KR100413205B1 - 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조 - Google Patents

도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조에 관한 것으로, 더욱상세하게는 도어를 개,폐하기 위한 동력전달수단을 유성기어를 포함한 베벨기어, 랙과 피니언을 조합하여 도어가 닫혀지는 동작(플러그인(Plug-in)), 도어가 열려지는 동작(플러그아웃(Plug-out)) 기능에서 요구되는 토크증대효과로 인한 개·폐 효과를 달성할 수 있으며, 신속한 출입문 개·폐를 위한 증속기능을 구현하고, 증속, 감속, 도어가 닫혀지는 동작(플러그인(Plug-in)), 도어가 열려지는 동작(플러그아웃(Plug-out)), 슬라이딩(Sliding)효과 달성을 위한 기구장치의 소형·경량화설계를 만족할 수 있는 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조에 관한 것이다.

Description

도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조{power transmission construction of train doorengine}
본 발명은 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조에 관한 것으로, 더욱상세하게는 도어를 개,폐하기 위한 동력전달수단을 유성기어를 포함한 베벨기어, 랙과 피니언을 조합하여 도어가 닫혀지는 동작(플러그인(Plug-in)), 도어가 열려지는 동작(플러그아웃(Plug-out)) 기능에서 요구되는 토크증대효과로 인한 개·폐 효과를 달성할 수 있으며, 신속한 출입문 개·폐를 위한 증속기능을 구현하고, 증속, 감속, 도어가 닫혀지는 동작(플러그인(Plug-in)), 도어가 열려지는 동작(플러그아웃(Plug-out)), 슬라이딩(Sliding)효과 달성을 위한 기구장치의 소형·경량화설계를 만족할 수 있는 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조에 관한 것이다.일반적으로 구조에 따른 출입문의 종류는 크게 좌우 개폐되는 포켓방식(pocket type), 플러그 방식(plug type), 외부슬라이딩 방식(external sliding type)이 있다. 포켓방식은 현재 운행 중인 국내 지하철에 적용되는 방식으로서 차체의 외장판과 내장판 사이에서 출입문이 미끄럼 운동을 하는 방식이며 창문의 배치와 크기에 제한이 있는 것이 단점이다. 플러그 방식은 차량 횡방향으로의 도어가 닫혀지는 동작(플러그 인(plug-in)) 및 도어가 열려지는 동작(플러그 아웃(plug-out)) 운동과 길이방향으로의 미끄럼 운동을 동시에 구현하는 방식으로서 차량한계에 영향을 주지 않고 창문 등 차량설비에 영향을 미치지 않지만, 2가지 동작모드를 구현하기 위한 변속장치가 복잡하다는것이 단점이다..
기존의 도어개폐용 엔진에는 실린더의 행정에 의해 개,폐되는 도어 포켓방식으로서, 도어가 차체에 밀착되지 않아 소음저감효과가 없으며, 알루미늄차체에는 적용상의 문제점이 많고 심하게는 설치가 불가능한 문제점을 갖는 것이었다.
또한, 기존의 엔진(100)은 도 1로 도시된 바와같이 좌, 우 왕복운동만이 가능하여 정확한 치차계산을 이용한 플러그 인/아웃이 근본적으로 불가능한 문제점이 상존하는 것이었다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 도어개폐용 엔진이 갖는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,
본 발명의 목적은, 동력원을 공압식실린더로 적용하되, 실린더의 힘을 이용하여 도어를 개,폐하기 위한 동력전달수단을 유성기어를 포함한 베벨기어, 랙과 피니언을 조합하여 도어가 닫혀지는 동작(플러그인(Plug-in)), 도어가 열려지는 동작(플러그아웃(Plug-out)) 기능에서 요구되는 토크증대효과로 인한 개·폐 효과 달성할 수 있으며, 신속한 출입문 개·폐를 위한 증속기능을 구현하고, 증속, 감속, 도어가 닫혀지는 동작(플러그인(Plug-in)), 도어가 열려지는 동작(플러그아웃(Plug-out)), 슬라이딩(Sliding)효과 달성을 위한 기구장치의 소형·경량화설계를 만족할 수 있는 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구체적인 수단으로는;
공기압주입에 의해 작동되는 실린더의 피스톤에 결합되어 직선운동을 행하게 되는 랙과;
상기 랙에 치합되는 피니언을 통해 회전력을 전달받으며, 상부로 베벨기어가 형성되어 수직운동을 수직방향의 회전운동으로 변환하는 방향변환축과;
상기 방향변환축의 베벨기어에 치합되는 베벨기어를 통해 회전력을 전달받는 유동축과;
상기 유동축에 결합되며, 2개의 동작모드로 동력을 전달하여 스핀들을 회전시키므로서 도어를 개,폐시키는 복합유성기어장치로 이루어진 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조를 구비하므로서 달성된다.
도 1은 종래 도어엔진의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조의 전체 구성도
도 3은 본 발명에 따른 동력전달구조에 있어, 복합유성기어장치의 확대 구성도
도 4는 복합유성기어장치의 제 1 모드의 작동상태를 보인도면
도 5는 복합유성기어장치의 제 2 모드의 작동상태를 보인도면
도 6은 본 발명에 따른 동력전달구조의 작동상태도
<도면주요부위에 대한 부호의 설명>
10 : 랙 20 : 방향변환축 30 : 유동축
40 : 복합유성기어장치 50 : 스핀들 21 : 피니언
22,31 : 베벨기어 41 : 유성기어 42 : 선기어
43,43' : 링기어 44 : 캐리어 45 : 플러그 기어
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조의 전체 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 동력전달구조에 있어, 복합유성기어장치의 확대 구성도이며, 도 4는 복합유성기어장치의 제 1 모드의 작동상태를 보인도면이고, 도 5는 복합유성기어장치의 제 2 모드의 작동상태를 보인도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 동력전달구조의 작동상태도이다.
