KR100894030B1

KR100894030B1 - 축구멍부재와 축의 결합구조

Info

Publication number: KR100894030B1
Application number: KR1020020000167A
Authority: KR
Inventors: 야마모토아키라
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2002-01-03
Publication date: 2009-04-22
Also published as: CN1364986A; KR20020060078A; JP2002206560A; TW505743B; CN100356090C

Abstract

본 발명은 축구멍부재와 축의 결합구조에 관한 것으로서,

간단하고 또한 저비용의 구조에 의하여, 축구멍과 축의 프레팅(fretting)을 장기에 걸쳐서 방지할 수 있는 구조를 제공하는 것을 목적으로 하며,

축구멍(8A)을 가지는 철계(鐵系)의 입력축(축구멍부재)(8)과, 이 입력축(8)의 축구멍(8A) 내에 끼워맞추어진 철계의 모터축(10)이, 키홈(8K, 10K) 및 키(30)에 의하여 구성되는 동력전달부(T)를 통하여 결합되어 있고, 축구멍(8A)의 내주와 모터축(10)의 외주 사이에는, 키홈(8K, 10K)부분을 제외하고 수지(비철계(非鐵系))로 제조된 부시(bush)(40)가 개재되는 것을 특징으로 한다.

축구멍부재, 축, 동력전달부, 부시

Description

축구멍부재와 축의 결합구조{Structure for joining shaft hole member to shaft}

도 1은 본 발명에 관한 축구멍부재와 축의 결합구조가 적용된 감속기를 나타낸 종단면도,

도 2는 도 1의 화살표 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 확대단면도,

도 3은 부시(bush)의 형상을 나타낸 사시도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

8 : 입력축(축구멍부재) 8A : 축구멍

8K : 키홈 10 : 모터축

10A : 키홈 30 : 키

40 : 부시 C : 커플링부

T : 동력전달부

본 발명은, 감속기의 중공축(hollow shaft)이나 커플링과 같이, 축구멍을 가지는 철계(鐵系)의 축구멍부재와, 이 축구멍의 내주에 미소한 간극을 사이에 두고 끼워맞추어진 철계의 축이, 원주방향의 일부에 형성한 동력전달부를 통하여 동력전달 가능하게 결합된 구조에 관한 것이다.

감속기의 중공축이나 커플링과 같이, 축구멍을 가지는 부재(축구멍부재)에 축을 동력전달 가능하게 결합하는 경우, 축구멍의 내경보다 약간 작은 외경을 가지는 축을 이 축구멍 내에 삽입함과 동시에, 축구멍의 내주와 축의 외주에 각각 형성한 키홈에 키를 맞물리게 하는 수법이 널리 채용되고 있다.

또, 축구멍의 내주에 돌출부를 설치함과 동시에, 축의 외주의 일부를 이 돌출부에 상응하는 형상으로 절단하여, 이 돌출부와 절단부의 맞물림에 의하여 동력을 전달하는 구조도 널리 알려져 있다.

축의 일부를 그 단면이 문자 D와 같이 되도록 절단하고, 축구멍의 내주를 그 만큼 돌출시킨 이른바 D절단 결합 등도 여기에 해당된다.

이 경우의 돌출부 또는 절단부는, 일반적으로는 축방향에서의 조립ㆍ분해가 가능하도록 축방향으로 연속되는 형상으로 되지만, 예를 들어 축구멍부재에 반경방향에서 나사구멍을 뚫고, 이 나사구멍에 볼트를 나사 삽입하여, 축의 외주의 나사부에 맞물리게 한 구조로 할 수도 있다.

이들 결합구조에 있어서 공통된 점은, 축구멍부재와 축이 축구멍의 내주에 미소한 간극을 남긴 상태로, 즉 「간극 끼워맞춤」으로 끼워맞추어져 있다는 것이다. 「간극 끼워맞춤」을 이용한 결합구조는, 그 조립 및 분해를 특별한 공구를 사용하지 않고 상온(常溫) 하에서 용이하게 행할 수 있고, 또한 동력의 전달도 확실하다고 하는 이점을 가진다.

