WO2013077679A1 - 변속기 - Google Patents

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WO2013077679A1
WO2013077679A1 PCT/KR2012/009996 KR2012009996W WO2013077679A1 WO 2013077679 A1 WO2013077679 A1 WO 2013077679A1 KR 2012009996 W KR2012009996 W KR 2012009996W WO 2013077679 A1 WO2013077679 A1 WO 2013077679A1
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WO
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gear
shaft
shift control
transmission
gears
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/009996
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English (en)
French (fr)
Inventor
전정호
Original Assignee
Jeon Jeong Ho
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Jeon Jeong Ho filed Critical Jeon Jeong Ho
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/20—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially using gears that can be moved out of gear
    • F16H3/22—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially using gears that can be moved out of gear with gears shiftable only axially
    • F16H3/30—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially using gears that can be moved out of gear with gears shiftable only axially with driving and driven shafts not coaxial
    • F16H3/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially using gears that can be moved out of gear with gears shiftable only axially with driving and driven shafts not coaxial and an additional shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/02—Gearboxes; Mounting gearing therein
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/04—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing
    • B60K17/06—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing of change-speed gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/06—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with spur gear wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/42—Clutches or brakes
    • B60Y2400/421—Dog type clutches or brakes

Definitions

  • the present invention relates to a transmission that can be universally applied to a device that requires a shift, such as a bicycle, a vehicle, an industrial machine, and more particularly, a smooth shift is possible by alleviating a shift shock when shifting, and a power transmission method of a simple gear gear. It is possible to reduce the manufacturing cost by enabling the structure to be simplified and miniaturized, and to realize high transmission ratio by simple structure, and to improve the accuracy and efficiency of power transmission even when transmitting large power. It is about.
  • the gearbox is provided with a plurality of gears on the main shaft and the sub-shaft, and is a device for changing the driving torque and rotational speed by changing the bite of each gear, and the transmission applied to the vehicle is installed between the clutch and the propulsion shaft, To increase or decrease the rotational force of the engine to suit the driving state of the car to deliver to the drive wheels, the transmission is applied to a device that requires a shift, such as bicycles and other industrial machinery.
  • Such a transmission includes a manual transmission in which shifting is performed by a driver's operation, and an automatic transmission in which shifting is automatically performed.
  • the automatic transmission there is a problem that the cost is high due to the complicated structure and the efficiency is low, and in the case of the conventional continuously variable transmission, there is a problem in that slipping occurs and there is a limit in transmitting large power.
  • Figures 1 and 2 show a planetary gearbox transmission disclosed in the Patent Publication No. 10-2005-0098730 and multiple transmissions connected in series.
  • a conventional planetary gear type transmission includes an input shaft 10, an planetary gear assembly 30 fixed on an input shaft 10, an auxiliary 35, and an output shaft installed on opposite sides of the input shaft 10. (20), the slider (40) which can move left and right on the output shaft (20), the connection means (60) provided in a part of the planet carrier (33) of the planetary gear assembly (30), and the connection provided in a part of the support (35).
  • the means 61, the connection means 70 installed in a part of the slider 40, etc. are comprised.
  • the main part of the planetary gear assembly 30 is composed of a sun gear 31, a planetary gear 32, a planetary carrier 33 including a pinion shaft 33a and a fixing portion 33b, a ring gear 34 and the like. do.
  • the ring gear 34 is here fixed by the fastening means 80 as a fastening element.
  • the auxiliary body 35 is fixed to the planetary gear assembly 30 at a predetermined distance on the input shaft 10.
  • An output shaft 20 is installed on the opposite side of the input shaft 10, and a bearing 90 is provided at the contact portion between the input shaft 10 and the output shaft 20 to mitigate frictional force.
  • a slider 40 capable of moving forward and backward is provided on the output shaft 20, a slider 40 capable of moving forward and backward is provided.
  • Sliding means 50 is provided at the contact portion between the slider 40 and the output shaft 20 to enable forward and backward movement and power connection of the slider 40.
  • the connecting means 60 is installed in a part of the planetary carrier 33 of the planetary gear assembly 30, the connecting means 61 is installed in a part of the auxiliary body 35, and the connecting means (a part of the slider 40). 70) are installed.
  • the connecting means 70 of the slider 40 and the connecting means 60 of the planet carrier 33 are connected when the slider 40 is advanced, and the connecting means of the slider 40 when the slider 40 is backward.
  • the 70 is connected with the connecting means 61 of the auxiliary 35.
  • the planetary gear assembly 30 is rotated together with the rotation of the input shaft 10.
  • the sun gear 31 and the planetary gear 32 rotate, and the planet carrier 33 rotates at the same time.
  • the slider 40 connected to the connecting means 60 of the planetary carrier 33 and the connecting means 70 of the slider 40 rotates, and with the rotation of the slider 40,
  • the output shaft 20 rotates.
  • the speed ratio becomes deceleration (stage 1).
  • I denotes a first transmission
  • II denotes a second transmission.
  • the output shaft 20 of the first transmission I becomes the input shaft 10 'of the second transmission II connected in series. In this way, it is possible to increase the shift stage by connecting a plurality of planetary gear transmissions.
  • the slider 40 is moved forward and backward during shifting so that the connecting means 70 of the slider 40 is connected to the connecting means 60 of the planet carrier 33 or the connecting means of the auxiliary 35 ( 61) in the process of being engaged in the power breakage phenomenon occurs and the gears during gear shifting shock, the shift is unstable, there is a problem that the efficiency of power transmission falls.
  • the prior art includes a configuration that can connect the torque converter (not shown) to the transmission to mitigate the shock during the shift of the gear type transmission by the shift force by the fluid of the torque converter.
  • the torque converter is additionally installed in order to alleviate the shock during the shift, the manufacturing cost of the transmission increases, and the volume increases, which makes it difficult to apply to a device requiring a compact transmission such as a bicycle.
  • the conventional bicycle transmission it is generally configured to shift using a multi-stage sprocket gear, but even in this case, a shift shock occurs during shifting, and shifting is not smoothly performed during shifting. have.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a transmission that can obtain a high transmission ratio while simplifying the connection structure between the gears for the multi-shift.
  • Another object of the present invention is to provide a transmission that enables stable and high efficiency power transmission by relieving shift shocks during shifting, enabling smooth shifting, and preventing breakage of power during shifting.
  • the present invention is to provide a transmission that can be universally applied to a device that requires a shift, such as bicycles, vehicles, industrial machinery by enabling the transmission of large power by configuring the connection structure between the gears in a simple gear gear method. .
  • the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120 is disposed on both sides to form the appearance of the transmission, the fixing plate 100 is installed in the gear for the multi-stage shifting );
  • a main gear 200 which is rotatably installed to penetrate the rear fixing plate 120 and coupled to the shaft 210 to transmit a driving force;
  • a first gear 300 which is rotatably connected to the main gear 200 in a state where the main gear 200 penetrates the front fixing plate 110 and is installed in a forward and backward direction, and has a first clutch means formed on one surface thereof; It is supported on the rear fixing plate 120, is rotatably connected to a shaft provided on the same axis as the shaft of the first gear 300, the surface facing the one surface of the first gear 300
  • a second gear 400 having a second clutch means connected to or spaced from the first clutch means in conjunction with the forward and backward movement of the first gear 300 to function as a clutch;
  • An output gear 500 connected through the second gear 400 and a power transmission means 600;
  • shift control means which controls the first
  • the shaft of the first gear 300 and the shaft of the second gear 400 may be configured separately or integrally.
  • first clutch means and the second clutch means are formed along the circumferential direction, respectively, on opposite surfaces of the first gear 300 and the second gear 400, and simply the first clutch means and the second clutch means.
  • first clutch means and the second clutch means respectively formed along the circumferential direction on the opposite surface of the first gear 300 and the second gear 400, consists of inclined surfaces of different directions only one-way rotation
  • first catching jaw 311,321,331,341
  • second catching jaw 411,421,431,441
  • first clutch means and the second clutch means are respectively provided in the first gear 300 and the second gear 400, the rotational force is transmitted in one direction and the slip in the opposite direction is cut off the power It may be composed of a first clutch bearing 329 and a second clutch bearing 429.
  • the first gear 300 is always arranged on the outer circumferential surface of the main gear 200 at regular intervals and is composed of a plurality of first gear (310, 320, 330, 340) having different diameters for multi-stage shifting
  • the second gear 400 is made of the same number as the first gear 300, and is composed of a plurality of second gears (410, 420, 430, 440) having different diameters according to the gear ratio, and the first of the first gear (310, 320, 330, 340)
  • One clutch means may be configured by the shift control means (700,700 ') to be controlled individually back and forth movement.
  • the shift control means 700 is rotated about the rotating shaft 710 connected to the front fixed plate 110 and spaced up and down and made of a shift control panel 720 coupled to the rotating shaft 710
  • the shift Control panel 720 is composed of a plurality of plates 721,722 spaced apart in the axial direction of the rotary shaft 710
  • the plate 721,722 is a pressing portion of a curved shape in a predetermined angle section with respect to the rotary shaft 710 721b and 722b are formed so that, when the shift control panel 720 is rotated, the press plates 315 formed at the end of the first gear rotation shaft protruding outwardly of the front fixing plate 110 are the press portions 721b and 722b. It may be configured to be moved back and forth along the shape of).
  • the first gear 300 is always arranged on the outer circumferential surface of the main gear 200 at regular intervals and is composed of a plurality of first gear (310, 320, 330, 340) having different diameters for multi-stage shifting
  • the second gear 400 is made of the same number as the first gear 300, and is composed of a plurality of second gears (410, 420, 430, 440) having different diameters according to the transmission ratio, one side of the first gear (310, 320, 330, 340)
  • Couplings 325 and 345 having protrusions 325a and 345a are integrally coupled to each other, and the forks 325a and 345a penetrate the front fixing plate 110 to be moved forward and backward by the shift control means 700.
  • the locking grooves 326a and 346a of the 326 and 346 may be coupled to each other.
  • the shift control means 700 is rotated about the rotating shaft 710 connected to the front fixed plate 110 and spaced up and down and made of a shift control panel 720 coupled to the rotating shaft 710
  • the shift Control panel 720 is composed of a plurality of plates 721,722 spaced apart in the axial direction of the rotary shaft 710
  • the plate 721,722 is a pressing portion of a curved shape in a predetermined angle section with respect to the rotary shaft 710 721b and 722b are formed such that, when the shift control panel 720 rotates, the shaft portions 326b and 346b of the forks 326 and 346 are moved back and forth along the shapes of the pressing parts 721b and 722b.
  • the first gear 300 is always arranged on the outer circumferential surface of the main gear 200 at regular intervals and is composed of a plurality of first gear (310, 320, 330, 340) having different diameters for multi-stage shifting
  • the second gear 400 is made of the same number as the first gear 300, and is composed of a plurality of second gears (410, 420, 430, 440) having different diameters according to the transmission ratio, one side of the first gear (310, 320, 330, 340)
  • the connecting members 327 and 347 are integrally coupled to each other, and the outside of the connecting members 327 and 347 slides forward and backward along the connecting members 327 and 347 and the dog clutches 328 and 348 having the first clutch means are coupled to one surface thereof.
  • the fork parts 328a and 348a of the dog clutches 328 and 348 are formed with locking parts 328b and 348b and penetrate the front fixing plate 110 to be moved back and forth by the shift control means 700.
  • Engagement grooves (326a, 346a) of 326,346 may be configured to be engaged.
  • the shift control means 700 is made of a shift control panel 720 rotated about the rotary shaft 710 connected to the front fixed plate 110 and spaced apart from the rotary shaft 710, the shift control panel ( 720 consists of a plurality of plates 721 and 722 spaced apart in the axial direction of the rotating shaft 710, the plate 721, 722 is a pressing portion 721b of a curved shape in a predetermined angle section with respect to the rotating shaft 710. , 722b is formed so that, when the shift control panel 720 rotates, the shaft portions 326b and 346b of the forks 326 and 346 are moved back and forth along the shapes of the pressing portions 721b and 722b. .
  • main gear 200 and the first gear 300 may be composed of a helical gear.
  • the pressing parts 721b and 722b are formed in an angle range larger than the angle range based on the rotation shaft 710 between the first gears 300 disposed adjacent to each other, and thus the rotation control panel 720 is rotated.
  • two pairs of gears corresponding to each other of the first gear 300 and the second gear 400 may be configured to be in a power transmission state overlapping each other in a predetermined section to mitigate a shift shock.
  • the power transmission means 600 may be composed of a plurality of gears (410, 420, 430, 440) constituting the second gear 400 and a chain (610) connecting the output gear (500).
  • the power transmission unit 600 connects the plurality of gears 410, 420, 430, and 440 constituting the second gear 400 to the output gear 500. It may be configured as a worm wheel 620.
  • the power transmission unit 600 includes a worm wheel 620 connecting the plurality of gears 410, 420, 430, and 440 constituting the second gear 400. It may be composed of a chain 610 connected to the worm wheel 620.
