KR20180113026A - 작업차용 트랜스미션 - Google Patents

Abstract

작업차용 트랜스미션이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 작업차용 트랜스미션은, 동력원에 연결된 입력축과 평행하며 하나의 제1 변속기어와 직경이 서로 다른 복수의 제2 변속기어들을 구비한 제1 변속축과, 입력축 상에 설치되고 제1 변속기어와 맞물리는 제1 기어를 구비하며 입력축과 제1 변속축 또는 입력축과 제2 변속축 사이의 동력 전달을 단속하는 제1 변속부와, 제1 변속부 후방의 입력축과 동심구조를 이루도록 설치되며 제1 변속부의 변속 조작 상태에 따라 제1 변속축을 우회한 동력으로 회전운동을 하거나 입력축으로부터 동력을 직접 전달받아 회전운동을 하는 제2 변속축과, 제2 변속축 상에 설치되고 제2 변속기어들 각각에 맞물리는 복수의 제2 기어들을 구비하며 서로 맞물리는 복수의 기어 쌍 중 하나의 기어 쌍을 통해 상기 제1 변속축과 제2 변속축이 동력을 주고 받을 수 있도록 동력 전달을 단속하는 제2 변속부 및 제1 변속축의 후방에 구비되며 제1 변속부와 제2 변속부의 변속 조작 상태에 따라 제1 변속축의 회전동력과 제1 변속축을 우회하여 제2 변속축에 전달된 회전동력을 합성시켜 출력하거나 제2 변속축의 회전동력과 제2 변속축에서 제1 변속축으로 전달된 회전동력을 합성시켜 출력하는 동력 합성부를 포함하는 구성으로 이루어져, 변속 조작이 용이하고 변속 조작의 편의를 제공할 수 있다.

Description

작업차용 트랜스미션{Transmission for work vehicle}

본 발명은 작업차용 트랜스미션에 관한 것으로, 특히 변속 조작 시 특정 변속구간에서 발생하는 변속지연 혹은 출발지연을 해소할 수 있는 유압 클러치 방식의 작업차용 트랜스미션에 관한 것이다.

'트랙터(Tractor)' 라 불리우는 농업용 작업차는 일반 자동차와 구동원리는 비슷하지만, 작업 조건이나 작업 환경에 따라 다양한 경작에 전천후로 활용됨을 목적으로 하기 때문에 구조적인 측면에서 차이가 있다. 즉 용도에 따라 여러 형태의 작업을 수행할 수 있도록 다양한 작업에 유리한 구조와 동력 출력 특성을 가지도록 설계되어 있다.

농업용 작업차를 이용하여 경작을 수행함에 있어, 작업 대상부의 토질에 맞춰 이동 속도 및 동력인출축(PTO 축, Power Take Off)의 회전속도가 최적으로 조절되어야 작업 능률을 높일 수 있고 작업 품질의 균일성을 확보할 수 있다. 그러기 위해서는 변속구간의 폭이 넓어야 하며, 이를 위해 일반 차량과는 다른 복잡한 형태의 변속장치(transmission)를 채택하고 있다.

도 1에는 농업용 작업차에 적용되는 종래 유압 클러치 방식의 8단 파워 트랜스미션의 주요부를 개략 도시한 구조도가 나타나 있다.

도 1을 참조하면, 종래 농업용 작업차의 트랜스미션은 변속단수가 4단인 유압 클러치 방식의 주변속부(1)와, 변속단수가 2단인 유압 클러치 방식의 부변속부(2)를 포함한다. 주변속부(1)와 부변속부(2)는 구조적으로 직렬로 연결되며, 주변속부(1)에서 선택되는 변속단(1 내지 4단)과 부변속부(2)에 의한 변속단(저단 또는 고단, Hi-Low)에 의해 최종 변속단수가 결정된다.

예를 들어, 주변속부(1)에서 A단이 선택되고 부변속부(2) 조작에 의해 L(Low)단이 선택된 경우 최저 변속단인 1단이 되며, 이후 주변속부(1)를 차례로 B, C, D단으로 옮기는 변속 조작에 의하여 2단, 3단, 4단 변속이 구현된다. 그리고 부변속부(2)를 H(High)단에 옮기고 주변속부를 A단부터 B, C, D단으로 옮기는 변속 조작에 의해 5, 6, 7, 8단 변속이 수행된다.

즉 주변속부(1)의 4단 변속과 부변속부(2)의 2단 변속을 통해 총 8단 변속이 가능한 것이다. 도 1의 표를 통해 알 수 있듯이, 원하는 변속단의 변속 동력을 얻기 위해서는 항상 주변속부(1) 4개의 변속요소 중 하나와 부변속부(2) 2개의 변속요소 중 하나가 연결되어야만 한다. 주변속부(1)와 부변속부(2)의 변속요소가 하나씩 연결되어야만 변속 동력이 출력될 수 있는 것이다.

