KR101488368B1

KR101488368B1 - 점진 기어장치

Info

Publication number: KR101488368B1
Application number: KR20137028623A
Authority: KR
Inventors: 베르너 엠. 블레스; 어윈 로트
Original assignee: 베르너 엠. 블레스
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2015-02-02
Also published as: EP1988003A3; BRPI0607305A2; KR101383651B1; EP1988003B1; CN102009685B; JP5735943B2; BRPI0607305B8; KR20130127549A; EP1988003A2; KR20070101286A; US20080257085A1; RU2007120485A; JP2013040687A; JP2008528898A; AU2006208595A1; AU2006208595B2; EP1841635A1; CN102009685A; CN101107156A; EP1841635B1

Abstract

점진 기어 조립체는 적어도 하나의 스퍼 기어(1, 2)와, 상기 스퍼 기어(1, 2)와 맞물리는 치형 구조(3, 4, 5, 7, 8)를 포함한다. 상기 스퍼 기어(1, 2)는 곡선(10)을 따라 정렬된 이빨들(11)을 가지며, 곡선(10)은 곡선(10)의 90°이상 범위에 걸쳐 점증하는 곡률의 반경(r)을 포함한다. 바람직하게는, 곡선은 나선, 특히 로그 나선(logarithmic spiral)이다. 이 기어 조립체는 아담하고 단순하게 구성되어, 부드러운 진행을 특징으로 하고, 종점에 늦게 도달한다.

Description

점진 기어장치{Progressive Gearing}

본 발명은 청구항 1의 전문에 설명된 바와 같이 점진 기어 조립체에 관한 것이다.

점진 기어 조립체들의 이용은 예들 들어 운송수단, 특히 차량의 조향 시스템들에서 발견할 수 있다. 핸들의 회전은 조향 축을 통해 기어 랙과 맞물리는 기어 바퀴에 전달되는 것이 일반적인 경우이다. 이런 방법으로 구동될 때, 기어 바퀴는 바퀴들에 맞게 위치한 기어 랙을 이동시킨다. 핸들이 회전할 때, 이행비(translation ratio)는 점진 조향 또는 점진 기어 조립체를 통해 핸들의 중심 범위에서 최고 값에서부터 감소한다. 이는 핸들의 직선방향 위치에서 핸들의 비교적 큰 회전은 구동 트랙의 방향에서 작은 변화를 일으키고, 반면 이미 크게 회전된 핸들을 조종할 때, 회전에서의 아주 상당히 작은 변화는 방향에서의 큰 변화를 일으킴을 의미한다. 이는 특히 주차하거나 꾸불꾸불한 길을 빠져나갈 때 바람직하다.

종래 기술은 기어 조립체의 점진적인 응답을 획득하기 위한 다양한 해법들을 제안한다. 그러나, 이들 기어 조립체들은 비교적 복잡한 구조이므로, 이에 따른 제조 및 유지에 있어서 비용이 많이 소요된다. 또한, 다수의 구성요소들을 포함하는 기어 조립체들은 원하지 않는 백래시 또는 견뎌 내야하는 토크 요동을 종종 나타내는 단점이 있다. 여기에 덧붙여, 전환점이 비교적 일찍 도달된다.

DE-A-1 146 769는 가변 이행비를 갖는 자동 조향 기어와, 기어 바퀴와 기어 랙을 포함하는 기어 조립체를 개시한다. 이 장치에서 기어 바퀴는 편심 장착으로 비원형 구조이다.

DE-A-39 13 809는 한 쌍의 타원형 기어 바퀴를 갖는 작은 각도의 조향 장치를 제안한다.

본 발명의 목적은, 특히 운송수단의 조향 시스템을 위한 비교적 작고 아담한 점진 기어 조립체를 제공하는 것이다.

본 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 기어 조립체에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 점진 기어 조립체는 적어도 하나의 스퍼 기어와, 스퍼 기어와 맞물리는 치형 구조 또는 기어 바퀴 구조를 포함한다. 스퍼 기어는 곡선을 따라 정렬된 이빨들을 갖는다. 곡선의 곡률 반경은 90°이상의 각도 범위에 걸쳐 변화없이 증가한다.

따라서 스퍼 기어들의 이빨들은 90°이상의 각도 범위에 걸쳐 점증(漸增)하는 곡률 반경을 갖는 곡선을 따라 정렬되어도 좋으나, 반면 스퍼 기어의 나머지 원주 부분은 직선 형태이다. 그러나 나머지 원주 부분, 또는 적어도 그 일부분은 일정하거나 또한 감소하는 곡률 반경을 가질 수 있는 곡선과 일치해도 좋다. 다른 형태들은 위에서 기술된 바에 따른 가르침의 범위 내에서 물론 가능하다.

한 바람직한 형태에서, 점증하는 곡률 반경을 갖는 곡선은 적어도 일부분이 나선이며, 바람직하게는 나선의 중심점은 스퍼 기어의 회전 축과 일치한다.

이 나선은, 모든 회전에서 동일한 인자에 의해 그 중심점 또는 극으로부터 멀어질수록 거리가 증가하는, 로그 나선인 것이 바람직하다.

바람직한 형태에서, 치형 구조는 적어도 하나의 경사진 기어 랙이다. 기어 랙들의 수는 스퍼 기어들의 수와 일치하는 것이 바람직하다.

