KR20080041239A - 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어 - Google Patents

Abstract

연결 치부를 구비한 원뿔형 기어 (1) 는 원뿔형 치부 (2), 및 상기 원뿔형 치부의 한 단부에 갭 없이 접하고 동일한 잇 수를 갖는 적어도 하나의 다른 치부 (3) 를 포함한다. 이러한 맥락에서, 상기 두 치부들은 나선형 롤러 치부의 방식으로 구현되며, 상기 두 치부들 사이의 결합영역은 에지 없이 연장되고, 이때 상기 원뿔형 치부 (2) 와 상기 연결 치부 (3) 의 치부 파라미터들은 개별적으로 또한 서로 다르게 미리 정해져 있다.

Description

연결 치부를 구비한 원뿔형 기어{CONICAL GEAR WITH CONNECTING TOOTHING}

본 발명은 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어에 관한 것으로서, 상기 원뿔형 기어는 원뿔형 치부 및 상기 원뿔형 치부의 한 단부에 갭 (gap) 없이 접하고 동일한 잇 수를 갖는 적어도 하나의 다른 치부를 포함한다.

스퍼 치부로서 형성된 연결 치부를 구비한 이와 같은 원뿔형 기어는 FR 909413 으로부터 알려져 있다. 여기에서는 서로 접하는 치부들이 에지 (edge) 에 의해 분리되어 있다.

2 개의 치부들의 에지가 없는 결합은 지금까지 단지 정기 간행물 구동기술의 Karheinz Roth 와 Shyi-Jeng Tsai 의 논문 '극단적인 특성을 갖는 나선형 치부들' (1997, Jg. 36, 제 3 호, 82 내지 90 페이지) 로부터 알려져 있고, 여기에서는 2 개의 토러스 휠의 상대적인 선회 가능성을 목적으로 서로 그 치부 파라미터들에 있어 상응하는 2 개의 원뿔형 치부와 스퍼 치부가 서로 결합된다.

또한, 원뿔형 치부의 축방향 길이와 비교하여 매우 짧고 축방향으로 갭 없이 상기 원뿔형 치부에 접하는 스퍼 치부를 구비한 원뿔형 기어가 이미 선행기술로부터 알려져 있고, 여기에서는 스퍼 치부의 치부 프로파일은 축방향에서 투영된 원뿔형 치부 프로파일에 일치한다. 이러한 스퍼 치부는 스플라인 치부로만 이용될 수 있다.

또한, 외부 치부로서 원뿔형 치부에 축방향으로 간격을 두고 접하는 스퍼 치부를 구비한 원뿔형 기어가 선행기술로부터 알려져 있다.

상기 외부 치부는 순수한 스플라인 치부로서 형성되어 있고, 원뿔형 치부의 외부 지름과 비교하여 보다 작은 이끝 원 지름 및 원뿔형 치부와는 다른 잇 수를 구비한다.

이러한 배경에서 본 발명의 목적은 확대된 기능성을 구비한 원뿔형 기어를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 원뿔형 기어를 통해 달성된다. 이때, 두 치부들, 즉 원뿔형 치부 및 상기 원뿔형 치부에 갭 없이 접하는 연결 치부는 동일한 잇 수를 구비하며, 이로써 상기 치부들은 곧장 서로 결합할 수 있다. 상기 두 치부들의 이빨들과 이뿌리면들 (tooth flanks) 은 바람직하게는 일체로 서로 결합한다. 또한, 상기 원뿔형 치부뿐만 아니라 상기 연결 치부도 나선형 (involute) 롤러 치부 (roller toothing) 의 방식으로 형성되어 있고, 이로써 - 선행기술과는 달리 - 상기 연결 치부는 스플라인 치부로서 적합할 뿐만 아니라 다른 기어휠과 함께 롤링에 의한 힘전달을 위해서도 적합하다. 결국, 서로 갭 없이 접하는 상기 치부들의 결합영역 (junction region) 은 에지 없이 형성되어 있고, 상기 원뿔형 치부와 상기 연결 치부의 치부 파라미터들은 개별적으로 또한 서로 다르게 미리 정해져 있다.

본 발명에 따른 원뿔형 기어는 바람직하게는 성형 제작과정을 수단으로 제작된다. 이 점에서는 선행기술로부터 알려진 예컨대 열성형 및 냉간성형과 같은 성형법 및 단조가 전문가에게 제공된다. 원칙적으로 절삭 제작도 가능하기는 하나, 본 발명에 따른 원뿔형 기어의 특성들, 특히 결합영역에서의 에지 없음은 특히 간단한 방식으로 성형 제작방법을 통해 실현될 수 있다. 또한, 이 경우 원뿔형 치부뿐만 아니라 연결 치부도 동시에 한 작업단계에서 제작될 수 있다.

