반력이 유성기어에 포함된 코그휠들로부터 얻어진다. 반력의 방향은 유성기어의 코그휠들이 비스듬하게 절단되는 방향에 종속한다. 이에 따라, 반력은 회전축의 연장부를 따라 전후방으로 작동할 수 있다.
종래의 레인지 기어박스에서, 링기어가 기어 하우징에 대하여 회전-잠금되는 낮은 레인지 위치와 링기어가 기어 하우징에 대하여 회전 가능하며 링기어, 유성휠 및 썬휠이 하나의 연속 유닛으로서 회전하는 높은 레인지 위치 사이에서 링기어를 축방향으로 슬라이딩함으로써 낮은 기어 및 높은 기어가 이루어진다. 유성기어는 링기어의 각각의 측 상에 배치되어 있는 2개의 결합링 및 링기어의 각각의 측 상에 배치되어 있는 2개의 동기화링을 포함한다. 동기화링은 기어 변속의 동기화를 달성하도록 구성된다.
이러한 유형의 레인지 기어박스에서 양호한 동기화 기능을 달성하기 위해, 링기어에 대향하며 동기화 시 링기어의 톱니를 수용하도록 구성되는 동기화링의 톱니의 표면은 동기화링의 회전축에 대하여 잠금 각으로 지칭되는 각도를 가져야 하고, 상기 잠금 각은 동기 회전 속도가 달성되도록 동기화링이 링기어에 전달하는 제동 토크에 균형을 맞추어야 한다. 이는, 동기화링 상에 있는 톱니가 잠금 각이 구비되어 있는 링기어의 톱니의 부분에 대해 인접하여 동기 회전 속도가 이루어지도록 링기어 상에 충분하게 영향을 주고, 이어서, 동기 회전 속도가 이루어진 이후에 링기어가 연관된 결합링에 체결될 때 잠금 각이 구비되어 있는 링기어의 톱니의 일부로부터 해제되도록 상기 잠금 각이 구성되어야하는 것을 의미한다. 링기어가 축 방향으로 동기화링을 지나가기 이전에 동기 회전 속도가 얻어지는 것을 보장하기 위해, 동기화링의 톱니와 링기어의 톱니가 용이하게 해제되어서는 안 된다.
동기화링의 톱니가 링기어의 톱니로부터 해제된 이후에, 링기어와 결합링 사이에 동기 회전 속도가 이루어지면, 링기어는 축 방향으로 이동되어서 동기화링이 링기어 내에 삽입되고, 링기어에 대하여 축 방향 위치에서 유지되되, 상기 축 방향 위치는 상기 동기화링이 유성기어의 유성휠과 만나고 인접하는 위치에 의해 결정된다.
축 방향으로 링기어의 자유 움직임은 링기어와 결합링의 톱니의 기하학적 설계에 의해 제한된다. 링기어의 축 방향 단부에서, 링기어의 톱니의 팁의 단부 표면은 각각의 결합링의 원주 단부 표면과 만나며 인접하고, 이는 링기어가 축 방향으로 이동될 수 없음을 의미한다.
국제 공개공보 WO 0155620호는 썬휠, 유성휠 캐리어 및 링기어를 포함하는 유성기어에 있는 동기화 장치를 개시한다. 썬휠은 신속 트위스트 방식으로 입력축에 연결되고, 복수의 유성휠은 썬휠과 체결되며, 유성휠들은 유성휠 캐리어 상에 회전 가능하게 장착되고 신속 트위스트 방식으로 출력축에 연결된다. 축 방향으로 이동 가능한 링기어는 유성휠을 둘러싸며 유성휠과 결합한다. 낮은 레인지 위치와 높은 레인지 위치 사이에서 축 방향으로 이동되는 링기어에 의해 기어박스의 낮은 기어와 높은 기어가 얻어진다.
그러나, 이들 동기화 장치는 마모되어 상당한 수리 비용을 초래한다. 레인지 기어박스가 큰 토크를 전달하는 경우에, 동기화 장치는 증가된 중량, 증가된 공간 요구 및 증가된 관성 모멘트를 수반하는 상당한 크기를 갖게 된다. 높은 레인지 위치가 연결될 때, 썬휠로부터 유성휠에 토크가 전달되고, 패싯이 기어박스의 소음을 발생시키고, 유성기어의 코그휠의 마모를 가속화시키는 썬휠의 코그 플랭크 상에 형성된다.
