KR100757251B1 - Power transmission structure for cars by planetary gear and clutch - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 엔진에서 변속기로 동력전달 과정을 도시한 도면,1 is a view showing a power transmission process from a conventional engine to a transmission;
도 2는 종래 동력전달 과정에서 열손실이 없다는 가정하에서 클러치를 통해 전달되는 파워를 표시한 도면,2 is a view showing the power transmitted through the clutch under the assumption that there is no heat loss in the conventional power transmission process,
도 3은 본 발명에 따른 동력전달구조를 나타낸 도면,3 is a view showing a power transmission structure according to the present invention;
도 4는 도 3에서 클러치를 발로 밟고 변속이 이루어지는 경우 유성기어의 회전수를 나타내는 그래프,4 is a graph showing the number of revolutions of the planetary gear when shifting is performed by stepping on the clutch in FIG. 3;
도 5는 도 3에서 클러치에서 발을 뗀 경우 유성기어의 회전수를 나타내는 그래프,5 is a graph showing the rotational speed of the planetary gear when the foot is removed from the clutch in FIG.
도 6은 도 3에서 열손실이 없다는 가정하에서 클러치와 유성기어를 통해 전달되는 파워를 표시한 도면.6 is a view showing the power transmitted through the clutch and the planetary gear under the assumption that there is no heat loss in FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 엔진 12: 크랭크축10: engine 12: crankshaft
20: 클러치 22: 클러치 커버20: clutch 22: clutch cover
24: 클러치 디스크 30: 단순유성기어24: Clutch Disc 30: Simple Planetary Gear
32: 선기어 34: 링기어32: sun gear 34: ring gear
36: 피니언기어 38: 캐리어36: pinion gear 38: carrier
40: 변속기 42: 입력축40: transmission 42: input shaft
44: 출력축 45,46,47: 동기장치44:
48: 차동축48: differential shaft
본 발명은 유성기어와 클러치를 이용한 차량의 동력전달구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 크랭크축, 입력축, 클러치 디스크를 단순유성기어의 선기어, 캐리어, 링기어로 각각 연결하여 클러치의 마찰에 의해 동력이 전달될 때 클러치가 담당하는 파워를 줄일 수 있는 동력전달구조에 관한 것이다.The present invention relates to a power transmission structure of a vehicle using a planetary gear and a clutch. More specifically, the engine crank shaft, the input shaft, and the clutch disk are connected to the sun gear, the carrier, and the ring gear of the simple planetary gear to prevent friction of the clutch. It relates to a power transmission structure that can reduce the power that the clutch is in charge when power is transmitted by.
일반적으로 차량의 경우 엔진에서 발생한 구동력은 변속기에서 주행 상태에 따라 적절한 토크로 변속된 다음 추진축을 통해 구동바퀴로 전달되어 주행이 이루어짐으로써 동력전달이 이루어진다.In general, in the case of a vehicle, the driving force generated by the engine is shifted to an appropriate torque in accordance with the driving state in the transmission, and then transmitted to the driving wheel through the propulsion shaft, thereby driving the power.
종래 기술에 따른 차량의 동력전달은 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(1)의 구동력을 단속하는 클러치(2)와, 차실에 장착된 변속레버(미도시)의 조작에 따라 상기 클러치(2)를 통해 전달받은 엔진(1)의 구동력을 증감시키고, 후진변속 작용을 행하는 변속기(3)와, 상기 변속기(3)로부터 출력된 동력을 전달받아 좌우 구동바퀴에 각각 분배하는 차동장치(미도시) 등으로 이루어진다.Power transmission of the vehicle according to the prior art, as shown in Figure 1, the
상기 변속기(3)는 엔진(1)의 구동력을 전달받아 회전되는 입력축(4)과, 상기 입력축(4)과 평행하게 배치되고 차동장치로 변속된 엔진(1)의 구동력을 전달하는 출력축(5)과, 상기 입력축(4)과 출력축(5) 사이에 배치되어 변속시 상기 입력축(4)과 출력축(5)을 동기화시킴과 아울러 입력축(4)과 출력축(5)을 일정 기어비로 연결하는 동기장치(6,7,8)를 포함하여 구성된다.The
상기 클러치(2)는 클러치 커버(2a)와 클러치 디스크(2b)로 이루어지며, 클러치 디스크(2b)와 변속기(3)의 입력축(4)은 스플라인 결합하여 같이 회전한다.The
그리고 상기 변속기(3)의 입력축(4)에는 오일의 누유를 방지하는 오일 시일(9a)과, 회전을 지지하는 베어링(9b)이 구비된다.The
도 1에서 기호 Te는 엔진(1) 토크, We는 엔진(1) 회전수(클러치 커버(2a)의 회전수), Tt는 클러치(2) 연결시 변속기(3)로부터 엔진(1)에 작용하는 부하(≤클러치 용량(Cc)), Wt는 변속기 입력축(4)의 회전수(클러치 디스크(2b)의 회전수)를 나타낸다.In Fig. 1, the symbol Te denotes the
상기 클러치 용량(Cc)은 아래의 수학식 1에 의해 구해진다.The clutch capacity Cc is obtained by the following equation.