  • a reverse rotation second gear 450 may be connected to the worm wheel 620, and a reverse rotation gear 460 may be connected to the reverse rotation second gear 450.
  • the shaft of the first gear 300 and the shaft of the second gear 400 is composed of an integral shaft 380
  • the first gear 300 is a predetermined interval on the outer peripheral surface of the main gear 200
  • Is made of the same number as the first gear 300 is composed of a plurality of second gears (410, 420, 430, 440, 450, 460, 470) having different diameters in accordance with the transmission ratio is connected to the corresponding integral shaft 380, respectively, the integral shaft ( 380 is disposed to penetrate the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120, and the shift control means 700 'selectively shifts one of the integrated shafts 380 forward and backward. That can be configured.
  • first gear 300 is fixed to the integrated shaft 380 is rotated integrally
  • second gear 400 is connected to the integrated shaft 380 via a bearing
  • the guide member 800 Is supported by the first gear 300 to prevent movement toward the first gear 300
  • the integrated shaft 380 is supported by the bearings on the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120 so as to move forward and backward and rotate. It can be configured to be connected.
  • first gear 300 and the second gear 400 is connected to the integrated shaft 380 via a bearing, and both ends of the first gear 300 are fastened to the integrated shaft 380. It is supported by the snap ring 900, the second gear 400 is supported by the guide member 800 to prevent the movement to the first gear 300 side, the integral shaft 380 is the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120 may be configured to be supported forward and backward.
  • the guide member 800 is composed of a circular plate 810 provided on one side of the second gear 400 facing the first gear 300, the circular plate 810 through the main gear
  • the number of connection holes 830 corresponding to the first gear 300 and the second gear 400 may be formed so that the holes 820 and the first clutch means and the second clutch means can be connected to each other. have.
  • the shift control means 700 ′ is provided on the outer surface of the front fixing plate 110 and the outer surface of the rear fixing plate 120 to be interlocked with the first shift control member 730 and the second shift control member 740. And an inner side surface of the first shift control member 730 and the second shift control member 740, wherein any one of the integrated shaft 380 is rotated when the shift control means 700 'is rotated.
  • the protrusion 731 pushing one end of both ends of the selected shaft to one side and the engaging groove 741 for receiving the other end may be formed in a position corresponding to each other.
  • the built-in bicycle transmission was used only in a special layer because of high cost and structural complexity.
  • the connection structure between the gears for shifting is simple, making it easy to manufacture and miniaturization, as well as a wide transmission ratio. It can be easily adjusted to contribute to the popularization of the built-in bicycle transmission.
  • the configuration of the 10-speed is very easy and the shifting operation is easy, and thus it can be applied to a vehicle transmission.
  • the present invention is made of a gear-type power transmission structure can reduce the unit cost, not only easy to design a wide transmission ratio and a large number of stages, but also high power transmission efficiency, accurate output value can be obtained, low unit price It can be widely applied to various industrial fields that need a transmission with a wide transmission ratio and a large number of stages.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional planetary gear type transmission
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a multiple transmission in which the transmission shown in FIG. 1 is connected in series;
  • FIG. 3 is a partial cutaway perspective view of a transmission according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of a transmission according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of a transmission according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of a transmission according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a first embodiment of the clutch means of the first gear and the second gear
  • FIG. 9 is a view showing an embodiment of a connection structure between a main gear and a first gear
  • FIG. 11 shows a first embodiment of a power transmission means
  • FIG. 13 shows a third embodiment of a power transmission means
  • 15 is a (a) plan view and (b) side view showing a first embodiment of a shift control means for power transmission control between a first clutch means and a second clutch means;
  • 16 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of a transmission according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a side view of the guide member shown in FIG. 16;
  • FIG. 18 is a (a) side view, (b) a perspective view, a second shift control member of a first shift control member constituting a second embodiment of a shift control means for power transmission control between a first clutch means and a second clutch means; (C) side view, (d) perspective view,
  • FIG. 19 is an exploded view for explaining the principle of operation of the shift control means shown in FIG.
  • 20 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of a transmission according to a fifth embodiment of the present invention.
  • fixing plate 110 front fixing plate
  • Second bearing 450 Second gear for reverse rotation
  • shift control plate 730 first shift control member
  • FIG 3 is a partial cutaway perspective view of a transmission according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of the transmission according to an embodiment of the present invention.
  • the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120 are coupled to each other by maintaining a predetermined distance by the fastening member 130 to form an external shape of the transmission and the multi-stage transmission therein.
  • Fixing plate 100 is provided for the gears are installed.
  • the rear fixing plate 120 has a shaft 210 through which a driving force is input and is rotatably installed through the bearing 220, and a main gear 200 is coupled to one end of the shaft 210.
  • the front fixing plate 110 is prevented from rotational movement, the shaft (313, 323, 333, 343) is penetrated to enable forward or backward movement, one end of the shaft (313, 323, 333, 343) through the first bearing (312, 322, 332, 342) via the first gear (300) 310, 320, 330, 340 are rotatably coupled.
  • the first gear 300 is disposed so as to remain engaged with the main gear 200 irrespective of the forward and backward movement, and for this purpose, the length of the axial width of the first gear 300 is greater than that of the main gear 200. The length of the axial width is made larger. Due to the configuration in which the first gear 300 is in constant mesh with the main gear 200, a separate operation for engaging the main gear 200 and the first gear 300 at the time of shifting may be omitted. It is possible to fundamentally prevent shift shock that may occur during engagement.
  • the first gears 310, 320, 330, and 340 are disposed at 90 ° intervals on the outer circumferential surface of the main gear 200.
  • the first gears 310, 320, 330, and 340 are composed of diameters of different sizes for the multi-stage shifting.
  • the forward and backward movements of the first gears 310, 320, 330, and 340 are configured to be independently performed by shift control means 700 (see FIG. 15), which will be described later.
  • the number of the first gear 300 can be configured freely two or more.
  • the second gear 400 (400; 410, 420, 430, 440) is rotatably connected via the. As the shafts 413, 423, 433 and 443 are fixed to the rear fixing plate 120, the second gear 400 rotates in place without forward and backward movement during rotation.
  • the second gear 400 is configured in the same number as the first gear 300, it may be configured to have a different diameter according to the transmission ratio of the desired output.
  • First clutch means 311, 321, 331, 341 and second clutch means 411, 421, 431, 441 are provided on opposing surfaces of the first gear 300; 310, 320, 330, 340 and the second gear 400; 410, 420, 430, and 440, respectively, by the shift control means 700.
  • the first clutch means 311, 321, 331, 341 and the second clutch means 411, 421, 431, 441 are connected to or spaced apart from each other to power the first gear 300 from the first gear 300 to the second gear 400. Clutch function to transmit or block the.
  • the first gear 300 is moved forward and the first clutch means (311, 321, 331, 341) formed on one surface of the first gear 300 and the second clutch means (411, 421, 431, 441) formed on one surface of the second gear 400 facing the first gear 300 is In the state of being connected to each other, in the state of being connected by the clutch means of any one of the plurality of first gear (310, 320, 330, 340) constituting the first gear 300 and the clutch means of the second gear 400 corresponding to the shifting It is configured to rotate.
  • the second gear 400 is connected to each other by the power transmission means 600, when the power of the first gear 300 is transmitted to any one of the second gear 400, all the second gear 400 is Will rotate together.
  • the output gear 500 is connected to the power transmission means 600 together to rotate the output gear 500 in proportion to the rotational speed of the second gear 400, the rear fixing plate 120 It is passed through the bearing 520 through the output gear 500 is coupled to the output is shifted to the desired rotational speed through the shaft 510 coupled.
  • the shafts 313, 323, 333, 343 to which the first gear 300 is connected and the shafts 413, 423, 433 and 443 to which the second gear 400 is connected are separated from each other on the same axis, and the first clutch
  • the configuration for the connection and disconnection between the means (311,321,331,341) and the second clutch means (411,421,431,441) when the first gear 300 is configured to move forward or backward by the shift control means (700)
  • the configuration for the connection and separation between the first clutch means (311, 321, 331, 341) and the second clutch means (411, 421, 431, 441) can be variously modified, other embodiments will be described in order below.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of a transmission according to a second embodiment of the present invention.
  • the above-described embodiment and the other components are configured in the same, the first gear 300 and the second gear 400, the shaft (350, 360) is axially coupled to form an integrated structure Both ends of the shafts 350 and 360 are different in that they are fixedly mounted to the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120, respectively.
  • couplings 325 and 345 are integrally coupled to one side of the first gear 300, and flanges protruding portions 325a and 345a are coupled to the couplings 325 and 345. Is formed, the front fixing plate 110 is passed through the shaft portion (326b, 346b) of the forks (326, 346) moved forward and backward by the shift control means 700, the end of the shaft portion (326b, 346b) the projection. Engaging grooves 326a and 346a engaged with the 325a and 345a are integrally formed.
  • the couplings 325 and 345 to which the protruding portions 325a and 345a are coupled to the engaging grooves 326a and 346a of the forks 326 and 346 and the agents coupled thereto are moved forward along the main gear 200 so that the first clutch means 321 and 341 are connected to the second clutch means 421 and 441 so as to drive power between the first gear 300 and the second gear 400. It becomes a delivery state.
  • the transmission according to the present embodiment is a configuration for connection and separation between the first clutch means (311, 321, 331, 341) and the second clutch means (411, 421, 431, 441), the connecting members 327, 347 are integrally coupled to one side of the first gear (320, 340).
  • the outside of the connecting members 327 and 347 slides back and forth along the connecting members 327 and 347, and the dog clutches 328 and 348 having the first clutch means 328c and 348c are coupled to one surface thereof, and the dog clutches 328 and 348.
  • the engaging portions 328b and 348b are formed in the body portions 328a and 348a, and the front fixed plate 110 penetrates the shaft portions 326b and 346b of the forks 326 and 346 which are moved back and forth by the shift control means 700.
  • the end portions of the shaft portions 326b and 346b are integrally formed with locking grooves 326a and 346a engaged with the locking portions 328b and 348b.
  • first clutch means 328c and 348c and the second clutch means 421 and 441 are connected to or separated from each other by the forward and backward movement of the forks 326 and 346 by the shift control means 700 so that the first gear ( Power is transmitted or interrupted between 300 and the second gear 400.
  • the first gear 300 rotates in place without moving forward and backward, and the dog clutches 328 and 348 are moved forward and backward so that the first gear 300 and the second gear ( Since the power transmission between the 400 is made, since the position of the contact surface of the first gear 300 and the main gear 200 is always constant, the first gear 300 and the main gear 200 are helical gears in addition to the spur gears. Can be configured. As such, when the first gear 300 and the main gear 200 are configured as helical gears, axial slippage at the contact surface can be prevented to further improve the power transmission capability.
  • the dog clutches 328 and 348 slide forward and backward on the connecting members 327 and 347 so that power is transmitted or interrupted between the first gear 300 and the second gear 400, but the dog clutch ( 328 and 348 may be configured to allow a smoother shift when shifting using a synchronizer (always bite synchronization type).
  • first clutch means 311, 321, 331, 341 of the first gear 300 and the second clutch means 411, 421, 431, 441 of the second gear 400 will be described.
  • FIG. 7 shows a first embodiment of the clutch means of the first gear and the second gear
  • FIG. 8 shows a second embodiment of the clutch means of the first gear and the second gear.
  • first clutch means and the second clutch means each include a first catching jaw 311, 321, 331, 341 and a second catching jaw 411, 421, 431, 441, respectively.
  • the second locking jaws 411, 421, 431, 441 are formed in plural along the circumferential direction on opposite surfaces of the first gear 300 and the second gear 400, respectively.
  • Figure 7 (a) shows that the first clutch means and the second clutch means are formed along the circumferential direction on opposite surfaces of the first gear 300 and the second gear 400, respectively;
  • Figure 7 (b) is composed of one side at a right angle and the other side is inclined,
  • the first catching jaws 311, 321, 331, 341 and the second catching jaws 411, 421, 431, 441 are inclined in opposite directions to each other so that power is transmitted when rotating to one side and power transmission is blocked by slip when rotating to the other side.
  • the function is configured to be performed.
  • the first clutch bearing 329 and the second clutch bearing 429 are provided at a bearing portion supporting the first gear 300 and the second gear 400 in one direction when shifting. The power is transmitted but the slip is generated in the opposite direction, so the power transmission is blocked.
  • the first locking jaw (311, 321, 331, 341) and the second locking jaw (411, 421, 431, 441) can implement the same effect even if the triangular structure.
  • the clutch bearings are provided in the first gear 300 and the second gear 400, respectively, but may be provided only in one of them.
  • FIG. 9 is a view showing an embodiment of a connection structure between a main gear and a first gear
  • FIG. 10 is a view showing a length relationship from the center of the main gear to the outer end of the second gear.
  • the diameter and the number of the first gear (310, 320, 330, 340) can be arbitrarily adjusted.
  • the diameter of the main gear 200 is 200 mm
  • the diameters of the first gears 310, 320, 330, 340 are 50 mm, 40 mm, 30 mm, and 20 mm.