그러나, 이러한 이점이 있는 한편, 이 간극 끼워맞춤을 이용한 결합구조는, 일반적으로 축구멍부재 및 축의 소재로서 (강도상) 철계의 소재(강재(鋼材))가 사용되기 때문에, 축구멍의 내주와 축의 외주의 미소한 간극에 의한 「프레팅(fretting)」이라고 일컬어지는 미동마모(微動摩耗)가 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

프레팅이 발생하면, 축구멍이나 축이 과대하게 마모되거나, 또는 축구멍에 축이 고착되어 버려서 분해가 불가능하게 되는 등의 불합리가 발생한다.

이러한 문제를 회피하기 위한 종래기술로서, 예를 들면:

1) 압입, 수축 끼워맞춤(shrinkage fit) 등에 의하여, 축구멍의 내경보다 약간 큰 외경을 가지는 축을 삽입하여, 축구멍과 축 사이의 간극을 없앤 결합;

2) 웨지(wedge)효과를 이용한 마찰계수에 의한 결합;

3) 2황화 몰리브덴 등의 윤활제를 접촉면에 도포한 결합;

4) Fe-Al계, 인산계 등의 특수피막의 코팅이나 용사(溶射) 등을 접촉면에 행한 결합(일본국 특허공개 평11-210756호 등 다수);

등이 알려져 있다.

그러나, 상기 1)의 압입, 수축 끼워맞춤 등에 의하여 축구멍과 축 사이의 간극을 없애는 결합구조는, 확실하게 프레팅의 방지에는 상응하는 효과가 있지만, 조립ㆍ분해에 많은 공정을 필요로 하고, 또 가열하거나 큰 하중에 의하여 압입하거나 하는 것이 구조상 불가능한 경우도 많다.

상기 2)의 웨지효과를 이용한 마찰계수에 의한 결합구조는, 축구멍부재와 축 의 정확한 센터링이 요구되어 고비용이 되는 것이 불가피하고, 또 넓은 공간을 필요로 한다.

상기 3)의 윤활제를 접촉면에 도포하는 결합구조는, 운전 초기에는 확실하게 프레팅의 발생을 방지하는 효과를 기대할 수는 있지만, 장기에 걸친 효과의 지속은 기대할 수 없어서, 대책으로서는 불충분한 구조라고 말하지 않을 수 없다. 그리고, 윤활유가 새는 것을 방지하기 위해 특별한 구조를 필요로 하는 경우도 있다.

상기 4)의 특수피막의 코팅이나 용사 등을 접촉면에 행하는 결합구조는, 다수의 제안이 나오고 있지만, 어느 것이나 상기 3)과 마찬가지로, 운전에 의하여 어떻게 해도 피막이 박리(剝離)되기 때문에, 효과를 장기에 걸쳐서 지속시킬 수 없다는 문제가 있다. 또, 특수한 가공이 되기 때문에 고비용이 되지 않을 수 없다.

이와 같이, 종래에 프레팅을 방지하는 결합구조로서 다양한 기술이 제안되어 있기는 하지만, 각각 불합리 또는 과제를 가지고 있다고 하는 것이 실정이다.

본 발명은, 이와 같은 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 구조가 간단하고 저비용이며, 또 동력전달부를 포함한 조립ㆍ분해가 용이하고 또한 프레팅 방지효과를 장기에 걸쳐서 지속시킬 수 있는 축구멍부재와 축의 결합구조를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.