스퍼 기어들의 형상에 따라, 기어 랙들은 직선 경사 또는 곡선 경사 구조이다. 스퍼 기어의 로그 곡선 부분의 경우, 기어 랙과 관련된 부분은 바람직하게는 직선이다. 스퍼 기어의 원형 곡선 부분의 경우, 원형 곡선 부분의 중심점이 스퍼 기어의 회전 축에 위치할 때, 기어 랙과 관련된 부분은 직선이면서 수평으로 지향된 구조이다. 스퍼 기어의 곡선 부분의 다른 윤곽의 경우, 기어 랙과 관련된 부분은 일치되게 경사진 및/또는 곡선의 구조이다.

스퍼 기어들 또는 피니언들과 치형 구조를 일치되게 채용한 덕분에, 각 방향에서 회전 운동의 종점은 스퍼 기어 또는 피니언 또는 조향 축의 ¾ 회전 전까지는 얻어지지 않으므로, 조향 축은 종점으로부터 종점까지 1½ 회전을 수행할 수 있다. 이는 특히 서로 평행하게 엇갈리고 적어도 일부분이 차례로 정렬된 적어도 2개의 기어 랙들 위를 이동하는 2개 또는 그 이상의 피니언들을 통해 달성된다. 이들 장치들은 아울러 토크 발생으로 인한 요동이 없는 장점이 있다.

각각의 기어 바퀴들과 기어 랙들의 특별한 형상 때문에, 점진 조향 기어를 달성하기 위한 추가적인 구성요소들이 필요하지 않다. 따라서 조향 축은 직접 피니언에 고정될 수 있으므로, 그 결과 백래쉬가 없는 기어 조립체가 얻어진다.

다른 형태에서 치형 구조는, 90°이상의 각도 범위에 걸쳐 점증(漸增)하는 곡률 반경을 갖는 곡선을 따라 정렬된 이빨들을 마찬가지로 포함하는 제2 스퍼 기어이다. 바람직하게는 곡선은 로그 나선과 일치한다. 제1 스퍼 기어는 구동 축, 바람직하게는 조향 축과 연결가능하다. 제2 스퍼 기어는 바람직하게는 일반적인 랙과 피니언 시스템을 구동하는 구동 축과 연결가능하다. 본 형태는 운송수단들을 간단하고 저렴한 방법으로 본 발명에 따른 점진 기어 조립체로 개조할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 점진 기어 조립체는 동일한 토크 수준을 갖는다. 개개의 구성요소들의 대칭적인 정렬 또는 서로 평행하게 엇갈린 3개의 스퍼 기어용 이송 구간을 이용함으로써, 대칭 모서리 이송은 이제 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 점진 기어 조립체는 특히 차량의 조향 시스템에 적합하다. 또한, 본 조립체는 일반 도로 차량 및 스포츠용 차량에 적합하다.

바람직하게는 이빨들이 위치하는 곡선의 곡률 반경은, 조향 기어가 그 중앙에 위치할 때, 스퍼 기어가 치형 구조에 들어가거나 맞물리는 곳에서 최소이다. 이는 이행비가 중심 위치로부터 작은 진폭으로 비교적 서서히 변화하게 하고, 또한 이는 스퍼 기어와 맞물리는 기어 랙이 가파른 빗면(flank)을 갖는 뚜렷한 사이클로이드 형상이 구비될 필요를 없게 한다.

최소 반경으로부터 시작하여, 곡선의 곡률 반경은 적어도 90°, 특히 적어도 180°의 각도 범위에 걸쳐 점증(漸增)하여야 한다. 이는 위 각도 범위에 걸친 이행비의 부드럽고 평탄한 변화를 허용한다.

조향 기어의 중심 위치에서, 스퍼 기어의 회전 축과 치형 구조와 맞물리는 스퍼 기어의 접촉점 사이의 거리는, 이 범위에서 회전되는 핸들에 대한 조향 기어의 응답이 가장 늦도록, 바람직하게는 최소이다.

더욱 양호한 형태들은 종속항들로부터 분명해진다.

본 발명에 따르면, 운송수단의 조향 시스템을 위한 비교적 작고 아담한 점진 기어 조립체가 제공된다.

본 발명의 내용은 첨부된 도면들에 도시된 바람직한 예시 형태들에 의해 상세하게 설명될 것이다:
도 1a는 제1형태에서 기어 바퀴들과 기어 랙들을 갖는 본 발명에 따른 기어 조립°체의 개략적인 측면도이고,
도 1b는 도 1a에 도시된 기어 랙들의 평면도이고,
도 1c는 도 1a에 도시된 기어 조립체의 진행을 도시한 도면이고,
도 1d는 도 1a에 도시된 기어 조립체의 엇갈림을 2개의 기어 랙으로 나타낸 사시도이고,
도 2a는 기어 바퀴와 기어 랙의 정점 영역에서의 기어 랙의 제1변형의 상세도이고,
도 2b는 도 2a에 도시된 기어 랙을 위에서 본 상세도이고,
도 3a는 제2형태에서 기어 바퀴들과 기어 랙들을 갖는 본 발명에 따른 기어 조립체의 개략적인 측면도이고,
도 3b는 도 3a에 도시된 기어 랙들의 평면도이고,
도 3c는 도 3a에 도시된 기어 조립체의 진행을 도시한 도면이고,
도 4a는 제3형태에서 기어 바퀴들과 기어 랙들을 갖는 본 발명에 따른 기어 조립체의 개략적인 측면도이고,
도 4b는 도 4a에 도시된 기어 랙들의 평면도이고,
도 4c는 도 4a에 도시된 기어 조립체의 진행을 도시한 도면이고,
도 5a는 제4형태에서 기어 바퀴들과 기어 랙들을 갖는 본 발명에 따른 기어 조립체의 개략적인 측면도이고,
도 5b는 도 5a에 도시된 기어 랙들의 평면도이고,
도 5c는 도 5a에 도시된 기어 조립체의 진행을 도시한 도면이고,
도 6a는 제5형태에서 기어 바퀴들과 기어 랙들을 갖는 본 발명에 따른 기어 조립체의 개략적인 측면도이고,
도 6b는 도 6a에 도시된 기어 랙들의 평면도이고,
도 6c는 도 6a에 도시된 기어 조립체의 진행을 도시한 도면이고,
도 7a는 기어 바퀴와 기어 랙의 정점 영역에서의 기어 랙의 제2변형의 상세도이고,
도 7b는 도 7a에 도시된 기어 랙을 위에서 본 상세도이고,
도 8a는 기어 바퀴와 기어 랙의 정점 영역에서의 기어 랙의 제3변형의 상세도이고,
도 8b는 도 8a에 도시된 기어 랙을 위에서 본 상세도이고,
도 9a는 본 발명의 제6형태에 따른 기어 조립체의 사시도이고,
도 9b는 도 9a에 도시된 기어 바퀴들을 위쪽에서 본 도면이다.

