KR20110009121A

KR20110009121A - 볼록한 풀리 쉬브와 구동 벨트를 갖는 트랜스미션

Info

Publication number: KR20110009121A
Application number: KR1020107024501A
Authority: KR
Inventors: 데르 리스트 아르얀 반
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2011-01-27
Also published as: EP2274538B1; US20110098144A1; CN102099601B; EP2274538A2; NL1035388C2; US8491426B2; WO2009134122A2; CN102099601A; WO2009134122A3

Abstract

본 발명은, 구동 풀리(1)와, 둘레에 구동 벨트(3)가 배열되는 피동 풀리(2)를 구비한 자동차용 연속 가변 트랜스미션에 관한 것이며, 적어도 트랜스미션이 작동할 시 구동 벨트(3)는 2개의 풀리(1, 2)의 2개의 실질적으로 원추형인 풀리 쉬브들(4, 5) 사이에 클램핑된다. 중심 풀리 축(9)을 포함하는 단면에서 구동 풀리(1)의 풀리 쉬브(4, 5)의 원추면(10)은 반경방향 외향 방향으로 감소하는 곡률 반경(R10)을 갖는 볼록한 곡선을 구비하고, 중심 풀리 축(9)을 포함하는 단면에서 피동 풀리(2)의 풀리 쉬브(4, 5)의 원추면(10)은 반경방향 외향 방향으로 증가하는 곡률 반경(R10)을 갖는 볼록한 곡선을 구비한다.

Description

볼록한 풀리 쉬브와 구동 벨트를 갖는 트랜스미션{TRANSMISSION WITH CONVEX PULLEY SHEAVES AND A DRIVE BELT}

본 발명은 이하의 청구항 제1항의 전제부에 설명된 바와 같이 볼록한 원추형 풀리 쉬브(convex conical pulley sheave)를 갖는 풀리와 구동 벨트 및/또는 체인을 구비한 연속 가변 트랜스미션(continuously variable transmission)에 관한 것이다.

이러한 종류의 트랜스미션의 구조와 작동은 일반적으로 공지되어 있고, 예를 들어, 네델란드 특허 공보 제1024918호에 설명되어 있으며, 이 또한 구동 벨트의 공지의 형태 중 하나를 제시한다. 제시된 구동 벨트는 일반적으로 반 도른 푸쉬 벨트(Van Doorne push belt)로 알려져 있으며, 예를 들어, 특허 공보 제WO-A-2006/049493호에 더 상세히 설명된다. 공지의 푸쉬 벨트는 일련의 소위 횡방향 요소(transverse element)와 2개의 연속된 또는 환형의 인장 요소(tensioning element)를 포함하며, 횡방향 요소는 인장 요소의 주연을 따라 변위가능하도록 푸쉬 벨트 내에 수용된다. 공지의 푸쉬 벨트는 다수의 상기 횡방향 요소를 포함하며, 횡방향 요소는 적어도 사실상 인장 요소의 전체 원주가 채워지게(filled) 하여, 작동 중에 풀리의 풀리 쉬브에 의해 구동 벨트 상에 가해진 클램핑력(clamping force) 또는 핀칭력(pinching force)이 다수의 횡방향 요소들에 걸쳐 대체로 균일하게 분포된다.

특히, 개개의 횡방향 요소는 대체로 사다리꼴의 몸체 부분과 대체로 화살촉 형상인 헤드 부분을 포함하며, 이러한 2 부분은 횡방향 요소의 비교적 좁은 목 부분에 의해 서로에게 연결된다. 서로에 대해 예각으로 배향된 몸체 부분의 측방향 측부는 이러한 경우에 트랜스미션의 구동 및 피동 풀리의 원추형 풀리 쉬브와 (마찰) 접촉하기 위한 접촉면을 구비하며, 몸체 부분의 반경방향 외향으로 배향된 측부의 부분, 즉, 헤드 부분의 방향으로 배향된 측부는 푸쉬 벨트의 인장 요소를 위한 지지면을 형성한다. 횡방향 요소의 헤드 부분은 인장 요소의 반경방향 외측에 위치되고 그것을 상기 방향으로 보유하며, 목 부분은 인장 요소의 레벨에 위치된다. 개개의 인장 요소는 다수의 안착된 편평하고 비교적 얇은 금속 링에 의해 형성된다.

