KR940005981B1 - 연속변속장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연속변속장치

제 1 도는 본발명 연속변속장치의 일부절결 사시도.

제 2 도는 본발명 연속변속장치의 조립단면도.

제 3 도는 본발명 연속변속장치의 중립상태에서 공회전되고 있는 상태를 나타낸 단면도.

제 4 도는 본발명의 연속변속장치에 의해 전진구동하는 상태를 나타낸 단면도.

제 5 도는 본발명 연속변속장치에 의해 입력이 고속으로 출력축에 전달되는 상태를 나타낸 단면도.

제 6 도는 본발명의 연속변속장치에 의해 출력의 방향이 입력과, 반대방향으로 회전되는 후진상태를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 입력축 11A : 제 1 부분

11B : 제 2 부분 13 : 입력선기어

14 : 선기어 15 : 조정축

15A : 단부 15B, 15B' : 베어링

20 : 캐리어 20B : 베어링

21 : 출력축 22 : 중공원통부

23 : 캐리어 23B : 베어링

25 : 고정핀 26 : 제 1 유성기어

26B : 베어링 27 : 제 2 유성기어

27B : 베어링 31 : 전진용 링기어

31B : 베어링 32 : 관축보스부

33 : 전진용 브레이크 시스템 34 : 후진용 브레이크 시스템

35 : 연동시스템

본발명은 변속장치에 관한 것으로, 특히 클러치가 필요없으며, 변속시 기어의 교체를 하지 않고서도 입력축으로 입력되는 동력을 변속시켜 출력축에 전달할 수 있도록 구성된 연속변속장치에 관한 것이다.

일반적인 변속장치는 모두 정해진 기어비에 따른 선택방법의 택일로서 변속을 하게 되며 변속시에는 기어를 이탈, 교체시켜 주어야하는 번거로움과 매우 세심한 조작이 요구된다. 또한 입력을 차단 또는 연결시켜 주는 클러치 장치가 별도로 설치되어야 하기 때문에 구조적으로 매우 복잡하고 넓은 설치공간을 요하는 불편함이 있었다.

또 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 1991년 6월 26일자로 대한민국 특허출원 제91-10947호(이하 선출원이라함)로서 출원한바 있으나, 상기 선출원에서는 후진을 위한 별도의 링기어가 설치되어 있다.

이에 본발명은 상기와 같은 여러가지 문제점을 해결하기 위하여 특히 상기 선출원의 구성을 달리하여 안출한 것으로, 클러치나 복잡한 기구들을 사용하지 않고 부하의 변동에 신속하게 대응하여 변속할 수 있으며, 회전력도 가장 부드럽게 출력축에 전달할 수 있음은 물론, 후진구동이 원만하게 이루어지고 구조도 간단한 연속변속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위해 본발명은 기관에서 발생된 동력을 전달받는 입력선기어와, 입력선기어와 치합되는 제 1 유성기어와, 제 1 유성기어와 일체로 형성된 제 2 유성기어를 구비하고, 제1, 2유성기어를 지지하는 고정핀 및 캐리어와, 이 캐리어와 일체로 형성된 출력축을 설치하고, 제 1 유성기어의 외측에는 전진을 위한 링기어를 구비하여 치합하고 제 2 유성기어의 내측에는 후진용의 선기어와 치합되고 이 선기어와 일체로 형성된 조정축이 구비된 하나의 유성기어 세트형식으로 구성되어 있다.

이렇게 구성된 연속변속장치의 작동방법으로는 출력축이 부하로 인하여 정지상태일때에는 입력되는 동력은 전진용 링기어를 입력방향과 반대방향으로 회전시키고, 조정축과 일체인 선기어를 입력의 방향으로 회전시켜 중립상태가 된다. 또 입력방향과 반대방향으로 회전하고 있는 전진용 링기어에 전진용 브레이크 시스템을 통하여 제동력을 서서히 가해주어, 전진용 링기어를 완전히 정지시켜주면, 출력축의 회전은 제동력에 비례하여 최저속으로부터 증가하는 전진상태가 된다. 계속해서 출력축의 속도를 증가시킬 경우 공지된 증속시스템을 사용한다. 그리고 구동축의 동력을 고속으로 출력축에 전달하기 위해서는 공지의 장치와 구조를 응용한 연동시스템을 사용하여 입력축과 조정축을 일체로 연결하면 전체가 하나의 회전체가 되어 고속으로 전달된다. 후진의 방법으로는 조정축에 설치된 후진용 브레이크 시스템을 통하여 제동력을 가해주면 선기어가 정지하면서 동력은 출력축을 입력축과 반대방향으로 회전시키게 된다.