동기화 장치가 스플라인형 결합 슬리브로 대체되는 레인지 기어박스가 있다. 연결되는 두 부품들 사이에 동기 회전 속도가 발생하도록 트랜스미션을 제어함으로써, 이들을 연결 및 상호 연결의 목적으로 결합 슬리브의 축 방향 이동이 두 부품을 따라 용이하게 된다. 부품들이 서로로부터 분리되면, 부품들 간에 토크 균형이 발생하도록 트랜스미션이 제어되고, 이는 결합 슬리브가 임의의 토크를 전달하지 못하는 것을 의미한다. 이후에, 서로 분리하기 위해 부품들을 따라 결합 슬리브를 변위하는 것이 가능하게 된다.
토크 균형은 유성기어에 배치되어 있는 내부 링기어 상에 작용하는 토크와 유성기어의 썬휠 상에 작용하는 토크 상태에 관련된 것으로, 내부 링기어 상에 작용하는 토크는 유성기어의 유성휠 캐리어 상에 작용하는 토크와 유성기어의 기어비의 곱을 나타내는 것이고, 썬휠 상에 작용하는 토크는 유성휠 캐리어 상에 작용하는 토크와 (1- 유성 기어의 기어비)의 곱을 나타내는 것이다. 유성기어의 부품들 즉, 썬휠, 내부 링기어 또는 유성휠 캐리어 중 2개의 부품이 클러치 장치에 의해 연결되는 경우에, 토크 균형이 발생하면, 상기 클러치 장치는 유성기어의 부품 간에 임의의 토크를 전달하지 못한다. 이에 따라, 클러치 장치는 용이하게 이동될 수 있고, 유성기어의 부품들은 분리될 수 있다.
미국 특허공보 US 6,196,944호는 썬휠, 유성휠을 구비하는 유성휠 캐리어 및 링기어를 포함하는 유성기어를 개시하고 있다. 썬휠은 낮은 레인지 위치에서 결합 슬리브를 통해 신속 트위스트 방식으로 입력축에 연결될 수 있고, 높은 위치에서 입력축으로부터 분리될 수 있다. 높은 레인지 위치에서, 입력축은 동일한 결합 슬리브를 통해 유성휠 캐리어에 연결된다. 링기어는 기어박스 하우징에 견고하게 연결된다. 공지된 유성기어는 2개의 기어 위치만을 구비한 추가 기어박스 내에 배치된다.
공지된 기어박스들은 부품이 대체될 때 종종 완전히 분해되어야 하고, 이는 많은 시간이 들고, 기어박스를 수리하는데에 많은 비용이 들게 됨을 의미한다.
공지된 해결책에도 불구하고, 트랜스미션의 신뢰성 및 작동 보안이 높고, 트랜스미션의 모든 부품들이 기어를 변속할 때 낮은 에너지가 요구되도록 효율적으로 사용되며, 짧은 변속 시간을 갖는 기어박스를 추가로 개발해야 할 필요성이 있다. 또한, 잠재적인 토크 전달에 대하여 작은 크기를 구비하는 기어박스 및 메인축의 축 방향 베어링 상에 작용하는 낮은 축 방향 힘을 갖는 기어박스를 추가로 개발해야 할 필요성이 있다. 또한, 기어박스를 포함하는 차량에서 연료 소비를 감소시키고, 기어박스로부터의 소음을 감소시키는 것이 바람직하며, 수리가 용이한 기어박스를 추가로 개발하는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은 짧은 변속 시간을 갖는 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기어박스의 높은 신뢰성 및 작동 보안을 허용하는 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 트랜스미션에서 모든 부품을 효율적으로 사용하는 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가능한 토크 전달에 대하여 작은 크기를 갖는 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기어박스를 포함하는 차량에서 연료 소비를 감소시키는 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 변속시 낮은 에너지를 요구하는 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 낮은 소음 수준을 갖는 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수리가 용이한 기어박스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기어박스의 축 방향 베어링 상에 작용하는 낮은 축 방향 힘을 갖는 기어박스를 제공하는 것이다.
이들 목적들은 청구항 제1항에 기재되어 있는 구성요소를 특징으로 하는 전술한 유형의 기어박스에 의해 달성된다.
이들 목적들은 청구항 제10항에 기재되어 있는 구성요소를 특징으로 하는 전술한 유형의 기어박스를 포함하는 차량에 의해서도 달성된다.
