KR20200124875A

KR20200124875A - 변속기용 동기장치

Info

Publication number: KR20200124875A
Application number: KR1020190048280A
Authority: KR
Inventors: 김천옥; 채민호; 권순성; 신용욱
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-11-04
Also published as: US11041532B2; US20200340538A1

Abstract

변속기용 동기장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기용 동기장치는 출력축 상에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되는 제1, 제2 변속기어 사이에서, 각 변속기어를 상기 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록, 상기 출력축 상에 스플라인 결합되며, 외주를 따라 복수의 개소에 양면이 경사면으로 형성되는 경사부를 갖는 허브와, 상기 허브의 외주 측에 스플라인 결합되는 슬리브와, 상기 허브의 각 경사부의 중앙에 배치되어 상기 슬리브의 내경부에 대응하는 복수의 키와, 상기 허브와 제1, 제2 변속기어 사이에 배치되는 제1, 제2 클러치기어와, 상기 허브와 제1, 제2 클러치기어 사이에 배치되는 제1, 제2 아웃터 링, 및 제1, 제2 이너 링과, 상기 제1 이너 링과 제1 아웃터 링, 및 제2 이너 링과 제2 아웃터 링 사이를 통해 상기 제1, 제2 클러치기어에 고정되는 제1, 제2 싱크로 콘을 포함하는 변속기용 동기장치에 있어서, 상기 복수의 키에 각각 대응하여 상기 슬리브의 내경부에 설치되어 포펫 볼을 통하여 상기 키의 외면을 반경방향으로 접촉 가압하는 포펫볼유닛; 상기 제1, 제2 아웃터 링의 내측면에 각 외단면이 대응하도록, 각 중앙부를 통해 상기 키의 양측 하부에 각각 끼워진 상태로, 각 하단면의 내측 모서리부가 상기 허브의 경사부에 형성된 양측 경사면에 각각 접촉되어 설치되는 제1, 제2 푸시 블록; 및 상기 제1, 제2 푸시 블록의 각 외단면 중앙에 형성된 스프링 홀에 각각 삽입된 상태로, 상기 키의 양측 내측면에 접촉되어 각 푸시 블록의 상기 내측 모서리부가 상기 허브의 각 경사면에 밀착되도록 탄성력을 제공하는 제1, 제2 푸시 스프링을 포함한다.

Description

변속기용 동기장치{SYNCHRONIZER FOR TRANSMISSION}

본 발명은 변속기용 동기장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 키와 허브 사이의 양측에 각각 구성되는 푸시 블록과 푸시 스프링을 통해 변속 과정에 동기 해제되는 변속기어에도 일정 시점까지 동력이 계속 전달되도록 하여 변속 중에 토크 단절감을 개선하는 변속기용 동기장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 변속기에서, 동기장치는 변속 과정에 시프트 포크의 작동에 따라 변속기어(즉, 시프트 기어)의 회전속도를 출력축과 동기시켜 변속 충격을 최소화하면서 동력 연결되도록 하는 기구이다.

도 1은 일반적인 변속기용 동기장치의 반 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 변속기용 동기장치는 출력축(1)에 허브(3)가 스플라인 결합되고, 상기 허브(3)의 외주면 상의 치에 슬리브(5)가 축 방향으로 이동 가능하게 설치된다.

상기 출력축(1) 상의 일측 또는 양측에는 변속기어(7)가 베어링(B)을 통하여 상기 출력축(1)과 별개로 회전 가능하게 설치되고, 상기 변속기어(7)와 일체로 회전하도록 상기 허브(3)에 대응하는 변속기어(7)의 내측에 클러치기어(9)가 구성된다.

또한, 상기 클러치기어(9)와 상기 허브(3) 사이에는 상기 슬리브(5)의 이동 시, 동기 작동하는 싱크로나이저 링(11)이 구성된다.

그리고 상기 허브(3)와 슬리브(5) 사이에는 원주방향으로 3개소에 상기 허브(3)에 대하여 슬리브(5)의 위치를 설정해주는 키볼(13)이 구성되고, 상기 키볼(13)은 상기 허브(3)의 내측에 키볼 하우징(15)을 통하여 설치된 스프링(17)에 의해 탄성적으로 지지되어 상기 키볼(13)이 상기 슬리브(5)이 내주면 중앙에 형성된 그루브(G)에 밀착된다.

여기서, 상기 싱크로나이저 링(11)은 변속과정에 상기 슬리브(5)가 축 방향 이동 시, 상기 키 하우징(15)으로부터 힘을 전달받아 상기 클러치기어(9)에 형성된 콘부(9a)에 원추 클러치로 결합될 수 있도록 형성된다.

