KR20180045460A

KR20180045460A - 기어 변속장치

Info

Publication number: KR20180045460A
Application number: KR1020160139822A
Authority: KR
Inventors: 이종은
Original assignee: 이종은
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2018-05-04

Abstract

본 발명은 오토바이, 자동차 등 변속이 필요한 각종 기기에 사용되는 기어 변속장치에 관한 것으로, 다수의 기어를 조합하여 변속을 이루는 기어 변속장치에 있어서, 구동축과 함께 회전 가능하도록 축 결합되며, 반경을 따라 간격을 두고 복수의 동심원을 갖는 면기어가 형성된 원판 형상의 회전패널을 포함하는 구동부와; 상기 회전패널에 인접하여 상기 구동축에 직교로 출력축이 설치되며, 이 출력축에 길이 방향을 따라 이동 가능하게 축 결합되어 상기 회전패널의 복수의 면기어에 대응하여 하우징에 구비된 유압스위치에 의해 선택적으로 치합되는 복수의 변속기어세트를 포함하는 변속부로 이루어지며, 상기 변속기어세트는 상기 출력축에 길이 방향을 따라 상기 면기어의 형성 간격과 동일 간격으로 설치되며, 바깥쪽 둘레에 외측테이퍼면을 갖는 테이퍼축과; 상기 외측테이퍼면에 대응하여 면 접촉되도록 내측 둘레에 내측테이퍼면을 갖는 변속기어로 구성되어 상기 유압스위치의 가압을 통해 상기 외측테이퍼면과 내측테이퍼면의 접촉으로 상기 면기어에 치합된 변속기어의 회전을 상기 출력축에 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기어 변속장치를 제공함으로써, 회전패널의 면기어에 출력축의 변속기어를 슬라이드 방식을 통해 선택적으로 치합되는 기어 조합으로 신속한 기어변속은 물론, 경량화, 소형화를 통한 절감 효과를 기대할 수 있다.

Description

기어 변속장치{Gear shifting device}

본 발명은 오토바이, 자동차 등 변속이 필요한 각종 기기에 사용되는 기어 변속장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 구동축과 출력축을 베벨기어(bevel gear)방식으로 교차 설치하되, 이 구동축의 회전패널에 형성된 면기어와 상기 출력축의 변속기어가 선택적으로 치합되는 기어 조합을 통해 신속한 기어변속은 물론, 경량화, 소형화를 통한 절감 효과가 있는 기어 변속장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거, 오토바이, 자동차와 같이 고속으로 주행하는 이동수단의 경우, 주행 속도에 따라 기어를 변속할 필요가 있다.

이와 같이, 주행 속도를 조정하기 위해 수동 또는 자동으로 대기어와 소기어의 맞물림을 변경하여 저단에서 고단으로 변속을 하는 것은 물론, 축의 회전을 통해 작동하는 각종 기기 등에 회전속도를 변경하기 위해 다양한 변속장치가 사용되고 있다.

이러한 일 예로서 자전거에는 주행 중에 오르막길과 내리막길 등 지형의 상황에 따라 또는 주행 속도에 따라서 운전자가 수시로 기어를 변속하게 되는데, 자전거의 변속을 위해서는 체인과 다수의 체인 스프로킷이 병렬로 설치되고, 자전거의 후륜에 설치된 체인 스프로킷의 하부에는 소형 스프로킷이 다수 증착되어 이러한 체인 스프로킷을 감싸도록 체인이 설치되고 있다.

이와 같이 자전거에 사용되는 종래의 변속장치는 외부로 체인과 체인 스프로킷이 노출되어 있고, 체인과 체인스프로킷에는 그리스 내지 윤활오일 등이 사용되므로 흙먼지나 이물질 등이 묻어 오염되기 쉽고, 더욱이 체인이 체인 스프로킷에서 이탈되기 쉬운 문제가 있다.

