KR101921256B1

KR101921256B1 - 동력 전달축

Info

Publication number: KR101921256B1
Application number: KR1020170060326A
Authority: KR
Inventors: 이문기; 김병기; 고재덕; 송순종; 이지만; 박진호
Original assignee: 아이원스 주식회사
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-22

Abstract

레이저 용접, 전자빔 용접 등으로 다이아프램 요소들을 결합하여 플렉시블 커플링을 형성함에 있어서 응력으로 인한 변형을 방지할 수 있는 동력 전달축이 개시된다. 동력 전달축은 반경 방향으로 내측에 위치하는 허브부와, 상기 허브부의 반경 방향으로 외측에 위치하는 림부와, 상기 허브부와 림부의 사이에 위치하는 플렉시블 다이아프램부로 구성되는 플렉시블 커플링을 포함하고, 상기 플렉시블 커플링은 제1 다이아프램 요소와 제2 다이아프램 요소가 림부에서 축 방향 단면이 서로 용접되어 이루어지고, 상기 용접되는 림부에 용접 비드를 수용하는 수용부를 형성한다.

Description

동력 전달축{POWER TAKE OFF SHAFT}

본 발명은 동력 전달축에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 항공기 등의 엔진과 기어박스의 사이에 연결되어 동력을 전달하는 기능을 수행하는 동력 전달축에 관한 것이다.

일반적으로 커플링은 구동축과 종동축을 연결하는 축 연결 장치로서, 형태에 따라 유체커플링, 기어커플링, 플렉시블 커플링 등의 다양한 커플링이 제공되고 있다. 아울러, 사용처에 따른 적정 토크범위, 비틀림 강도, 편심오차 흡수도, 적정 회전수 등을 고려하여 적절한 형태의 커플링이 선정된다.

일 예로, 항공기의 경우에는 엔진과 기어박스의 사이에 동력 전달축이 설치되어 엔진의 동력을 기어박스에 전달한다. 이 경우, 항공기의 특성상 진동과 충격이 발생하게 되므로, 이러한 진동과 충격을 흡수함과 아울러 엔진과 동력 전달축 및 기어박스 간에 축 중심이 편심 되더라도 엔진의 동력이 기어박스에 계속 전달되도록 하는 플렉시블 커플링이 사용된다. 이러한 플렉시블 커플링은 회전 방향으로는 강성이지만, 축 방향으로는 연성의 성질을 갖는다.

선 출원된 미국등록특허공보 제4802882호에는 플렉시블 커플링이 게시된바 있다. 종래의 플렉시블 커플링은 동력전달축과 연결되는 제1 연결부와, 상대장치(엔진 또는 기어박스)와 연결되는 제2 연결부와, 제1 연결부와 제2 연결부의 사이에 배치되어 제1,2 연결부를 유동가능하게 연결하는 다이어프램을 포함하여 이루어진다.

다이어프램은 제1,2 연결부의 사이에 복수개의 다이어프램 부재를 설치하여 제1,2 연결부를 축 방향으로 유동가능하게 연결한다. 플렉시블 커플링은 항공기에 발생하는 진동이나 충격을 흡수함과 동시에 상기 엔진, 동력 전달축, 기어박스간에 축 중심이 편심 되더라도 서로 간의 연결상태를 유지하여 엔진의 동력이 기어박스에 전달될 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 동력 전달축을 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 동력 전달축(1)은 메인 샤프트(13)와, 메인 샤프트(13)의 양측에 구비되어 엔진 또는 기어박스 측과 연결되는 플랜지(11)를 포함하여 이루어진다. 플랜지(11)의 후단에는 플렉시블 커플링(12)이 구비되며, 플렉시블 커플링(12)은 플랜지(11)와 메인 샤프트(13)에 용접으로 조립된다. 플렉시블 커플링(12)은 엔진과 기어박스의 축이 불일치되는 현상을 보상하는 기능을 한다.