따라서 상기 동기장치는 변속과정에 액추에이터(20)의 작동에 의해 시프트 포크(21)가 회전하면서 상기 슬리브(5)를 축 방향 일측으로 슬라이드 이동시킨다.

그러면, 상기 슬리브(5)는 그루브(G)에 밀착된 키볼(13)과 함께, 키볼 하우징(15)에 축 방향 힘을 전달하여 싱크로나이저 링(11)이 클러치기어(9)의 콘부(9a)에 원추 클러치로 결합되도록 하면서 싱크로나이저 링(11)과 치합된다.

즉, 상기 싱크로나이저 링(11)과 상기 클러치기어(9)가 결합되면, 상기 허브(3)와 변속기어(7)는 회전속도가 동기되며, 상기 슬리브(5)는 축 방향 이동을 계속하여 싱크로나이저 링(11)과 함께 상기 클러치기어(9)에 치합된다.

그러면, 상기 허브(3)와 상기 변속기어(7)가 기계적으로 연결되므로 상기 변속기어(7)는 출력축(1)과 동일한 회전속도로 동력 연결된다.

그러나 종래의 동기장치는 변속과정에 중립구간이 있어, 휠에 동력 및 토크 단절이 발생하여 변속감에 불리하며, 기어의 동기 및 치합 과정이 끝난 후, 동력이 전달되어 변속시간이 길어지는 단점이 있다.

즉, 종래 동기장치의 기구적 특성상, 동기 치합되는 싱크로나이저 링(11)만 동기작동이 가능하고, 동기 해제되는 싱크로나이저 링(11)은 동기작동이 불가하여 발생되는 문제점이다.

또한, 변속과정에 액추에이터(20)에 의해 시프트 포크(21)가 빠른 속도로 작동함에 따라 슬리브(5)가 관성에 의해 축 방향으로 이동하면서 클러치기어(9)의 스토퍼에 부딪혀 변속충격과 함께 충격소음을 발생시키는 단점이 있다.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 키와 허브 사이의 양측에 각각 푸시 블록과 푸시 스프링을 구성하여 기어의 동기 및 치합 과정에 동기 해제되는 아웃터 링과 이너 링으로 이루어지는 싱크로나이저 링에도 일정 시점까지 동력전달이 유지되도록 하여 변속 과정에 동기 해제되는 변속기어에 동력이 계속 전달되도록 함으로써, 변속 중에 토크 단절감을 개선하는 변속기용 동기장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예는 슬리브의 스트로크 진행에 따라 양측 싱크로나이저 링에 작용하는 토크가 반비례하도록 변화시켜 부드러운 변속이 이루어질 수 있도록 하는 변속기용 동기장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 출력축 상에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되는 제1, 제2 변속기어 사이에서, 각 변속기어를 상기 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록, 상기 출력축 상에 스플라인 결합되며, 외주를 따라 복수의 개소에 양면이 경사면으로 형성되는 경사부를 갖는 허브와, 상기 허브의 외주 측에 스플라인 결합되는 슬리브와, 상기 허브의 각 경사부의 중앙에 배치되어 상기 슬리브의 내경부에 대응하는 복수의 키와, 상기 허브와 제1, 제2 변속기어 사이에 배치되는 제1, 제2 클러치기어와, 상기 허브와 제1, 제2 클러치기어 사이에 배치되는 제1, 제2 아웃터 링, 및 제1, 제2 이너 링과, 상기 제1 이너 링과 제1 아웃터 링, 및 제2 이너 링과 제2 아웃터 링 사이를 통해 상기 제1, 제2 클러치기어에 고정되는 제1, 제2 싱크로 콘을 포함하는 변속기용 동기장치에 있어서, 상기 복수의 키에 각각 대응하여 상기 슬리브의 내경부에 설치되어 포펫 볼을 통하여 상기 키의 외면을 반경방향으로 접촉 가압하는 포펫볼유닛; 상기 제1, 제2 아웃터 링의 내측면에 각 외단면이 대응하도록, 각 중앙부를 통해 상기 키의 양측 하부에 각각 끼워진 상태로, 각 하단면의 내측 모서리부가 상기 허브의 경사부에 형성된 양측 경사면에 각각 접촉되어 설치되는 제1, 제2 푸시 블록; 및 상기 제1, 제2 푸시 블록의 각 외단면 중앙에 형성된 스프링 홀에 각각 삽입된 상태로, 상기 키의 양측 내측면에 접촉되어 각 푸시 블록의 상기 내측 모서리부가 상기 허브의 각 경사면에 밀착되도록 탄성력을 제공하는 제1, 제2 푸시 스프링을 포함하는 변속기용 동기장치가 제공될 수 있다.

