KR102460167B1 - 개선된 구조를 갖는 베벨 기어 - Google Patents

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Abstract

본체(60)를 갖는 베벨 기어(31)로서, 상기 본체는 스킨 표면(65)을 포함하고,
상기 베벨 기어(31)는 적어도 하나의 기어 이빨 갭(67)을 구비하고, 상기 기어 이빨 갭(67)은 상기 스킨 표면(65)의 영역에서 상기 본체(60)로부터 나오게 되어 있고,
상기 기어 이빨 갭(67)은 기어 이빨 베이스(68)를 구비하고, 상기 기어 이빨 베이스(68)의 프로파일은 상기 공작물 회전축(R1)에 대하여 베이스 원뿔각(δf)에 의하여 정의되고,
상기 스킨 표면(65)에 동심적으로 형성된 외주 링 구조(80)가 구비되고, 상기 외주 링 구조(80)는 상기 스킨 표면(65)에 대하여 상승되어 있고, 상기 외주 링 구조(80)는 상기 기어 이빨 베이스(68)와 상기 외주 링 구조(80) 사이에 힐측 출구 각도(δ1)를 형성하고, 상기 출구 각도(δ1)는 125도와 160도 사이의 범위로 되어 있다.

Description

개선된 구조를 갖는 베벨 기어 {Bevel gear having modified geometry}
본 발명은 베벨 기어의 이빨 모서리의 디버링(deburring)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상응하게 개선된 구조를 갖는 베벨 기어에 대한 것이다.
베벨 기어를 제작하는 과정에, 사용하는 공구나 사용하는 기술에 따라, 외측 기어 이빨 단부에서 칩을 만들어내는 가공에 기인하여, 가공 자국으로서 깔죽한 부분인 버어(burr)가 발생된다.
이러한 버어의 형성과 이를 없애는 디버링을 설명하기 전에, 상응하는 현상에 대하여 몇가지 기본적 고려사항과 도면을 바탕으로 하여 보다 정확하게 정의하여야 한다.
도 1a는 베벨 기어 피니언(31)의 개략적인 측면도를 나타내는데, 여기서 부재와 용어는 이 측면도를 기본으로 정의되고, 이들은 본 출원의 청구범위에 사용된다. 도 1b는 도 1a에 따른 베벨 기어 피니언(31)의 본체(60)를 개략적인 형태로 보여준다. 도시된 예는 만곡된 측면의 종방향 선을 갖는 베벨 기어 피니언(31)에 대한 것이다. 그러나, 본 발명은 다른 베벨 기어(31)에도 적용될 수 있다. 도시된 예에서, 베벨 기어 피니언(31)은 본체(60)를 구비하고, 이 본체는 도 1b에 보인 바와 같이, 상응하는 원뿔 스킨 표면을 갖는 2 개의 원뿔대(KK, FK)에 의하여 형성된다. 상기 원뿔 스킨 표면은, 엄격하게 말하여, 원뿔대 스킨 표면이다. 도면 부호 61, 62로 부여된 상응하는 전체 원뿔의 원뿔 스킨 표면은 후방 원뿔 표면과 헤드 원뿔 표면으로 지칭된다. 도면의 평면과 상기 후방 원뿔 표면의 교차선은 보조선(61)으로 나타나 있다. 도면의 평면과 상기 헤드 원뿔 표면의 교차선은 보조선(62)로 나타나 있다. 상기 2개의 원뿔대(KK, FK) 각각은 커버 표면(71, 73)과, 이에 평행하게 연장하는 주 표면(72, 74)을 갖는다. 상기 2개의 원뿔대(KK, FK) 모두는 공작물의 회전축(R1)에 동축으로 배치되고, 상기 원뿔대(KK)의 주 표면(72)은 다른 원뿔대(FK)의 주 표면(74)에 닿는다. 상기 2개의 원뿔대(KK, FK)는 도시된 예에서는 서로 반대쪽으로 배향되어 있다.
상기 베벨 기어 피니언(31)의 이빨(75)은 헤드 원뿔 표면을 따라 연장된다. 원뿔대인 베벨 기어 피니언(31)의 단부면의 도면부호는 63으로 표시되고, 후방 단부면은 64로 표시되어 있다. 상기 단부면(64)은 원뿔대(FK)의 커버 표면(73)에 상응한다. 도 1a에서 회색으로 보이는 원뿔대 스킨 표면은 상기 후방 원뿔 표면의 링 형상부를 나타내는데, 여기서는 일반적으로 (링 형상의) 힐측 스킨 표면(65, heel-side sin surface)으로 지칭된다. 상기 이빨(75)에 상기 힐측 스킨 표면(65)으로의 천이 영역에서, 칩 생성 가공 동안(여기서는 기어 절삭 또는 기어 칩 생성 가공으로 지칭) 버어(70, burrs, 도 3 참고)가 발생할 수 있다. 이러한 버어는 상기 무엇보다 이빨(75)의 오목한 측면에 형성되거나 상기 오목한 이빨 측면에서 상기 힐측 스킨 표면(65)로의 천이 영역에서 형성된다. 이러한 천이 영역은 도 1a에서 P로 표시되고, 상기 버어(70)는 상기 이빨 측면과 이빨 베이스에 모두 발생할 수 있다. 밀링이 내측에서 외측으로 실행될 때, 즉 기어 이빨 갭(67)을 통해 나오는 툴이 상기 힐측 스킨 표면(65)의 영역에서 상기 이빨 갭(67)으로부터 나올 때, 버어(70)는 통상 힐(여기서는 P 영역)에서만 발생한다. 도 1a에서, 굵은 화살표는 중간부분에 보인 이빨 갭에서 인출되는데, 이는 상기 이빨 갭(67)으로부터 나오는 동안 공구의 절삭 방향을 나타낸다. 도 1에서, 후방인 상기 힐측 스킨 표면(65)의 영역에서 상기 힐측 스킨 표면(65)을 통해 이빨 갭(67)의 통로는 점선으로 보여진다.
