KR20160083218A

KR20160083218A - 차량용 변속기

Info

Publication number: KR20160083218A
Application number: KR1020140193267A
Authority: KR
Inventors: 김무한
Original assignee: 현대다이모스(주)
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2016-07-12
Also published as: KR101674272B1

Abstract

본 발명은 차량용 변속기에 관한 것으로, 입력축에 의해 회전하는 썬 기어와, 상기 썬 기어의 외측에 회전 가능하게 결합된 유성 기어와, 상기 유성 기어의 외측에 회전 가능하게 결합되고 외주면이 케이스의 내주면에 결합되는 링 기어와, 상기 유성 기어의 일측에 결합된 유성 캐리어와, 일측 내주면이 상기 썬 기어의 외주면 일측에 선택적으로 결합되고, 일측외주면이 상기 유성 캐리어에 선택적으로 결합되며, 출력축에 결합되어 동력을 전달하는 슬리브를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유성 기어가 회전하면서 받는 관성력의 영향을 받지 않으므로 가속 및 감속 시 동력 전달 시간이 감소되고 연비가 향상되는 효과가 있다. 또한, 동력 전달의 효율성이 향상되고 백래쉬의 영향에 따른 소음이나 진동을 감소시키는 효과가 있다.

Description

차량용 변속기{Transmission for vehicle}

본 발명은 차량용 변속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유성 기어 세트의 동력을 출력축에 직접 전달할 수 있는 차량용 변속기에 관한 것이다.

일반적으로 변속기는 주행 조건에 따라 적절한 회전력을 얻기 위해 엔진에서 발생된 동력을 다단으로 변속하는 장치이다. 변속기는 엔진의 동력을 입력받아 적절한 회전력으로 가변시켜 출력하는 유성기어세트, 유성기어세트의 각 회전요소를 고정 또는 회전 저지하거나 엔진의 동력에 의해 회전시키는 클러치 또는 브레이크 등의 체결요소를 포함한다.

변속기는 4단이나 5단을 구현하는 장치가 주류를 이루고 있으나, 최근에는 6단 이상을 구현할 수 있는 장치가 활발하게 개발되고 있으며, 한국특허등록 제10-0857388호에 6단 이상 변속기가 개시되어 있다.

이러한 종래의 변속기는 통상적으로 유성기어 세트의 썬 기어(sun gear)와 유성 기어(planetary gear)의 회전수가 동일해지는 직결 상태에서 링 기어(ring gear)와 캐리어(carrier)의 회전을 동기화하게 된다. 따라서 썬 기어의 회전에 의해 유성 기어가 회전하고, 링 기어 역시 함께 회전하게 된다.

그런데 이러한 구동 방식은 동력 전달 시 무게가 증대되어 관성이 커지며, 기어와 기어 간 동력 전달이 동기화되어 실제 제품의 제작 시 기어의 치면에 안 좋은 영향을 줄 수 있다.

따라서 기어에 좋지 않은 영향을 주는 요소를 없애고 관성 증대로 인해 가속 또는 감속 시 소비되는 에너지를 줄일 수 있는 방법이 필요하다.

한국특허등록 제10-0857388호 (등록일: 2008. 09. 01)

본 발명의 목적은 유성 기어 세트의 동력을 출력축에 직접 전달함으로써 동력 전달 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 변속기 차량용 변속기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속기는, 입력축에 의해 회전하는 썬 기어와, 상기 썬 기어의 외측에 회전 가능하게 결합된 유성 기어와, 상기 유성 기어의 외측에 회전 가능하게 결합되고 외주면이 케이스의 내주면에 결합되는 링 기어와, 상기 유성 기어의 일측에 결합된 유성 캐리어와, 일측 내주면이 상기 썬 기어의 외주면 일측에 선택적으로 결합되고, 일측외주면이 상기 유성 캐리어에 선택적으로 결합되며, 출력축에 결합되어 동력을 전달하는 슬리브를 포함할 수 있다.