본 발명의 바람직한 제 1 형태에 따르면, 상기 두 치부들의 치부 파라미터들은 결합영역에서 서로의 나선형 롤링 조건들 (rolling conditions) 을 충족시키며, 이로써 두 치부들 중 하나와 맞물리는 기어휠의 부드러운 롤링은 결합영역에서도 보장된다.

상기 연결 치부는 바람직하게는 스퍼 치부 (spur toothing) 로서 형성된 외부 치부에 관한 것이며, 상기 외부 치부는 원뿔형 치부의 보다 큰 모듈을 갖는 단부에, 즉 보다 큰 지름의 단부에 축방향으로 접한다. 하지만, 스퍼 치부가 대안적으로 원뿔형 치부와 함께 상응하는 치부 파트너를 통해 각각 결합영역 안까지 이용 가능하도록, 마주하여 놓인 보다 작은 모듈에 덧붙이는 스퍼 치부도 가능하다.

본 발명에 따른 원뿔형 기어에서, 원뿔형 치부의 디자인은 바람직하게는 DIN (독일공업규격) 3971 규격에 일치하고 외부 치부는 스퍼 치부로서 바람직하게는 DIN 3960 규격에 따라 형성되어 있다.

본 발명에 따른 원뿔형 기어의 원뿔형 치부 및/또는 연결 치부는 바람직하게는 크라우닝 (crowning) 을 구비한다. 상기 결합영역이란 상기 두 치부들이 에지 없이 서로 결합되는 영역으로 간주될 수 있다. 상기 두 치부들이 크라우닝을 구비하는 경우에는 결합영역은 서로 결합하는 치부들의 영역으로서 정확하게 규정될 수 있고, 상기 영역은 치부들의 각 접촉패턴들 사이에 놓여 있다.

상기 두 치부들의 기하형상은 각 치부를 위해 결정적인 치부 파라미터들의 적합한 선택을 통해 개별적으로 미리 정해질 수 있다. 이를 위해, 원뿔형 치부의 디자인을 위해서는 특히 그 압력각 (

_KV), 모듈 (m_KV), 전위 계수 (x_KV) 및 피치 원뿔 각도 (δ_KV) 가 중요하다. 스퍼 치부를 위해 중요한 것은 특히 그 압력각 (

_St), 모듈 (m_St), 전위 계수 (x_St) 및 피치원 지름 (d_St) 이다. 상기 언급된 파라미터들은 경우에 따라 각 치부의 폭을 통해, 특히 치부들의 결합영역에서 변화할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서는, 그 치부가 상기 원뿔형 기어의 상기 스퍼 치부 안에 다다르며 상기 원뿔형 치부 상에서 굴러가는 원뿔형 기어뿐만 아니라 그 스퍼 치부가 상기 원뿔형 치부 안에 다다르며 상기 스퍼 치부 상에서 굴러가는 스퍼 기어 (spur gear) 도 방해를 받지 않고 굴러갈 수 있도록, 상기 원뿔형 치부와 상기 스퍼 치부의 치부 파라미터들은 서로 종속되어 선택되어 있다.

또한, 결합영역에서의 잇줄 (tooth trace) 의 연장이 양쪽에서 접선적으로 (tangentially) 원뿔형 치부 또는 스퍼 치부의 잇줄의 연장으로 넘어가도록, 원뿔형 기어는 치부들의 결합영역에서 바람직하게는 그 이뿌리면들의 엔드 릴리프 (end relief) 를 구비한다. 이를 통해, 이뿌리면들의 영역에서 두 치부들의 특히 부드럽고 균일한 결합이 보장된다.

또다시 바람직하게는, 결합영역에서의 이끝 원 지름 (tip circle diameter) 의 연장이 양쪽에서 접선적으로 원뿔형 치부 또는 스퍼 치부의 이끝 원 지름의 연장으로 넘어가도록, 원뿔형 기어는 치부들의 결합영역에서 그 이빨들의 이끝 원 지름의 엔드 릴리프를 구비한다.

