KR20080098395A - 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링, 특히 완전 강 커플링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샤프트 간에, 특히 하나 또는 2개의 플레이트 팩(5)을 구비하여 서로 오프셋 되어 있는 축들을 포함하는 샤프트 간에 토크를 전달하기 위한 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링, 특히 완전 강 샤프트 커플링에 관한 것이다. 본원에 따라, 상기 플레이트 팩(5)은 플랜지 슬리브(6) 상에 안착되고, 이 플랜지 슬리브 상에서 링(4)에 의해 상기 플랜지 슬리브(6)의 단부측 플랜지(6b) 쪽에 고정된다. 또한, 상기 플레이트 팩들은, 너트(2)를 포함하여 플랜지 슬리브(6)를 통과하여 연장되는 나사 볼트들(7)에 의해, 서로 마주보는 슬리브들(8) 또는 제2 허브들(9)과 원주 방향에서 교대로 고정된다. 그리고 전달 가능한 토크를 대폭 증가시키기 위해, 플랜지 슬리브(14)는 공지된 플랜지 슬리브에 비해 축방향으로 단축되며, 그리고 마찰을 통해 전달할 수 있는 토크 성분을 증가시키기 위해, 플랜지 슬리브는, 허브(1)의 평면으로 향하는 자체 전달 영역에서 모따기 형태로 라운딩 처리되고, 코팅된 반경 기하 구조(6e)를 포함한다.

비틀림 강성, 가요성 샤프트 커플링, 완전 강 샤프트 커플링, 플레이트 팩, 샤프트, 플랜지 슬리브, 슬리브, 허브, 토크, 반경 기하 구조.

Description

비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링, 특히 완전 강 커플링{TORSIONALLY RIGID, FLEXIBLE SHAFT COUPLING, IN PARTICULAR FULLY-STEEL COUPLING}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 제시한 특징들을 포함하는 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링, 특히 완전 강 샤프트 커플링에 관한 것이다.

상기와 같은 샤프트 커플링은 DE 197 09 950 B4 및 DE 197 09 951 C2의 명세서로부터 공지되었다.

상기 커플링의 통상적인 실시예에 따르면, 커플링의 다양한 부분들 상호 간의 충분히 높은 변위 능력(즉, 각변위, 축방향 변위 및 반경 방향 변위)과 함께 가능한 한 높은 전달 토크가 요구된다.

공지된 커플링에서 충분한 변위 능력을 보장하기 위해, 커플링의 플레이트 팩(5)과 허브(1) 또는 슬리브(8) 사이에 충분히 큰 자유 공간이 존재해야 한다(특히 도2 및 도3 참조). 이를 위해 중요한 치수는 허브 평면과 플레이트 팩의 선단면 사이의 이격 치수이며, 이는 허브에 인접하는 플랜지 슬리브의 플랜지 치수에 상응한다. 이하에서, 상기 치수는 L(부재 번호 10)로 지시된다.

종래 기술에 따라 플랜지 치수 L(도2의 부재 번호 10) 대 외경 D(도 4의 부재 번호 16)의 비율은 최대 1:40이거나, 또는 그 이하이다.

DE 197 09 951 C2에서와 같이 이용되는 플레이트를 거친 가공 처리함으로써, 상대적으로 작은 예압력을 통해 비교적 높은 토크를 마찰을 통해 플랜지 슬리브에 전달하고, 그런 다음 허브에 전달할 수 있다. 플랜지 슬리브의 기하구조를 DE 197 09 950 B4에 따라 형성한다면, 일반적인 정상 출력 밀도에서 플레이트, 허브 및 연결된 슬리브 사이의 절대적인 유격 자유도가 보장된다.

따라서 사용자가 레이저 장치 및 기타 측정 장비를 이용하여 샤프트 커플링을 통해 보상된 반경 및 각도 오프셋을 측정할 때 이 측정 능력이 대폭 향상됨에 따라, 대개 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링의 높은 변위 능력이 주요 기준으로서 간주되는 것이 아니라, 상기 샤프트 커플링의 상대적으로 높은 출력 밀도가 주요 기준으로서 간주된다. 그에 따라 커플링의 외경이 가능한 한 작은 조건에서 가능한 한 높은 값으로 전달할 수 있는 토크가 출력 밀도로서 정의된다.

