KR100534229B1 - 수동 변속기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 수동 변속기는, 클러치로부터 회전 동력을 전달받는 입력축과, 상기 입력축의 회전력을 전달받아 디프 쪽에 회전력을 전달하는 출력축과, 상기 입력축과 출력축에 각각 구비되어 각 변속단의 기어비가 형성되도록 하는 변속 기어 쌍과, 상기 변속 기어 쌍 사이에 구비되어 변속 기어 쌍 중 축에 직결되지 않은 기어를 선택적으로 직결 또는 분리시키는 동기 장치와, 상기 입력축 또는 출력축 상에 구비되어 전달 회전수를 변화시키는 유성 변속수단과, 상기 유성 변속수단을 작동시키는 액츄에이터를 포함하여 구성됨으로써, 변속 기어수를 대폭 줄이면서도 많은 기어비를 구현할 수 있고, 또한 간단한 구조로 5속 이상의 변속기를 효율적으로 설계할 수 있으며, 변속기 전체의 크기를 줄일 수 있는 동시에 경량화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

Description

수동 변속기{Manual transmission}

본 발명은 수동 변속기에 관한 것으로서, 특히 유성 기어 세트를 이용하여 다단 변속이 가능하도록 하여 변속기의 전체적인 구성이 간단해지도록 하는 수동 변속기에 관한 것이다.

도 1은 여러 수동 변속기 중 6 속 수동 변속기를 나타낸 개략적인 구성도이다.

종래 6 속 수동 변속기는 엔진 및 클러치(5)로부터 회전 동력이 입력되는 입력축(10)과, 상기 입력축(10)으로부터 회전 동력을 전달받는 제1 출력축(20) 및 제2 출력축(30)과, 상기 제1 출력축(20)과 제2 출력축(30)으로부터 차륜 측에 구동력을 전달하는 디프 축(40)으로 구성된다.

상기 입력축(10)에는 후진 변속을 위한 구동 기어(11), 3단 변속을 위한 구동 기어(12), 4단 및 5단 변속을 위한 구동 기어(13), 6단 변속을 위한 구동 기어(14), 2단 변속을 위한 구동 기어(15), 1단 변속을 위한 구동 기어(16)가 일체로 연결된 직결 상태로 설치된다.

상기 제1 출력축(20)에는 상기 디프축(40)에 동력을 전달토록 출력 기어(21)가 직결되어 설치되고, 3단 변속을 위한 종동 기어(22), 4단 변속을 위한 종동 기어(24), 6단 변속을 위한 종동 기어(25)가 축으로부터 구속되지 않도록 장착되며, 이와 같은 종동 기어(22)(24)(25)들을 축(20)에 직결시키도록 두 개의 동기 기구(23)(26)가 각각 설치된다.

상기 제2 출력축(30)에는 상기 디프축(40)에 동력을 전달토록 출력 기어(31)가 직결되어 설치되고, 후진 변속을 위한 종동 기어(32), 5단 변속을 위한 종동 기어(34), 2단 변속을 위한 종동 기어(35), 1단 변속을 위한 종동 기어(37)가 축으로부터 구속되지 않도록 장착되며, 이와 같은 종동 기어(32)(34)(35)(37)들을 축(30)에 직결시키도록 두 개의 동기 기구(33)(36)가 설치된다.

그리고, 상기 디프 축(40)에는 상기 입력축(10)과 출력축(20)(30)의 출력 기어(21)(31)에 치합되는 디프 기어(41)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 6속 수동 변속기의 동력 전달 경로를 도 1의 참조 번호를 통해 간단히 설명하면 다음과 같다.

1단 변속; 10 -> 16 -> 37 -> 36(좌측이동) -> 30 -> 31 -> 41 -> 40

2단 변속; 10 -> 15 -> 35 -> 36(우측이동) -> 30 -> 31 -> 41 -> 40

3단 변속; 10 -> 12 -> 22 -> 23(우측이동) -> 20 -> 21 -> 41 -> 40

4단 변속; 10 -> 13 -> 24 -> 23(좌측이동) -> 20 -> 21 -> 41 -> 40

5단 변속; 10 -> 13 -> 34 -> 33(좌측이동) -> 30 -> 31 -> 41 -> 40

6단 변속; 10 -> 14 -> 25 -> 26(우측이동) -> 20 -> 21 -> 41 -> 40

후진 변속; 10 -> 11 -> 17 -> 32 -> 33(좌측 이동) -> 30 -> 31 -> 41 -> 40

그러나, 상기한 바와 같은 6속 수동 변속기를 포함하여 일반적인 수동 변속기는 각 변속단 기어가 입력축(10) 및 출력축(20)(30)에 각각 구비되고, 각 변속단 기어 사이에 여러 개의 동기 장치가 설치되기 때문에 기어 부품수가 많아져 비용이 상승하게 됨은 물론 전체 구조가 복잡해지고, 자동차의 경량화를 실현하는 데도 한계가 있는 문제점이 있다.

