KR102076517B1

KR102076517B1 - 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛용 기어 쌍, 이러한 기어 쌍을 갖는 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛 및 헬리컬 기어 유닛 및 평 기어 유닛에서의 이러한 기어 쌍의 사용

Info

Publication number: KR102076517B1
Application number: KR1020180058579A
Authority: KR
Inventors: 아베를레 스테펜; 멜린코브 에고르; 페흐러 젠스
Original assignee: 이엠에스 기어 에스에 운트 코. 카케아아
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2020-02-12
Also published as: EP3406939B1; CN108953496A; US20180340603A1; ES2801377T3; CN108953496B; EP3406939A1; KR20180128860A; US11549578B2

Abstract

본 발명은 제1 톱니부(14)를 구비한 제1 기어(10) 및 제2 톱니부(22)를 구비한 제2 기어(18)를 포함하는 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛용 기어 쌍에 관한 것으로, 제1 기어는 제1 축(A₁)을 갖고 제2 기어는 제2 축(A₂)을 가지며, 제1 축 및 제2 축은 0 내지 90°사이의 샤프트 각을 둘러싸고, 제1 톱니부(14)와 제2 톱니부(22)는 맞물림 결합되어, 결합될 때 인벌류트 톱니부(26)를 형성하고, 제1 및 제2 톱니부(14, 22)의 재료들은 결합될 때 금속/플라스틱 재료 쌍을 형성하도록 선택되며, 플라스틱으로 제조된 톱니부(14, 22)는 제1 나선각(β₁)을 갖고 금속으로 제조된 톱니부(14, 22)는 제2 나선각(β₂)을 가지며,
- 제1 나선각의 절대값(|β₁|)과 제2 나선각의 절대값(|β₂|)의 차(Δβ)는
- 샤프트 각도(χ)가 45 내지 90°인 헬리컬 기어 유닛의 경우:

이고, 샤프트 각도(χ)가 0 내지 45°인 헬리컬 기어 유닛의 경우:

이며,
- 샤프트 각도(χ)가 0°인 평 기어 유닛의 경우:

이고,
- 0.5°≤ K ≤ 5°이고, 특히, 1°≤ K ≤ 3°이다.

Description

헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛용 기어 쌍, 이러한 기어 쌍을 갖는 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛 및 헬리컬 기어 유닛 및 평 기어 유닛에서의 이러한 기어 쌍의 사용{Gear pairing for a helical gear unit or a spur gear unit, helical gear unit or spur gear unit with such a gear pairing and use of such a gear pairing in helical gear units and spur gear units}

본 발명은 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛용 기어 쌍, 이러한 기어 쌍을 갖는 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛 및 헬리컬 기어 유닛 및 평 기어 유닛에서의 이러한 기어 쌍의 사용에 관한 것이다

헬리컬 기어 및 웜(worm)의 기어 쌍을 갖는 헬리컬 기어 유닛은 많은 응용들에서 사용되는데, 특히 작은 공간에서 큰 기어비를 실현할 수 있기 때문이다. 이러한 특징으로 인하여, 헬리컬 기어 유닛들은 자동차 부문에서 상호 조정 가능한 두 개의 차량 부품 조정용 보조 드라이브들로 널리 사용된다. 헬리컬 기어 유닛으로 셀프-잠금(self-locking)이 가능하기 때문에 한 번 설정되면 서로에 대한 두 개의 차량 부품의 위치를 고정하기 위한 더 이상의 조치가 필요하지 않다.

헬리컬 기어 유닛은 웜 및 웜 기어로 구성된 웜 기어 유닛과 매우 유사하다. 헬리컬 기어 유닛에는, 로드 하에서, 소위 압력 타원(pressure ellipse)이 되는, 헬리컬 기어에 웜과의 점 접촉면(punctiform contact surface)이 존재하고, 웜 기어 유닛에서는 웜 및/또는 웜 기어의 톱니부의 구형체(globoid) 형상으로 인하여 웜 기어에 선 접촉이 존재한다. 톱니부의 특수 형상으로 인해 웜 기어는 헬리컬 기어 유닛의 특정 구현예를 나타낸다. 결과적으로 헬리컬 기어 유닛들에 대한 다음 설명이 웜 기어 유닛들에 동일하게 적용된다.

적어도 2 개의 평 기어를 포함하는 평 기어 유닛은 높은 효율을 특징으로 한다. 효율성이 중요한 역할을 하는 자동차 분야의 보조 드라이브의 경우 평 기어 유닛이 헬리컬 기어 유닛의 대안으로도 사용된다. 평 기어 유닛의 특히 주목할만한 실시예는 다수의 평 기어들을 포함하는 유성 기어 유닛이다. 또한, 링 기어(ring gear)는 평 기어이며 내부적으로 톱니가 다르다.

자동차 분야에서 이러한 보조 드라이브들의 적용 실시예는 좌석-길이 조정, 슬라이딩 루프(sliding roofs) 및 윈도우 레귤레이터(window regulators)이다.