이에 도시된 바와같이 본 발명의 동력전달구조는 실린더의 피스톤에 결합되어 직선운동을 행하게 되는 랙(10)과, 상기 랙(10)에 치합되는 피니언(21)을 통해 회전력을 전달받고 상부로 베벨기어(22)가 형성되는 방향변환축(20)과, 상기 방향변환축(20)의 베벨기어(22)에 치합되는 베벨기어(31)를 통해 회전력을 전달받는 유동축(30)과, 상기 유동축(30)에 축결합되는 복합유성기어장치(40)와, 상기 복합유성기어장치(40)로부터 전달되는 회전력으로 도어를 개폐시키는 스핀들(50)로 구성된다.
여기서, 상기의 복합유성기어장치(40)는 도 3에서와 같이 6개의 유성기어(41)와, 2개의 선기어(42)와, 이들을 둘러싸고 있는 2개의 링기어(43,43') 및 2개의 캐리어((44)carrier)로 구성되는 것이며, 상기 링기어(43')는 밸트가 풀리에 의해 연결되어져 있어, 스핀들(50)을 회전시키게 된다.
또한, 상기 유동축(30)은 유니버셜조인트를 이용한 축으로서, 이는 방향변환축(20)과 복합유성기어장치(40)의 축 불일치를 해소하고자 적용되는 것이다.
이에, 상기와 같은 동작 메카니즘을 간략히 요약하면 다음과 같다.
우선, 공기주입에 의해 작동되는 실린더의 피스톤이 전개되면, 피스톤과 연결된 랙(10)이 선형운동을 행하게 되고, 이러한 랙(10)과 맞물려 있는 피니언(21)이 회전하게 되므로 방향변환축(20)이 회전하게 된다.
방향변환축(20)의 상부로 형성된 베벨기어(22)는 유동축(30)으로 형성된 베벨기어(31)와 치합되어져 있어, 재차 방향변환축(20)의 회전력을 교차축인 유동축(30)에 전달하게 되고,
유동축(30)에 의해 회전력이 복합유성기어장치(40)로 전달되면 복합유성기어장치(40)는 록킹(Locking)이 해제되어 회전력을 감속하도록 제 1 동작모드로서 작동하게 된다.
또한, 제 2 동작모드에서는 복합유성기어장치(40)를 통해 증속이 이루어지도록 작동되며 증속된 회전력에 의해 스핀들(50)을 회전시켜 도어를 개·폐하게 되고, 동작을 마친 후에는 잠금장치가 작동하게 된다.
이때, 상기 복합유성기어장치(40)는 도 4 또는 도 5에 도시된 바와같이 제 1, 제 2 동작모드를 가지며 크게 앨리먼트(element) 1과 엘리먼트(element) 2로 구성되고, 엘리먼트(element) 1과 엘리멘트(element) 2의 유성기어장치는 2K-H형 I형식 단순 유성기어장치가 적용되는 것인데,
이때, 각종 기어의 잇수는 아래의 수학식 1에서와 같이,
이고,
엘리멘트(element) 1과 2의 기본 속도비는 아래의 수학식 2에서와 같이
는 동일한 값이며,
각 기어의 모듈(m)과 공구압력각(αc)은 다음과 같다.
m = 0.75, αc= 20 °
제 1 동작모드에서 엘리먼트(element) 1과 엘리먼트(element) 2는 인버션 매카니즘(Inversion Mechanism)이므로 엘리먼트(element) 2는 엘리먼트(element) 1에서 변속된 속도를 원상태로 회복(감속)시키는 역할만을 수행하며 도어엔진의 Plug-in, Plug-out의 역할을 수행하고 이와 연계된 장치에서 록킹(Locking) 기능을 수행하게 된다.
제 2 동작모드에서 엘리먼트(element) 2는 모든 구성요소가 고정되므로 어떠한 역할도 수행하지 않고 엘리먼트(element) 1에서는 증속기능을 구현한다.
이때, 도 4에서 나타난 캐리어 c는 입력값(input), 또 다른 캐리어 c`는 출력값(output)이 되고, 링기어 r과 또 다른 링기어 r'는 고정된다. 링기어 r의 고정은 벨트를 구동하는 벨트 드라이브(belt drive)의 구속에 의해 이루어지고 또 다른 링기어 r'은 영구 고정요소이다. 도 4 내지 도 5에서 p, p'는 평기어, s,s'는 선기어를 나타낸다.
한편, 본 발명의 유성기어장치의 잇수를 살펴보면,
공구 압력각 ac= 20 °이므로 언더컷이 발생되지 않는 최소 잇수는 Zc= 17 이 된다.
본 발명에 적용되는 유성기어장치의 선기어(sun gear)의 잇수는 14개 이므로 언더컷을 방지하기 위해서는 반드시 "전위"를 시켜야 한다.
이에, 복합 유성기어열의 속도비는 제 1 동작모드에서는 아래의 수학식 3과 같이
제 2 동작모드에서는 수학식 4와 같이
이다.
따라서, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 도어엔진에 있어, 각 구성요소와 복합유성기어장치가 연계되는 동력전달구조를 살펴보면;
본 발명의 유성기어장치(40)는 입력축(구동원)이 선기어(42) 또는 캐리어(44)에 따라 증속 또는 감속이 이루어지고 선기어(42)가 구동원 일때에는 링기어(43)로 출력되는 회전수는 감속이 되며, 캐리어(44)가 구동원일 때에는 링기어(43)는 증속하게 된다.
이에, 복합유성기어장치(40)는 제 1 동작모드에서 유성기어(41)와, 선기어(42)와, 플러그 기어(45)는 회전하고 각 링기어(43)와 링기어(43')는 고정되는 것이며, 상기 플러그 기어(45)에 의해 도어가 플러그 되면 동력전달 메카니즘이제 2 동작모드로 변환된다.
제 2 동작모드에서는 플러그 기어(45), 선기어(42), 링기어(43)가 고정되고, 유성기어(41)와, 링기어(43')가 회전하게 되는데,
링기어(43')에는 전술한 바와같이 벨트가 풀리에 연결되어 스핀들(50)을 회전시키면 도어가 열리도록 작동되는 것이다.또한 복합유성 기어장치의 동력전달은 랙(10)이 동작하고 피니언(21)을 회전시켜 베벨기어(22,31)를 회전시키면 유니버셜 조인트가 회전하여 복합유성 기어장치를 동작시킨다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 도어엔진의 동력전달구조는 베벨기어, 랙과 피니언등을 이용한 동력전달과 함께 두가지 동작모드로서 작동되는 복합유성기어를 적용하므로서, 도어가 닫혀지는 동작(플러그인(Plug-in)), 도어가 열려지는 동작(플러그아웃(Plug-out)) 기능에서 요구되는 토크증대효과로 인해 원활한 개폐작동을 행 할 수 있어 안전성 향상효과를 갖는 것이며, 신속한 출입문 개·폐를 위한 증속기능을 구현함과 동시에 증속, 감속, 도어가 닫혀지는 동작(플러그인(Plug-in)), 도어가 열려지는 동작(플러그아웃(Plug-out)), 슬라이딩(Sliding)효과 달성을 위한 기구장치의 소형·경량화설계를 만족할 수 있어, 동력전달효과의 정확성으로 구동원의 동력을 최대한 전달할 수 있고, 기구적 설계의 단순화에 따른 정비효율의 증가와 내구성 향상효과를 기대할 수 있다.