본 발명은, 축구멍을 가지는 철계(鐵系)의 축구멍부재와, 이 축구멍부재의 축구멍 내에 미소한 간극을 사이에 두고 끼워맞추어진 철계의 축이, 원주방향의 일 부에 형성한 동력전달부를 통하여 동력전달 가능하게 결합된 축구멍부재와 축의 결합구조에 있어서, 상기 축구멍의 내주와 상기 축의 외주 사이에 있어서, 상기 동력전달부를 제외한 부분으로서 상기 축구멍의 내주와 상기 축의 외주 사이의 적어도 일부에, 비철계(非鐵系)의 소재로 이루어지는 부시(bush)를 개재함으로써, 상기의 과제를 해결한 것이다.

「부시」라는 용어는, 일반적으로 「축구멍의 내주면 또는 축의 외주면에 끼워넣는 원통부품」이라는 의미의 용어로서 사용된다. 그러나, 본 발명에 있어서의 「부시」는, 「축구멍의 내주와 축의 외주 사이에 개재할 수 있는 부품으로서, 그 자체 단독으로 하나의 부품으로서 존재, 유통할 수 있는 것」으로 정의한다.

따라서, 후술하는 바와 같이, 수지, 동계 합금(銅系合金), 또는 알루미늄계 합금 등의 비철계의 소재에 의하여, 그 자체로 처음부터 축구멍의 내주 또는 축의 외주에 개재되어야 할 형상으로 형성된 것 외에, 시트 형상으로 형성된 것으로서 축구멍의 내주 또는 축의 외주에 감아서 개재하도록 한 것도 포함된다. 단, 피막형성, 코팅, 용사, 증착(蒸着; vacuum evaporation) 등과 같이, 그 자체 단독으로 하나의 부품으로서 존재, 유통할 수 없는 것은 포함되지 않는다.

부시의 구체적인 소재로서는, 그 탄성계수가 상기 축구멍부재 및 축의 탄성계수보다 작은 소재가 양호하다. 수지, 동계 합금(황동 포함), 알루미늄계 합금 등을 고려할 수 있다. 특히, 수지는, 저비용으로 또한 간단하게 입수할 수 있고, 게다가 수명이 길다는 것이 확인되었다. 또, 미끄럼베어링의 용도로 사용되는 시트 소재가 시판되고 있는데, 이를 적당한 크기로 절단하여 감아도 된다는 것이 확인되 었다.

개재한 부시는, 축구멍의 내주와 축의 외주의 어느 쪽에 고착하여도 되고, 또 단차(段差) 등의 적절한 축방향 이동규제수단이 존재하는 경우에는 특별히 고착하지 않아도 된다.

<발명의 실시형태>

이하에, 도면에 근거하여, 본 발명의 실시형태의 예를 상세하게 설명한다.

이 실시형태에서는, 도시하지 않은 모터의 모터축을 감속기의 입력축과 연결하기 위한 커플링 부분에 본 발명을 적용하였다.

도 1 및 도 2에 있어서, 부호 2는 도시하지 않은 모터가 연결되는 연결 케이싱, 4는 감속기(R)의 입력측 케이싱이다. 이 연결 케이싱(2)과 입력측 케이싱(4)은 볼트(6)에 의하여 연결되어 있고, 각각의 케이싱(2, 4)의 원형고리부(2A, 4A)의 내부에까지 감속기의 입력축(축구멍부재)(8)이 연장되어 있다. 이 연장된 부분, 즉 감속기(R)의 입력축(8)의 기단(基端)부분에, 이 입력축(8)과 모터축(10)(도 2 참조, 도 1에서는 도시 생략)의 커플링부(C)가 형성되어 있다(후술).

감속기(R) 자체는 공지된 것이며, 본 발명과는 직접 관계되지 않으므로, 설명은 간단하게 종료한다.