헬리컬 기어 유닛 및 평 기어 유닛이 1 단 설계를 특징으로 하는 경우, 이들은 상술한 바와 같이 기어 유닛의 유형에 따라 상이하게 설계되는, 제1 기어 및 제2 기어를 포함한다.

제1 기어는 제1 톱니부(first toothing portion)를 구비하고 제2 기어는 제2 톱니부(second toothing portion)를 구비하며, 이들은 헬리컬 기어 유닛에 맞물려 결합되어 인벌류트 톱니(involute toothing)를 형성한다. 인벌류트 톱니는 예를 들어 사이클로이드 톱니(cycloidal toothing)와 대조적으로, 쉽게 실행되고 효과적인 호빙(hobbing) 공정을 통해 생산될 수 있기 때문에 제조하기가 비교적 쉽다. 또한 인벌류트 톱니는 사이클로이드 톱니와 비교하여 특정 한계 내에서 휠베이스 변경에 상대적으로 민감하지 않으며, 따라서 일반적으로 보다 부드러운 주행을 한다.

인벌류트 톱니들은 DIN 867에서 표준화된 표준 프로파일을 기반으로 한다. 표준 프로파일은 해당 기어가 백래쉬(backlash)없이 롤오프(rolling off)되는 이론적 랙 프로파일(rack profile)에 해당한다. 실제로는 호빙(hobbing) 공정에서 각각의 기어가 생산되는 공구의 모양이다. 인벌류트 톱니 DIN 867에서 표준화된 표준 프로파일을 기반으로하는 인벌류트 톱니는 특히 기어 쌍이 결합된 금속/금속 재료 쌍을 이루도록 설계된 경우, 많은 응용 분야에 매우 적합하다.

무엇보다 디자인 단순화, 무게 감소, 소음 발생 감소라는 이유로, 플라스틱으로 제조된 기어는 특히 자동차 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있으며, 플라스틱/플라스틱 또는 금속/플라스틱 재료 쌍이 존재한다. DIN 867에서 표준화된 기준 프로파일을 기반으로한 알려진 인벌류트 톱니는 제한된 범위에서만 금속/플라스틱 재료 쌍에 적합하다는 것이 알려졌다. 특히, 보다 높은 변형성 및 플라스틱의 더 큰 열 팽창으로 인하여, 헬리컬 기어 유닛 및 평 기어 유닛을 작동시킬 때 부정확한 맞물림이 발생할 수 있는데, 이는 소음 발생을 증가시키는 원인이되며, 금속/플라스틱 재료 쌍을 사용하는 장점 중 하나는 부분적으로만 실현될 수 있다. 또한 부정확한 맞물림은 마모 증가로 이어지며, 금속으로 만든 기어보다 플라스틱으로 만든 기어의 경우 더 크게 진행된다. 또한, 맞물림 기어 걸림(jamming)을 안전하게 제거할 수 없기 때문에, 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛의 오작동을 초래할 수 있다.

따라서 본 출원인은 DIN 867에 설명된 표준 프로파일과 다르고, 집합적으로 "기준 프로파일(reference profile)" 이라 칭해지는, 평 기어 유닛의 인벌류트 톱니 및 헬리컬 기어 유닛 인벌류트 톱니를 개발하였다.

통상, 헬리컬 기어 유닛의 구동 샤프트 및 출력 샤프트의 축은 서로 수직, 즉 90°각도이다. 그러나, 구동 샤프트과 출력 샤프트 사이의 각도가 90°미만이 되도록 헬리컬 기어 유닛을 설계하는 것도 가능하다. 구동 샤프트와 출력 샤프트 사이의 각도가 0°인 경우, 구동 샤프트와 출력 샤프트는 평 기어 유닛의 경우처럼 서로 평행하다. 따라서 두 개의 기준 프로파일들은 구동 샤프트과 출력 샤프트의 축들이 둘러싸는 각도에 적용된다는 점에서만 다르다.

적절하게 조정된 헬리컬 기어 유닛 및 평 기어 유닛 모두에 적합한 기준 프로파일들이 연속적으로 생산되고, 따라서 종래 기술의 일부이다.

본 출원인의 각각의 기준 프로파일은 표준화된 표준 프로파일과 비교하여 상당한 개선을 나타내지만, 기준 프로파일을 사용하여 전술한 단점을 완전히 제거할 수는 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛용 기어 쌍을 제공하는 것이며, 이에 의해, 금속/플라스틱 재료 쌍으로, 인벌류트 톱니를 사용하여 제1 기어와 제2 기어 사이의 부정확한 결합 위험을 줄일 수 있다.

이 목적은 청구항 1, 3, 5항 및 6항에 특정된 특징들에 의해 달성된다. 유리한 실시예들는 종속항들의 주제이다.