지금부터는 도 1a 및 도 1b를 참조한다. 도 1a 및 도 1b는 예를 들어 차량에 적용된 본 발명에 따른 점진 기어 조립체의 제1예시 형태를 설명한다. 기어 조립체는 공통의 회전 축(12)을 중심으로 회전하는 적어도, 바람직하게는 3개의 스퍼 기어들(1, 2)을 포함한다. 이를 위해 스퍼 기어들(1, 2)은 조향 축(도시되지 않음)에 연결된다. 조향 축은 각각의 경우 운송수단의 핸들 수단에 의해 원하는 회전 위치로 회전된다.

각각의 스퍼 기어들(1, 2)은 기어 랙들(3, 4, 5)을 따라 구르며, 기어 랙(3, 4, 5)의 형태인 치형 구조와 맞물린다. 이는 회전 축(12)이 바람직하게는 수평의 직선을 따라 이동하거나 기어 랙들(3, 4, 5)이 그 길이방향에 일치되게 이동하게 한다. 단지 선택적으로 제공된 제3 기어 랙(5)은 도 1b에서 제1 및 제2 기어 랙들(3, 4)보다 밝게 도시되었다.

도 1a에서는 기어 랙들(4, 5, 6)을 따라 2개 또는 3개의 스퍼 기어들(1, 2)의 여러 회전된 위치들(P1, P2, P3, P4)을 보여준다.

스퍼 기어들(1, 2)은 곡선(10)을 따라 정렬된 이빨들(11)을 포함한다(도 2a 참조). 이 곡선(10)은 곡선과 스퍼 기어(1, 2)의 90°이상의 각도 범위에 걸쳐 점증하는 곡률 반경(r)을 갖는다.

본 예시에서, 곡선(10) 상에서 180°보다 크고 360°보다 작은 각도 범위에 걸쳐 이빨들이 정렬되고, 스퍼 기어(1, 2)의 나머지 원주 부분은 이빨이 없는 형태이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 본 형태에서, 대략 270°의 원주 부분은 이빨들이 형성되고, 스퍼 기어의 원주의 나머지 부분(13)은 직선 형태이다.

본 장치에서 곡선(10)의 중심점은 바람직하게는 스퍼 기어(1, 2)에 대해 고정된 위치에 존재하며, 더욱 바람직하게는 스퍼 기어(1, 2)의 회전 축(12)과 일치한다.

도시된 바와 같이 예시 형태에서, 본 경우의 곡선(10)은 나선, 특히 로그 나선이다. 로그 나선의 중심점은 바람직하게는 스퍼 기어(1, 2)의 회전 축(12)과 일치한다.

본 예시 형태에서 사용되는 2개 또는 3개의 스퍼 기어(1, 2)는 각각 동일한 수의 이빨들과 동일한 곡선 형상을 포함하거나, 그렇지 않으면 또한 동일하게 구성되는 것이 바람직하다. 그러나 제1 및 제2 스퍼 기어(1, 2)는 다른 위치에 서로 거울 대칭으로 정렬된다. 바람직하게는, 마주하는 180° 방향에서는 최장의 곡률 반경(r) 지점을 갖는 반면, 동일 방향에서는 최단의 곡률 반경(r)을 갖는다. 이는 도 1a의 위치 P1과 P4에 의해 잘 설명된다. 제3스퍼 기어는 제1기어 바퀴(1)와 평행하면서 엇갈리게 정렬되고, 제1기어 바퀴(1)와 동일한 방위에 위치한다. 결과적으로, 제3스퍼 기어는 도 1a에서 제1 스퍼 기어(1)과 일치되므로 나타나지 않는다.

스퍼 기어들(1, 2)과 기어 랙들(3, 4, 5)의 개별 이빨들의 빗면들은, 기어 랙들(3, 4, 5) 상의 개별 기어 바퀴들(1, 2)이 최소 마찰과 소음으로 부드럽게 회전되도록, 일치되게 최적화되어 형성된다. 그러나 이는 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 것이므로, 본 내용에서는 상세하게 설명하지 않는다.