이로써, 원뿔형 치부뿐만 아니라 스퍼 치부도 원뿔형 기어의 각기 다른 부품에 대해 원뿔형 기어의 외부 둘레에서 돌출해 있지 않다. 또한, 이를 통해, 본 발명에 따른 원뿔형 기어의 외면에서 두 치부들 사이의 경우에 따라 가변적인 반지름과 함께 매끄러운, 에지가 없는 및 둥근 결합이 보장된다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 따르면, 스퍼 치부 또는 원뿔형 치부의 각각의 모듈은 상기 원뿔형 치부의 피치 원뿔 (pitch cone) 과 상기 스퍼 치부의 피치원 (pitch circle) 의 교차점에서 동일한 값을 구비하며, 이는 치부들의 특히 매끄러운 결합을 가능하게 한다. 이는, 원뿔형 치부와 스퍼 치부의 서로 다른 치부 파라미터들이 치부들의 결합영역에서 가능한 한 끊임없이 서로 결합되면 특히 유리하다.

이 이외에, 바람직하게는, 원뿔형 기어는 방사상으로 스퍼 치부의 내부에 배치된 내부 스플라인 치부 (inner spline toothing) 도 구비할 수 있다. 이는 재차 본 발명에 따른 원뿔형 기어의 기능성을 향상시킨다. 그러므로, 바람직하게는 스퍼 치부로서 형성된 연결 치부쪽에서 힘 전달의 3 개의 여러 가지 가능성이 생긴다: 한편으론 힘 전달은 스퍼 치부를 통해 행해질 수 있는데, 즉 굴러가며 행해지든지, 아니면 외부 스플라인 치부로서의 스퍼 치부의 이용을 통해 행해질 수 있다. 후자의 경우에는, 스퍼 치부는 예컨대 허브의 상응하여 맞춰진 내부 스플라인 치부와 상호 작용할 수 있다. 다른 한편으론, - 선택적으로, 아니면 추가로 - 내부 스플라인 치부도 힘 전달을 위해 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 원뿔형 기어의 치부들을 디자인할 때, - 원하는 주변조건들을 고려하면서 - 스퍼 치부는 파라미터에 따른 그 디자인에 있어 바람직한 방식으로 원뿔형 치부의 치부 파라미터들의 함수로서 발생할 수 있다. 이로써, 적합한 함수 (f) 와 함께 유효하다:

(

_St, x_St, m_St) = f (

_KV, x_KV, m_KV, δ_KV)

상기에서 표시 St 는 '스퍼 치부' 를 의미하고 KV 는 '원뿔형 치부' 를 의미한다.

하기의 표에는 전술한 파라미터들을 위해 가능한 경계 범위 및 이로부터 선택될 수 있는 바람직한 범위가 나타나 있다:

파라미터	경계 범위	바람직한 범위
St	12°내지 45°	17°내지 30°
xSt	-1.0 내지 1.0	-0.5 내지 0.5
mSt	0.01 내지 ∞	1 내지 20
KV	12°내지 45°	17°내지 30°
xKV	-1.0 내지 1.0	-0.5 내지 0.5
mKV	0.01 내지 ∞	1 내지 20
δKV	1°내지 179°	10°내지 90°

상기 바람직한 범위들은 예정된 적용 영역 및 이와 연관된 본 발명에 따른 원뿔형 기어에 대한 요구를 고려하면서 발생한다. 특히, 원뿔형 치부의 모듈의 바람직한 범위를 위해서는 잠재적으로 제공되어 있는 설치 공간이 중요하다. 원뿔형 치부의 바람직한 압력각 범위는 치부의 기대될 수 있는 플랭크 (flank) 하중과 관련되어 있으며, 전위는 달성될 수 있는 이뿌리 지지력과 관련되어 있고, 피치 원뿔 각도는 원뿔형 치부와 맞물리는 원뿔형 기어에 대한 잇 수 비율과 관련되어 있다. 스퍼 기어에 대해서는 비교 가능한 관점이 적용된다.

이미 상기에서 언급한 바와 같이, 치부들의 결합영역에서는, 이 영역에서 파라미터들의 가변적인 적응을 통해, 치부들이, 특히 이뿌리면들이 가능한 한 매끄럽게 서로 결합되는 것이 바람직하게 안전하게 될 수 있다. 바람직하게는, 결합영역에서, 함수 (f) 에는 스퍼 치부의 모듈이 원뿔형 치부의 피치 원뿔과 원통 치부의 피치원의 교차점에서 원뿔형 치부의 모듈과 동일한 값을 구비해야 한다는 경계 조건이 제시될 수 있다. 함수 (f) 에 대한 다른 주변 조건들은 이미 상기에서 언급된 바람직한 형태들로부터 발생한다.