본 발명은 비틀림 강성의 가요성 마찰 커플링에서 마찰을 통해, 그에 따라 유격 없이 전달할 수 있는 토크를 대폭 상승시키는 것을 그 목적으로 한다. 이런 점은 청구항 제1항의 특징부에 의해 달성된다.

이와 관련하여 변위 능력이 이전까지 일반적이었던 값의 50 - 75%로 감소되는 점은 감수된다. 약 50 - 75%로 변위를 제한함으로써, 허브(1)와 플레이트 팩(5) 사이, 또는 플레이트 팩(5)과 슬리브 (8) 사이에서 요구되는 자유 공간은 감소하며, 그리고 플레이트 팩(5) 내부에서는 상대적으로 더욱 높은 강성이 제공될 수 있다.

플레이트 팩(5)의 중심과 허브(1)의 허브 평면 사이에, 도 1 내지 3의 종래 기술에 따라 존재하는 우력 길이(L1)(부재 번호 11)에 걸쳐서는, 존재하는 원주방향 힘 FU(도3, 부재 번호 12)를 통해 플랜지 슬리브(6)뿐 아니라 이 플랜지 슬리브(6)의 관통구 내 삽입된 나사 볼트(7)에도 작용하는 휨 모멘트 MB(도3, 부재 번호 15)가 발생한다. 그러나 휨 모멘트가 매우 큰 극단의 경우에, 플랜지 슬리브가 한쪽으로 들어 올려진다. 이때 나사 볼트에 작용하는 휨 모멘트 성분은 허용할 수 없을 정도로 높은 값을 가지며, 그리고 나사 볼트의 동적 하중을 바탕으로, 도1 내지 도3의 종래 기술의 경우 나사 볼트 및/또는 슬리브가 파손될 수 있다.

플랜지 슬리브(6)와 허브(1) 사이의 토크는 마찰 연동 및 형태 연동 간의 조합 형태로서 플랜지 슬리브와 허브 사이의 마찰 계수가 0.1인 조건에서 전달된다. DE 197 09 951에 따른 종래 기술의 경우, 플레이트만을 부분적으로 거친 가공 처리함으로써 나사 체결부의 영역에서는 0.3의 마찰 계수가 달성된다. 따라서 플레이트 팩 내에서 마찰을 통해 전달될 수 있는 토크는 플랜지 슬리브와 허브 사이에서보다 계수 3만큼 더욱 상승하게 된다. 이런 차이를 보상하기 위해, 기존의 형태 연동(shape-locked engagement)이 이용된다. 그러나 이런 형태 연동은 플랜지 슬리브 내에 그에 상응하는 하중과 그에 따른 변형을 야기한다. 토크가 매우 높은 경우, 플랜지 슬리브와 허브 사이에는 상당한 미세 이동이 발생하며, 그 결과로서 구동부 및 출력부 간에 마찰 부식 및 유격이 발생한다.

본 발명의 경우, 플랜지 슬리브의 코팅은 오목 반경(6d)의 영역에서 실행되며, 그에 따라 마찰을 통해 전달할 수 있는 토크 성분이 대폭 상승하게 된다. 표면 거친 가공 처리부는 분사가공(blasting)(예: 모래 분사가공) 또는 코팅(예: Dumi Disp Sic 9 또는 Ekagrip)으로 제조할 수 있다. 이런 경우, 플랜지 슬리브의 거친 가공 처리가 이루어지며, 이때 조합할 재료의 서로 다른 경도가 중요한 요소가 된다. 따라서 플랜지 슬리브는 접촉면보다 더욱 경질인 소재로 제조해야 한다.