본 예시에서 기어 랙들(3, 4, 5)은 직선이지만 경사진 형태이다. 경사는, 다른 무엇보다도, 기어 랙들 상의 스퍼 기어들의 구름을 달성한다. 여기서 스퍼 기어들의 회전 축들은 일정한 높이로 유지된다. 기어 랙들은 평행하면서 엇갈리게 정렬되고, 적어도 일부분이 차례로 정렬된다. 본 장치에서 제1 및 제3 기어 랙(3, 5)은 서로 평행하면서 엇갈리게, 서로 나란히 위치된다. 바람직하게는, 이들 기어 랙은 동일하게 구조이며, 동일한 경사를 특징으로 한다. 제2 기어 랙(4)는 이들 기어 랙 사이에 위치되고, 제1 및 제3 기어 랙(3, 5)의 끝 부분과 중첩되는 시작 부분을 갖는다. 바람직하게는 제2 기어 랙(4)은 제1 및 제3 기어 랙(3, 4)의 경사와 동일하면서 반대방향인 경사를 구성한다. 변환 부분(U)에서, 각각의 기어 랙들(3, 4, 5)은 정점을 특징으로 한다.

핸들과 기어 바퀴들(1, 2)의 중심 위치는, 기어 바퀴들(1, 2)이 기어 랙들(3, 4, 5)의 정점에 있을 때, 바람직하게는 P4 위치와 일치한다. 핸들을 왼쪽으로 돌리면, P3, P2, P1 위치들을 통과한다. 이 과정에서, 제1 스퍼 기어 및, 제공되었을 때, 제3스퍼 기어(1)는 제1 및 제3 기어 랙(3, 5)과 맞물린다. 그들의 회전 위치에 따라 기어 바퀴들(1)은 기어 랙들과 일렬로 접촉된다. 접촉점들은 곡선(10)의 곡률 반경을 변화없이 증가시키도록 지정된다. 바꿔 말하면, P4 위치에서 기어 랙과 맞물리는 스퍼 기어의 이빨은 곡률 반경이 최소가 되게 지정되고, P1 위치에서 최대가 되게 지정된다. 중간 제2기어 바퀴(2)는 빈 공간에서 기어 랙과 맞물리지 않도록 회전한다. 이 맞물림이 없는 회전은 특히, 도 1d에서 분명하게 나타난다.

곡선의 곡률 반경(r)은 기어 바퀴들(1, 2)과 기어 랙들(3, 4, 5)이 맞물리는 핸들의 중심 위치, 즉 P4 위치에서 최소이다. 그러나 곡선의 최소 곡률 반경은, 핸들이 그 중심위치로부터 회전될 때 기어 전달비가 점차 작아지도록, 곡선 또는 이빨과 회전 축(12) 사이의 최소 거리보다 큰 것이 바람직하다.

핸들의 오른쪽으로의 회전은 제1 및 제3기어 바퀴(1)의 맞물림 없는 회전을 야기하나, 제2기어 바퀴(2)는 이와 일치하는 기어 랙(4)과 맞물린다. 이 경우 역시, 기어 바퀴들은 중심 위치(P4)에서의 최소 곡률 반경으로부터 최대 곡률 반경으로 회전한다. 도 1d에는 어떻게 하나의 기어 바퀴가 기어 랙과 맞물려 회전하면서, 다른 기어 바퀴가 맞물림 없이 회전하는지 분명하게 나타내고 있다.

P4 위치로부터 P1 위치까지의 회전에 의한 진행이 도 1c에 도시되어 있다. 분명하게, 점증(漸增)하는 진행이 270°의 각도 범위에 걸쳐 달성될 수 있다. 이는 기어 조립체의 끝점에 도달할 때까지 핸들이 270°까지 회전될 수 있음을 의미한다. 핸들은 동일한 효과를 가지고 양 방향으로 회전할 수 있으므로, 각각의 끝점들에 도달할 때까지 1½회전이 가능하다.

지금부터는 도 3a ~ 도 3d를 참조한다. 도 3a ~ 도 3d는 2개의 스퍼 기어들(1, 2)과 2개의 기어 랙들(3, 4)을 이용한 본 발명에 따른 기어 조립체의 제2형태를 설명한다. 도 3a에서, 2개의 기어 바퀴들은 중심 위치(P4) 및 2개의 바깥쪽 위치들(P1) 중 한 곳에 도시되어 있다. 이 경우, 스퍼 기어들(1, 2)의 이빨들은 로그 나선을 따라 대략 180° 각도 범위(A)에 걸쳐 정렬된다. 90°를 약간 넘는 인접한 각도 범위 부근에서, 곡선은 변화없이 계속 증가하는 곡률 반경의 특징을 나타내지만, 더 이상 로그 나선과 일치하지 않는다. 나머지 각도 범위에서 원주는 차례로 직선 형태이다. 본 장치에서 스퍼 기어들(1, 2)은, 핸들의 중립 위치 즉 제1 및 제2 기어 랙(3, 4)의 정점 영역에서 로그 나선의 형상을 갖는 제1범위가 회전되도록, 회전 축(12) 상에 장착된다.

우선적으로 기어 랙들(3, 4)은 스퍼 기어들(1, 2)의 형상에 적합하다. 즉 기어 랙들(3, 4)은 정점으로부터 시작하여 만곡된 선(K) 전까지 직선 경사로 구성된다.

이번에는 조향 각도의 함수로서의 진행이 도 3c에서 도시된다. 도 1a ~ 도 1c에 도시된 제1형태와 비교하여 플롯은 180°~ 270°각도 범위에서 덜 휘어졌다.