  • the distance between the center of the shaft 210 of the main gear 200 and the center of the shafts 313, 323, 334, and 343 of the first gears 310, 320, 330, and 340 is 125 mm, 120 mm, 115 mm, and 110 mm, respectively.
  • the second gears 410, 420, 430, and 440 illustrates the configuration of the second gears 410, 420, 430, and 440, wherein the shafts 313, 323, 333, 343 of the first gears 310, 320, 330, 340 and the shafts 413, 423, 433, 443 of the second gears 410, 420, 430, 440 are positioned on the same axis.
  • the diameter of the second gear (410, 420, 430, 440) is composed of 20mm, 30mm, 40mm, 50mm, respectively.
  • the distances from the center of the shaft 210 of the main gear 200 to the outer ends of the second gears 410, 420, 430, and 440 are all equal to 135 mm, forming a perfect circle, and the worm wheel is outside the second gears 410, 420, 430, 440. 620 can be connected.
  • 1570 / 251.2 6.25 shift ratio.
  • the speed ratio can be freely set, and the number of gear stages can be freely set. It can be set.
  • the case in which the diameter of the main gear 200 is configured to 70 mm and the first gear 300 and the second gear 400 are configured in seven stages is shown in Table 1 below.
  • the rotation distance difference between the 1st and 2nd stage is 86.78mm
  • the difference between the 2nd and 3rd stage is 71.73mm
  • the difference between the 3rd and 4th stage is 83.25mm
  • the difference between the 4th and 5th stage is 65.94mm
  • the 5th and 6th stages is 83.92mm
  • the difference between 6 and 7 is 69.93mm.
  • FIG. 11 is a view showing a first embodiment of the power transmission means.
  • a plurality of gears 410, 420, 430, and 440 constituting the second gear 400 and the output gear 500 are connected together by a chain 610. Even if the distance from the center of the shaft 210 of the main gear 200 to the outer end of the second gear 400 is not constant, power transmission to the shifted output gear 500 is possible, so that the speed ratio can be easily adjusted. have.
  • the power transmission means 600 has a constant length from the center of the axis of the shaft 210 of the main gear 200 to the outer surface of each of the plurality of gears 410, 420, 430, and 440 constituting the second gear 400.
  • the output gear 500 may be configured to be fitted to the worm wheel 620 as shown, or may be configured to be fitted to the worm wheel 620 although not shown.
  • Fig. 13 shows a third embodiment of the power transmission means.
  • the power transmission means 600 according to the present embodiment is connected so that a plurality of gears 410, 420, 430, and 440 constituting the second gear 400 are joined to the worm wheel 620, and the chain 610 is disposed outside the bending wheel 620. It is made up of a connected structure.
  • Power transmission means 600 includes all of the configuration of the embodiment shown in Figure 12, the worm wheel 620 is connected to the reverse gear second gear 450, the reverse gear second gear 450 ), The reverse rotation gear 460 is connected, the power transmission means 600 according to the present embodiment can be applied to a device such as a vehicle capable of moving forward and backward.
  • an additional first gear (not shown) connected to the second gear 450 for reverse rotation is additionally installed in the first gear 300, and all the The first gear 310, 320, 330, 340 and the second gear 410, 420, 430, 440 may be configured to be connected to the reverse gear first gear and the second gear in a state in which the first gear 310, 320, 330, 340 is disconnected.
  • Fig. 15 is a (a) plan view and (b) side view showing a first embodiment of a shift control means for power transmission control between the first clutch means and the second clutch means.
  • the shift control means 700 transfers the shafts 313, 323, 333, and 343 of the first gear 300. ), And the shaft portions 326b and 346b of the forks 326 and 346 are moved forward and backward by the shift control means 700 in FIGS. 5 and 6.
  • the shift control means 700 is rotated about a rotation shaft 710 connected to the front fixed plate 110 and is composed of a shift control panel 720 coupled to the rotation shaft 710, and the shift control panel 720 is the It consists of a plurality of plates (721,722) coupled to the rotation axis 710 spaced apart in the axial direction.
  • the plates 721 and 722 are formed with flat portions 721a and 722a and pressing portions 721b and 722b having a curved shape in a predetermined angular section based on the rotation shaft 710. Therefore, when the shift control panel 720 is rotated, in the case of the embodiment shown in FIG. 4, the pressing plate 315 formed at the end of the first gear rotating shaft protruding outwardly of the front fixing plate 110 is the pressing part 721b, 5 and 6, the shafts 326b and 346b of the forks 326 and 346 are moved back and forth along the shapes of the pressing parts 721b and 722b.
  • any one gear 310, 320, 330, 340 of the plurality of first gears 300 selectively transmits power to the corresponding gears 410, 420, 430, 440 of the second gear 400.
  • the pressing portions (721b, 722b) are disposed adjacent to each other as shown by hatching in Figure 15 (a)
  • the first gear 300 and the second gear 400 is formed in an angle range larger than the angle range based on the rotation shaft 710 between the first gear 300 when shifting by one direction rotation of the shift control panel 720.
  • 2 pairs of gears corresponding to each other are configured to be in a power transmission state overlapping each other in a predetermined section.
  • the first clutch means and the second clutch means should be a structure capable of transmitting power in one direction and slip in the other direction to cut off the power.
  • the first gear 310 is described as having 1 stage, the first gear 320 as 2 stages, the first gear 330 as 3 stages, and the first gear 340 as 4 stages.
  • the first gear 310 When the first gear 310 is moved forward and connected to the second gear 410, the first gear 310 is in the first stage. In this case, the first gear 310 of the first stage is advanced to the second gear 420 while the first gear 320 of the second stage is advanced while the state of being advanced toward the second gear 410 is maintained. In this case, the second gear 410 slips with the first gear 310 due to the fast rotational force of the second gear 420 to over rotate. At this time, the power is shifted from the first gear to the second gear without any interruption. Thereafter, when the first gear 310 of the first stage is reversed while the second stage is engaged, the speed of the second stage is maintained.
  • Shifting on this principle enables smooth and accurate shifting while preventing power loss due to shifting during shifting.
  • the shift control means 700 is configured as a plate type shift control panel 720 as an example, but the shift control means 700 is not limited to such a configuration, and the hydraulic or air pressure or other individual adjustment mechanism It can be configured as a structure that can be adjusted individually.
  • the input shaft and the output shaft may be reversed to operate.
  • an inverse transmission ratio may be obtained in comparison with the above-described embodiment.
  • FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing an internal structure of a transmission according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 17 is a side view of the guide member shown in FIG. 16
  • FIG. 18 is a power transmission control between the first clutch means and the second clutch means.
  • the shaft in which the first gear 300 and the second gear 400 are axially coupled is an integrated shaft 380.
  • the integrated shaft 380 is configured to penetrate the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120 so that both ends thereof protrude outward from the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120.
  • the first gear 300 and the second gear 400 are configured in seven stages, and the first gear 300 is always engaged at regular intervals on the outer circumferential surface of the main gear 200.
  • a plurality of second gears 410, 420, 430, 440, 450, 460 and 470 are provided in the same number as the first gear 300 and have different diameters, and the bearings 422 and 442 are connected to the integral shafts 380; 381, 382, 383, 384, 385, 386 and 387 respectively. It is.
  • the integrated shaft 380 is connected to the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120 via bearings 382a, 382b, 384a, and 384b so as to be supported forward and backward and rotatable.
  • a guide member 800 is provided to prevent the second gear 400 from moving toward the first gear 300 when the integrated shaft 380 moves backward (left side in the drawing).
  • the guide member 800 includes a circular plate 810 provided at one side of the second gear 400 facing the first gear 300.
  • a main gear through hole 820 through which the main gear 200 penetrates is formed, and a connection hole 830 through which the second clutch means 421 and 441 penetrates is formed.
  • the first clutch means 321, 341 and the second clutch means 421, 441 are connected to each other through the connection hole 830 while preventing the movement of the second gear 400 during the backward movement of the integrated shaft 380. have.
  • the shifting control means 700 for controlling the shaft of any one of the integral shafts (380; 381, 382, 383, 384, 385, 386, 387) to move forward and backward on the outer surface of the front fixing plate 110 and the outer surface of the rear fixing plate (120). ') Is provided.
  • the shift control means 700 ′ is provided on the first shift control member 730 provided on the outer surface of the front fixing plate 110 and the outer shift surface of the rear fixation plate 120, and the first shift control member 730.
  • the second shift control member 740 is rotated in conjunction with. Referring to FIG. 18, one end of both ends of the integrated shaft 380 selected to correspond to the gear shift stage may be pushed toward the front side of the inner side of the first shift control member 730 and the second shift control member 740.
  • Protrusions 731; 731a to 731g and locking grooves 741; 741a to 741g for locking the other end of the integrated shaft 380 are formed at positions corresponding to each other.
  • the transmission according to the present embodiment is a modification of some of the above-described configurations of the fourth embodiment, and includes bearings 322 and 342 at the connection portion between the integrated shaft 380 and the first gear 300 and the first gear. Both ends of the 300 are supported by the snap ring 900 fastened to the integrated shaft 380 such that the first gear 300 moves forward and backward together with the integrated shaft 380 when the integrated shaft 380 moves forward and backward. Consists of.
  • the integrated shaft 380 is configured to be connected between the front fixing plate 110 and the rear fixing plate 120 without a bearing as a medium through which the rotation is limited and is configured to only move forward and backward.
  • both ends of the first gear 300 are supported by the snap ring 900, and the second gear 400 is guided by the guide member 800 as in the fourth embodiment described above. It is configured to prevent movement to the side.
  • both ends of the second gear 400 are supported by the snap ring 900, and the first gear 300 is prevented from moving toward the second gear 400 by the guide member 800. It may also be configured to.
  • the first gear 300 is rotated in place, the second gear 400 is moved forward and backward by the worm wheel 620 or the ring gear described above is connected to the first clutch means and the second clutch means.
  • the transmission in accordance with the present invention while using a simple gear connection structure can be continuously transmitted power without shifting, while the main gear 200 and the first gear 300 is always maintained in a state of being engaged Since the shift is made, the shock generated during shifting can be alleviated, and the simplified structure makes it easy to manufacture and miniaturizes the device, and can be applied to a device that requires shifting such as a bicycle, a vehicle, or an industrial machine. .

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Abstract

본 발명의 변속기는, 전면 고정판과 후면 고정판이 양측에 배치되는 고정판; 상기 후면 고정판을 관통하며 회전 가능하게 설치되어 구동력을 전달하는 샤프트에 결합된 주기어; 상기 전면 고정판을 관통하며 전후진 가능하게 설치된 샤프트에 상기 주기어와 상시 치합된 상태로 회전 가능하게 연결되며, 일면에는 제1클러치수단이 형성된 제1기어; 상기 후면 고정판에 지지되고, 상기 제1기어의 샤프트와 동일 축선 상에 구비된 샤프트에 회전 가능하게 연결되며, 상기 제1기어의 일면과 대향하는 면에는 상기 제1기어의 전후진 이동에 연동하여 상기 제1클러치수단과 연결 또는 이격되어 클러치 기능을 하는 제2클러치수단이 형성된 제2기어; 상기 제2기어와 동력전달수단을 통해 연결된 출력기어; 및 상기 제1기어의 제1클러치수단과 상기 제2기어의 제2클러치수단 간의 클러치 기능을 제어하는 변속제어수단을 포함한다.

Description

변속기
본 발명은 자전거, 차량, 산업용 기계 등 변속이 요구되는 장치에 범용으로 적용될 수 있는 변속기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변속시 변속충격을 완화하여 원활한 변속이 가능하고, 단순 치차기어의 동력전달 방식으로 이루어져 구조의 간소화 및 소형화를 가능하게 함으로써 제작비용을 절감함과 아울러 간단한 구조에 의하면서도 높은 변속비의 구현이 가능하고, 대동력을 전달하는 경우에도 동력 전달의 정확성과 효율성을 향상시킬 수 있는 변속기에 관한 것이다.
일반적으로 변속기는 주축 및 부축 상에 다수의 기어들이 구비되고, 각 기어들의 물림을 바꾸어줌으로써 구동토크와 회전속도를 변화시키는 장치로서, 자동차에 적용되는 변속기는 클러치와 추진축 사이에 설치되어 엔진의 동력을 자동차의 주행상태에 알맞도록 엔진의 회전력을 증대시키거나 감소시켜 구동바퀴에 전달하는 역할을 하며, 변속기는 자동차 이외에도 자전거를 비롯한 각종 산업용 기계 등 변속이 요구되는 장치에 적용된다.
이러한 변속기에는 운전자의 조작에 의해 변속이 수행되는 수동변속기와, 자동적으로 변속이 수행되는 자동변속기가 있다. 자동변속기의 경우 복잡한 구조로 인해 가격이 높을 뿐만 아니라 사용시 효율이 낮은 문제점이 있으며, 기존의 차량용 무단 변속기의 경우 슬립현상이 발생하여 대동력을 전달하기에 한계가 있는 문제점이 있다.