본 발명의 실시예는 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛용 기어 쌍에 관한 것으로, 제1 톱니부를 구비한 제1 기어 및 제2 톱니부를 구비한 제2 기어를 포함하고, 상기 제1 기어는 제1 축을 갖고, 상기 제2 기어는 제2 축을 가지며 제1 축 및 제2 축은 0 내지 90°사이의 샤프트 각을 둘러싸고, 제1 톱니부와 제2 톱니부는 맞물림(meshing engagement) 결합될 수 있고, 결합될 때 인벌류트 톱니를 형성하고, 제1 톱니부 및 제2 톱니부의 재료는, 결합될 때, 금속/플라스틱 재료 쌍이 되도록 선택되고, 및 플라스틱으로 제조된 톱니부는 제1 나선각을 가지며, 금속으로 제조된 톱니부는 제2 나선각을 갖는다. 이 경우, 제1 나선각의 절대값(|β₁|)과 제2 나선각의 절대값(|β₂|)의 차(Δβ)는

- 샤프트 각도(χ)가 45 ~ 90°인 헬리컬 기어 유닛의 경우:

이고,

- 샤프트 각도(χ)가 0 ~ 45°인 헬리컬 기어 유닛의 경우:

이며,

- 샤프트 각도(χ)가 0°인 평 기어 유닛의 경우:

이고,

- 0.5°≤ K ≤ 5°이고, 특히, 1°≤ K ≤ 3°이다.

금속/플라스틱 재료 쌍을 실현하기 위하여, 제1 기어는 적어도 제1 톱니부에서 금속으로 제조되어야 하고, 제2 기어는 적어도 제2 톱니부에서 플라스틱으로 제조되어야 하며, 또는 그 반대이다. 톱니부는 톱니가 위치하는 각각의 기어 부분을 의미하는 것으로 이해된다.

금속/플라스틱 재료 쌍은 결합된 톱니부에 관련되어, 플라스틱은 헬리컬 기어 및 웜의 접촉점 또는 접촉선에서 금속과 접촉한다.

기준 프로파일은 헬리컬형 톱니를 한정하며 후에 상세히 한정된다.

기어 쌍이 헬리컬 기어 유닛에 사용되면, 제1 기어는 웜으로 형성되고 제2 기어는 헬리컬 기어로 형성된다.

기어 쌍이 평 기어 유닛에 사용되면, 제1 기어는 제1 평 기어로 형성되고 제2 기어는 제2 평 기어로 형성된다.

평 기어 유닛과 헬리컬 기어 유닛 사이의 필수적인 특징은 샤프트 각도인데, 이는 제1 기어와 제2 기어의 축으로 둘러싸여 있다. 평 기어 유닛에서 축은 평행하여 축 각도가 0°가 된다. 대부분의 헬리컬 기어 유닛에서, 샤프트 각도는 90°이지만 샤프트 각도는 0°에서 90°사이에서 자유롭게 선택될 수 있다.

평 기어에서는 헬리컬 톱니를 사용할 필요가 없다. 그러나 헬리컬 톱니는 다음과 같은 특성들을 갖는다: 톱니부의 각각의 톱니는 갑자기 결합하지 않지만, 서로 다른 시간에서 플랭크 너비(flank width) 이상으로 결합하여, 평 톱니에 대한 중첩도(degree of overlap)가 증가된다. 결과적으로 부하 용량과 매끄러움이 증가하는데, 이것이 헬리컬 톱니가 평 톱니보다 고속에 더 적합한 이유이다.

헬리컬 기어 유닛의 경우와 같이 샤프트 각도가 0°에서 벗어남에도 불구하고 맞물림을 가능하게 하기 위하여 톱니부는 특정 나선각을 가져야 한다.

DIN 867 및 종래 기술에 따른 평 기어에서, 일반적으로, 제1 나선각과 제2 나선각은 절대값이 동일하다. 샤프트 각도가 45°와 90°사이인 헬리컬 기어 유닛에서, 제1 및 제2 나선각들의 절대값의 차이는 90°와 샤프트 각도의 차이와 동일하다. 샤프트 각도가 0°와 45°사이인 헬리컬 기어 유닛에서, 제1 및 제2 나선각의 절대값의 차이는 0°와 샤프트 각도의 차이와 동일하다.

제안된 바와 같이, 2 개의 나선각은 절대값 차이가 상술된 규정에서 상향 또는 하향으로 보정값을 벗어나는 것으로 선택된다. 이 범위에서, 제1 기어와 제2 기어 사이의 부정확한 결합의 위험이 특히 효과적으로 감소될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 기준 프로파일은 기준 나선각을 가지며, 제1 나선각은 기준 나선각과 상이하고, 및/또는 제2 나선각은 기준 나선각과 상이하다.