상기 플렉시블 커플링(12)은 컨투어드 다이아프램(Contoured Diaphragm) 결합체로 구성되며, 원하는 수명 주기 동안 피로파괴되지 않도록 구성된다. 동력 전달축(1)은 플렉시블 커플링(12)이 파손되었을 때 축이 요동치는 현상(Whirling, Whipping)을 방지하기 위해 요동방지기구(Anti-flailing)를 구비한다. 만약, 동력 전달축(1)이 항공기 내에서 요동치게 되면 주변 장치들을 파손시켜 항공기 운항에 치명적인 손상을 주게 된다.

요동방지기구는 볼 조인트(14)로 구성될 수 있다. 볼 조인트(14)는 축 방향과 반경 방향의 운동은 구속하고, 플렉시블 커플링(12)의 중심부에서 회전 운동만을 허용하는 기능을 수행한다. 볼 조인트(14)는 회전된 각도만큼 엔진 측과 기어박스 측의 축 불일치를 보상한다. 볼 조인트(14)는 윤활성을 갖고 중앙에 홀이 형성된 볼과, 상기 볼을 구속하는 하우징으로 구성될 수 있다. 하우징은 플랜지(11)에 볼트 등으로 고정된다. 메인 샤프트(13)는 양측 볼 조인트(14)의 중앙 홀과 연결되어 축 방향 및 반경 방향 움직임이 구속됨으로써 축 요동을 방지하게 된다.

도 2는 종래의 플렉시블 커플링의 반경 방향 단부를 확대 도시한 단면도이다. 플렉시블 커플링은 반경 방향으로 내측에 위치한 허브부와, 반경 방향으로 외측에 위치한 림부 및 허브부와 림부의 사이에 위치한 다이아프램부로 이루어진다. 도 2는 플렉시블 커플링 중 림부를 확대 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 플렉시블 커플링(12)은 제1 다이아프램 요소(12a)와 제2 다이아프램 요소(12b)가 서로 마주하여 결합됨으로써 이루어진다. 제1 다이아프램 요소(12a)와 제2 다이아프램 요소(12b)는 축 방향으로 단면이 서로 용접되어 결합된다. 제1 다이아프램 요소(12a)와 제2 다이아프램 요소(12b)가 결합되어 플렉시블 커플링(12)을 구성하면, 플렉시블 커플링(12)은 전체적으로 내부가 중공인 원판 형상을 갖게 된다.

다이아프램 요소들은 레이저 용접(Laser welding), 전자빔 용접(Electron beam welding) 등을 통해 결합되는데, 용접 후에는 도 2의 오른쪽 도면에 도시된 화살표 방향으로 내측으로 응력이 발생하여, 다이아프램 박판의 텐션(Tension) 기능이 상실되고 납짝하게 찌그러지는 현상이 발생하며 다이아프램 박판이 본래의 기능을 수행할 수 없게 된다. 도면 부호 15는 전자빔이고, 도면 부호 16은 용접부이며, 도면 부호 17은 용접 비드이다.

미국등록특허공보 제4802882호

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 레이저 용접, 전자빔 용접 등으로 다이아프램 요소들을 결합하여 플렉시블 커플링을 형성함에 있어서 응력으로 인한 변형을 방지할 수 있는 동력 전달축을 제공한다.

본 발명에 따른 동력 전달축은 반경 방향으로 내측에 위치하는 허브부와, 상기 허브부의 반경 방향으로 외측에 위치하는 림부와, 상기 허브부와 림부의 사이에 위치하는 플렉시블 다이아프램부로 구성되는 플렉시블 커플링을 포함하고, 상기 플렉시블 커플링은 제1 다이아프램 요소와 제2 다이아프램 요소가 림부에서 축 방향 단면이 서로 용접되어 이루어지고, 상기 용접되는 림부에 용접 비드를 수용하는 수용부를 형성한다.

