KR20050108065A - 수동변속기의 동기장치 - Google Patents

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KR20050108065A
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Abstract

본 발명은 수동변속기의 동기장치에 관한 것으로서, 클러치 기어의 콘부에 형성된 복수개의 삽입홈부에 싱크로나이저 링을 탄성적으로 지지하는 탄성부재가 각각 설치됨으로서, 수동변속기의 동기 작동시 상기 싱크로나이저 링의 양측단이 탄성부재와 싱크로나이저 키에 의해 지지되어 상기 싱크로나이저 링의 유동이 방지되고, 상기 싱크로나이저 링의 회전축이 주축에 대해 일정 각도 기울어지는 편심 현상도 방지되는 효과가 있다.

Description

수동변속기의 동기장치 {Synchronizer for manual transmission}
본 발명은 수동변속기의 동기장치에 관한 것으로서, 특히 수동변속기의 동기 작동시 싱크로나이저 링이 기울어져 편심되는 현상을 방지할 수 있는 수동변속기의 동기장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 수동 변속기 중 싱크로 메시(Synchro-mesh)식 변속기는 구동측 기어와 피동측 기어의 맞물림시에 상기 두 기어의 회전 속도를 동기시킨 후 기어가 서로 치합되도록 함으로써 부드러운 기어 치합으로 변속충격을 방지하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 작동 상태도이다.
종래 기술에 따른 수동변속기의 동기장치는 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진의 동력에 의해 회전되는 주축(2)과, 상기 주축(2)과 일체로 회전되도록 상기 주축(2)의 외주에 결합된 허브 기어(4)와, 상기 허브 기어(4)의 외주에 스플라인 결합되어 시프트 포크(6)의 작동력에 의해 축방향으로 슬라이딩되는 슬리브(8)와, 상기 허브 기어(4)의 양측에 배치되어 상기 슬리브(8)와 선택적으로 치합되고 내측에 콘부(10)가 형성된 클러치 기어(12)와, 상기 클러치 기어(12)와 허브 기어(4) 사이에 배치되어 상기 슬리브(8)의 이동시 싱크로나이저 키(14)에 의해 상기 콘부(10)와 마찰되면서 동기 작용을 수행하는 싱크로나이저 링(16)을 포함하여 구성된다.
상기 허브 기어(4)의 외주면에는 상기 싱크로나이저 키(14)가 축방향으로 이동 가능하게 설치되는 설치홈(미도시)이 형성되고, 상기 슬리브(8)에 의해 싱크로나이저 키(14)는 상기 설치홈을 따라 축방향으로 이동된다.
상기 싱크로나이저 링(16)은 내주면에 상기 클러치 기어(12)의 콘부(10)와 원추 클러치로 결합될 수 있도록 경사진 마찰부(16a)가 구비되고, 외주면에는 상기 슬리브(8)와 치합될 수 있도록 기어부(16b)가 형성되며, 일측면에는 상기 설치홈과 대응되도록 3개의 키홈(16c)이 형성된다. 따라서, 상기 슬리브(8)에 의해 이동된 싱크로나이저 키(14)는 상기 키홈(16c)으로 삽입되어 상기 싱크로나이저 링(16)을 클러치 기어(12) 측으로 밀게 되고, 상기 싱크로나이저 링(16)의 마찰부(16a)와 클러치 기어(12)의 콘부(10)가 접촉되면서 마찰 작용된다.
한편, 상기 클러치 기어(12)는 콘부(10)의 반대 측면에 각 변속단을 결정하는 변속 기어(18)가 일체로 형성되고, 상기 변속 기어(18)는 주축(2)상에 항상 공회전되도록 설치된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 수동변속기의 동기장치의 작동에 대해 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 시프트 포크(6)를 통해 변속레버의 조작력이 상기 슬리브(8)에 전달되면, 상기 슬리브(8)는 허브 기어(4)의 외주면을 따라 일방향으로 이동되면서 싱크로나이저 키(14)를 싱크로나이저 링(16)의 키홈(16c)으로 삽입시키게 되고, 상기 싱크로나이저 키(14)에 의해 싱크로나이저 링(16)은 클러치 기어(12)의 콘부(10) 측으로 이동된다.
그리고, 상기 싱크로나이저 키(14)에 의해 싱크로나이저 링(16)과 클러치 기어(12)는 면접촉되면서 마찰이 발생된다. 즉, 상기 싱크로나이저 키(14)의 마찰부(16a)와 클러치 기어의 콘부(10)는 마찰에 의한 클러치 작용에 의해 상기 허브 기어(4)와 변속 기어(18)의 회전 속도차가 상쇄되어 동기화된다.