상기 문제를 해결하기 위해 자전거용 내장형 변속장치가 개발된 바 있으며, 이 기술은 바퀴를 구동하기 위한 휠의 일측에 고정되며 내치차가 형성된 통체와; 상기 통체 내부에 다수의 받침홈이 형성되며 동일한 수의 고정축이 양단으로 형성된 고정판과; 상기 고정축의 후방에 위치되어 자석과 각이 상이한 무게추를 갖는 작동구가 고정축과 동일한 수량으로 구비되고; 상기 통체 내부에는 자석이 양단에 각각 구비되어 회전 가능한 작동판을 설치하여 상기 작동판을 별도로 작동가능하게 하는 와이어 등의 작동수단으로 외부에서 별도 작동함으로써, 양단에 구비된 자석의 극에 따라 전방 측에 아이들링 상태로 설치된 전달기어가 통체의 내치차에 접동 내지는 분리될 수 있게 하고, 상기 고정판의 전방 측 각 고정축에는 기어비가 각각 상이한 소기어와 접동기어를 구비하되, 상기 소기어는 중앙의 대기어와 맞닿게 구성하고, 상기 대기어의 전방에는 체인휠을 일체적으로 형성하므로서 상기 체인휠에 전달된 동력이 대기어와 소기어, 접동기어, 전달기어를 통해 내치차에 맞닿게 설치되어 각각 상이한 속도비로 출력되도록 구성되어 있다.

그러나 상기 기술은 다수개의 소기어와 접동기어 및 전달기어가 설치되고, 이 기어들을 유동적으로 조합하기 위한 무게추, 자석, 작동구, 고정판 등의 복잡한 구성이 필요하고, 이러한 구성들의 유기적인 동작에 의해 기어비를 조절하게 되는데, 이때문에 변속 장치의 구조가 매우 복잡하고, 다단의 변속을 위해 다수개의 기어를 증착하여 조합하는 데에 한계가 있었다.

이러한, 한계점에 대해 특허문헌 1은 자전거, 오토바이, 자동차 및 변속이 필요한 각종 산업기기 등에 사용되는 기어 변속장치에 관한 것으로, 길이를 갖는 고정샤프트와; 상기 고정샤프트의 외측에 설치되며 일단 또는 양단에 구동기어가 장착되는 회전프레임과; 상기 회전프레임에 다수 배열되는 고정축과; 상기 고정축에 회전되게 설치되며 기어 비가 다른 2개 이상의 기어부가 일체 형성된 위성기어와; 상기 고정샤프트의 외주면에 설치되며 위성기어 각각의 기어부와 개별로 맞물리는 다수개의 변속기어와; 상기 회전프레임의 외부를 감싸며 위성기어와 맞물리는 링기어가 내부면에 구비된 하우징으로 구성되되; 상기 각각의 변속기어 중에서 선택된 하나의 변속기어를 정지시키기 위해 선택적으로 작동되는 변속수단을 포함하여 비교적 간단한 구조로 변속기를 구성할 수 있어 소형 제작이 용이하고, 이를 자동 또는 수동으로 자유롭게 선택하여 적용할 수 있으며, 변속기어와 위성기어의 수를 쉽게 증감시킬 수 있으나, 변속의 변위가 한정적이고, 크기에 비해 중량 감소가 미비하므로 제작에 따른 비용이 증가되는 문제점이 있다.

KR 10-0953816 B1

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 통상적인 유성기어 방식의 변속장치를 대신하여 구동축과 출력축을 베벨기어 방식으로 교차 설치하되, 이 구동축의 회전패널에 형성된 면기어와 상기 출력축의 변속기어가 선택적으로 치합되는 기어 조합을 통해 신속한 기어변속은 물론, 경량화, 소형화를 통한 절감 효과가 있는 기어 변속장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 기어를 조합하여 변속을 이루는 기어 변속장치에 있어서, 구동축과 함께 회전 가능하도록 축 결합되며, 반경을 따라 간격을 두고 복수의 동심원을 갖는 면기어가 형성된 원판 형상의 회전패널을 포함하는 구동부와; 상기 회전패널에 인접하여 상기 구동축에 직교로 출력축이 설치되며, 이 출력축에 길이 방향을 따라 이동 가능하게 축 결합되어 상기 회전패널의 복수의 면기어에 대응하여 하우징에 구비된 유압스위치에 의해 선택적으로 치합되는 복수의 변속기어세트를 포함하는 변속부로 이루어지며, 상기 변속기어세트는 상기 출력축에 길이 방향을 따라 상기 면기어의 형성 간격과 동일 간격으로 설치되며, 바깥쪽 둘레에 외측테이퍼면을 갖는 테이퍼축과; 상기 외측테이퍼면에 대응하여 면 접촉되도록 내측 둘레에 내측테이퍼면을 갖는 변속기어로 구성되어 상기 유압스위치의 가압을 통해 상기 외측테이퍼면과 내측테이퍼면의 접촉으로 상기 면기어에 치합된 변속기어의 회전을 상기 출력축에 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기어 변속장치를 제공한다.

