KR20080012355A

KR20080012355A - 수동 나선형 유성 변속기 및 상기 변속기를 포함하는차량용 파워 분배기

Info

Publication number: KR20080012355A
Application number: KR1020077029011A
Authority: KR
Inventors: 루돌프 글라스네르
Original assignee: 마그나 파워트레인 아게 운트 코 카게
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2008-02-11
Also published as: EP1882115B1; EP1882115A1; AT9289U1; RU2007146709A; US7775932B2; US20090013809A1; WO2006122753A1; RU2392516C2; DE502006001844D1

Abstract

본 발명의 수동 나선형 유성 변속기는 하우징(1), 태양 기어(17), 나선형 유성 기어(18)를 가진 유성 캐리어(16), 및 하우징(1) 또는 유성 캐리어(16)에 선택적으로 결합될 수 있는 축방향으로 이동 가능한 링 기어(19)를 포함한다. 본 발명의 목적은 기어를 잠그기 위한 컴팩트하고 생산하기 쉬운 해결 방안을 제공하는 것이다. 이러한 목적을 위해서, 제1 톱니 결합 치형부(50)가 링 기어(19)의 전방부의 양쪽 면에 형성되고, 서서히 경사진 제1 프로파일(51)을 가진다. 하우징(1) 및 유성 캐리어(16)에 형성된 제2 톱니 결합 치형부(57)는 서서히 경사진 프로파일(67)을 가지며, 제1 결합 치형부(50)에 들어맞는다. 각각의 기어에서, 링 기어(19)에 작용하는 원주방향 힘은, 하우징(1) 또는 유성 캐리어(16)에서 제1 결합 치형부(50)의 서서히 경사진 제1 프로파일(51)을 제2 결합 치형부(57)의 서서히 경사진 제1 프로파일(67)에 대해 강압하여, 링 기어(19)를 각각의 결합 위치에 마찰에 의해 유지시킨다.

하우징, 태양 기어, 나선형 유성 기어, 유성 캐리어, 환형 기어, 제1 결합 치형부, 제1 플랭크, 제2 결합 치형부.

Description

수동 나선형 유성 변속기 및 상기 변속기를 포함하는 차량용 파워 분배기{MANUAL HELICAL PLANETARY TRANSMISSION AND POWER DIVIDER FOR MOTOR VEHICLES COMPRISING SAID TRANSMISSION}

본 발명은 하우징, 태양 기어, 나선형 유성 기어를 가진 유성 캐리어, 및 하우징 또는 수동 나선형 유성 변속기의 다른 2개의 부재 중 하나, 특히 유성 캐리어에 선택적으로 결합될 수 있는 축방향으로 이동 가능한 환형 기어로 구성된 수동 나선형 유성 변속기에 관한 것이다.

이러한 방식에서, 차량에 사용될 때, 예를 들면 로드(road) 기어와 오프로드(offroad) 기어 사이에서 선택이 이루어진다. 그러나, 그것은 유틸리티 차량 변속기의 종료 스테이지에서는 문제가 될 수 있다. 소음 발생의 이유로 나선형 변속기가 바람직하다. 그러나, 나선형 변속기는, 나선형 치형부로 인해 발생하는 축방향 힘이 지지되어야 한다는 단점을 가진다. 이것은 유성 기어에 적절한 베어링을 통해 일어날 수 있다. 비수동(non-manual) 유성 변속기에서, 인접한 샤프트의 베어링을 통해 제거가 발생된다.

수동 유성 변속기에 대해 두 가지 가능성이 있다. 하나는, 환형 기어가 이동 불가하고, 이동 가능한 선택기 슬리브에 의해 둘러싸이는 것이다. 이때, 환형 기어는 축방향으로 지지되어야 하는데, 그것은 직경이 크기 때문에 가능하지 않다. 다른 하나는, 환형 기어 자체가 이동 가능한 것인데, 이것은 또한 구성 공간 및 비용을 절약한다. 그러나, 이때 환형 기어는 각각의 시프팅 위치에서 축방향으로 고정되어야 한다.