제1 기어 위치에서 링기어 및 유성휠 캐리어를 통해 입력축으로부터 출력축으로 토크가 전달되도록, 축 방향으로 이동 가능한 제1 결합 슬리브가 제2 기어 위치에서 토크를 입력축으로부터 유성휠 캐리어 및 또한 출력축으로 전달하고, 축 방향으로 이동 가능한 제2 결합 슬리브가 링기어를 기어박스 하우징에 잠금시키기 때문에, 높은 효율성 및 낮은 손실을 갖는 효율적인 기어박스가 얻어진다. 기어박스는 코그휠 플랭크의 패싯 손상이 최소화되면서 윤활을 위한 필요성이 감소하게 된다.
종래의 레인지 기어박스에서 링기어의 스토로크에 비하여 각각의 결합 슬리브의 축 방향 스트로크는 짧아지게 되고, 다른 기어 간의 변속이 빨라지게 된다.
제1 및 제2 결합 슬리브는 제한된 길이방향 연장부에 의해 조정될 수 있고, 이는 각각의 결합 슬리브의 질량이 낮다는 것을 의미한다. 각 결합 슬리브의 낮은 질량은 다른 기어 간의 변속이 빠르게 되도록 한다.
본 발명에 따르면, 기어박스는 유성휠 캐리어 상에 장착되어 있는 축 방향 스톱부를 포함하고, 상기 스톱부는 링기어에 인접하여 상기 링기어에 연결되고, 링기어가 축 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 이에 따라, 링기어의 축 방향 위치는 고정되게 된다. 유성 기어박스의 코그휠에 스퍼(spur) 톱니 또는 비스듬한 톱니가 구비되고, 결합 슬리브에 스퍼 스플라인 또는 비스듬한 스플라인이 구비될 수 있도록 축 방향 스톱부를 통해 링기어의 축 방향 위치를 고정함으로써, 제2 결합 슬리브의 마모가 최소화된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 축 방향으로 이동 가능한 제2 결합 슬리브는 제2 기어 위치에서 기어 하우징에만 연결된다. 이에 따라, 제2 결합 슬리브는 기어박스에 관성력이 생기지 않게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력축은 썬휠에 연결되고, 유성휠 캐리어는 기어박스의 출력축에 연결된다. 이에 따라, 기어박스는 적은 부품을 구비한 단순한 구성을 갖게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력축은 축 방향 연장부를 구비하며 입력축과 썬휠의 축 간에 각 이동을 허용하는 스플라인 조인트를 통해 썬휠에 연결된다. 작동하는 중에, 메인 기어박스의 메인축은 특정 작동 조건에서 휘어지게 된다. 슬플라인 조인트의 허용된 각 이동에 의해, 썬휠은 메인축의 휘어짐에 의해 영향을 받지 않게 되고, 썬휠의 톱니 상에 응력을 감소시킨다. 스플라인 조인트는 유성 기어박스가 입력축 상에 일체로(one piece) 장착 및 분해될 수 있도록 한다. 이에 따라, 수리를 위해 요구되는 시간이 감소되기 때문에, 수리 비용이 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 축 방향으로 이동 가능한 제1 결합 슬리브에는 내면 상에 제1 스플라인이 구비되고, 상기 제1 스플라인은 입력축 및 유성휠 캐리어 상에 배치되어 있는 대응하는 제1 스플라인과 상호 작용하도록 배치된다. 이에 따라, 입력축과 유성휠 캐리어의 단순하고 효과적인 연결 및 분리가 얻어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 슬리브 상에 있는 스플라인의 수가 링기어 상에 있는 톱니의 수와 다르다. 이에 따라, 제2 결합 슬리브와 링기어 사이에 결정된 복수의 잠금 위치들이 얻어지고, 복수의 패싯이 코그휠의 톱니 플랭크 상에 형성될 수 있다. 그러나, 패싯이 서로 가까이에 놓이게 되어서 주로 톱니 플랭크의 평평한 표면으로 인지된다. 가능한 많은 패싯이 얻어지도록 최적의 스플라인의 수가 계산될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 유성휠의 코그 플랭크는 제2 기어 위치에서 큰 응력을 받지 않는다. 이에 따라, 형성되는 패싯의 위험성이 최소화된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 링기어의 코그휠, 썬휠의 코그휠 및 적어도 하나의 유성휠의 코그휠들은 비스듬한 코그로 구성되고, 각각의 휠의 중심축에 대하여 각으로 연장된다. 이에 따라, 큰 토크를 전달하고 낮은 소음 수준을 갖는 기어박스가 얻어진다.
본 발명의 다른 이점들은 이하의 상세한 설명에 기재되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기어박스를 구비하는 차량의 측면을 도시한다.
도 2는 낮은 레인지 위치에서 본 발명에 따른 기어박스의 개략적인 단면을 도시한다.