지금부터는 도 4a ~ 도 4c를 참조한다. 도 4a ~ 도 4c는 단지 하나의 스퍼 기어(1)와 하나의 기어 랙(3)을 포함하는 형태를 설명한다. 제1기어 바퀴가 기어 랙의 중심 위치(P4)와 2개의 바깥 위치들(P1) 중 한 곳에 있다는 것이 차례로 도시된다. 스퍼 기어(1)의 이빨들(11)은, 그 중심 위치로부터 시작하여, 기어 바퀴(1)의 정 및 역회전에 대해 곡선상에 대칭되게 정렬된다. 이빨들(11)은 이빨들의 2개 그룹들(14, 15)로 분류될 수 있다. 이빨들의 각각의 그룹(14, 15)은 곡선(10)에 지정된다. 2개의 곡선들(10)은 각각 180°각도 범위를 덮는다. 이빨들은 회전 축(12)이 위치된 평면에 대해 거울 대칭으로 정렬되고, 바람직하게는 회전 축(12)과 일치되는 동일한 중심점을 포함한다. 그러나 이빨들은 서로 대향하도록 정렬되어 있다. 그 결과 기어 바퀴는, 한 곡선에서 다른 곡선으로의 변환이 계속되어, 최대 및 최소 곡률 반경이 일치하는 달걀 형상(egg-shaped)이 된다. 만약 기어 바퀴(1)의 2개의 곡선들이 각각 로그 나선이면, 기어 랙(3)은 정점으로서 중립 위치로부터 시작하여 양 방향으로 경사진 직선 형태로 차례로 형성된다. 도 4c에서 분명하게 나타난 바와 같이, 각 측면으로의 진폭은 180°이고, 기어는 구성요소들의 최소 수를 특징으로 하므로, 아담하고 공간절약적인 구조를 달성할 수 있다. 아울러, 생산물은 비용 효율이 높다.

지금부터는 도 5a ~ 도 5c를 참조한다. 도 5a ~ 도 5c는, 추가로 2개의 스퍼 기어들(1, 6)과, 적어도 일부분이 차례로 정렬되고 서로 평행하면서 엇갈린 적어도 3개의 기어 랙들(3, 7, 8)을 포함하는 형태를 설명한다. 기어 바퀴들(1, 6)은 3개의 위치들(P1, P2, P4)에 도시되어 있다. 제1기어 바퀴(1)는 도 4a에 도시된 형태와 동일한 기어 바퀴이고, 제1기어 바퀴(1)에 소속된 기어 랙(3)은 양 방향으로 경사진 직선형태이다. 제2기어 바퀴(6)의 이빨들은 원 또는 타원 상에 정렬된다. 이 기어 바퀴(6)는 2개의 기어 랙들(7, 8)과 맞물린다. 이들 기어 랙들(7, 8)의 이빨들은 수평의 수직선을 따라 정렬된다. 공통으로 장착된 기어 바퀴들은 중심 위치(P4)로부터 시작하여 오른쪽 또는 왼쪽으로 회전할 수 있다. 도 5a에서 개별 위치들은 오른쪽으로 회전하도록 도시되어 있다. 맨 먼저, 나선 기어 바퀴(1)는 관련된 경사진 기어 랙(3)과 맞물리고, 원형 기어 바퀴(6)는 맞물림 없이 회전한다. 180°회전된 위치가 경사진 기어 랙(3) 끝에 이르자마자, 나선 기어 바퀴(1)는 맞물림 없이 회전한다. 그 대신, 2개의 기어 랙들(3, 7)의 중첩된 위치에 의해, 원형 기어 바퀴(6)는 인계받아, 적어도 90°의 각도 범위 이상에 걸쳐 이제 제1 직선 기어 랙(7)과 맞물린다. 오른쪽으로의 회전에서, 원형 기어 바퀴(6)는 제1 직선 기어 랙(7)의 연장 선상에 있으나 길이방향의 간격을 갖도록 정렬된 제2 직선 기어 랙(8)과 맞물린다. 도 5c로부터 분명하게 나타난 바와 같이, 본 장치에서 양끝점은 회전 방향마다 270°에 겨우 도달되고, 진행은 180°~ 270°의 조향 각도 범위에서 직선이다. 더 큰 진행에 대해서는 원형 기어와 직선 기어 랙을 사용하지 않고, 도 3a ~ 도 3d에 도시된 예시의 방법에 의해 설명된 것과 일치되게 개조된 곡선 형상들 사용함으로써, 진행의 특성이 선택될 수 있다. 이에 덧붙여, 기어 랙의 수평 형상 부분은 본 장치의 변형에서 몇몇 회전들을 허용하는데 요구되는 만큼 연장될 수 있다. 본 변형은 특히 상업 운송수단에 적합하다.

지금부터는 도 6a ~ 도 6c를 참조한다. 도 6a ~ 도 6c는 도 5a ~ 도 5c에 도시된 형태와 대체로 일치되는 예시 형태를 설명한다. 그러나, 본 사례에서 2개의 직선 기어 랙들은 분리된 유닛 구조가 아니라, 경사진 기어 랙과 일체화되거나 적어도 연결된다. 이는 기어 랙이 적어도 하나(본 사례에서는 2개)의 넓은 부분들(7', 8')과 중간의 좁은 부분(3')을 포함하는 결과를 초래한다. 조향 축과 기어 바퀴들(1, 6)의 회전 방위에 따라, 나선 형상의 기어 바퀴(1)가 좁은 부분(3')과 맞물리거나, 또는 원형 기어 바퀴(6)가 넓은 부분들(7', 8') 중 하나와 맞물린다. 도 6b에서, 기어 랙의 양끝이 어떻게 넓은지를 분명하게 보여준다. 이 형상은 원형 기어 바퀴(6)를 대신하여 2개의 기어 바퀴들 각각의 나선 형상 기어 바퀴(1)의 일 측에 정렬하여 사용할 때 추천된다. 이는 아울러 모서리들의 대칭적인 이동을 보장한다.

