KR20110135921A - 테이퍼된 플렉스 핀을 구비한 기어 조립체 - Google Patents

테이퍼된 플렉스 핀을 구비한 기어 조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR20110135921A
KR20110135921A KR1020117018074A KR20117018074A KR20110135921A KR 20110135921 A KR20110135921 A KR 20110135921A KR 1020117018074 A KR1020117018074 A KR 1020117018074A KR 20117018074 A KR20117018074 A KR 20117018074A KR 20110135921 A KR20110135921 A KR 20110135921A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
planetary gear
shaft
gear shaft
intermediate portion
sleeve
Prior art date
Application number
KR1020117018074A
Other languages
English (en)
Inventor
알프레드 몬테스트럭
Original Assignee
프리드 앤드 골드먼, 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 프리드 앤드 골드먼, 리미티드 filed Critical 프리드 앤드 골드먼, 리미티드
Publication of KR20110135921A publication Critical patent/KR20110135921A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • F16H57/082—Planet carriers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/2809—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion with means for equalising the distribution of load on the planet-wheels
    • F16H1/2836—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion with means for equalising the distribution of load on the planet-wheels by allowing limited movement of the planets relative to the planet carrier or by using free floating planets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Retarders (AREA)
  • General Details Of Gearings (AREA)

Abstract

유성기어 조립체는 캐리어 플레이트 상에 장착되는 중심 태양기어 유닛 및 토크를 전달할 수 있도록 상기 중심 태양기어 유닛 둘레에 배치되는 다수개의 유성기어 세트를 구비한다. 상기 각각의 유성기어 세트는 유성기어 샤프트에 의해 지지되는 유성기어를 구비하고, 상기 유성기어 샤프트의 제 1 단부는 상기 캐리어 플레이트에 외팔보의 형태로 고정된다. 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부는 상기 유성기어를 지지한다. 상기 유성기어 샤프트는 이중으로 테이퍼된 구조를 갖는 오목한 중간부를 구비하며, 상기 중간부는 상기 유성기어 샤프트의 휨을 용이하게 하여 상기 유성기어 샤프트가 탄성적으로 휠 수 있게 함으로써 유성기어 세트들 사이에 부하 분배가 이루어진다. 상기 중간부의 외측 원주는 한 쌍의 돌출부를 구비한다. 상기 돌출부는 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 형성되며, 상호 이격되고, 외측으로 볼록한 구조를 갖는다.

Description

테이퍼된 플렉스 핀을 구비한 기어 조립체{GEAR ASSEMBLY WITH TAPERED FLEX PIN}
본 발명은 기어 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 랙-피니언 시스템 및 여타의 산업 용품에 사용될 수 있는 유성기어 세트에 관한 것이다.
유성기어 시스템은 다양한 산업에 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 유성기어 시스템에서는 태양기어에 의해 회전력이 입력된다. 다수개의 유성기어들이 상기 태양기어를 중심으로 배치되며, 상기 태양기어와 치합되어 상기 태양기어로부터 회전력을 전달받는다. 통상적으로, 유성기어들은 회전 유성기어 영역 상에 배치되며, 링기어가 출력요소의 기능을 한다.
상기 태양기어 및 다수개의 유성기어들은 물론이고, 통상적인 유성기어 또는 유성기어 시스템은 내치(internal teeth)를 구비한 링기어를 사용한다. 상기 태양기어는 캐리어 내에 배치되며, 상기 유성기어가 상기 태양기어 및 링기어에 치합된 상태에서 상기 링기어가 상기 유성기어들 및 태양기어의 둘레를 따라 이동한다. 상기 링기어는 통상적으로 모든 유성기어들과 치합한다. 따라서, 각각의 유성기어는 상기 태양기어 및 링기어와 치합하며, 다른 유성기어와는 치합하지 않고, 상기 링기어 및 태양기어 각각은 모든 유성기어들과 치합한다. 상기 유성기어들은 상호 평행하게 샤프트에 장착된다. 이러한 평행 관계는 회전 동작이 진행되는 동안에도 유지되는 것이 바람직한다. 상기 태양기어, 캐리어에 장착된 유성기어들 그리고 링기어로 이루어진 세개의 아이템 세트들 중에서, 하나는 통상적으로 고정 유지되며, 다른 두개는 회전하는데, 하나의 회전 부재에 소정의 각속도 및 토크로 회전력이 전달되며, 상기 하나의 회전 부재에 대한 기어비(gear ratio)에 따라 선형적으로 또는 그 역으로 변화된 토크 및 속도로 다른 하나의 회전 부재로부터 동력이 발생한다.