도 3은 높은 레인지 위치에서 본 발명에 따른 기어박스의 개략적인 단면을 도시한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 예로서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기어박스(2)를 포함하는 예컨대, 트럭과 같은 차량(1)의 측면을 도시하고 있다. 기어박스(2)는 연소 엔진(4), 메인 기어박스(6) 및 프로펠러 축(10)을 포함하는 트랜스미션(3)에 포함된다. 연소 엔진(4)은 메인 기어박스(6)에 연결되고, 상기 메인 기어박스(6)는 본 발명에 따른 기어박스(2)에 차례로 연결된다. 기어박스(2)는 프로펠러축(10)을 통해 차량(1)의 구동휠(8)에 또한 연결된다. 본 발명에 따른 기어박스(2)는 기어 변속(gearing) 가능성의 수를 두 배로 하는 것을 목적으로 하는 레인지 기어박스로 또한 지칭된다. 기어박스(2)는 기어박스 하우징(12)에 의해 둘러싸인다.
도 2는 본 발명에 따른 기어박스(2)의 개략적인 단면을 도시한다. 일반적으로, 기어박스(2)는 낮은 기어와 높은 기어를 구비하는 유성기어(14)를 포함하고, 상기 유성기어(14)에 의해 기어박스(6)의 메인 기어 변속 가능성이 낮은 레인지 위치와 높은 레인지 위치로 분할될 수 있다. 낮은 레인지 위치에 상당하는 제1 기어 위치에서, 유성기어(14)를 통해 다운 시프트가 발생한다. 높은 레인지 위치에서, 유성기어(14)의 기어비는 1:1이다. 도 2는 낮은 기어 또는 낮은 레인지 위치에 상당하는 제1 기어 위치의 기어박스(2)를 도시한다.
기어박스(2)는 기어박스 하우징(12)에 수용되고, 메인 기어박스(6)에서 메인축(26)으로 구성될 수 있는 입력축(16)을 포함한다. 유성기어(14)는 서로에 대하여 회전 가능한 방식으로 배치되어 있는 3개의 주요 부품, 즉, 썬휠(18), 유성휠 캐리어(20) 및 링기어(22)를 포함한다. 유성휠 캐리어(20) 상에는 복수의 장착되는 유성휠 캐리어(24)가 배치된다. 또한, 기어박스(2)의 출력축(28)은 유성휠 캐리어(20) 상에 신속 트위스트 방식(twist-fast manner)으로 배치된다. 출력축(28)은 차량(1)의 프로펠러축(10)에 연결된다. 썬휠(18)과 링기어(22)의 톱니 수를 알고 있음으로 인해, 3개 부품의 상대적 회전 속도가 작동 중에 결정될 수 있다. 썬휠(18)은 입력축(16)에 신속 트위스트 방식으로 연결되고, 유성휠(24)은 상기 썬휠(18)과 체결된다. 링기어(22)는 유성휠(24)과 체결되며 둘러싼다. 썬휠(18), 유성휠(24) 및 링기어(22)의 톱니(32)는 비스듬할 수 있는데, 즉, 썬휠(18), 유성휠 캐리어(20) 및 링기어(22)에 공통인 회전축(30)에 대하여 각을 가질 수 있다. 비스듬하게 톱니(32)를 절단함으로써, 회전축(30) 방향의 반력이 유성기어(14)에 포함된 코그휠들(18, 22, 24)로부터 얻어진다. 반력의 방향은 유성기어(14)의 톱니(32)가 비스듬하게 절단되는 방향에 종속한다. 이에 따라, 반력은 회전축(30)의 연장부를 따라 전후방으로 작동할 수 있다.
입력축(16)은 입력축(16)과 썬휠(18)의 축(38) 간에 각도 변위를 허용하는 축 방향 연장부를 갖는 스플라인 조인트(34)를 통해 썬휠(18)에 연결되는 것이 바람직하다. 작동 중에, 탄성 및 감쇠 특성에 의해 메인 기어박스(6)의 메인축(26)은 특정 작동 조건 및 상당한 응력(stress)으로 휘어지게 된다. 메인축(26) 상의 응력이 감소되면, 메인축(26)이 본래 형상으로 변환되어 진다. 입력축(16)의 단부에는 스플라인 조인트(34)를 통해 썬휠(18)의 샤프트(38)의 원주 일부와 내부에서 상호 작용하는 슬리브(36)가 구비된다. 스플라인 조인트(34)에서 각도 변위가 가능하여, 썬휠(18)이 메인축(26)의 휘어짐에 의한 영향을 받지 않게 되고, 썬휠(18)의 톱니(32) 상에 응력을 감소시킨다. 스플라인 조인트(34)는 유성기어(14)가 입력축(16) 상에 일체로 장착 및 분해될 수 있도록 한다. 이에 따라, 수리를 위해 요구되는 시간이 감소되기 때문에, 수리 비용이 감소될 수 있다.