상기 복수의 키는 상기 포펫 볼이 접촉되는 외면상의 중앙에 일정구간의 평면으로 이루어지는 가압면와, 상기 가압면의 양측에 일정구간의 하향 곡면으로 이루어지는 가압해제면이 각각 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 키는 일정 두께의 절곡된 판 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 키는 상기 제1, 제2 푸시 스프링의 각 외측 선단이 접촉되는 양측 내측면을 형성하도록, 상기 외면의 양 단부가 반경방향 내측으로 절곡되어 양측 절곡단을 형성할 수 있다.

상기 포펫볼유닛은 상기 슬리브의 내경부에 형성되는 장착홀에 삽입되는 볼 하우징; 및 상기 볼 하우징에 끼워진 상태로 상기 키의 외면에 접촉되어 반경방향 내측으로 가압하는 포펫 볼을 포함할 수 있다.

상기 제1, 제2 푸시 블록은 각 아웃터 링의 내측면에 대향하는 외단면이 각각 형성되고, 상기 키의 양측 하부에 끼워지도록 각 중앙부에 끼움홈이 형성되며, 상기 끼움홈이 형성되는 각 중앙부 하단면의 내측 모서리부가 상기 허브의 경사부에 형성된 각 경사면에 면 접촉되도록 경사진 캠 면으로 형성될 수 있다.

상기 제1, 제2 푸시 블록은 상기 끼움홈이 형성되는 각 중앙부의 상면에 돌출된 돌출단이 형성되어 상기 돌출단을 통하여 상기 키의 내측 하면에 선 접촉될 수 있다.

상기 돌출단은 반원형의 라운드 형상으로 돌출 형성될 수 있다.

상기 제1, 제2 푸시 스프링은 상기 제1, 제2 푸시 블록의 각 끼움홈이 형성되는 중앙부의 외단면 중앙에 형성된 스프링 홀에 각각 삽입되며, 각 외측 선단이 상기 키의 양측 내측면에 접촉 지지되는 코일 스프링으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치는 키와 허브 사이의 양측에 각각 푸시 블록과 푸시 스프링을 구성하여 기어의 동기 및 치합 과정에 동기 해제되는 아웃터 링과 이너 링으로 이루어지는 싱크로나이저 링에도 일정 시점까지 동력전달이 유지되도록 하여 변속 과정에 동기 해제되는 변속기어에도 동력이 계속 전달되도록 함으로써, 변속 중에 토크 단절감을 개선할 수 있다.

또한, 슬리브의 스트로크 진행에 따라 양측 싱크로나이저 링에 작용하는 토크가 반비례하도록 변화시켜 부드러운 변속이 이루어질 수 있도록 하며, 이에 따라 클러치기어의 스토퍼와 슬리브의 충돌 등에 의한 충격소음을 최소화할 수 있다.

이외에, 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 일반적인 변속기용 동기장치의 반 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치의 반 단면 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치의 반 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치에 적용되는 허브의 사시도이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치의 키에 적용되는 푸시 블록과 푸시 스프링의 사시도 및 단면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치에 적용되는 푸시 블록의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치에 적용되는 푸시 블록의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치에 적용되는 포펫 볼의 위치에 따른 제1, 제2 푸시 블록에 가해지는 힘의 그래프이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치의 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.

단, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치의 반 단면 부분 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치의 반 단면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치는 변속기의 출력축(S) 상에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되는 제1, 제2 변속기어(G1)(G2) 사이에서, 제1, 제2, 변속기어(G1)(G2)를 상기 출력축(S)에 선택적으로 동기 연결하도록 구성된다.

이러한 변속기용 동기장치는 상기 출력축(S) 상에 구성되는 허브(31), 슬리브(33), 3개의 키(35), 제1, 제2 클러치기어(CG1)(CG2), 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2), 제1, 제2 이너 링(IR1)(IR2), 제1, 제2, 싱크로 콘(SC1)(SC2), 포펫볼유닛(40), 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2), 제1, 제2 푸시 스프링(PS1)(PS2)을 포함한다.

상기 제1, 제2 변속기어(G1)(G2)는 출력축(S) 상의 양측에 각각 베어링(B)을 통하여 상기 출력축(S)과 별개로 회전 가능하게 설치된다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치에 적용되는 허브의 사시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 허브(31)는 상기 제1, 제2 변속기어(G1)(G2) 사이에서, 상기 출력축(S) 상에 스플라인 결합되고, 외주를 따라 등간격으로 3개소에 양면이 경사면(CF1)으로 형성되는 경사부(37)를 갖는다.