트랜스미션에서 각 경우에 풀리의 2개의 풀리 쉬브들 중 하나는 풀리 차축에 고정식으로 연결되며, 다른 풀리 쉬브는 축방향으로 변위가능하도록 풀리 차축 상에 제공된다. 이러한 경우에, 풀리 쉬브들 사이의 축방향 거리는 각각의 풀리의 위치에서 구동 벨트의 반경방향 위치 또는 활주 반경(running radius)을 결정하고, 2개의 풀리의 위치에서 구동 벨트의 각각의 활주 반경들 사이의 비는 트랜스미션의 트랜스미션 비를 결정한다.

원호 또는 볼록한 형상의 트랜스미션의 풀리 쉬브의 원추면을 설계하는 것이 공지되어 있다. 이러한 분야에서 아치형(arcuate) 또는 볼록한(convex)이라는 용어는, 통상 본 형태의 트랜스미션과 함께 사용되는 풀리 쉬브의 표면의 직선 원추 형상이 볼록하게 만곡된 원추면으로 대체된다는 것을 의미한다. 원추면의 관련된 볼록한 형상 또는 윤곽은 풀리 차축의 중심 축, 즉, 회전 축을 포함하는 풀리 쉬브의 단면에서, 즉, 접선 방향으로 배향된 단면에서 또렷하다. 흔히, 볼록하게 만곡되거나 만곡되지 않을 수 있는 풀리 쉬브의 원추면 또한 (구동 벨트) 활주면으로 언급된다.

상기 활주 반경에 따라, 활주면의 상기 볼록한 윤곽은 한편의 풀리의 풀리 쉬브와 다른 한편의 구동 벨트 사이의 마찰 접촉의 각도를 포함하는 접촉각, 즉, 진반경 방향(true radial direction)에 대한 각도에 있어서 편차를 발생시킨다. 특히, 부분 접촉각은 활주 반경이 증가함에 따라 더욱더 커지고, 그 반대도 또한 그렇다. NL-A-1024918은 한계 활주 반경에 대한 풀리의 부분 접촉각의 한계 값들 사이의 특정 비를 특정하며, 이러한 비는 트랜스미션의 효율을 개선한다고 여겨진다. 이러한 문건은 따라서 접선 방향에서 본 각각의 풀리 쉬브의 단면에서의 원추면 및/또는 활주면에 대한 접촉각의 범위를 특정하지만, 그들의 전체 윤곽은 완전히 특정되지 않고, 이러한 점에서 다수의 일반적 경계 조건만이 언급된다.

본 발명의 목적은 트랜스미션의 유리한 기능적 특성을 달성하기 위해 풀리 쉬브의 활주면 윤곽을 위한 공지의 설계 통례를 보충하는 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 트랜스미션의 통용 원리에 기초하여 상기 활주면 윤곽을 위한 더 특정한 명세를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 유리한 방법으로 구동 벨트의 기계적 부하를 감소시키는 것이다.

이러한 목적에서, 본 발명은 청구항 제1항에서 특징지어지는 수단이 실시되는 트랜스미션을 제공한다. 본 발명에 따른 트랜스미션에 있어서, 구동 풀리의 풀리 쉬브의 상기 활주면 윤곽은, 상기 풀리 상의 구동 벨트의 증가하는 활주 반경과 관련하여, 즉, 원추 형상의 상부로부터 기부로 반경방향 외향으로 감소하는 곡률 반경을 갖는 풀리의 중심 축을 포함하는 단면에서 보여지는 바와 같이 볼록한 곡률을 구비한다. 이러한 활주면 윤곽은, 횡방향 요소와 구동 풀리의 풀리 쉬브 사이의 (마찰) 접촉 동안 작동 시 발생하는 (헤르츠식) 접촉 응력이 유리하게는 비교적 작아져 그들에 대한 특정화된 접촉각의 임의의 범위를 제공하는 장점을 갖는다.