축 방향으로 변위 가능한 제1 결합 슬리브(40)는 제1 기어 위치에서 기어박스(2)의 입력축(16)을 유성휠 캐리어(20)로부터 분리하도록 배치되고, 제2 기어 위치에서 입력축(16)을 유성휠 캐리어(20)와 연결하도록 배치된다. 축 방향으로 변위 가능한 제2 결합 슬리브(42)는 제1 기어 위치에서 유성 기어박스(14)를 둘러싸는 기어박스 하우징(12)을 링기어(22)와 연결하도록 배치되고, 제2 기어 위치에서 기어박스 하우징(12)을 링기어(22)로부터 분리하도록 배치된다.
축 방향으로 변위 가능한 제1 결합 슬리브(40)에는 내부면 상에 제1 스플라인(44)이 구비되고, 상기 제1 스플라인은 입력축(16)과 유성휠 캐리어(20) 상에 배치되는 대응하는 스플라인(44)과 상호 작용하도록 배치된다. 입력축(16) 상에 배치되어 있는 대응하는 제1 스플라인(44)이 제1 림(46)의 주변부 상에 배치되고, 상기 제1 림은 입력축(16) 상에 신속 트위스트 방식으로 장착된다. 유성휠 캐리어(20) 상에 배치되어 있는 대응하는 제1 스플라인은 제2 림(48)의 주변부 상에 배치되고, 상기 제2 림은 유성휠 캐리어(20) 상에 신속 트위스트 방식으로 장착된다.
축 방향으로 변위 가능한 제1 결합 슬리브 및 입력축(16) 상에 있는 제1 스플라인(44)의 수가 링기어(22) 상에 있는 톱니(32)의 수를 초과하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1 결합 슬리브(40)와 링기어(22) 간에 결정된 복수의 잠금 위치가 얻어지고, 이는 복수의 패싯(facet)이 코그휠들(18, 22, 24)의 톱니 플랭크(32) 상에 형성될 수 있음을 수반한다. 그러나, 상기 패싯은 서로 가까이에 놓이게 되어서 주로 톱니(32)의 평평한 표면으로 인지된다. 따라서, 상기 패싯은 기어박스(2)의 기능에 영향을 미치지 않고, 코그휠들(18, 22, 24)의 수명에 상당한 영향을 미치지 않는다.
축 방향으로 변위 가능한 제2 결합 슬리브(42)의 내면 상에는 제2 스플라인(50)이 구비되고, 상기 제2 스플라인은 링기어(22)의 주변부 및 기어 하우징(12)에 견고하게 연결되어 있는 돌출부(52) 상에 배치되어 있는 대응하는 제2 스플라인(50)과 상호 작용하도록 배치된다.
유성휠 캐리어(20) 상에 장착되어 있는 축 방향 스톱부(54)는 링기어(22)에 인접하도록 배치되며, 링기어(22)가 축 방향으로 변위되는 것을 방지한다. 축 방향 스톱부(54)는 디스크형 플레이트로 구성될 수 있고, 제1 축 방향 베어링(56)에 의해 유성휠 캐리어(20) 상에 장착된다. 축 방향 스톱부(54)는 유성휠 캐리어(20) 및 입력축(16)에 대하여 회전 가능하고, 링기어(22)의 회전에 따른다. 축 방향 스톱부(54)는 링기어(22)가 축 방향으로 고정되고, 코그휠들(18, 22, 24)에 비스듬한 톱니가 구비될 때 기어박스(2)의 입력축(16)의 축 방향 베어링에는 적은 응력이 가해지는 것을 수반한다. 썬휠(18)에 발생하는 축 방향 힘을 흡수하도록 썬휠(18)의 축(38)과 유성휠 캐리어(20) 사이에 제2 축 방향 베어링(57)이 배치될 수 있다.