도 2는 추가의 베벨 기어(31)의 상세도를 나타내는 것으로, 이 이미지는 "Begriffe und Bestimmungsgroßen fur Kegelrader und Kegelradpaare [베벨 기어와 베벨 기어 쌍을 위한 용어와 계수]", 1980년 7월의 표준 DIN 3971으로부터 나온 것이다. 상기 DIN 표준이라는 용어는 필요하고 관련이 있는 한 이하에서 사용될 것이다. 도 2는 축방향 단면을 나타낸다. 보조선들이 헤드 원뿔대(KK) 영역에 보여지고, 모두가 공작물 (회전)축(R1)과 교차한다. 외부에서 내부로 보면, 상기 헤드 원뿔대에서 다음의 보조선들이 보일 수 있다.
- 62: 헤드 원뿔 표면의 도면 평면과의 교차선(점선);
- 63: 인덱스 원뿔 표면의 도면 평면과의 교차선(점선);
- 66: 힐측 원뿔 표면의 도면 평면과의 교차선(실선).
상기 헤드 원뿔의 팁(tip)은 KKs로 표시된다. 보여진 실시예에서, 상기 교차선(62, 63, 66)은 서로 평향하게 연장되지 않고, 각각 서로 다른 원뿔각으로 정의된다. 베이스 원뿔각(δf)은 본 발명에 대하여 특히 중요하다. 이 각도는 도 2에 나타나 있다. 도시된 경우에, 상기 헤드 원뿔의 팁(KKs), 상기 인덱스 원뿔 및 상기 베이스 원뿔은 상기 공작물 축(R1)의 동일 지점에 놓이지 않는다. 그러므로, 기어 이빨 높이(h)는 이빨 폭(p, 상기 헤드 원뿔의 팁(KKs)으로부터 유래하는)의 방향에서 고려할 때 증가한다. 상기 힐측 스킨 표면(65)를 통하여 통과하는 동안 이빨 높이는 he로 표시된다(도 2). 상기 이빨은 큰 직경(힐(heel)로 지칭)에서 보다 베벨 기어의 작은 직경(토우(toe)로 지칭)에서 더 작다 (키가 더 작다).
보조선은 도시된 예시에서 힐측 원뿔의 영역에서도 보인다. 이것은 도면의 평면을 갖는 힐측 원뿔 스킨 표면의 보조선인 교차선(61, 점선)이다. 이러한 교차선(61)은 힐측 원뿔 팁(FKs)에서 공작물 축(R1)과 교차한다. 상기 힐측 원뿔의 원뿔각(δv)은 또한 본 발명에 대하여 특히 중요하다. 따라서 이 각은 도 2에도 도시되어 있다. 더욱이, 다음 각이 중요하다: 헤드 원뿔각(δa), 힐 에지의 각(δ2).
앞에서 언급된 버어는 힐측 스킨 표면(65)의 영역에 주로 형성된다. 베벨 기어(31)에 대한 아주 단순화하고 확대된 그림에 도 3에 나타나 있는데, 여기서는 단지 하나의 기어 이빨 갭(67)을 가지고 있다. 도 3의 상기 베벨 기어(31)는 원뿔 헤드에서 아주 큰 베이스 원뿔각(δf, 여기서 δf는 약 80도)을 갖는다. 상기 힐측 원뿔의 원뿔각(δv)은 여기서 약 10도이다. 명세서와 도면은 오로지 개략적인 속성을 나타내고 단지 예시로서 보다 나은 이해를 돕기 위한 것이다.
상기 힐측 스킨 표면(65)을 통과하는 이빨 갭(67)의 통로는 여기서 대략 U자 형태 또는 V자 형태를 갖는다. 버어(burr)의 형성은 상기 U자 형태의 측면 다리 영역(무엇보다 이빨 갭(67)의 영역에서 우측에 위치한 오목한 이빨 측면)과 상기 U자 형태의 베이스 영역에서 발생할 수 있다. 아래는 특히 베이스 영역에서의 버어 형성에 대한 것이다. 버어(70, 여기서 힐측 버어를 나타냄)는 도3에서 간략화된 형태로 (음영으로) 표시되어 있고 베이스 영역에서 오목한 이빨 측면을 따라 연장된다. (도 1a에서와 같이) 여기에도 이빨 갭(67)에 굵은 화살표가 표시되어 있는데, 공구의 절삭 방향을 나타내고, 상기 이빨 갭(67)을 통과하여 이동하고, 상기 힐측 스킨 표면(65)의 영역에서 상기 이빨 갭(67)을 나간다.
본 발명은 특히 베벨 기어의 힐측 버어(70)에 관한 것인데, 이러한 버어는 버어를 없애는 디버링이 특히 복잡하고 어렵다.
