KR20080037621A - 동기 링 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 외부 동기 링(13), 중간 링(14), 및 내부 동기 링(15)을 포함하며, 상기 외부 동기 링(13)이 강철 재료로 제조되고, 상기 중간 링(14)이 강철 재료로 제조되며, 상기 내부 동기 링(15)이 구리 재료로 제조된, 기어-시프트 변속기용, 동기 링 조립체에 관한 것이다.

외부 동기 링, 중간 링, 내부 동기 링, 마찰층, 마찰면, 마찰 나사산, 외부 마찰면.

Description

동기 링 조립체{SYNCHRONIZER RING ASSEMBLY}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 기어-시프트 변속기용 동기 링 조립체에 관한 것이다.

기어-시프트 변속기에서의 동기 장치는, 시프트될 기어와 변속기 샤프트 사이의 회전 속도 차를 제거하는 작용을 한다. 높은 마찰 모멘트가 전달될 수 있도록, 동기 장치는 종종 다중 원추형 동기 장치로서 설계된다. 그러한 동기 장치는 기본적으로, 슬라이딩 슬리브, 슬리브 캐리어, 외부 동기 링, 중간 링, 내부 동기 링, 및 기어 휠을 가진다. 이 경우에, 외부 동기 링, 중간 링, 및 내부 동기 링은 동기 링 조립체로서 함께 설계된다.

종래의 기어-시프트 변속기에서, 외부 및 내부 동기 링은 황동 재료로 제조되고, 중간 링은 강철 재료로 제조된다. 그러나, 이렇게 구성된 동기 링 조립체는, 큰 하중을 받을 때 변속기에서 발생하는 큰 변속 조작력과 큰 마찰 하중을 견디기 위해 필요한 강도를 갖지 못한다. 이들 큰 하중은 특히 주로 발생하는 짧은 변속 조작력시간의 결과로서 현대식 자동화된 기어-시프트 변속기에서 발생한다.

그러한 큰 하중을 받는 변속기의 동기 장치용 동기 링이 필요로 하는 강도는, 중간 링에 더하여, 내부 동기 링과 외부 동기 링이 강철로 제조됨으로써 달성 되어 왔다. 그러나, 강철/강철 마찰 쌍(pairing)은 허용 가능한 마찰 작용을 하지 않기 때문에, 추가 마찰층과 짝을 이루는 마찰면 중 적어도 하나에, 예를 들면 용사된 몰리브덴 층, 소결층 또는 탄소 마찰층을 형성할 필요가 있다. 이것은, 비싼 툴을 필요로 하는 강철 동기 링의 복잡한 제조 방법에 대해 추가적 생산 단계를 필요로 한다. 3개의 강철 링을 가진 동기 링 조립체를 사용하면 열 문제가 발생한다. 이것은, 발생하는 큰 마찰 에너지를 열 에너지로 변환시키면 동기 링이 과도하게 가열되기 때문이다. 이것은 특히 내부 동기 링에 적용되는데, 왜냐하면 변속기 오일이 외부 링과 중간 링에 의해 차단되기 때문에 내부 동기 링 주위로 미소한 정도로만 흐르기 때문이다. 따라서, 변속기 오일에 의해 내부 동기 링이 사실상 냉각되지 않는다. 강철의 열전도율이 낮고, 따라서 동기 링에 의한 열전도에 의한 열 보상 역시 무시할 수 있기 때문에, 내부 동기 링에서 발생하는 과열의 경우에 변속기 오일의 분해가 발생할 수 있다. 동기 링 조립체 내부의 고온도 마찰 코팅을 손상시킬 수 있고, 최악의 경우에는, 내부 동기 링을 기어 휠의 접촉면에 용접시킨다.

따라서, 이러한 상황을 인식하여, 본 발명의 목적은, 한편으로는 큰 변속 조작력힘을 발생시키고, 한편으로는 내부 동기 링의 과열을 피하며, 내부 동기 링이 비용면에서 효율적으로 생산될 수 있는, 동기 링 조립체를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 외부 동기 링, 중간 링, 및 내부 동기 링을 포함하며, 외부 동기 링이 강철 재료로 제조되고, 중간 링이 강철 재료로 제조되며, 내부 동기 링이 구리 재료로 제조된, 기어-시프트 변속기용, 동기 링 조립체에 의해 달성된다.

다시 말해서, 중간 링에 더하여, 기어-시프트 변속기용 다중-원추 동기 장치의 외부 동기 링 역시 강철 재료로 제조되고, 반면에 내부 동기 링이 구리 재료로 제조된다.