본 발명의 실시 예에서는 상기 경사부(37)가 상기 허브(31)의 외주를 따라 동일 간격으로 3개소에 형성되는 것을 예시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니면, 상기 경사부(37)는 회전하는 허브(31)의 회전 밸런스를 고려하여 등간격으로 위치가 설정되어야 하며, 토크를 전달하는 허브(31)의 직경의 크기에 따라 상기 경사부(37)의 개수를 적정수준으로 변경하여 적용할 수 있다.

또한, 상기 출력축(S) 상에는 상기 제2 변속기어(G2)의 외측에 기어 슬리브(51)가 끼워져 고정되는데, 상기 기어 슬리브(51)는 상기 허브(31)를 지지하고, 상기 제1 변속기어(G1)와 적정 간격을 가지면서 축 방향 이동을 제한하게 된다.

상기 슬리브(33)는 허브(31)의 외주 측에 스플라인 결합되어 축 방향으로 이동 가능하게 설치된다.

도 5와 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치의 키에 적용되는 푸시 블록과 푸시 스프링의 사시도 및 단면 사시도이다.

도 5와 도 6을 참조하면, 상기 3개의 키(35)는 상기 허브(31)의 외주 측 3개소에 형성되는 각 경사부(37)에 배치되어 상기 슬리브(33)의 내경부에 대응하도록 구성된다.

본 발명의 실시 예에서는 3개의 키(35)가 적용되는 것을 예시하였으나, 상기 키(35)는 상기 허브(31)에 형성되는 경사부(37)에 배치되는 것으로, 상기 경사부(37)의 개수에 따라 그 수가 결정된다.

이러한 키(35)는 일정 두께의 절곡된 판 형상으로 형성되는데, 상기 포펫볼유닛(40)의 포펫 볼(45)이 접촉되는 외면상의 중앙에 일정구간의 평면으로 이루어지는 가압면(T1)이 형성되고, 상기 가압면(T1)의 양측에 일정구간의 하향 곡면으로 이루어지는 가압해제면(T2)이 각각 형성된다.

또한, 상기 키(35)는 외면의 양 단부가 반경방향 내측으로 절곡되어 양측 절곡단(35a)을 형성하여 양측 내부에 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2), 및 제1, 제2 푸시 스프링(PS1)(PS2)을 수용하는 수용 공간을 형성한다.

도 2와 도 3을 참조하면, 상기 제1, 제2 클러치기어(CG1)(CG2)는 허브(31)의 양측과 제1, 제2 변속기어(G1)(G2) 사이에 배치되어 각각 상기 제1, 제2 변속기어(G1)(G2)와 일체로 회전하면서, 상기 제1, 제2 변속기어(G1)(G2)에 각각 동력 전달 가능하게 연결된다.

이러한 제1, 제2 클러치기어(CG1)(CG2)는 상기 슬리브(33)의 스트로크 이동에 따라 슬리브(33)와 선택적으로 스플라인 결합된다.

상기 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)은 허브(31)의 양측과 제1, 제2 클러치기어(CG1)(CG2) 사이에서, 제1, 제2 클러치기어(CG1)(CG2)의 반경방향 외측에 각각 배치되며, 각각은 상기 슬리브(33)와 선택적으로 스플라인 결합된다.

상기 제1, 제2 인너 링(IR1)(IR2)은 허브의 양측과 제1, 제2 클러치기어(CG1)(CG2) 사이에서, 상기 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)의 반경방향 내측에 각각 배치되어 상기 각 클러치기어(CG1)(CG2)에 원추 클러치로 결합 가능하게 설치된다.

또한, 상기 제1, 제2 싱크로 콘(SC1)(SC2)은 각각 상기 제1 이너 링(IR1)과 제1 아웃터 링(OR1), 및 제2 이너 링(IR2)과 제2 아웃터 링(OR2) 사이를 통해 상기 제1, 제2 클러치기어(CG1)(CG2)에 고정된다.

이러한 제1, 제2 싱크로 콘(SC1)(SC2)은 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)과 제1, 제2 이너 링(IR1)(IR2)이 상기 허브(31)에 대하여 회전방향으로 회전을 제한한다.

여기서, 상기 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)과 제1, 제2 인너 링(IR1)(IR2)은 각각 기존의 싱크로나이저 링의 기능을 갖는 것으로, 변속과정에 상기 슬리브(33)가 축 방향으로 스트로크 작동 시, 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)이 키(35)로부터 축 방향 힘을 전달받아 제1, 제2 인너 링(IR1)(IR2)을 통해 각 클러치기어(CG1)(CG2))에 원추 클러치로 결합되어 동기 작동을 유도하는 기능을 갖는다.