EP 916 872 B1으로부터, 나선형 환형 기어를 축방향으로 동일하게 잠그기 위해, 대응하는 고정 치형부와 함께 작용하는 고정 치형부로서 나선형 치형부를 사용하는 것이 공지되어 있다. 나선형 치형부에 작용하는 원주방향 힘은, 환형 기어에 작용하는 축방향 힘에 대해 반대인 축방향 힘을 고정 치형부에 발생시킨다. 축방향으로 구성 공간을 필요로 한다는 것은 여기에서 단점이 된다. 또한, 고정 치형부는 생산하기 복잡하고 및/또는 비싸며, 동기화는 수용하기 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은, 구성 공간(construction space)이 작고, 생산하기에 간단하며, 설계 자유도를 덜 제한하고, 모든 기능적 수요를 충족시키는, 일반적 유성 변속기의 잠금 장치(locking arrangement)를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 이러한 목적은 청구범위 제1항의 특징부 a) 내지 c)에 의해 달성된다. EP 916 872 B1과는 다르게, 나선형 치형부에 작용하는 원주 방향 힘은 결합 치형부로 통과되고, 결합 치형부는, 서서히 상승하는 제1 플랭크들(flanks)의 상호작용으로 인해 축에 대해 직각인 평면에 힘을 발생시킨다. 제1 플랭크들에 작용하는 이러한 직각 방향의 힘은 원주방향 힘에 비례하여 제1 플랭크들을 마찰 전달 연결시킨다. 이러한 마찰 연결 전달은, 나선형 치형부로부터 발생하는 축방향 힘에 의한 환형 기어의 이동을 방지한다. 플랭크는 축방향으로 향하기 때문에, 환형 기어는 정지시에도 용이하게 각각의 시프트 위치로 올 수 있다.

수동 나선형 유성 변속기의 다른 2개의 부재 중 하나가, 축방향으로 이동 가능한 환형 기어에 결합될 수 있는 위성 캐리어일 때, 특히 바람직한 구성 상태가 적용된다(청구항 2).

역으로도 가능하지만, 바람직하게는, 제1 결합 치형부가 안쪽으로 돌출되고, 제2 결합 치형부는 바깥쪽으로 돌출되며(청구항 3), 제1 및 제2 결합 치형부의 피치 원이 환형 기어의 러닝(running) 치형부의 피치 원보다 큰 반경을 가진다(청구항 4). 상기 두 가지 사실은, 결합 치형부를 지지하는 2개의 부품의 처리를 단순화하고, 궁극적으로는 구성 공간을 절약한다.

바람직한 실시예에서, 피치 원에 대한 접선에 대한 서서히 상승하는 플랭크의 경사각은 25 내지 30도이고, 러닝 치형부의 나선각은 11도이다(청구항 5). 결합 치형부가 장착된 부품의 원주를 사용하기 위해, 제1 및 제2 결합 치형부에서, 급격히 하강하는 제2 플랭크가 서서히 상승하는 플랭크의 뒤에 있다(청구항 6). 급격히 하강하는 플랭크의 경사각이 45 내지 62도이다(청구항 7). 나선형 치형부로 인해서, 본 발명에 따른 효과는 일 회전 방향에서만 필요하고, 반대 회전 방향에서는, 상대 회전하지 않는 부품에 대해 환형 기어가 눌려진다.

본 발명을 더 한정하면, 제1 및 제2 결합 치형부가 (원주방향 단면에서의) 단부면에 지붕 모양의 경계면을 가지며(청구항 8), 플랭크들이, 1 내지 5도의 각도를 가진 언더컷(undercut)을 가진다. 전자의 경우는 제1 결합 치형부가 제2 결합 치형부로 들어가는 것을 용이하게 한다. 후자의 경우에서, 상기 언더컷은 강한 충격을 받았을 때 기어가 튀어나오는 것을 추가로 방지한다.

함께 작용하는 결합 치형부들의 제1 플랭크들을 더 여유 있게 하기 위해, 제1 플랭크들은 축에 대해 직각인 단면에서 약간 볼록 또는 오목하게 될 수 있다(청구항 10 및 청구항 11).