기준 프로파일은 나선각 및 나선각 의존량(dependent quantities)을 제외하고 현재 기어 쌍과 정확히 동일한 기어 쌍을 구비한 프로파일을 의미하는 것으로 이해된다. 그러나 이로 인해, 예를 들어, 팁 직경이 변경될 수 있다. 그러나 팁 직경은 나선각의 변화에 관계없이 동일하게 유지되어야 하는데, 그렇지 않으면 결합이 부적절해진다. 이로 인해 기어 쌍의 다른 양들(quantities)을 조정해야 할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 종래 기술로부터 공지된 기어 쌍의 나선각은 헬리컬 기어 유닛 및 평 기어 유닛 모두에서 동일하다.

대조적으로, 본 실시 형태에서, 예를 들면 다음과 같은 조합이 가능하다:

제1 나선각은 기준 나선각보다 작거나 또는 더 크며, 제1 나선각은 플라스틱으로 제조된 톱니부와 관련된다. 본원에서, 결합시 금속/플라스틱 재료 쌍이 있는 한, 플라스틱으로 제조된 톱니부가 제1 또는 제2 기어와 관련이 있는지 여부는 무관하다.

제2 나선각은 기준 나선각보다 작거나 더 크고, 제2 나선각은 금속으로 제조된 톱니부와 관련된다. 본원에서, 결합시 금속/플라스틱 재료 쌍이 있는 한, 금속으로 제조된 톱니부가 제1 또는 제2 기어와 관련이 있는지 여부는 무관하다.

언급된 제1 나선각의 조건은 언급된 제2 나선각의 조건에 관계없이 적용된다. 이 점에서 두 개의 나선각이 기준 나선각보다 클 수 있다. 또한 두 개의 나선각이 기준 나선각보다 작을 수 있다. 또한, 두 개의 나선각 중 하나가 더 크고 두 개의 나선각 중 다른 하나가 기준 나선각보다 작을 수도 있다.

톱니부 중 오직 하나의 나선각을 적용하는 것 및 기준 프로파일에 대해 다른 톱니부의 나선각을 변경하지 않고 남겨두는 것이 가능하다. 결과적으로 기어 중 하나가 변경되지 않고 유지될 수 있으므로 제안된 기어 쌍을 구현하기 위한 추가 노력이 낮게 유지될 수 있다.

모든 실시예에서, 언급된 양들은 여전히 인벌류트 톱니가 형성되도록 변경된다. 인벌류트 톱니의 전술한 이점, 특히 호브 공정에서의 간단한 제조가 유지된다.

본 발명의 실시예는 상술한 실시예들 중 하나에 따른 기어 쌍을 포함하는 헬리컬 기어 유닛에 관한 것으로, 제1 기어는 웜으로 형성되고, 제2 기어는 헬리컬 기어로 형성되며, 헬리컬 기어 또는 웜은 구동 샤프트에 연결되고, 웜의 제1 톱니부와 헬리컬 기어의 제2 톱니부는 맞물림 결합된다.

제안된 헬리컬 기어 유닛으로 얻을 수 있는 기술적 효과 및 이점들은 현재 기어 쌍에 대하여 논의된 것들에 대응한다. 요약하면, 제안된 헬리컬 기어 유닛으로, 헬리컬 기어 유닛의 작동에서의 부정확한 맞물림의 위험을 기술적으로 간단한 방식으로 감소시키는 것이 가능하다는 것을 주목해야 한다. 그 결과, 소음 발생 및 마모가 낮게 유지된다.

추가 변형된 실시예에서, 헬리컬 기어는 금속으로 제조될 수 있고, 스핀들 너트(spindle nut)로 형성되고 스핀들과 상호 작용할 수 있으며, 웜은 플라스틱으로 제조될 수 있다. 이 실시예에서, 헬리컬 기어 유닛은 특히 차량의 좌석 길이 조정에 사용하기에 적합하다. 이를 위하여, 스핀들 너트는 비회전식으로 차량에 장착된 스핀들에 지지된다. 스핀들 너트가 회전되면, 스핀들 너트의 세로 축을 따라 움직인다. 이 운동은 문제가 되는 좌석의 길이 방향 조정에 사용된다. 스핀들 너트로서 금속으로 제조된 헬리컬 기어의 설계는 다음과 같은 기술적 효과가 있다: 플라스틱에 비해 금속의 강도가 높아 금속으로 제조된 스핀들 너트가 스핀들에 더 큰 힘을 전달할 수 있어, 차량의 충돌시에 스핀들 너트가 스핀들과 맞물린 채로 유지되어, 시트의 제어되지 않은 이동이 방지된다. 이는 좌석에 앉아 있는 승객의 부상 위험을 줄일 수 있다.

대부분의 경우 헬리컬 기어는 전체가 금속으로 제조되고, 웜은 전체가 플라스틱으로 제조되거나, 헬리컬 기어는 전체가 플라스틱으로 제조되고 웜은 전체가 금속으로 제조되는데, 예를 들어 플라스틱으로 오버몰드된(overmolded) 금속제 인서트 부품이 제공되는 웜 또는 헬리컬 기어가 고려될 수 있다.

