KR101413458B1 - 기어 커플링 및 그 제조 방법 - Google Patents

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    • F16D3/185—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts the coupling parts (1) having slidably-interengaging teeth radial teeth connecting concentric inner and outer coupling parts
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    • B23F19/00—Finishing gear teeth by other tools than those used for manufacturing gear teeth
    • B23F19/002—Modifying the theoretical tooth flank form, e.g. crowning

Abstract

큰 상대변위를 허용하면서, 큰 전달 동력과 작은 진동 소음을 실현하는 저렴한 기어 커플링 및 그 제조 방법을 제공한다.
2개의 외치차(4a,4b)와, 2개의 외치차(4a,4b)에 맞물리는 내치차(5a,5b)로 구성되는 기어 커플링에 있어서, 외치차(4a,4b) 및 내치차(5a,5b)의 기준 단면 치형을 외치차(4a,4b) 및 외치차(4a,4b)의 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형으로 하고, 외치차(4a,4b)에 대하여 성형가공법에 의해 치폭 중앙에 관하여 대칭인 크라우닝을 부여한다.

Description

기어 커플링 및 그 제조 방법{GEAR COUPLING AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은, 2개의 회전축의 축방향 및 반경방향의 상대변위를 허용하여, 회전축끼리의 원활한 동력전달을 행하는 기어 커플링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
기어 커플링은, 2개의 회전축에 각각 연결되는 허브에 설치된 외치차와, 슬리브에 설치된 내치차의 맞물림에 의해, 회전축의 축방향 및 반경방향의 상대변위를 허용하여, 확실히 동력을 전달하는 것을 가능하게 한다. 이때, 외치차와 내치차는, 각각 상대변위에 의해 생기는 경사각을 가지고 맞물리고, 상대변위가 변화하면 경사각도 변화한다.
이와 같이 외치차와 내치차가 각종의 경사각의 아래에서 맞물리기 위해서는, 양 치차 또는 어느 한쪽의 치차의 치면에 원호형상의 팽창을 부여할 필요가 있다. 이 치면에 팽창을 부여하는 것을 크라우닝이라고 하고, 일반적으로는 도 19에 도시하는 바와 같이 외치차에 대하여 부여한다. 크라우닝은, 비특허문헌 1에 기재된 바와 같이 기어 커플링의 성능을 좌우하는 가장 중요한 설계인자이고, 허용하는 경사각이나 전달 동력을 고려하여 결정할 필요가 있다. 종래, 이용하는 치차를 인벌루트 치차라고 하는 것을 전제로, 몇 개의 크라우닝법이 제안되어 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 2개의 회전축에 연결되는 외치차의 피치원 근방의 치면을, 치폭 중앙에 있어서는, 치높이방향, 최대 허용 경사각에서는 치폭단(齒幅端) 근처에서 접촉하는 치면으로서, 지수함수 곡선에 따라서 외치차에 크라우닝을 부여하는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 복수의 원호로 이루어지는 외치차의 피치원 상의 치형곡선을 구성하는 치폭 중앙의 원호(R1)와, 이 치폭 중앙의 원호(R1)에 연속하는 원호(R2)의 변곡점을 치폭 중앙 근처로 하여, 원호(R1)가 치폭에 대하여 점하는 비율을 감소시킨 외치차로 하는 크라우닝이 기재되어 있다.
그러나, 기어 커플링에서 치면의 크라우닝은, 그 부가량이 극히 큰 것도 있고, 그 가공은 호빙머신 등에 의한 창성가공으로 행하는 경우가 대부분이다. 이 때문에, 비특허문헌 2에도 기재된 바와 같이, 가공한 크라우닝 치면이 치차의 치폭 중앙에 관하여 비대칭으로 되고, 기어 커플링에서 진동 소음의 원인으로 된다고 하는 문제를 안고 있다.
일본 특개 평10-231849호 공보 일본 특개 2001-132765호 공보
[비특허문헌 1] 나카지마 카츠히로, 치차형 축 이음매의 치면 접촉상태와 부하 분포, 일본기계학회 논문집(C편), 사단법인 일본기계학회, 소화63년 6월, 제54권, 제502호, 페이지 1302-1307. [비특허문헌 2] 하코자키 요시히데, 시마치 시게유키, 기어 커플링·피니언의 호브절삭 편차, 일본기계학회 논문집(C편), 사단법인 일본기계학회, 2003년 5월, 제69권, 제 681호, 페이지 1381-1387.