여기서 마찰계수는 클러치 디스크(2b)의 마찰계수, 유효반경은 클러치 디스크 마찰력이 작용하는 유효반경, 면압(clamping load)은 클러치 디스크(2b)에 작용하는 압력이다.Here, the friction coefficient is the friction coefficient of the
상기한 구성에서 열손실이 없는 경우에 클러치(2)를 통해 전달되는 파워 관계식은 Te*We=Tt*Wt이다(도 2 참조).In the above configuration, when there is no heat loss, the power relation transmitted through the
그런데 배기 규제 및 차량 성능 향상을 위해 엔진(1) 용량이 증대됨에 따라 클러치 용량(Cc)을 증대되어야 한다.However, the clutch capacity Cc should be increased as the
상기 Cc를 증대시키기 위해서는 상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이 면압을 올리거나 유효반경을 증대시켜야 한다.In order to increase the Cc, as shown in
면압을 증대시킬 경우 클러치 페달의 답력이 증대되어 사용자의 불만을 유발할 수 있고, 유효반경을 증대시킬 경우 변속기의 축간거리가 충분하지 않으면 서로 간섭을 일으키므로 간섭을 피하기 위해 변속기 축간거리를 증대하여야 하며, 이는 중량 증대, 기어 관성(inertia) 증대, 변속감 부족 등을 유발하는 문제점이 있었다.Increasing the surface pressure increases the pedal pedal effort, which may cause user dissatisfaction.Increasing the effective radius may cause interference with each other if the transmission gearbox distance is not sufficient, so the transmission gearbox distance should be increased to avoid interference. This has a problem of increasing weight, increasing gear inertia, lack of shifting feeling, and the like.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진의 크랭크축, 입력축, 클러치 디스크를 단순유성기어의 선기어, 캐리어, 링기어로 각각 연결하여 클러치의 마찰에 의해 동력이 전달될 때 클러치가 담당하는 파워를 줄임으로써 클러치의 용량과 사이즈를 줄일 수 있는 유성기어와 클러치를 이용한 차량의 동력전달구조를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the clutch is connected to the crankshaft, the input shaft, the clutch disk of the simple planetary gear, respectively, the sun gear, the carrier, the ring gear of the clutch when the power is transmitted by friction of the clutch The purpose of the present invention is to provide a power transmission structure of a vehicle using a planetary gear and a clutch that can reduce the capacity and size of the clutch by reducing the power in charge.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어와 클러치를 이용한 차량의 동력전달구조는 엔진의 구동력을 단속하는 클러치를 통해 차량에 탑재된 엔진의 구동력을 변속기로 전달하는 구조에 있어서,In the power transmission structure of the vehicle using the planetary gear and the clutch according to the embodiment of the present invention for achieving the above object in the structure for transmitting the driving force of the engine mounted on the vehicle to the transmission through the clutch to control the driving force of the engine ,
상기 엔진의 크랭크축과 변속기의 입력축 및 클러치 디스크를 단순유성기어 로 연결하되,The crankshaft of the engine and the input shaft and the clutch disk of the transmission are connected by a simple planetary gear,
상기 단순유성기어는 내측에 제공되어 크랭크축과 연결되는 선기어와, 상기 선기어의 외주연에 치합되어 자전하는 피니언 기어와, 이 피니언 기어의 외측에 치합되어 클러치 디스크와 연결되는 링기어와, 상기 링기어와 결합하여 입력축과 연결되는 캐리어로 구성되는 것을 특징으로 한다.The simple planetary gear is provided with an inner gear connected to the crankshaft, a pinion gear engaged with the outer circumference of the sun gear and rotated, a ring gear meshed with the outer side of the pinion gear and connected to a clutch disk, and the ring. It is characterized by consisting of a carrier coupled to the input shaft coupled to the gear.