본 발명의 실시예는 전술한 예시적인 실시예들 중 하나에 의한 기어 쌍을 포함하는 평 기어 유닛에 관한 것으로, 제1 기어는 제1 평 기어로 형성되고 제2 기어는 제2 평 기어로 형성되며, 제1 평 기어 또는 제2 평 기어는 구동 샤프트에 연결되고 제1 평 기어의 제1 톱니부와 제2 평 기어의 제2 톱니부는 맞물림 결합된다.

제안된 평 기어로 얻을 수 있는 기술적 효과 및 이점들은 현재 기어 쌍에 대하여 논의된 것들에 대응한다. 요약하면, 제안된 평 기어로, 평 기어의 작동에서의 부정확한 맞물림의 위험을 기술적으로 간단한 방식으로 감소시키는 것이 가능하다는 것을 주목해야 한다. 그 결과, 소음 발생 및 마모가 낮게 유지된다. 또한, 평 기어 유닛은 특히 효율적으로 작동될 수 있다. 또한, 헬리컬 톱니는 매끄러움(smoothness)을 증가시킨다.

본 발명의 응용은 차량의 보조 드라이브, 특히 좌석 길이 조정을 위하여, 특히 설명된 실시예 중 하나에 의한 헬리컬 기어 유닛들 또는 특히 앞서 논의된 구현에 의한 평 기어에서 전술한 실시예들 중 하나에 따른 기어 쌍의 사용에 관한 것이다.

제안된 사용으로 얻을 수 있는 기술적 효과 및 이점들은 현재 기어 쌍에 대하여 논의된 것들에 대응한다. 요약하면, 기술적으로 간단한 방법으로 헬리컬 기어 유닛의 작동에서 부정확한 맞물림의 위험을 줄이기 위하여 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛에서 전술한 기어 쌍의 사용을 제안하는 것이 가능하다는 것을 주목해야한다. 그 결과, 소음 발생 및 마모가 낮게 유지된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1a)는 제안된 기어 쌍의 웜(worm)을 도시한 도면,
도 1b)는 제안된 기어 쌍의 헬리컬 기어를 도시한 도면으로, 상기 웜과 헬리컬 기어는 서로 맞물림 결합될 수 있고,
도 2a)는 제안된 기어 쌍의 제1 평 기어 도면이며,
도 2b)는 제안된 기어 쌍의 제2 평 기어의 도면으로, 제1 평 기어와 제2 평 기어는 서로 맞물림 결합될 수 있고,
도 3은 제안된 기어 쌍을 구비한 헬리컬 기어 유닛의 개략도이고, 및
도 4는 제안된 기어 쌍을 구비한 평 기어 유닛의 개략도이다.

도 1a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웜(12)으로 구성되고 전체가 플라스틱으로 제조된 제1 기어(10)를 도시한 도면이다. 웜(12)은 다수의 톱니(16)가 그 내부에 위치된 제1 톱니부(14)를 갖는다. 제1 톱니부(14)는 제1 나선각(β₁)을 갖는다.

도 1b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 기어(18)를 도시한다. 제2 기어(18)는 헬리컬 기어(20)로 형성되고 전체가 금속으로 제조된다. 헬리컬 기어(20)는 다수의 톱니(16)가 그 내부에 위치된 제2 톱니부(22)를 구비한다. 제2 톱니부(22)는 제2 나선각(β₂)을 갖는다.

이하에서 정의되는 바와 같이, 제1 기어(10) 또는 제2 기어(18) 상에 관련 톱니부가 배치되는지 여부에 관계없이, 제1 나선각(β₁)은 항상 플라스틱으로 제조된 톱니부와 관련되고, 제2 나선각(β₂)은 금속으로 제조된 톱니부와 관련된다.

웜(12)과 헬리컬 기어(20)는 기어 쌍(24)을 형성하며, 제1 톱니부(14)와 제2 톱니부(22)는 서로 맞물림 결합되어 인벌류트 톱니부(26)를 형성할 수 있다(도 3 참조).

기어 쌍(24)을 형성하는 웜 및 헬리컬 기어를 갖는 기준 프로파일은 도시되지 않는다(표 1 참조). 기준 프로파일의 경우, 제1 나선각(β₁)과 제2 나선각(β₂)은 절대값이 동일하여, 이들은 모두 동일한 절대값의 기준 나선각(β_r)을 형성한다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 웜(12)과 헬리컬 기어(20), 및 기준 프로파일의 웜과 헬리컬 기어 모두는 90°의 샤프트 각도 χ를 형성하는 헬리컬 기어 유닛용으로 설계된다(도 3 참조).

도 1a에 도시된 실시예에서, 웜(12)은 기준 프로파일의 웜에 대응하므로, 제1 나선각(β₁)은 기준 나선각(β_r)과 동일하다.