본 발명에 따라 변화하는 활주면 윤곽의 곡률 반경은 평균적으로 유사한 접촉각 범위를 그리는 일정한 곡률 반경과 대략 동일할 것이나, 실제에 있어서 상기 활주 반경과 관련된 횡방향 요소 당 클램핑력의 변화가 적어도 부분적으로 보상될 수 있다는 장점을 갖는다. 횡방향 요소 당 풀리에 의해 구동 벨트 상에 가해진 클램핑력의 이러한 차이는, 감소하는 활주 반경으로 인해 한편으로는 토크 트랜스미션에 요구되는 전체 클램핑력이 증가하고 다른 한편으로는 풀리 쉬브들 사이에 위치되고 후자에 의해 클램핑되는 횡방향 요소의 개수가 감소한다는 사실에 기인한다.

명백하게 이러한 2가지 효과는 피동 풀리에도 적용되며, 따라서, 이러한 풀리에도 동일한 활주면 윤곽을 제공하는 것이 유리하다고 예상할 수 있다. 그러나, 놀랍게도 본 발명에 따르면 적어도 구체적으로 자동차의 트랜스미션의 사용에 있어서 정확히 반대의 경우가 되는데, 즉, 상기 풀리 상의 구동 벨트의 증가하는 활주 반경과 관련하여 증가하는 가변 곡률 반경을 갖는 볼록한 곡률을 갖는, 중심 축을 포함하는 단면에서 보여지는 바와 같이, 피동 풀리의 풀리 쉬브의 상기 활주면 윤곽을 제공하는 것이 유리하다.

트랜스미션이 자동차에 사용될 시, 비교적 짧은 시간이지만 트랜스미션의 최대 감속 트랜스미션 비에서 비교적 큰 하중을 받게 되는 반면, 비교적 긴 시간이지만 최대 가속 트랜스미션 비에서 훨씬 작은 하중을 받게 될 것이다. 상기 최대 감속 트랜스미션 비, 또는 Low에 있어서 구동 벨트와 피동 풀리 사이의 (마찰) 접촉은 최대의 가능한 활주 반경에서 발생하며, 이는 상기 최대 가속 트랜스미션 비, 또는 OD에 있어서 최소의 가능한 활주 반경에서 발생한다. 활주 반경과 관련하여 구동 벨트와 피동 풀리 사이의 클램핑력 상의 이러한 최후 효과의 영향은, 구동 벨트와 피동 풀리 사이의 (헤르츠식) 접촉 응력을 최적화하기 위해 이러한 풀리 상의 구동 벨트의 증가하는 활주 반경과 관련하여 증가하는 곡률 반경을 갖는 활주면 윤곽을 갖는 쉬브를 제공하는 것이 유리한 정도까지 본 발명에 따른 전술한 2가지 효과를 보상한다.

본 발명은 첨부하는 도면을 참조하여 이하에 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 2개의 풀리와 구동 벨트를 구비한 연속 가변 트랜스미션을 개략적으로 부분 단면으로 도시한다.
도 2는 공지의 구동 벨트의 단면을 도시한다.
도 3은 트랜스미션의 풀리와 구동 벨트 사이의 마찰 접촉을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 트랜스미션 풀리의 가능한 활주면 윤곽을 그래프로 도시한다.

도 1은 종래 기술에 따른 연속 가변 트랜스미션의 단면을 개략적으로 도시한다. 공지의 트랜스미션은 짝력(couple of force; Tp)를 갖는 엔진(미도시)에 의해 이러한 목적으로 회전식으로 구동될 수 있는 1차 또는 구동 풀리(1)와, 짝력 Ts를 사용하여 부하(미도시)를 구동할 수 있는 2차 또는 피동 풀리(2)를 포함한다. 풀리(1 및 2) 모두는 각각의 풀리 차축(6, 7)에 고정식으로 부착된 풀리 쉬브(5)를 구비하고, 이러한 각각의 차축(6, 7)에 대해 축방향으로 변위가능한 풀리 쉬브(4)를 구비한다. 풀리 쉬브(4, 5)는 적어도 기본적으로 절두된 비교적 편평한 원추의 형상을 갖는다. 구동 벨트(3)는 풀리 쉬브들(4, 5) 사이에 클램핑되어, 기계적 동력은 마찰을 사용하여 2개의 풀리 차축들(6 및 7) 사이에 전달될 수 있다.