이 감속기(R)는, 입력축(8)의 외주에 이 입력축(8)과 일체회전하도록 설치된 편심체(12)와, 이 편심체(12)의 외주에 베어링(14)을 통하여 장착되어 입력축(10)에 대하여 편심회전 가능하게 되어 있는 외톱니기어(16)와, 이 외톱니기어(16)가 내접 맞물림되는 케이싱 겸용의 내톱니기어(18)를 구비한다. 외톱니기어(16)의 외 주에는 트로코이드(trochoid)톱니형이나 원호톱니형 등의 외톱니가 설치되어 있고, 내톱니기어(18)의 내주에는 외핀(18A)으로 이루어지는 내톱니가 설치되어 있다. 외톱니기어(16)에는 내핀구멍(16A)이 다수개 설치되어 있고, 거기에 축력축(22)의 플랜지부(22A)로부터 돌출된 내핀(24)이 유동 가능하게 끼워져 있다. 이로 인하여, 외톱니기어(16)의 자전성분만이 내핀(24)을 통하여 출력축(22)에 전달되도록 되어 있어서, 외톱니기어(16), 내톱니기어(18)의 톱니 수에 따른 소정의 감속이 실현된다.

다시 입력축(8)의 커플링부(C) 부근으로 시점을 돌린다. 도 2, 도 3을 함께 참조하면서 이 부분의 구성을 상세하게 설명한다.

입력축(축구멍부재)(8)은 철계의 소재로 형성되며, 그 기단측(모터측)이 대경화(大徑化)되어 있으며, 모터축(10)의 외경보다 약간 큰 내경의 축구멍(8A)이 모터측으로부터 형성되어 있다. 축구멍(8A)에는 키홈(8K)이 축방향으로 형성되어 있다.

한편, 모터축(10)도 철계의 소재로 형성되며, 이 모터축(10)에도 키홈(10K)이 축방향으로 형성되어 있다. 양 키홈(8K, 10K)에는 키(30)가 삽입되며, 모터축(10)의 키홈(10K), 키(30), 입력축(8)의 키홈(8K)의 경로로 모터축(10)측의 동력이 입력축(8)측으로 전달된다. 즉, 이 실시형태에서는 모터축(10)의 키홈(10K), 키(30), 입력축(8)의 키홈(8K)이 동력전달부(T)를 구성하게 된다.

동력전달부(T)는 원주방향의 일부에만 형성되어 있고, 나머지의 대부분은 철계의 모터축(10)의 외주와 철계의 입력축(8)의 축구멍(8A)의 내주가 「간극 끼워맞 춤」으로 접촉하는 것과 같은 태양으로 되어 있다. 이로 인하여, 이 상태로는 프레팅이 발생할 우려가 있기 때문에, 이 실시형태에서는, 입력축(8)의 축구멍(8A)의 내주와 모터축(10)의 외주 사이에, 도 2, 도 3에 나타낸 것과 같은 수지(비철계)로 제조된 부시(40)를 개재하고 있다.

이 부시(40)는 전체가 거의 원통형상으로 형성되며, 키홈(8K, 10K)에 상응하는 부분이 축방향으로 절단되어 있다. 부시(40)의 외주직경(Db)은 축구멍(8A)의 내주직경(dh)보다 약간 크게 설정된다(Db＞dh). 그러나, 수지의 탄성을 이용하여 그 외주직경(Db)을 약간 작게 한 상태에서 축구멍(8A) 내에 삽입할 수 있기 때문에, 축구멍(8A)의 키홈(8K)과 부시(40)의 절단부(40A)의 위상을 일치시킨 상태에서 축소를 해제함으로써, 축구멍(8A)의 내주에 용이하게 삽입, 고정할 수 있다.

부시(40)의 반경방향의 두께(W)는, 이 부시(40)의 개재에 의한 키(30)의 강도 저하를 피하기 위하여, 모터축(10)의 외주직경(Dm)의 10% 이하로 억제되어 있다.

부시(40)의 내주직경(db)은 모터축의 외주직경(Dm)보다 약간 큰 치수(db＞Dm)로 되어, 용이하게 조립ㆍ분해할 수 있도록 되어 있다(간극 끼워맞춤).