기어 랙의 정점은 다른 방법으로 구성된다. 제1변형은 도 7a 및 7b에 설명된다. 본 변형에서, 정점은 중간 이빨(30)에 제공된다. 본 예시에서 2개의 기어 랙들 - 또는 3개의 기어 랙들이 제공될 때, 3개의 모든 기어 랙들 - 은 그러한 중간 이빨(30)을 특징으로 한다. 본 장치는 부드럽게 동작한다.

도 2a 및 도 2b에서 기어 랙들 정점 구조의 다른 변형이 도시되어 있다. 본 변형에서, 중간 이빨은 제공되지 않으나, 대신 각각의 기어 랙은 경사진 이빨(31)로 끝나며, 이빨(31)과 동일한 기어 랙의 다음 이빨까지의 각도 및 거리는 본 기어 랙의 나머지 이빨들의 정렬과 일치한다. 본 장치에서, 하나의 기어 랙은 다른 기어 랙이 시작되기 전에 끝난다. 즉 이빨의 중첩이 없다. 본 변형은 제작이 간단하다.

도 8a 및 도 8b에 따른 정점의 구성에서, 기어 랙들은 위 예시 형태와 동일한 형상이다. 즉, 최상의 이빨(31)은 경사지고, 나머지 이빨과 일치되게 형성된다. 그러나 본 사례에서, 최상의 이빨들은 인접한 기어 랙의 최상의 이빨(31)과 중첩된다. 본 변형은 또 제작이 간단하다는 장점이 있으며, 피니언의 회전이 도 2a 및 도 2b에 도시된 변형보다 부드럽다.

지금부터는 도 9a 및 도 9b를 참조한다. 도 9a 및 도 9b는 특히, 기어 랙이 아닌 여분의 스퍼 기어, 구동 기어 바퀴(9)로 이루어진 치형 구조에 의해 앞의 형태들과 다른 형태를 설명한다. 스퍼 기어(1)는 구동 또는 조향 축(L, 부분만 도시됨)에 의해 핸들과 연결되고, 구동 기어와 맞물린다. 구동 기어는 구동 축(A)에 의해 피니언(R) 및 일반적인 래크 피니언 기어의 기어 랙(Z)과 연결된다.

구동 기어 바퀴(1)는 바람직하게는 도 4a에 도시된 기어 바퀴와 동일한 형상을 가지므로, 이에 대해 다시 상세하게 설명하지 않는다. 구동 기어 바퀴는 그 이빨들(10)에 의해 바람직하게는 도 4a에 도시된 기어 바퀴와 마찬가지로 구성된 구동 기어 바퀴(9)와 맞물린다. 따라서 구동 기어 바퀴는 구동 기어 바퀴(1)와 동일한 형상 곡선과 동일한 이빨 수를 갖는다. 바람직하게는 2개의 스퍼 기어들(1, 9)은 동일한 구조이다. 각각은 2개의 로그 나선 또는 곡선의 곡률 반경이 90°의 각도 범위에 걸쳐 변화없이 증가하기만 하면 다른 형상의 곡선들을 포함해도 좋다. 각각은 서로 보충한다. 여기서 도시된 예시에서, 곡선들의 중심점들은 기어 바퀴들과 대응하는 회전 축들과 차례로 일치한다. 덧붙이면, 기어 바퀴들은 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 핸들의 중심점과 일치하지 않으나, 180°에 걸쳐 회전되는 위치에 있다.

위에서 설명된 예시들에서, 곡선들의 중심점들은 각각 기어 바퀴들의 회전 축과 일치한다. 아울러, 회전 축들은 기어 바퀴들의 축들에 장착된다. 이들은 바람직한 형태들이다. 그러나, 기어 바퀴들에 장착되거나, 곡선들의 중심점들의 외측 회전 중심들에 정렬될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 로그 나선은 곡선의 바람직한 형상이다. 그러나 여기서, 기어 랙 또는 기어 바퀴와 맞물리는 추가적인 기어 바퀴가 일치되게 개조된 형상이면, 적어도 90°의 각도 영역에 걸쳐 점증하는 곡률 반경으로 이루어진 다른 곡선들도 또한 가능하다. 아울러, 개별 형태들의 설명의 결합은 본 개시에 의해 가능하고 포함됨을 유념해야 한다.

1 제1 스퍼 기어
10 곡선
11 이빨
12 회전 축
13 나머지 부분
14 제1그룹의 이빨들
15 제2그룹의 이빨들
2 제2 스퍼 기어
3 제1 기어 랙
3' 좁은 부분
30 중간 이빨
31 이빨들
4 제2 기어 랙
5 제3 기어 랙
6 원형 기어 바퀴
7 제1 직선 기어 랙
7' 넓은 부분
8 제2 직선 기어 랙
8' 좁은 부분
9 구동 기어 바퀴
A 구동 축
L 조향 축
R 피니언
Z 기어 랙
r 곡률 반경
P1, P2, P3, P4 회전된 위치
U 중첩 부분
K 만곡된 선