도 3은 본 발명에 따른 동력전달구조를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a power transmission structure according to the present invention.
도시된 바와 같이, 엔진(10)과, 클러치(20)와, 단순유성기어(30) 및 변속기(40)를 포함하여 이루어진다.As shown, the
클러치(20)는 엔진(10)의 구동력을 단속하고, 클러치 커버(22)와 클러치 디스크(24)로 이루어진다.The
변속기(40)는 차실에 장착된 변속레버(미도시)의 조작에 따라 상기 클러치(20)를 통해 전달받은 엔진(10)의 구동력을 증감시키고, 후진변속 작용을 행한다.The
상기 변속기(40)는 엔진(10)의 구동력을 전달받아 회전되는 입력축(42)과, 상기 입력축(42)과 평행하게 배치되고 차동장치로 변속된 엔진(10)의 구동력을 전달하는 출력축(44)과, 상기 입력축(42)과 출력축(44) 사이에 배치되어 변속시 상기 입력축(42)과 출력축(44)을 동기화시킴과 아울러 입력축(42)과 출력축(44)을 일정 기어비로 연결하는 동기장치(45,46,47)를 포함하여 구성된다.The
상기 단순유성기어(30)는 내측에 제공되어 엔진(10)의 크랭크축(12)과 연결되는 선기어(32)와, 상기 선기어(32)의 외주연에 치합되어 자전하는 피니언기 어(36)와, 이 피니언기어(36)의 외측에 치합되어 클러치 디스크(24)와 연결되는 링기어(34)와, 상기 링기어(34)와 결합하여 변속기(40)의 입력축(42)과 연결되는 캐리어(38)를 포함하여 구성된다.The simple
즉, 클러치 디스크(24)와 변속기의 입력축(42)과 엔진의 크랭크축(12)을 단순유성기어(30)로 연결하되, 엔진의 크랭크축(12)은 선기어(32)와, 입력축(42)은 캐리어(38)와, 클러치 디스크(24)는 링기어(34)와 연결된다.That is, the
상기 단순유성기어(30)는 변속기(40)의 내부에 위치되되, 클러치(20)와 단순유성기어(30) 사이의 크랭크축(12) 외측으로는 변속기(40)에 공급되는 오일의 누유를 방지하는 오일 시일(52)과, 크랭크축(12)의 회전을 지지하는 베어링(54)이 구비된다.The simple
상기한 구성에 따른 클러치 디스크(24)의 파워 담당을 알아보기 위해 먼저 단순유성기어(30)의 회전 및 토크에 관해 설명한다.In order to determine the power charge of the
상기 단순유성기어(30)의 회전 관계식은 수학식 2와 같고, 토크 관계식은 수학식 3과 같다. The rotational relationship of the simple
여기서 R는 Zs/Zr(링기어(34)와 선기어(32)의 기어비), Wc는 캐리어(38)의 회전수(입력축(42)의 회전수), Wr는 링기어(34)의 회전수(클러치 디스크(24)의 회전수), Ws는 선기어(32)의 회전수(크랭크축(12)의 회전수)이다.Where R is Zs / Zr (gear ratio of
여기서 Ts는 선기어(32)의 토크, Tr은 링기어(34)의 토크, Tc는 캐리어(38)의 토크이다.Ts is the torque of the
상기 수학식 2와 수학식 3에서 단순유성기어(30)의 파워 관계식은 수학식 4가 된다.In
다음 단순유성기어(30)와 연결된 엔진의 크랭크축(12), 입력축(42), 클러치 디스크(24)의 회전에 대해 설명한다.Next, the rotation of the
클러치(20)를 발로 밟고 변속기(40)가 중립인 경우에, 선기어(32)는 엔진(10)에 의해 구동하고, 클러치(20)를 발로 밟아 연결이 끊어졌으므로 링기어(34)는 자유 상태이며, 캐리어(38)는 변속기(40)가 중립에 위치되어 있으므로 동력이 전달되지 않는다.In the case where the clutch 20 is stepped on and the
클러치(20)를 발로 밟고 변속기(40)의 변속이 이루어지는 경우에, 선기어(32)는 엔진(10)에 의해 구동하고, 클러치(20)를 발로 밟아 연결이 끊어졌으므로 링기어(34)는 자유 상태이며, 캐리어(38)는 타이어에 의해 구동되므로 동력은 전달되지 않는다.In the case where the transmission of the
이때 링기어(34)의 회전수는 수학식 5가 된다.At this time, the rotation speed of the
이를 각 기어 간의 회전관계로 나타내면 도 4에 나타낸 바와 같이, Wc가 Ws와 Wr사이에서 1: r로 내분된 값이다.As shown in the rotational relationship between the gears, as shown in FIG. 4, Wc is a value obtained by integrating 1: r between Ws and Wr.