그래서, 본 발명에 있어서는 큰 상대변위를 허용하면서, 큰 전달 동력과 작은 진동 소음을 실현하는 저렴한 기어 커플링 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 기어 커플링은, 2개의 외치차와, 이 2개의 외치차에 맞물리는 내치차로 구성되는 기어 커플링에 있어서, 외치차 및 내치차의 기준 단면(斷面) 치형이, 외치차 및 내치차의 치수(齒數)보다도 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형인 것을 특징으로 한다. 종래 기어 커플링에 이용하는 외치차 및 내치차의 기준 단면 치형은, 외치차 및 내치차의 치수와 동일한 치수의 인벌루트 치형으로 하는 것이 상식이고, 통상의 치차의 경우, 다른 치수의 인벌루트 치형을 채용하는 것은 논리적일 수 없다. 본 발명의 기어 커플링에서는, 외치차 및 내치차의 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형을 채용한다.
이것에 의해, 종래 설정한 상대변위(경사각)에서밖에 좋아지지 않은 이맞닿음이, 본 발명의 기어 커플링에서는 모든 경사각에서 실현하는 것이 가능하게 된다. 또한, 외치차 및 내치차의 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형이라는 것은 오차 이상의 형상의 상위가 얻어지는 치수의 인벌루트 치차의 치형을 말한다.
여기서, 외치차 및 내치차의 치수를 무한대로 한 경우에는, 외치차 및 내치차의 기준 단면 치형은 사다리꼴(台形)로 된다. 종래 기어 커플링에 이용하는 치차의 치형은, 인벌루트 치형으로 하는 것이 상식으로 되어 있는데, 본 발명의 기어 커플링에서는, 통상의 치차에서는 결코 맞물리지않는 사다리꼴 치형을 채용하고 있다.
종래, 기어 커플링의 외치차는, 호빙머신에 의한 창성가공에 의해 크라우닝이 부여될 수 있었다. 그러나, 이 경우의 외치차는, 치면이 치폭 중앙에 관해서 비대칭으로 되고, 진동 발생의 원인으로 되었다. 그래서, 본 발명에서는, 기준 단면 치형을 외치차 및 내치차의 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형으로 하는 외치차 및 내치차의 치면을, 성형가공법에 의해 형성함으로써, 치폭 중앙에 관하여 대칭인 크라우닝 치면을 형성한다.
또한, 본 발명의 기어 커플링에서는, 외치차에서는 성형가공법에 의해 크라우닝 치면을 형성하므로, 종래의 호빙머신에 의한 창성가공과 다르고, 치차재(齒車材)에 대한 공구의 절삭 깊이가 치폭 중앙에 관하여 대칭으로 되고, 치폭 중앙에 관하여 대칭인 크라우닝 치면이 형성된다.
(1) 외치차 및 내치차의 기준 단면 치형이, 외치차 및 내치차의 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형인 것에 의해, 상대변위의 대소에 불구하고, 이상적인 이맞닿음을 실현하는 것이 가능하게 되고, 큰 상대변위를 허용하면서, 큰 전달 동력과 작은 진동 소음을 실현할 수 있다.
(2) 특히, 외치차 및 내치차의 기준 단면 치형을, 치수가 무한대의 경우의 치형인 사다리꼴(台形)로 함으로써, 치차의 가공에 이용하는 공구 형상도 사다리꼴로 된다. 이 때문에, 공구의 제작이 용이하게 되고, 가공 정밀도 및 가공 능률의 향상으로 이어진다. 특히, 기어 커플링의 전달 동력을 증가시킬 목적으로, 외치차 및 내치차에 담금질 처리를 실시하는 경우는, 치차를 연삭에 의해 마무리할 필요가 있는데, 본 발명의 기어 커플링에서는 기준 단면 치형을 사다리꼴로 하기 때문에, 숫돌의 형상도 사다리꼴로 된다. 이 때문에, 숫돌의 정형(整形)이 용이하게 되고, 치차의 가공 정밀도 및 가공 능률이 향상되고, 기어 커플링의 성능 향상 및 코스트 저감으로 이어진다.