Claims

운송수단 조향 기어용 점진 기어 조립체로서,
적어도 하나의 스퍼 기어(1, 2)와 상기 스퍼 기어(1, 2)와 맞물리는 치형 구조(3, 4, 5, 7, 8)를 포함하고,
상기 치형 구조는 적어도 하나의 기어 랙(3, 4, 5, 7, 8)을 포함하고,
상기 스퍼 기어(1, 2)는 곡선(10)을 따라 정렬된 이빨들(11)을 포함하고,
상기 곡선(10)은 상기 곡선(10)의 90°이상의 각도 범위에 걸쳐 점증하는 곡률 반경(r)을 포함하고,
상기 조향 기어의 중심 위치(P4)에서 상기 스퍼 기어(1, 2)의 회전 축(12)과, 상기 스퍼 기어(1, 2)와 상기 치형 구조(3, 4, 5, 7, 8)의 접촉 범위 사이의 거리는 최소이고,
상기 이빨들(11)은 상기 곡선(10) 상의 180°보다 크고 360°보다 작은 각도 범위의 원주 부분에 걸쳐 정렬되며, 상기 스퍼 기어(1, 2)의 나머지 원주 부분은 이빨이 없는 구조인 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 곡률 반경(r)은 상기 스퍼 기어(1, 2)의 중심 위치(P4)에서 최소인 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 스퍼 기어(1, 2)의 상기 곡선(10)은 나선인 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 곡선(10)의 적어도 일 부분은 나선이고 상기 스퍼 기어(1, 2)의 회전 축(12)과 일치되는 중심점을 포함하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 곡선(10)은 적어도 90°의 각도 범위에 걸쳐 로그 나선인 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 이빨들(11)은 상기 곡선(10) 상의 270°의 각도 범위의 원주 부분에 걸쳐 정렬되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 기어 랙(3, 4, 5)은 경사진 구조인 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 7에 있어서,
상기 적어도 하나의 기어 랙(3, 4, 5)은 그의 정점에 중간 이빨을 포함하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 7에 있어서,
적어도 2개의 기어 랙들(3, 4, 5)은 적어도 일부분이 차례로 정렬되고 서로 평행하면서 엇갈리며,
기어 랙(3, 4, 5)과 각각 맞물리는 적어도 2개의 스퍼 기어들(1, 2)이 제공되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 9에 있어서,
상기 적어도 2개의 기어 랙들(3, 4, 5)은 서로 인접한 일부분에서 각각 정점을 갖는 반대방향인 경사를 가지도록 적어도 일부분이 차례로 정렬되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 기어 랙은 적어도 하나의 넓은 부분(7', 8')과 적어도 하나의 좁은 부분(3')을 포함하고,
상기 스퍼 기어(1)의 위치에 따라, 이 스퍼 기어(1)는 좁은 부분(3')과 맞물리고, 또는 적어도 하나의 다른 스퍼 기어(6)는 넓은 부분(7', 8')과 맞물리는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 기어 랙(3, 4, 5)은 직선으로 정렬된 이빨들을 포함하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 기어 랙(3, 4, 5)은 만곡된 선(K)을 따라 정렬된 이빨들을 포함하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기어 조립체는 공통의 회전 축(12)을 중심으로 회전가능한 제1 스퍼 기어(1), 제2 스퍼 기어(2) 및 제3 스퍼 기어를 포함하고,
상기 제3 스퍼 기어는 상기 제1 스퍼 기어(1)와 평행하면서 엇갈리며, 그리고 상기 제1 스퍼 기어(1)와 동일한 방향으로 배열되며,
상기 치형 구조는 제1 스퍼 기어(1)와 맞물리는 제1 랙(3)과, 상기 제2 스퍼 기어(2)와 맞물리는 제2 랙(4) 및 상기 제3 스퍼 기어와 맞물리는 제3 랙(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 14에 있어서,
상기 조향 기어의 중심 위치(P4)에서 상기 곡선은 스퍼 기어들(1, 2) 중 하나와 치형 구조(3, 4, 5, 7, 8)가 접촉하는 부분에서 최소 곡률 반경을 포함하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 15에 있어서,
상기 곡선의 곡률 반경(r)은, 최소 곡률 반경에서 시작하여 적어도 90°의 각도 범위에 걸쳐 점증하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 15에 있어서,
상기 곡선의 곡률 반경(r)은, 최소 곡률 반경에서 시작하여 적어도 180°의 각도 범위에 걸쳐 점증하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
운송수단 조향 기어용 점진 기어 조립체로서,
공통의 회전 축(12)을 중심으로 회전가능한 적어도 2개의 스퍼 기어(1,2)를 포함하고,
서로 평행하면서 엇갈리게 정렬된 제1 랙(3) 및 제2 랙(4)을 더 포함하고,
제1 스퍼 기어(1)는 제1 랙(3)과 맞물리고 제2 스퍼 기어(2)는 제2 랙(4)과 맞물리도록 구성되며, 그리고
상기 제1 스퍼 기어(1)와 상기 제2 스퍼 기어(2)는 각각 동일한 이빨 수 및 동일한 곡선 형상을 포함하는 한편, 서로에 대하여 거울 대칭으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 18에 있어서,
상기 제1 스퍼 기어(1) 및 상기 제2 스퍼 기어(2)는 각각, 각 곡선(10)을 따라 정렬된 이빨들(11)을 포함하고, 상기 조향 기어의 중심 위치(P4)에서, 상기 스퍼 기어(1,2) 중 적어도 한 기어의 곡선(10)은 상기 스퍼 기어(1,2)가 각각의 랙(3, 4)과 맞물리는 영역에서 최소의 곡률 반경(r)을 갖는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 18에 있어서,