유성휠 캐리어(20)를 입력축(16)으로부터 분리하도록 제1 결합 슬리브(40)를 축 방향으로 변위시키고, 동시에 또는 이와 관련되어 링기어(22)가 기어박스 하우징(12)에 연결되도록 제2 결합 슬리브(42)를 변위시킴으로써 기어박스(2)의 낮은 기어가 얻어진다. 제1 및 제2 슬리브(40, 42)의 축 방향 변위는 제1 및 제2 결합 슬리브(40, 42) 각각의 외부에 있는 원주 홈(62)에 배치되어 있는 제1 및 제2 시프트 포크(58, 60)에 의해 이루어진다. 제1 시프트 포크(58)는 제1 동력 부재(64)에 의해 영향을 받고, 제2 시프트 포크(60)는 제2 동력 부재(66)에 의해 영향을 받는다. 제1 및 제2 동력 부재(64, 66)는 공압 또는 유압 실린더로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 시프트 포크(58, 60)와 제1 및 제2 동력 부재(64, 66)는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.
각각의 슬리브(40, 42)는 기어가 변속될 때 각각의 슬리브(40, 42)를 이동시키는데에 낮은 에너지 및 동력이 이용되도록 작은 질량을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 짧은 시간 중에 기어박스(2)에서 다른 기어 위치 간의 빠른 변속이 이루어질 수 있다.
도 3은, 입력축(16)을 유성휠 캐리어(20)에 연결하도록 제1 결합 슬리브(40)가 도 3에서 좌측으로 이동되어 있는 제2 기어 위치 또는 높은 레인지 위치에서 본 발명에 따른 기어박스(2)의 단면을 도시한다. 제2 결합 슬리브(42)는 링기어(22)를 기어박스 하우징(12)으로부터 분리하도록 도 3에서 좌측으로 이동되어 있다. 이에 따라, 제2 결합 슬리브(42)는 기어박스 하우징(12)에만 연결될 것이고, 이는 제2 결합 슬리브(42)가 정지되고, 링기어(22)의 회전시 메인 기어박스(6)의 관성력에 영향을 주지 않게 되는 것을 의미한다. 따라서, 입력축(16)에서 출력축(28)으로의 토크 전달이 입렵축(16)과 유성휠 캐리어(20)를 통해 발생하고 출력축(28)에 전달되어서 유성기어(14)를 통한 기어비가 1:1이 된다.
본 발명에 따른 기어박스(2)는 제1 기어 위치에서 제2 기어 위치, 즉, 낮은 레인지 위치에서 높은 레인지 위치로의 변속과 관련하여 아래에 기재된 바와 같이 기능하고, 이는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 도 2에서, 기어박스(2)는 낮은 레인지 위치로 변속되어 있고, 이는 제1 결합 슬리브(40)가 입력축(16)을 유성휠 캐리어(20)로부터 분리하는 위치로 이동되어 있음을 의미한다. 입력축(16)이 회전할 때, 제1 결합 슬리브(40)는 메인 기어박스(6)의 질량 관성력에 영향을 미치지 않게 된다. 제2 결합 슬리브(42)는 링기어(22)를 기어박스 하우징(12)에 연결하는 위치로 이동되어 있다. 이에 따라, 기어박스(2)는 낮은 기어 위치에서 작동하고, 상기 낮은 레인지 위치에서 유성기어(14)를 통해 다운 시프트가 발생한다. 낮은 레인지 위치에서 높은 레인지 위치로의 변속 과정은, 연소 엔진(4)과 메인 기어박스(6) 사이에 배치되어 있는 클러치(68)를 통해 연소 엔진(4)을 메인 기어박스(6)로부터 분리함으로써 이루어지는 링기어(22)와 기어박스 하우징(12) 간의 토크 전달이 중단될 때 제2 결합 슬리브(42)를 제1 링기어(22)로부터 분리함으로써 발생한다. 또는, 링기어(22)와 기어박스 하우징(12) 간에 토크 균형이 발생하도록연소 엔진(4)이 제어된다. 제2 결합 슬리브(42)가 더 이상 임의의 토크를 전달하지 않을 때, 제2 결합 슬리브(42)의 축 방향 변위가 용이하게 된다. 동시에 또는 사전에 정해진 시간 이후에, 유성휠 캐리어(20)를 입력축(16)에 연결하도록 제1 결합 슬리브(40)가 제1 시프트 포크(58)에 의해 이동되어야 한다. 이는 유성휠 캐리어(20)의 속도에 알맞은 회전 속도로 입력축(16)이 회전하도록 연소 엔진(4)을 제어함으로써 이루어진다. 입력축(16)과 유성휠 캐리어(20)가 동일한 속도로 회전할 때, 제1 결합 슬리브(40)는 입력축(16) 상에 알맞는 제1 스플라인(44)과 결합할 수 잇다. 이에 따라, 기어박스(2)는 높은 레인지 위치에서 작동한다.