그러나, 헬리컬 기어(20)의 제2 나선각(β₂)은 기준 나선각(β_r)보다 커서, 헬리컬 기어(20)는 기준 프로파일의 헬리컬 기어로부터 벗어난다. 그러나, 편차는 인벌류트 톱니부(26)에서 제2 나선각(β₂) 및 제2 나선각(β₂)의 양들로 제한된다. 그렇지 않으면, 헬리컬 기어(20)는 기준 프로파일의 헬리컬 기어(20)와 동일한 방식으로 구성된다. 그러나, 완벽하게 맞물리게 하려면 특히 팁 직경을 일정하게 유지해야 한다. 결과적으로 제2 나선각(β₂)에 의존하지 않는 다른 양들을 적용해야 할 수 있다. 제2 나선각(β₂)은 제1 나선각(β₁) 보다 커서, 제1 나선각(β₁)과 제2 나선각(β₂)의 차는 음의 값을 취한다.

차 Δβ에 대하여 다음이 적용된다:

도 2a에서, 제1 기어(10)는 제2 실시예에 따라 제1 평 기어(28)로 구성되고 전체가 플라스틱으로 제조된다. 제1 평 기어(28)는 또한 내부에 다수의 톱니(16)가 위치된 제1 톱니부(14)를 갖는다. 제1 톱니부(14)는 제1 나선각(β₁)을 갖는다.

도 2b에서, 제2 기어(18)는 본 발명의 제2 실시예에 따라 제2 평 기어(30)로 형성된다. 제2 평 기어(30)는 전체가 금속으로 제조된다. 제2 평 기어(30)는 그 내부에 다수의 톱니(16)가 위치된 제2 톱니부(22)를 갖는다. 제2 톱니부(22)는 제2 나선각(β₂)을 갖는다.

제1 평 기어(28) 및 제2 평 기어(30)는 제1 톱니부(14)와 제2 톱니부(22)가 서로 맞물릴 수 있는 기어 쌍(24)을 형성한다(도 4 참조).

기어 쌍을 형성하는 제1 평 기어 및 제2 평 기어를 갖는 기준 프로파일은 도시되지 않는다. 기준 프로파일의 경우, 제1 나선각(β₁)과 제2 나선각(β₂)

는 절대값이 동일하여, 이들은 모두 동일한 절대값의 기준 나선각(β_r)을 형성한다. 평 기어에서 두 개의 나선각(β₁,β₂)은 반대 기호를 가져, 대응하는 기어 쌍(24)은 좌측-경사진 기어(10) 및 우측-경사진 기어(18)를 포함한다는 것이 주지된다.

다시, 제1 기어(10)가 기준 프로파일의 기어에 대응하여, 제1 나선각(β₁)은 기준 나선각(β_r)과 동일하다. 그러나, 제2 기어(18)의 제2 나선각(β₂)은 제1 나선각(β₁)보다 커서, 제1 나선각(β₁)의 절대값과 제2 나선각(β₂)의 절대값 사이의 차0(Δβ)는 음의 값을 취한다.

도 3은 헬리컬 기어(20) 및 웜(12)을 포함하는 헬리컬 기어 유닛(32)을 개략적으로 도시한 도면이다. 헬리컬 기어(20)와 웜(12)은 서로 맞물려서 함께 인벌류트 톱니부(26)를 형성하는 기어 쌍(24)을 형성한다. 헬리컬 기어(20)가 금속으로 제조되고 웜(12)이 플라스틱으로 제조되기 때문에, 맞물릴 때 금속/플라스틱 재료 쌍이 형성된다.

도시된 실시예에서, 웜(12)은 제1 축(A₁)을 중심으로 도시되지 않은 모터에 의해 회전될 수있는 구동 샤프트(34)에 연결된다. 헬리컬 기어(20)는 내부 나사산을 구비한 스핀들 너트(36)로 형성되고 제2 축(A₂) 둘레로 회전가능하다. 내부 나사산에 의해, 스핀들 너트(36)는 스핀들(38)의 종축(L)이 도 3의 평면에 수직인 상태에서 스핀들(38)에 연결된다. 기어 쌍(24)이 배열된 하우징은 도시되지 않았다. 제1 축(A₁) 및 제2 축(A₂)은 샤프트 각도(χ) 90°를 형성한다.

도시된 실시예에서, 헬리컬 기어(32)는 차량의 시트 길이 조정에 특히 적합하다. 스핀들(38)은 비-회전식으로 차량에 장착된다. 웜(12)이 모터의 대응하는 작동의 결과로서 구동 샤프트(34)를 통해 회전되면, 웜(12)의 회전은 대응하는 기어비로 스핀들 너트(36)에 전달된다. 그 결과, 스핀들 너트(36) 및 전체 헬리컬 기어 유닛(32)은 스핀들(38)의 종축(L)을 따라 이동한다. 이 운동은 문제가 되는 좌석의 길이 방향 조정에 사용된다.