여기서, 상기 변속부는 출력축, 변속기어세트, 유압스위치를 포함하는 메인변속유닛 및 서브변속유닛로 구분되어 상기 회전패널의 양면 위치에 각각 구비되며, 상기 출력축의 단부에는 메인변속유닛의 출력축을 통해 출력되는 회전출력을 배가 시킬 수 있도록 출력축에 회전 연결시키는 보조기어세트가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 구동축의 어느 한 부분에는 상기 출력축이 직교 설치되도록 상기 구동축에 축 결합되는 주베어링과; 상기 주베어링의 둘레 일측에 돌출되어 출력축이 축 결합되는 교차베어링을 포함하여 일체로 형성된 이중베어링이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 유압스위치는 상기 하우징의 내측에 구비되며, 상기 출력축에 링 형상으로 축 결합되는 실린더와; 이 실린더의 둘레를 따라 상기 출력축의 길이 방향으로 실린더에 의해 왕복 인출되어 상기 변속기어를 테이퍼축 방향으로 가압하는 복수의 가압로드로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 테이퍼축은 원주 방향을 따라 등분 분할되며, 내측면에 끼움돌기가 돌출 형성되고, 상기 출력축에는 상기 끼움돌기가 대응 삽입되는 끼움홈이 형성됨과 아울러, 상기 출력축으로부터 상기 테이퍼축의 용이한 착탈 및 이탈 방지를 위해 출력축의 끼움홈 양단부 내측에는 걸림홈이 더 형성되고, 상기 테이퍼축의 끼움돌기 양측 단부에는 상기 걸림홈에 대응하여 착탈 결합되도록 탄성 결합된 걸림돌기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 회전패널의 면기어에 출력축의 변속기어를 슬라이드 방식을 통해 선택적으로 치합되는 기어 조합으로 신속한 기어변속은 물론, 경량화, 소형화를 통한 절감 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기어 변속장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 기어 변속장치의 작동 상태 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 기어 변속장치의 다른 실시예 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 기어 변속장치의 다른 실시예 작동상태 측단면도.
도 5는 본 발명에 따른 기어 변속장치에서 변속부의 분해도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 기어 변속장치는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 기존에 유성기어 방식의 조합을 통한 기어 변속이 아닌 베벨기어 방식의 두 축의 교차와 함께 유압스위치(300)의 작동을 통해 선택적으로 기어 변속을 수행할 수 있는 기어 변속장치에 관한 것이다.

우선, 엔진 등의 동력원으로부터 회전력을 전달받는 구동축(110)과, 이 구동축(110)에 직교하여 출력축(210)을 설치하는 것이 기본적인 구성이다.

도 1 내지 도 2에 의하면, 상기 구동축(110)과 함께 회전 가능하도록 일체로 형성됨과 아울러, 반경을 따라 간격을 두고 복수의 동심원을 갖는 면기어(121)가 형성된 원판 형상의 회전패널(120)을 포함하는 구동부(100)를 구비한다.

그리고, 상기 회전패널(120)에 인접하여 상기 구동축(110)에 직교 설치된 출력축(210)에 길이 방향을 따라 이동 가능하게 축 결합되어 상기 회전패널(120)의 복수의 면기어(121)에 대응하여 하우징(400)에 구비된 유압스위치(300)에 의해 선택적으로 치합되는 복수의 변속기어세트(201)를 포함하는 변속부(200)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 변속기어세트(201)는 상기 회전패널(120)에 반복적인 동심원으로 간격을 두고 다양한 반경을 갖는 복수의 면기어(121)에 대해 동일한 간격으로 출력축(210)에 길이 방향을 따라 상기 면기어(121)의 형성 간격과 동일 간격으로 설치되며, 바깥쪽 둘레에 외측테이퍼면(221)을 갖는 테이퍼축(220)이 형성되고,

상기 외측테이퍼면(221)에 대응하여 면 접촉되도록 내측 둘레에 내측테이퍼면(231)을 갖는 변속기어(230)로 구성되어 상기 유압스위치(300)의 가압을 통해 상기 외측테이퍼면(221)과 내측테이퍼면(231)의 접촉으로 상기 면기어(121)에 치합된 변속기어(230)의 회전을 상기 출력축(210)에 전달하도록 구성된다.

즉, 상기 출력축(210)의 길이 방향을 따라 구비된 복수의 변속기어세트(201) 중 어느 하나가 선택적으로 유압스위치(300)의 작동을 통해 변속기어(230)가 면기어(121)에 치합되어 출력축(210)에 회전력을 전달하게 되며, 상기 회전패널(120)의 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 면기어(121)와 변속기어(230)의 기어비 차가 더욱 커지므로 최종 바깥쪽에 위치되는 면기어(121)에 변속기어(230)가 치합되는 경우 고속회전으로 출력축(210)에 회전력을 전달하게 된다.