축에 대해 직각인 단면에서 하우징 및 상기 유성 캐리어 둘레 전체에 톱니의 형태로 형성된 제2 결합 치형부가 톱니 링에 형성된다(청구항 12). 이것은 변속기 하우징에서 처리 및 설치를 용이하게 하며, 링은 공통 부품으로 될 수 있다.

본 발명은 또한, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 수동 나선형 유성 변속기를 포함하고, 태양 기어를 통해서 구동되고, 유성 캐리어를 통해서 출력되며, 톱니의 형태의 제2 결합 치형부가 로드(road) 기어를 제공하기 위해 유성 캐리어에 부착되고, 오프로드(offroad) 기어를 제공하기 위해 하우징에 부착된, 트랜스퍼 케이스에 관한 것이다(청구항 13).

도 1은 본 발명에 따른 유성 변속기를 가진 트랜스퍼 케이스(transfer case)의 길이방향 단면도이다.

도 2는 도 1의 AA 선에 따른 단면도이다.

도 3은 도 2의 X 부분의 상세도이다.

도 4는 도 1의 IV 부분의 상세도이다.

도 5는 도 4의 화살표 A 방향으로 본 도면이다.

도 6은 도 5의 화살표 C 방향으로 본 도면이다.

도 7은 도 4의 화살표 B 방향으로 본 도면이다.

도 1에서, 트랜스퍼 케이스의 하우징은 도면 부호 1로 표시되고, 차량의 도시되지 않은 구동 유닛으로부터 연장되는 입력 샤프트는 도면 부호 2로 표시되며, 후방 굴대에 구동 방향으로 연결되는 제1 출력 샤프트는 도면 부호 3으로 표시되고, 도시되지 않은 전방 굴대에 구동 방향으로 연결되는 제2 출력 샤프트는 도면 부호 4로 표시된다. 제2 출력 샤프트는, 제1 톱니 벨트 기어(5)에 의해, 입력 샤프트(2) 아래에서 전방 굴대를 구동시키기 위한 출력 샤프트(7)에 놓인 제2 톱니 벨트 기어(6)를 구동시킨다.

도면 부호 10으로 표시된 차동 변속기는 토크를 2개의 출력 샤프트(3, 4)로 전달하기 위해 설치된다. 또한, 제어 유닛(11)은 차동 기어(10) 아래에 설치되고, 잠금 클러치(12)는 차동 기어(10)의 잠금을 위해 설치된다. 도시된 실시예에서, 잠금 클러치는 차동 기어(10)와 결합된다. 그러나, 잠금 클러치는 트랜스퍼 케이스 또는 구동 트레인 내의 다른 곳에 별도로 배치될 수도 있다. 차동 기어 자체는 본 발명의 골조 내에서 매우 다르게 이루어질 수 있다.

도 1 및 도 2에서, 차동 기어의 예 및 특수 디자인을 인식할 수 있다. 입력 샤프트(2)에 대해 회전 가능하게 고정 연결되는 태양 기어(17), 차동 하우징(16) 내에 회전 가능하게 지지되며 오프로드(offroad)(일반 도로 밖에서 사용되는) 기어비를 가진 유성 기어(18), 및 제1 밸런스 기어(21) 및 제2 밸런스 기어(22)는, 여 기에서 유성 캐리어로서 작용하는 차동 하우징(16)의 내부에 위치된다. 제1 밸런스 기어(21)는 제1 출력 샤프트(3)에 회전 가능하게 고정 연결되고, 제2 밸런스 기어(22)는 제2 출력 샤프트(4)에 회전 불가하게 연결된다. 차동 하우징(16)은, 축방향으로 이동 가능하고 오프로드 기어 내의 차동 하우징(16)에 회전 가능하게 고정 연결되는 환형 기어(19)에 의해 둘러싸인다. 차동 기어(10)의 이러한 특정 실시예는 오스트리아 특허 405 157의 주제이며, 그 구성 및 작동 방식이 상기 특허에 더 상세히 설명되었다.