상기와 같이 허브 기어(4)와 변속 기어(18)가 허용치 이상 동기되면, 상기 슬리브(8)가 더욱 이동되어 상기 클러치 기어(12)에 완전히 치합되므로, 상기 허브 기어(4)와 변속 기어(18)는 기계적으로 동력이 전달된다.
그러나, 종래의 수동변속기의 동기장치는 수동변속기의 동기 작동시 상기 싱크로나이저 링(16)은 고속 회전 및 진동 등으로 인해 상기 허브 기어(4)와 클러치 기어(12) 사이에서 유동되고, 아울러 상기 싱크로나이저 링(16)의 회전축이 주축(2)에 대해 일정 각도 편심되게 상기 싱크로나이저 링(16)이 배치되는 문제점이 있다.
즉, 상기 수동변속기의 동기 작동 초기에는 상기 싱크로나이저 링(16)이 싱크로나이저 키(14)에 의해 상기 클러치 기어(12) 측으로 이동되므로, 상기 싱크로나이저 링(16)의 일측면은 3개의 싱크로나이저 키(14)에 접촉 지지되나, 상기 싱크로나이저 링(16)의 타측면은 클러치 기어(12)의 콘부(10)에 접촉될 때까지 자유로운 상태가 된다. 따라서, 상기 싱크로나이저 링(16)은 유동되면서 타측면 방향으로 기울어져 편심 현상이 발생된다.
상기와 같이 싱크로나이저 링(16)에 유동이 발생되면, 상기 싱크로나이저 링(16)은 허브 기어(4) 및 클러치 기어(12)와 같은 주변 부품과 부딪침이 발생되어 래틀(Rattle) 소음이 발생되고, 아울러 상기 싱크로나이저 링(16)과 주변 부품이 부딪침에 인한 충격으로 파손되는 문제점이 있다.
또한, 상기 싱크로나이저 링(16)이 주축(2)에 대해 편심되게 배치되면, 상기 싱크로나이저 링(16)의 마찰부(16a)가 상기 클러치 기어(12)의 콘부(10)에 선접촉(A)됨으로서, 상기 싱크로나이저 링(16)과 클러치 기어(12)의 선접촉부(A)에는 작용력이 집중됨으로서 마찰부(16a)와 콘부(10)의 마모 및 손상이 극대화되는 문제점이 있다.
특히, 상기 싱크로나이저 링(16)의 기울어짐은 상기 슬리브(8)와의 동기 치합시 불균일한 치합력이 작용되므로, 걸림감이 발생되어 운전자의 변속감이 저하되고, 아울러 오작동에 의한 변속 불량이 발생되어 수동변속기의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수동변속기의 동기 작동시 싱크로나이저 링의 양측단이 지지됨으로서, 상기 싱크로나이저 링의 유동이 방지되고, 상기 싱크로나이저 링이 기울어져 주축에 대해 편심되는 현상이 방지될 수 있는 수동변속기의 동기장치를 제공하는데 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 수동변속기의 동기장치는 주축과 일체로 회전되는 허브 기어와, 상기 허브 기어의 외주에 축방향으로 이동 가능하게 결합된 슬리브와, 상기 허브 기어의 측면에 변속 기어와 일체로 형성된 클러치 기어와, 상기 클러치 기어와 슬리브 사이에 배치되고 상기 슬리브에 의해 이동되어 상기 클러치 기어의 콘부에 내주면이 마찰되는 싱크로나이저 링과, 상기 클러치 기어의 콘부에 원주방향으로 복수개가 설치되어 상기 싱크로나이저 링의 편심을 방지하는 편심방지수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 편심방지수단은 상기 클러치 기어의 콘부에 복수개가 형성된 삽입홈부와, 상기 싱크로나이저 링을 탄성적으로 지지하도록 상기 삽입홈부에 삽입 가능토록 설치된 탄성부재로 구성된다.
상기 삽입홈부는 상기 클러치 기어의 콘부에 원주방향으로 적어도 3개 이상이 동일 간격으로 이격 형성되고, 상기 탄성부재가 완전히 삽입될 수 있는 깊이로 형성된다.
상기 탄성부재는 일단이 상기 싱크로나이저 링에 탄력적으로 접촉되고, 타단이 상기 삽입홈부의 내측에 고정된다.
상기 싱크로나이저 링은 상기 탄성부재의 일단이 접촉되는 부위에 내주면과 다른 각도로 탄성부재 지지부가 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 작동 상태도이다.
