KR101529379B1 - 다단 기어 스테이지를 가지는 유성기어 세트 - Google Patents

다단 기어 스테이지를 가지는 유성기어 세트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유성기어들(22, 32)이 그에 의하여 적어도 하나의 기어 스테이지(20, 30)와 결합하는 내측으로 톱니가 형성된(internally geared) 원형 링(2)을 포함하며, 외부 및 내부 기어링(14a, 14b)을 가지는 적어도 하나의 원형의 삽입 부재(14)가 원형 링(2) 내부에 배치되며, 외부 기어링(14b)은 원형 링(2)과 결합하고 내부 기어링(14a)은 다른 기어 스테이지(10)의 유성기어들(12)과 맞물리는 것을 특징으로 하는 다단 기어 스테이지들(10, 20, 30)을 가지는 유성기어 세트(1)에 관한 것이다.

Description

다단 기어 스테이지를 가지는 유성기어 세트{PLANETARY GEAR SET WITH SEVERAL GEAR STAGE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 다단 기어 스테이지를 가지는 유성기어 세트에 관한 것이다.
유성기어 세트의 기능은 공지되어 있다. 중앙에는, 유성기어 세트에 모터 플랜지 및/또는 구동 플랜지에 의해 연결되는 구동 모터에 의해 구동되는 태양기어(sun gear)가 있다. 태양기어는 그 운동을 유성 캐리어의 베어링 핀에 배치되며 기어 스테이지를 형성하는 적어도 둘 또는 셋의 회전 유성기어들에 전달한다. 다단 기어 스테이지들에 의해, 최종 유성 캐리어는 출력 플랜지에 장착되는 출력 축에 견고하게 연결되며 이에 의해 출력측에서 동력을 전달한다. 외측에서는, 유성기어들이 소위 원형 링이라는 내부 기어링을 가지는 기어 하우징 내에서 운행된다.
DE 20 2006 006 116 U1에 이러한 일반적인 타입의 유성기어 세트가 개시되어 있으며, 여기에서 축 방향으로 연속된 다단의 기어 스테이지들의 여러 유성기어들은 원형 링과 동시에 맞물린다. 이러한 원형 링은 축 방향으로 분절되어 있어 각 원형 링 분절들이 하나의 기어 스테이지를 위하여 하나의 원형 링을 형성한다. 이 원형 링들은, 축 방향으로 상호 중심을 맞추어 하아징 내로 동축상으로 삽입된다.
이러한 유성기어 세트에 있어서, 각각의 기어 스테이지들은 서로 다른 타입의 모듈로 제조될 수 있으며 따라서 적어도 두 개의 원형 링들이 서로 다른 내부 기어링을 가진다.
축 방향으로 분절된 원형 링들을 가지는 이러한 유성기어 세트는, 한편으로 축 방향 위치 조정을 위하여 서로 결합된 각각의 원형 링에 대한 정면 센터링 수단을 필요로 하며, 다른 한편으로는 하우징 내에서 각각의 원형 링의 방사상 고정을 위한 잠금 수단을 필요로 한다. 원형 링들 사이의 개별 부품들의 움직임 없는 조립을 확보하기 위하여, 특히 원형 링의 센터링 수단 및 잠금 수단에 대하여 매우 작은 허용오차가 수반되어야 하며, 이는 개별 부품들의 제조 비용을 더욱 비싸게 만든다.
이러한 종래 기술의 문제점에서 출발하여, 본 발명의 목적은 상이한 기어 스테이지들을 구현하기 위한 간단한 모듈식 구성을 가지며, 서로 연결되어 함께 회전해야 하는 부품들이 가능한 한 움직임 없이 연결될 수 있는 유성기어 세트를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 유성기어 세트(planetary gear set)에 의해 달성된다.
다단 기어 스테이지들을 가지는 이러한 본 발명의 유성기어 세트는, 유성기어들이 그에 의하여 적어도 하나의 기어 스테이지와 결합하는 내부 기어링을 가지는 원형 링을 포함하며, 외부 및 내부 기어링을 가지는 적어도 하나의 둥근 삽입 부재가 원형 링 내부에 배치되며, 외부 기어링(external gearing)은 원형 링과 결합하고 내부 기어링(internal gearing)은 다른 기어 스테이지의 유성기어들과 맞물리는 것을 특징으로 한다.