그러나 4단에서 5단으로의 시프트 업(Shift up) 혹은 5단에서 4단으로의 시프트 다운(Shift down) 구간에서는 다른 변속구간과는 다르게, 주변속부(1)와 부변속부(2) 각 한 개씩의 변속요소, 즉 2개의 변속요소가 동시에 변경되어야 한다. 이 경우 다른 변속구간에 비하여 변속에 필요한 유량이 크게 증가하기 때문에 출발지연이 발생하고 변속충격을 제어하기 곤란하다.

또한, 주변속 조작과 부변속 조작이 동시에 수반되어야 함으로써, 운전자 입장에서는 변속 조작 중간에 동력이 단절되는 느낌을 받을 수 있어 변속 성능에 대한 신뢰감을 떨어뜨리는 문제가 있으며, 오조작 및 조작 피로감을 유발시키는 문제와 함께, 변속에 필요한 유량이 증가함에 따라 연비 측면에서도 좋지 못한 결과가 초래되는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-0988155호(등록일자 2010. 10. 08)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 변속 조작 시 특정 변속구간에서 발생하는 출발지연 및 변속충격을 해소하고, 변속 조작의 용이함과 변속 조작의 편의를 도모할 수 있는 작업차용 트랜스미션을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,

동력원에 연결된 입력축과 평행하며, 하나의 제1 변속기어와 직경이 서로 다른 복수의 제2 변속기어들을 구비한 제1 변속축;

상기 입력축 상에 설치되고 상기 제1 변속기어와 맞물리는 제1 기어를 구비하며, 상기 입력축과 제1 변속축 또는 입력축과 제2 변속축 사이의 동력 전달을 단속하는 제1 변속부;

상기 제1 변속부 후방의 입력축과 동심구조를 이루도록 설치되며, 상기 제1 변속부의 변속 조작 상태에 따라 제1 변속축을 우회한 동력으로 회전운동을 하거나 입력축으로부터 동력을 직접 전달받아 회전운동을 하는 제2 변속축;

상기 제2 변속축 상에 설치되고, 상기 제2 변속기어들 각각에 맞물리는 복수의 제2 기어들을 구비하며, 서로 맞물리는 복수의 기어 쌍 중 하나의 기어 쌍을 통해 상기 제1 변속축과 제2 변속축이 동력을 주고 받을 수 있도록 동력 전달을 단속하는 제2 변속부; 및

상기 제1 변속축의 후방에 구비되며, 상기 제1 변속부와 제2 변속부의 변속 조작 상태에 따라, 제1 변속축의 회전동력과 제1 변속축을 우회하여 제2 변속축에 전달된 회전동력을 합성시켜 출력하거나, 제2 변속축의 회전동력과 제2 변속축에서 제1 변속축으로 전달된 회전동력을 합성시켜 출력하는 동력 합성부;를 포함하는 작업차용 트랜스미션을 제공한다.

본 발명에서 상기 제1 변속부에 의한 기어 변속단수는 2단이고, 상기 제2 변속부에 의한 기어 변속단수는 적어도 2단 이상으로 총 4단 이상의 기어 변속이 가능하도록 구성될 수 있다.

또한 상기 제1 변속부는, 상기 제1 기어를 구비하며, 상기 입력축과 제1 변속축 사이의 동력접속을 단속하는 유압 클러치 방식의 저단 변속 클러치와, 상기 입력축과 제2 변속축 사이의 동력접속을 단속하는 유압 클러치 방식의 고단 변속 클러치로 이루어진 고저 변속 클러치 유닛;을 포함하며, 상기 제2 변속축의 말단에 제2 변속축의 회전동력을 상기 동력 합성부에 전달하는 제3 기어가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 저단 변속 클러치가 접속되면, 상기 입력축과 동력 전달 가능하게 연결되는 제1 변속축이 구동축이 되고 제2 변속축은 피동축이 되며, 상기 고단 변속 클러치가 접속되면, 반대로 상기 입력축과 동력 전달 가능하게 연결되는 상기 제2 변속축이 구동축이 되고 제1 변속축은 피동축이 될 수 있다.

그리고 상기 제2 변속부는, 상기 복수의 제2 변속기어들 중 1단 기어를 통해 상기 제1 변속축과 제2 변속축이 동력을 주고 받을 수 있도록 단속하는 제1 변속 클러치 및 복수의 제2 변속기어들 중 2단 기어를 통해 상기 제1 변속축과 제2 변속축이 동력을 주고 받을 수 있도록 단속하는 제2 변속 클러치로 이루어진 제1 변속 클러치 유닛과; 상기 복수의 제2 변속기어들 중 3단 기어를 통해 상기 제1 변속축과 제2 변속축이 동력을 주고 받을 수 있도록 단속하는 제3 변속 클러치 및 복수의 제2 변속기어들 중 4단 기어를 통해 상기 제1 변속축과 제2 변속축이 동력을 주고 받을 수 있도록 단속하는 제4 변속 클러치로 이루어진 제2 변속 클러치 유닛;을 포함하는 구성일 수 있다.

