KR101925596B1 - 진동 저감 축 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내부 중공의 원통형상의 아웃샤프트로 이루어진 진동저감 축으로서, 상기 아웃샤프트는, 축의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치되는 제1부재(110)와 제2부재(120); 및 상기 제1부재와 제2부재 사이에 배치되는 진동저감영역(150);을 포함하고, 상기 진동저감영역에는, 상기 제1부재와 제2부재를 축방향으로 연결하는 블레이드(151) 다수 개가 서로 이격되어 배치되는 진동저감 축에 관한 것이며, 상기 블레이드의 일단은 상기 제1부재 또는 제2부재 중 어느 하나에 일체로 결합되되, 상기 블레이드의 타단은 상기 제1부재 또는 제2부재 중 다른 하나에 댐핑재를 매개로 결합될 수 있다.
본 발명은 회전 전달을 목적으로 하는 기어장치 시스템에서 고주파 진동을 감소시키고자 하는 경우 그리고 기어 면적이 좁거나 두꺼운 형태의 기어장치 시스템에 적용이 가능하도록 하는 것을 목적으로 하며, 특히, 진동 안정성이 매우 요구되는 인공위성용 통신안테나의 회전 짐발(Gimbal)장치 및 회전 운동을 갖는 카메라 장치 등에 효과적으로 적용 가능하다

Description

진동 저감 축{VIBRATION REDUCTION SHAFT}

본 발명은 회전 운동에 의해 발생하는 진동을 저감시키는 장치로서, 회전운동의 전달을 위해 사용되는 기어 및 회전 축(Shaft)에 적용되는 기술이며, 특히, 베벨기어(Bevel Gear)와 같이 기어 면적이 작아서 진동저감 장치 및 진동저감 기어를 적용하기 어려운 조건일 경우 진동저감 기능이 있는 회전축을 적용함으로써 회전에 의해 발생하는 진동을 저감시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

기어는 회전 토크를 두 축 이상에 대하여 전달하며, 기어비를 통하여 회전 속도 및 토크의 전달비를 조절하는 기능을 하는 기계요소이며, 노이즈, 진동의 원인이 되는 맞물림 전달 오차가 생성되는 단점도 존재한다.

회전 토크의 전달 뿐만 아니라 구동축으로 부터 전달되는 진동 또한 같이 전달 되며, 백래쉬(Backlash) 등과 같은 기어에 의한 진동이 발생되어 회전 기구 시스템의 진동 및 소음을 유발시키게 되고, 이것은 성능 저하 및 수명 단축을 초래하기도 한다.

이를 해결하기 위해 종래기술인 등록특허 10-1270945에서 회전 동력이 전달되는 기어 축에 홈 및 점탄성 재료를 사용하여 Isolation Mode를 발생시키고, 이를 통하여 불필요한 고주파 진동을 저감시키는 기술이 적용되었다.

그러나, 상기 종래기술은 기어 장치에 적용하기 위해서는 일정 이상의 평면 면적을 갖는 일반 기어이어야 하나, 베벨 기어와 같이 기어 면적이 좁거나 두꺼운 형태의 기어에는 그 기술을 적용하는데 제한점이 발생하게 된다.

본 발명은 종래기술의 문제점인 축의 진동을 저감시키는 진동저감 축을 제공하는 것이며, 특히 베벨 기어와 같이 좁은 면적을 갖거나 두꺼운 형태의 기어에 대해서 적용가능한 축의 구조를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명은 회전 전달을 목적으로 하는 기어장치 시스템에서 고주파 진동을 감소시키고자 하는 경우 그리고 기어 면적이 좁거나 두꺼운 형태의 기어장치 시스템에 적용이 가능하도록 하는 것을 목적으로 하며, 특히, 진동 안정성이 매우 요구되는 인공위성용 통신안테나의 회전 짐발(Gimbal)장치 및 회전 운동을 갖는 카메라 장치 등에 적용할 수 있는 기술을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은, 내부 중공의 원통형상의 아웃샤프트로 이루어진 진동저감 축으로서, 상기 아웃샤프트는, 축의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치되는 제1부재(110)와 제2부재(120); 및 상기 제1부재와 제2부재 사이에 배치되는 진동저감영역(150);을 포함하고, 상기 진동저감영역에는, 상기 제1부재와 제2부재를 축방향으로 연결하는 블레이드(151) 다수 개가 서로 이격되어 배치되는 진동저감 축을 제공한다.

상기 블레이드의 일단은 상기 제1부재 또는 제2부재 중 어느 하나에 일체로 결합되되, 상기 블레이드의 타단은 상기 제1부재 또는 제2부재 중 다른 하나에 댐핑재를 매개로 결합될 수 있다.

상기 진동저감영역에는, 상기 제1부재에 일단이 부착되고 타단에는 돌기(155a)가 형성된 제1스톱퍼(155); 및 상기 제2부재에 일단이 부착되고 타단에는 상기 돌기(155a)를 수용하는 홈(156a)이 형성된 제2스톱퍼(156);가 배치된다.

상기 제1스톱퍼의 타단과 상기 제2스톱퍼의 타단은 소정 간격(d)으로 이격된다.