낮은 레인지 위치로 변속하기 위해, 제1 결합 슬리브(40)는 유성휠 캐리어(20)를 입력축(16)으로부터 분리하도록 도 3에서 우측으로 제1 시프트 포크(58)에 의해 이동되어야 한다. 이는 클러치(68)를 통해 연소 엔진(4)을 메인 기어박스(6)로부터 분리함에 따라 이루어지는 입력축(16)과 유성휠 캐리어(20) 간의 토크 전달을 중단함으로써 용이하게 된다. 또는, 입력축(16)과 유성휠 캐리어(20) 간의 토크 균형이 발생되도록 연소 엔진(4)이 제어된다. 제1 결합 슬리브(40)가 더 이상 임의의 토크를 전달하지 않을 때, 제1 결합 슬리브(40)의 축 방향 변위가 용이하게 된다. 동시에 또는 사전에 정해진 시간 이후에, 링기어(22)를 기어박스 하우징(12)에 연결하도록 제2 결합 슬리브(42)가 제2 시프트 포크(60)에 의해 링기어(22) 방향으로 이동되어야 한다. 제2 결합 슬리브(42)는 정지되기 때문에, 제2 결합 슬리브(42)와 링기어(22) 간의 연결이 발생되기 이전에 링기어(22)가 정지 위치에 있어야 한다. 이는 유성휠 캐리어(20) 및 유성휠(24)의 회전 속도에 알맞은 속도로 입력축(16)이 회전하도록 연소 엔진(4)을 제어함으로써 이루어지고, 링기어(22)는 정지한 채로 유지된다. 링기어(22)가 정지될 때, 제2 결합 슬리브(42)는 링기어(22)에 알맞은 제2 스플라인(50)과 결합할 수 있다. 따라서, 기어박스(2)는 상기 기어박스(2)를 통해 다운 시프트가 발생하는 낮은 레인 위치에서 작동한다.
전자 제어 장치(70)는 전술한 기어 단계를 수행하도록 기어박스(2), 메인 기어박스(6), 연소 엔진(4) 및 클러치(68)에 연결된다. 기어박스(2)의 미 도시된 복수의 속도 센서, 메인 기어박스(6) 및 연소 엔진(4)은 제어 장치에 연결될 수 있는 것이 바람직하다. 다른 컴퓨터(72)가 제어 장치(70)에 또한 연결될 수 있다. 제어 장치(70)는 상기 목적을 위해 적절한 소프트웨어를 구비한 컴퓨터일 수 있다. 제어 장치(70) 및/또는 컴퓨터(72)는 본 발명에 따른 기어박스(2)를 제어하기 위한 절차를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램(P)을 포함한다. 상기 프로그램(P)은 메모리(M) 및/또는 판독/기록 메모리(R)에 실행 가능한 방식으로 또는 압축 방식으로 저장될 수 있다. 프로그램 코드가 제어 장치(70) 또는 상기 제어 장치(70)에 연결되어 있는 다른 컴퓨터(72)에서 실행될 때, 전술한 기어 단계를 수행하도록 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되는 것이 바람직하다. 상기 프로그램 코드는 비-휘발성 방식으로 상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체 상에 저장될 수 있다.
요구되는 구성 부품의 가공이 단순하고, 복수의 구성 부품이 작기 때문에, 제조 및 조립의 관점에서 전술한 기어박스(2)는 유리하고, 축 방향뿐만 아니라 반경 방향으로 공간 필요성이 작도록 설계된다. 전술한 기어박스(2)는 전술한 것 이외에 다른 맥락에서 또한 이용될 수 있다. 따라서, 유성기어를 구비한 복수의 기어박스가 서로 연결되어 있는 예컨대, 유압식 자동 기어박스에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 결합 슬리브(40)와 유성휠 캐리어(20) 사이에 제1 결합링(미 도시) 및 적어도 하나의 제1 동기화링(미 도시)을 배치하는 것이 가능하고, 제1 결합링(40)은 제1 결합링이 제1 기어 위치에 연결되도록 배치된다. 이에 따라, 입력축(16)과 유성휠 캐리어(20) 사이의 기계적인 동기화가 이루어질 수 있다. 유사하게, 제2 결합링(미 도시) 및 적어도 하나의 제2 동기화링(미도시)이 제2 결합 슬리브(42)와 링기어(22) 사이에 배치될 수 있고, 제2 결합 슬리브(42)는 제1 결합링(미 도시)이 제1 기어 위치에 연결되도록 배치된다. 이에 따라, 링기어(22)와 기어박스 하우징(12) 사이에 기계적인 동기화가 이루어질 수 있다. 상기 실시예에 따른 기어박스(2)의 기능은 동기화 없이 결합 슬리브들(40, 42)에 의해 동일한 방식으로 기능하지만, 연소 엔진(4)에 의한 토크 균형을 발생시키고, 연소 엔진(4)을 분리함으로써 토크 전달을 중단하는 것 대신에 결합링들 및 동기화링들이 입력축(16)과 유성휠 캐리어(20)의 연결 및 분리, 링기어(22)와 기어박스 하우징(12)의 연결 및 분리가 가능한 것을 보장하게 된다.