도 6을 참조하면, 상기 포펫볼유닛(40)은 상기 3개의 키(35)에 각각 대응하여 상기 슬리브(33)의 내경부에 설치되어 포펫 볼(45)을 통하여 상기 키(35)의 외면에 접촉되어 반경방향으로 가압하도록 구성된다.

즉, 상기 포펫볼유닛(40)은 상기 슬리브(33)의 내경부에 형성되는 장착홀에 볼 하우징(41)이 삽입되어 고정되고, 상기 볼 하우징(41)의 내부에 포펫 볼(45)이 회전 가능하게 삽입된다.

또한, 상기 포펫 볼(45)은 상기 키(35)의 외면에 구름 접촉된 상태로, 키(35)를 반경방향 내측으로 가압하도록 구성된다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치에 적용되는 푸시 블록의 사시도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 상기 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)의 내측면에 각 외단면(OF)이 대응하도록, 각 중앙부를 통해 상기 키(35)의 양측 하부에 각각 끼워진 상태로, 각 하단면의 내측 모서리부가 상기 허브(31)의 경사부(37)에 형성된 양측 경사면(CF1)에 각각 접촉되어 설치된다.

도 6과 도 7을 참조하면, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 각 아웃터 링(OR1)(OR2)의 내측면에 대향하는 외단면(OF)이 각각 형성되고, 상기 키(35)의 양측 하부에 끼워지도록 각 중앙부에 끼움홈(53)이 형성되며, 상기 끼움홈(53)이 형성되는 각 중앙부 하단면의 내측 모서리부가 상기 허브(31)의 경사부(37)에 형성된 각 경사면(CF1)에 면 접촉되도록 경사진 캠 면(CF2)으로 형성된다.

상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 각 끼움홈(53)이 형성되는 각 중앙부의 상면(55)에 돌출된 돌출단(57)이 형성되어 상기 돌출단(57)을 통하여 상기 키(35)의 내측 하면에 선 접촉된다.

여기서, 상기 돌출단(57)은 반원형의 라운드 형상으로 돌출 형성될 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 제1, 제2 푸시 스프링(PS1)(PS2)은 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)의 각 외단면(OF) 중앙에 형성된 스프링 홀(SH)에 각각 삽입된 상태로, 각 외측 선단이 상기 키(35)의 양측 절곡단(35a)의 내측면에 접촉되어 각 푸시 블록(PB1)(PB2)의 상기 내측 모서리부에 형성된 각 캠 면(CF2)이 상기 허브(31)의 경사부(37)에 형성된 각 경사면(CF1)에 밀착되도록 탄성력을 제공한다.

이러한 제1, 제2 푸시 스프링(PS1)(PS2)은 코일 스프링으로 형성되며, 각 스프링 홀(SH)은 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)의 각 끼움홈(53)이 형성되는 중앙부의 외단면(OF) 사이의 중앙에 형성된다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 변속기용 동기장치에서, 상기 키(35)는 자체 탄성을 가지며, 상기 허브(31)의 경사부에 배치되어 허브(31)와 함께 회전하면서 반경방향으로 움직임이 가능하다.

이때, 상기 키(35)의 반경방향 위치는 키(35)의 외면상에 접촉되는 포펫 볼(45)의 폭방향 위치에 의해 결정되며, 포펫 볼(45)이 키(35)를 누르는 힘으로부터 각 아웃터 링(OR1)(OR2)과 각 이너 링(IR1)(IR2)으로 이루어지는 싱크로나이저 링에 작동되는 힘이 발생한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치에 적용되는 푸시 블록의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치에 적용되는 포펫 볼의 위치에 따른 제1, 제2 푸시 블록에 가해지는 힘의 그래프이다.

도 8을 참조하면, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 중앙부에 형성된 각 끼움홈(53)을 통하여 상기 키(35)의 양측에 조립되고, 이로 인해 키(35)의 회전이 제한된다.

또한, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 각 중앙부 하단면의 내측 모서리부에 갬 면(CF2)을 통해 상기 허브(31)의 각 경사부(37)에 형성된 양측 경사면(CF1)에 접촉된다.

상기 제1, 제2 푸시 스프링(PS1)(PS2)은 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)에 형성된 스프링 홀(SH)이 끼워져 외측 선단이 키(35)의 양측 절곡단(35a)에 지지되어 각 푸시 블록(PB1)(PB2)을 허브(31) 측으로 밀어주는 탄성력을 제공한다.