잠금 클러치(12) 역시 도 1에 도시되었다. 잠금 클러치(12)는, 차동 하우징(16)에 고정 연결되거나 차동 하우징(16)과 일체로 된 클러치 하우징(26), 제2 출력 샤프트(4)에 회전 불가하게 연결되는 내부 결합부(27), 디스크 재킷(28), 및 복원 스프링(30)에 의해 개방 방향으로 작동되는 압력 플레이트(29)로 구성된다. 2개의 링(31, 32)은 압력 플레이트(29)와 제2 출력 플레이트, 여기에서는 특히 제2 출력 플레이트에 놓인 제2 톱니 벨트 기어(5) 사이에 배치된다. 볼들(33)이 이들 링(31, 32)들 사이의 대응하는 원주방향 홈에 위치된다. 이들 원주방향 홈은 링 중 하나 또는 둘 다에 램프(ramp)로서 형성되어, 2개의 링의 서로에 대한 상대 회전 시에, 램프 상에서 작동되는 볼들에 의해 축방향 힘이 발생된다. 2개의 링(31, 32)은 클러치가 작동되지 않을 때 완전히 정지된다. 따라서, 링(31, 32)은 모두 회전 분리를 위해 니들 베어링(34)에 지지된다. 제1 링(31)은 제1 램프 레버(35)를 가지며, 제2 링(32)은 제2 램프 레버(36)를 가지고, 제1 램프 레버(35)와 제2 램프 레버(36)는 일 단부에서 링에 고정 연결되며, 하향 돌출되고, 자유 단부(37, 38)에 롤(39)을 가진다. 회전 가능 제어 캠(40)은 2개의 롤(39) 사이에 위치된다. 이 제어 캠의 회전 시에, 롤(39)은 이동되어 분리되고, 링(31, 32)은, 가위와 같은 방식으로 이동되는 램프 레버(35, 36)를 통해 서로에 대해 회전된다. 차동 기어(10)는 오프로드 기어를 형성하기 위해 이 실시예에서 유성 변속기와 구조적으로 결합되지만, 본 발명에서 오프로드 기어는 중요하지 않다.

본 발명은, 실질적으로 태양 기어(17), 유성 기어(18)를 가진 유성 캐리어(16, 16'), 및 환형 기어(19)(또한 도 2 참조)로 구성되는 유성 변속기에만 관련된다. 기어(17, 18, 19)는 나선형이고, 환형 기어(19)는 축방향으로, 로드(road) 기어에서는 좌측으로, 오프로드 기어에서는 우측으로 이동될 수 있다.

환형 기어(19)는, 도 2에 도시된 시프트 포크의 결합을 위한 원주방향 홈(41)을 가지며, 시프트 포크에 의해 환형 기어(19)가 한 가지 시프트 위치 또는 다른 시프트 위치로 밀려지고, 도 1에서는 중립 위치에 있다. 나선형 치형부에 의해 발생되는 축방향 힘에 대하여 각각의 시프트 위치에 환형 기어(19)를 고정시키기 위해, 결합 치형부(43, 43')가 환형 기어의 양쪽 단부면에 형성된다. 결합 치형부(43, 43')는 환형 기어(19)의 둘레 전체에 형성되고 안쪽으로 연장되어, 내부 기어의 형태이다. 결합 치형부(43, 43')는 러닝(running) 치형부(42)의 반경보다 큰 반경(44)에 배치된다. 톱니 링이 도면에서 환형 기어(19)의 우측에서 하우징(1)에 고정, 예를 들면 압입된다. 톱니 링(46')은 마찬가지로 유성 캐리어(16')의 좌측에 고정 연결된다. 2개의 톱니 링(46, 46')은, 마찬가지로 각각의 결합 치형부(43, 43')와 함께 작동하는 결합 치형부(47, 47')를 가진다. 결합 치형부(43, 43' 및 47, 47')는 다음과 같이 이루어지며, 특히 본 발명에 따라 설계된다.