도 4는 제1 평 기어(28) 및 제2 평 기어(30)를 포함하는 평 기어(40)를 도시한 개략도이다. 제1 평 기어(28) 및 제2 평 기어(30)는 서로 맞물림 결합하고 함께 기어 쌍(24)을 형성하여 인벌류트 톱니부(26)를 형성한다. 제1 평 기어(28)가 플라스틱으로 제조되고 제2 평 기어(30)가 금속으로 제조되기 때문에, 결합될 때 금속/플라스틱 재료 쌍이 형성된다.

제1 평 기어(28)는 구동 샤프트(42)에 연결되고, 제2 평 기어(30)는 출력 샤프트(44)에 연결된다. 제1 평 기어(28) 및 구동 샤프트(42)은 제1 축(A₁) 둘레로 회전 가능하다. 제2 평 기어(30) 및 출력 샤프트(44)은 제2 축(A₂) 둘레로 회전 가능하다. 평 기어 유닛(40)은 구동 샤프트(42) 및 출력 샤프트(44)가 지지되는 하우징(46)을 포함하는데, 이는 상세하게 도시되지 않는다. 제1 축(A₁)과 제2 축(A₂)은 서로 평행하기 때문에 샤프트 각도(χ)는 0°이므로 표시되지 않는다.

다음, 인벌류트 톱니부(26)의 주요 양들의 관계가 열거된다. 가장 중요한 양들은 다음과 같다:

d₀ 피치(pitch) 직경(mm)

d_a 팁(tip) 직경(mm)

d_f 루트(root) 직경(mm)

e 갭(gap) 너비(mm)

h 톱니 높이(mm)

h_a 어덴덤 팩터(addendum factor)

h_f 디덴덤 팩터(dedendum factor)

m_n 이 직각 모듈(normal module)(mm)

p 피치(pitch)(mm)

s_n 정상 톱니 두께(normal tooth thickness)(mm)

x 프로파일 수정 팩터(profile modification factor)(-)

z 톱니 개수(-)

α_n 정상 압력 각(°)

β 나선각(helix angle)(°)

이러한 양들은 다음과 같이 서로 관련된다:

피치 직경 d₀에 다음 관계들이 적용된다:

루트 직경 d_f에 대하여 다음 관계가 적용된다:

팁 직경에 대하여 다음이 적용된다:

이 직각 모듈에 대하여 다음이 적용된다:

톱니 높이(h)에 대하여 다음이 적용된다:

표 1은 두 개의 예시적인 실시예들에 기초하여, 본 출원인에 의해 연속적으로 제조되고, 따라서 알려진, 헬리컬 기어 유닛(32)에 대한 기준 프로파일에 비교되는 제안된 인벌류트 톱니부(26)의 필수값들에 대한 비교를 나타내는데, 웜(12)은 플라스틱으로 제조되고 헬리컬 기어(20)는 금속으로 제조되며, 함께 기어 쌍(24)을 형성한다. 모든 경우에, 헬리컬 기어 유닛은 90°의 샤프트 각도(χ)를 갖는다.

표 1로부터, 기준 프로파일에서, 웜의 제1 나선각(β₁)은 헬리컬 기어의 제2 나선각(β₂)과 동일하다는 것을 알 수 있다. 제1 실시예에서, 웜(12)은 기준 프로파일의 웜에 대응하여, 제1 나선각(β₁)은 기준 나선각(β_r)에 대응한다. 제1 나선각(β₁)과 비교하여, 헬리컬 기어(20)의 제2 나선각(β₂)은 약 3°의 보정값(K)으로 증가된다.

제2 실시예에서, 헬리컬 기어(20)는 기준 프로파일의 헬리컬 기어에 대응하여, 제2 나선각(β₂)은 기준 나선각(β_r)에 대응한다. 제2 나선각(β₂)과 비교하여, 웜(12)의 제1 나선각(β₁)은 약 3°의 보정값(K)으로 감소된다.

표 1: 헬리컬 기어 유닛 비교(샤프트 각(χ) = 90°)

표 2는 하나의 예시적인 실시예들에 기초하여, 본 출원인에 의해 연속적으로 제조되고, 따라서 알려진, 평 기어 유닛(40)에 대한 기준 프로파일에 비교되는 제안된 인벌류트 톱니부(26)의 필수값들에 대한 비교를 나타내는데, 제1 평 기어(28)는 금속으로 제조되고 제2 평 기어(30)는 플라스틱으로 제조되며, 함께 기어 쌍(24)을 형성한다. 정의된 바와 같이, 제1 나선각(β₁)은 플라스틱으로 제조된 톱니부와 관련되고, 제2 나선각(β₂)은 금속으로 제조된 톱니부와 관련된다. 이러한 관점에서, 표 2에서, 제1 평 기어(28)는 제2 나선각(β₂)을 가지고, 제2 평 기어(30)는 제1 나선각(β₁)을 갖는다.