부시(40)의 축방향 길이(Lb)는, 이 실시형태에서는 축구멍(8A)의 외주면의 축방향 길이(전체 길이)(Lo)와 일치시키고 있다(도 1 참조).

또한, 도면의 부호 50, 52는 볼트구멍이며, 여기에 매입형(flush mounted type) 볼트(도시 생략)를 나사 삽입함으로써, 키(30)의 축방향 이동 및 부시(40)의 축방향 이동을 규제하기 위하여 사용된다.

이 실시형태는 이와 같은 구성을 가지고 있기 때문에, 모터축(10)으로부터 입력축(8)으로의 동력의 전달은, 종래와 같이 모터축(10)의 키홈(10K), 키(30), 입력축(8)의 키홈(8K)의 경로로, 모두 철계의 소재 사이에서 행하여진다. 그렇기 때문에, 강도적으로 특별히 문제가 발생하지 않는다.

한편, 프레팅이 발생하기 쉬운 부분에는 수지로 제조된 부시(40)가 개재되어 있기 때문에, 철계의 소재끼리의 접촉이 단절되어 프레팅이 효과적으로 방지된다. 이는 수지의 탄성계수가 철계 소재의 탄성계수보다 대폭으로 큰 것도 관계되어 있다고 풀이된다. 프레팅이 방지되기 때문에, 과대한 미동마모가 발생하거나, 부시(40)와 모터축(10)이 고착하여 분해가 곤란해지거나 하지도 않는다.

부시(40)의 소재는 (이 실시형태에서는) 수지인데, 「단품부재」이므로 박리되는 것과 같은 상태가 발생하지 않기 때문에, 장기간 운전하여도 프레팅 방지의 효과는 저감되지 않는다.

또, 부시(40)의 장착을 수지의 탄성을 이용하여 매우 용이하게 행할 수 있고, 부시 장착 후의 모터축의 삽입도 (간극 끼워맞춤에 의하여) 간단하게 행할 수 있다.

또, 무엇보다도 수지로 제조된 부시(40)는, 매우 저렴하게 제조 또는 입수할 수 있고, 종래 구조의 변경도 간단하게 해결되기 때문에, 비용상승을 거의 수반하지 않고 실시할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 부시(40)의 소재로서 (주로 비용면이나 조 달의 용이성 때문에) 수지를 채용하고 있지만, 본 발명에 있어서의 부시의 소재는 반드시 수지일 필요없이, 요컨대 철계의 소재가 아니면 된다. 즉, 예를 들면 황동 등의 동계 합금 또는 알루미늄계 합금과 같은 것이어도 된다.

그리고, 발명자의 시험에 의하면, 도 3에 가상선으로 나타낸 바와 같이, 미끄럼베어링의 용도를 위하여 시판되고 있는 시트 형상의 소재(Sh)를 적절한 크기로 절단하고, 이를 축측에 감도록 하여 사용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있음이 확인되었다. 물론, 본 발명에 관한 축구멍과 축은, 양자 사이에서 슬라이딩(상대운동)하지 않는다. 오히려 슬라이딩하지 않기 때문에 프레팅이 발생하기 쉬운 것이지만, 이 프레팅의 방지를 위하여 이 미끄럼축용 시트 소재(Sh)는 매우 뛰어난 효과를 가져온다. 이 미끄럼축용 시트 소재(Sh)는, (시판되고 있으므로) 언제든지 입수할 수 있고, 또 다양한 축 직경이나 축 길이에 유연하게 대응할 수 있기 때문에, 본 발명을 매우 간단하게 실시할 수 있다는 점에서 유익한 소재이다.