이와같이 클러치를 사용하여 기어를 이탈, 교체시켜 주지 않고서도 기관에서 발생된 동력이 중립, 전진, 증속, 고속 또는 후진으로 변속되어 출력축에 전달될 수 있으며 간단한 구조이기 때문에 그 조작이 매우 단순하고 설치공간과 생산비용을 최소화할 수 있으며 회전전달도 원만하게 이룰 수 있다.

이하 본발명의 연속변속장치를 첨부도면에 의거 상세히 설명한다.

본발명의 연속변속장치에는 제 1 도 및 제 2 도에 도시되어 있는 바와같이, 기관의 구동축으로부터 구동력이 입력되는 입력축(11)이 설치되고, 이 입력축(11)은 제 1 부분(11A)과 제 2 부분(11B)으로 구분하여 그 사이에 입력선기어(13)를 입력축(11)과 일체로 형성시킨다. 입력축(11)의 제 1 부분(11A)의 외주에는 소정길이의 중공의 조정축(15)이 입력축(11)과 동축적으로 설치되고, 이 조정축(15)의 한단부(15A)에는 선기어(14)가 일체로 형성된다. 그리고 조정축(15)과 입력축(11)의 회전이 서로 자유롭도록 베어링(15B, 15B')을 설치한다.

선기어(14) 근방의 조정축(15)상에는 원판형 캐리어(20)가 베어링(20B)에 의해 자유롭게 회전하도록 동축적으로 설치된다. 또 중공원통부(22)를 갖는 캐리어(23)과 베어링(23B)에 의해 자유롭게 회전하도록 입력축의 제 2 부분(11B)상에 설치된다. 그리고 캐리어(23)는 출력축(21)과 일체로 형성된다.

입력축(11)을 중심으로 두 캐리어(20, 23)를 함께 회전하도록 하기 위해, 다수의 고정핀(25)이 두 캐리어(20, 23)의 사이에 삽입 고정된다. 그리고 서로 일체로 형성되면서 크기가 다른 제 1 유성기어(26)와 제 2 유성기어(27)의 복합유성기어가 베어링(26B, 27B)에 의해 회전이 자유롭도록 각 고정핀(25)상에 삽입되며, 설치시 제 1 유성기어(26)는 캐리어(23) 근방에, 제 2 유성기어(27)는 캐리어(20) 근방에 설치된다. 또 제 1 유성기어와 제 2 유성기어는 다른 방법으로 조립할 수 있으며, 즉 이 두 유성기어를 고정핀과 일체로 형성하고 고정핀의 양단에 베어링을 삽입하여 양 캐리어에 대하여 회전가능하게 결합하는 것이다.

여기서 고정핀(25), 제 1 유성기어(26), 제 2 유성기어(27) 및 베어링(26B, 27B)은 각각 3개씩 설치된다. 즉 고정핀(25), 제 1 유성기어(26)와 제 2 유성기어(27) 및 베어링(26B, 27B)이 한개의 조로 구성되며, 이와 같은 구성이 회전체의 안정성을 위하여 3개조로 이루어지도록 하였으나 수량에는 한정되지 않는다.

그리고 각 제 1 유성기어(26)의 내측은 입력선기어(13)와 치합시키고, 외측은 전진용 링기어(31)와 치합시킨다. 전진용 링기어(31)에는 관축보스부(32)를 형성시키고, 관축보스부(32)와 중공원통부(22)간에 베어링(31B)을 삽입하여 전진용 링기어(31)가 중공원통부(22)에 대해 독립적으로 회전하게 되어 있다. 아울러 각 제 2 유성기어(27)의 내측은 후진을 위한 선기어(14)와 치합시킨다.