그 외에도, 플랜지 슬리브는 존재하는 하중을 극복할 수 있도록 하기 위해 고강도의 조질강(예: 적어도 750N/㎟의 인장 항복 강도를 갖는 42CrMo4 또는 51CrV4)으로 제조한다.

플랜지 슬리브의 축방향 길이는, 지금까지의 DE 197 09 950 B4에 따른 종래 기술에 비해, 본 발명에 따라 허브 평면과 플레이트 팩 선단부 사이의 이격 간격(도2, 플랜지 치수 L = 부재 번호 10)을 가능한 한 작게 유지할 수 있도록 하기 위해 가능한 한 단축된다. 그렇게 함으로써 도2에 도시한 우력 길이(L1)(부재 번호 11)는 감소하며, 그에 따라 플랜지 슬리브(6)에 작용하는, 도3에 도시한 굽힘 모멘트 MB(부재 번호 15) 역시 분명히 감소하게 된다.

또한, 본 발명에 따라 플레이트 팩에 이용되는 플레이트는, 플레이트 팩의 세그먼트 중 압력 하중을 받는 세그먼트의 좌굴 하중을 감소시키기 위해, 도4 및 도5에 도시한 바와 같이 상대적으로 큰 두께를 구비하도록 형성한다.

본 발명에 따라 실시한 조치를 통해, 실제의 종래 기술에 비해 계수 1.8 - 2만큼 토크 상승이 달성된다. 추가적인 장점은, 변경되지 않은 나사 볼트 치수와 플랜지 슬리브의 동일한 반경 기하구조를 바탕으로, 기존의 플레이트 팩과 토크 최적화된 플레이트 팩을 간단하면서도 완벽하게 교체할 수 있다는 점에 있다.

도1은 종래 기술을 도시한 종단면도이다.

도2는 기존의 플랜지 치수 L(부재 번호 10) 및 우력 길이 L1(부재 번호 11)을 갖는 종래 기술을 도시한 단면도이다.

도3은 원주방향 힘 FU(부재 번호 12) 및 굽힘 모멘트 MB(부재 번호 15)를 도시한 개략도이다.

도4는 단축된 플랜지 치수 L2(부재 번호 13) 및 코팅된 반경 기하구조(6e) 및 상대적으로 두꺼운 플레이트(5a)를 구비한 본 발명을 도시한 단면도이다.

도5는 단축된 플랜지 치수 L2(부재 번호 13)를 갖는 도4에 따른 샤프트 커플링을 도시한 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

1: 허브

2: 너트

3: 와셔

4: 링

5: 플레이트 팩(plate pack)

5a: 상대적으로 두꺼운 플레이트

6: 플랜지 슬리브

6b: 단부측 플랜지

6d: 오목 반경(recessed radius)

6e: 코팅된 반경 기하구조

7: 나사 볼트

8: 슬리브

9: 대체되는 제2 허브

10: 종래 기술의 플랜지 치수 L

11: 종래 기술의 우력 길이(lever arm) L1

12: 원주방향 힘 FU

13: 단축된 플랜지 치수 L2

14: 열처리 되고 단축된 플랜지 슬리브

15: 굽힘 모멘트 MB

16: 외경 D(도 4).

도면들 중에 도4 및 도5는 본 발명에 따른 실시예를 도시하고 있다. 본 발명의 차이는 도1 내지 도3에 따른 종래 기술을 참조하고 이 종래 기술과 비교하여 다음에서 설명된다.

도1은 반경 방향 오프셋, 축방향 오프셋 및 각도 오프셋이 동시에 이루어질 시에 토크를 전달하기 위한 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링, 특히 완전 강 커플링을 도시하고 있다. 이런 커플링은 제1 단부측 허브(1)(상세하게 도시하지 않은 제1 샤프트 연결용), 중간 슬리브(8), 그리고 또 다른 단부에 제공되는 제2 허 브(9)(마찬가지로 미도시한 제2 샤프트와 결합용)를 포함한다. 허브(1)로부터 슬리브(8)를 통해 제2 허브(9)로 이루어지는 토크 전달은 2개의 플레이트 팩(5)(도1에서 슬리브(8)의 좌측 및 우측에서 각각 확인할 수 있음)을 통해 개시된다. 플레이트 팩(5)은 링(4)과 와셔(3)를 구비한 플랜지 슬리브(6) 내부에 다수의 플레이트로 구성되고, 너트(2)를 구비한 나사 볼트(7)를 통해 상호 간에 압착된다.