(3) 기준 단면 치형을 외치차 및 내치차의 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 치차로 하고, 성형 가공법으로 가공한 외치차의 크라우닝 치면은, 기준 단면 치형을 인벌루트 치형으로 한 경우와 비교하여, 치폭단 단면에서 치형 압력각의 변화가 작고, 치의 접촉을 치높이방향으로 넓히는 효과가 있다. 이 때문에, 이상 마모나 버닝이 생기기 어렵고, 면압 강도나 스코링 강도(내(耐)버닝 성능)가 향상되고, 전달 동력이 증가한다. 또한, 성형 가공법에 의해 가공한 크라우닝 치면은, 창성운동을 부여하지 않기 때문에, 치차의 이뿌리에 깍아 내림(언더컷)이 발생하지 않고, 치의 굴곡강도가 증가하고, 전달 동력의 증대로 이어진다.
(4) 본 발명의 기어 커플링에서는, 외치차에 치폭 중앙에 관하여 대칭인 크라우닝 치면이 형성되어 있으므로, 기어 커플링의 외주 상에서 대각위치의 2개소에서 균등한 접촉이 생기게 되고, 진동 소음의 저감으로 이어진다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 있어서 기어 커플링의 단면도이다.
도 2는 도 1의 기어 커플링의 회전축의 변위상태를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 1의 기어 커플링의 외치차 및 내치차의 기준 단면 치형을 도시하는 도면이다.
도 4는 기준 단면 치형이 사다리꼴인 기어 커플링의 외치차 및 내치차의 기준 단면 치형을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 실시형태에 있어서 대칭인 크라우닝 치면을 가진 외치차 및 내치차의 맞물림상태를 도시하는 설명도이다.
도 6은 종래의 비대칭인 크라우닝 치면을 가진 외치차 및 내치차의 맞물림상태를 도시하는 설명도이다.
도 7(a)는 허브와 슬리브의 경사각(δ)과 회전각(θ)을 도시하는 사시도이고, 도 7(b)는 최소 극간의 위치를 도시하는 설명도이다.
도 8은 종래의 비대칭인 크라우닝 치면(모듈 3.5, N0=40)을 가진 외치차 및 내치차에서, 회전각에 의해 최소 극간의 변화를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시예에 의한 대칭인 크라우닝 치면(모듈 3.5, N0=40)을 가지는 외치차 및 내치차에서, 회전각에 의한 최소 극간의 변화를 도시하는 도면이다.
도 10은 실시예에 의한 모듈 3.5, N0=40, N=200, 경사각(δ)=1°(최접근 위치)의 치면간 극간을 도시하는 도면이다.
도 11은 실시예에 의한 모듈 3.5, N0=40, N=200, 경사각(δ)=5°(최접근 위치)의 치면간 극간을 도시하는 도면이다.
도 12는 실시예에 의한 모듈 3.5, N0=40, N=200, 경사각(δ)=8°(최접근 위치)의 치면간 극간을 도시하는 도면이다.
도 13은 모듈 3.5, N0=40에서 기준 단면 치형을 치수(N)=130의 인벌루트 형상으로 한 실시예에 의한 경사각(δ)=8°(최접근 위치)의 치면간 극간을 도시하는 도면이다.
도 14는 모듈 3.5, N0=40에서 기준 단면 치형을 치수(N)=500의 인벌루트 형상으로 한 실시예에 의한 경사각(δ)=8°(최접근 위치)의 치면간 극간을 도시하는 도면이다.
도 15는 모듈 1.5, N0=40에서 기준 단면 치형을 치수(N)=700의 인벌루트 형상으로 한 실시예에 의한 경사각(δ)=5°(최접근 위치)의 치면간 극간을 도시하는 도면이다.
도 16은 모듈 2.5, N0=40에서 기준 단면 치형을 치수(N)=400의 인벌루트 형상으로 한 실시예에 의한 경사각(δ)=5°(최접근 위치)의 치면간 극간을 도시하는 도면이다.
도 17은 모듈 4.5, N0=40에서 기준 단면 치형을 치수(N)=150의 인벌루트 형상으로 한 실시예에 의한 경사각(δ)=5°(최접근 위치)의 치면간 극간을 도시하는 도면이다.
도 18은 실시예와 종래예의 기어 커플링(모듈 3.5, N0=40)에서 각각의 경사각(θ)에 의한 맞물리는 치수를 도시하는 도면이다.