Claims (2)

  1. 공기압주입에 의해 작동되는 실린더의 피스톤에 결합되어 직선운동을 행하게 되는 랙과;
    상기 랙에 치합되는 피니언을 통해 회전력을 전달받으며, 상부로 베벨기어가 형성되어 수직운동을 수직방향의 회전운동으로 변환하는 방향변환축과;
    상기 방향변환축의 베벨기어에 치합되는 베벨기어를 통해 회전력을 전달받는 유동축과;
    상기 유동축에 결합되며, 2개의 동작모드로 동력을 전달하여 스핀들을 회전시키므로서 도어를 개,폐시키는 복합유성기어장치로 이루어진 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복합유성기어장치는 양측으로 각 3개씩 형성된 6개의 유성기어와, 유성기어의 내측으로 치합된 2개의 선기어와, 상기 유성기어 및 선기어를 둘러싸고 있는 2개의 링기어와, 상기 링기어의 내측으로 선기어의 축선상에 일측에 형성된 2개의 캐리어와 플러그 기어로 구성되며,
    제 1 동작모드에서 유성기어와, 선기어와, 플러그 기어는 회전하고 링기어는 고정되고,
    제 2 동작모드에서는 플러그기어, 선기어, 링기어가 고정되고, 유성기어와, 링기어가 회전되도록 작동됨을 특징으로 하는 도시철도차량용 도어엔진의 동력전달구조.
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