베벨 기어에서 힐측 버어를 제거하기 위해서는 특수한 밀링 커터가 사용되어야 하는 곤란함도 추가로 고려되어야 한다.
베벨 기어 피니언의 제조에 있어서, 상기 디버링은 상기 베벨 기어 피니언의 힐측에서 특히 문제가 되는데, 이는 베벨 기어(31)의 후방 단부면(64)이, 개략적인 도면인 도 4에서 유추할 수 있듯이, 종래의 기어 절삭 기계에서 종종 부분적으로 접근가능하거나 전혀 접근할 수 없는 구조이기 때문이다.
도 4는 샤프트(32)를 갖는 베벨 기어(31)의 개략적인 단면도를 나타낸다. 상기 샤프트(32)는 공작물 스핀들(33)에 수용되어 있다. 상기 힐측 스킨 표면(65)은 영역(X)에서 어렵게 접근 가능한데, 상기 힐측 스킨 표면(65)과 상기 공작물 스핀들(33) 사이에 공간이 거의 없기 때문이다.
힐측에서의 베이스 영역에서 디버링은 상기한 이유로 인해 상당한 노력을 들여야만 가능하다.
본 발명은 기어 이빨 베이스에서 디버링을 위한 해결책을 찾는 어려움에 기초한 것이다. 본 발명은 무엇보다 베벨 기어의 이빨 베이스에서 힐측의 버어를 제거하는 디버링에 관한 것이다.
이러한 문제는 베벨 기어에 의해 본 발명에 따라 해결되는데, 그 형태에 기인하여 기어 이빨 베이스에서의 힐측 버어의 형성을 방지하여 준다. 이러한 방식으로, 복잡한 방식으로 제거해야 되는 어떠한 버어도 생성되지 않는다. 그리하여 본 발명은 기계적인 노력으로 기어 이빨 베이스에서 버어를 제거할 수 있게 하는 기계적 해결책에 대한 것이 아니라, 본 발명은 적절한 형상화에 의해 문제를 감소하거나 방지함으로써 완전히 새로운 경로를 따른다.
본 발명은 공구와 공작물 사이의 국부적 절삭 조건이 양호하지 않을 때 버어가 생성된다는 발견에 기초한다. 무엇보다 출구 각도가 120도보다 작은 값을 갖는 에지에서 버어가 발생한다는 점이 밝혀졌다. 출구 각도는 기계 가공 동안에, 공작물의 금속의 형성이 일어나는지에 대하여, 또는 삭제 절삭 과정이 버어의 생성을 방지하는지에 영향이 크다. 기어 절삭의 절삭 과정 동안에, 공구의 절삭날이 금속 재료 속으로 파고 들어가게 되어 금속은 탄성적으로 및 소성적으로 변형된다. 상기 금속 재료는 한계값을 초과하고 나서 흐르기 시작한다. 절삭날의 구조에 따라, 변형된 금속 재료는 칩으로 형성되고, 공구의 레이크면(rake face)을 거쳐 배출된다. 기어 이빨 갭의 출구 각도가 120도보다 큰 경우에, 이빨 베이스에서 일어나는 칩은 깔끔하게 잘려나올 수 있다. 출구 각도가 120도보다 작다면 소성 변형에 의해 버어가 형성된다.
본 발명의 베벨 기어는 특별히 형상화된 본체에 의하여 차별화되는데, 이는 헤드 원뿔대와 힐측 원뿔대로 되어 있으며, 이들 둘 다 공작물 (회전)축에 대하여 동심으로 배치되어 있고, 서로에 대하여 반대 방향으로 향한다. 상기 헤드 원뿔대는 링 형상의 헤드 원뿔 스킨 표면(헤드 원뿔대 스킨 표면)을 갖고 상기 힐측 원뿔대는 링 형상의 힐측 원뿔 스킨 표면(힐측 원뿔대 스킨 표면)을 갖는다. 상기 헤드 원뿔대는 0도 와 90도 사이인 헤드 원뿔각에 의해 정의된다. 힐측 원뿔대는 0도와 90도 사이인 힐측 원뿔각에 의하여 정의된다. 상기 베벨 기어는, 상기 헤드 원뿔대 스킨 표면의 영역에서, 상기 힐측 원뿔대 스킨 표면을 관통하는 적어도 하나의 이빨 갭을 갖는다. 말하자면, 상기 기어 이빨 갭은 상기 힐측 원뿔대 스킨 표면의 영역에서 공작물 재료로부터 밖으로 나온다. 이러한 기어 이빨 갭은 이빨 베이스를 갖고, 그 프로파일은 베이스 원뿔각에 의하여 정의된다.
본 발명에 따르면, 외주 링 구조가 공작물의 힐측 원뿔대에 구비되고, 상기 공작물은 상기 힐측 원뿔 스킨 표면에 대하여 상승되고, 상기 힐측 원뿔 스킨 표면은 상기 공작물의 (회전)축 방향으로 테이퍼져 있다. 상기 링 구조는 기어 이빨 베이스에 힐측 출구 각도를 형성하고, 바람직하게는 본 발명의 모든 실시예에서, 상기 출구 각도는 125도에서 160도 사이에 있다.
상기 기어 이빨 베이스에서 상기 힐측 출구 각도는 특히 바람직하게는 모든 실시예에서 135도와 150도 사이에 있고, 그 한계값도 각각의 위 범위에 포함된다.