이때, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 각 갬 면(CF2)을 통하여 허브(31)의 경사면(CF1)에 접촉된 상태로, 상기 제1, 제2 푸시 스프링(PS1)(PS2)의 탄성력에 의해 반경방향 외측으로 이동하려는 힘을 가지게 된다. 즉, 이러한 힘은 상기 슬리브(33)의 이동에도 키(35)와 포펫 볼(45) 사이에 간극이 발생되지 않도록 각 푸시 블록(PB1)(PB2)이 키(35)를 반경방향 외측으로 이동시켜 준다.

한편, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 반경방향 외측으로 이동하면, 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)의 각 외측면의 축 방향 돌출량은 줄어들게 되고, 반경방향 내측으로 이동하면, 축 방향 돌출량이 늘어나게 된다.

즉, 도 8의 (ST1)와 같이, 슬리브(33)의 이동에 따라 포펫 볼(45)이 키(35)의 가압해제면(T2)에 위치하면, 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 허브(31)의 경사면(CF1)을 따라 키(35)와 함께 반경방향 외측으로 이동하게 된다. 이때, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 각 외측면(OF)이 키(35)의 양측 절곡단(35a)으로부터 축 방향으로 돌출되는 돌출량이 줄어들어 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)과의 사이에 간격이 발생하여 포펫 볼(45)의 하중이 전달되지 않게 된다.

반대로, 도 8의 (ST2)와 같이, 슬리브(33)의 이동에 따라 포펫 볼(45)이 키(35)의 가압면(T1)에 위치하면, 포펫 볼(45)이 키(35)를 누르는 힘에 의해 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 허브(31)의 경사면(CF1)을 따라 키(35)와 함께 반경방향 내측으로 이동하게 된다. 이때, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 각 외측면(OF)이 키(35)의 양측 절곡단(35a)으로부터 축 방향으로 돌출되는 돌출량이 늘어나 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)에 각각 접촉되어 포펫 볼(45)의 하중이 전달된다.

도 9를 참조하면, 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)에 작용하는 힘은 포펫 볼(45)과 키(35)의 접촉점에서 키(35)와 각 푸시 블록(PB1)(PB2)의 돌출단(57)의 접촉점까지의 거리에 반비례하고, 제1 , 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)에 작용하는 힘의 합은 포펫 볼(45)이 키(35)에 가하는 힘과 같다.

즉, 상기 도 9는 도 8에서 키(35)와 포펫 볼(45)의 접촉점이 P1에서 P2를 거쳐 P3 지점으로 이동할 때, 제1, 제2 푸시블록(PB1)(PB2)에 가해지는 힘의 변화를 도시적으로 나타낸 그래프이다.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치의 변속과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치의 변속과정을 단계별로 설명한다.

먼저, 도 10의 (A)에서와 같이, 슬리브(33)가 제2 변속기어(G2)를 출력축(S)과 동기 연결하도록 도면에서 축 방향 우측에 위치되어 상기 허브(35)와 제2 아웃터 링(OR2) 및 제2 클러치기어(CG2)에 스플라인 결합된 상태이다.

이때, 포펫 볼(45)은 키(35)의 우측 가압해제면(T2) 상에 위치되어 키(35)에 포펫 볼(45)의 가압력이 제거되며, 이때, 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 허브(31)의 경사면(CF1)을 따라 키(35)와 함께 반경방향 외측으로 이동한 상태이며, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)의 각 외측면(OF)이 키(35)의 양측 절곡단(35a)으로부터 축 방향으로 돌출되는 돌출량이 줄어들어 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)과의 사이에 간격에 의해 상기 포펫 볼(45)의 하중이 전달되지 않는다.

이후, 도 10의 (B)에서와 같이, 슬리브(33)가 제2 변속기어(G2)와 출력축(S)의 동기 연결을 해제하도록 도면에서 축 방향 좌측으로 이동하여 포펫 볼(45)이 키(35)의 가압면(T1) 상의 우측 끝에 위치하면, 상기 슬리브(33)는 허브(35)와 제2 아웃터 링(OR2)에 스플라인 결합된 상태가 된다.

그러면, 상기 포펫 볼(45)은 키(35)에 가압력을 전달하여 키(35)를 누르는 힘에 의해 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 허브(31)의 경사면(CF1)을 따라 키(35)와 함께 반경방향 내측으로 이동하게 된다. 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 각 외측면(OF)이 키(35)의 양측 절곡단(35a)으로부터 축 방향으로 돌출되는 돌출량이 늘어나 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)에 각각 접촉되어 포펫 볼(45)의 하중이 전달된다.

이러한 상태에서는 제2 푸시 블록(PB2)에 의해 포펫 볼(45)의 대부분의 하중이 전달되는 제2 아웃터링(OR2)과 제2 이너 링(IR2)으로 이루어지는 싱크로나이저 링의 기능에 의해 출력축(S)의 회전동력이 동기 해제되는 제2 변속기어(G2)에 전달되는 상태이다.