바람직하게는, 상기 동력 합성부는, 상기 제1 변속축의 말단에 일체 회전 가능하게 설치되는 선기어(Sun gear); 상기 제2 변속축의 말단의 제3 기어로부터 회전동력을 전달받아 회전운동을 하는 링기어(Ring gear); 및 캐리어에 의해 지지되고, 상기 선기어에 외접하고 링기어에 내접하는 복수의 유성기어(Planetary gear)들;로 이루어진 유성기어 방식의 동력 합성 메커니즘을 가지는 구성일 수 있다.

다른 예로서 상기 동력 합성부는, 상기 제2 변속축 말단의 제3 기어로부터 아이들기어를 통해 회전동력을 전달받아 회전운동을 하는 종동축 상의 선기어(Sun gear); 상기 제1 변속축 상의 복수의 제2 기어들 중 4단 기어로부터 아이들축을 통해 회전동력을 전달받아 회전운동을 하는 링기어(Ring gear); 및 캐리어에 의해 지지되고, 상기 선기어에 외접하고 링기어에 내접하는 복수의 유성기어(Planetary gear)들;로 이루어진 유성기어 방식의 동력 합성 메커니즘을 가지는 구성일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 입력축에 전달된 엔진 동력이 제1 변속축과 제2 변속축으로 분기되고 유성기어 메커니즘의 동력 합성부를 통해 합성되어 출력되는 구성으로서, 1단부터 8단(2*4)에 걸친 전체 변속구간에서 변속 클러치를 하나씩만 제어하여 연속적이고 순차적인 변속이 가능하다. 즉 종래와 같이 특정구간 변속을 위해 두 개의 변속 클러치를 동시에 제어하지 않아도 된다.

이에 따라, 변속 제어가 보다 간결해지고 단순해져 제어의 용이성 측면에서 유리한 효과가 발휘될 수 있으며, 종래 기술과 같이 특정 변속구간(4단에서 5단 변속 혹은 5단에서 4단 변속)에서 발생하는 출발지연 및 변속충격 문제가 명확하게 해소될 수 있다. 또한, 두 변속부 중 어느 한 쪽만 조작하면 되므로 변속 조작의 용이하고 조작 편의를 제공할 수 있다.

도 1은 농업용 작업차에 적용되는 종래 유압 클러치 방식의 8단 파워 트랜스미션의 주요부를 개략 도시한 구조도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 작업차용 트랜스미션의 개략 구조도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 트랜스미션의 변속 작동표(변속 테이블).
도 4는 제1 변속부가 저단 측에 작동된 때 구현 가능한 1단 내지 4단 변속 시 동력 흐름을 나타내는 제1 실시 예에 따른 작동 상태도.
도 5는 제1 변속부가 고단 측에 작동된 때 구현 가능한 5단 내지 8단 변속 시 동력의 흐름을 도시한 제1 실시 예에 따른 작동 상태도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 작업차용 트랜스미션의 개략 구조도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 자세히 살펴보기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 작업차용 트랜스미션의 개략 구조도이다.

도 2를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 작업차용 트랜스미션은, 입력축(10)에 전달된 엔진 동력이 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)으로 분기되고 유성기어 메커니즘의 동력 합성부(60)를 통해 합성되어 출력되는 구성으로서, 1단부터 8단(2*4)에 걸친 전체 변속구간에서 변속 클러치를 하나씩만 제어하는 것으로 연속적이고 순차적인 변속이 가능하다.

본 발명의 제1 실시 예를 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 2를 다시 참조하면, 제1 실시 예는 제1 변속축(30)을 포함한다. 제1 변속축(30)은 동력원, 예를 들어 엔진 측에 연결된 입력축(10)과 평행하며, 하나의 제1 변속기어(33)와 직경이 서로 다른 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4)을 구비한다. 여기서 입력축(10)은 메인클러치(도시 생략)를 통해 상기 동력원으로부터 단속적으로 동력을 전달받을 수 있도록 구비되는 PTO 축일 수 있다.

입력축(10) 상에는 제1 변속부(20)가 설치된다. 제1 변속부(20)는 상기 제1 변속기어(33)와 맞물리는 제1 기어(23)를 구비하며, 입력축(10)과 제1 변속축(30) 또는 입력축(10)과 후술하는 제2 변속축(40) 사이의 동력 전달을 단속한다. 입력축(10)과 제1 변속축(30), 입력축(10)과 제2 변속축(40) 사이의 동력 전달은 각각, 유압 클러치 방식의 저단 변속 클러치(22)와 고단 변속 클러치(24)에 의해 단속된다.