본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 엔진으로부터 동력을 전달받아 회전되는 주축(52)과, 상기 주축(52)과 일체로 회전되도록 상기 주축(52)의 외주에 고정된 허브 기어(54)와, 상기 허브 기어(54)의 외주에 스플라인 결합되고 시프트 포크(56)의 작용력에 의해 축방향으로 슬라이딩되면서 도그 클러치 역할을 수행하는 슬리브(58)와, 상기 허브 기어(54)의 양측에 배치되어 상기 슬리브(58)와 선택적으로 치합되고 내측에 콘부(60)가 형성되는 클러치 기어(62)와, 상기 클러치 기어(62)와 허브 기어(54) 사이에 위치되어 상기 슬리브(58)에 의해 이동되는 싱크로나이저 키(64)에 의해 상기 콘부(60)와 마찰되어 동기 작용을 수행하는 싱크로나이저 링(66)과, 상기 클러치 기어(62)의 콘부(60)에 원주방향으로 복수개가 설치되어 상기 싱크로나이저 링(66)의 편심을 방지하는 편심방지수단(70)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 허브 기어(54)의 외주면에는 상기 싱크로나이저 키(64)가 축방향으로 이동 가능하게 설치되는 설치홈(54a)이 형성됨과 아울러 상기 설치홈(54a)은 허브 기어(54)의 외주를 따라 3개소에 동일 간격으로 이격 배치된다. 따라서, 상기 싱크로나이저 키(64)는 설치홈(54a)에 설치되어 상기 허브 기어(54)와 슬리브(58) 사이에 배치되고, 상기 슬리브(58)에 의해 상기 설치홈(54a)을 따라 축방향으로 이동된다.
그리고, 상기 싱크로나이저 링(66)은 내주면에 상기 클러치 기어(62)의 콘부(60)와 원추 클러치로 결합될 수 있도록 경사진 마찰부(66a)가 구비되고, 외주면에는 상기 슬리브(8)와 치합될 수 있도록 기어(66b)가 형성된다.
이와 같은 싱크로나이저 링(66)의 일측면에는 상기 허브 기어(54)의 설치홈(54a)과 대응되는 위치에 3개의 키홈(66c)이 형성되고, 상기 슬리브(8)가 이동됨에 따라 상기 싱크로나이저 키(64)는 상기 키홈(66c)으로 이동된다.
상기 슬리브(58)에 의해 상기 싱크로나이저 키(64)가 싱크로나이저 링(66)의 키홈(66c)에 삽입되면, 상기 싱크로나이저 링(66)은 싱크로나이저 키(64)의 이동력에 의해 상기 클러치 기어(62)의 콘부(60)와 면접촉되고, 상기 싱크로나이저 링(66)의 마찰부(66a)와 클러치 기어(62)의 콘부(60) 사이에는 마찰이 발생된다.
또한, 상기 클러치 기어(62)는 콘부(60)의 반대 측면에 각 변속단을 결정하는 변속 기어(68)가 일체로 형성되고, 상기 변속 기어(68)는 주축(52)상에 항상 공회전되도록 설치된다.
한편, 상기 편심방지수단(70)은 상기 클러치 기어(62)의 콘부(60)에 원주방향으로 복수개가 형성된 삽입홈부(72)와, 상기 삽입홈부(72)에 삽입 가능하게 설치되어 상기 싱크로나이저 키(64)가 접촉되지 않는 싱크로나이저 링(66)의 타측면이 탄성적으로 지지되는 탄성부재(74)로 구성된다.
상기 삽입홈부(72)는 상기 싱크로나이저 링(66)의 마찰부(66a)가 밀착되는 상기 클러치 기어(62)의 콘부(60)에 형성됨과 아울러 상기 콘부(60)의 원주방향으로 복수개가 동일 간격으로 이격된다.
또한, 상기 삽입홈부(72)는 싱크로나이저 링(66)과 클러치 기어(62)가 접촉될 때, 상기 탄성부재(74)에 의해 마찰부(66a)와 콘부(60)가 긁혀 손상되지 않도록 상기 탄성부재(74)가 완전히 삽입되는 깊이로 형성된다.
이와 같은 삽입홈부(72)는 싱크로나이저 링(66)이 탄성부재(74)에 의해 안정적으로 지지될 수 있도록 상기 콘부(60)에 적어도 3개 이상이 형성된다.
상기 탄성부재(74)는 일단이 상기 싱크로나이저 링(66)의 타측면에 접촉되고, 타단이 상기 삽입홈부(72)의 내측에 고정되어 상기 싱크로나이저 링(66)을 탄성적으로 지지하게 된다.