특히, 최근의 변속기가 점점 많은 기어비를 구현하고 있는 추세에 따라, 5속 이상 변속에 상기와 같은 구조를 적용할 경우 전체 기어 수가 너무 많고 복잡하여 생산 조립은 물론 경제성 및 차량 경량화 실현 등에서 상당히 불리해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유성기어세트를 이용하여 추가 다단 변속이 가능하도록 구성함으로써 기어수를 대폭 삭제하면서도 많은 기어비를 구현할 수 있도록 하여 간단한 구조로 5속 이상의 변속기를 효율적으로 설계할 수 있고, 변속기 전체의 크기를 줄일 수 있는 동시에 경량화를 실현할 수 있는 수동 변속기를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 수동 변속기는, 클러치로부터 회전 동력을 전달받는 입력축과, 상기 입력축의 회전력을 전달받아 디프 쪽에 회전력을 전달하는 출력축과, 상기 입력축과 출력축에 각각 구비되어 각 변속단의 기어비가 형성되도록 하는 변속 기어 쌍과, 상기 변속 기어 쌍 사이에 구비되어 변속 기어 쌍 중 축에 직결되지 않은 기어를 선택적으로 직결 또는 분리시키는 동기 장치와, 상기 입력축 또는 출력축 상에 구비되어 전달 회전수를 변화시키는 유성 변속수단과, 상기 유성 변속수단을 작동시키는 액츄에이터를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 수동 변속기가 도시된 개략적인 구성도이다.

본 발명에 따른 수동 변속기는 도 2에 도시된 바와 같이, 클러치(40)로부터 회전 동력을 전달받는 입력축(50)과, 상기 입력축(50)의 회전력을 전달받아 디프 장치(75) 쪽에 회전력을 전달하는 출력축(60)과, 상기 입력축(50)과 출력축(60)에 각각 구비되어 각 변속단의 기어비가 형성되도록 하는 변속 기어 쌍(51, 61)(52, 62)(53, 63)(54, 55, 64)과, 상기 변속 기어 쌍 사이에 구비되어 변속 기어 쌍 중 축에 직결되지 않은 기어를 선택적으로 직결 또는 분리시키는 동기 장치(71)(72)와, 상기 입력축(50) 또는 출력축(60) 상에 구비되어 전달 회전수를 변화시키는 유성 변속수단(80)과, 상기 유성 변속수단(80)을 작동시키는 액츄에이터(88)로 구성된다.

상기 변속 기어 쌍(51, 61)(52, 62)(53, 63)(54, 55, 64)은 기어비 설정과 배치에 따라 달라질 수 있지만, 상기 유성 변속수단(80)이 2단 변속이 가능하다고 하였을 때 각 기어 쌍마다 2개의 변속이 가능하도록 이루어진다. 예를 들면, 클러치(40) 쪽 입력축(50)으로부터 첫 번째 변속 기어 쌍(51, 61)은 1 및 2단 변속, 두 번째 변속 기어 쌍(52, 62)은 3단 및 4단 변속, 세 번째 변속 기어 쌍(53, 63)은 5단 및 6단 변속, 그리고 네 번째 변속 기어 쌍(54, 55, 64)은 후진 변속을 위한 기어 쌍으로 설정할 수 있다.

여기서, 참조 번호 55는 역회전 동력 전달을 위한 후진 아이들러 기어를 나타내고, 상기 유성 변속수단(80)에 역회전 기능이 추가된다면, 삭제하는 것도 가능하다.

이와 같은 상기 변속 기어 쌍 중에서 입력축(50)에 구비되는 기어(51)(52)(53)(54)는 입력축(50)에 직결되게 설치되고, 상기 출력축(60)에 구비되는 기어(61)(62)(63)(64)는 출력축(60)에 상대 회전되게 설치된다.

그리고, 상기 출력축에 구비되는 기어(61)(62)(63)(64) 사이에는 상기 동기 장치(71)(72)가 각각 장착된다.

도 3과 도 4는 본 발명의 주요부인 유성 기어 세트를 이용한 변속 장치가 도시된 구성도로서, 도 3은 증속 전달 상태도이고, 도 4는 1:1 전달 상태도이고, 도 5는 도 3의 A-A 방향에서 본 유성 기어 세트를 이용한 변속 장치가 도시된 구성도이다.