각 단계별로 변속을 하기 위하여 외부에서 제동력을 가해줄 수 있는 브레이크 시스템이 사용되는데, 먼저 전진하기 위하여는 전진용 링기어(31)에 제동력을 가하기 위해 관축보스부(32)에 전진용 브레이크 시스템(33)을 설치하고, 후진하기 위하여는 선기어(14)를 조정하기 위하여 형성된 조정축(15)상에 후진용 브레이크 시스템(34)을 설치한다.

이러한 브레이크 시스템이 관축보스부나 조정축상에 설치하는 것으로 설명되었지만 제동력을 가하여 조정할 수 있는 설치위치나 구조를 달리할 수 있음은 물론이다. 또한 상기에서 서술한 브레이크 시스템들은 공지된 자동제어 또는 수동형식으로써 전기, 전자, 유공압, 마찰차등의 메카니즘을 모두 응용할 수 있으며, 여기서는 보다 간단한 브레이크 제동방식인 라이닝을 설치하여 이 라이닝을 압축함으로써 전진시의 전진용 링기어(31)와 후진시의 조정축(15)을 제동시켜주는 방식으로 설명되었으나 이것에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 전진상태에서 출력축의 속도를 계속 증가시킬 경우, 공지된 증속시스템, 예를들어 유체토오크 컨버터등을 응용할 수 있으며, 이러한 증속시스템은 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

다음 고속상태에서는 입력축(11)과 조정축(15)을 일체로 회전시키는데, 이를 위해 연동시스템(35)이 사용된다. 이러한 연동시스템도 공지된 장치나 기구글 사용할 수가 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

이와같이 구성된 연속변속장치의 동력전달과정과 변속상태를 중립, 전진, 고속 및 후진상태로 분류하여 다음과 같이 설명한다.

본발명의 연속변속장치는 자동차 및 산업기계등의 구동력을 변속하여 출력시켜주는 어떠한 메카니즘에도 사용할 수 있으나 여기서는 자동차의 경우를 예를들어 설명한다.

또 설명의 편의상, 도면 우측에서 보았을때 시계방향으로 회전하는 방향을 입력축의 방향으로 하고, 이 입력축의 방향과 같은 방향을 각 도면에서는 ↑방향으로 정의하여 설명하기로 한다.

1. 중립상태(제 3 도)

중립상태는 기관의 구동력이 출력축(21)으로 출력되지 않고 제 3 도에 도시되어 있는 바와같이 공회전되고 있는 상태이다. 즉 출력축(21)에 부하가 걸린 상태에서 기관의 구동축으로부터 회전력이 입력되면 입력축(11)이 회전되면서 이 축에 일체로 형성된 입력선기어(13)가 동일한 방향 A로 회전하고 입력선기어(13)가 회전함에 따라 이에 치합된 제 1 유성기어(26)가 고정핀(25)에 대하여 입력선기어(13)의 회전방향과 반대인 방향 B로 회전하며, 따라서 제 1 유성기어(26)와 일체로 형성된 제 2 유성기어(27)도 방향 B와 같은 방향으로 회전한다. 즉 부하가 걸린 출력축(21)과 일체로 형성된 캐리어(23) 때문에 제 1 유성기어(26)와 제 2 유성기어(27)는 고정핀(25)에 대하여 자전만 하게 된다. 제 1 유성기어(26)에 치합된 전진용 링기어(31)는 입력선기어(13)의 회전과 반대인 방향 C로 회전되며, 제 2 유성기어(27)에 치합된 선기어(14)는 입력선기어(13)의 회전과 같은 방향 D로 회전하게 되고, 역시 선기어(14)와 일체인 조정축(15)도 방향 D와 같은 방향으로 회전하게 된다.

이와같이 입력축(11)으로 입력된 회전력이 두 계통 방향 C, D로 공회전되므로 회전력은 출력축(21)으로 전달되지 못하고 공회전으로 소산하는 중립상태가 된다.