또한, 본 발명은 접한 직선 스퍼 치부를 구비한 직선 원뿔형 기어에 제한되지 않는다. 전술한 관점들은 접한 헬리컬 스퍼 치부를 구비한 헬리컬 원뿔형 치부에 대해서도 마찬가지로 적용되며, 이때 바람직하게는 스퍼 치부와 원뿔형 치부의 헬리컬 각도는 서로 일치해야만 한다.

이하, 본 발명에 따른 원뿔형 기어의 실시예를 도면을 참조로 보다 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 원뿔형 기어의 실시예의 세로 단면,

도 2 는 도 1 에 따른 원뿔형 기어의 투시도,

도 3 은 도 1 및 도 2 에 따른 원뿔형 기어의 전면 평면도이다.

도 1 내지 도 3 에 도시되어 있는 본 발명에 따른 원뿔형 기어 (1) 의 실시예는 원뿔형 치부 (2) 및 - 상기 원뿔형 치부의 보다 큰 모듈을 갖는 단부에서 - 갭 없이 축방향으로 상기 원뿔형 치부에 접하는 연결 치부로서의 스퍼 치부 (3) 를 포함한다. 두 치부들 (2, 3) 은 직선 톱니 모양이다. 또한, 원뿔형 기어 (1) 는 추가로 내부 스플라인 치부 (4) 를 구비하며, 상기 내부 스플라인 치부는 방사상으로 스퍼 치부 (3) 및 원뿔형 치부 (2) 의 내부에 배치되어 있다. 상기 내부 스플라인 치부는 예컨대 샤프트 (shaft) 또는 이와 같은 것의 외부 스플라인 치부와의 회전고정적인 연결을 이루기 위해 쓰일 수 있다. 원뿔형 치부 (2) 와 스퍼 치부 (3) 는 둘 다 14 개의 이빨을 갖고 동일한 잇 수를 구비한다. 또한, 원뿔형 치부 (2) 와 스퍼 치부 (3) 는 나선형 롤러 치부로서 형성되어 있고, 따라서 상기 나선형 롤러 치부는 각각 상기 나선형 롤러 치부와 맞물리는 제 2 원뿔형 기어 또는 스퍼 기어와 함께 힘 전달을 위해 적합하다. 또한, 상기 원뿔형 치부와 상기 스퍼 치부가 곧장 서로 결합하는 것을 잘 알아볼 수 있다. 상기 치부들 (2, 3) 의 결합영역 (5) 은 에지 없이 형성되어 있다. 특히 도 3 의 전면도에서는, 스퍼 치부 (3) 와 맞물리는 스퍼 기어는, 상기 스퍼 기어가 축방향으로 원뿔형 치부 (2) 의 안까지 다다르는 경우에라도 원뿔형 치부 (2) 에 의해 방해를 받지 않을 것임을 알 수 있다. 정반대로, 다른 원뿔형 기어도 상기 원뿔형 기 어가 스퍼 치부 (3) 의 안까지 다다르거나 또는 심지어 그것을 넘어 다다를지라고 원뿔형 치부 (2) 안에서 굴러갈 때 스퍼 치부 (3) 에 의해 방해를 받지 않을 것이다. 원뿔형 치부 (2) 의 피치 원뿔 (d_KV) 과 스퍼 치부 (3) 의 피치원 (d_St) 의 교차점에서, 스퍼 치부 (3) 의 모듈과 원뿔형 치부 (2) 의 모듈은 서로 일치한다. 결합영역에서의 이끝 원 지름의 연장이 양쪽에서 접선적으로 원뿔형 치부 (2) 및 스퍼 치부 (3) 의 이끝 원 지름의 연장으로 끊임없이 및 뛰어오름 또는 에지 없이 넘어가도록, 이빨들은 결합영역 (5) 에서 그 이끝 원 지름의 엔드 릴리프를 구비한다. 또한, 원뿔형 치부 (2) 와 스퍼 치부 (3) 의 이빨들의 서로 결합하는 이뿌리면들도 이 영역에서의 각 치부 파라미터들의 매끄러운 결합을 통해 매끄럽게 되고, 따라서 그 이뿌리면들은 결합영역 (5) 에서 에지가 없다. 특히, 결합영역 (5) 에서의 이뿌리면들의 릴리프를 통해, 결합영역 (5) 에서의 치부들의 잇줄들이 양쪽에서 접선적으로 원뿔형 치부 (2) 와 스퍼 치부 (3) 의 잇줄로 넘어가는 것이 안전하게 된다. 원뿔형 치부 (2) 는 크라우닝을 구비하며, 상기 크라우닝은 도 1 에 무늬가 든 표면으로 나타나 있는 접촉 패턴 (7) 을 통해 도시되어 있다. 스퍼 치부 (3) 의 이빨들의 축방향 폭은 원뿔형 치부 (2) 의 이빨들의 축방향 폭보다 크다. 원뿔형 기어 (1) 는 그 정면쪽 단부에서 스퍼 치부 (3) 쪽에 방사상으로 에워싸는 연장부 (extension, 6) 를 구비하며, 상기 연장부를 수단으로 예컨대 내부 스플라인 치부 (4) 와 연결된 샤프트의 칼라는 형상 끼워맞춤으로 둘러싸일 수 있다.