상기 유성 변속수단(80)은 상기 출력축(60)에서 디프 장치(75) 쪽으로 변속 동력을 출력하는 쪽에 구비되는 바, 상기 출력축(60)에서 상기 변속 기어(61)(62)(63)(64)가 장치되는 쪽 축(60A)과 디프 장치(75)와 연결되는 출력기어(65)가 장착되는 쪽 축(60B) 사이에 설치된다.

상기 유성 변속수단(80)은 변속기 케이스(미도시 됨)내에 회전하지 않도록 고정된 링기어(81)와, 상기 링기어(81) 내에서 회전하는 유성 기어(82) 및 이 유성 기어(82)를 상호 연결하고 출력축(60A)으로부터 회전력이 입력되는 캐리어(83)와, 상기 유성 기어(82)의 중앙에 위치되어 출력축(60B)으로 회전력을 출력하는 선기어(84)와, 상기 선기어(84)에 연결된 출력축(60B)에 결합되고 축방향 이동이 가능하도록 설치되어 상기 캐리어(83)에 결합되거나 분리되는 직결 수단(85)으로 구성된다.

즉, 상기 직결 수단(85)은 원판형 구조로 이루어져, 회전 방향으로는 상호 구속되고 축방향으로는 움직임이 일정 구간 자유롭도록 상기 출력축(60B)에 스플라인 방식으로 결합되어 상기 액츄에이터(88)의 작동에 따라 직선 이동되면서 상기 캐리어(83)에 밀착되어 결합되거나 분리되도록 구성된다.

그리고 상기 캐리어(83)와 상기 직결 수단(85)은 상호 마주하는 면에 마찰력이 증대될 수 있도록 마찰 부재(83a)(85a)가 구비된다.

상기 액츄에이터(88)는 상기 직결 수단(85)을 축방향으로 이동시키는 솔레노이드식 액츄에이터로 이루어지는 데, 이 솔레노이드식 액츄에이터는 상기 출력축(60B)의 둘레에 장착되는 것이 바람직하다.

이와 같은 액츄에이터(88)는 회전 요소인 상기 직결 수단(85)을 회전시키기 위해 상기 출력축(60B)과 동시 회전토록 구성되는 것이 바람직하고, 운전자의 변속 조작 의지를 감지하는 수단의 신호를 입력받는 제어수단의 신호에 따라 작동된다. 그리고 상기 제어 수단에서 액츄에이터로의 신호 전달은 통상 베어링 등을 이용하여 비회전체에서 회전체로의 전기적 신호를 전달하는 방법을 이용할 수 있다.

한편, 상기 액츄에이터(88)는 상기 직결 수단(85)에 상기 솔레노이드식 액츄에이터와 대향된 힘을 제공하는 탄성 부재(89)가 포함된다. 이 탄성 부재(89)는 출력축(60B)에 구비된 리테이너(89a)에 지지된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 수동 변속기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

운전자가 1단 변속 조작을 하면, 변속 레버 조작에 따라 동기 장치 중 하나(71)가 우측으로 이동하면서 1,2단 변속 기어 쌍(51, 61)을 통해 출력축(60)으로 회전력이 전달되도록 한다.

이와 동시에 변속 레버의 작동에 따라 제어 신호를 출력하는 액츄에이터(88)가 작동되어 직결 수단(85)을 유성 변속수단(80)의 캐리어(83)에 밀착시킨다.

따라서, 상기 1,2단 변속 기어 쌍(51,61)을 통해 설정된 기어비는 캐리어(83)와 직결 수단(85)이 결합되어 일체로 회전함에 따라 그대로 출력 기어(65)를 통해 디프 장치(75)에 전달된다.

이와 다르게 운전자가 2단 변속 조작을 하면, 이때는 변속 레버 조작에 따라 1단 변속이 이루어져 있는 상태이므로 별도의 기구적 작동을 실시하지 않아도 되므로 2단 작동 스위치 등을 눌러서 변속하도록 설계되는 것이 바람직하다.

이와 같이 운전자가 2단 변속 조작을 하면, 액츄에이터(88)가 상기와 반대로 역작동되거나, 탄성 부재(89)에 의해 캐리어(83)에서 직결 수단(85)이 분리된다.

이때에는 상기 1,2단 변속 기어 쌍(51,61)을 통해 입력된 회전력이 캐리어(83)와 유성 기어(82), 선기어(84)로 전달되는 과정에서 일정 정도 증속되어 출력축(60B)에 전달된다.

따라서, 상기 유성 변속수단(80)에 의해 1,2단 변속 기어 쌍(51,61)에 의해 전달된 회전력을 변화시킴으로써 별도의 기어 쌍을 구비하지 않고도 복수의 변속 동력을 형성하는 것이 가능해진다.