여기서, 상기 탄성부재(74)에 의한 싱크로나이저 링(66)의 마모가 최소화되도록 상기 탄성부재(74)는 윤활성이 우수하고 마찰 계수가 낮은 재질로 형성된 판 스프링이 사용되고, 수동변속기의 변속단이 중립일 경우에도 상기 싱크로나이저 링(66)을 탄지시킴과 동시에 상기 싱크로나이저 키(64)의 작용력에 의해 극복될 수 있도록 형성된다.
한편, 상기 싱크로나이저 링(66)은 탄성부재(74)의 일단에 의해 지지될 수 있도록 탄성부재 지지부(76)가 형성된다. 상기 탄성부재 지지부(76)는 탄성부재(74)의 탄성력이 작용되어 상기 싱크로나이저 링(66)이 지지되는 부분임과, 동시에 상기 삽입홈부(72)로 탄성부재(74)가 삽입되도록 상기 탄성부재(74)에 싱크로나이저 키(64)의 작용력을 전달하는 부분이다.
상기와 같은 탄성부재 지지부(76)는 상기 싱크로나이저 링(66)에 마찰부(66a)와는 다른 각도로 형성되고, 동기 작동시 상기 클러치 기어(62)의 콘부(60)와는 비접촉된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치의 작동 및 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 변속레버의 조작력에 의해 시프트 포크(56)가 축방향으로 이동되면, 상기 시프트 포크(56)와 함께 슬리브(58)가 허브 기어(54)의 외주면을 따라 슬라이딩되고, 상기 슬리브(58)에 의해 싱크로나이저 키(64)는 싱크로나이저 링(66)의 키홈(74)으로 이동 삽입된다.
그리고, 상기 싱크로나이저 키(64)는 싱크로나이저 링(66)의 키홈(74)에 삽입되어 상기 싱크로나이저 링(66)을 클러치 기어(62)의 콘부(60) 측으로 밀게 된다.
이때, 상기 싱크로나이저 링(66)의 일측면은 동일 간격으로 이격된 3개의 싱크로나이저 키(64)에 의해 지지되고, 타측면은 클러치 기어(62)의 콘부(60)에 동일 간격으로 이격되게 설치된 3개의 탄성부재(74)에 의해 탄성적으로 지지되므로, 상기 싱크로나이저 링(66)은 유동이 방지될 뿐만 아니라 상기 싱크로나이저 링(66)의 기울어짐도 방지된다.
즉, 상기 탄성부재(74)에 의해 싱크로나이저 링(66)의 유동이 흡수 및 완충되고, 상기 싱크로나이저 링(66)이 기울어져 편심이 발생되면 탄성력에 의해 원래의 위치로 복원된다.
상기와 같이 싱크로나이저 링(66)은 최적의 위치를 유지하면서 상기 클러치 기어(62)로 접근하게 되면, 상기 싱크로나이저 링(66)의 탄성부재 지지부(76)는 삽입홈부(72)에 상기 탄성부재(74)를 삽입시키게 되고, 상기 싱크로나이저 링(66)의 마찰부(66a)는 상기 클러치 기어(62)의 콘부(60)에 밀착된다.
상기 싱크로나이저 링(66)의 마찰부(66a)가 상기 클러치 기어(62)의 콘부(60)에 밀착되면, 상기 마찰부(66a)와 콘부(60)는 면접촉되면서 마찰 작용에 의해 상기 싱크로나이저 링(66)과 클러치 기어(62)를 동기화시키게 된다.
따라서, 상기 탄성부재(74)의 일단은 상기 마찰부(66a)와 콘부(60)가 완전히 접촉되기 전까지는 상기 탄성부재 지지부(76)에 접촉되어 상기 마찰부(66a)의 손상을 최소화하게 되고, 상기 마찰부(66a)와 콘부(60)가 완전히 밀착되어 마찰 작용이 일어나게 되면 상기 마찰부(66a)와 면접촉되어 상기 마찰부(66a)의 마모를 방지하게 된다.
상기 마찰부(72)와 콘부(60)의 클러치 작용에 의해 상기 싱크로나이저 링(66)과 클러치 기어(62)의 회전 속도차가 상쇄되면, 상기 슬리브(58)가 이동되면서 상기 클러치 기어(62)에 치합되어 상기 허브 기어(54)와 변속 기어(84)는 기계적으로 동력을 전달하게 된다.
이상과 같이 본 발명에 의한 수동변속기의 동기장치를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시예와 도면에 의해 한정되지 않고, 그 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.