수동변속기의 경우에도 높은 변속비와 많은 단수를 확보하기 위해서는 기어의 개수 증대 및 기어간의 연결구조가 복잡해져 제작이 어렵고 생산비용이 높아져 자전거, 차량, 산업용 기계 등 변속이 요구되는 장치에 범용으로 적용하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 선행기술로, 도 1과 도 2는 공개특허 제10-2005-0098730호에 개시된 유성기어 방식의 변속기 및 이들이 직렬로 연결된 다중 변속기를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 종래 유성기어 방식의 변속기는, 입력축(10), 입력축(10) 상에 고정되는 유성기어 어셈블리(30) 및 보조물(35), 입력축(10)의 대항 측에 시설되는 출력축(20), 출력축(20) 상에서 좌우이동이 가능한 슬라이더(40), 유성기어 어셈블리(30)의 유성캐리어(33) 일부에 시설되는 접속수단(60), 보조물(35)의 일부에 시설되는 접속수단(61), 슬라이더(40)의 일부에 시설되는 접속수단(70) 등으로 구성된다. 유성기어 어셈블리(30)의 주요 부분은, 선기어(31), 유성기어(32), 피니언축(33a) 및 고정부(33b)를 포함하는 유성캐리어(33), 링기어(34) 등으로 구성된다. 여기서 링기어(34)는 고정요소로서 고정수단(80)에 의해 고정된다. 입력축(10) 상에 유성기어 어셈블리(30)와 일정한 거리에 보조물(35)이 고정된다. 입력축(10)의 대항 측에는 출력축(20)이 시설되며, 입력축(10)과 출력축(20)의 접촉부분에는 마찰력을 완화하기 위한 베어링(90)이 시설된다. 출력축(20) 상에는 전진 및 후진이 가능한 슬라이더(40)가 시설된다. 슬라이더(40)의 전후진 및 동력연결이 가능하도록 슬라이더(40)와 출력축(20)의 접촉부분에는 슬라이딩수단(50)이 시설된다. 유성기어 어셈블리(30)의 유성캐리어(33) 일부에 접속수단(60)이 시설되고, 보조물(35)의 일부에 접속수단(61)이 시설되고, 그리고 슬라이더(40)의 일부에 접속수단(70)이 시설된다. 슬라이더(40)가 전진할 경우 슬라이더(40)의 접속수단(70)과 유성캐리어(33)의 접속수단(60)이 연결되고, 슬라이더(40)가 후진할 경우에 슬라이더(40)의 접속수단(70)이 보조물(35)의 접속수단(61)과 연결된다.
동력전달과정을 설명하면, 먼저 슬라이더(40)가 전진(도면상 좌측)하여 슬라이더(40)와 유성캐리어(33)가 연결되는 경우는, 입력축(10)의 회전과 함께 유성기어 어셈블리(30)의 선기어(31) 및 유성기어(32)가 회전하고, 동시에 유성캐리어(33)가 회전한다. 유성캐리어(33)의 회전과 함께 유성캐리어(33)의 접속수단(60)과 슬라이더(40)의 접속수단(70)으로 연결되는 슬라이더(40)가 회전하고, 슬라이더(40)의 회전과 함께 출력축(20)이 회전한다. 여기서 선기어(31)의 회전력이 유성캐리어(33)의 회전력으로 연결되기 때문에 변속비는 감속(1단)이 된다.
슬라이더(40)가 후진(도면상 우측)하여 슬라이더(40)와 보조물(35)이 연결되는 경우는, 입력축(10)의 회전과 함께 입력축(10) 상에 고정되는 보조물(35)이 회전하고, 보조물(35)의 회전과 함께 보조물(35)의 접속수단(61)과 슬라이더(40)의 접속수단(70)으로 연결되는 슬라이더(40)가 회전한다. 슬라이더(40)의 회전과 함께 출력축(20)이 회전하며, 여기서 입력축(10) 상에 있는 보조물(35)의 회전력이 그대로 출력축(20)으로 전달되기 때문에 변속비는 1:1(2단)이 된다.
도 2는 도 1에 도시된 유성기어 방식의 변속기가 다수로 직렬 연결되는 다중 변속기를 나타낸 것으로, 도면부호에서 Ⅰ은 제1변속기를 나타내며, Ⅱ는 제2변속기를 나타낸다. 제1변속기(Ⅰ)의 출력축(20)은 직렬로 연결되는 제2변속기(Ⅱ)의 입력축(10')이 된다. 이러한 방식으로 다수의 유성기어 방식 변속기를 연결함으로써 변속단을 늘릴 수 있게 된다.
그러나 이와 같은 구성에 의하면, 변속시 슬라이더(40)가 전후진으로 이동되어 슬라이더(40)의 접속수단(70)이 유성캐리어(33)의 접속수단(60) 또는 보조물(35)의 접속수단(61)에 치합되는 과정에서 동력의 끊김현상이 발생하고 변속시 기어간에 충격이 발생하게 되어, 변속이 불안정해져 동력전달의 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 변속시 충격을 완화하기 위하여, 상기 선행기술에서는 변속기에 토크컨버터(미도시됨)를 연결하여 토크컨버터의 유체에 의한 변속력에 의해 기어식 변속기의 변속시 충격을 완화할 수 있는 구성을 포함하고 있으나, 이와 같이 변속시 충격을 완화하기 위해 토크컨버터를 추가로 설치할 경우 변속기의 제조비용이 높아지고, 부피가 커지게 되어 자전거와 같이 소형화된 변속기가 요구되는 장치에 적용하기 여려운 문제점이 있다.
한편, 기존의 자전거용 변속기의 경우, 일반적으로 다단의 스프라켓 기어를 사용하여 변속을 하도록 구성되어 있으나, 이 경우에도 변속시 변속충격이 발생하고, 운행중 변속시에는 변속이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다단 변속을 위한 기어들 간의 연결구조를 단순화하면서도 높은 변속비를 얻을 수 있는 변속기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 변속시 변속충격을 완화하여 원활한 변속을 가능하게 함과 아울러 변속시 동력의 끊김현상을 방지하여 안정적이며 효율 높은 동력전달을 가능하게 하는 변속기를 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 기어 간의 연결구조를 단순 치차기어 방식으로 구성하여 대동력의 전달을 가능하게 하여 자전거, 차량, 산업용 기계 등 변속이 요구되는 장치에 범용으로 적용될 수 있는 변속기를 제공함에도 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 변속기는, 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)이 양측에 배치되어 변속기의 외형을 이루고, 다단 변속을 위한 기어들이 내부에 설치되는 고정판(100); 상기 후면 고정판(120)을 관통하며 회전 가능하게 설치되어 구동력을 전달하는 샤프트(210)에 결합된 주기어(200); 상기 전면 고정판(110)을 관통하며 전후진 가능하게 설치된 샤프트에 상기 주기어(200)와 상시 치합된 상태로 회전 가능하게 연결되며, 일면에는 제1클러치수단이 형성된 제1기어(300); 상기 후면 고정판(120)에 지지되고, 상기 제1기어(300)의 샤프트와 동일 축선 상에 구비된 샤프트에 회전 가능하게 연결되며, 상기 제1기어(300)의 일면과 대향하는 면에는 상기 제1기어(300)의 전후진 이동에 연동하여 상기 제1클러치수단과 연결 또는 이격되어 클러치 기능을 하는 제2클러치수단이 형성된 제2기어(400); 상기 제2기어(400)와 동력전달수단(600)을 통해 연결된 출력기어(500); 및 상기 제1기어(300)의 제1클러치수단과 상기 제2기어(400)의 제2클러치수단 간의 클러치 기능을 제어하는 변속제어수단(700,700')을 포함한다.
이 경우 상기 제1기어(300)의 샤프트와 상기 제2기어(400)의 샤프트는 분리형 또는 일체형으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1클러치수단과 제2클러치수단은, 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 대향되는 면에 각각 원주방향을 따라 형성되고, 단순히 제1클러치수단과 제2클러치수단의 결합에 의하여 동력이 전달되는 제1걸림턱(311,321,331,341)과 제2걸림턱(411,421,431,441)으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1클러치수단과 제2클러치수단은, 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 대향되는 면에 각각 원주방향을 따라 형성되고, 서로 다른 방향의 경사면으로 이루어져 일방향 회전만을 전달하며 반대방향의 회전력 전달시에는 슬립에 의해 동력전달이 차단되는 제1걸림턱(311,321,331,341)과 제2걸림턱(411,421,431,441)으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1클러치수단과 제2클러치수단은, 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 내부에 각각 구비되어 일방향으로는 회전력이 전달되고 반대방향으로는 슬립되어 동력이 차단되는 제1클러치베어링(329)과 제2클러치베어링(429)으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1기어(300)는 상기 주기어(200)의 외주면에 일정 간격을 두고 상시 치합된 상태로 배치되며 다단 변속을 위해 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제1기어(310,320,330,340)로 구성되고, 상기 제2기어(400)는 상기 제1기어(300)와 동일한 수로 이루어지고, 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제2기어(410,420,430,440)로 구성되며, 상기 제1기어(310,320,330,340)의 제1클러치수단은 상기 변속제어수단(700,700')에 의해 전후진 이동이 개별적으로 제어되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 변속제어수단(700)은, 상기 전면 고정판(110)에 연결된 회전축(710)을 중심으로 회전되며 상하로 이격되어 상기 회전축(710)에 결합된 변속제어판(720)으로 이루어지고, 상기 변속제어판(720)은 상기 회전축(710)의 축방향으로 이격된 다단의 플레이트(721,722)로 이루어지고, 상기 플레이트(721,722)는 상기 회전축(710)을 기준으로 소정 각도 구간에 굴곡진 형상의 누름부(721b,722b)가 형성되어, 상기 변속제어판(720)의 회전시, 상기 전면 고정판(110)의 외측으로 돌출된 제1기어 회전축의 단부에 형성된 누름판(315)이 상기 누름부(721b,722b)의 형상을 따라 전후방 이동되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1기어(300)는 상기 주기어(200)의 외주면에 일정 간격을 두고 상시 치합된 상태로 배치되며 다단 변속을 위해 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제1기어(310,320,330,340)로 구성되고, 상기 제2기어(400)는 상기 제1기어(300)와 동일한 수로 이루어지고, 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제2기어(410,420,430,440)로 구성되며, 상기 제1기어(310,320,330,340)의 일측에는 돌출부(325a,345a)가 형성된 커플링(325,345)이 일체로 결합되고, 상기 돌출부(325a,345a)에는 상기 전면 고정판(110)을 관통하여 상기 변속제어수단(700)에 의해 전후방 이동되는 포크(326,346)의 걸림홈부(326a,346a)가 걸림 결합되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 변속제어수단(700)은, 상기 전면 고정판(110)에 연결된 회전축(710)을 중심으로 회전되며 상하로 이격되어 상기 회전축(710)에 결합된 변속제어판(720)으로 이루어지고, 상기 변속제어판(720)은 상기 회전축(710)의 축방향으로 이격된 다단의 플레이트(721,722)로 이루어지고, 상기 플레이트(721,722)는 상기 회전축(710)을 기준으로 소정 각도 구간에 굴곡진 형상의 누름부(721b,722b)가 형성되어, 상기 변속제어판(720)의 회전시, 상기 포크(326,346)의 축부(326b,346b)가 상기 누름부(721b,722b)의 형상을 따라 전후방 이동되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1기어(300)는 상기 주기어(200)의 외주면에 일정 간격을 두고 상시 치합된 상태로 배치되며 다단 변속을 위해 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제1기어(310,320,330,340)로 구성되고, 상기 제2기어(400)는 상기 제1기어(300)와 동일한 수로 이루어지고, 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제2기어(410,420,430,440)로 구성되며, 상기 제1기어(310,320,330,340)의 일측에는 연결부재(327,347)가 일체로 결합되고, 상기 연결부재(327,347)의 외측에는 상기 연결부재(327,347)를 따라 전후방으로 슬라이드되며 일면에 상기 제1클러치수단이 구비된 도그클러치(328,348)가 결합되며, 상기 도그클러치(328,348)의 몸체부(328a,348a)에는 걸림부(328b,348b)가 형성되어 상기 전면 고정판(110)을 관통하여 상기 변속제어수단(700)에 의해 전후방 이동되는 포크(326,346)의 걸림홈부(326a,346a)에 걸림 결합되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 변속제어수단(700)은, 상기 전면 고정판(110)에 연결된 회전축(710)을 중심으로 회전되며 상기 회전축(710)에 이격되어 결합된 변속제어판(720)으로 이루어지고, 상기 변속제어판(720)은 상기 회전축(710)의 축방향으로 이격된 다단의 플레이트(721,722)로 이루어지고, 상기 플레이트(721,722)는 상기 회전축(710)을 기준으로 소정 각도 구간에 굴곡진 형상의 누름부(721b,722b)가 형성되어, 상기 변속제어판(720)의 회전시, 상기 포크(326,346)의 축부(326b,346b)가 상기 누름부(721b,722b)의 형상을 따라 전후방 이동되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 주기어(200)와 상기 제1기어(300)는 헬리컬 기어로 구성될 수 있다.