상기와 마찬가지로 3,4단 변속 5,6단 변속, 후진 변속도 동일하게 이루어진다.

참고로 각 변속단의 변속 과정을 간단히 살펴보면, 다음과 같다.

1단 변속; 51, 61 -> 71(우측이동) -> 60A, 83 -> 85(결합) -> 60B -> 65

2단 변속; 51, 61 -> 71(우측이동) -> 60A, 83 -> 84(85분리) -> 60B -> 65

3단 변속; 52, 62 -> 71(좌측이동) -> 60A, 83 -> 85(결합) -> 60B -> 65

4단 변속; 52, 62 -> 71(좌측이동) -> 60A, 83 -> 84(85분리) -> 60B -> 65

5단 변속; 53, 63 -> 72(우측이동) -> 60A, 83 -> 85(결합) -> 60B -> 65

6단 변속; 53, 63 -> 72(우측이동) -> 60A, 83 -> 84(85분리) -> 60B -> 65

후진 변속; 54,55,64 -> 72(좌측이동) -> 60A, 83 -> 84 또는 85 -> 60B -> 65

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 수동 변속기는 유성기어세트를 이용하여 추가 다단 변속이 가능하도록 구성되어 있기 때문에 변속 기어수를 대폭 줄이면서도 많은 기어비를 구현할 수 있고, 또한 간단한 구조로 5속 이상의 변속기를 효율적으로 설계할 수 있으며, 변속기 전체의 크기를 줄일 수 있는 동시에 경량화를 실현할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 6속 수동 변속기가 도시된 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 수동 변속기가 도시된 개략적인 구성도,

도 3과 도 4는 본 발명의 주요부인 유성 기어 세트를 이용한 변속 장치가 도시된 구성도로서, 도 3은 증속 전달 상태도이고, 도 4는 1:1 전달 상태도,

도 5는 도 3의 A-A 방향에서 본 유성 기어 세트를 이용한 변속 장치가 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

40 : 클러치 50 : 입력축

51, 52, 53, 54 : 변속 기어 55 : 후진 아이들러 기어

60, 60A, 60B : 출력축 61, 62, 63, 64 : 변속 기어

65 : 출력 기어 71, 72 : 동기 장치

75 : 디프 장치 80 : 유성 변속수단

81 : 링기어 82 : 유성 기어

83 : 캐리어 84 : 선기어

85 : 직결 수단 88 : 액츄에이터

89 : 탄성 부재

Claims (7)

1. 클러치로부터 회전 동력을 전달받는 입력축과, 상기 입력축의 회전력을 전달받아 디프 쪽에 회전력을 전달하는 출력축과, 상기 입력축과 출력축에 각각 구비되어 각 변속단의 기어비가 형성되도록 하는 변속 기어 쌍과, 상기 변속 기어 쌍 사이에 구비되어 변속 기어 쌍 중 축에 직결되지 않은 기어를 선택적으로 직결 또는 분리시키는 동기 장치와, 상기 입력축 또는 출력축 상에 구비되어 전달 회전수를 변화시키는 유성 변속수단과, 상기 유성 변속수단을 작동시키는 액츄에이터를 포함한 것을 특징으로 하는 수동 변속기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 변속 기어 쌍 중 입력축에 구비되는 기어는 입력축에 직결되게 설치되고, 출력축에 구비되는 기어는 출력축에 상대 회전되게 설치되며,

   상기 동기 장치는 상기 출력축에 구비되는 기어 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 수동 변속기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유성 변속수단은 상기 출력축에서 디프 기어 쪽으로 변속 동력을 출력하는 쪽에 구비된 것을 특징으로 하는 수동 변속기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유성 변속수단은 회전하지 않도록 고정된 링기어와, 상기 링기어 내에서 회전하는 유성 기어 및 이 유성 기어를 상호 연결하고 회전력이 입력되는 캐리어와, 상기 유성 기어의 중앙에 위치되어 회전력이 출력되는 선기어와, 상기 선기어에 연결된 축에 결합되고 축방향 이동이 가능하도록 설치되어 상기 캐리어에 결합되거나 분리되는 직결 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 수동 변속기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 캐리어와 상기 직결 수단은 상호 마주하는 면에 마찰 부재가 구비된 것을 특징으로 하는 수동 변속기.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 액츄에이터는 상기 직결 수단을 축방향으로 이동시키는 솔레노이드식 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 수동 변속기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 액츄에이터는 상기 직결 수단에 상기 솔레노이드식 액츄에이터와 대향된 힘을 제공하는 탄성 부재를 포함한 것을 특징으로 하는 수동 변속기.