트랜스미션의 트랜스미션 비(Lr2/Lr1)는 구동 벨트(20)의 1차 활주 반경(Lr1)과 2차 활주 반경(Lr2), 즉, 각각의 피동 및 구동 풀리(2 및 1)의 풀리 쉬브들(4, 5) 사이의 유효 반경 위치 사이의 비에 의해 결정된다. 상기 활주 반경들(Lr1 및 Lr2)과, 따라서 트랜스미션의 트랜스미션 비(Lr2/Lr1)는 각각의 풀리 차축(6 및 7)에 걸쳐 대향된 축방향으로 변위가능한 쉬브(4)를 이동시킴으로써 변화될 수 있다. 도 1에서, 트랜스미션은 최대 감속 트랜스미션 비(Lr2/Lr1), 또는 Low, 즉, 비교적 작은 1차 활주 반경(Lr1)과 비교적 큰 2차 활주 반경(Lr2)을 갖는 예시로서 도시된다.

이하에 각각 1차 클램핑력(F1) 및 2차 클램핑력(F2)으로 언급되는, 각 풀리(1, 2)에 대해 구동 벨트(3)를 클램핑하는 축방향으로 배향된 힘은, 이러한 경우에 트랜스미션의 제어 시스템(미도시)에 의해 결정되고 실현되며, 각각의 클램핑력(F1; F2)의 크기는 특히 각각의 활주 반경(Lr1; Lr2)과 각각의 토크(T1; T2)에 의존한다.

도 1에 도시된 구동 벨트(3)는 소위 푸쉬 벨트 형태이고, 사실상 연속된 일련의 횡방향 요소(32)와, 적어도 하나이지만 보통 2개인 인장 요소(31)로 구성된다. 이러한 푸쉬 벨트(3)는 횡방향 요소(32)가 정면도로 도시되는 원주 방향으로 배향된 단면으로 도 2에 상세히 도시된다. 횡방향 요소(32)는 대체로 사다리꼴인 몸체 부분(33)과 대체로 화살촉의 형상을 갖는 헤드 부분(35)을 포함하며, 이들 두 부분(33, 35)은 횡방향 요소(32)의 비교적 좁은 목 부분(34)에 의해 서로에게 연결된다. 서로에게 예각으로 배향된 몸체 부분(35)의 측방향 측부는 이러한 경우에 트랜스미션의 풀리(1, 2)의 원추형 풀리 쉬브(4, 5)의 표면(10), 즉, 활주면(10)과 (마찰) 접촉하기 위한 볼록하게 만곡된 접촉면(40)을 구비한다. 몸체 부분(33)의 반경방향 외향으로 배향된 측부, 즉, 헤드 부분(35)의 방향으로 배향된 측부의 부분들은 푸쉬 벨트(3)의 개개의 인장 요소[31(a) 및 31(b)]를 위한 지지면(36)을 형성한다. 횡방향 요소(3)의 헤드 부분(35)은 인장 요소(31)의 반경방향 외측에 위치되고 그것을 상기 방향으로 보유하며, 목 부분(34)은 인장 요소(31)의 레벨에 위치된다. 횡방향 요소(32)의 전방 측부는 푸쉬 벨트(3)의 원주 방향으로의 돌출부(37), 또는, 횡방향 요소(32)의 대향된 후방 측부에 배열된 침하부(미도시)뿐만 아니라 스터드(37)를 더 구비하며, 스터드(37)는 횡방향 요소를 서로에 대해 안정화시키기 위해 푸쉬 벨트(3) 내의 인접한 횡방향 요소(32)의 침하부 내에 수용된다. 횡방향 요소(32)의 전방 측부의 소위 경사 라인(tilting line: 38) 아래에 있는 횡방향 요소(32)의 최저 부분, 또는, 반경방향으로 최내측 부분은 반경방향 내향으로 활주하고, 적어도 사실상 테이퍼져서, 푸쉬 벨트(3) 내의 인접한 횡방향 요소(32)가 서로에 대해 경사 라인(38)을 중심으로 경사질 수 있게 되고, 푸쉬 벨트(3)는, 예를 들어, 그것이 풀리(1 및 2)의 풀리 쉬브들(4, 5) 사이에 클램핑 되도록 원호를 그릴 수 있게 된다.