저단 변속 클러치(22)와 고단 변속 클러치(24)는 하나의 축(입력축, 10) 상에 두 개의 클러치가 하나의 유닛(고저 변속 클러치 유닛, 21)을 이루도록 전후로 배치된 구성일 수 있다. 즉 두 개의 클러치가 전후 쌍을 이루도록 구성되고, 제어 밸브의 절환에 따라 둘 중 하나에 택일적으로 유압이 공급되고 유압이 공급된 측만 작동되는 더블팩 타입의 유압 클러치일 수 있다.

물론 더블팩 타입으로 국한되는 것은 아니다. 저단 변속 클러치와 고단 변속 클러치를 하나의 축(입력축, 10) 상에 개별적으로 구성한 싱글팩 타입 구성 역시 가능하므로, 이 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀둔다.

저단 변속 클러치(22)에는 제1 변속기어(33)와 맞물리는 상기 제1 기어(23)가 구비되며, 제2 변속축(40)은 상기 고단 변속 클러치(24)를 통해 입력축(10)으로부터 단속적으로 동력을 전달받을 수 있도록 구비된다. 그리고 제2 변속축(40)의 말단에는 제2 변속축(40)의 회전동력을 후술하게 될 동력 합성부(60) 측으로 전달하는 제3 기어(45)가 구비된다.

제2 변속축(40)은 속이 빈 중공축으로 상기 제1 변속부(20) 후방으로 연장되는 상기 입력축(10)과 동심구조를 이루도록 설치될 수 있다. 또한 제2 변속축(40)은 상기 제1 변속부(20)의 변속 조작 상태, 구체적으로는 저단 변속 클러치(22) 또는 고단 변속 클러치(24)의 작동에 따라 제1 변속축(30)을 우회한 동력으로 회전운동을 하거나 입력축(10)으로부터 동력을 직접 전달받아 회전운동을 할 수 있다.

제1 변속부(20)를 구성하는 저단 변속 클러치(22)가 접속(Engage) 측으로 작동되면, 전술한 입력축(10)과 동력 전달 가능하게 연결되는 제1 변속축(30)이 구동축이 되고 제2 변속축(40)은 피동축이 된다. 반대로 고단 변속 클러치(24)가 접속(Engage) 측으로 작동되면, 거꾸로 상기 입력축(10)과 동력 전달 가능하게 연결되는 상기 제2 변속축(40)이 구동축이 되고 제1 변속축(30)은 피동축이 된다.

제2 변속축(40) 상에는 제2 변속부(50)가 설치된다. 제2 변속부(50)는 상기 제1 변속축(30) 상의 상기 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 각각에 대응하는 복수의 제2 기어들(54-1 ~ 54-4)을 구비하며, 서로 맞물리는 복수의 기어 쌍 중 하나의 기어 쌍을 통해 동력이 제1 변속축(30)에서 제2 변속축(40) 또는 제2 변속축(40)에서 제1 변속축(30)으로 전달되는 것을 단속한다.

즉 제2 변속부(50)는 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주거나 받을 수 있도록 중간에서 이를 단속한다.

제2 변속부(50)는 유압 클러치 방식의 제1 변속 클러치(52)와 제2 변속 클러치(53)를 하나의 유닛 형태, 바람직하게는 전술한 더블팩 타입 유압 클러치 형태로 구성한 제1 변속 클러치 유닛(51)과, 유압 클러치 방식의 제3 변속 클러치(56)와 제4 변속 클러치(57)를 하나의 유닛 형태, 마찬가지로 전술한 더블팩 타입 유압 클러치 형태로 구성한 제2 변속 클러치 유닛(55)을 포함한다.

제1 변속 클러치(52)는 제1 변속축(30) 상의 상기 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 직경이 가장 작은 1단 기어(34-1)를 통해 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주거나 받을 수 있도록 단속한다. 그리고 제2 변속 클러치(53)는 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 두 번째로 직경이 작은 2단 기어(34-2)를 통해 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주거나 받을 수 있도록 단속한다.

마찬가지로, 제3 변속 클러치(56)는 상기 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 상기 2단 기어(34-2)보다 직경이 큰 3단 기어(34-3)를 통해 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주거나 받을 수 있도록 단속하며, 제4 변속 클러치(57)는 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 직경이 제일 큰 4단 기어(34-4)를 통해 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주거나 받을 수 있도록 단속하는 역할을 한다.

이와 같은 구성에 의하면, 저단 변속 클러치(22)가 접속(Engage)되어 제1 변속축(30)이 구동축이 되고 제2 변속축(40)이 피동축이 되면, 제1 변속 클러치(52)에서 제4 변속 클러치(57) 측으로 갈수록 고단 변속이 되며, 고단 변속 클러치(24)가 접속(Engage)되어 제2 변속축(40)이 구동축이 되면 거꾸로 제4 변속 클러치(57)에서 제1 변속 클러치(52) 측으로 갈수록 고단 변속이 된다.