유성기어를 구비한 또는 구비하지 않은 모든 기어 시스템들에서 발생하는 일반적인 문제점은 기어들 간의 오정렬로 인해 치합 불량이 발생한다는 것이다. 기어들 간의 회전축이 정확하게 평행하지 않을 경우, 기어치(teeth)들의 부분적 접촉으로 인해 기어치의 단부가 확장되고, 기어치의 단부에 접촉 응력이 가해지게 된다. 이론적으로, 오정렬로 인해 발생할 수 있는 기어 조립체의 출력 손실은 30% 이상이다. 기어들 간의 회전축이 평행하지 않은 조건에서는, 기어치에 과도한 마모, 마찰 증가, 소음 증가 및 고응력이 발생하며 금속 피로를 야기한다.
4개 이상의 기어를 구비한 유성 기어 조립체에서 발생하는 또 다른 문제점은 부하기어(load gear) 사이의 부하 분배 문제이다. 부하를 균일하게 분배하기 위하여 제안된 방법 중의 하나는 유성기어 샤프트를 소성 변형시키고, 가요성 마운트(flexible mount)를 제공하는 것이다. 부하로 인해 캐리어가 휘어진다는 또 다른 문제점이 제기된다. 기어들이 최대 부하를 받을 때 심각한 오정렬이 발생한다. 기어들이 최대 부하를 받을 때, 상기 캐리어가 비틀림 변형되면 기어들의 심각한 오정렬이 야기된다. 상기 오정렬로 인해 모든 기어들의 부하를 경감시켜야하는 이유 중의 상당부분은 직접적으로 이러한 사실에 기인한다.
산업 현장에서 제공되는 해결 방안 중의 하나는 이격되어 견고하게 연결된 한 쌍의 플레이트를 유성 캐리어로서 사용하는 것이다. 이중 플레이트 구조는 유성 샤프트의 휨 및 오정렬을 크게 감소시킬 수 있다. 그러나, 이러한 이중 플레이트 구조는 하나의 플레이트를 사용하는 것과 비교할 때 매우 무거우며, 제조비용을 증가시키는 문제가 있다. 이러한 구조는 유성기어용 가요성 마운트를 사용하기에 적합하지 않으며, 세개 이상의 유성 기어를 사용하는 경우에도 적합하지 않다. 또한, 상기 구조의 경직성으로 인해 공차 이탈(out-of-tolerance) 문제가 더욱 가중될 것이다.