이어서, 도 11의 (C)에서와 같이, 슬리브(33)가 중앙의 중립 위치에 이동하여 포펫 볼(45)이 키(35)의 가압면(T1) 상의 중앙에 위치하면, 상기 슬리브(33)은 허브(35)에만 스플라인 결합된 상태이다.

그러면, 상기 포펫 볼(45)이 키(35)를 누르는 힘은 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)의 각 외측면(OF)을 통하여 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)에 동일하게 전달된다.

이러한 상태에서는 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)에 의해 포펫 볼(45)의 하중이 제1, 제2 아웃터링(OR1)(OR2)과 제1, 제2 이너 링(IR1)(IR2)에 동일하게 전달되어 허브(31)로부터 전달되는 회전력으로 회전속도의 변동 없이 토크만 제2 아웃터 링(OR2)에서 제1 아웃터 링(OR1)으로 옮겨지는 토크 페이즈 과정을 이룬다.

이후, 도 11의 (D)에서와 같이, 슬리브(33)가 제1 변속기어(G1)와 출력축(S)의 동기 연결을 위하여 도면에서 축 방향 좌측으로 이동하여 포펫 볼(45)이 키(35)의 가압면(T1) 상의 좌측 끝에 위치하면, 상기 슬리브(33)는 허브(35)와 제1 아웃터 링(OR1)에 스플라인 결합된 상태가 된다.

그러면, 상기 포펫 볼(45)은 키(35)를 누르는 힘에 의해 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 반경방향 내측의 위치에서, 각 외측면(OF)이 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)에 각각 접촉되어 포펫 볼(45)의 하중이 전달된다.

이러한 상태에서는 제1 푸시 블록(PB1)에 의해 포펫 볼(45)의 대부분의 하중이 전달되는 제1 아웃터링(OR1)과 제1 이너 링(IR1)으로 이루어지는 싱크로나이저 링의 기능에 의해 출력축(S)의 회전동력이 동기 연결되는 제1 변속기어(G1)에 전달되는 상태이다.

이어서, 도 12의 (E)에서와 같이, 슬리브(33)가 제1 변속기어(G1)를 출력축(S)과 동기 연결하도록 도면에서 축 방향 좌측에 위치되어 상기 허브(35)와 제1 아웃터 링(OR1) 및 제1 클러치기어(CG1)에 스플라인 결합된 상태가 된다.

이때, 포펫 볼(45)은 키(35)의 좌측 가압해제면(T2) 상에 위치되어 키(35)에 포펫 볼(45)의 가압력이 제거되며, 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)은 허브(31)의 경사면(CF1)을 따라 키(35)와 함께 반경방향 외측으로 이동한 상태가 된다.

또한, 상기 제1, 제2 푸시 블록(PB1)(PB2)의 각 외측면(OF)이 키(35)의 양측 절곡단(35a)으로부터 축 방향으로 돌출되는 돌출량이 줄어들어 제1, 제2 아웃터 링(OR1)(OR2)과의 사이에 간격에 의해 상기 포펫 볼(45)의 하중이 전달되지 않는다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 변속기용 동기장치는 키(35)와 허브(31) 사이의 양측에 각각 푸시 블록(PB1)(PB2)과 푸시 스프링(PS1)(PS2)을 구성하여 제1, 제2 변속기어(G1)(G2)의 동기 및 치합 과정에 동기 해제되는 싱크로나이저 링(즉, 아웃터 링과 이너 링)에도 일정 시점까지 동력 전달이 유지되도록 하여 변속 과정에 동기 해제되는 변속기어에도 동력이 계속 전달되도록 할 수 있어 변속 중에 토크 단절감을 해소할 수 있다.

또한, 슬리브(33)의 스트로크 진행에 따라 양측 싱크로나이저 링(즉, 아웃터 링과 이너 링)에 작용하는 토크가 반비례하도록 변화시켜 부드러운 변속이 이루어질 수 있도록 하며, 이에 따라 각 클러치기어(CG1)(CG2)의 스토퍼와 슬리브(33)의 충돌 등에 의한 충격소음을 최소화할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

S: 출력축
G1,G2: 제1, 제2 변속기어
CG1,CG2: 제1, 제2 클러치기어
OR1,OR2: 제1, 제2 아웃터 링
IR1,IR2: 제1, 제2 이너 링
SC1,SC2; 제1, 제2 싱크로 콘
31: 허브
33: 슬리브
35: 키
35a: 절곡단
37: 경사부
CF1: 경사면
CF2: 캠 면
40; 포펫볼유닛
41: 볼 하우징
45: 포펫 볼
51: 기어 슬리브
57: 돌출단
PB1,PB2: 푸시 블록
PS1,PS2: 푸시 스프링
T1: 가압면
T2: 가압해제면
B: 베어링