표 2로부터, 기준 프로파일에서, 제2 평 기어의 제1 나선각(β₁)은 제1 평 기어의 제2 나선각(β₂)과 동일함을 알 수 있다. 제1 실시예에서, 금속으로 제조된 제1 평 기어(28)는 기준 프로파일의 제1 평 기어에 대응하여, 제2 나선각(β₂)은 기준 나선각(β_r)에 대응한다. 금속으로 제조된 제1 평 기어(28)의 제2 나선각(β₂)과 비교하여, 플라스틱으로 제조된 제2 평 기어(30)의 제1 나선각(β₁)은 1°의 보정값(K)으로 증가된다.

표 2: 평 기어 유닛 비교(샤프트 각도 χ = 0°)

참조부호 목록
10 제1 기어
12 웜
14 제1 톱니부
16 톱니
18 제2 기어
20 헬리컬 기어
22 제2 톱니부
24 기어 쌍
26 인벌류트 톱니
28 제1 평 기어
30 제2 평 기어
32 헬리컬 기어 유닛
34 구동 샤프트
36 스핀들 너트
38 스핀들
40 평 기어 유닛
42 구동 샤프트
44 출력 샤프트
46 하우징
β₁ 제1 나선각
β₂ 제2 나선각
β_r 기준 나선각
A₁ 제1 축
A₂ 제2 축
K 보정값
L 종축

Claims

- 제1 톱니부(14)를 구비한 제1 기어(10) 및
- 제2 톱니부(22)를 구비한 제2 기어(18)를 포함하는 헬리컬 기어 유닛 또는 평 기어 유닛용 기어 쌍으로서,
- 제1 기어는 제1 축(A₁)을 갖고 제2 기어는 제2 축(A₂)을 가지며, 제1 축 및 제2 축은 0 내지 90°사이의 샤프트 각을 둘러싸고,
- 제1 톱니부(14)와 제2 톱니부(22)는 맞물림 결합되어, 결합될 때 인벌류트 톱니부(26)를 형성하고,
- 제1 톱니부 및 제2 톱니부(14, 22)의 재료들은 결합될 때 금속/플라스틱 재료 쌍을 형성하도록 선택되며, 및
- 플라스틱으로 제조된 톱니부(14, 22)는 제1 나선각(β₁)을 갖고 금속으로 제조된 톱니부(14, 22)는 제2 나선각(β₂)을 가지며,
- 제1 나선각의 절대값(|β₁|)과 제2 나선각의 절대값(|β₂|)의 차(Δβ)는
- 샤프트 각도(χ)가 45 내지 90°인 헬리컬 기어 유닛의 경우:
이고, 샤프트 각도(χ)가 0 내지 45°인 헬리컬 기어 유닛의 경우:
이며,
- 샤프트 각도(χ)가 0°인 평 기어 유닛의 경우:
이고,
- 0.5°≤ K ≤ 5°인, 기어 쌍.
제1항에 있어서, 기준 프로파일은 기준 나선각(β_r)을 가지며, 제1 나선각(β₁)은 기준 나선각(β_r)과 상이하고/상이하거나 제2 나선각(β₂)은 기준 나선각(β_r)과 상이한, 기어 쌍.
제1 항 또는 제2 항에 의한 기어 쌍(24)을 포함하는 헬리컬 기어 유닛(helical gear unit)으로서, 상기 제1 기어(10)는 웜(12)으로 형성되고 상기 제2 기어(18)는 헬리컬 기어(20)로 형성되며, 헬리컬 기어(20) 또는 웜(12)은 구동 샤프트(34)에 연결되고, 웜(12)의 제1 톱니부(14)와 헬리컬 기어(20)의 제2 톱니부(22)는 맞물림 결합되는, 헬리컬 기어 유닛.
제3항에 있어서, 헬리컬 기어(20)는 금속으로 제조되고, 스핀들 너트(30)로형성되고, 스핀들(34)과 상호 작용하며, 웜(12)은 플라스틱으로 제조되는, 헬리컬 기어 유닛.
제1 항 또는 제2 항에 의한 기어 쌍(24)을 포함하는 평 기어 유닛(spur gear unit)으로서, 상기 제1 기어는 제1 평 기어로 형성되고, 상기 제2 기어는 제2 평 기어로 형성되며, 제1 평 기어(28) 또는 제2 평 기어(30)는 구동 샤프트(42)에 연결되고, 제1 평 기어(28)의 제1 톱니부(14)와 제2 평 기어(30)의 제2 톱니부(22)가 맞물림 결합되는, 평 기어 유닛.
제1항에 있어서, 상기 기어 쌍은 좌석 길이 조정에 사용되는, 기어 쌍.
제3항에 있어서, 상기 헬리컬 기어 유닛은 좌석 길이 조정에 사용되는, 헬리컬 기어 유닛.
제5항에 있어서, 상기 평 기어 유닛은 좌석 길이 조정에 사용되는, 평 기어 유닛.
제1항에 있어서, 1°≤ K ≤ 3°인, 기어 쌍.