상기 제1 스퍼 기어(1)와 상기 제2 스퍼 기어(2)는 각각, 각 곡선(10)을 따라 정렬된 이빨들(11)을 포함하고, 이들 곡선(10)의 각각은 이 곡선의 90°이상의 각도 범위에 걸쳐 점증하는 곡률 반경(r)을 포함하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 18에 있어서,
최소 곡률 반경(r)을 갖는 상기 제1 스퍼 기어(1)의 영역 및 최소 곡률 반경(r)을 갖는 상기 제2 스퍼 기어(2)의 영역은 동일한 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 18 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 스퍼 기어(1)와 제3 스퍼 기어가 일치하고 서로 평행하게 엇갈리도록 상기 제3 스퍼 기어가 상기 공통의 회전 축(12)에 배열되고, 상기 제2 스퍼 기어(2)는 상기 제1 스퍼 기어(1)와 상기 제3 스퍼 기어 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 22에 있어서,
상기 제3 스퍼 기어와 맞물리는 제3 랙(5)을 더 포함하고, 상기 제1 랙(3)과 상기 제3 랙(5)은 동일한 형상을 갖고 서로 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 23에 있어서,
상기 조향 기어의 제1 위치에서 상기 제1 스퍼 기어(1)는 상기 제1 랙(3)과 맞물리고, 상기 제3 스퍼 기어는 상기 제3 랙(5)과 맞물리며, 상기 제2 스퍼 기어(2)는 빈 공간에서 맞물리지 않고,
상기 조향 기어의 제2 위치에서 상기 제2 스퍼 기어(2)는 상기 제2 랙(4)과 맞물리고, 상기 제1 스퍼 기어(1) 및 제3 스퍼 기어는 맞물리지 않는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
운송수단 조향 기어용 점진 기어 조립체로서,
공통의 회전 축(12)을 중심으로 회전할 수 있는 제1 스퍼 기어(1), 제2 스퍼 기어(2) 및 제3 스퍼 기어와,
서로 평행하면서 엇갈리게 배열되고, 그리고 적어도 부분적으로 차례로 정렬되는 제1 랙(3), 제2 랙(4) 및 제3 랙(5)을 포함하고,
상기 제2 스퍼 기어(2)는 상기 제1 스퍼 기어(1)와 상기 제3 스퍼 기어 사이에 정렬되고,
상기 스퍼 기어(1,2) 중 적어도 하나는 곡선(10)을 따라 정렬되는 복수의 이빨들(11)을 포함하고,
상기 제1 스퍼 기어(1)는 상기 제1 랙(3)과 맞물리고, 상기 제2 스퍼 기어(2)는 상기 제2 랙(4)과 맞물리며, 상기 제3 스퍼 기어는 상기 제3 랙(5)과 맞물리도록 구성되고,
상기 제3 스퍼 기어는 상기 제1 스퍼 기어(1)와 평행하게 엇갈리면서 상기 제1 스퍼 기어(1)와 일치된 상태로 상기 공통의 회전 축(12)에 정렬되며,
상기 제1 랙(3)과 상기 제3 랙(5)은 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 25에 있어서,
상기 곡선(10)은 상기 곡선(10)의 90°이상의 각도 범위에 걸쳐 점증하는 곡률 반경(r)을 포함하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 25에 있어서,
상기 제1 스퍼 기어(1)와 상기 제2 스퍼 기어(2)는 상기 공통의 회전 축(12)상에서 서로에 대하여 거울 대칭으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 27에 있어서,
상기 제1 스퍼 기어(1)와 상기 제2 스퍼 기어(2)는 각각 동일한 이빨 수 및 동일한 곡선 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 28에 있어서,
상기 제1 랙(3) 및 제3 랙(5)은 동일한 경사를 가지며, 상기 제2 랙(4)은 상기 제1 랙(3) 및 제3 랙(5)의 경사와 반대방향인 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 25 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 스퍼 기어(1,2)의 상기 이빨들(11)은 상기 곡선(10) 상의 180°보다 크고 360°보다 작은 각도 범위의 원주 부분에 걸쳐 정렬되며, 상기 스퍼 기어(1, 2)의 나머지 원주 부분은 이빨이 없는 구조인 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 25 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조향 기어의 제1 위치에서 상기 제1 스퍼 기어(1)는 상기 제1 랙(3)과 맞물리고, 상기 제3 스퍼 기어는 상기 제3 랙(5)과 맞물리며, 상기 제2 스퍼 기어(2)는 빈 공간에서 맞물리지 않고,
상기 조향 기어의 제2 위치에서 상기 제2 스퍼 기어(2)는 상기 제2 랙(4)과 맞물리고, 상기 제1 스퍼 기어(1) 및 제3 스퍼 기어는 맞물리지 않는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 25 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조향 기어가 상기 조향 기어의 중심 위치(P4)로부터 제1 방향으로 이동되는 경우, 상기 제1 스퍼 기어(1)는 상기 제1 랙(3)과 맞물리도록 구성되고,
상기 조향 기어가 상기 조향 기어의 중심 위치(P4)로부터 상기 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 스퍼 기어(2)는 상기 제2 랙(4)과 맞물리도록 구성되며, 그리고
상기 조향 기어가 상기 조향 기어의 중심 위치(P4)로부터 상기 제1 방향으로 이동되는 경우, 상기 제3 스퍼 기어는 상기 제3 랙(5)과 맞물리도록 구성되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.
청구항 32에 있어서,
상기 조향 기어가 상기 조향 기어의 중심 위치(P4)로부터 상기 제2 방향으로 이동되는 경우, 상기 제1 스퍼 기어(1) 및 상기 제3 스퍼 기어는 빈 공간에서 맞물리지 않도록 구성되고,
상기 조향 기어가 상기 조향 기어의 중심 위치(P4)로부터 상기 제1 방향으로 이동되는 경우, 상기 제2 스퍼 기어(2)는 빈 공간에서 맞물리지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 점진 기어 조립체.