본 발명의 베벨 기어는 바람직하게는, 모든 실시예에서, 외주 링 구조를 갖고, 상기 외주 링 구조는 적어도 하나의 제1 링 표면과 하나의 제2 링 표면을 포함하고, 상기 링 구조는 (공작물의 본체를 통하여) 축방향 단면에서 보았을 때 삼각형 또는 사다리꼴 형태를 갖는다. 또한 본 발명의 베벨 기어는, 모든 실시예에서, 외주 링 구조를 갖고, 이 외주 링 구조는 에지가 없는(edge-free) 구조를 갖고, 베벨 기어를 통하여 축방향 단면에서 볼록 형상을 갖는다.
본 발명의 베벨 기어는 바람직하게는, 모든 실시예에서, 기어 이빨 갭의 힐측 출구 영역에서 출구 각도를 갖는 외주 링 구조를 갖고, 상기 출구 각도는 효과적인 힐측 원뿔각을 형성하고, 상기 본체의 힐측 원뿔대의 힐측 원뿔각보다 크게 되어 있다.
힐측 원뿔대 에 외주 링 구조를 구체화하는 것은 기어 절삭 동안에 힐측의 기어 이빨 베이스에서 버어가 생기지 않는 이점을 갖는다. 힐측 원뿔대가 실질적인 의미에서 어떠한 기능을 갖지 않기 때문에 외주 링 구조의 적용이 가능하다.
공구의 절삭날(또는 공구의 절삭 속도벡터)과 공작물 재료 사이의 각도는 본 발명의 모든 실시예에서 중요하다. 상기 기어 이빨 베이스에서, 상기 각도는 공구의 헤드 절삭날의 이동(이동 방향은 대략 상기 베이스 원뿔에 상응한다)과 보조 원뿔의 외부 에지 사이의 각도에 대한 것이다.
상기 외주 링 구조는 모든 실시예에서 외부 (힐측) 이빨 단부의 영역에 구비된다.
그러한 기어휠의 블랭크(blank)는, 기어 칩 생성 가공에 놓이기 전에, 통상 선반이나 터닝 머신에서 예비 가공된다. 따라서, 회전 대칭 외주 링 구조가 선택되고, 이는 상기 블랭크의 터닝 머신 가공 동안에 어떠한 문제없이 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 힐측 원뿔대의 외주 링 구조가 이미 구비된 블랭크는 바람직하게는 터닝 머신의 범위 내에 구비된다.
본 발명에 따른 베벨 기어는 이빨 베이스에서의 힐측 버어의 형성을 방지하여 준다. 이러한 방식으로, 복잡한 방식으로 제거해야 되는 어떠한 버어도 생성되지 않는다. 그리하여 본 발명은 기계적인 노력으로 기어 이빨 베이스에서 버어를 제거할 수 있게 하는 기계적 해결책에 대한 것이 아니라, 본 발명은 적절한 형상화에 의해 문제를 감소하거나 방지함으로써 완전히 새로운 경로를 따른다.
도 1a는 베벨 기어 피니언의 개략적인 측면도이다.
도 1b는 도 1a로부터 베벨 기어 피니언의 본체의 개략적인 측면도로서, 힐의 영역에서 단일 기어 이빨 갭의 출구가 표시되어 있다.
도 2는 추가의 베벨 기어 피니언의 개략적인 단면도(축단면도)로서, 다양한 용어를 정의하기 위하여 사용된다.
도 3은 추가의 베벨 기어 부분의 개략적인 사시도로서, 단지 하나의 기어 이빨 갭을 갖고, 힐과 오목한 기어 이빨 측면 위의 베이스 영역에 기어 절삭 동안에 버어가 형성된다.
도 4는 척에 물린 베벨 기어 피니언을 갖는 클램핑 장치를 통한 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 베벨기어 부분의 개략적인 사시도로서, 단지 하나의 기어 이빨 갭을 갖고, 상기 베벨 기어는 힐 위에 외주 링 구조를 포함한다.
도 6a는 본 발명의 추가의 베벨 기어 피니언 부분의 개략적인 단면도로서, 예시적인 외주 링 구조의 상세도가 단면도로 보여진다.
도 6b는 도 6a의 확대 상세도이다.
도 7은 외주 링 구조를 갖는 본 발명의 추가의 베벨 기어의 개략적인 측면도서, 단일 기어 이빨 갭이 나타나 있다.
도 8은 외주 링 구조를 갖는 본 발명의 추가의 베벨 기어의 개략적인 측면도서, 2 개의 기어 이빨과 하나의 기어 이빨 갭이 나타나 있다.
도 9는 본 발명에 따른 예시적인 방법의 단계를 갖는 개략적인 플로우 차트를 나타낸다.
본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더욱 자세하게 설명할 것이다.
관련 기술의 공보와 특허에서도 사용되는 용어가 본 발명의 설명에 관해서도 사용된다. 그러나, 이러한 용어의 사용은 단지 보다 나은 발명의 이해를 위한 것이다. 발명적 아이디어와 발명의 보호를 위한 청구범위는 용어의 특정한 선택에 의하여 권리해석에서 제한되지 않는다. 본 발명은 다른 용어 시스템이나 기술 분야에 용이하게 전달될 수 있다. 용어는 다른 기술 분야에서 그에 따라 적용되어야 하는 것이ㄷ.