본 발명에 따른 동력 전달축은 레이저 용접, 전자빔 용접 등으로 다이아프램 요소들을 결합하여 플렉시블 커플링을 형성함에 있어서 매우 간단한 구성으로 응력으로 인한 변형을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 동력 전달축을 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 플렉시블 커플링의 반경 방향 단부를 확대 도시한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 전달축을 개략적으로 도시한 정면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 전달축을 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 전달축의 일부를 확대 도시한 단면도이고,
도 6은 도 5에서 용접 후 상태를 도시한 단면도이며,
도 7은 도 6의 확대 단면도이고,
도 8은 본 발명의 변형 예에 따른 동력 전달축의 일부를 확대 도시한 단면도이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 동력 전달축의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 전달축을 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 전달축을 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 전달축의 일부를 확대 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5에서 용접 후 상태를 도시한 단면도이며, 도 7은 도 6의 확대 단면도이다.

이하의 설명에서, 도 4의 좌우 방향이 "축 방향"이고, 상하 방향이 "반경 방향"이다.

도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 전달축(100)은 항공기의 엔진(800)과 기어박스(900)의 사이를 연결하여 동력을 전달한다. 동력 전달축(100)은 동력장치를 연결하는 메인 샤프트(113)와, 메인 샤프트(113)의 양측에 구비되어 동력장치와 결합되는 플랜지(111)와, 메인 샤프트(113)의 반경 방향으로 연장 형성되는 플렉시블 커플링(112)을 포함하여 이루어진다. 아울러, 동력 전달축(100)은 요동방지 수단인 볼 조인트(114)를 구비할 수 있다.

플렉시블 커플링(112)은 허브부(1122)와, 림부(1121)와, 플렉서블 다이아프램부(1123)로 구성된다. 허브부(1122)는 반경 방향으로 내측에 위치하며, 플랜지(111)와 메인 샤프트(113)의 사이에 용접 결합될 수 있다. 림부(1121)는 허브부(1122)의 반경 방향으로 외측에 위치한다. 플렉서블 다이아프램부(1123)는 허브부(1122)와 림부(1121)의 사이에 위치한다.

플렉시블 커플링(112)은 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)가 림부(1121)에서 축 방향 단면이 서로 용접되어 이루어진다. 즉, 플렉시블 커플링(112)은 축 방향으로 사이에 공간부를 형성한 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)가 접합되어 하나로 구성되며, 동력장치와 결합되는 축 방향 양측의 플랜지(111) 측에 각각 구비된다.

상기 용접되는 림부(1121)에는 용접 비드(198)를 수용하는 수용부(155)를 형성한다. 아울러, 수용부(155)의 일 측에는 플렉시블 커플링(112)의 변형을 방지하는 수축방지 지지부(152,154)가 구비된다.

상기 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)의 마주하는 단면에 오목한 형상의 요입홈(151,153)이 각각 형성된다. 요입홈(151,153) 및 수축방지 지지부(152,154)는 서로 대칭 형상으로 이루어진다. 도면 부호 199는 전자빔(199)이다. 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)는 레이저 용접(Laser welding), 전자빔 용접(Electron beam welding) 등을 통해 결합될 수 있다.

하나의 요입홈(151)은 제1 다이아프램 요소(112a)의 축 방향 단면에 요입 형성되고, 다른 하나의 요입홈(153)은 제2 다이아프램 요소(112b)의 축 방향 단면에 요입 형성된다.

상기 플렉시블 다이아프램부(1123)에서 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)의 사이에 공간부가 형성된다. 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)가 결합된 상태에서 플렉시블 커플링(112)은 중공의 형상으로 이루어진다.

아울러, 수용부(155)는 반경 방향으로 공간부와 이격 형성되며, 수용부(155)와 공간부의 사이에 상기 수축방지 지지부(152,154)가 형성된다.

제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)의 단면에 전자빔(199)을 용접하면, 용접 비드(198)는 반경 방향으로 플렉시블 커플링(112)의 내측으로 흐르며, 용접 비드(198)가 수용부(155)에 수용됨에 따라 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)의 사이에 공간부 측까지 도달하지 않고 용접 비드(198)가 수용부(155)에 형성된다. 아울러, 수축방지 지지부(152,154)는 용접 후 도 7의 화살표 방향으로 수축되는 것을 방지하는 지지 수단으로 작용한다.