이에 따라, 4단에서 5단으로의 시프트 업(Shift up) 혹은 5단에 4단으로의 시프트 다운(Shift down) 시 종래의 기술과 같이 주변속부의 클러치와 부변속부의 클러치를 동시에 제어하지 않아도 된다. 즉 제1 변속부(20)와 제2 변속부(50)를 구성하는 복수의 변속 클러치 중 하나만 제어하는 것으로 연속적이고 순차적인 변속이 구현될 수 있다.

제1 변속축(30)의 후방에는 동력 합성부(60)가 구비된다. 동력 합성부(60)는 상기 제1 변속부(20)와 제2 변속부(50)의 변속 조작 상태에 따라, 제1 변속축(30)의 회전동력과 제1 변속축(30)을 우회하여 제2 변속축(40)에 전달된 회전동력을 합성시켜 출력하거나, 제2 변속축(40)의 회전동력과 제2 변속축(40)에서 제1 변속축(30)으로 전달된 회전동력을 합성시켜 출력하는 기능을 한다.

제1 실시 예에 따른 동력 합성부(60)는, 제1 변속축(30)의 말단에 일체 회전 가능하게 설치되는 선기어(Sun gear, 62)와, 제2 변속축(40) 말단의 상기 제3 기어(45)로부터 회전동력을 전달받아 회전운동을 하는 링기어(Ring gear, 66) 및 캐리어(65)에 의해 지지되며 상기 선기어(62)에 외접하고 링기어(66)에 내접하는 복수의 유성기어(Planetary gear, 64)들로 구성된 유성기어 메커니즘일 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 작업차용 트랜스미션의 클러치 조합에 따라 구현되는 변속에 대해 도 3 및 도4와 도 5의 작동 상태도를 참조하여 간단히 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 트랜스미션의 변속 작동표(변속 테이블)이며, 도 4는 제1 변속부가 저단 측으로 작동된 때 구현 가능한 1단 내지 4단 변속 시 동력 흐름을 나타내는 도면이다. 그리고 도 5는 제1 변속부가 고단 측으로 작동된 때 구현 가능한 5단 내지 8단 변속 시 동력의 흐름을 도시한 작동 상태도이다.

앞서 첨부된 도 2에 나타난 제1 실시 예의 예시와 같이, 제1 변속부와 제2 변속부에 의한 변속단수가 2단과 4단으로, 총 8단 변속이 가능한 구성을 예를 들어 설명한다. 물론 이는 하나의 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 변속부(50)의 변속단수는 2단 이상이기만 하면 되므로, 총 4단 이상 변속 가능한 구성이면 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀둔다.

먼저 저속 내지 중저속 변속에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 1단 내지 4단의 저속 내지 중저속 영역의 변속은, 제1 변속부(20)의 저단 변속 클러치(22)가 클러치 접속(Engage) 측으로 절환되어 입력축(10)과 제1 변속축(30)이 동력 전달 가능하게 연결된 상태에서, 제2 변속부(50)의 제1 내지 제4 변속 클러치(52, 53, 56, 57) 중 어느 한 변속 클러치의 택일적 접속으로부터 구현될 수 있다.

저단 변속 클러치(22)가 접속되면, 제1 변속축(30)이 제1 변속기어(33)와 제1 기어(23)를 통해 입력축(10)과 동력 전달 가능하게 연결됨으로써 구동축이 되고 제2 변속축(40)은 피동축이 되며, 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 하나의 변속기어를 통해 제1 변속축(30)으로부터 전달되는 회전동력으로 상기 제2 변속축(40)이 회전운동을 한다.

예를 들어, 1단 변속의 경우 제1 변속축(30) 상의 1단 기어(34-1) 및 제1 변속 클러치(52)를 통해 제1 변속축(30)의 회전동력이 제2 변속축(40)으로 전달되며, 이 과정에서 상기 1단 기어(34-1) 및 이에 대응되는 제1 변속 클러치(52)의 제2 기어(54-1) 사이의 기어비에 상응하는 변속이 이루어진다. 이처럼 변속된 동력은 제2 변속축(40) 말단의 제3 기어(45)를 통해 동력 합성부(60)에 전달된다.

제3 기어(45)를 통한 회전동력은 동력 합성부(60)의 링기어(66)에 전달된다. 그리고 입력축(10)에 의한 제1 변속축(30)의 회전동력은 곧바로 동력 합성부(60) 중앙의 선기어(62)로 전달되어 상기 선기어(62)가 회전운동을 한다. 링기어(66)와 선기어(62)의 회전운동은 중간의 유성기어(64)를 통해 합성되며, 캐리어(65)에 연결된 출력축을 통해 구동 차축(미도시)으로 출력된다.