본 발명은 일반적으로 베벨 기어(31)에 적용될 수 있는 것이고, 크라운 기어(crown gears)도 본 발명의 개념에 포함되어야 한다. 크라운 기어에서, 기어 이빨은 실린더의 원형 단부면에 적용된다.
본 발명은 일정하거나 변하는 기어 이빨 높이(h)를 갖는 베벨 기어(31)에 적용될 수 있다. 본 발명은 또한 측면 종방향 선(flank longitudinal line)의 프로파일에 관계없이 베벨 기어(31)에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 직선 이빨의 베벨 기어(31), 헬리컬 이빨의 베벨 기어(31), 또한 스파이럴 이빨의 베벨 기어(31)에 적용될 수 있다.
베벨 기어(31)의 형상은 다양한 사양으로 정의된다. 이러한 사양은, 다른 것들 중에서, 바람직한 전달율, 모듈러스(modulus), 이송 용량 및 오버랩(overlap)을 포함한다. 그러나, 추가로, 견고성과 변형, 장착성, 및 설치된 상태에서의 설치 크기나 규격도 중요한 역할을 한다. 베벨 기어의 실제적인 기어 이빨의 매크로 구조(macro-geometry)에 추가하여, 본체(main body, main geometry)의 형상도, 특히 변형, 장착 및 생산성의 문제에서, 중요한 역할을 한다.
도 5는 본 발명의 제1 베벨 기어(31)를 아주 간략화하여 나타낸 것이다. 상기 베벨 기어(31)는 해드 원뿔대(KK)와 힐 원뿔대(FK)(예컨대, 도 1b에서 측면도나 도 2에서 축단면도로 나타낸 것과 같이)로 구성되는 본체를 포함한다. 상기 헤드 원뿔대(KK)와 힐 원뿔대(FK)은 공작물의 회전축(R1)에 대하여 동심으로 배치된다. 상기 헤드 원뿔대(KK)는 링 형상 헤드 원뿔대 스킨 표면을 구비하고, 상기 힐 원뿔대(FK)는 링 형상 힐 원뿔대 스킨 표면을 구비한다. 상기 링 형상 힐 원뿔대 스킨 표면은 힐측에 스킨 표면(65)로 표시된다. 도 5에서, 상기 헤드 원뿔대(KK)는 점(P1)으로부터 왼쪽으로 연장되고, 상기 힐 원뿔대(FK)는 상기 점(P1) 아래에 위치한다.
앞에서 인용된 DIN 표준에 규정된 바와 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 헤드 원뿔대(KK)는 상기 공작물의 회전축(R1)에 대하여 헤드 원뿔각(δa)로 정의되고, 상기 힐 원뿔대(FK)는 상기 공작물의 회전축(R1)에 대하여 힐 원뿔각(δv)로 정의된다.
베벨 기어에 있어서, 상기 헤드 원뿔각(δa)는 0도와 90도 사이에 있고, 상기 힐 원뿔각(δv)는 0도와 90도 사이에 있다. 상기 힐 원뿔대(FK)는 힐 원뿔각이 0도인 경우에는 실린더로 변화되고, 90도인 경우에는 편평한 링 표면이나 원형 표면으로 변화된다. 본 발명은 또한 이러한 특별한 경우에도 적용가능하다. 그러므로, 필요한 경우에는, 링 형상으로 이루어진 스킨 표면(65)이 언급된다. 이러한 스킨 표면(65)은 상기 공작물의 회전축(R1)에 대하여 동심적으로 위치한다. 상기 스킨 표면(65)은, 모든 실시예에서, 실린더 스킨 표면의 부분 또는 상기 힐 원뿔 스킨 표면의 부분이 될 수 있다.
더욱이, 상기 베벨 기어(31)는, 도 5에 보이 바와 같이, 상기 헤드 원뿔대 스킨 표면의 영역에 적어도 하나의 기어 이빨 갭(67)을 구비한다. 이 기어 이빨 갭(67)은 상기 스킨 표면(65)을 관통하고, 또는 상기 기어 이빨 갭(67)이 스킨 표면(65)의 영역에서 상기 베벨 기어(31)의 본체의 재료에서 밖으로 나온다. 상기 기어 이빨 갭(67)은 기어 이빨 베이스(68)를 갖고, 이것의 프로파일은 (도 2에 보인 바와 같이) 상기 공작물의 회전축(R1)에 대하여 베이스 원뿔각(δf)에 의하여 정의된다. 상기 베이스 원뿔각(δf)은 ( 상기 기어 이빨 갭(67)이 일정한 이빨 높이(h)를 가지면) 상기 헤드 원뿔각(δa)과 동일하게 될 수 있다. 그러나, 도 2에서는, δf ≠ δa이며 δf ＜ δa이다.
본 발명에 따르면, 모든 실시예에서, 상기 베벨 기어(31)는 동심의 외주 링 구조(80)를 갖고, 이는 상기 힐 원뿔대(FK)에서 상기 스킨 표면(65)에 대하여 상승되어 있다. 도 5는 외주 링 구조(80)의 제1 실시예를 나타낸다. 상기 외주 링 구조(80)는 힐측 출구 각도(δ1)를 정의하고, 이는 125도와 160도 사이의 범위에 있다.