2. 전진상태(제 4 도)

입력축(11)-입력선기어(13)-제 1 유성기어(26)-캐리어(20, 23)-출력축(21)

전진상태는 출력축(21)의 회전이 최저속으로부터 점진적으로 증가하는 상태로서, 전술한 중립상태에서 전진용 링기어(31)의 관축보스부(32)에 설치된 전진용 브레이크 시스템(33)에 의해 제동력 P1을 서서히 가해주면 중립상태에서 입력축과 반대방향 C로 회전하고 있던 전진용 링기어(31)의 회전력은 감소되면서 정지하게 되며, 아울러 출력축(21)의 회전은 전진용 링기어(31)의 회전감소 및 정지함에 따라 점진적으로 증가하게 된다. 즉 입력축(11)과 입력선기어(13)를 통과한 회전력은 제 1 유성기어(26)를 방향 B로 회전시키고, 이때 제 1 유성기어(26)는 자전과 동시에 제동력 P1에 의해 정지된 전진용 링기어(31)의 내측 주위를 회전 즉 공전하게 되고 캐리어(20, 23)를 방향 E로 회전시키게 되며 캐리어(23)와 일체로 형성된 출력축(21)을 회전시킨다.

이러한 전진상태에서 각 기어들의 회전방향을 보면, 제 1 유성기어(26)는 입력선기어(13)의 방향 A와 반대인 방향 B로 회전하고, 캐리어(20, 23)와 출력축(21)은 입력선기어(13)의 방향과 동일한 방향 E로 회전한다. 그리고 제 1 유성기어(26)는 고정핀(25)에 대해 방향 B로 자전하면서 캐리어(20, 23)와 함께 전진용 링기어(31)의 내측을 방향 E로 공전한다.

그리고, 출력축의 속도를 계속 증가시키고자 할 경우, 즉 증속상태에서는 공지된 증속시스템, 예를들어 유체토오크 컨버터 등을 사용한다.

3. 고속상태(제 5 도)

고속상태는 증속상태보다 더욱 가속시켜 주기 위해 변속되는 상태로서, 전진용 링기어(31)에 가해진 제동력 P1이 해제된 상태에서 연동시스템(35)을 사용하여 입력축(11)과 조정축(15)을 일체로 회전시킨다.

이 고속상태에서는 입력축(11)을 통과한 회전력이 두 계통으로 분리되어 전달되는데, 먼저 입력축(11)을 통과하여 입력선기어(13)를 회전시켜 제 1 유성기어(26)로 전달되는 하나의 계통과, 조정축(15)을 입력축(11)과 일체로 회전시키고 동시에 선기어(14)를 회전시켜 제 2 유성기어(27)로 전달되는 또다른 계통이 있다.

이 두 계통을 통과한 회전력은 캐리어(20, 23)에서 합류하여 출력축(21)을 회전시키게 된다. 다시말해 입력선기어(13)와 선기어(14)로 입력되는 회전이 동일회전, 동일방향이기 때문에 제 1 유성기어(26)와 제 2 유성기어(27)를 자전시키지 못하고 캐리어(20, 23)와 출력축(21)을 입력축(11)과 동일하게 회전시키게 된다. 이러한 상태에서는 입력선기어(13)와 선기어(14)를 제외한 모든 기어들가 캐리어(20, 23)는 두 선기어(13,14)를 중심으로 하여 전체가 하나의 회전체를 이루어 방향 G로 회전하는 상태가 되는 것이다.

4. 후진 상태(제 6 도)

입력축(11)-입력선기어(13)-제 1 유성기어(26)-제 2 유성기어(27)-캐리어(20, 23)-출력축(21)(입력축과 반대방향)

후진상태는 출력축(21)의 회전방향이 입력선기어(13)의 회전방향과 반대인 방향으로 회전하는 상태로서, 전술한 중립상태에서 조정축(15)에 설치된 후진용 브레이크 시스템(34)에 의해 제동력 P2를 가해주면 조정축(15)과 선기어(14)과 정지하게 되며 그로 인하여 출력축(21)이 입력선기어(13)의 회전과 반대방향으로 회전하게 된다.

즉 입력축(11)과 입력선기어(13)를 통과한 회전력은 제 1 유성기어(26)와, 제 2 유성기어(27)을 방향 B로 회전시키고, 제 2 유성기어(27)는 제동력 P2로 인하여 정지된 선기어(14)의 주위를 자전과 공진을 병행하여 캐리어(20, 23)를 방향 H로 회전시키게 되며, 캐리어(23)와 일체로 형성된 출력축(21)이 입력축(11)의 방향과 반대인 방향으로 회전하게 된다. 이때 제 1 유성기어(26)와 치합된 전진용 링기어(31)의 회전방향은 출력축(21)과 같은 방향으로 회전한다.