도2는 도1의 부분도를 도시하고 있다. 도2에 따르면, 플레이트 팩(5)은, 나사 볼트(7) 및 너트(2)를 통해 플랜지 슬리브(6), 링(4) 및 와셔(3)와 고정된다. 그 외에도 종래 기술에서는 일반적인 바와 같은 통상적인 플랜지 치수 L(부재 번호 10)과 이 플랜지 치수에 의해 영향을 받는 종래의 우력 길이 L1(부재 번호 11)도 도시되어 있다.

도3은, 커플링이 토크를 전달해야 할 때, 플레이트 팩(5)의 볼트 체결 지점에 작용하는 원주방향 힘 FU(부재 번호 12)와 이런 힘으로 인해 발생하는 굽힘 모멘트 MB(부재 번호 15)를 도시하고 있다.

도4는 축방향으로 단축된 새로운 플랜지 슬리브(14)의 부분 중 도1 내지 도에 따른 종래 기술에 비해 단축된 플랜지 치수 L2(부재 번호 13)를 도시하고 있다. 그 외에도 상기 플랜지 슬리브는 코팅되거나 또는 분사 가공된 반경 기하구조(6e)를 포함하고, 그에 따라 상대적으로 높은 마찰 계수를 갖는다. 또한, 부재 번호 6e로 도시한 바와 같이, 축방향에서 단축된 플랜지 슬리브는 상기 부재 번호 6e의 위치에서 모따기 형태로 라운딩 처리된다.

그 외에도 본원의 경우, 도1 내지 도3에 따른 종래 기술에 비해 상대적으로 더욱 두꺼운 플레이트(5a)가 이용된다. 이런 점은 상대적으로 더욱 강하게 단축된 플랜지 슬리브와 결부되어 전체적으로 도1에 따른 종래 기술에 비해 허브(1)와 허브(9) 사이의 전체 이격 간격을 약간 감소시킨다.

도5는 도4의 샤프트 커플링에 대한 본 발명에 따른 구현예를 평면도로 도시하고 있다.

Claims (4)

1. 샤프트 간에, 특히 하나 또는 2개의 플레이트 팩(5)을 구비하여 상호 간에 오프셋 되어 있는 축을 구비하는 샤프트 간에 토크를 전달하기 위한 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링, 특히 완전 강 샤프트 커플링으로서,

   상기 플레이트 팩은 플랜지 슬리브(6)에 안착되고, 이 플랜지 슬리브에서 링(4)에 의해 상기 플랜지 슬리브(6)의 단부측 플랜지(6b) 쪽에 고정되며, 또한 상기 플레이트 팩은 너트(2)를 구비하여 상기 플랜지 슬리브(6)를 통과하여 연장되는 나사 볼트(7)에 의해 서로 마주보는 슬리브들(8) 또는 제2 허브들(9)과 원주방향에서 교대로 고정되는 상기 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링에 있어서,

   상기 플랜지 슬리브(14)는 공지된 플랜지 슬리브에 비해 축방향으로 단축되며, 그리고

   마찰을 통해 전달할 수 있는 토크 성분을 증가시키기 위해, 상기 플랜지 슬리브는 허브(1)의 평면으로 향하는 자체 전환 영역에서 모따기 형태로 라운딩 처리되고, 또한 코팅된 반경 기하구조(6e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반경 기하구조(6e)의 표면 거친 가공 처리부는 분사가공 또는 코팅에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 플랜지 슬리브는 고강도의 조질강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 단축된 플랜지 치수 L2(13) 대 외경 D(16)의 비율은 적어도 1:50 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 비틀림 강성의 가요성 샤프트 커플링.

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