본 발명은 보다 정밀하고 상세하게 설명하기 위하여 이제 도 6a와 도 6b를 참조한다. 도 6a는 본 발명의 추가의 베벨 기어(31)를 통과하는 축단면도를 자세히 나타낸다. 기어 이빨의 이빨 측면(69)에 대한 도면이 도 6a에서 오른쪽에 도시되어 있다. 상기 기어 이빨 갭(67)은 도시된 도면에서 기어 이빨 측면(69)의 전면에 위치한다. 도 6b는 도 6a의 확대된 상세도이다. 도면의 평면과 상기 스킨 표면(65)의 교차선은 점선으로 된 보조선(61)을 기초로 표시되어 있다. 보조선(66)은 상기 베이스 원뿔과 도면의 평면과의 교차선이다. 상기 공작물의 회전축(R1)에 대하여 평행한 선은 도면 부호 R1∥로 표시하였다.
도면에서 예시적으로 삼각형 단면을 갖는 상기 외주 링 구조(80)는 상기 스킨 표면(65)의 영역에 있다. 상기 외주 링 구조(80)가 상기 기어 이빨 베이스(68)의 영역에서 바로 시작하는 것은 도 6b의 확대도에서 볼 수 있다. 상기 베벨 기어(31)의 3차원 본체를 고려하면, 상기 외주 링 구조(80)는 여기 축단면도에서 두 개의 제1, 2링 표면(82, 83)을 갖는 삼각형 형태를 갖는다. 상기 출구 각도(δ)는 다음과 같이 (도 6a 참조) 상기 베이스 원뿔각(δf)과 후방 원뿔각(δv)으로부터 결정될 수 있다: δ= 180 - δf - δv
상기 제1 링 표면(81)은 도 6a에 보인 바와 같이, 효과적인 힐 원뿔각(δve)을 형성한다. 상기 힐 원뿔각(δve)이 상기 후방 원뿔각(δv)보다 작기 때문에, 앞의 베벨 기어에서 상기 출구 각도(δ)보다 큰 힐측 출구 각도(δ1)가 형성된다. 본 발명의 이러한 실시예는 도 6b에서 특히 명확하게 볼 수 있다.
위에서 언급된 이러한 출구 각도(δ1)는 바람직하게는 모든 실시예에서 125도와 160도 사이의 각도 범위에 있다. 종래의 베벨 기어에 대하여 확대된 출구 각도(δ)를 특정화ㅁ으로써, 기어 절삭 동안에 힐측 버어(70)의 형성이 방지될 수 있다.
상기 힐 원뿔대(FK)의 구조는 임의로 선택될 수 있는 것은 아니다. 그 중에서도, 크라운 휠을 사용하여 베벨 기어 피니언을 아무런 문제없이 롤링시키기 위하여, 상기 베벨 기어 피니언 위의 힐측에서 상기 크라운 휠의 기어 이빨이 상기 베벨 기어 피니언의 이빨 갭과 충돌없이 꼭 맞물리는 것이 중요하다. 그러므로, 상기 힐 원뿔대의 위치와 형상은, 반대쪽 휠의 이빨 베이스와 이빨 헤드 사이에 간격, 즉 이른바 헤드-베이스 클리어런스(clearance)가 존재하도록 선택되어야 한다. 이것은 가능한 기어 이빨 폭에 걸쳐 대략 일정하여야 한다. 기어 이빨은 또한 상기 기어 이빨 베이스에서 장력 집중을 감소시키기 위하여 이른바 베이스 라운드를 구비하고, 이러한 베이스 라운드와 반대쪽 휠의 헤드 헤지 사이에 다양한 작동 조건 하에서도 어떠한 접촉도 일어날 수 없게 되어 있다.그러나, 기어 이빨 결합부와 이빨 베이스에 작용하는 힘의 레버 아암이 커지는 것에 기인하여 기어 이빨 베이스 장력의 불필요한 증가를 방지하기 위하여 상기 간격이 지나치게 클 수는 없다.
상기 외주 링 구조(80)는 또한 도 8에 보인 바와 같이 모든 실시예에서 축단면에서 보아 사다리꼴 형상을 가질 수도 있다. 사다리꼴 형상의 외주 링 구조(80)는 예를 들어 3개의 링 표면(81, 82, 83)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 외주 링 구조(80)에 기인하여 모든 실시예에서, 상기 힐 원뿔대(FK)의 힐 원뿔각(δv)보다 작은 효과적인 힐 원뿔각(δve)은 상기 기어 이빨 갭(67)의 힐측 출구 영역을 생성한다.
본 발명은, 상기 힐 원뿔대(FK)의 설치 표면(64)까지 외부 헤드 원뿔 에지(P1)의 거리(a2)를 갖는 베벨 기어(31)에 적용될 수 있는데, 상기 힐 원뿔대(FK)는 충분히 커서 상기 힐 원뿔대(FK)의 스킨 표면(65, 힐측 스킨 표면으로 지칭되기도 함) 영역에 상기 기어 이빨 베이스(68)가 존재한다. 환언하면, 힐측 이빨 높이(he)의 축방향 성분(a1)은 도 2에 보인 바와 같이 거리(a2)보다 작아야 한다고 말할 수 있다.
본 발명의 상기 외주 링 구조(80)는 상부 원형 에지(84)를 갖고, 이는 상기 스킨 표면(65)을 통하여 기어 이빨 베이스(68)의 출구에 위치한다. 도 5에서, 상기 원형 에지(84)는 상기 스킨 표면(65)을 통하여 상기 기어 이빨 베이스(68)의 출구 위에 약간 떨어져서 위치한다. 도 7과 도 8에서, 상기 원형 에지(84)는 각각의 경우에 상기 기어 이빨 베이스(68)의 출구에 위치한다. 상기 외주 링 구조(80)를 위치함에서 있어서, 각각의 경우에 기어 이빨 베이스(68)의 출구가 상기 외주 링 구조(80)에 위치도록 제작 공차가 고려되어야 한다.