상기 아웃샤프트의 내부에는 아웃샤프트의 내경보다 작은 외경을 가진 이너샤프트가 배치될 수 있다.

상기 이너샤프트의 일단은 상기 제2부재에 일체로 고정되되, 타단은 상기 제1부재에 접하지 않는다.

상기 이너샤프트와 상기 아웃샤프트 사이에는 베어링이 구비될 수 있고, 상기 베어링을 수용하기 위해 상기 아웃샤프트 내주면과 상기 이너샤프트의 외주면에는 각각 베어링 수용홈이 형성될 수 있다.

상기 베어링 수용홈은 상기 베어링의 축 방향 슬립을 허용할 수 있다.

상기 진동저감 축의 아웃샤프트 끝단에는 베벨기어가 장착된다.

본 발명은 회전 전달을 목적으로 하는 기어장치 시스템에서 고주파 진동을 감소시키고자 하는 경우 그리고 기어 면적이 좁거나 두꺼운 형태의 기어장치 시스템에 적용이 가능하도록 하는 것을 목적으로 하며, 특히, 진동 안정성이 매우 요구되는 인공위성용 통신안테나의 회전 짐발(Gimbal)장치 및 회전 운동을 갖는 카메라 장치 등에 효과적으로 적용 가능하다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감 축에 베벨기어가 장착된 모습이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감 축의 외관 사시도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감 축의 종단면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 진동저감 축의 일부를 펼친 전개도 모습이며,
도 6과 도 7은 도 4의 진동저감 축에서 이너 샤프트 등 일부 구성이 추가된 종단면도이며,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동저감 축의 전개도 모습이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감 축(100)에 베벨기어(G)가 장착된 모습이다.

본 발명은 기어로 회전을 전달하는 축에 주로 사용되는 진동저감 장치이며, 특히 위에서 설명한 것처럼 베벨기어에 효과적인 구조이다. 다만, 반드시 베벨기어에만 사용됨을 전제하는 것은 아니며, 회전 동력을 전달하는 축이라면 적용가능할 것이다. 도 1과 도 2는 그 일 예로서 베벨 기어가 축의 일단에 구비된 형태를 보여주고 있으며, 베벨기어가 축에 연결되는 모습은 도 1처럼 체결부위에 지름이 감소한 영역을 두거나 또는 도 2처럼 회전축을 그대로 연결할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감 축의 외관 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동저감 축의 종단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 진동저감 축의 일부를 펼친 전개도 모습이다. 즉, 도 5는 도 3의 축 종방향으로 잘라서 펼친 모습이다.

본 발명의 실시예에 따른 진동저감 축(100)은, 먼저 내부가 중공인 원통형상의 아웃샤프트로 이루어지고, 상기 아웃샤프트는 축의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치되는 제1부재(110)와 제2부재(120) 및 상기 제1부재와 제2부재 사이에 배치되는 진동저감영역(150)으로 이루어진다. 여기서 진동저감영역(150)은 축의 회전력 전달과정에서 수반되는 진동을 저감하기 위해 본 발명에서 특별히 고안한 영역이다. 상기 진동저감영역에는, 상호 이격된 상기 제1부재와 제2부재를 축방향으로 연결하는 블레이드(151) 다수 개가 축 방향으로 배치되고, 블레이드(151)들은 서로 이격되어 배치된다. 이러한 블레이드는 진동저감영역에서 강성을 제공하는 역할을 하며, 수직방향 작용력 및 측방향 작용력에 대한 지지력을 충분히 확보하기 위해서 필요한 적절한 단면적을 갖는다.

축 방향 토크에 대해 제1부재(110)에 변형이 발생하며, 그 결과로 상기 블레이드(151)에는 탄성변형이 발생한다. 이렇게 블레이드의 탄성 및 점성 운동에 따라 본 발명 진동저감 축에서 진동이 저감되는 것이다.

그리고, 본 발명은 블레이드의 항복변형을 방지하기 위해서 스톱퍼(155,156)를 구비할 수 있다. 상기 스톱퍼는 진동저감영역에 상하로 배치되며, 상기 제1부재에 일단이 부착되고 타단에는 돌기(155a)가 형성된 제1스톱퍼(155)와 상기 제2부재에 일단이 부착되고 타단에는 상기 돌기(155a)를 수용하는 홈(156a)이 형성된 제2스톱퍼(156)로 이루어진다. 이때, 상기 제1스톱퍼의 타단과 상기 제2스톱퍼의 타단은 소정 간격(d)으로 이격된 상태이며 서로 접하지 않게 구성되어서 상기 블레이드가 탄성변형 범위 내에 있도록 하게 된다. 즉, 상기 블레이드가 변형으로 일정 범위 이상 변형이 오게 되면, 상기 제1스톱퍼의 돌기(155a)와 상기 제2스톱퍼의 홈(156a)이 블레이드 항복변형 전에 서로 접하여 더 이상의 변형을 막는 역할을 하게 된다. 블레이드의 강성이 충분한 경우에는 상기 스톱퍼는 필요하지 않을 수도 있을 것이다.