발명에 따른 상기 유성기어 세트에 의해, 내부 및 외부 기어링을 가지는 링 기어 방식으로 디자인된 삽입 부재만을 모든 기어 스테이지들에 할당된 단일-피스(single-piece)의 원형 링 내부로 삽입하는 것이 필요하기 때문에 상이한 기어 스테이지들이 간단한 방식으로 통합될 수 있다. 이 경우에 있어서, 삽입 부재의 외부 기어링은 원형 링의 내부 기어링과 함께 이들 두 부품 사이의 인터페이스를 형성하며 추가적인 센터링 수단 또는 고정 수단의 필요 없이 상호 회전의 결합을 가져오며, 기어링으로 인하여 상기 결합은 동시에 근본적으로 움직임이 없도록 디자인될 수 있다. 원형 링으로서의 삽입 부재는 내부 기어링 및 이에 맞물리는 유성 기어와 함께 공통의 원형 링과 맞물리는 유성 기어들의 기어 스테이지와는 차별되는 기어 스테이지를 형성한다.
또한 두 가지 서로 다른 기어 스테이지들을 가지는 다단, 즉 3단 기어 스테이지들의 본 발명에 따른 유성기어 세트의 구성은 DE 20 2006 006 116 U1에 의해 공지된 유성기어 세트에 비하여 적은 수의 개별 부품들을 필요로 한다.
또한 상이한 내부 기어링을 가질 수도 있는 상이한 기어들을 형성하기 위하여 하나의 공통된 원형 링 내에 다수의 이러한 삽입 부재들이 설치될 수 있기 때문에 상이한 기어 스테이지들의 디자인에 커다란 다양성이 존재한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 유성기어 세트의 제조는 모든 기어 스테이지들이 할당된 원형 링의 디자인 변경을 필요로 하지 않고 추가 부품으로 오직 삽입 부재만을 필요로 하기 때문에 저렴한 방식으로 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 원형 링은 내부 기어링으로 직선의 기어링을 가지며 이는 역시 직선 기어링으로 형성된 삽입 부재의 외부 기어링과 결합한다. 이에 의하여, 원형 링 내부로 삽입 부재의 간단한 설치가 가능하다.
바람직한 방식으로 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 삽입 부재의 내부 기어링은 나선 기어링으로 디자인되는 것이 제공된다. 이에 의하여, 나선으로 기어링된 유성 기어들과 함께 상기 삽입 부재에 의해 형성된 기어 스테이지에 의하여 동력의 높은 전송을 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 디자인에서, 축 방향으로 원형 링이 제1 및 제2 내부 기어링 섹션을 가지도록 디자인되어 적어도 하나의 기어 스테이지의 유성기어들이 제1 내부 기어링 섹션과 결합하고 삽입 부재의 외부 기어링은 제2 내부 기어링 섹션과 결합하도록 제공되며, 또한 제1 내부 기어링 섹션에서 제2 내부 기어링 섹션으로의 전환점을 형성하기 위하여 숄더가 제공되며, 여기에 삽입 부재의 정면이 접촉하게 된다.
이러한 숄더로 인하여, 축 방향으로의 움직임이나 회전하지 않도록 삽입 부재를 장착할 수 있게 되며, 동시에 축 방향으로의 추가적인 고정 즉 나사나 리벳팅에 의한 추가적인 고정이 필요 없기 때문에 설치가 간편해진다. 숄더를 형성하기 위하여 바람직하게는 원형 링의 제1 내부 기어링 섹션 영역의 기어링의 크라운 라인 직경이 원형 링의 제2 내부 기어링 섹션의 기어링의 크라운 라인 직경보다 작다.
본 발명의 추가적인 장점에 따르면, 원형 링의 정면측 돌출부를 형성하기 위하여 제2 내부 기어링 섹션의 축 방향 길이가 삽입 부재의 축 방향 길이보다 길게 이루어진다.