한편, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 변속부(200)는 출력축(210), 변속기어세트(201), 유압스위치(300)를 포함하는 메인변속유닛(200a) 및 서브변속유닛(200b)로 구분되어 다른 실시예의 구성을 갖는다.

이는, 상기 회전패널(120)의 양면에 상기 면기어(121)가 형성됨과 아울러, 교차 설치되는 출력축(210)을 포함한 변속부(200)가 상기 회전패널(120)의 양면 위치에 각각 구비되어 하나는 메인변속유닛(200a)으로 사용되고, 다른 하나는 서브변속유닛(200b)으로 상기 메인변속유닛(200a)에 보조로 증속 효과가 기대된다.

이때, 상기 출력축(210)의 단부에는 메인변속유닛(200a)의 출력축(210)을 통해 출력되는 회전출력을 배가 시킬 수 있도록 출력축(210)에 회전 연결시키는 보조기어세트(240)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 구동축(110)의 어느 한 부분에는 상기 출력축(210)이 직교 설치를 위해서 상기 구동축(110)에 축 결합되는 주베어링(131)과; 상기 주베어링(131)의 둘레 일측에 돌출되어 출력축(210)이 축 결합되는 교차베어링(133)이 일체로 이루어진 이중베어링(130)을 장착하는 것이 더욱 효과적이다.

또한, 도 2에 의하면, 상기 유압스위치(300)는 상기 하우징(400)의 내측에 구비되며, 상기 출력축(210)에 링 형상으로 실린더(310)가 축 결합되고,

상기 실린더(310)의 둘레를 따라 상기 변속기어(230)를 테이퍼축(220) 방향으로 가압하는 복수의 가압로드(320)가 상기 출력축(210)의 길이 방향으로 실린더(310)에 의해 왕복 인출 가능하게 구비된다.

즉, 상기 가압로드(320)가 변속기어(230)의 어느 한쪽만 가압 할 경우 변속기어(230)의 축선이 기울어지는 편차가 발생할 수 있으므로 이른 보안하고자 복수의 가압로드(320)가 변속기어(230)를 동시에 가압하여 면기어(121)에 치합시키는 것이 바람직하다.

따라서, 기계적 또는 전자적으로 유압을 공급하는 유압시스템에 적용하여 하우징(400)에 간격을 두고 설치된 복수의 유압스위치(300) 중에 어느 하나 또는 하나 이상 작동시켜 기어 변속을 용이하게 하는 것이다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 테이퍼축(220)은 원주 방향을 따라 등분 분할되며, 내측면에 끼움돌기(223)가 돌출 형성되고, 상기 출력축(210)에는 상기 끼움돌기(223)가 대응 삽입되는 끼움홈(213)이 형성된다.

그리고, 상기 출력축(210)으로부터 상기 테이퍼축(220)의 용이한 착탈 및 이탈 방지를 위해 출력축(210)의 끼움홈(213) 양단부 내측에는 걸림홈(215)이 더 형성되고, 상기 테이퍼축(220)의 끼움돌기(223) 양측 단부에는 상기 걸림홈(215)에 대응하여 착탈 결합되도록 탄성 결합된 걸림돌기(225)가 더 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작동 상태에 대한 설명은 다음과 같다.

본 발명의 기본적인 구성을 따라 도 1 내지 도 2에 의하면, 다수의 면기어(121)를 갖는 원판 형상의 회전패널(120)이 구동축(110)에 의해 회전 작동하는 동안, 출력축(210)에 간격을 두고 구비된 복수의 변속기어어세트(201) 중 유압스위치(300)를 작동시켜 변속기어(230)를 테이퍼축(220)으로 밀어 외측테이퍼면(221)과 내측테이퍼면(231)의 면접촉으로 변속기어(230)가 출력축(210)에 일체로 회전 가능하게 연결되며, 변속기어(230)가 면기어(121)에 치합되어 회전패널(120)의 회전을 출력축(210)에 변속으로 전달하게 된다.