2단 변속은 1단 변속 후 적정 속도에서 제1 변속 클러치(52)의 접속 해제(Dis Engage)와 동시에 제2 변속 클러치(53)의 접속(Engage)에 의해 구현된다. 이 경우 1단 기어(34-1)를 통한 제2 입력축(10) 방향으로의 동력전달은 차단되고, 2단 기어(34-2)를 통해서만 제1 입력축(10)의 회전동력이 제2 입력축(10)에 전달되며 제3 기어(45)를 통해 동력 합성부(60)에 전달될 수 있다.

마찬가지로, 3단 및 4단 변속 역시 위와 같은 과정으로 구현되며, 이에 따라 1단에서 4단까지의 저속 및 중저속 영역에 대한 순차적인 변속이 구현될 수 있는 것이다.

변속구조는 버튼 타입의 변속 스위치나 레버 타입의 변속 레버 조작을 통한 전자식 혹은 기계식 변속구조를 포함할 수 있다. 또한 전자제어유닛(ECU)가 각 단의 솔레노이드 밸브를 통제하여 차량의 부하상황 및 사용자의 조속페달(또는 조속레버) 조작에 상응하는 요구 출력에 맞춰 자동으로 변속단을 선택하는 공지의 자동변속 매커니즘을 포함할 수도 있다.

다음 중속 내지 고속 변속에 대해 도 3 및 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 5단 내지 8단의 중속 내지 고속 영역의 변속은, 제2 변속부(50)의 고단 변속 클러치(24)가 클러치 접속(Engage) 측으로 절환되어 입력축(10)과 제2 변속축(40)이 동력 전달 가능하게 연결된 상태에서, 제2 변속부(50)의 제1 내지 제4 변속 클러치(57) 중 어느 한 변속 클러치의 택일적 접속으로부터 구현될 수 있다.

고단 변속 클러치(24)가 접속되면, 제2 변속축(40)이 상기 고단 변속 클러치(24)를 통해 입력축(10)과 직결됨으로써 구동축이 되고 반대로 제1 변속축(30)은 피동축이 된다. 이에 따라 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 하나의 변속기어를 통해 제2 변속축(40)이 전달하는 회전동력으로 상기 제1 변속축(30)이 회전운동을 한다.

예를 들어, 5단 변속의 경우 제2 변속축(40) 상의 제4 변속 클러치(57) 및 4단 기어(34-4)를 통해 제2 변속축(40)의 회전동력이 제1 변속축(30)으로 전달되며, 이 과정에서 상기 제4 변속 클러치(57)의 제2 기어(54-4) 및 이에 대응되는 4단 기어(34-4) 사이의 기어비에 상응하는 변속이 이루어진다. 이처럼 변속된 동력은 제1 변속축(30) 말단의 동력 합성부(60)에 전달된다.

제1 변속축(30)이 출력하는 변속된 회전동력은 동력 합성부(60)의 선기어(62)에 전달되며, 제2 변속축(40)의 회전동력은 제3 기어(45)를 통해 동력 합성부(60) 중앙의 링기어(66)로 전달되어 상기 링기어(66)가 회전운동을 한다. 링기어(66)와 선기어(62)의 회전운동은 중간의 유성기어(64)를 통해 합성되며, 캐리어(65)에 연결된 출력축을 통해 구동 차축(미도시)으로 출력된다.

6단 변속은 5단 변속 후 적정 속도에서의 제3 변속 클러치(56)의 접속(Engage)에 의해 구현된다. 이 경우 제4 변속 클러치(57)의 접속은 해제(Dis Engage)되어 4단 기어(34-4)를 통한 제1 입력축(10) 방향으로의 동력전달은 차단되며, 3단 기어(34-3)를 통해서만 제2 입력축(10)의 회전동력이 제1 입력축(10)에 전달되고 동력 합성부(60)에 입력될 수 있다.

마찬가지로, 7단 및 8단 변속 역시 위와 같은 과정으로 구현되며, 이에 따라 5단에서 8단까지의 중속 및 고속 영역에 대한 순차적인 변속이 구현될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 저단 변속 클러치(22)가 작동되어 제1 변속축(30)이 구동축이 되고 제2 변속축(40)이 피동축이 되면, 기어비가 제일 높은 제1 변속 클러치(52) 측에서 기어비가 제일 낮은 제4 변속 클러치(57) 측으로 갈수록 고단 변속이 된다.

이와는 다르게, 고단 변속 클러치(24)의 작동으로 제2 변속축(40)이 구동축이 되면 거꾸로 제4 변속 클러치(57) 측의 기어비가 제일 높고 제1 변속 클러치(52) 측이 기어비가 제일 낮은 단이 된다. 즉 고단 변속 클러치(24)가 접속된 경우 저단 변속 클러치(22)가 접속된 경우와는 반대로, 제4 변속 클러치(57) 측에서 제1 변속 클러치(52) 측으로 갈수록 고단 변속이 된다.