이러한 돌출부에 의하여, 바람직하게는 모터 플랜지가 상기 돌출부와 함께 스플라인을 형성하도록 디자인될 수 있다. 이에 의하여, 원형 링과 모터 플랜지 사이에 마찰 결합이 구현될 수 있으며, 이는 견고함을 증대시키며, 따라서 종래 기술에 비하여 현저히 양호한 회전력(torque)을 전달할 수 있게 된다. 모터 플랜지 대신에 캐스트 기어링이 적용될 수도 있다.
본 발명의 추가적인 장점에 따르면, 삽입 부재가 다른 기어 스테이지와 함께 제1 기어 스테이지를 형성하며, 이는 구동원과 결합하는 구동 피니온과 맞물리도록 구성됨으로써 간단한 구조의 유성기어 세트가 이루어질 수 있다. 바람직하게는 원형 링과 맞물리는 유성기어들은 적어도 하나의 제2 기어 스테이지를 형성한다.
다른 기어 스테이지들, 예를 들어 제3 기어 스테이지가 모든 기어 스테이지들에 할당된 원형 링과 맞물리는 유성기어들에 의해 제공될 수 있다.
이하에서, 바람직한 구현예 및 첨부 도면을 참조하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다단 기어 스테이지들을 가지는 유성기어 세트의 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 유성기어 세트의 기어 스테이지에 할당된 원형 링의 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 유성기어 세트의 삽입 부재의 사시도이다.
도 4는 삽입 부재가 설치된 원형 링의 부분 사시도이다.
도 5는 삽입 부재가 없는 도 4에 다른 원형 링의 부분 사시도이다.
도 1에 따는 유성기어 세트(1)는 세 개의 기어 스테이지들(10, 20, 30)을 가지는 실린더형 하우징(3)으로 구성된다. 제1 내부 기어링 섹션(2a) 및 제2 내부 기어링 섹션(2b)에 직선의 내부 기어링(gearing)을 가지는 원형 링(annular ring, 2)(도 2 참조)이 하우징(3)의 전체 길이에 걸쳐 즉 세 개의 기어 스테이지들(10, 20, 30) 전체에 걸쳐 연장된다.
구동측에서는, 하우징(3)이 구동 모터(미 도시)의 구동 축을 위한 베어링 홀(4a)을 가지는 모터 플랜지(4)에 의해 연결된다. 이 구동 축은 태양기어(미 도시)로서 제1 기어 스테이지(10)의 세 개의 유성기어들(12)과 맞물리는 구동 피니언 내에서 끝이 난다.
제1 기어 스테이지(10)는 출력 측에 태양기어(13)로서 세 개의 유성기어들(12)을 잡고 있는(hold) 유성 캐리어(planet carrier, 11) 및 도 3에 따르면 직선의 외부 기어링(14b) 및 나선의 내부 기어링(14a)을 가지는 링 기어 방식으로 디자인된 원형의 삽입 부재(14)를 포함한다. 제1 기어 스테이지(10)의 세 개의 유성기어들(12)은 유성 캐리어(11)에 배치된 핀(12a)에서 회전할 수 있도록 각각 장착된다.
구동측에서는, 삽입 부재(14)가 삽입 부재(14)의 외부 기어링이 원형 링(2)의 제2 내부 기어링 섹션(2b)의 직선의 내부 기어링에서 마찰 연결로 결합될 수 있도록 삽입된다.
축 방향으로, 도 2에 따르면 원형 링(2)의 내부 기어링은 직선의 내부 기어링을 가지는 제1 내부 기어링 섹션(2a) 및 역시 직선의 기어링을 가지는 제2 내부 기어링 섹션(2b)의 두 섹션으로 나뉘어지며, 이에 의하여, 전술한 바와 같이, 제2 내부 기어링 섹션(2b)은 두 내부 기어링 섹션들(2a, 2b)의 전환점에 형성된 숄더(2c)에 접촉하는 삽입 부재(14)를 잡고 있는다.