Claims

출력축 상에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되는 제1, 제2 변속기어 사이에서, 각 변속기어를 상기 출력축에 선택적으로 동기 연결하도록, 상기 출력축 상에 스플라인 결합되며, 외주를 따라 복수의 개소에 양면이 경사면으로 형성되는 경사부를 갖는 허브와, 상기 허브의 외주 측에 스플라인 결합되는 슬리브와, 상기 허브의 각 경사부의 중앙에 배치되어 상기 슬리브의 내경부에 대응하는 복수의 키와, 상기 허브와 제1, 제2 변속기어 사이에 배치되는 제1, 제2 클러치기어와, 상기 허브와 제1, 제2 클러치기어 사이에 배치되는 제1, 제2 아웃터 링, 및 제1, 제2 이너 링과, 상기 제1 이너 링과 제1 아웃터 링, 및 제2 이너 링과 제2 아웃터 링 사이를 통해 상기 제1, 제2 클러치기어에 고정되는 제1, 제2 싱크로 콘을 포함하는 변속기용 동기장치에 있어서,
상기 복수의 키에 각각 대응하여 상기 슬리브의 내경부에 설치되어 포펫 볼을 통하여 상기 키의 외면을 반경방향으로 접촉 가압하는 포펫볼유닛;
상기 제1, 제2 아웃터 링의 내측면에 각 외단면이 대응하도록, 각 중앙부를 통해 상기 키의 양측 하부에 각각 끼워진 상태로, 각 하단면의 내측 모서리부가 상기 허브의 경사부에 형성된 양측 경사면에 각각 접촉되어 설치되는 제1, 제2 푸시 블록; 및
상기 제1, 제2 푸시 블록의 각 외단면 중앙에 형성된 스프링 홀에 각각 삽입된 상태로, 상기 키의 양측 내측면에 접촉되어 각 푸시 블록의 상기 내측 모서리부가 상기 허브의 각 경사면에 밀착되도록 탄성력을 제공하는 제1, 제2 푸시 스프링;
을 포함하는 변속기용 동기장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 키는
상기 포펫 볼이 접촉되는 외면상의 중앙에 일정구간의 평면으로 이루어지는 가압면와, 상기 가압면의 양측에 일정구간의 하향 곡면으로 이루어지는 가압해제면이 각각 형성되는 변속기용 동기장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 키는
일정 두께의 절곡된 판 형상으로 형성되는 변속기용 동기장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 키는
상기 제1, 제2 푸시 스프링의 각 외측 선단이 접촉되는 양측 내측면을 형성하도록, 상기 외면의 양 단부가 반경방향 내측으로 절곡되어 양측 절곡단을 형성하는 변속기용 동기장치.
제1항에 있어서,
상기 포펫볼유닛은
상기 슬리브의 내경부에 형성되는 장착홀에 삽입되는 볼 하우징; 및
상기 볼 하우징에 끼워진 상태로 상기 키의 외면에 접촉되어 반경방향 내측으로 가압하는 포펫 볼;
을 포함하는 변속기용 동기장치.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 푸시 블록은
각 아웃터 링의 내측면에 대향하는 외단면이 각각 형성되고, 상기 키의 양측 하부에 끼워지도록 각 중앙부에 끼움홈이 형성되며, 상기 끼움홈이 형성되는 각 중앙부 하단면의 내측 모서리부가 상기 허브의 경사부에 형성된 각 경사면에 면 접촉되도록 경사진 캠 면으로 형성되는 변속기용 동기장치.
제6항에 있어서,
상기 제1, 제2 푸시 블록은
상기 끼움홈이 형성되는 각 중앙부의 상면에 돌출된 돌출단이 형성되어 상기 돌출단을 통하여 상기 키의 내측 하면에 선 접촉되는 변속기용 동기장치.
제7항에 있어서,
상기 돌출단은
반원형의 라운드 형상으로 돌출 형성되는 변속기용 동기장치.
제6항에 있어서,
상기 제1, 제2 푸시 스프링은
상기 제1, 제2 푸시 블록의 각 끼움홈이 형성되는 중앙부의 외단면 중앙에 형성된 스프링 홀에 각각 삽입되며, 각 외측 선단이 상기 키의 양측 내측면에 접촉 지지되는 코일 스프링으로 이루어지는 변속기용 동기장치.