결합 치형부(43, 47)는 도 2에서 더욱 양호하게 볼 수 있고, 도 3에서 더 크게 도시되었으며, 도 2에서는 점선으로 도시되었고, 도 3에서는 실선으로 결합 치형부(43', 47')로서 도시되었다. 양쪽의 결합 치형부는 동일하고 서로에 대해 거울의 상처럼 반전된다. 따라서, 결합 치형부(43, 47)에 대해서면 설명한다. 결합 치형부(43)의 안쪽으로 향한 결합 치형부(50)는 축에 대해 직각인 단면에서 톱니 형상을 가지며, 1개의 서서히 상승하는 플랭크(flank)(51) 및 1개의 급격히 하강하는 플랭크(52)로 구성된다. 서서히 상승하는 플랭크(51)는 피치 원에 대한 접선에 대해 약 25 내지 30도의 각도(53)를 가지며, 급격히 하강하는 플랭크(52)는 약 45 내지 62도의 각도(54)를 가진다. 톱니 링(46)의 바깥쪽으로 향한 결합 치형부(57)는 동일한 윤곽을 가지며, 서서히 상승하는 플랭크(67) 및 급격히 하강하는 플랭크(68)를 가진다.

원주방향 힘(도 3)이 환형 기어(19)에 반시계 방향으로 작용하면, 결합 치형부(50, 57)의 서서히 상승하는 플랭크들(51)은 서로에 대해 눌려진다. 비교적 날카로운 예각(53)으로 인해, 면을 누르는 힘이 매우 크게 되어, 하우징에 고정된 톱니 링(46)에 환형 기어(19)를 고정시키는 마찰 전달 연결이 이루어진다. 엔진 제동시의 개방 스러스트 작동에서, 축방향 힘이 반대 방향으로 작용하고, 환형 기어(19)는 그 단부면(58)이 톱니 링(46)과 접촉한 상태에서 톱니 링(46)에 대해 눌려진다. 따라서, 환형 기어(19)는 결합된 위치에 유지된다. 로드 기어에서, 환형 기어(19)는 좌측에서 그 결합 치형부(43')가 톱니 링(46')의 결합 치형부(47')와 맞물린다. 이 경우에, 토크는 반대 방향으로 작용하기 때문에, 결합 치형부(43', 47')는 이쪽에서 거울의 상처럼 반전된다. 이것은, 또한, 톱니 링(46')이 다른 쪽의 톱니 링(46)과 동일한 구조를 가질 수 있다는 것을 뜻한다.

도 4, 도 5 및 도 7은 결합 치형부(50, 57)를 상세히 도시한다. 2개의 플랭크(51, 52)는, 유성 변속기의 회전축에 대해 평행한 선(64)에서 교차된다. 결합 치형부(50)는, 그 단부면에서, 결합 시에 맞물리지 않는 위치(out of mesh position)에 있게 되는 것을 방지하는 경사진 지붕 형상의 표면(60, 61)을 가진다. 플랭크(51, 52)는 기본적으로 평평한 면이지만, 서서히 상승하는 플랭크(51)는 도 5에서 알 수 있듯이 오목 또는 볼록일 수 있다. 그러나, 결합 치형부(43)의 결합 치형부(50)는 오목 플랭크로 이루어지며, 결합 치형부(47)의 결합 치형부(57)는 볼록 플랭크(51, 52)로 이루어진다.

마지막으로, 도 6은 결합 치형부(50, 57) 역시 언더컷 될 수 있다는 것을 보여준다. 언더컷 각도(63)는 단지 몇도, 예를 들면 2도이면 된다.