다른 실시형태에 기재되어 있는 본 발명의 범위에 속하는 부품들 및 구성요소들은 서로 조합될 수 있다.

Claims (10)

  1. 차량용 기어박스로,
    링기어(22), 썬휠(18) 및 유성휠 캐리어(20)를 구비하는 유성기어(14)로, 유성휠 캐리어(20) 상에 회전 가능한 방식으로 적어도 하나의 유성휠(24)이 장착되고, 링기어(22)와 썬휠(18)은 톱니(32)를 통해 적어도 하나의 유성휠(24)과 체결되는, 유성기어(14);
    제1 기어 위치에서 기어박스(2)의 입력축(16)을 유성휠 캐리어(20)로부터 분리하고, 제2 기어 위치에서 입력축(16)을 유성휠 캐리어(20)에 연결하도록 배치되어 있는, 축 방향으로 이동 가능한 제1 결합 슬리브(40); 및
    제1 기어 위치에서 유성 기어박스(14)를 둘러싸는 기어박스 하우징을 링기어(22)에 연결하고, 제2 기어 위치에서 기어박스 하우징(12)을 링기어(22)로부터 분리하도록 배치되어 있는, 축 방향으로 이동 가능한 제2 결합 슬리브(42)를 포함하는, 차량용 기어박스에 있어서,
    제1 축 방향 베어링(56)을 통해 유성휠 캐리어(20) 상에 장착되어 있는 축 방향 스톱부(54)는 링기어(22)와 인접하여 상기 링기어(22)에 연결되고, 상기 축 방향 스톱부(54)는 링기어(22)가 축 방향으로 이동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 차량용 기어박스.
  2. 제1항에 있어서,
    축 방향으로 이동 가능한 제2 결합 슬리브(42)는 제2 기어 위치에서 기어박스 하우징(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 기어박스.
  3. 제1항에 있어서,
    입력축(16)은 썬휠(18)에 연결되며, 유성휠 캐리어(20)는 기어박스(2)의 출력축(28)에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 기어박스.
  4. 제1항에 있어서,
    입력축(16)과 썬휠(18)의 축(38) 사이에 각(angular) 이동을 허용하며 축 방향 연장부를 갖는 스플라인 조인트(34)를 통해 상기 입력축(16)이 썬휠(18)에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 기어박스.
  5. 제1항에 있어서,
    축 방향으로 이동 가능한 제1 결합 슬리브(40)에는 내면 상에 제1 스플라인(44)을 구비하고, 상기 제1 스플라인(44)은 입력축(16)과 유성휠 캐리어(20) 상에 배치되어 있는 대응하는 제1 스플라인(44)과 상호 작용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 기어박스.
  6. 제1항에 있어서,
    축 방향으로 이동 가능한 제2 결합 슬리브(42)에는 내면 상에 제2 스플라인(50)을 구비하고, 상기 제2 스플라인(50)은 링기어(22)와 기어박스 하우징(12) 상에 배치되어 있는 대응하는 제2 스플라인(50)과 상호 작용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 기어박스.
  7. 제6항에 있어서,
    축 방향으로 이동 가능한 제1 결합 슬리브(40) 상에 있는 제1 스플라인(44)의 수와 입력축(16) 상에 있는 제1 스플라인(44)의 수가 링기어(22) 상에 있는 톱니(32)의 수를 초과하는 것을 특징으로 하는 차량용 기어박스.
  8. 제1항에 있어서,
    링기어(22), 썬휠(18) 및 적어도 하나의 유성휠(24)의 톱니(32)는 비스듬한 톱니(32)로 구성되어서, 유성기어(14)의 회전축(30)에 대하여 각을 이루며 연장되는 것을 특징으로 하는 차량용 기어박스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    기어박스(2)는 레인지 기어박스이고, 입력축(16)은 메인 기어박스(6)에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 기어박스.
  10. 차량(1)으로,
    제1항에 따른 기어박스(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
KR1020167035366A 2014-05-27 2015-05-12 차량용 기어박스 및 이러한 기어박스를 포함하는 차량 KR101904368B1 (ko)

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