Claims (16)

1. 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어로서, 상기 원뿔형 기어는 원뿔형 치부, 및 상기 원뿔형 치부의 한 단부에 갭 없이 접하고 동일한 잇 수를 갖는 적어도 하나의 다른 치부를 포함하는 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어에 있어서, 상기 두 치부들은 나선형 롤러 치부의 방식으로 구현되며, 상기 두 치부들 사이의 결합영역은 에지 없이 연장되고, 상기 원뿔형 치부와 상기 연결 치부의 치부 파라미터들은 개별적으로 또한 서로 다르게 미리 정해져 있는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 두 치부들의 결합영역에서 그 치부 파라미터들은 서로의 나선형 롤링 조건들을 충족시키는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 연결 치부는 스퍼 치부로서 형성되어 있고, 상기 스퍼 치부는 상기 원뿔형 치부의 보다 큰 모듈을 갖는 단부에 접하는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
4. 제 3 항에 있어서, 치부가 축방향으로 상기 원뿔형 기어의 상기 스퍼 치부 안에 다다르며 상기 원뿔형 치부 상에서 굴러가는 원뿔형 기어뿐만 아니라 그 스퍼 치부가 축방향으로 상기 원뿔형 치부 안에 다다르며 상기 스퍼 치부 상에서 굴러가는 스퍼 기어도 방해를 받지 않고 굴러갈 수 있도록, 상기 원뿔형 치부와 상기 스퍼 치부의 치부 파라미터들이 서로 종속되어 선택되어 있는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
5. 제 4 항에 있어서, 결합영역에서의 잇줄의 연장이 양쪽에서 접선적으로 상기 원뿔형 치부 또는 상기 스퍼 치부의 잇줄의 연장으로 넘어가도록, 상기 원뿔형 기어는 상기 치부들의 결합영역에서 그 이뿌리면들의 엔드 릴리프를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
6. 제 4 항에 있어서, 결합영역에서의 이끝 원 지름의 연장이 양쪽에서 접선적으로 상기 원뿔형 치부 또는 상기 스퍼 치부의 이끝 원 지름의 연장으로 넘어가도록, 상기 원뿔형 기어는 상기 치부들의 결합영역에서 그 이빨들의 이끝 원 지름의 엔드 릴리프를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 스퍼 치부의 모듈은 상기 원뿔형 치부의 피치 원뿔과 상기 스퍼 치부의 피치원의 교차점에서 상기 원뿔형 치부의 모듈과 동일한 값을 구비하는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
8. 제 3 항에 있어서, 상기 스퍼 치부의 압력각은 17°와 30°사이의 범위에 놓 여 있는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
9. 제 3 항에 있어서, 상기 스퍼 치부의 모듈은 1 과 20 사이의 값을 구비하는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
10. 제 3 항에 있어서, 상기 스퍼 치부의 전위 계수는 - 0.5 와 + 0.5 사이의 값을 갖고 선택되어 있는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
11. 제 3 항에 있어서, 상기 원뿔형 치부의 압력각은 17°와 30°사이의 범위에 놓여 있는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
12. 제 3 항에 있어서, 상기 원뿔형 치부의 모듈은 1 과 20 사이의 값을 구비하는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
13. 제 3 항에 있어서, 상기 원뿔형 치부의 전위 계수는 - 0.5 와 + 0.5 사이의 값을 갖고 선택되어 있는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
14. 제 3 항에 있어서, 상기 원뿔형 치부의 피치 원뿔 각도는 10°와 90°사이의 범위에 놓여 있는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
15. 제 3 항에 있어서, 상기 원뿔형 기어는 또한 방사상으로 상기 스퍼 치부의 내부에 배치된 내부 스플라인 치부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 원뿔형 기어는 성형 제작되는 것을 특징으로 하는, 연결 치부를 구비한 원뿔형 기어.

Images