즉, 상기 삽입홈부(72)와 탄성부재(74)는 싱크로나이저 링(66)과 접촉되지 않는 콘부(60)의 다른 위치에 형성되거나, 또는 상기 탄성부재(74)로 싱크로나이저 링(66)을 탄성적으로 지지할 수 있는 스프링 또는 신축성 부재가 모두 가능하게 된다.
그리고, 상기 싱크로나이저 링(66)의 탄성부재 지지부(76)도 일정 각도로 경사지게 형성된 경사면 구조 이외에, 상기 싱크로나이저 링(66)에 홈 또는 홀과 같은 다양한 구조로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 수동변속기의 동기장치는 클러치 기어의 콘부에 형성된 복수개의 삽입홈부에 싱크로나이저 링을 탄성적으로 지지하는 탄성부재가 각각 설치됨으로서, 수동변속기의 동기 작동시 상기 싱크로나이저 링의 양측단이 탄성부재와 싱크로나이저 키에 의해 지지되어 상기 싱크로나이저 링의 유동이 방지되고, 상기 싱크로나이저 링의 회전축이 주축에 대해 일정 각도 기울어지는 편심 현상도 방지되는 이점이 있다.
또한, 상기 싱크로나이저 링이 유동되는 현상이 방지되면, 상기 싱크로나이저 링과 주변 부품의 충돌로 인해 발생되는 래틀(Rattle) 소음이 저감되고, 충돌에 따른 충격으로 부품이 파손되는 현상도 방지되는 이점이 있다.
또한, 상기 싱크로나이저 링이 기울어져 편심되는 현상이 방지되면, 수동 변속기의 변속 조작시 상기 싱크로나이저 링의 편심으로 인한 걸림감이 해소되어 변속감이 향상되고, 아울러 오작동으로 인한 변속 불량이 방지되는 이점이 있다.
또한, 상기 싱크로나이저 링은 마찰력이 최대화될 수 있도록 상기 클러치 기어의 콘부에 면접촉됨으로서, 수동변속기의 동기 성능이 향상되고, 특히 종래와 같이 편심된 싱크로나이저 링이 클러치 기어의 콘부에 선접촉되어 집중 하중으로 인한 접촉면의 마모 및 손상이 저감되는 이점이 있다.
또한, 상기와 같이 싱크로나이저 링의 유동으로 인해 래틀 소음 및 부품 파손이 방지됨과 아울러 상기 싱크로나이저 링의 편심 배치로 인해 접촉면의 마모 및 손상이 저감되므로, 수동변속기의 내구성 및 작동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 단면도,
도 2는 종래 기술에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 작동 상태도,
도 3은 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 수동변속기의 동기장치가 도시된 작동 상태도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
52: 주축 54: 허브 기어
56: 시프트 포크 58: 슬리브
60: 콘부 62: 클러치 기어
64: 싱크로나이저 키 66: 싱크로나이저 링
68: 변속 기어 70: 편심방지수단
72: 삽입홈부 74: 탄성부재
76: 탄성부재 지지부

Claims (6)

  1. 주축과 일체로 회전되는 허브 기어와;
    상기 허브 기어의 외주에 축방향으로 이동 가능하게 결합된 슬리브와;
    상기 허브 기어의 측면에 변속 기어와 일체로 형성된 클러치 기어와;
    상기 클러치 기어와 슬리브 사이에 배치되고 상기 슬리브에 의해 이동되어 상기 클러치 기어의 콘부에 내주면이 마찰되는 싱크로나이저 링과;
    상기 클러치 기어의 콘부에 원주방향으로 복수개가 설치되어 상기 싱크로나이저 링의 편심을 방지하는 편심방지수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심방지수단은 상기 클러치 기어의 콘부에 복수개가 형성된 삽입홈부와, 상기 싱크로나이저 링을 탄성적으로 지지하도록 상기 삽입홈부에 삽입 가능토록 설치된 탄성부재로 구성된 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 삽입홈부는 상기 클러치 기어의 콘부에 원주방향으로 적어도 3개 이상이 동일 간격으로 이격 형성된 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 삽입홈부는 상기 탄성부재가 완전히 삽입될 수 있는 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 일단이 상기 싱크로나이저 링에 탄력적으로 접촉되고, 타단이 상기 삽입홈부의 내측에 고정된 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 싱크로나이저 링은 상기 탄성부재의 일단이 접촉되는 부위에 내주면과 다른 각도로 탄성부재 지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 수동변속기의 동기장치.
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WO2018110966A1 (ko) * 2016-12-15 2018-06-21 주식회사 에스 씨디 클러치 및 이를 포함하는 배수 모터

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