상기 문제를 해결하기 위한 또 다른 방법이 미합중국 특허 제3,303,713호 (1967년 R.J. Hicks에게 허여됨)에 개시되어 있다. 상기 특허에 따르면, 기어와 샤프트 사이에 슬리이브(sleeve)가 배치되며, 상기 슬리이브 상에 기어휠이 배치된다. 상기 샤프트는 대항 단부들을 구비하는데, 상기 대향 단부들은 상기 기어휠과 캐리어 사이에 견고하게 고정된다. 상기 기어휠과 캐리어 사이에 공간이 형성되고, 상기 공간으로 인해 상기 샤프트가 가요성을 가질 수 있으므로, 균일한 부하를 제공할 수 있다. 또한, 상기 특허는 태양기어의 방선축(radial axis)에 평행하며, 유성기어 동작의 접선방향에 수직인 두 측면 상에 핀이 안착될 수 있도록 핀을 형성하는 것을 개시하고 있다. 이러한 구조의 목적은 상기 방선축의 단면계수를 감소시켜 상기 방선축 방향으로 큰 휨이 발생하도록 하는 것이다. 이러한 경우, 부하 공유에 유리하며, 구심력으로 인해 반경 방향으로 휨이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 문제점들을 해결하기 위한 또 다른 방법이 미합중국 특허 제6,994,651호(G.P. Fox 및 E. Jallat에게 허여됨)에 개시되어 있다. 상기 특허는 태양기어, 상기 태양기어의 둘레에 배치되는 링기어 및 상기 태양기어와 링기어 사이에 배치되어 이들과 치합하는 유성기어들을 구비한 유성기어 시스템을 개시한다. 캐리어 플랜지가 상기 유성기어로부터 축방향으로 오프셋(offset)되며, 캐리어 핀이 상기 캐리어 플랜지로부터 상기 유성기어 내부로 돌출된다. 각각의 캐리어 핀은 캐리어 플랜지에 외팔보의 형태로 형성되며, 이중 테이퍼를 갖는다. 상기 캐리어 핀은 토크 작용시 플랜지에 대해 휘어진다. 상기 핀의 휨이 최대가 되는 상기 핀의 대향 단부에 외팔보의 형태로 형성되는 내륜(inner race)은 반대 방향으로 휘어져서 상기 핀에 의한 휨을 보상하는 역할을 한다. 휨이 두개의 방향으로 발생하므로, 유성기어의 축(Y)은 중심축(X) 대해 평행하게 유지되며, 상기 유성기어는 상기 태양기어 및 링기어와 적절하게 치합될 수 있다. 상기 핀에 그루브가 형성되며, 상기 그루브로 인해 상기 핀이 용이하게 휠 수 있다.
상기 특허들에 개시된 시스템은 특정의 환경에서는 만족스럽게 작동하지만, 고부하 환경에서 사용하기 위해서는 기어 조립체를 위한 잭업(jack-up) 랙-피니언 시스템이 필요하다.
본 발명의 목적은 유성기어의 휨을 최대화하여 유성기어들 사이의 부하 공유를 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 태양기어에 대한 오정렬을 최소화하는 것이다.
본 발명의 상기 목적들 및 다른 목적은 캐리어 플레이트 상에 장착된 중심 기어 및 토크를 전달할 수 있도록 상기 중심 기어 둘레에 배치되는 다수개의 유성기어 세트를 구비하는 유성 기어 조립체를 마련하는 것에 의해 달성된다.
상기 각각의 유성기어 세트는 유성기어 샤프트에 의해 지지되는 유성기어를 구비하고, 상기 유성기어 샤프트는 상기 캐리어 플레이트에 외팔보의 형태로 고정되는 제 1 단부, 상기 유성기어를 지지하는 제2 단부 및 감소된 직경을 갖는 오목한 중간부를 구비하며, 상기 중간부의 외측 원주에는 적어도 하나 이상의 외측으로 볼록한 원주 돌출부가 마련되고, 상기 원주 돌출부는 상기 1 단부와 제 2 단부 사이에 형성된다.
본 발명에 따르면, 유성 기어에 부하가 인가될 때 유성기어가 가능한 최대로 탄성적으로 휠 수 있으며, 이에 따라 유성기어들 사이의 부하 분배가 가능하다. 또한, 상기 유성기어 샤프트의 휨 성능으로 인해, 태양기어 및 링기어에 대한 유성기어의 정렬이 유지된다.
이하 도면에 대한 설명을 하기로 한다. 도면에서 동일한 부품은 동일한 도면부호로 표시되었다.
도 1은 명확한 설명을 위해 유성기어들 중의 하나가 제거된 상태에서, 본 발명에 따른 기어 조립체를 보여주는 사시도 이다.
도 2는 태양기어를 보여주기 위해 유성기어 박스가 후진되어 있는 상태에서, 잭업 리그 레그 코드 (jack-up rig leg chord)를 보여주는 사시도 이다.
도 3은 기어 샤프트 또는 플렉스 핀(flex pin)을 보여주기 위해 기어들 중의 하나가 제거된 상태에서, 본 발명에 따른 기어 박스를 보여주는 사시도 이다.
도 4는 도 3에 도시된 기어박스의 사시도 로서, 캐리어 플레이트 및 캐리어와 유성기어 샤프트 사이의 그루브 용접부를 보여주는 사시도 이다.