이러한 방식으로 외부 동기 링이 내부 동기 링과는 다른 재료로 제조되도록 구성된, 동기 링 조립체는 전문가들 사이에서 만연하는 편견을 극복한다. 이것은, 다중-원추 동기 장치의 내부 및 외부 동기 링이 항상 동일한 재료로 구성되어야 한다는 것이 전문가들 사이에 인정되어 왔기 때문이다. 더욱이, 예를 들면 변속 조작력시간이 매우 짧은 근래의 자동화된 기어-시프트 변속기와 같이 큰 하중을 받는 변속기용 재료로서 강철만 사용될 수 있다고 가정되었는데, 왜냐하면, 강철을 사용하여야만 필요한 강도가 얻어질 수 있기 때문이다.

그러나, 놀랍게도, 구리 재료로 만들어진 내부 동기 링과 결합되며 강철로 만들어진 외부 동기 링을 사용하고, 강철로 만들어진 공지된 중간 링이 유지됨으로써, 강철 링만으로 구성된 동기화기 조립체에서의 하중과 동일한 하중만 아니라 더 큰 하중에도 견딜 수 있다는 것이 증명되었다.

큰 하중을 받는 변속기에 사용될 수 있어야 하는 외부 동기 링의 신뢰성 있는 기능을 위해, 이러한 동기 링이 높은 강도, 높은 경도, 및 높은 탄성 계수를 가져, 잠금 치형부의 충분히 높은 내마모성을 확실하게 하기 위해, 작용하는 큰 변속 조작력이 흡수될 수 있는 것이 중요하다.

내부 동기 링에 대해서는, 외부 동기 링과는 대조적으로, 변속 조작력시에 축방향 압력이 압축 하중을 발생시킨다. 마찰 모멘트가 작용하는 결과로서, 인장력은 원주방향에만 발생된다. 따라서, 내부 링에 대해서는 외부 링의 예외적으로 높은 강도는 필요하지 않다. 놀랍게도, 고강도 구리 합금이 내부 동기 링에 대한 이러한 저강도 요구사항을 충족시킬 수 있다는 것이 입증되었다.

또한, 구리 재료는, 이러한 형태의 강철이 갖지 못하는 이로운 성질을 가진다. 따라서, 적절한 구리 재료의 열전도성은 강철의 열전도성에 비하여 현저하게 증가된다. 높은 열전도성의 결과로, 구리 재료는, 내부 동기 링 영역에서의 변속기 오일의 무시할 만한 교환 및 변속기 오일에 의한 열의 부수적인 소량의 방출에도 불구하고, 열전도에 의해 내부 동기 링을 통한 충분한 온도 보상이 발생하는 것을 확실하게 한다. 따라서, 동기화기 장치에서 강철에 의해 주어지는 내부 동기 링에 대한 상술한 역효과가 회피될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 내부 동기 링이 특수 황동 합금, 알루미늄/청동 합금, 구리/니켈 합금, 또는 구리/코발트 합금으로 제조된다.

이들 합금 형태는, 양호한 열전도성에 더하여, 고강도 및 높은 내마모성을 가진 구리 재료이다.

동시에, 상술한 구리 합금은, 단조에 의해 이러한 유형의 구리 합금으로부터, 비교적 적은 양으로도, 내부 동기 링이 비용면에서 효율적이고 경제적으로 생산될 수 있다는 이점을 제공한다.

다른 실시예에서, 내부 동기 링이, 마찰층을 가지지 않도록 설계된 하나 이상의 마찰면을 가진다.

구리 재료의 상술한 이로운 재료 성질에 더하여, 구리 재료들은 또한 높은 내마모성과 함께 매우 양호한 마찰 성질을 가진다. 따라서, 바람직하게는, 지금까지 사용된 강철로 만들어진 내부 동기 링과는 대조적으로, 많은 경우에, 내부 동기 링의 하나 이상의 마찰면에 추가 마찰층을 적용하지 않아도 되어, 그 결과, 생산이 더욱 간단하고 비용면에서 더욱 효율적이다.

또 다른 실시예에서, 내부 동기화기는, 마찰 나사산 또는 마찰층을 갖도록 설계된 외부 마찰면을 가진다.

이중 동기화에서, 내부 동기 링은 기어 휠에 마찰 가능하게 연결되고, 따라서, 외부 마찰면만 마찰 나사산 또는 마찰층을 갖도록 설계된다.

바람직하게는 나사산 방식으로 배치된 홈을 뜻하는 것으로 이해되는 마찰 나사산 또는 마찰층의 선택적 응용으로 인하여, 마찰 상대 부재(friction partners)의 특별한 요구사항을 충족시키거나 실제 마찰 상태를 설정하고, 따라서, 마찰 상대 부재를 서로 최적하게 연관시킬 수 있다.

바람직하게는, 내부 동기 링이, 마찰 나사산 또는 마찰층을 가진 외부 및 내부 마찰면을 갖도록 설계될 수 있다.