도 19는 기어 커플링에서 내치차와 크라우닝을 부여한 외치차의 이끼리의 접촉상태를 도시하는 단면도이다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태에서 기어 커플링의 단면도, 도 2는 도 1의 기어 커플링의 회전축의 변위상태를 도시하는 단면도, 도 3은 도 1의 기어 커플링의 외치차 및 내치차의 기준 단면 치형 형상을 도시하는 도면이다.
도 1에 있어서, 본 발명의 실시의 형태에서 기어 커플링(1)은, 회전축(1a,1b)에 각각 연결되는 허브(2a,2b)와, 허브(2a,2b)가 각각 수용되는 슬리브(3a,3b)를 구비하고 있다. 허브(2a,2b)에는, 각각 일정한 R곡면의 크라우닝이 실시된 외치차(4a,4b)가 형성되어 있다. 한편, 슬리브(3a,3b)에는, 각각 허브(2a,2b)의 외치차(4a,4b)에 맞물리는 내치차(5a,5b)가 형성되어 있다.
또한, 본 실시형태에서 기어 커플링(1)은, 철도차량의 원동기(전동기)의 회전축(원동축)과, 대차의 차축에 조립된 치차장치의 회전축(구동축)을 요동 자유로이 접속하는 것이고, 도 2에 도시하는 바와 같이 회전축(1a,1b)의 축방향 및 반경방향의 상대변위를 허용하여, 회전축(1a,1b) 끼리의 동력전달을 행하는 것이다. 기어 커플링(1)의 회전축(1a,1b)의 어느 한쪽은, 원동기의 회전축에 연결되고, 다른 한쪽은, 대차의 차축에 조립된 치차장치에 연결된다.
여기서, 허브(2a,2b)의 외치차(4a,4b) 및 슬리브(3a,3b)의 내치차(5a,5b)의 기준 단면 치형은, 외치차(4a,4b) 및 내치차(5a,5b)의 치수(이하, "제품 제원 치수(N0)"라 한다.) 보다도 많은 치수(이하, "치형치수(N)라 한다.)의 인벌루트 치차의 치형(도 3 참조)을 채용한다. 또한, 치형치수(N)는, 오차 이상의 형상이 얻어지는 치수, 예를 들면, 제품 제원 치수(N0) 보다도 25% 이상 많은 치수, 즉, 외치차(4a,4b) 및 내치차(5a,5b)의 제품 제원 치수(N0)가 40인 경우, 이 치수보다도 25% 이상 많은 치수(N)=50 이상의 인벌루트 치차의 치형을 채용한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 허브(2a,2b)의 외치차(4a,4b) 및 슬리브(3a,3b)의 내치차(5a,5b)의 기준 단면 치형은, 각각 제품 제원 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 형상으로 형성되어 있다. 각각의 이(齒)는 각각의 이 두께의 중심선(C)에 대하여 좌우 대칭으로 되어 있다. 또한, 내치차(5a,5b) 및 외치차(4a,4b)의 치형의 형성은, 성형가공법에 의한다. 또한, 허브(2a,2b)의 외치차(4a,4b)의 이끝과 이뿌리 각부(角部)에서 한쪽 닿음을 피하기 위해서, 외치차(4a,4b)에 적절한 치형 수정을 부여하는 경우도 있다.
이와 같은 본 실시형태에서 기어 커플링(1)에서는, 치폭 중앙에 대하여 대칭인 크라우닝 치면을 가지는 외치차(4a,4b)과 내치차(5a,5b)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 경사각에 의해 외주상의 두개소(P,Q)에서 기하학적 접촉을 행한다. 이 기어 커플링(1)은, 기준 단면 치형이 제품 제원 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 형상이기 때문에, 크라우닝에 의해 치폭단 치형의 압력각의 변화가 작고, 이 높이방향의 이맞닿음이 확보되기 쉬우므로, 이상 마모나 버닝이 생기기 어렵고, 면압 강도나 스코링 강도(내(耐)버닝성능)가 향상되고, 전달 동력이 증가한다.