한편, 본발명에서 사용되는 기어의 잇수비를 목적에 따라 적절히 조정하면 그에 따른 필요한 출력회전수를 얻을 수가 있으며, 참고로 각 기어의 잇수가 정해질때 입력축 1회전에 대한 출력축의 회전수가 다음표에 나타나 있다.

[표]

"-"표시는 입력축과 반대방향

이상과 같이 본발명의 연속변속장치의 구성은 기관의 동력을 입력축을 통하여 출력축으로 변속하여 출력시킬때 동력을 차단시키는 어떠한 클러치 장치를 설치할 필요가 없으며 또한 기어의 이탈, 교체없이 변속비를 조정하여 원활한 속도조정이 가능하고 특히 후진구동을 원활하게 할 수 있으며, 구조가 간단하고 부품이 적어 생산원가 절감과 좁은 공간에서도 설치가 가능하고 충격없이 가동시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고 본발명의 변속장치는 본 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본발명의 취지를 기초로한 모든 차량과 산업기계에서 구동력을 출력축에 변속하여 출력시켜 줄 수 있는 장치에 응용할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서 브레이크 시스템으로 마찰제동력을 가해주는 방식으로는 간단한 가압식 브레이크 라이닝 제동방식을 사용하였으나 이러한 시스템은 그 구성 및 실시방법과 위치등이 여러가지 방법으로 변형될 수 있음은 물론, 장치로는 유·공압, 전기, 전자등의 자동제어를 위한 여러가지 회로구성이 가능하며 이 또한 본발명의 범위를 배제하는 것은 아니다.

Claims (3)

1. 제 1 부분(11A)과 제 2 부분(11B)을 가지면서 입력구동력을 받는 입력축(11)과, 입력축의 제 1 부분(11A)과 제 2 부분(11B) 사이에 입력축(11)과 일체로 형성된 입력선기어(13)와, 한 단부(15A)에 선기어(14)가 일체적으로 형성되고 입력축(11)에 대해 독립적으로 호전할 수 있도록 제 1 부분(11A)상에 동축적으로 설치된 중공의 조정축(15)과, 조정축(15)에 대해 독립적으로 회전할 수 있도록 선기어(14) 근방의 조정축(15)상에 동축적으로 설치된 캐리어(20)와, 중공원통부(22)를 가지면서 입력축의 제 2 부분(11B)에 대해 독립적으로 회전할 수 있도록 동축적으로 설치된 캐리어(23)와, 캐리어(20, 23)를 서로 동시에 회전시키기 위해 캐리어(20, 23)간에 삽입 고정된 다수의 고정핀(25)과, 각 고정핀(25)상에 회전가능하게 설치되고 그 내측은 입력선기어(13)와 치합된 다수의 제 1 유성기어(26)와, 제 1 유성기어와 일체로 형성되어 각 고정핀(25)에 관해 회전가능하게 설치되고 그 내측은 선기어(14)와 치합하는 다수의 제 2 유성기어(27)과, 중공원통부(22)상에서 회전가능하게 동축적으로 설치되고 각 제 1 유성기어(26)의 외측과 치합하는 전진용 링기어(31)와, 캐리어(23)의 중공원통부(22)와 동축적으로 일체로 형성된 출력축(21)과, 전진구동을 위해 전진용 링기어(31)에 제동력을 가하는 전진용 브레이크 시스템(33)과, 고속구동을 위해 입력축(11)과 조정축(15)을 일체로 연결시켜 동시 회전시키는 연동시스템(35)과, 후진구동을 위해 조정축(15)에 제동력을 가하는 후진용 브레이크 시스템(34)을 포함하는 것이 특징인 연속변속장치.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 유성기어(26)는 제 2 유성기어(27)보다 큰 것이 특징인 연속변속장치.
3. 제 1 항에 있어서, 전진구동상태보다 속도를 증가시키기 위해 증속시스템을 적용하는 것을 특징으로 하는 연속변속장치.