도 5에 따르면, 상기 숄더(2c)는 제2 내부 기어링 섹션(2b) 기어링의 크라운 라인(crown line, Dk) 직경이 제1 내부 기어링 섹션(2a) 기어링의 크라운 라인 직경(dk)보다 크기 때문에 발생하며, 그러나 두 개의 내부 기어링 섹션들(2a, 2b)의 루트 라인(root line) 직경은 동일하다. 즉, 제2 내부 기어링 섹션(2b) 기어링의 기어링 높이만 제1 내부 기어링 섹션(2a) 기어링의 기어링 높이에 비교하여 감소된다.
도 4에 따르면, 원형 링(2)의 제2 내부 기어링 섹션(2b)의 축 방향 길이는 삽입 부재(14)의 축 방향 길이보다 길며, 따라서 원형 링(2)의 구동 측 정면에서 원형 링(2)에 삽입된 삽입 부재(14)의 정면(face side)에 비하여 돌출부(projection, 2d)가 발생한다.
상기 돌출부(2d)는 모터 플랜지(4)와 스플라인(spline)을 형성하는데 사용된다. 이를 위하여, 모터로부터 떨어진 정면(4b)에, 모터 플랜지(4)는 둥근 실린더형 연결 플랜지(4c)를 가지도록 디자인되며, 연결 플랜지의 측면은 돌출부(2d)의 내부 기어링(2b)에 맞춰지는 외부 기어링을 가진다. 이는 모터 플랜지(4)가 연결 플랜지(4c)에 의해 원형 링(2) 내로 스플라인을 형성하기 위하여 삽입될 수 있음을 뜻하며, 따라서 모터 플랜지(4)의 정면은 하우징(3) 및 원형 링(2)의 정면과 접하며 따라서 그 면들은 서로 짝을 이룬다(mate).
삽입 부재(14)의 외부 기어링(14b)은 원형 링(2)의 제2 내부 기어링 섹션(2b)의 내부 기어링, 즉 평평한 크라운을 가지는 짧은 기어링에 맞춰진다. 이에 의하여, 다른 추가적인 센터링 또는 연결 수단의 필요없이 삽입 부재(14)와 원형 링(2) 사이에 움직임 없는 마찰 결합이 형성된다. 삽입 부재(14)의 출력측 정면은 원형의 숄더(14c)에 의해 함몰된다.
원형 링(2)의 제1 기어링 섹션(2a)은 제2 및 제3 기어 스테이지들(20, 30)을 잡는데 사용된다.
제2 기어 스테이지(20)는 볼트들(22a)에 배치된 세 개의 유성기어들(22)을 가지는 유성 캐리어(21)를 포함하며, 이는 원형 링(2)의 제1 내부 기어링 섹션(2a)의 내부 기어링 및 제3 기어 스테이지(30)의 네 개의 유성 기어들(32)과 결합하고 있는 출력측 태양기어(23)와 맞물린다.
상기 제3 기어 스테이지(30)에서, 제1 내부 기어링 섹션(2a)의 내부 기어링과 맞물리는 네 개의 유성기어들(32)은 유성 캐리어(31)에 배치되는 볼트들(32a)에 장착된다. 또한, 출력측에서, 상기 유성 캐리어(31)는 유성기어 세트(1)의 출력 축(33)을 구비한다. 출력 플랜지(미 도시)는 유성기어 세트(1) 하우징(3)의 출력측을 밀폐한다.