또한 상기 누름부(721b,722b)는 인접하여 배치된 제1기어(300) 간의 상기 회전축(710)을 기준으로 한 각도 범위보다 큰 각도 범위로 형성되어, 상기 변속제어판(720)의 회전에 의한 변속시 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 서로 대응하는 2 쌍의 기어가 일정 구간에서 서로 중첩적으로 동력전달 상태가 되어 변속충격이 완화되도록 구성될 수 있다.
또한 상기 동력전달수단(600)은 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440)와 상기 출력기어(500)를 연결하는 체인(610)으로 구성될 수 있다.
또한 상기 주기어(200)의 샤프트(210)의 축선 중심으로부터 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440) 각각의 외측면까지의 길이는 일정하도록 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 서로 대응하는 기어들의 직경이 결정되고, 상기 동력전달수단(600)은 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440)와 상기 출력기어(500)를 연결하는 웜휠(620)로 구성될 수 있다.
또한 상기 주기어(200)의 샤프트(210)의 축선 중심으로부터 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440) 각각의 외측면까지의 길이는 일정하도록 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 서로 대응하는 기어들의 직경이 결정되고, 상기 동력전달수단(600)은 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440)를 연결하는 웜휠(620)과, 상기 웜휠(620)에 연결되는 체인(610)으로 구성될 수 있다.
또한 상기 웜휠(620)에는 역회전용 제2기어(450)가 연결되고, 상기 역회전용 제2기어(450)에는 역회전기어(460)가 연결된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1기어(300)의 샤프트와 상기 제2기어(400)의 샤프트는 일체형 샤프트(380)로 이루어지고, 상기 제1기어(300)는 상기 주기어(200)의 외주면에 일정 간격을 두고 상시 치합된 상태로 배치되며 다단 변속을 위해 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제1기어(310,320,330,340,350,360,370)로 구성되어 각각 대응되는 상기 일체형 샤프트(380;381,382,383,384,385,386,387)에 연결되고, 상기 제2기어(400)는 상기 제1기어(300)와 동일한 수로 이루어지고, 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제2기어(410,420,430,440,450,460,470)로 구성되어 각각 대응되는 상기 일체형 샤프트(380)에 연결되며, 상기 일체형 샤프트(380)는 상기 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)을 관통하여 배치되고, 상기 변속제어수단(700')은 상기 일체형 샤프트(380) 중 어느 하나의 샤프트를 선택적으로 전후진시키는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1기어(300)는 상기 일체형 샤프트(380)에 고정되어 일체로 회전되고, 상기 제2기어(400)는 상기 일체형 샤프트(380)에 베어링을 매개로 연결되며, 가이드부재(800)에 의해 지지되어 상기 제1기어(300) 측으로의 이동이 방지되고, 상기 일체형 샤프트(380)는 상기 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)에 베어링을 매개로 지지되어 전후진 및 회전 가능하게 연결된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)는 상기 일체형 샤프트(380)에 베어링을 매개로 연결되고, 상기 제1기어(300)의 양측단은 상기 일체형 샤프트(380)에 체결되는 스냅링(900)에 의해 지지되며, 상기 제2기어(400)는 가이드부재(800)에 의해 지지되어 상기 제1기어(300) 측으로의 이동이 방지되고, 상기 일체형 샤프트(380)는 상기 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)에 전후진 가능하게 지지된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 가이드부재(800)는, 상기 제1기어(300)와 대향되는 상기 제2기어(400)의 일측에 구비되는 원형 플레이트(810)로 구성되고, 상기 원형 플레이트(810)에는 주기어 관통홀(820)과, 상기 제1클러치수단과 제2클러치수단이 접속 가능하도록 상기 제1기어(300) 및 제2기어(400)와 대응되는 수의 접속홀(830)이 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 변속제어수단(700')은, 상기 전면 고정판(110)의 외측면과 후면 고정판(120)의 외측면에 구비되어 연동되는 제1변속제어부재(730)와 제2변속제어부재(740)를 포함하고, 상기 제1변속제어부재(730)와 제2변속제어부재(740)의 대향하는 내측면에는 상기 변속제어수단(700')의 회전시 상기 일체형 샤프트(380) 중 어느 하나의 샤프트가 선택적으로 전후진 이동되도록 상기 선택된 샤프트의 양단 중 일단을 일측으로 미는 돌출부(731)와 타단을 수용하며 걸림되는 걸림홈(741)이 서로 대응된 위치에 형성된 것으로 구성될 수 있다.
종래 자전거 내장 변속기는 단가가 높고 구조적으로 복잡하여 특수층에서만 사용되고 있는 실정이었으나, 본 발명에 따른 변속기에 의하면, 변속을 위한 기어들 간의 연결구조가 단순하여 제작이 용이하고 소형화가 가능해짐은 물론 넓은 변속비의 조절이 용이해져 자전거 내장 변속기의 대중화에 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한 자동차 시장에서는 10단 자동 변속기의 개발을 위한 경쟁이 치열한 상황인데, 본 발명에 의하면 10단의 구성이 매우 용이하며, 변속 작동도 쉬워 자동차용 변속기로도 적용이 가능하다.
또한 본 발명은 기어형식의 동력전달구조로 이루어져 단가를 낮출 수 있고, 넓은 변속비와 많은 단수의 확보를 위한 설계가 용이할 뿐만 아니라 동력의 전달효율이 높고, 정확한 출력값을 얻을 수 있게 되므로, 낮은 단가에 넓은 변속비와 많은 단수를 확보한 변속기를 필요로 하는 다양한 산업분야에 널리 적용될 수 있다.
도 1은 종래 유성기어 방식의 변속기의 일례를 나타낸 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 변속기가 직렬로 연결된 다중 변속기를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 변속기의 부분 절개 사시도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도,
도 7은 제1기어와 제2기어의 클러치수단의 제1실시예를 나타낸 도면,
도 8은 제1기어와 제2기어의 클러치수단의 제2실시예를 나타낸 도면,
도 9는 주기어와 제1기어 간의 연결구조의 일실시예를 나타낸 도면,
도 10은 주기어의 중심으로부터 제2기어의 외측단까지의 길이 관계를 나타낸 도면,
도 11은 동력전달수단의 제1실시예를 나타낸 도면,
도 12는 동력전달수단의 제2실시예를 나타낸 도면,
도 13은 동력전달수단의 제3실시예를 나타낸 도면,
도 14는 동력전달수단의 제4실시예를 나타낸 도면,
도 15는 제1클러치수단과 제2클러치수단 간의 동력전달 제어를 위한 변속제어수단의 제1실시예를 나타낸 (a) 평면도 및 (b) 측면도,
도 16은 본 발명의 제4실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도,
도 17은 도 16에 도시된 가이드부재의 측면도,
도 18은 제1클러치수단과 제2클러치수단 간의 동력전달 제어를 위한 변속제어수단의 제2실시예를 구성하는 제1변속제어부재의 (a) 측면도, (b) 사시도, 제2변속제어부재의 (c) 측면도, (d) 사시도,
도 19는 도 18에 도시된 변속제어수단의 작동 원리를 설명하기 위한 전개도,
도 20은 본 발명의 제5실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도.
** 부호의 설명 **
100 : 고정판 110 : 전면 고정판
120 : 후면 고정판 130 : 체결부재
200 : 주기어 210 : 샤프트
220 : 베어링 300;310,320,330,340 : 제1기어
311,321,331,341 : 제1클러치수단 312,322,332,342 : 제1베어링
313,323,333,343 : 샤프트 325,345 : 커플링
326,346 : 포크 327,347 : 연결부재
328,348 : 도그클러치 329,429 : 클러치베어링
400;410,420,430,440 : 제2기어 411,421,431,441 : 제2클러치수단
412,422,432,442 : 제2베어링 450 : 역회전용 제2기어
460 : 역회전기어 500 : 출력기어
510 : 샤프트 600 : 동력전달수단
610 : 체인 620 : 웜휠
700,700' : 변속제어수단 710 : 회전축
720 : 변속제어판 730 : 제1변속제어부재
740 : 제2변속제어부재 800 : 가이드부재
900 : 스냅링
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 변속기의 부분 절개 사시도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 변속기는, 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)이 체결부재(130)에 의해 서로 일정 간격이 유지되도록 결합되어 변속기의 외형을 이루며 그 내부에는 다단 변속을 위한 기어들이 설치되는 고정판(100)이 구비된다.
상기 후면 고정판(120)에는 구동력이 입력되는 샤프트(210)가 베어링(220)을 매개로 관통되어 회전 가능하게 설치되고, 상기 샤프트(210)의 일단에는 주기어(200)가 결합된다.
상기 전면 고정판(110)에는 회전운동은 방지되고, 전진 또는 후진 이동은 가능하도록 샤프트(313,323,333,343)가 관통되고, 상기 샤프트(313,323,333,343)의 일단에는 제1베어링(312,322,332,342)을 매개로 제1기어(300;310,320,330,340)가 회전 가능하게 결합된다. 상기 제1기어(300)는 전후진 이동에 관계없이 주기어(200)에 치합된 상태를 유지하도록 배치되며, 이를 위해 제1기어(300)의 축방향 폭의 길이보다 주기어(200)의 축방향 폭의 길이가 더 크게 형성된다. 상기 제1기어(300)가 주기어(200)에 상시 치합된 상태로 연결된 구성에 의해 변속시 주기어(200)와 제1기어(300)의 치합을 위한 별도의 동작을 생략할 수 있고, 치합시 발생할 수 있는 변속충격을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.
본 실시예에서 상기 제1기어(310,320,330,340)는 주기어(200)의 외주면에 90°간격으로 배치되며, 다단 변속을 위해 서로 다른 크기의 직경으로 구성되며, 제1기어(300)를 구성하는 복수의 제1기어(310,320,330,340)의 전후진 이동은 후술하는 변속제어수단(700, 도 15 참조)에 의해 각각 독립적으로 이루어지도록 구성되어 있다. 이때 제1기어(300)의 수는 2개 이상 자유로이 구성할 수 있다.
상기 후면 고정판(120)에는 제1기어(300)의 샤프트(313,323,333,343)와 동일 축선 상에 위치하는 샤프트(413,423,433,443)의 일단이 고정 장착되고, 상기 샤프트(413,423,433,443)의 타단에는 제2베어링(412,422,432,442)을 매개로 제2기어(400;410,420,430,440)가 회전 가능하게 연결된다. 상기 샤프트(413,423,433,443)가 후면 고정판(120)에 고정됨에 따라 제2기어(400)는 회전시 전후진 이동없이 제자리에서 회전하게 된다. 상기 제2기어(400)는 제1기어(300)와 동일한 수로 구성되며, 원하는 출력의 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 제1기어(300;310,320,330,340)와 제2기어(400;410,420,430,440)의 대향면에는 각각 제1클러치수단(311,321,331,341)과 제2클러치수단(411,421,431,441)이 구비되어, 변속제어수단(700)에 의해 해당 제1기어(310,320,330,340)가 전진 또는 후진되는 경우 상기 제1클러치수단(311,321,331,341)과 제2클러치수단(411,421,431,441)이 서로 연결 또는 이격되어 제1기어(300)로부터 제2기어(400)로의 동력을 전달 또는 차단하는 클러치 기능을 수행하게 된다. 따라서 제1기어(300)가 전진 이동되어 제1기어(300)의 일면에 형성된 제1클러치수단(311,321,331,341)과 이에 대향하는 제2기어(400)의 일면에 형성된 제2클러치수단(411,421,431,441)이 서로 연결된 상태에서, 변속시 제1기어(300)를 구성하는 복수의 제1기어(310,320,330,340) 중 어느 1개의 기어의 클러치수단과 이에 대응하는 제2기어(400)의 클러치 수단에 의하여 연결된 상태에서 회전하도록 구성되어 있다.
상기 제2기어(400)는 동력전달수단(600)에 의해 서로 연결되어 어느 하나의 제2기어(400)에 제1기어(300)의 동력이 전달되는 경우에는 모든 제2기어(400)는 함께 회전하게 된다. 또한, 본 실시예에서는 상기 동력전달수단(600)에 출력기어(500)가 함께 연결되어 제2기어(400)의 회전속도에 비례하여 출력기어(500)가 회전하게 되면, 후면 고정판(120)에 베어링(520)을 매개로 관통되어 출력기어(500)가 결합된 샤프트(510)를 통하여 원하는 회전속도로 변속된 출력을 얻게 된다.