개개의 인장 요소[31(a) 및 31(b)]는 반경 방향으로 적층된 다수의 편평하고 비교적 얇은 금속 링의 세트로 구성된다. 인장 요소(31)와 횡방향 요소(32)는 반경 방향 또는 높이 방향으로 서로 보유되지만, 횡방향 요소(32)는 링 세트(31)의 원주 방향으로 변위가능하도록 푸쉬 벨트(3) 내에 수용되어, 사용 시 구동 풀리(1)의 회전은 클램핑된 푸쉬 벨트(3)의 횡방향 요소(32)에 마찰을 통해 전달된다. 이는, 횡방향 요소들이 피동 풀리(2)의 방향으로 링 세트(31)를 따라 서로 전진한 결과, 횡방향 요소(32)들 사이에 상당한 가압력을 생성한다. 그리고 나서, 푸쉬 벨트(3)가 피동 풀리(2)의 쉬브들(4 및 5) 사이에 클램핑되는 곳에서 마찰에 의해 사실상 상기 가압력 전부가 전달된다. 최종적으로, 횡방향 요소(32)는 비교적 낮은 가압력이 가해질 시 피동 풀리(2)로부터 구동 풀리(1)로 뒤로 서로 가압된다.

도 3에서, 트랜스미션의 구동 풀리(1)의 부분은 풀리 차축(6, 7)의 중심 축(9)을 포함하는 단면으로, 즉, 접선 방향 보았을 때로 도시된다. 풀리를 횡방향 요소(32)의 접촉면(40)과 접촉되게 하는 원추면(10), 소위 활주면(10)은 볼록하게 만곡되게 도시된다. 도시된 활주면(10)의 윤곽은 진반경 방향에 대한 각도(λ)를 생성하며, 각도(λ)는 반경방향 외향 방향으로 증가되고, 즉, 상기 1차 활주 반경(Lr1)과 관련된다. 특히, 부분 접촉각[λ(Lr1)]은 활주 반경(Lr1)이 증가함에 따라 더욱더 커지며, 그 반대 또한 같다. 접선 방향으로 배향된 단면에서 활주면(10)의 볼록한 형상은 이러한 경우에도 활주 반경(Lr1)과 관련된 부분 곡률 반경(R10), 또는 활주면(10)의 곡선[R10(Lr1)]에 의해 결정된다.

예를 들어, NL-A-1024918로 대표되는 종래 기술에서는 최소 활주 반경(Lr1-min)을 위한 최저 값[λ(Lr1-min)]과, 부분 접촉각[λ(Lr1)]에 대한 최대 활주 반경(Lr1-max)을 위한 최고 값[λ(Lr1-max)]만을 특정하며, 이러한 극단의 활주 반경들(Lr1-min, Lr1-max) 사이의 중심 축(9)을 포함하는 단면에서 풀리(1, 2)의 활주면(10)의 윤곽은 여전히 어느 정도 자유롭게 선택될 수 있다. 이러한 연결에서 가장 두드러진 윤곽은 진원호 형상(true arc shape), 즉, 일정한 곡률 반경(R10)을 갖는 활주면(10)이며, 따라서, 이는 활주 반경(Lr1)과 관련하여 변화하지 않는다. 그러나, 본 발명에 따르면, 도 3에 도시되는 바와 같이 구동 풀리(1)의 고정된 풀리 쉬브(5)에 의해, 구동 풀리(1)의 풀리 쉬브(4, 5)의 활주면(10)의 곡률 반경(R10)이 구동 벨트(3)의 증가하는 활주 반경(Lr1)과 관련하여 감소되는 것이 유리하다. 본 발명에 따르면, 이는 구동 풀리(1)의 활주면(10)의 곡률 반경(R10)이 상기 최소 활주 반경(Lr1-min)으로부터, 즉, 활주면(10)의 원추 형상의 상부로부터 상기 최대 활주 반경(Lr1-max), 즉, 활주면(10)의 원추 형상의 기부의 방향으로 바람직하게는 균일하게 감소되어야만 한다는 것을 의미한다.