도 5는 유성기어들 중 하나의 단면도이다.
도 6은 유성기어 샤프트의 종단면도이다.
도 7은 유성기어 샤프트의 횡단면도이다.
언급되었던 바와 같이, 유성기어 박스를 사용함에 있어서 매우 중요한 하나의 문제는 유성기어들 사이의 부하 공유이다. 많은 요소들이 유성기어들 사이의 불균일한 부하 분배를 야기한다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 이러한 요소로는 기어 박스의 부품들을 제조할 때 발생하는 공차 에러, 잭킹 시스템(jacking system)의 경우 캐리어로 안내되는 측면 부하, 잭킹 피니언 샤프트의 휨을 야기하는 스톰(strom) 부하, 레그 가이드 (leg guide)가 과도하게 마모되었을 경우 잭 케이스의 중심으로부터 이탈하여 이동하는 리그 레그 코드(rig leg chord), 및 로터의 중심선 이상의 풍속으로 인해 로터에 편심 부하가 가해지는 풍력 터빈 등이 있다. 이러한 종류의 문제들로 인하여, 몇몇 유성기어 치합부에는 다른 유성기어들의 치합부에 비해 상당히 높은 부하가 인가된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 유연 플렉스 핀 (단위 부하당 휨의 정도가 큼)을 제공하여 부하를 많이 받는 유성기어를 더 편향시켜 부하를 캐리어를 통해 다른 유성기어들로 전달하는 것이 바람직하다. 하기 설명되는 바와 같이, 본 발명은 상기 문제들을 기어 박스 조립체의 구조 개선을 통해 해결하였다.
도면을 상세히 참조하면, 도면부호(10)은 통상적으로 대향 수직 측면(14)을 따라 연장하는 치열(12; row of teeth)을 구비한 레그 코드(leg chord)를 나타낸다. 리그를 개발 사이트(deployment site)로 운송하는 동안, 잭업 리그(도시 안됨)의 레그들은 통상적으로 수면 위로 상승한 후, 다시 하강하여 해저면에 안착한다. 이후, 상기 리그의 외피는 랙-피니언 시스템에 의해 예상되는 파동(wave action) 보다 높은 위치까지 상승한다. 상기 외피가 상승함에 따라, 레그 코드(10)의 치열(12)은 잭 케이스(18)의 치열(16)과 치합 한다.
통상적으로, 잭킹 피니언(20)들은 상기 레그 코드(10)에 토크를 전달하여 레그를 리그 외피에 대해 수직 방향으로 이동시킨다. 리그 상에 위치한 모터는, 상기 피니언(20)에 대항된 잭 케이스(18)에 고정되는 기어 조립체(30)를 통해, 각각의 피니언(20)에 회전력을 전달한다. 상기 기어 조립체(30)는 기어 박스(22) 내에 고정되고, 상기 기어 조립체(30)의 중앙 피니언 또는 태양기어(34)는 상기 모터에 연결된다. 외측 링기어(35)도 상기 기어 박스(22) 내에 장착된다.
이러한 유성기어 박스 장치는 종래 기어 박스 장치들에 비해 많은 장점을 제공할 수 있다. 그 중 하나는 컴팩트한 구성을 가지며, 동력 전송 효율이 크다는 것이다. 유성기어 박스 장치에서 일반적으로 발생하는 효율의 손실은 스테이지당 3% 정도에 불과하다. 이러한 효율은, 태양기어를 통해 기어 박스로 유입되는 에너지를 기어 박스 내에서 기계적 손실로 낭비시키지 않고, 에너지의 많은 부분을 증식시켜 토크로 전환할 수 있다. 상기 유성기어 박스 장치의 또 다른 장점은 균일한 부하 분배이다. 전달되는 부하는 다수개의 유성기어들 또는 유성기어 세트(36) 사이에서 공유되므로, 출력 토크가 크게 증가 한다. 시스템 내에 유성기어가 많을수록, 부하 능력이 커지고 높은 토크 밀도가 얻어진다. 이러한 유성기어 박스 장치는 매우 안정적이며 향상된 회전 강성을 갖는다. 그러나, 상기 언급한 바와 같이, 이러한 공학적 해결법은 구조를 복잡하게 하고, 태양기어(34)의 회전시 치합된 치열들 사이에 갭을 발생시킨다는 문제가 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 유성기어 세트(36)들은 유성기어 샤프트(40)에 의해 캐리어 플레이트(28) 상에 장착된다. 각각의 유성기어 세트(36)는 치열이 형성된 유성기어를 구비한다. 상기 유성기어는 태양기어(34) 및 링기어(35)에 치합된다. 각각의 유성기어 샤프트(40)는 상기 캐리어(38)의 평면에 대해 90도의 각도를 형성하며 상기 캐리어 플레이트(38)에 고정적으로 연결된다. 상기 유성기어(36)들은 상기 태양기어(34)로부터 상기 캐리어(38)로 토크를 전달한다. 상기 유성기어 샤프트 또는 플렉스 핀(40)은 상호 평행하게 고정되며, 상기 유성기어(40)의 중심축은 상기 태양기어(34)의 중심축에 평행하다.