이에 따라, 4단에서 5단으로의 시프트 업(Shift up) 혹은 5단에 4단으로의 시프트 다운(Shift down) 시, 도 3의 변속 작동표(변속 테이블)에서와 같이 제1 변속부(20)의 클러치 접속을 고단 변속 클러치(24) 측으로 전환시키거나(4단 -> 5단), 반대로 제1 변속부(20)의 클러치 접속을 고단 변속 클러치(24)에서 저단 변속 클러치(22)로 바꾸는 조작(5단 -> 4단)만으로 변속이 구현될 수 있다.

즉 4단에서 5단으로의 시프트 업(Shift up) 혹은 5단에 4단으로의 시프트 다운(Shift down) 시 종래의 기술과 같이 주변속부의 클러치와 부변속부의 클러치를 동시에 전환시키지 않아도 되며, 제1 변속부(20)와 제2 변속부(50)를 구성하는 복수의 변속 클러치 중 하나만 제어하는 것으로 연속적이고 순차적인 변속이 구현될 수 있다.

이상의 본 발명의 실시 예에 따르면, 입력축에 전달된 엔진 동력이 제1 변속축과 제2 변속축으로 분기되고 유성기어 메커니즘의 동력 합성부를 통해 합성되어 출력되는 구성으로서, 제1 변속부의 클러치 접속 상태에 따라 제1 변속축과 제2 변속축 사이의 종속 관계가 전환되어 전체 변속구간에서 복잡한 클러치 제어 없이도 연속적이고 순차적인 변속이 가능하다.

결과적으로, 변속 제어가 보다 간결해지고 단순해져 제어의 용이성 측면에서 유리한 효과가 발휘될 수 있으며, 종래 기술과 같이 특정 변속구간(4단에서 5단 변속 혹은 5단에서 4단 변속)에서 발생하는 출발지연 및 변속충격 문제가 명확하게 해소될 수 있다. 또한, 두 변속부 중 어느 한 쪽만 조작하면 되므로 변속 조작의 용이하고 조작 편의를 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 작업차용 트랜스미션의 개략 구조도이다.

도 6의 제2 실시 예는 동력 합성부(70)에 대한 제1 변속축(30) 및 제2 변속축(40)의 동력 전달 구조에 다소 차이가 있는 점을 제외하고는 전술한 제1 실시 예와 동일하다. 따라서 제1 실시 예와 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 차이점에 해당하는 부분에 대해서만 간단히 살펴본다.

제2 실시 예는 제1 실시 예와 다르게, 제2 입력축(40)의 회전동력이 선기어(72)로 입력되고, 제1 입력축(10)의 회전동력이 링기어(76)에 입력된다. 그리고 중간의 유성기어(74)를 통해 두 기어의 회전동력이 합성되고 캐리어(75)를 통해 구동차축(미도시) 측으로 출력된다.

제2 실시 예에서 선기어(72)는 제2 변속축(40) 말단의 제3 기어(45)로부터 아이들기어(80)를 통해 회전동력을 전달받아 회전운동을 하는 종동축(82) 상에 설치될 수 있으며, 링기어(66)는 제1 변속축(30) 상의 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 4단 기어(34-4)로부터 아이들축(84)을 통해 회전동력을 전달받아 회전운동을 하도록 구비될 수 있다.

그리고 상기 유성기어(74)는 캐리어(65)에 의해 지지되며 선기어(72)와 링기어(76) 사이에 위치하도록 복수로 구성될 수 있다.

이와 같은 제2 실시 예의 기본적인 변속 원리는 제1 실시 예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 입력축 20 : 제1 변속부
21 : 고저 변속 클러치 유닛 22 : 저단 변속 클러치
23 : 제1 기어 24 : 고단 변속 클러치
30 : 제1 변속축 33 : 제1 변속기어
34 -1 ~ 34-4: 제2 변속기어 40 : 제2 변속축
45 : 제3 기어 50 : 제2 변속부
51 : 제1 변속 클러치 유닛 52 : 제1 변속 클러치
53 : 제2 변속 클러치 54-1 ~ 54-4 : 제2 기어
55 : 제2 변속 클러치 유닛 56 : 제3 변속 클러치
57 : 제4 변속 클러치 60, 70 : 동력 합성부
62, 72 : 선기어 64, 74 : 유성기어
65, 75 : 캐리어 66, 76 : 링기어
80 : 아이들기어 84 : 아이들축

Claims (7)