또한, 본 발명에 따르면, 구체적으로 적어도 트랜스미션이 자동차에 사용될 시, 피동 풀리(2)에 대해서는 그 반대 경우가 되며, 다시 말해, 피동 풀리(2)의 풀리 쉬브(4, 5)의 활주면(10)의 곡률 반경(R10)이 구동 벨트(3)의 증가하는 2차 활주 반경(Lr2)과 관련하여, 즉, 상기 활주면(10)의 원추 형상의 끝으로부터 기부로의 방향으로 증가되는 것이 유리하다.

도 4는 이제 구동 풀리(1)와 피동 풀리(2) 각각의 활주면(10)에 대해 특정된 윤곽의 부분 곡률 반경의 바람직한 실시예를 도시하며, 각각의 곡률 반경(R10)은 전술한 활주 반경(Lr1 및 Lr2)과 그들 사이의 비, 즉, 트랜스미션의 트랜스미션 비(Lr2/Lr1)의 함수로 플로팅된 2개의 그래프로 도시된다. 트랜스미션의 풀리(1, 2) 모두에 대한 도 4에 도시된 곡률 반경(R10)의 윤곽은 특히, 구동 풀리(1)에 대해 대략 7도 내지 대략 11도 및 피동 풀리(2)에 대해 대략 7도 내지 대략 9도의 접촉각 범위에 대해 적용된다.

Claims

구동 풀리(1), 및 둘레에 구동 벨트(3)가 배열되는 피동 풀리(2)를 구비한 자동차용 연속 가변 트랜스미션으로서, 상기 구동 벨트(3)는 적어도 트랜스 미션이 작동할 시 2개의 풀리(1, 2)의 2개의 실질적으로 원추형인 풀리 쉬브들(4, 5) 사이에 클램핑되고, 각 쉬브(4, 5)의 원추면(10)은 각각의 풀리(1, 2)의 중심 축(9)을 포함하는 단면에서 볼록하게 만곡된 윤곽을 구비한, 자동차용 연속 가변 트랜스미션에 있어서,
구동 풀리(1)의 풀리 쉬브(4, 5)의 원추면(10)의 볼록한 윤곽의 부분 곡률 반경(R10)은 반경방향 외향 방향으로 감소하고, 피동 풀리(2)의 풀리 쉬브(4, 5)의 원추면(10)의 볼록한 윤곽의 부분 곡률 반경(R10)은 반경방향 외향 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는
자동차용 연속 가변 트랜스미션.
제1항에 있어서,
구동 풀리(1)와 관련된 부분 곡률 반경(R10)은 전체 반경 치수를 따라 2 내지 3 인수만큼 감소되는
자동차용 연속 가변 트랜스미션.
제1항 또는 제2항에 있어서,
피동 풀리(2)와 관련된 부분 곡률 반경(R10)은 전체 반경 치수를 따라 1.5 내지 2 인자만큼 증가되는
자동차용 연속 가변 트랜스미션.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 풀리(1)와 관련된 최소 부분 곡률 반경(R10)은 피동 풀리(2)와 관련된 최소 부분 곡률 반경(R10)보다 더 작은 것을 특징으로 하는
자동차용 연속 가변 트랜스미션.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 풀리(1)와 관련된 최대 부분 곡률 반경(R10)은 피동 풀리(2)와 관련된 최대 부분 곡률 반경(R10)보다 더 작은 것을 특징으로 하는
자동차용 연속 가변 트랜스미션.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
피동 풀리(2)와 관련된 최소 부분 곡률 반경(R10)은 구동 풀리(1)와 관련된 최대 부분 곡률 반경(R10)보다 더 작은 것을 특징으로 하는
자동차용 연속 가변 트랜스미션.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 풀리(1)와 피동 풀리(2)의 풀리 쉬브(4, 5)의 원추면(10)의 볼록한 윤곽의 부분 곡률 반경(R10)은 전체 반경 치수를 따라 500㎜ 내지 2500㎜의 범위 내의 값을 갖는 것을 특징으로 하는
자동차용 연속 가변 트랜스미션.