본 발명의 다른 실시예의 구성을 따라 도 3 내지 도 4에 의하면, 회전패널(120)의 양측에 구분되는 두 개의 변속부(200) 즉 메인변속유닛(200a)과 서브변속유닛(200b)으로 나누어져 앞서 기본구성에서 의 작동을 통해 메인변속유닛(200a)으로 변속 출력하고, 상기 서브변속유닛(200b)에서 추가적으로 변속 작업을 수행하고, 이른 보조기어세트(240)에 의해 각 출력축(210)을 이음 연결하여 출력되는 변속을 더욱 배가 시킬 수 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 구동부
110: 구동축
120: 회전패널
121: 면기어
130: 이중베어링
131: 주베어링
133: 교차베어링
200: 변속부
200a: 메인변속유닛
200b: 서브변속유닛
201: 변속기어세트
210: 출력축
213: 끼움홈
215: 걸림홈
220: 테이퍼축
221: 외측테이퍼면
223: 끼움돌기
225: 걸림돌기
230: 변속기어
231: 내측테이퍼면
240: 보조기어세트
300: 유압스위치
310: 실린더
320: 가압로드
400: 하우징
410: 마감패널
420: 이격로드

Claims

다수의 기어를 조합하여 변속을 이루는 기어 변속장치에 있어서,
구동축(110)과 함께 회전 가능하도록 축 결합되며, 반경을 따라 간격을 두고 복수의 동심원을 갖는 면기어(121)가 형성된 원판 형상의 회전패널(120)을 포함하는 구동부(100)와;
상기 회전패널(120)에 인접하여 상기 구동축(110)에 직교로 출력축(210)이 설치되며, 이 출력축(210)에 길이 방향을 따라 이동 가능하게 축 결합되어 상기 회전패널(120)의 복수의 면기어(121)에 대응하여 하우징(400)에 구비된 유압스위치(300)에 의해 선택적으로 치합되는 복수의 변속기어세트(201)를 포함하는 변속부(200)로 이루어지며,
상기 변속기어세트(201)는,
상기 출력축(210)에 길이 방향을 따라 상기 면기어(121)의 형성 간격과 동일 간격으로 설치되며, 바깥쪽 둘레에 외측테이퍼면(221)을 갖는 테이퍼축(220)과;
상기 외측테이퍼면(221)에 대응하여 면 접촉되도록 내측 둘레에 내측테이퍼면(231)을 갖는 변속기어(230)로 구성되어 상기 유압스위치(300)의 가압을 통해 상기 외측테이퍼면(221)과 내측테이퍼면(231)의 접촉으로 상기 면기어(121)에 치합된 변속기어(230)의 회전을 상기 출력축(210)에 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기어 변속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 변속부(200)는,
출력축(210), 변속기어세트(201), 유압스위치(300)를 포함하는 메인변속유닛(200a) 및 서브변속유닛(200b)로 구분되어 상기 회전패널(120)의 양면 위치에 각각 구비되며, 상기 출력축(210)의 단부에는 메인변속유닛(200a)의 출력축(210)을 통해 출력되는 회전출력을 배가 시킬 수 있도록 출력축(210)에 회전 연결시키는 보조기어세트(240)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기어 변속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구동축(110)의 어느 한 부분에는 상기 출력축(210)이 직교 설치되도록 상기 구동축(110)에 축 결합되는 주베어링(131)과; 상기 주베어링(131)의 둘레 일측에 돌출되어 출력축(210)이 축 결합되는 교차베어링(133)을 포함하여 일체로 형성된 이중베어링(130)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기어 변속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유압스위치(300)는,
상기 하우징(400)의 내측에 구비되며, 상기 출력축(210)에 링 형상으로 축 결합되는 실린더(310)와;
이 실린더(310)의 둘레를 따라 상기 출력축(210)의 길이 방향으로 실린더(310)에 의해 왕복 인출되어 상기 변속기어(230)를 테이퍼축(220) 방향으로 가압하는 복수의 가압로드(320)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 변속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 테이퍼축(220)은 원주 방향을 따라 등분 분할되며, 내측면에 끼움돌기(223)가 돌출 형성되고, 상기 출력축(210)에는 상기 끼움돌기(223)가 대응 삽입되는 끼움홈(213)이 형성됨 것을 특징으로 하는 기어 변속장치.
청구항 5에 있어서,
상기 출력축(210)으로부터 상기 테이퍼축(220)의 용이한 착탈 및 이탈 방지를 위해 출력축(210)의 끼움홈(213) 양단부 내측에는 걸림홈(215)이 더 형성되고, 상기 테이퍼축(220)의 끼움돌기(223) 양측 단부에는 상기 걸림홈(215)에 대응하여 착탈 결합되도록 탄성 결합된 걸림돌기(225)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기어 변속장치.