상기 썬 기어는 상기 출력축을 향하는 일단부 외주면에 상기 슬리브와 스플라인 결합되기 위한 제1 아우터 스플라인을 포함할 수 있다.

상기 유성 캐리어는 내주면에 상기 슬리브와 스플라인 결합되기 위한 제1 이너 스플라인을 포함 할 수 있다.

상기 슬리브는 일측 내주면에 형성되어 상기 제1 아우터 스플라인과 스플라인 결합되는 제2 이너 스플라인과, 일측 외주면에 형성되어 상기 제1 이너 스플라인에 스플라인 결합되는 제2 아우터 스플라인을 포함 할 수 있다.

상기 슬리브는 타측 내주면에 상기 출력축과 스플라인 결합되는 제3 이너스플라인을 더 포함하고, 상기 출력축은 상기 제3 이너 스플라인에 스플라인 결합되는 제3 아우터 스플라인을 포함 할 수 있다.

상기 썬 기어와 입력축이 직결 상태에서 상기 제1 아우터 스플라인과 제2 이너 스플라인이 결합되고, 상기 제3 이너 스플라인과 제3 아우터 스플라인이 결합되어 상기 썬 기어의 동력이 상기 출력축으로 전달되는 것이 특징이다.

상기 썬 기어가 고정된 상태에서 상기 제1 아우터 스플라인과 제2 이너 스플라인의 결합이 해제되고, 상기 제1 이너 스플라인과 제2 아우터 스플라인이 결합되고, 상기 제3 이너 스플라인과 상기 제3 아우터 스플라인이 결합된 상태를 유지하여 상기 유성 기어의 동력이 상기 출력축으로 전달되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속기는 유성 기어가 회전하면서 받는 관성력의 영향을 받지 않으므로 가속 및 감속 시 동력 전달 시간이 감소되고 연비가 향상되는 효과가 있다. 또한, 동력 전달의 효율성이 향상되고 백래쉬의 영향에 따른 소음이나 진동을 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속기를 도시한 종단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속기의 감속비 필요 시 작동 상태를 도시한 도시한 확대 단면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속기에 대해 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 전기관 후륜구동방식(FR;Front engine Rear drive)의 자동차에서는 엔진으로부터 발생된 구동력이 변속기의 출력축과 이에 결합된 추진축을 거쳐 종감속장치로 전달되어 후륜이 구동하도록 되어있고, 추진축은 차체의 길이 방향을 따라 길게 연장되도록 배치되어 있다.

즉, 추진축은 차체의 전방측으로 배치된 캡의 하부에 전륜과 인접한 위치에 있는 엔진과 변속기의 조립체로부터 일측 선단이 커플링 부재를 매개로 연결되고, 타측 선단은 차체의 후미의 후륜측에 인접한 종감속 장치에 연결되어 있다.

따라서, 주행 시 상기 엔진과 변속기의 조립체로부터 발생된 구동력은 커플링 부재를 매개로 추진축에 전달되고, 이 추진축에 전달된 구동력은 종감속 장치를 매개로 후륜으로 전달되어 주행이 가능하게 되는 것이다.

전술한 종감속 장치는 링 기어(ring gear), 링 기어 내의 중심부에 위치한 썬 기어(sun gear), 링 기어 및 썬 기어의 사이에 삽입되어 링 기어 및 썬 기어에 맞물린 복수의 유성 기어(planetary gear)와 유성 기어의 캐리어(carrier)를 포함하는 유성기어 세트로 구성된다.

유성기어 세트는 전술한 링 기어, 썬 기어, 캐리어의 3개 요소를 고정하거나 구동 또는 자유로 하여 직결, 감속, 가속, 역전 및 중립으로 변속할 수 있도록 한다. 유성기어 세트는 변속기가 제공할 수 있는 모든 기어비를 만들므로 변속기에서 매우 중요한 구성 요소이다.