도 6과 도 7은 도 4의 진동저감 축에서 이너 샤프트 등 일부 구성이 추가된 종단면도이며, 상기 아웃샤프트의 내부에 아웃샤프트의 내경보다 작은 외경을 가진 이너샤프트(180)가 배치된 구조이다. 상기 이너샤프트(180)의 일단은 상기 제2부재(120)에 일체로 고정되되, 타단은 상기 제1부재(110)에 접하지 않고 약간의 간극을 갖도로 한다. 그리고, 상기 이너샤프트와 상기 아웃샤프트 사이에는 적절한 위치에 베어링(195)이 구비되며, 상기 베어링을 수용하기 위해 상기 아웃샤프트 내주면과 상기 이너샤프트의 외주면에는 각각 베어링 수용홈이 형성될 수 있다. 이때, 배치되는 상기 베어링(180)은 축방향으로 약간의 슬립을 허용하는 슬립형(도 7)일 수도 있고 슬립이 없는 고정형(도 6)일 수도 있다. 도 7에서는 베어링의 수용홈의 축방향 폭이 상기 베어링의 축방향 길이 보다 약간 크게 틈(S)을 두어서 상기 베어링의 축 방향 슬립을 허용하는 모습이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동저감 축의 전개도 모습이다.

본 실시예에서 도시한 진동저감 축은 위에서 설명한 진동저감 축의 일부 변경 모습이다. 즉, 내부 중공의 원통형상으로 아웃샤프트가 구비되고, 축의 길이 방향으로 서로 이격되어 제1부재(110)와 제2부재(120)가 배치되고, 상기 제1부재와 제2부재 사이의 진동저감영역에 상기 제1부재와 제2부재를 축방향으로 연결하는 블레이드(151) 다수 개가 서로 이격되어 배치되는 점은 위에서 설명한 것과 유사하다. 다만, 본 실시예에서는 상기 블레이드의 끝단 중 하나는 댐핑소재를 매개로 결합되는 점이 차이점이다.

다시 말하면, 상기 블레이드의 일단은 상기 제1부재 또는 제2부재 중 어느 하나에 일체로 결합되되, 상기 블레이드의 타단(151a)은 상기 제1부재 또는 제2부재 중 다른 하나에 댐핑소재(151b)를 매개로 결합될 수 있다. 댐핑소재(damping material)는 탄성을 가지는 물질로서 진동 감쇠효과를 극대화 할 수 있는 소재가 좋다.

도 8에 도시된 본 실시예는 바람직하게는 도 6에 도시된 고정형 베어링일 경우에 적용되는 것이 좋다. 즉, 수직방향 지지력은 도 6에 도시된 고정형 베어링으로 지지하고, 분리된 진동저감영역에는 댐핑소재를 추가하여 감쇠효과를 극대화한 것이며, 분리된 블레이드를 적용하여 블레이드의 변형 최소화도 가능하게 한 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

1. 내부 중공의 원통형상의 아웃샤프트로 이루어진 진동저감 축으로서,
   상기 아웃샤프트는,
   축의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치되는 제1부재와 제2부재; 및 상기 제1부재와 제2부재 사이에 배치되는 진동저감영역;을 포함하고,
   상기 진동저감영역(150)은,
   상기 제1부재와 제2부재를 축방향으로 연결하면서 이격 배치된 다수 개의 블레이드(151);
   상기 제1부재에 일단이 부착되고 타단에는 돌기가 형성된 제1스톱퍼(155); 및
   상기 제2부재에 일단이 부착되고 타단에는 상기 돌기를 수용하는 홈이 형성된 제2스톱퍼(156);를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동저감 축.
2. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드의 일단은 상기 제1부재 또는 제2부재 중 어느 하나에 일체로 결합되되,
   상기 블레이드의 타단은 상기 제1부재 또는 제2부재 중 다른 하나에 댐핑소재를 매개로 결합되는 것을 특징으로 하는 진동저감 축.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1스톱퍼의 타단과 상기 제2스톱퍼의 타단은 소정 간격(d)으로 이격되는 것을 특징으로 하는 진동저감 축.
5. 제4항에 있어서,
   상기 아웃샤프트의 내부에는 아웃샤프트의 내경보다 작은 외경을 가진 이너샤프트가 배치되는 것을 특징으로 하는 진동저감 축.
6. 제5항에 있어서,
   상기 이너샤프트의 일단은 상기 제2부재에 일체로 고정되되, 타단은 상기 제1부재에 접하지 않는 것을 특징으로 하는 진동저감 축.
7. 제6항에 있어서,
   상기 이너샤프트와 상기 아웃샤프트 사이에는 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 진동저감 축.
8. 제7항에 있어서,
   상기 베어링을 수용하기 위해 상기 아웃샤프트 내주면과 상기 이너샤프트의 외주면에는 각각 베어링 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 진동저감 축.
9. 제8항에 있어서,
   상기 베어링 수용홈은 상기 베어링의 축 방향 슬립을 허용하는 것을 특징으로 하는 진동저감 축.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 아웃샤프트에는 베벨기어가 장착되는 것을 특징으로 하는 진동저감 축.

Images