1 : 유성기어 세트
2 : 유성기어 세트의 원형 링
2a : 원형 링의 제1 내부 기어링 섹션
2b : 원형 링의 제2 내부 기어링 섹션
2c : 제1 내부 기어링 섹션에서 제2 내부 기어링 섹션까지의 전환점상의 숄더
2d : 원형 링의 돌출부
3 : 유성기어 세트의 하우징
4 : 유성기어 세트의 모터 플랜지
4a : 모터 플랜지의 베어링 홀
4b : 모터 플랜지의 출력측 정면
4c : 정면의 연결 플랜지
10 : 유성기어 세트의 제1 기어 스테이지
11 : 제1 기어 스테이지의 유성 캐리어
12 : 유성 캐리어의 유성기어
12a : 유성기어의 볼트
13 : 유성 캐리어의 태양기어
14 : 삽입 부재, 제1 기어 스테이지의 크라운 기어
14a : 삽입 부재의 내부 기어링
14b : 삽입 부재의 외부 기어링
14c : 삽입 부재의 정면측 숄더
20 : 유성기어 세트의 제2 기어 스테이지
21 : 제2 기어 스테이지의 유성 캐리어
22 : 유성 캐리어의 유성기어
22a : 유성기어의 볼트
23 : 유성 캐리어의 태양기어
30 : 유성기어 세트의 제3 기어 스테이지
31 : 제3 기어 스테이지의 유성 캐리어
32 : 유성 캐리어의 유성기어
32a : 유성기어의 볼트
33 : 유성 캐리어의 출력 축

Claims (10)

  1. 유성기어들(22, 32)이 그에 의하여 적어도 하나의 기어 스테이지(20, 30)와 결합하는 내측으로 톱니가 형성된(internally geared) 원형 링(2)을 포함하고, 외부 및 내부 기어링(14a, 14b)을 가지는 적어도 하나의 원형의 삽입 부재(14)가 원형 링(2) 내부에 배치되어, 외부 기어링(14b)은 원형 링(2)과 결합하고 내부 기어링(14a)은 다른 기어 스테이지(10)의 유성기어들(12)과 맞물리는 다단 기어 스테이지들(10, 20, 30)을 가지는 유성기어 세트(1)로서, 여기서
    상기 원형 링(2)은 축 방향으로 제1 및 제2 내부 기어링 섹션(2a, 2b)을 가지도록 설계되어, 적어도 하나의 기어 스테이지(20, 30)의 유성기어들(22, 32)이 제1 내부 기어링 섹션(2a)과 결합하고, 삽입 부재(14)의 외부 기어링(14b)은 제2 내부 기어링 섹션(2b)과 결합하며,
    제1 내부 기어링 섹션(2a)에서 제2 내부 기어링 섹션(2b)으로의 전환점을 형성하기 위하여 숄더(2c)가 제공되며, 여기에 삽입 부재(14)의 정면이 접촉하는 것을 특징으로 하는 유성기어 세트(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 원형 링(2)은 직선의 기어링(straight gearing)을 가지며, 이는 직선 기어링으로 설계된 삽입 부재(14)의 외부 기어링(14a)과 결합하는 것을 특징으로 하는 유성기어 세트(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 삽입 부재(14)의 내부 기어링(14a)은 나선 기어링(helical gearing)으로 설계되는 것을 특징으로 하는 유성기어 세트(1).
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 숄더(2c)를 형성하기 위하여 원형 링(2)의 제1 내부 기어링 섹션 영역(2a)의 기어링의 크라운 라인 직경(dk)이 원형 링(2)의 제2 내부 기어링 섹션(2b)의 기어링의 크라운 라인 직경(Dk)보다 작은 것을 특징으로 하는 유성기어 세트(1).
  6. 제1항에 있어서, 상기 원형 링(2)의 정면측 돌출부(2d)를 형성하기 위하여 제2 내부 기어링 섹션(2b)의 축 방향 길이가 삽입 부재(14)의 축 방향 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 유성기어 세트(1).
  7. 제5항에 있어서, 모터 플랜지(4)가 돌출부(2d)와 스플라인을 형성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 유성기어 세트(1).
  8. 제1항에 있어서, 상기 다른 기어 스테이지는 상기 삽입 부재를 포함하고, 제1 기어 스테이지를 형성하며, 이는 구동원과 결합하는 구동 피니온과 맞물리는 것을 특징으로 하는 유성기어 세트.
  9. 제1항에 있어서, 원형 링(2)과 맞물리는 유성기어들(22)은 적어도 하나의 제2 기어 스테이지(20)를 형성하는 것을 특징으로 하는 유성기어 세트.
  10. 제5항에 있어서, 원형 링(2)과 맞물리는 유성기어들(32)이 제3 기어 스테이지(30)로서 제공되는 것을 특징으로 하는 유성기어 세트.
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