한편, 종래의 기어 커플링과 같은 외치차의 치면이 비대칭의 경우는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 외주상의 1개소(접촉점S1) 외에 접촉하지 않는다. 또한, 이 경우, 전달 토크가 작용하면, 외치차 및 내치차의 사이에 중심 어긋남이 발생하고, 외치차의 이끝과 내치차의 이바닥부가 접촉하고(도 6의 접촉점(S2)), 결과적으로, 양 치차는 약 90도 벌어진 외주상의 2개소(접촉점(S1,S2))에서 접촉한다. 이와 같은 접촉은, 전달 토크가 일정한 때, 지점간 거리를 감소시키고, 결과적으로, 치면이 대칭인 경우와 비교하여 접촉 하중이 크게 되고, 회전하는 기어 커플링의 면압 강도 및 스코링 강도의 저하와 진동 소음 증가의 원인으로 된다.
이와 같이, 기어 커플링의 진동 소음을 감소시키기 위해서는, 본 실시 형태에서 기어 커플링(1)과 같은 대칭의 크라우닝이 불가결하다. 특히, 본 실시형태에서 기어 커플링(1)에서는, 외치차 및 내치차의 치형이 제품 제원 치수보다도 많은 치수의 대칭적인 인벌루트 형상이므로, 회전시의 중심 어긋남의 발생이 방지되고, 중심 어긋남 발생에 의한 진동을 배제할 수 있으므로, 저소음의 기어 커플링을 실현할 수 있다.
또한, 치형 치수에 대해서는 N=∞를 채용하는 것도 가능하다. 이 경우, 외치차 및 내치차의 기준 단면 치형은 사다리꼴이 되고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 허브(12a,12b)의 외치차(14a,14b) 및 슬리브(13a,13b)의 내치차(15a,15b)의 기준 단면 치형은, 각각 사다리꼴로 형성된다. 각각의 이(齒)는 각각의 이 두께의 중심선(C)에 대하여 좌우 대칭으로 되어 있다. 또한, 내치차(15a,15b) 및 외치차(14a,14b)의 치형의 형성은, 성형가공법에 의한다. 또한, 허브(12a,12b)의 외치차(14a,14b)의 이끝과 이뿌리 각부에서 한쪽 닿음을 피하기 위해서, 외치차(14a,14b)에 적절한 치형 수정을 부여하는 경우도 있다.
이와 같은 기준 단면 치형이 사다리꼴인 기어 커플링(11)에 있어서도, 피폭 중앙에 대하여 대칭인 크라우닝 치면을 가지는 외치차(14a,14b)와 내치차(15a,15b)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 경사각에 의해 외주상의 두개소(P,Q)에서 기하학적인 접촉을 행한다. 이 기어 커플링(11)에 있어서도, 크라우닝에 의한 치폭단 치형의 압력각의 변화가 작고, 이높이방향의 이맞닿음이 확보되기 쉬우므로, 이상 마모나 버닝이 발생하기 어렵고, 면압 강도나 스코링 강도(내버닝성능)가 향상되고, 전달 동력이 증가한다.
또한, 이 기어 커플링(11)은, 치형이 직선적인 형상인 사다리꼴이고, 가공성이 좋기 때문에, 저코스트로 제조하는 것이 가능하다. 더욱이, 치형이 직선적인 형상이므로, 측정 정밀도가 향상된다. 또한, 이 기어 커플링(11)에서도 회전시의 중심 어긋남의 발생이 방지되고, 중심 어긋남 발생에 의한 진동을 배제할 수 있으므로, 저소음의 기어 커플링을 실현 가능하다.
[실시예]
본 실시예에서는, 컴퓨터상에 좌표점으로 표시한 공구를 3차원적으로 작성하고, 공구에 실제의 성형가공과 같은 움직임을 부여하여, 피가공물(상기 실시형태에서 기어 커플링(1))의 치면형상을 계산하고, 계산한 치면 형상에 근거해서 기어 커플링의 맞물림 상태의 시뮬레이션을 행했다. 시뮬레이션에서는, 이론값에 의한 치면 형상이 아니라, 실제로 가공되는 치면 형상을 이용하기 때문에, 실제의 기어 커플링에서 맞물림 상태를 정확하게 해명하는 것이 가능하게 된다.