썬 기어와 유성 기어가 동일한 회전수를 갖는 직결 상태에서 동력의 전달은 썬 기어와 맞물린 유성 기어로 전달되고, 유성 기어에서 링 기어로 전달된다. 링 기어의 회전력은 링 슬리브 및 슬리브를 거쳐 캐리어 아웃풋 샤프트로 전달되어 후륜으로 전달된다. 즉, 썬 기어의 회전에 의해 유성 기어 세트 전체가 같이 회전을 하게 된다.

이에 비해 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 변속기의 유성기어 세트(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 입력축에 결합된 썬 기어(10)의 외측에 복수의 유성 기어(20)가 결합되고, 유성 기어(20)의 외측에 링 기어(30)가 결합된다. 링 기어(30)의 외주면은 케이스(70)에 결합되어 고정되며, 링 기어(30)는 케이스(70)에 항상 고정된 상태를 유지한다. 썬 기어(10)의 일단부는 슬리브(50)와 스플라인 결합되고, 슬리브(50)는 출력축(60)과 스플라인 결합된다.

각 구성의 결합 관계를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

썬 기어(10)의 입력축을 항하는 일단의 외주면에 유성 기어(20)가 결합되고, 유성 기어(20)의 외측에 링 기어(30)가 결합된다. 유성 기어(20)에는 유성 캐리어(40)가 결합되어 있으며, 유성 캐리어(40)의 내주면에는 슬리브(50)와 스플라인 결합되기 위한 제1 이너 스플라인(42)이 형성된다.

썬 기어(10)의 출력축(60)을 향하는 타단의 외주면에는 슬리브(50)와 스플라인 결합되기 위한 제1 아우터 스플라인(12)이 형성된다.

슬리브(50)의 일측 내주면에는 썬 기어(10)의 제1 아우터 스플라인(12)와 스플라인 결합되기 위한 제2 이너 스플라인(52)이 형성되고, 이에 대향되는 외주면에는 유성 캐리어(40)의 제1 이너 스플라인(42)과 스플라인 결합되는 제2 아우터 스플라인(54)이 형성된다. 또한, 제2 이너 스플라인(52)이 형성된 일측과 대향되는 타측 내주면에는 출력축(60)과 스플라인 결합되기 위한 제3 이너 스플라인(56)이 형성된다. 출력축(60)에는 제3 이너 스플라인(56)과 스플라인 결합되는 제3 아우터 스플라인(62)이 형성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 입력축과 썬 기어(10)가 직결되는 변속 상태에서 썬 기어(10)는 제1 아우터 스플라인(12)과 제2 이너 스플라인(52)의 스플라인 결합으로 슬리브(50)와 결합되어 있다. 이 때 슬리브(50)는 제3 이너 스플라인(56)이 출력축(60)의 제3 아우터 스플라인(62)에도 스플라인 결합된 상태이다.

따라서 입력축에 의해 썬 기어(10)가 회전하면 슬리브(50)가 함께 회전하게 되고, 슬리브(50)에 의해 출력축(60)도 회전함으로써 출력축(60)으로 동력 전달이 이루어진다.

그러나 이 때 유성 캐리어(40)와 슬리브(50)는 상호 결합되지 않고 이격된 상태를 유지하고 있으므로, 유성 기어(20)와 링 기어(30)가 썬 기어(10)에 의해 회전하더라도 감속비에 영향을 주지 않게 된다.

한편, 감속비가 필요한 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 슬리브(50)가 도 1의 화살표 방향으로 이동하여 유성 캐리어(40)를 통해 동력이 전달되도록 한다.

즉, 슬리브(50)가 도 1의 화살표 방향으로 이동하게 되면, 슬리브(50)의 제2 이너 스플라인과 썬 기어(10)의 제1 아우터 스플라인(12)의 결합이 해제된다. 이 때 유성 캐리어(40)의 제1 이너 스플라인(42)과 슬리브(50)의 제2 아우터 스플라인(54)이 스플라인 결합하게 되고, 슬리브(50)의 제3 이너 스플라인(56)과 출력축(60)의 제3 아우터 스플라인(62)은 결합 상태가 유지된다.