본 발명의 베벨 기어(31)는 외주 링 구조(80)를 갖고, 이는 추가의 원뿔대의 부분을 형성한다. 상기 추가의 원뿔대는 상기 공작물의 회전축(R1)에 대하여 동축으로 배치되고, 상기 힐 원뿔각(δv)보다 작은 효과적인 힐 원뿔각(δve)을 갖는다.
도 7은 외주 링 구조(80)를 갖는 본 발명의 추가의 베벨 기어(31)의 개략적인 측면도를 나타낸다. 기어 이빨 갭(67)의 포로파일이 보여져 있고, 이는 헤드 원뿔(KK)의 헤드 원뿔대 스킨 표면의 영역으로 연장된다. 상기 이빨 갭(67)의 이빨 베이스(68)가 상기 힐 원뿔대(FK)의 힐 원뿔대 스킨 표면을 관통하는 곳에서, 상기 외주 링 구조(80)가 상기 힐 원뿔대(FK) 위에 안착된다. 도 7은 상기 외주 링 구조(80)가 대략적으로 삼각형으로 되어 있는 실시예를 나타낸다. 상응하는 삼각형상의 2 개의 링 표면(81, 82)을 도 7에서 볼 수 있다.
도 8은 외주 링 구조(80)를 갖는 본 발명의 추가의 베벨 기어(31)의 부분에 대한 개략적인 측면도를 나타낸다. 기어 이빨 갭(67)의 프로파일이 보여지고, 이는 2 개의 기어 이빨(75)에 의하여 측면에서 한정되고 정의된다. 상기 기어 이빨 갭(67)은 상기 헤드 원뿔(KK)의 헤드 원뿔대 스킨 표면의 영역으로 연장된다. 상기 이빨 갭(67)의 이빨 베이스(68)가 상기 힐 원뿔대(FK)의 힐 원뿔대 스킨 표면을 관통하는 곳에서, 상기 외주 링 구조(80)가 상기 힐 원뿔대(FK) 위에 안착된다. 도 8은 상기 외주 링 구조(80)가 대략적으로 사다리꼴로 되어 있는 실시예를 나타낸다. 상응하는 사다리꼴 형상의 3 개의 링 표면(81, 82, 83)을 도 8에서 볼 수 있다. 상기 표면의 위치를 더 강조하기 위하여, 도 8의 오른쪽에 상기 표면에 음영 표시가 적용되어 있다.
상기 외주 링 구조(80)는 바람직하게는 모든 실시예에서, 상기 거리(a2)가 상응하는 종래의 베벨 기어에 대하여 변화하지 않도록, 상기 힐 원뿔대(FK)에 배치되고 규격이 정해지는 것이 좋다. 그리하여 설치 위치가 동일하게 남아 있고, 기어 이빨 베이스(68)에서의 힐측 버어(70)의 형성이 기어 절삭 동안에 방지된다.
도 9는 본 발명의 예시적인 제조 방법에 대한 개략적인 플로우 차트를 나타낸다. 제1 단계(S1)에서, 블랭크가 제공되고, 이는 베벨 기어(31)를 제조하기에 적절한 것이다. 그러한 블랭크는, 예를 들어, 도 1b의 본체(60)의 형상을 가질 수 있다. 이제 이러한 블랭크는 통상적으로 베벨 기어의 경우와 같이, 단계(S2)에서 터닝 머신에 넘겨진다. 이러한 경우에, 예를 들어, 단부면들은 평면으로 될 수 있다. 추가로, 상기 외주 링 구조(80)는 터닝 머신에 의하여 생성될 수 있다. 이러한 외주 링 구조의 위치는 상기 베벨 기어(31)가 설계된 후에 컴퓨터에 의하여 확인될 수 있다. 터닝 머신에 의하여 상기 외주 링 구조(80)의 형성을 위하여 블랭크에 충분한 재료가 공급되도록 하기 위하여 상응하게 확대된 또는 크기를 달리한 힐 원뿔(FK)이 미리 정해진다.
상기 외주 링 구조(80)가 생성되고 마무리된 후에, 공지의 방법에 따라 기어 절삭(S3, 기어 이빨 갭 형성)이 뒤따르게 된다. 이러한 경우에, 힐측(즉, 힐 원뿔대 영역)에 버어가 생성될 수 있는데, 상기 버어는 본 발명에 따라 기어 이빨 측면의 출구 에지에서만 생성될 수 있다. 기어 이빨 베이스에서는 어떠한 버어의 형성도 생기지 않는다. 그 다음 단계에서, 기어 절삭 기계나 다른 기계에서 버어를 제거하는 디버링(S4)이 수행될 수 있고, 여기서는 어떠한 힐측 버어(70)도 디버링되지 않는다. 따라서 상기 디버링(S4)은 종래의 베벨 기어의 경우에 비하여 시간 낭비가 줄어들고 비용을 절감할 수 있다.