또, 상기 실시형태에 있어서는, 부시(40)의 축방향 길이(Lb)를 축구멍(8A)의 외주면의 축방향 길이(전체 길이)(Lo)와 일치시켰지만, 반드시 축구멍의 내주와 축의 외주 사이의 축방향 전면에 걸치게 할 필요는 없고, 일부에만 개재하도록 하여도 된다. 또한, 축방향의 일부에만 배치하는 경우에는, 반경방향의 미진동이 가해지기 쉬운 부위(예를 들면 단부(端部)(C1) 부근)에 설치하도록 한다.

또, 원주방향에 대하여도, 상기 실시형태에서는 동력전달부(T)를 제외한 전면에 부시(40)를 개재하도록 하였지만, 일부에만 개재하도록 하는 구성이어도 된다.

그리고, 상기 실시형태에 있어서는, 입력축(8)과 모터축(10)의 동력전달이 키홈(8K, 10K)과 키(30)의 맞물림에 의하여 실현되었지만, 본 발명에 있어서의 축구멍부재와 축의 동력전달구조는 이 구성으로 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 종래기술란에서 언급한 바와 같은 D절단 결합구조나 반경방향에서 핀 또는 볼트를 매입하는 것과 같은 구조이어도 된다. 어느 것이나 원주방향의 일부에 형성한 동력전달부를 통하여 동력전달을 행하는 구조로서, 이들 구조도 역시 프레팅을 방지하기 쉬운데, 본 발명을 적용함으로써 이 프레팅의 발생을 방지할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는 부시(40)의 탄성을 이용하여 축구멍(8A)의 내주면에 이 부시(40)를 압착ㆍ고정시키도록 하고 있지만, 부시의 고정방법도 반드시 이 방법으로 한정되지는 않는다. 예를 들면, 상술한 구성에 접착을 병용하여 용이하게 탈락하지 않도록 하여도 되고, 단차부 또는 스톱퍼 등에 의하여 부시의 축방향 이동을 규제할 수 있는 경우에는 굳이 고정할 필요도 없다. 그리고, 모터축측에 고정하여, 부시가 장착된 상태의 모터축을 축구멍 내에 삽입하도록 하는 구성으로 하여도 된다.

본 발명에 의하면, 축구멍의 내주와 축의 외주 사이에 발생하는 프레팅을, 간단하고 또한 저비용의 구조로 방지할 수 있고, 또한 그 프레팅 방지효과를 장기에 걸쳐서 유지할 수 있게 된다.

Claims

축구멍을 가지는 철계(鐵系)의 축구멍부재와, 이 축구멍부재의 축구멍 내에 미소한 간극을 사이에 두고 끼워맞추어진 철계의 축이, 원주방향의 일부에 형성한 동력전달부를 통하여 동력전달 가능하게 결합된 축구멍부재와 축의 결합구조에 있어서,

상기 축구멍의 내주와 상기 축의 외주 사이에 있어서, 상기 동력전달부를 제외한 부분으로서 상기 축구멍의 내주와 상기 축의 외주 사이의 적어도 일부에, 비철계(非鐵系)의 소재로 이루어지는 부시(bush)를 개재한 것을 특징으로 하는 축구멍부재와 축의 결합구조.
제1항에 있어서,

상기 부시를, 상기 축구멍의 내주와 상기 축의 외주 사이에 있어서, 그 축방향의 일부에만 개재한 것을 특징으로 하는 축구멍부재와 축의 결합구조.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 부시로서, 그 탄성계수가 상기 축구멍부재 및 축의 탄성계수보다 작은 소재가 채용되어 있는 것을 특징으로 하는 축구멍부재와 축의 결합구조.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 부시로서, 수지, 동계 합금(銅系合金), 알루미늄계 합금 중 어느 하나가 채용되어 있는 것을 특징으로 하는 축구멍부재와 축의 결합구조.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 부시로서, 시트 형상으로 형성된 것으로서, 축구멍의 내주 또는 축의 외주에 개재시키도록 한 것이 선택되어 있는 것을 특징으로 하는 축구멍부재와 축의 결합구조.