수축방지 지지부는 수용부(155)의 하부에서 단턱 형상으로 연장 형성하여 만들 수 있다. 수축방지 지지부는 용접시 두개의 다이아프램 요소가 축 방향 내측으로 변형되는 것을 방지하는 지지수단이다. 수축방지 지지부는 다이아프램 요소 내측에서 서로 마주하는 측으로 돌출 연장하여 구성할 수도 있으나, 이 경우 수축방지 지지부 자체가 동력축의 고속 회전시 의도치 않은 중량체로 작용하여 악영향을 줄 수 있다. 이러한 것을 방지하면서 용접시 수축을 효과적으로 방지하기 위해, 수용부의 하부에서 일체로 연장되게 단턱 형상의 수축방지 지지부를 구성한 것이다.

한편, 도 8은 본 발명의 변형 예에 따른 동력 전달축의 일부를 확대 도시한 단면도이다.

도 8을 참조하면, 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b) 중 하나에 축 방향으로 다른 하나를 향해 연장되는 연장 지지부(156)를 구비한다. 아울러, 연장 지지부(156)의 축 방향 단면과 이와 마주하는 다른 하나의 다이아프램 요소의 축 방향 단면이 수축방지 지지부(152,154)를 형성한다. 이와 같이, 요입홈(151,153) 및 수축방지 지지부(152,154)는 비대칭으로도 형성이 가능하다.

지금까지 본 발명에 따른 동력 전달축은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 동력 전달축
111: 플랜지 112: 플렉시블 커플링
113: 메인 샤프트 114: 볼 조인트
1121: 림부 1122: 허브부
1123: 플렉시블 다이아프램부 151,153: 요입홈
152,154: 수축방지 지지부 155: 수용부
156: 연장 지지부 800: 엔진
900: 기어박스

Claims

반경 방향으로 내측에 위치하는 허브부(1122)와, 상기 허브부(1122)의 반경 방향으로 외측에 위치하는 림부(1121)와, 상기 허브부(1122)와 림부(1121)의 사이에 위치하는 플렉시블 다이아프램부(1123)로 구성되는 플렉시블 커플링(112)을 포함하는 동력 전달축에 있어서,
상기 플렉시블 커플링(112)은 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)가 림부(1121)에서 축 방향 단면이 서로 용접되어 이루어지고,
상기 용접되는 림부(1121)에 용접 비드를 수용하는 수용부(155)를 형성하며,
상기 수용부(155)의 일 측에 상기 플렉시블 커플링(112)의 변형을 방지하는 수축방지 지지부(152,154)가 구비되고,
상기 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)의 마주하는 단면에 오목한 형상의 요입홈(151,153)이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 동력 전달축.
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제1 항에 있어서,
상기 플렉시블 다이아프램부(1123)에서 상기 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)의 사이에 공간부가 형성되어, 상기 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b)가 결합된 상태에서 플렉시블 커플링(112)은 중공의 형상으로 이루어지고,
상기 수용부(155)는 반경 방향으로 상기 공간부와 이격 형성되며, 상기 수용부(155)와 공간부의 사이에 상기 수축방지 지지부(152,154)가 형성되는 것을 특징으로 하는 동력 전달축.
제4 항에 있어서,
상기 요입홈(151,153) 및 상기 수축방지 지지부(152,154)는 서로 대칭 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력 전달축.
제4 항에 있어서,
상기 제1 다이아프램 요소(112a)와 제2 다이아프램 요소(112b) 중 하나에 축 방향으로 다른 하나를 향해 연장되는 연장 지지부(156)를 구비하고,
상기 연장 지지부(156)의 축 방향 단면과 이와 마주하는 다른 하나의 다이아프램 요소의 축 방향 단면이 수축방지 지지부(152,154)를 형성하는 것을 특징으로 하는 동력 전달축.