1. 동력원에 연결된 입력축(10)과 평행하며, 하나의 제1 변속기어(33)와 직경이 서로 다른 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4)을 구비한 제1 변속축(30);
   상기 입력축(10) 상에 설치되고 상기 제1 변속기어(33)와 맞물리는 제1 기어(23)를 구비하며, 상기 입력축(10)과 제1 변속축(30) 또는 입력축(10)과 제2 변속축(40) 사이의 동력 전달을 단속하는 제1 변속부(20);
   상기 제1 변속부(20) 후방의 입력축(10)과 동심구조를 이루도록 설치되며, 상기 제1 변속부(20)의 변속 조작 상태에 따라 제1 변속축(30)을 우회한 동력으로 회전운동을 하거나 입력축(10)으로부터 동력을 직접 전달받아 회전운동을 하는 제2 변속축(40);
   상기 제2 변속축(40) 상에 설치되고, 상기 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 각각에 맞물리는 복수의 제2 기어들(54-1 ~ 54-4)을 구비하며, 서로 맞물리는 복수의 기어 쌍 중 하나의 기어 쌍을 통해 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주고 받을 수 있도록 단속하는 제2 변속부(50); 및
   상기 제1 변속축(30)의 후방에 구비되며, 상기 제1 변속부(20)와 제2 변속부(50)의 변속 조작 상태에 따라, 제1 변속축(30)의 회전동력과 제1 변속축(30)을 우회하여 제2 변속축(40)에 전달된 회전동력을 합성시켜 출력하거나, 제2 변속축(40)의 회전동력과 제2 변속축(40)에서 제1 변속축(30)으로 전달된 회전동력을 합성시켜 출력하는 동력 합성부(60)(70);를 포함하는 작업차용 트랜스미션.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 변속부(20)에 의한 기어 변속단수는 2단이고, 상기 제2 변속부(50)에 의한 기어 변속단수는 2단 이상으로 총 4단 이상의 기어 변속이 가능한 것을 특징으로 하는 작업차용 트랜스미션.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 변속부(20)는,
   상기 제1 기어(23)를 구비하며, 상기 입력축(10)과 제1 변속축(30) 사이의 동력접속을 단속하는 유압 클러치 방식의 저단 변속 클러치(22)와, 상기 입력축(10)과 제2 변속축(40) 사이의 동력접속을 단속하는 유압 클러치 방식의 고단 변속 클러치(24)로 이루어진 고저 변속 클러치 유닛(21);을 포함하며,
   상기 제2 변속축(40)의 말단에 제2 변속축(40)의 회전동력을 상기 동력 합성부(60)에 전달하는 제3 기어(45)가 구비되는 것을 특징으로 하는 작업차용 트랜스미션.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 저단 변속 클러치(22)가 접속되면, 상기 입력축(10)과 동력 전달 가능하게 연결되는 제1 변속축(30)이 구동축이 되고 제2 변속축(40)은 피동축이 되며,
   상기 고단 변속 클러치(24)가 접속되면, 상기 입력축(10)과 동력 전달 가능하게 연결되는 제2 변속축(40)이 구동축이 되고 제1 변속축(30)은 피동축이 되는 것을 특징으로 하는 작업차용 트랜스미션.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 변속부(50)는,
   상기 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 1단 기어(34-1)를 통해 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주고 받을 수 있도록 단속하는 제1 변속 클러치(52) 및 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 2단 기어(34-2)를 통해 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주고 받을 수 있도록 단속하는 제2 변속 클러치(53)로 이루어진 제1 변속 클러치 유닛(51)과;
   상기 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 3단 기어(34-3)를 통해 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주고 받을 수 있도록 단속하는 제3 변속 클러치(56) 및 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 4단 기어(34-4)를 통해 상기 제1 변속축(30)과 제2 변속축(40)이 동력을 주고 받을 수 있도록 단속하는 제4 변속 클러치(57)로 이루어진 제2 변속 클러치 유닛(55);을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업차용 트랜스미션.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 동력 합성부(60)는,
   상기 제1 변속축(30)의 말단에 일체 회전 가능하게 설치되는 선기어(Sun gear, 62);
   상기 제2 변속축(40)의 말단의 제3 기어(45)로부터 회전동력을 전달받아 회전운동을 하는 링기어(Ring gear, 66); 및
   캐리어(65)에 의해 지지되고, 상기 선기어(62)에 외접하고 링기어(66)에 내접하는 복수의 유성기어(Planetary gear, 64)들;로 이루어진 유성기어 방식의 동력 합성 메커니즘을 가지는 것을 특징으로 하는 작업차용 트랜스미션.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 동력 합성부(70)는,
   상기 제2 변속축(40) 말단의 제3 기어(45)로부터 아이들기어(80)를 통해 회전동력을 전달받아 회전운동을 하는 종동축(82) 상의 선기어(Sun gear, 72);
   상기 제1 변속축(30) 상의 복수의 제2 변속기어들(34-1 ~ 34-4) 중 4단 기어(34-4)로부터 아이들축(84)을 통해 회전동력을 전달받아 회전운동을 하는 링기어(Ring gear, 66); 및
   캐리어(65)에 의해 지지되고, 상기 선기어(72)에 외접하고 링기어(66)에 내접하는 복수의 유성기어(Planetary gear, 74)들;로 이루어진 유성기어 방식의 동력 합성 메커니즘을 가지는 것을 특징으로 하는 작업차용 트랜스미션.
   

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