따라서 유성 기어(20)의 회전에 의해 유성 캐리어(40)가 회전하면서 슬리브(50)를 함께 회전시키게 된다. 슬리브(50)의 회전에 의해 출력축(60)이 회전되므로 동력은 유성 기어(20) 및 유성 캐리어(40), 슬리브(50)를 거쳐 출력축(60)으로 전달된다.

전술한 바와 같이, 직접 동력 전달 시에는 유성 캐리어가 회전하지 않으므로 회전에 의한 관성이 추가되는 것을 방지할 수 있으며, 관성력의 영향을 받지 않으므로 가속 및 감속 시 동력 전달 시간이 감소되고 연비가 향상되는 효과가 있다. 또한, 감속비가 필요한 경우에만 유성 캐리어가 회전하게 되므로 동력 전달의 효율성이 향상되고 백래쉬의 영향에 따른 소음이나 진동을 감소시키는 효과가 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10: 썬 기어 12: 제1 아우터 스플라인
20: 유성 기어
30: 링 기어
40: 유성 캐리어 42: 제1 이너 스플라인
50: 슬리브 52: 제2 이너 스플라인
54: 제2 아우터 스플라인 56: 제3 이너 스플라인
60: 출력축 62: 제3 아우터 스플라인
70: 케이스

Claims

입력축에 의해 회전하는 썬 기어와,
상기 썬 기어의 외측에 회전 가능하게 결합된 유성 기어와,
상기 유성 기어의 외측에 회전 가능하게 결합되고 외주면이 케이스의 내주면에 결합되는 링 기어와,
상기 유성 기어의 일측에 결합된 유성 캐리어와,
일측 내주면이 상기 썬 기어의 외주면 일측에 선택적으로 결합되고, 일측외주면이 상기 유성 캐리어에 선택적으로 결합되며, 출력축에 결합되어 동력을 전달하는 슬리브를 포함하는 차량용 변속기.
제1항에 있어서,
상기 썬 기어는 상기 출력축을 향하는 일단부 외주면에 상기 슬리브와 스플라인 결합되기 위한 제1 아우터 스플라인을 포함하는 차량용 변속기.
제2항에 있어서,
상기 유성 캐리어는 내주면에 상기 슬리브와 스플라인 결합되기 위한 제1 이너 스플라인을 포함하는 차량용 변속기.
제3항에 있어서,
상기 슬리브는 일측 내주면에 형성되어 상기 제1 아우터 스플라인과 스플라인 결합되는 제2 이너 스플라인과, 일측 외주면에 형성되어 상기 제1 이너 스플라인에 스플라인 결합되는 제2 아우터 스플라인을 포함하는 차량용 변속기.
제4항에 있어서,
상기 슬리브는 타측 내주면에 상기 출력축과 스플라인 결합되는 제3 이너스플라인을 더 포함하고, 상기 출력축은 상기 제3 이너 스플라인에 스플라인 결합되는 제3 아우터 스플라인을 포함하는 차량용 변속기.
제5항에 있어서,
상기 썬 기어와 입력축이 직결 상태에서 상기 제1 아우터 스플라인과 제2 이너 스플라인이 결합되고, 상기 제3 이너 스플라인과 제3 아우터 스플라인이 결합되어 상기 썬 기어의 동력이 상기 출력축으로 전달되는 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.
제6항에 있어서,
상기 썬 기어가 고정된 상태에서 상기 제1 아우터 스플라인과 제2 이너 스플라인의 결합이 해제되고, 상기 제1 이너 스플라인과 제2 아우터 스플라인이 결합되고, 상기 제3 이너 스플라인과 상기 제3 아우터 스플라인이 결합된 상태를 유지하여 상기 유성 기어의 동력이 상기 출력축으로 전달되는 것을 특징으로 하는 차량용 변속기.