기어 커플링의 맞물림 상태에 대하여 설명한다. 기어 커플링의 입력축과 출력축의 관계는, 구체적으로는 도 7(a)에 도시하는 바와 같은 1조의 허브와 슬리브의 경사각(δ)으로서 나타낸다. 이 때, 무부하라면, 맞물림 치수는 동도면 (b)에 도시하는 바와 같이, 경사각(δ)이 최대로 되는 회전각(θ)=90°와 270°부근의 2개만 되는데, 실제로는 이의 닿음이나 가공 오차 등 다양한 원인에 의해, 맞물림 치수는 증가하는 것으로 된다. 본 실시예에서는, 치면에 걸리는 하중에 의해 휘는 양은 10㎛ 정도로 생각할 수 있고, 최소 극간이 10㎛ 이하의 이(齒)를 맞물리는 치수(齒數)로 하였다.
도 8은 종래의 호빙머신에서 절삭한 외치차 및 내치차의 맞물림 시뮬레이션을 행한 결과의 δ=5°의 경우의 경사각에 의한 최소 치면 극간의 변화를 도시하고 있다. θ=90°와 270° 부근에서 최소 극간이 최소값을 취하는데, 치면이 치폭 중앙에 관해서 비대칭이기 때문에, 2개소의 극소값 사이에 약 50㎛의 차(e)가 생기고, 중심 어긋남이 발생할 가능성이 있다. 이 중심 어긋남은, 외치차의 이끝과 내치차의 이바닥부의 접촉을 유발하고(도 6의 접촉점(S2)), 결과적으로, 양 치차는 약 90도 벌어진 외주상의 2개소에서 접촉한다. 이와 같은 접촉은, 전달 토크가 일정한 때, 지점간 거리를 감소시키고, 결과적으로, 치면이 대칭인 경우와 비교하여 접촉 하중이 크게 되고, 회전하는 기어 커플링의 면압 강도 및 스코링 강도의 저하와 진동 소음 증가의 원인으로 된다.
도 9는, 기준 단면 치형을 제품 제원 치수(N0)보다도 많은 치수의 대칭인 인벌루트 형상으로 하고, 외치차에 성형가공법에 의해 대칭인 크라우닝 치면을 부여한 본 실시예의 기어 커플링에서 회전각과 최소 극간의 변화를 도시하고 있다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 기어 커플링에서는, 2개소의 최소값은 같은 값으로 되고, 기어 커플링의 외주상의 대각의 위치에서 양호한 접촉이 행해진다. 기준 단면 치형이 사다리꼴의 경우도 동일하다.
본 실시예에서 기어 커플링의 맞물림 상태를 시뮬레이션한 결과를 도 10 내지 도 12에 도시한다. 도 10 내지 도 12는 허브와 슬리브의 치면간 극간을 등고선 표시한 도면으로서, 도 10은 경사각(δ)=1°(최접근 위치)의 치면간 간극을 도시하는 도면, 도 11은 경사각(δ)=5°(최접근 위치)의 치면간 간극을 도시하는 도면, 도 12는 경사각(δ)=8°(최접근 위치)의 치면간 극간을 도시하는 도면이다. 또한, 도 10 내지 도 12에 있어서 Δh는 등고선 피치를 나타낸다.
본 실시예의 기어 커플링의 제품 제원 치수(N0)는 40매, 모듈은 3.5이고, 기준 단면 치형을 치수(N)=200의 인벌루트 형상으로 한 것이다. 또한, 치폭은 24mm, 이 높이 2.25×m(m:모듈)이다. 또한, 도 10 내지 도 12에 있어서, 좌우방향은 허브의 치폭방향을 나타내고, 상하방향은 허브의 이높이방향으로서, 하측이 허브의 이뿌리측, 상측이 허브의 이끝측을 나타낸다.
도 10 내지 도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 경사각이 δ=1~8°로 변화하여도, 이높이방향에서, 이의 맞물림 위치는 변화하지 않는다. 즉, 기준 단면 치형을 제품 제원 치수(N0)보다도 많은 치수의 인벌루트 형상으로 함으로써, 경사각에 관계없이 이뿌리로부터 이끝에 도달할 때까지, 항상 양호한 이맞닿음이 얻어진다.