31: 베벨 기어 60: 본체
65: 스킨 표면 67: 기어 이빨 갭
68: 기어 이빨 베이스 69:기어 이빨 측면
70: 버어 80: 외주 링 구조

Claims (9)

  1. 본체(60)를 갖는 베벨 기어(31)로서, 상기 본체는 스킨 표면(65)을 포함하고, 상기 스킨 표면(65)은 상기 베벨 기어(31)의 공작물 회전축(R1)에 대하여 동심으로 배치되어 있고,
    상기 베벨 기어(31)는 적어도 하나의 기어 이빨 갭(67)을 구비하고, 상기 기어 이빨 갭(67)은 상기 스킨 표면(65)의 영역에서 상기 본체(60)로부터 나오게 되어 있고,
    상기 기어 이빨 갭(67)은 기어 이빨 베이스(68)를 구비하고, 상기 기어 이빨 베이스(68)의 프로파일은 상기 공작물 회전축(R1)에 대하여 베이스 원뿔각(δf)에 의하여 정의되는, 베벨 기어(31)에 있어서,
    상기 스킨 표면(65)에 동심적으로 형성된 외주 링 구조(80)가 구비되고, 상기 외주 링 구조(80)는 상기 스킨 표면(65)에 대하여 상승되어 있고, 상기 외주 링 구조(80)는 상기 기어 이빨 베이스(68)와 상기 외주 링 구조(80) 사이에 힐측 출구 각도(δ1)를 형성하고, 상기 출구 각도(δ1)는 125도와 160도 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 베벨 기어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외주 링 구조(80)는
    - 적어도 하나의 제1 링 표면(81)과 하나의 제2 링 표면(82)을 구비하고, 상기 외주 링 구조(80)는 상기 베벨 기어(31)를 통하여 축방향 단면에서 삼각형 형상을 갖고, 또는
    - 적어도 하나의 제1 링 표면(81)과 하나의 제2 링 표면(82), 및 하나의 제3 링 표면(83)을 구비하고, 상기 외주 링 구조(80)는 상기 베벨 기어(31)를 통하여 축방향 단면에서 사다리꼴 형상을 갖고, 또는
    - 에지없는(edge-free) 구조를 갖고 상기 베벨 기어(31)를 통하여 축방향 단면에서 볼록 형상을 갖는, 것을 특징으로 하는 베벨 기어.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출구 각도(δ1)를 갖는 상기 외주 링 구조(80)에 의하여, 상기 기어 이빨 갭(67)의 힐측 출구 영역에서, 효과적인 힐 원뿔각(δve)이 미리 정해지고, 상기 힐 원뿔각(δve)은 힐 원뿔대(FK)의 힐 원뿔각(δv)보다 작은, 것을 특징으로 하는 베벨 기어.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외주 링 구조(80)는 원뿔대의 부분인 제1 링 표면(81)을 포함하고, 공작물의 회전축(R1)에 대하여 동심적으로 배치되어 있고, 힐 원뿔각(δv)보다 작은 효과적인 힐 원뿔각(δve)을 갖는, 것을 특징으로 하는 베벨 기어.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스킨 표면(65)은 힐측 원뿔대(FK)의 힐측 원뿔대 스킨 표면의 부분인, 것을 특징으로 하는 베벨 기어.
  6. 제5항에 있어서, 상기 베벨 기어(31)는 상기 힐측 원뿔대(FK)에 추가로, 적어도 하나의 헤드 원뿔대(KK)를 포함하고, 상기 헤드 원뿔대(KK)는 상기 공작물 회전축(R1)에 대하여 동심으로 배치되어 있고,
    - 상기 헤드 원뿔대(KK)는 링 형상 헤드 원뿔대 스킨 표면을 구비하고,
    - 상기 헤드 원뿔대(KK)는 상기 공작물 회전축(R1)에 대하여 헤드 원뿔각(δa)에 의하여 정의되고, 상기 헤드 원뿔각(δa)은 0도와 90도 사이에 있고,
    - 상기 힐 원뿔대(FK)는 상기 공작물 회전축(R1)에 대하여 힐 원뿔각(δv)에 의하여 정의되고, 상기 힐 원뿔각(δv)은 0도와 90도 사이에 있는, 것을 특징으로 하는 베벨 기어.
  7. 제5항에 있어서, 상기 힐 원뿔대(FK)는 상기 공작물 회전축(R1)에 대하여 힐 원뿔각(δv)에 의하여 정의되고, 상기 힐 원뿔각(δv)은 0도와 90도 사이에 있는, 것을 특징으로 하는 베벨 기어.
  8. - 베벨 기어 블랭크를 제공하는 단계(S1),
    - 상기 베벨 기어 블랭크를 터닝 머신으로 보내 터닝 머신 가공을 실행하는 단계(S2)로서, 이 터닝 머신 작업에서, 외주 링 구조(80)가 형성되되, 상기 외주 링 구조(80)는 상기 베벨 기어(31)의 공작물 회전축(R1)에 대하여 동심으로 배치되고,
    - 상기 베벨 기어(31) 위에 적어도 하나의 기어 이빨 갭(67)을 형성하기 위하여 상기 베벨 기어 블랭크에 칩 생성 가공을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따른 베벨 기어(31)를 제작하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 베벨 기어(31)에 형성된 버어(burr)를 제거하는 디버링(deburring) 가공을 실행하되, 상기 스킨 표면(65)의 영역에서 상기 기어 이빨 베이스(68)에는 디버링 가공이 실행되지 않는 것을 특징으로 하는 베벨 기어(31)를 제작하기 위한 방법.
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