도 4에 도시된 제1실시예에서는 제1기어(300)가 연결되는 샤프트(313,323,333,343)와 제2기어(400)가 연결되는 샤프트(413,423,433,443)가 동일 축선 상에서 서로 분리되어 구성되고, 제1클러치수단(311,321,331,341)과 제2클러치수단(411,421,431,441) 간의 연결 및 분리를 위한 구성으로, 제1기어(300)가 연결된 샤프트(413,423,433,443)를 변속제어수단(700)에 의해 전진 또는 후진 이동하는 것으로 구성된 경우를 설명하였으나, 상기 제1클러치수단(311,321,331,341)과 제2클러치수단(411,421,431,441) 간의 연결 및 분리를 위한 구성은 다양한 변형 실시가 가능하며, 이하 다른 실시예들을 순차로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도이다. 도 5에 도시된 실시예는, 전술한 실시예와 기타의 구성요소는 동일하게 구성되고, 제1기어(300)와 제2기어(400)가 축결합되는 샤프트(350,360)가 일체형 구조로 이루어지고, 상기 샤프트(350,360)의 양단은 각각 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)에 고정 장착된 점에서 차이가 있다. 또한 제1클러치수단(311,321,331,341)과 제2클러치수단(411,421,431,441) 간의 연결 및 분리를 위한 제1기어(300)의 전후진 이동수단의 구성에 차이가 있다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 설명의 편의상 도 5에 도시된 바와 같이 제1기어(300) 중 2개의 제1기어(320,340)를 기준으로 설명하기로 하며, 이하 서술되는 구성은 복수의 제1기어(300) 모두에 적용되는 것이다.
상기 제1기어(300)의 전후진 이동수단으로, 제1기어(300)의 일측으로 커플링(325,345)이 일체로 결합되고, 상기 커플링(325,345)에는 플랜지 형상의 돌출부(325a,345a)가 형성되어 있으며, 상기 전면 고정판(110)에는 변속제어수단(700)에 의해 전후방 이동되는 포크(326,346)의 축부(326b,346b)가 관통되고, 상기 축부(326b,346b)의 단부에는 상기 돌출부(325a,345a)에 걸림 결합되는 걸림홈부(326a,346a)가 일체로 형성되어 있다.
변속제어수단(700)에 의해 포크(326,346)가 전진하게 되면, 포크(326,346)의 걸림홈부(326a,346a)에 돌출부(325a,345a)가 걸림 결합된 커플링(325,345)과 이에 결합된 제1기어(300)가 주기어(200)를 따라 전방측으로 이동되어 제1클러치수단(321,341)이 제2클러치수단(421,441)에 연결되어 제1기어(300)와 제2기어(400) 간에 동력전달 상태가 된다. 이와 반대로 변속제어수단(700)에 의해 포크(326,346)가 후진하게 되면, 제1클러치수단(321,341)이 제2클러치수단(421,441)으로부터 이격되어 제1기어(300)와 제2기어(400) 간에 동력전달 상태가 해제된다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도이다. 본 실시예에 따른 변속기는, 제1클러치수단(311,321,331,341)과 제2클러치수단(411,421,431,441) 간의 연결 및 분리를 위한 구성으로, 제1기어(320,340)의 일측에는 연결부재(327,347)가 일체로 결합되고, 상기 연결부재(327,347)의 외측에는 연결부재(327,347)를 따라 전후방으로 슬라이드되며 일면에 제1클러치수단(328c,348c)이 구비된 도그클러치(328,348)가 결합되며, 도그클러치(328,348)의 몸체부(328a,348a)에는 걸림부(328b,348b)가 형성되고, 전면 고정판(110)에는 변속제어수단(700)에 의해 전후방 이동되는 포크(326,346)의 축부(326b,346b)가 관통되며, 상기 축부(326b,346b)의 단부에는 상기 걸림부(328b,348b)에 걸림 결합되는 걸림홈부(326a,346a)가 일체로 형성되어 있다.
본 실시예의 경우에도 변속제어수단(700)에 의한 포크(326,346)의 전후진 이동에 의해 제1클러치수단(328c,348c)과 제2클러치수단(421,441)이 서로 연결되거나 분리되어 제1기어(300)와 제2기어(400) 간에 동력이 전달 또는 차단된다.
본 실시예의 경우에는 상기 실시예들과 달리 제1기어(300)는 전후진 이동 없이 제자리에서 회전운동을 하고, 도그클러치(328,348)가 전후방으로 이동되어 제1기어(300)와 제2기어(400) 간의 동력전달이 이루어지도록 구성되어, 제1기어(300)와 주기어(200)의 접촉면의 위치가 항상 일정하므로 제1기어(300)와 주기어(200)는 평기어 이외에 헬리컬 기어로 구성될 수 있다. 이와 같이 제1기어(300)와 주기어(200)를 헬리컬 기어로 구성할 경우에는 접촉면에서의 축방향 미끄러짐이 방지되어 동력의 전달능력을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는 도그클러치(328,348)가 연결부재(327,347)를 타고 전후방으로 미끄럼 운동되어 제1기어(300)와 제2기어(400) 간에 동력이 전달 또는 차단되는 것으로 구성하였으나, 상기 도그클러치(328,348)를 대체하는 구성으로 싱크로나이저(상시 물림 동기치합식)를 사용하여 변속시 보다 부드러운 변속이 가능하도록 구성될 수도 있다.
이하, 제1기어(300)의 제1클러치수단(311,321,331,341)과 제2기어(400)의 제2클러치수단(411,421,431,441)의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 7은 제1기어와 제2기어의 클러치수단의 제1실시예를 나타낸 도면, 도 8은 제1기어와 제2기어의 클러치수단의 제2실시예를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 실시예는, 상기 제1클러치수단과 제2클러치수단이 각각 제1걸림턱(311,321,331,341)과 제2걸림턱(411,421,431,441)으로 이루어진 경우로서, 상기 제1걸림턱(311,321,331,341)과 제2걸림턱(411,421,431,441)은 제1기어(300)와 제2기어(400)의 대향되는 면에 각각 원주방향을 따라 복수로 형성되어 있다.
도 7(a)는 상기 제1클러치수단과 제2클러치수단이 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 대향되는 면에 각각 원주방향을 따라 형성되고, 단순히 제1클러치수단과 제2클러치수단의 결합에 의하여 동력이 전달되는 제1걸림턱(311,321,331,341)과 제2걸림턱(411,421,431,441)으로 구성된 경우이고, 도 7(b)는 한쪽은 직각으로 구성하고 반대쪽은 경사지게 구성하되, 제1걸림턱(311,321,331,341)과 제2걸림턱(411,421,431,441)은 경사진 방향이 서로 반대로 형성되어, 한쪽으로의 회전시에는 동력이 전달되고 반대쪽으로의 회전시에는 슬립에 의해 동력전달이 차단되는 클러치 기능이 수행되도록 구성되어 있다.
도 8에 도시된 실시예는, 제1기어(300)와 제2기어(400)를 지지하는 베어링부위에 제1클러치베어링(329)과 제2클러치베어링(429)이 구비되어 변속시 일방향으로는 동력이 전달되나 반대방향으로는 슬립이 발생되어 동력전달이 차단되는 구조로 이루어진 것이다. 이러한 구조로 구성된 경우라면, 제1걸림턱(311,321,331,341)과 제2걸림턱(411,421,431,441)이 삼각형 구조가 아니어도 동일한 효과를 구현할 수 있다.
본 실시예에서는 제1기어(300)와 제2기어(400)의 내부에 클러치베어링이 각각 구비되어 있으나, 어느 한쪽에만 구비되더라도 무방하다.
이하, 도 9와 도 10을 참조하여 제2기어(400)에 연결되는 동력전달수단(600)으로 후술하는 웜휠(620)을 적용하는 경우를 예로 들어 각 기어들의 연결구조를 설명한다. 도 9는 주기어와 제1기어 간의 연결구조의 일실시예를 나타낸 도면, 도 10은 주기어의 중심으로부터 제2기어의 외측단까지의 길이 관계를 나타낸 도면이다.
도 9는 주기어(200)와 제1기어(310,320,330,340)의 결합시 기어의 크기 구성을 나타낸 것으로, 각각의 직경 및 제1기어(310,320,330,340)의 수는 임의로 조정할 수 있다. 편의상 주기어(200)의 지름을 200mm로 하고, 제1기어(310,320,330,340)의 직경은 50mm, 40mm, 30mm, 20mm로 구성한다. 이때 주기어(200)의 샤프트(210) 중심과 제1기어(310,320,330,340)의 샤프트(313,323,334,343) 중심 간의 거리는 각각 125mm, 120mm, 115mm, 110mm가 된다.
도 10은 제2기어(410,420,430,440)의 구성을 나타낸 것으로, 제1기어(310,320,330,340)의 샤프트(313,323,333,343)와 제2기어(410,420,430,440)의 샤프트(413,423,433,443)는 각각 동일 축선상에 위치된다. 이때 제2기어(410,420,430,440)의 직경은 각각 20mm, 30mm, 40mm, 50mm로 구성된다. 이러한 구성에 의해 주기어(200)의 샤프트(210) 중심으로부터 제2기어(410,420,430,440)의 외측단까지의 거리는 모두 135mm로 동일하게 되어, 완전한 원형을 이루게 되어 제2기어(410,420,430,440)의 외측으로 웜휠(620)을 연결할 수 있게 된다.
상기와 같은 주기어(200)와 제1기어(300) 및 제2기어(400)의 구성에 의해 변속되어 출력되는 수치는 다음과 같다.
제1기어(310)가 50mm인 경우 대향하는 제2기어(410)는 20mm이고, 주기어(200)가 1회전시 제1기어(310)의 회전수는 (200*π)/(50*π)=4회전, 제1기어(310) 4회전시 제2기어(410)의 회전거리는 (20*π)*4=251.2mm가 된다.
제1기어(320)가 40mm인 경우 대향하는 제2기어(420)는 30mm이고, 주기어(200)가 1회전시 제1기어(320)의 회전수는 (200*π)/(40*π)=5회전, 제1기어(310) 5회전시 제2기어(420)의 회전거리는 (30*π)*5=471mm가 된다.
제1기어(330)가 30mm인 경우 대향하는 제2기어(430)는 40mm이고, 주기어(200)가 1회전시 제1기어(330)의 회전수는 (200*π)/(30*π)=6.6회전, 제1기어(330) 6.6회전시 제2기어(430)의 회전거리는 (40*π)*6.6=828.96mm가 된다.
제1기어(340)가 20mm인 경우 대향하는 제2기어(440)는 50mm이고, 주기어(200)가 1회전시 제1기어(340)의 회전수는 (200*π)/(20*π)=10회전, 제1기어(340) 10회전시 제2기어(440)의 회전거리는 (50*π)*10=1570mm가 된다.
상기 예에서 1570/251.2=6.25 변속비율을 보여준다. 그러나, 본 발명에서 주기어(200)의 직경과 제1기어(300) 및 제2기어(400)의 설치 개수 및 직경을 다양하게 구성할 경우에는 변속비율을 자유롭게 설정할 수 있고, 변속 단수 또한 자유로이 설정할 수 있게 된다.
일례로, 주기어(200)의 직경을 70mm로 구성하고, 제1기어(300)와 제2기어(400)를 7단으로 구성한 경우를 아래 표 1에 예시하였다.
표 1
단수 제1기어 직경(mm) 제2기어 직경(mm) 주기어 1회전시 제1기어 및 제2기어 회전수 주기어 1회전시 제2기어 회전거리(mm)
1 40 16 1.75 87.92
2 31.2 24.8 2.244 174.7
3 26.4 29.6 2.652 246.4
4 22.4 33.6 3.125 329.7
5 20 36 3.5 395.6
6 17.6 38.4 3.977 479.6
7 16 40 4.375 549.5
상기 예에서 1단과 2단 간의 회전거리 차이는 86.78mm, 2단과 3단의 차이는 71.73mm, 3단과 4단의 차이는 83.25mm, 4단과 5단의 차이는 65.94mm, 5단과 6단의 차이는 83.92mm, 6단과 7단의 차이는 69.93mm이다. 위와 같은 구성으로 각각의 단수에서 비교적 균등한 비율로 변속을 구현할 수 있다.
이하, 주기어(200)와 제1기어(300) 및 제2기어(400)를 통해 변속되어 전달되는 동력을 출력기어(500)에 전달하는 동력전달수단(600)의 실시예들을 설명한다.
도 11은 동력전달수단의 제1실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 동력전달수단(600)은 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440)와 출력기어(500)가 체인(610)에 의해 함께 연결된 것으로, 이러한 연결구조에 의하면, 주기어(200)의 샤프트(210) 중심으로부터 제2기어(400)의 외측단까지의 거리를 일정하게 맞추지 않더라도 변속된 출력기어(500)로의 동력전달이 가능해지므로 변속비의 조절이 용이한 이점이 있다.
도 12는 동력전달수단의 제2실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 동력전달수단(600)은 주기어(200)의 샤프트(210)의 축선 중심으로부터 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440) 각각의 외측면까지의 길이가 일정하도록 제1기어(300)와 제2기어(400)의 서로 대응하는 기어들의 직경을 선택하고, 상기 복수의 제2기어(400)와 출력기어(500)를 웜휠(620)을 통해 연결한 경우이다. 이 경우 상기 출력기어(500)는 도시된 바와 같이 웜휠(620)에 외합하도록 구성하거나, 또는 도시되어 있지는 않으나 웜휠(620)에 내합하는 구성도 가능하다.