클러치(20)에서 발을 떼어 동력이 전달되는 경우에, 선기어(32)는 엔진(10)에 의해 구동되고, 클러치(20)가 연결되면서 링기어(34)의 회전수는 선기어(32)와 회전수가 같게 되며, 캐리어(38)는 선기어(32) 및 링기어(34)와 직결되어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 모든 기어(32,34,38)의 회전수는 모두 같아져 엔진(10)의 동력이 변속기(40)로 전달된다.When power is transmitted by releasing the clutch 20, the
다음 클러치 디스크(24)의 파워 담당에 대해 설명한다.Next, power charge of the
상기한 클러치(20)와 단순유성기어(30)를 이용한 동력전달구조에서, 변속기(10)를 통해 기어 변속을 한 후 클러치 페달을 떼면서 클러치(20)의 마찰에 의해 동력이 링기어(34)로 전달되고 있고 이때 클러치(20)에서의 손실이 없다고 가정하면, 도 6으로 도시할 수 있다.In the power transmission structure using the clutch 20 and the simple
도 6에서 클러치(20)가 담당하는 파워는 Tr*Wr으로 Tc*Wc보다 작다(Tr*Wr < Tc*Wc)In FIG. 6, the power that the clutch 20 is responsible for is Tr * Wr, which is smaller than Tc * Wc (Tr * Wr <Tc * Wc).
이는 클러치(20)에서 마찰에 의해 링기어(34)로 동력이 전달되면서 동시에 선기어(32)를 통해 캐리어(입력축)로 동력이 전달되기 때문이다.This is because power is transmitted from the clutch 20 to the
본 발명에 따른 동력전달구조에서 클러치(20) 부분의 파워는 Te'*We' = Tr*Wr 이고, 종래 클러치(2) 부분의 파워는 Te*We = Tt*Wt로 이의 대소관계를 살펴보면, Te'*We' = Tr*Wr < Te*We = Tt*Wt 로서, 클러치가 담당하는 파워가 종래보다 감소함을 알 수 있다.In the power transmission structure according to the present invention, the power of the clutch 20 is Te '* We' = Tr * Wr, and the power of the
이와 같이 클러치(20)가 담당하는 파워를 감소시킴으로써 클러치(20)의 용량이나, 사이즈를 줄일 수 있다.As described above, the power and size of the clutch 20 can be reduced by reducing the power that the clutch 20 is responsible for.
이러한 클러치(20)와 단순유성기(30)어를 이용한 동력전달구조는 변속기의 입력축(42)과 차동축(48)의 축간거리 등 레이아웃 문제로 클러치(20)의 사이즈(외경)를 증대시킬 수 없거나 운전자 페달 조작의 편의를 위해 면압(clamping load)에 제약이 있을 때 유리한 구조이다.The power transmission structure using the clutch 20 and the simple
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 클러치의 마찰에 의해 동력이 전달될 때 클러치가 담당하는 파워를 단순유성기어를 이용해 감소시킴으로써 클러치의 사이즈 및 용량을 줄일 수 있고, 클러치가 담당하는 파워가 감소하는 만큼 열손실이 줄어 내구성도 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by reducing the power of the clutch when the power is transmitted by the friction of the clutch using a simple planetary gear, the size and capacity of the clutch can be reduced, the power that the clutch is reduced As a result, heat loss can be reduced, thereby improving durability.
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