Claims

수동 나선형 유성 변속기에 있어서,

하우징(1),

태양 기어(17),

나선형 유성 기어(18)를 가진 유성 캐리어(16), 및

상기 하우징(1) 또는 상기 유성 변속기의 다른 2개의 부재(16, 17) 중 하나에 선택적으로 결합될 수 있는 축방향으로 이동 가능한 환형 기어(19)

를 포함하며,

a) 제1 결합 치형부(50)가 상기 환형 기어(19)의 단부면의 둘레 전체에 걸쳐 양쪽에 배치되고, 축에 대해 직각인 단면에서 톱니 형상을 가지며, 축방향으로 향하고, 서서히 상승하는 제1 플랭크(51)를 가지며,

b) 제2 결합 치형부(57, 57')는 상기 하우징(1)과, 상기 유성 변속기의 다른 2개의 부재(16, 17) 중 하나에 모두 배치되고, 상기 축에 대해 직각인 단면에서 둘레 전체에 걸쳐 톱니 형상을 가지며, 축방향으로 향하고, 서서히 상승하는 제1 플랭크를 가지며, 상기 제1 결합 치형부(50)의 갭에 들어맞아,

c) 각각의 시프트 비(shift ratio)에서, 상기 환형 기어(19)에 작용하는 원주방향 힘은, 상기 하우징(1) 또는 상기 유성 캐리어(16)에서 상기 제1 결합 치형부의 상기 서서히 상승하는 제1 플랭크들(51)을 상기 제2 결합 치형부(57)의 상기 서서히 상승하는 제1 플랭크들(67)에 대해 눌러, 상기 환형 기어(19)를 각각의 결 합 위치에 고정시키는,

수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 수동 나선형 유성 변속기의 다른 2개의 부재 중 하나는 축방향으로 이동 가능한 상기 환형 기어(19)에 결합될 수 있는, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 제1 결합 치형부(50)는 안쪽으로 돌출되고, 상기 제2 결합 치형부(57)는 바깥쪽으로 돌출되는, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 제1 결합 치형부(50) 및 제2 결합 치형부(57)의 피치 원이 상기 환형 기어(19)의 러닝(running) 치형부(42)의 피치 원보다 큰 반경(44)을 가지는, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 서서히 상승하는 플랭크(51, 67)의 경사각(53)은 25 내지 30도이고, 상기 러닝 치형부(42)의 나선각은 9 내지 12도인, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 제1 결합 치형부(50) 및 제2 결합 치형부(57)가, 상기 서서히 상승하는 제1 플랭크(51, 67) 뒤에 있는 급격히 하강하는 제2 플랭크(52, 68)를 가진, 수동 나선형 유성 변속기.
제6항에 있어서,

상기 급격히 하강하는 제2 플랭크의 경사각(54)이 45 내지 62도인, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 제1 결합 치형부(50) 및 제2 결합 치형부(57)가 단부면에 지붕 모양의 경계면(60, 61)을 가진, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 서서히 상승하는 제1 플랭크(51, 67) 및 급격히 하강하는 제2 플랭크가, 1 내지 5도의 각도(63)를 가진 언더컷(undercut)을 가진, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 축에 대해 직각인 상기 단면에서, 상기 제1 결합 치형부(50)의 상기 서 서히 상승하는 제1 플랭크(51)는 볼록하고, 상기 제2 결합 치형부(57)의 상기 서서히 상승하는 제1 플랭크(67)는 오목한, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 축에 대해 직각인 상기 단면에서, 상기 제1 결합 치형부(50)의 상기 서서히 상승하는 제1 플랭크(51)는 오목하고, 상기 제2 결합 치형부(57)의 상기 서서히 상승하는 제1 플랭크(67)는 볼록한, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항에 있어서,

상기 축에 대해 직각인 상기 단면에서 상기 하우징(1) 및 상기 유성 캐리어(16) 둘레 전체에 톱니의 형태로 형성된 상기 제2 결합 치형부가 톱니 링(46, 46')에 형성된, 수동 나선형 유성 변속기.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 수동 나선형 유성 변속기를 포함하고,

상기 태양 기어(17)와, 상기 유성 캐리어(16)를 통한 출력 구동을 통해 구동이 발생하며,

톱니의 형태로 만들어진 상기 제2 결합 치형부(57)가 로드(road) 기어를 제공하기 위해 상기 유성 캐리어(16)에 부착되고, 오프로드(offroad) 기어를 제공하기 위해 상기 하우징(1)에 부착된,

전달 케이스.