이와 같이 동력전달수단(600)으로 웜휠(620)을 적용할 경우에는 체인(610)을 이용하여 연결하는 경우에 비하여 동력전달의 효율성 및 정확성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 13은 동력전달수단의 제3실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 동력전달수단(600)은 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440)가 웜휠(620)에 내합되도록 연결되고, 휨휠(620)의 외측에는 체인(610)이 연결된 구조로 이루어진 것이다.
도 14는 동력전달수단의 제4실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 동력전달수단(600)은 도 12에 도시된 실시예의 구성을 모두 포함하고, 웜휠(620)에는 역회전용 제2기어(450)가 연결되고, 상기 역회전용 제2기어(450)에는 역회전기어(460)가 연결된 것으로, 본 실시예에 따른 동력전달수단(600)은 전진 및 후진이 모두 가능한 자동차 등의 장치에 적용 가능하다. 역회전의 경우 변속이 필요없는 저속이므로 제1기어(300)에 역회전용 제2기어(450)와 연결되는 별도의 제1기어(미도시됨)을 추가로 설치하고, 역회전시에는 모든 제1기어(310,320,330,340)와 제2기어(410,420,430,440)의 연결을 해제한 상태에서 역회전용 제1기어와 제2기어가 연결되는 것으로 구성될 수 있다.
도 15는 제1클러치수단과 제2클러치수단 간의 동력전달 제어를 위한 변속제어수단의 제1실시예를 나타낸 (a) 평면도 및 (b) 측면도이다.
전술한 도 4 내지 도 6에서 제1기어(300)의 동력을 제2기어(400)로 전달하기 위한 구성으로, 도 4에서는 제1기어(300)의 샤프트(313,323,333,343)를 변속제어수단(700)에 의해 전후진 이동시키는 것으로 구성하고, 도 5와 도 6에서는 포크(326,346)의 축부(326b,346b)를 변속제어수단(700)에 의해 전후진 이동시키는 것으로 구성하였다. 상기 변속제어수단(700)은, 전면 고정판(110)에 연결된 회전축(710)을 중심으로 회전되며 상기 회전축(710)에 결합된 변속제어판(720)으로 이루어지고, 상기 변속제어판(720)은 상기 회전축(710)에 축방향으로 이격되어 결합된 다단의 플레이트(721,722)로 이루어진다.
도 15(b)와 같이 상기 플레이트(721,722)는, 평탄부(721a,722a)와, 상기 회전축(710)을 기준으로 소정 각도 구간에 굴곡진 형상의 누름부(721b,722b)가 형성된다. 따라서 상기 변속제어판(720)의 회전시, 도 4에 도시된 실시예의 경우에는 상기 전면 고정판(110)의 외측으로 돌출된 제1기어 회전축의 단부에 형성된 누름판(315)이 상기 누름부(721b,722b)의 형상을 따라 전후방 이동되고, 도 5와 도 6에 도시된 실시예의 경우에는 포크(326,346)의 축부(326b,346b)가 상기 누름부(721b,722b)의 형상을 따라 전후방 이동된다.
따라서 복수의 제1기어(300) 중 어느 하나의 기어(310,320,330,340)가 선택적으로 제2기어(400)의 해당 기어(410,420,430,440)에 동력을 전달하게 된다.
또한 본 발명에서는 변속되는 과정에서 동력전달의 끊김현상을 방지하고 변속충격을 완화하기 위한 구성으로, 도 15(a)에 빗금으로 도시된 바와 같이 상기 누름부(721b,722b)는 인접하여 배치된 제1기어(300) 간의 회전축(710)을 기준으로 한 각도 범위보다 큰 각도 범위로 형성되어, 변속제어판(720)의 일방향 회전에 의한 변속시 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 서로 대응하는 2 쌍의 기어가 일정한 구간에서 서로 중첩적으로 동력전달 상태가 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의한 동력전달과정을 설명하면 다음과 같다.
이때, 제1클러치수단과 제2클러치수단은 도 7(b)와 도 8과 같이 일방향으로는 동력전달이 가능하고 다른 방향으로는 슬립되어 동력이 차단되는 구조이어야 한다. 설명의 편의상 도 9에서 제1기어(310)를 1단, 제1기어(320)을 2단, 제1기어(330)을 3단, 제1기어(340)을 4단으로 하여 설명한다.
먼저, 1단(저속)에서 2단(고속)으로 변속하는 경우를 예로 들어 설명한다.
제1기어(310)가 전진 이동되어 제2기어(410)에 연결된 경우에는 1단 상태가 된다. 이때 1단의 제1기어(310)가 제2기어(410) 측으로 전진된 상태를 유지하면서 2단의 제1기어(320)를 전진시켜 제2기어(420)에 연결되도록 한다. 이 경우 제2기어(420)의 빠른 회전력에 의해 제2기어(410)는 제1기어(310)와 슬립되어 오버회전을 하게 된다. 이때 동력은 전혀 끊김이 없이 1단에서 2단으로 변속된다. 그 후 2단이 걸린 상태에서 1단의 제1기어(310)를 후진시키면 2단의 속도가 유지된다.
이와 반대로, 2단(고속)에서 1단(저속)으로 변속하는 경우를 예로 들어 설명한다. 2단의 제1기어(320)가 제2기어(420) 측으로 전진되어 연결된 상태에서, 2단을 해제하지 않고 1단의 제1기어(310)를 전진시켜 제2기어(410)에 연결한다. 이 경우 1단의 제1기어(310)와 제2기어(410)는 접촉면에서 슬립이 발생되어 제2기어(410)는 오버회전을 하며 단수는 여전히 2단을 유지하게 된다. 이때 2단의 제1기어(320)를 후진시키게 되면 동력의 끊김없이 1단으로 변속된다.
이러한 원리로 변속을 하면 변속시 변속으로 인한 동력의 끊김현상을 방지하면서 원활하고 정확한 변속이 가능하게 된다.
상기에서는 변속제어수단(700)이 플레이트 형식의 변속제어판(720)으로 구성된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 상기 변속제어수단(700)은 이러한 구성에 한정되지 않으며, 유압이나 공기압 또는 기타 개별적인 조절기구를 이용하여 개별적으로도 조절이 가능한 구조로 구성될 수 있다.
또한 입력축과 출력축이 역으로 바뀌어서 작동할 수도 있으며, 이 경우 상술한 실시예와 비교하여 역전된 변속비를 얻게 된다.
도 16은 본 발명의 제4실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도, 도 17은 도 16에 도시된 가이드부재의 측면도, 도 18은 제1클러치수단과 제2클러치수단 간의 동력전달 제어를 위한 변속제어수단의 제2실시예를 구성하는 제1변속제어부재의 (a) 측면도, (b) 사시도, 제2변속제어부재의 (c) 측면도, (d) 사시도, 도 19는 도 18에 도시된 변속제어수단의 작동 원리를 설명하기 위한 전개도이다.
도 16에 도시된 실시예는, 도 4에 도시된 실시예와 기타의 구성은 동일하게 적용되고, 제1기어(300)와 제2기어(400)가 축결합되는 샤프트가 일체형 샤프트(380)로 구성되며, 상기 일체형 샤프트(380)는 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)을 관통하여 그 양단이 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)의 외측으로 돌출된 구조로 이루어져 있다.
본 실시예는 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)가 7단으로 구성된 경우로서, 상기 제1기어(300)는 주기어(200)의 외주면에 일정 간격을 두고 상시 치합된 상태로 배치되며 다단 변속을 위해 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제1기어(310,320,330,340,350,360,370)로 구성되어 각각 대응되는 일체형 샤프트(380;381,382,383,384,385,386,387)에 고정되어 일체로 회전되고, 상기 제2기어(400)는 상기 제1기어(300)와 동일한 수로 구비되고, 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제2기어(410,420,430,440,450,460,470)로 구성되어 각각 대응되는 일체형 샤프트(380;381,382,383,384,385,386,387)에 베어링(422,442)을 매개로 연결되어 있다. 상기 일체형 샤프트(380)는 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)에 베어링(382a,382b,384a,384b)을 매개로 연결되어 전후진 및 회전 가능하도록 지지되어 있다.
본 실시예에서는 상기 일체형 샤프트(380)의 후진(도면상 좌측) 이동시 제2기어(400)가 제1기어(300) 측으로 이동되는 것을 방지하기 위한 가이드부재(800)가 구비된다. 도 16과 도 17을 참조하면, 상기 가이드부재(800)는 상기 제1기어(300)와 대향되는 상기 제2기어(400)의 일측에 구비되는 원형 플레이트(810)로 구성된다. 상기 원형 플레이트(810)의 중앙부에는 주기어(200)가 관통되는 주기어 관통홀(820)이 형성되고, 그 둘레에 제2클러치수단(421,441)이 관통되는 접속홀(830)이 형성되어, 일체형 샤프트(380)의 후진 이동시 상기 제2기어(400)의 이동을 방지하면서 상기 접속홀(830)을 통하여 제1클러치수단(321,341)과 제2클러치수단(421,441)이 연결 접속 가능한 구조로 이루어져 있다.
한편, 상기 전면 고정판(110)의 외측면과 후면 고정판(120)의 외측면에는 변속 단수에 대응하여 일체형 샤프트(380;381,382,383,384,385,386,387) 중 어느 하나의 샤프트가 전후진 이동되도록 제어하는 변속제어수단(700')이 구비된다.
상기 변속제어수단(700')은, 전면 고정판(110)의 외측면에 구비된 제1변속제어부재(730)와, 후면 고정판(120)의 외측면에 구비되어 상기 제1변속제어부재(730)와 연동하여 회전되는 제2변속제어부재(740)로 구성된다. 도 18을 참조하면, 상기 제1변속제어부재(730)와 제2변속제어부재(740)의 대향하는 내측면에는 변속 단수에 대응하여 선택되는 일체형 샤프트(380)의 양단 중 일단을 전방측으로 미는 돌출부(731;731a~731g)와, 일체형 샤프트(380)의 타단을 걸림 수용하는 걸림홈(741;741a~741g)이 서로 대응된 위치에 형성되어 있다.
따라서 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 일체형 샤프트(380)의 일단(381a)이 제1변속제어부재(730)의 돌출부(731)에 접촉되는 위치에 있게 되면, 일체형 샤프트(380)가 전진 이동되어 그 타단(381b)은 제2변속제어부재(740)의 걸림홈(741)에 수용되어 걸림되며, 이에 따라 해당 단수의 제1기어(300)와 제2기어(400) 간에 동력이 전달되며, 그 이외의 단수에 해당되는 제1기어(300)와 제2기어(400) 간에는 동력 전달이 차단되도록 구성되어 있다. 따라서 변속제어수단(700')이 기어 변속에 대응하여 설정된 위치로 회전됨에 따라 해당 샤프트는 걸림됨과 동시에 나머지 샤프트는 걸림이 해제되며, 변속제어수단(700')의 회전 각도가 변경되면 걸림위치에 있던 샤프트의 타단(381b)은 제2변속제어부재(740)의 걸림홈(741)에서 빠져나오면서 후방측으로 밀려 이동됨에 따라 동력전달이 차단되고, 새롭게 설정된 기어 변속에 대응되는 위치의 샤프트가 걸림되어 동력이 전달되게 된다.
도 19에 도시된 전개도는 일체형 샤프트(380;381,382,383,384,385,386,387)와 이에 대응되는 돌출부(731) 및 걸림홈(741) 간의 간격이 단수의 증가에 따라 일정한 간격(L) 만큼 순차로 증가(L~6L)되어 상기 일체형 샤프트(380) 중 해당 변속 단수의 샤프트가 선택적으로 걸림되는 경우를 예로 들었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 도 18에 도시된 바와 같이 상기 제1변속제어부재(730)의 돌출부(731)와 제2변속제어부재(740)의 걸림홈(741)은 일체형 샤프트(380)에 선택적으로 연결되어 변속 단수에 대응되는 동력이 선택적으로 전달되는 구조라면, 그 형성된 위치는 다양하게 구현될 수 있다.
도 20은 본 발명의 제5실시예에 따른 변속기의 내부구조를 나타낸 종단면도이다. 본 실시예에 따른 변속기는, 전술한 제4실시예의 구성 중 일부 구성을 변형한 것으로, 일체형 샤프트(380)와 제1기어(300) 간의 연결부에 베어링(322,342)을 개재하고, 상기 제1기어(300)의 양측단은 일체형 샤프트(380)에 체결되는 스냅링(900)에 의해 지지되어 일체형 샤프트(380)의 전후진 이동시 제1기어(300)가 일체형 샤프트(380)와 함께 전후진 이동되도록 구성되어 있다. 그리고 일체형 샤프트(380)가 관통되는 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120) 사이에는 베어링을 매개로 하지 않으면서 연결되도록 구성하여 회전이 제한되고 전후진 이동만 가능하도록 구성되어 있다.