다음에, 본 실시예의 기어 커플링의 치형 형상 치수의 선정예에 대하여 설명한다. 도 13 내지 도 17은 각각 기어 커플링의 맞물림 상태를 시뮬레이션한 결과를 도시하고 있다. 도 13은 모듈 3.5, N0=40에서 기준 단면 치형을 치수(N)=130의 인벌루트 형상으로 한 것, 도 14는 모듈 3.5, N0=40에서 기준 단면 치형을 치수 N=500의 인벌루트 형상으로 한 것이다. 도 13 및 도 14에 도시하는 예에서는, 이높이방향에서 이의 맞물림 위치는 변화한다. 또한, 치수(N)가 증가함으로써, 접촉위치가 허브의 이뿌리로부터 허브의 이끝으로 변화한다. 따라서, 최적의 치수(N)는, 중앙위치에서 맞물림을 행하는 치수를 시뮬레이션에 의해 도출한다.
또한, 도 15는 모듈 1.5에서 기준 단면 치형을 치수 N=700의 인벌루트 형상으로 한 것, 도 16은 모듈 2.5에서 기준 단면 치형을 치수 N=400의 인벌루트 형상으로 한 것, 도 17은 모듈 4.5에서 기준 단면 치형을 치수 N=150으로 한 것이다. 도 15 내지 도 17에서는 최적인 이맞닿음이 얻어지는 것을 알았다. 치폭, 크라우닝양이나 경사각 등의 설계조건에 의해 최적인 이맞닿음이 얻어지는 치수는 변화하므로, 이들의 설계조건에 의해 최적 치수는 시뮬레이션에 의해 도출한다.
도 18은 실시예와 종래예의 기어 커플링에서 각각의 경사각(δ)에 의한 맞물림 치수를 도시한 도면이다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 실시예의 기어 커플링에서 맞물림 치수(치면간 극간이 10㎛ 이하로 되는 치수)는, 종래 형상과 비교하여 2할 정도의 증가가 인정되고, 맞물림 치수가 증가함으로써, 경량 콤팩트화가 가능하게 되는 것을 알았다.
이상으로부터, 본 실시예의 기어 커플링과 같이, 외치차 및 내치차의 기준 단면 치형으로서, 외치차 및 내치차의 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형을 채용함으로써, 종래의 것보다 동력전달 능력의 향상이 전망되는 것을 확인할 수 있었다. 이 기어 커플링에서는, 경사각의 변화에 불구하고, 맞물림의 접촉점의 치형방향의 이동량이 작고, 한쪽 닿음하기 어렵게 됨과 함께, 미끄러짐이 작게 된다. 그 결과, 이상 마모나 버닝이 생기기 어렵고, 면압 강도나 스코링 강도(내버닝성능)가 향상하고, 전달 동력이 증가한다. 더욱이 진동 소음의 저하로도 이어진다.
본 발명은, 고토크의 동력을 콤팩트하게 전달하는 용도 중에도 특히, 큰 경사각도를 필요로 하는 분야, 예를 들면, 철도차량의 원동기와 대차의 차축에 조립된 치차장치 등의 회전축 끼리의 동력전달용의 기어 커플링 및 그 제조 방법으로서 유용하다.
1, 11 기어 커플링
2a, 2b, 12a, 12b 허브
3a, 3b, 13a, 13b 슬리브
4a, 4b, 14a, 14b 외치차
5a, 5b, 15a, 15b 내치차

Claims (5)

  1. 2개의 외치차와, 상기 2개의 외치차에 맞물리는 내치차로 구성되는 기어 커플링에 있어서,
    상기 외치차 및 상기 내치차의 기준 단면 치형이, 상기 외치차 및 상기 내치차의 모듈과 동일한 모듈에서 상기 외치차 및 상기 내치차의 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형인 것을 특징으로 하는 기어 커플링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외치차 및 상기 내치차의 기준 단면 치형이, 상기 외치차 및 상기 내치차의 치수보다도 25% 이상 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형인 것을 특징으로 하는 기어 커플링.
  3. 삭제
  4. 2개의 외치차와, 상기 2개의 외치차에 맞물리는 내치차로 구성되는 기어 커플링의 제조 방법으로서,
    기준 단면 치형을 상기 외치차 및 상기 내치차의 모듈과 동일한 모듈에서 상기 외치차 및 상기 내치차의 치수보다도 많은 치수의 인벌루트 치차의 치형으로 하는 상기 외치차 및 상기 내치차의 치면을, 성형가공법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 기어 커플링의 제조 방법.
  5. 삭제
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