3중 동기화에서, 내부 동기 링은 또한 기어 휠에 마찰 가능하게 연결되고, 따라서, 내부 및 외부 마찰면이 모두 마찰 나사산 또는 마찰층을 갖도록 설계된다. 마찰 나사산 또는 마찰층의 선택적 응용으로 인해, 마찰 상대 부재(friction partners)의 특별한 요구사항을 충족시키거나 실제 마찰 상태를 설정하고, 따라서, 마찰 상대 부재를 서로 최적하게 연관시킬 수 있다.

예시적 실시예가 다음의 설명 및 도면에 의해 더욱 상세히 설명된다.

도 1은 다중 동기 장치의 분해도이다.

도 2는 결합된 동기 링 조립체를 도시하는 도면이다.

도 3은 동기 링 조립체의 단면도이다.

도 1은 동기 장치의 주요 부분을 분해도로서 도시하고 있다. 주요 부분들은 슬라이딩 슬리브(11), 허브 또는 슬리브 캐리어(12), 외부 동기 링(13), 중간 링(14), 내부 동기 링(15), 및 기어 휠 또는 루스 휠(loose wheel)(16)이다. 동기화 작동 동안에 인장력이 작용하는 잠금 치형부(17)는 외부 링(13)에 위치된다. 이와는 대조적으로, 내부 링(15)은 잠금 치형부 없이 설계된다. 동기화 작동 동안에, 즉, 장착된 상태에서, 동기 장치(10)의 부품(11 내지 16)은 서로 위에 눌려진다. 중간 링(14) 및 외부 링(13)은 내부 링(15) 위에 눌려지고 대체로 내부 링(15)을 둘러싼다. 이렇게 둘러싼 결과, 내부 링(15)의 표면에서의 변속기 오일의 교환은 가능한 한 배제된다. 따라서, 내부 링(15)이 본 출원에서 청구하는 바와 같이 구리로 제조되지 않고 강철로 제조되는 한, 열이 축적되지만, 내부 링(15)이 구리로 제조되면, 내부 링(15)의 표면으로부터 발생되는 열을 동기 링을 통해 동기 링의 우수한 열 전도성에 의해 방출한다.

도 2는, 3중 동기화를 위해 외부 동기 링(13), 중간 링(14), 및 내부 동기 링(15)으로 구성되는 조립된 동기화기 조립체의 3차원 사시도이다.

도 3은, 3중 동기화를 위해 외부 동기 링(13), 중간 링(14), 및 내부 동기 링(15)으로 구성되는 조립된 동기 링 조립체의 단면도이다. 외부 동기 링(13)의 마찰면(20)은 중간 링(14)의 일면과 함께 마찰 쌍을 형성한다. 중간 링(14)의 다른 면은 내부 링(15)의 외부 마찰면(19)과 함께 마찰 쌍을 형성한다. 내부 링(15)의 내부 마찰면(18)은 기어 휠(16)과 함께 마찰 쌍을 형성한다. 도 3은, 조립된 상태에서의 갇혀진 상태, 및 변속기 오일이 교환될 가능성이 매우 제한된 것을 명백하게 도시한다.

2중 동기화의 경우에, 내부 링(15)의 내부 마찰면(18)과 기어 휠(16)로 구성되는 마찰 쌍은 없다.

표 1은 알루미늄/청동 합금, 구리/니켈 합금, 구리/코발트 합금 및 특수 황동와 같은 몇 가지 예시적 합금에 대한 열전도도 및 강도의 값을 표시한다.

합금	열전도성 (W/mK)	인장 강도 Rm (N/mm2)
CuAl8Fe3	90	700
CuNi2Si	160	500
CuCo2Be	220	650
CuZn31Ni7Al4Si2Fe	70	830

현재의 동기 링 강철의 열전도도는 대략 40 W/mK보다 작거나 같다.

Claims (5)

1. 외부 동기 링(13), 중간 링(14), 및 내부 동기 링(15)을 포함하는 기어시프트 변속기용 동기 조립체에 있어서,

   상기 외부 동기 링(13)이 강철 재료로 제조되고,

   상기 중간 링(14)이 강철 재료로 제조되며,

   상기 내부 동기 링(15)이 구리 재료로 제조된

   동기 링 조립체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내부 동기 링(15)이 특수 황동 합금, 알루미늄/청동 합금, 구리/니켈 합금, 또는 구리/코발트 합금으로 제조된, 동기 링 조립체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 내부 동기 링(15)이, 마찰층을 가지지 않도록 설계된 하나 이상의 마찰면을 가진, 동기 링 조립체.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 내부 동기 링(15)이, 마찰 나사산 또는 마찰층을 가지도록 설계된 외부 마찰면을 가진, 동기 링 조립체.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 내부 동기 링(15)이 마찰 나사산 또는 마찰층을 가지도록 설계된 외부 마찰면 및 내부 마찰면을 가진, 동기 링 조립체.

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