본 실시예에서는 제1기어(300)의 양측단이 스냅링(900)에 의해 지지되고, 제2기어(400)는 전술한 제4실시예와 마찬가지로 가이드부재(800)에 의해 제1기어(300) 측으로의 이동이 방지되도록 구성되어 있다.
한편, 다른 실시예로서, 제2기어(400)의 양측단이 스냅링(900)에 의해 지지되고, 제1기어(300)가 가이드부재(800)에 의해 제2기어(400) 측으로 이동이 방지되도록 구성될 수도 있다. 이 경우 제1기어(300)는 제자리에서 회전되고, 제2기어(400)가 전술한 웜휠(620) 또는 링기어를 타고 전후진 이동되어 제1클러치수단과 제2클러치수단이 연결 접속되는 구조가 된다.
상기 제4실시예와 제5실시예의 변속기에도, 도 7과 도 8에 도시되고 설명된 클러치수단과, 도 11 내지 도 14에 도시되고 설명된 동력전달수단이 동일하게 적용될 수 있으며, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 변속기는, 간단한 기어 연결구조를 이용하면서도 변속시 동력이 끊김없이 연속적으로 전달될 수 있고, 주기어(200)와 제1기어(300)가 항상 치합된 상태를 유지하면서 변속이 이루어지므로 변속시 발생하는 충격을 완화할 수 있으며, 간소화된 구조에 의해 제작이 용이하고 장치의 소형화가 가능하게 되어, 자전거, 차량, 산업용 기계 등 변속이 요구되는 장치에 범용으로 적용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)이 양측에 배치되어 변속기의 외형을 이루고, 다단 변속을 위한 기어들이 내부에 설치되는 고정판(100);
    상기 후면 고정판(120)을 관통하며 회전 가능하게 설치되어 구동력을 전달하는 샤프트(210)에 결합된 주기어(200);
    상기 전면 고정판(110)을 관통하며 전후진 가능하게 설치된 샤프트에 상기 주기어(200)와 상시 치합된 상태로 회전 가능하게 연결되며, 일면에는 제1클러치수단이 형성된 제1기어(300);
    상기 후면 고정판(120)에 지지되고, 상기 제1기어(300)의 샤프트와 동일 축선 상에 구비된 샤프트에 회전 가능하게 연결되며, 상기 제1기어(300)의 일면과 대향하는 면에는 상기 제1기어(300)의 전후진 이동에 연동하여 상기 제1클러치수단과 연결 또는 이격되어 클러치 기능을 하는 제2클러치수단이 형성된 제2기어(400);
    상기 제2기어(400)와 동력전달수단(600)을 통해 연결된 출력기어(500); 및
    상기 제1기어(300)의 제1클러치수단과 상기 제2기어(400)의 제2클러치수단 간의 클러치 기능을 제어하는 변속제어수단(700,700');을 포함하는 변속기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1기어(300)의 샤프트와 상기 제2기어(400)의 샤프트는 분리형 또는 일체형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 변속기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1클러치수단과 제2클러치수단은, 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 대향되는 면에 각각 원주방향을 따라 형성되고, 단순히 제1클러치수단과 제2클러치수단의 결합에 의하여 동력이 전달되는 제1걸림턱(311,321,331,341)과 제2걸림턱(411,421,431,441)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 변속기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1클러치수단과 제2클러치수단은, 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 대향되는 면에 각각 원주방향을 따라 형성되고, 서로 다른 방향의 경사면으로 이루어져 일방향 회전만을 전달하며 반대방향의 회전력 전달시에는 슬립에 의해 동력전달이 차단되는 제1걸림턱(311,321,331,341)과 제2걸림턱(411,421,431,441)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 변속기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1클러치수단과 제2클러치수단은, 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 내부에 각각 구비되어 일방향으로는 회전력이 전달되고 반대방향으로는 슬립되어 동력이 차단되는 제1클러치베어링(329)과 제2클러치베어링(429)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 변속기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1기어(300)는 상기 주기어(200)의 외주면에 일정 간격을 두고 상시 치합된 상태로 배치되며 다단 변속을 위해 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제1기어(310,320,330,340)로 구성되고,
    상기 제2기어(400)는 상기 제1기어(300)와 동일한 수로 이루어지고, 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제2기어(410,420,430,440)로 구성되며,
    상기 제1기어(310,320,330,340)의 제1클러치수단은 상기 변속제어수단(700,700')에 의해 전후진 이동이 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변속제어수단(700)은, 상기 전면 고정판(110)에 연결된 회전축(710)을 중심으로 회전되며 상하로 이격되어 상기 회전축(710)에 결합된 변속제어판(720)으로 이루어지고, 상기 변속제어판(720)은 상기 회전축(710)의 축방향으로 이격된 다단의 플레이트(721,722)로 이루어지고,
    상기 플레이트(721,722)는 상기 회전축(710)을 기준으로 소정 각도 구간에 굴곡진 형상의 누름부(721b,722b)가 형성되어, 상기 변속제어판(720)의 회전시, 상기 전면 고정판(110)의 외측으로 돌출된 제1기어 회전축의 단부에 형성된 누름판(315)이 상기 누름부(721b,722b)의 형상을 따라 전후방 이동되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1기어(300)는 상기 주기어(200)의 외주면에 일정 간격을 두고 상시 치합된 상태로 배치되며 다단 변속을 위해 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제1기어(310,320,330,340)로 구성되고,
    상기 제2기어(400)는 상기 제1기어(300)와 동일한 수로 이루어지고, 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제2기어(410,420,430,440)로 구성되며,
    상기 제1기어(310,320,330,340)의 일측에는 돌출부(325a,345a)가 형성된 커플링(325,345)이 일체로 결합되고, 상기 돌출부(325a,345a)에는 상기 전면 고정판(110)을 관통하여 상기 변속제어수단(700)에 의해 전후방 이동되는 포크(326,346)의 걸림홈부(326a,346a)가 걸림 결합되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변속제어수단(700)은, 상기 전면 고정판(110)에 연결된 회전축(710)을 중심으로 회전되며 상하로 이격되어 상기 회전축(710)에 결합된 변속제어판(720)으로 이루어지고, 상기 변속제어판(720)은 상기 회전축(710)의 축방향으로 이격된 다단의 플레이트(721,722)로 이루어지고,
    상기 플레이트(721,722)는 상기 회전축(710)을 기준으로 소정 각도 구간에 굴곡진 형상의 누름부(721b,722b)가 형성되어, 상기 변속제어판(720)의 회전시, 상기 포크(326,346)의 축부(326b,346b)가 상기 누름부(721b,722b)의 형상을 따라 전후방 이동되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1기어(300)는 상기 주기어(200)의 외주면에 일정 간격을 두고 상시 치합된 상태로 배치되며 다단 변속을 위해 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제1기어(310,320,330,340)로 구성되고,
    상기 제2기어(400)는 상기 제1기어(300)와 동일한 수로 이루어지고, 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제2기어(410,420,430,440)로 구성되며,
    상기 제1기어(310,320,330,340)의 일측에는 연결부재(327,347)가 일체로 결합되고, 상기 연결부재(327,347)의 외측에는 상기 연결부재(327,347)를 따라 전후방으로 슬라이드되며 일면에 상기 제1클러치수단이 구비된 도그클러치(328,348)가 결합되며, 상기 도그클러치(328,348)의 몸체부(328a,348a)에는 걸림부(328b,348b)가 형성되어 상기 전면 고정판(110)을 관통하여 상기 변속제어수단(700)에 의해 전후방 이동되는 포크(326,346)의 걸림홈부(326a,346a)에 걸림 결합되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 변속제어수단(700)은, 상기 전면 고정판(110)에 연결된 회전축(710)을 중심으로 회전되며 상기 회전축(710)에 이격되어 결합된 변속제어판(720)으로 이루어지고, 상기 변속제어판(720)은 상기 회전축(710)의 축방향으로 이격된 다단의 플레이트(721,722)로 이루어지고,
    상기 플레이트(721,722)는 상기 회전축(710)을 기준으로 소정 각도 구간에 굴곡진 형상의 누름부(721b,722b)가 형성되어, 상기 변속제어판(720)의 회전시, 상기 포크(326,346)의 축부(326b,346b)가 상기 누름부(721b,722b)의 형상을 따라 전후방 이동되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 주기어(200)와 상기 제1기어(300)는 헬리컬 기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 변속기.
  13. 제7항, 제9항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 누름부(721b,722b)는 인접하여 배치된 제1기어(300) 간의 상기 회전축(710)을 기준으로 한 각도 범위보다 큰 각도 범위로 형성되어, 상기 변속제어판(720)의 회전에 의한 변속시 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 서로 대응하는 2 쌍의 기어가 일정 구간에서 서로 중첩적으로 동력전달 상태가 되어 변속충격이 완화되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 변속기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 동력전달수단(600)은 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440)와 상기 출력기어(500)를 연결하는 체인(610)으로 구성된 것을 특징으로 하는 변속기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 주기어(200)의 샤프트(210)의 축선 중심으로부터 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440) 각각의 외측면까지의 길이는 일정하도록 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 서로 대응하는 기어들의 직경이 결정되고,
    상기 동력전달수단(600)은 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440)와 상기 출력기어(500)를 연결하는 웜휠(620)로 구성된 것을 특징으로 하는 변속기.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 주기어(200)의 샤프트(210)의 축선 중심으로부터 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440) 각각의 외측면까지의 길이는 일정하도록 상기 제1기어(300)와 제2기어(400)의 서로 대응하는 기어들의 직경이 결정되고,
    상기 동력전달수단(600)은 상기 제2기어(400)를 구성하는 복수의 기어(410,420,430,440)를 연결하는 웜휠(620)과, 상기 웜휠(620)에 연결되는 체인(610)으로 구성된 것을 특징으로 하는 변속기.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 웜휠(620)에는 역회전용 제2기어(450)가 연결되고, 상기 역회전용 제2기어(450)에는 역회전기어(460)가 연결된 것을 특징으로 하는 변속기.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1기어(300)의 샤프트와 상기 제2기어(400)의 샤프트는 일체형 샤프트(380)로 이루어지고,
    상기 제1기어(300)는 상기 주기어(200)의 외주면에 일정 간격을 두고 상시 치합된 상태로 배치되며 다단 변속을 위해 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제1기어(310,320,330,340,350,360,370)로 구성되어 각각 대응되는 상기 일체형 샤프트(380;381,382,383,384,385,386,387)에 연결되고,
    상기 제2기어(400)는 상기 제1기어(300)와 동일한 수로 이루어지고, 변속비에 따라 서로 다른 직경을 갖는 복수의 제2기어(410,420,430,440,450,460,470)로 구성되어 각각 대응되는 상기 일체형 샤프트(380)에 연결되며,
    상기 일체형 샤프트(380)는 상기 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)을 관통하여 배치되고,
    상기 변속제어수단(700')은 상기 일체형 샤프트(380) 중 어느 하나의 샤프트를 선택적으로 전후진시키는 것을 특징으로 하는 변속기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1기어(300)는 상기 일체형 샤프트(380)에 고정되어 일체로 회전되고,
    상기 제2기어(400)는 상기 일체형 샤프트(380)에 베어링을 매개로 연결되며, 가이드부재(800)에 의해 지지되어 상기 제1기어(300) 측으로의 이동이 방지되고,
    상기 일체형 샤프트(380)는 상기 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)에 베어링을 매개로 지지되어 전후진 및 회전 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 변속기.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1기어(300)와 제2기어(400)는 상기 일체형 샤프트(380)에 베어링을 매개로 연결되고,
    상기 제1기어(300)의 양측단은 상기 일체형 샤프트(380)에 체결되는 스냅링(900)에 의해 지지되며,
    상기 제2기어(400)는 가이드부재(800)에 의해 지지되어 상기 제1기어(300) 측으로의 이동이 방지되고,
    상기 일체형 샤프트(380)는 상기 전면 고정판(110)과 후면 고정판(120)에 전후진 가능하게 지지된 것을 특징으로 하는 변속기.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 가이드부재(800)는, 상기 제1기어(300)와 대향되는 상기 제2기어(400)의 일측에 구비되는 원형 플레이트(810)로 구성되고, 상기 원형 플레이트(810)에는 주기어 관통홀(820)과, 상기 제1클러치수단과 제2클러치수단이 접속 가능하도록 상기 제1기어(300) 및 제2기어(400)와 대응되는 수의 접속홀(830)이 형성된 것을 특징으로 하는 변속기.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 변속제어수단(700')은, 상기 전면 고정판(110)의 외측면과 후면 고정판(120)의 외측면에 구비되어 연동되는 제1변속제어부재(730)와 제2변속제어부재(740)를 포함하고,
    상기 제1변속제어부재(730)와 제2변속제어부재(740)의 대향하는 내측면에는 상기 변속제어수단(700')의 회전시 상기 일체형 샤프트(380) 중 어느 하나의 샤프트가 선택적으로 전후진 이동되도록 상기 선택된 샤프트의 양단 중 일단을 일측으로 미는 돌출부(731)와 타단을 수용하며 걸림되는 걸림홈(741)이 서로 대응된 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 변속기.
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