각각의 유성기어(36)는 중앙에 배치된 태양기어(34)와 결합되기 위한 접촉면을 갖는 치열을 구비한다. 통상적으로, 상기 기어 조립체는 상기 태양기어(34) 주위에 배치되는 4개 또는 그 이상의 유성기어를 갖는다. 상기 모터 샤프트 및 태양기어(34)가 회전함에 따라 상기 유성기어(36)들이 회전한다. 상기 회전하는 유성기어(36)들이 개별적으로 고정된 샤프트(40)를 중심으로 결합되어 있기 때문에, 상기 유성기어(36)들은 상기 태양기어(34) 주위에서 공전하고, 이에 따라, 상기 캐리어(38)가 회전한다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 캐리어 플레이트(38)는 잭 케이스(18)에 인접한 토크 플레이트(42)에 고정된다. 도시된 실시예에서는, 상기 토크 플레이트(42)가 상기 잭 케이스(18)에 수반되는 다수개의 토그 러그(torque lug; 46)에 의해 정위치에 유지된다.
상기 유성기어 캐리어(38)는 상기 플렉스 핀(40)의 제 1 단부(50)에 압입된다. 상기 플렉스 핀(40)의 상기 제 1 단부(50)는 상기 캐리어 플레이트(38)에 외팔보의 형태로 고정된다. 상기 제 1 단부(50)의 종방향 치수는 상기 캐리어 플레이트(38)의 두께와 실질적으로 동일하다. 용접부(52)는 상기 캐리어 플레이트(38) 및 상기 플렉스 핀(40)의 제 1 단부(50)에 형성된 상호 인접한 그루브들을 따라 형성된다.
상기 플렉스 핀(40)의 제 2 단부(54)는 유성기어 슬리이브 또는 단부(54)의 전체 원주를 둘러싸는 슬리이브(56)에 압입 결합된다. 상기 단부(54)는 상기 제 1 단부(50) 보다 작은 직경을 가지며, 그 종방향 치수가 상기 제 1 단부(50) 보다 작다.
상기 슬리이브(56)는 관형 본체를 가지며, 상기 관형 본체는 상기 플렉스 핀(40)의 제 2 단부(54)에 결합되는 말단부(58) 및 상기 플렉스 핀(40)과 접촉되지 않은 채 상기 플렉스 핀(40)의 제 1 단부(50)에 인접하게 배치되는 근접단부(60)를 구비한다. 모따기부(62)가 상기 제 2 단부(60)에 형성되어 상기 플렉스 핀(40)의 사용시 상기 플렉스 핀(40)의 굽힘 길이를 증가시키는데, 이에 대해서는 이하 더욱 상세하게 기재될 것이다.
용접부(64)가 상기 슬리이브(56)의 말단부(58)와 상기 플렉스 핀(40)의 제 2 단부(54) 사이에 형성된다. 상기 용접부(64)는 상기 슬리이브(56)와 상기 플렉스 핀(40)의 엣지면에 형성되는 상호 인접한 그루브들 내에 형성된다.
상기 슬리이브(56)는 상기 유성기어(36)에 대한 접촉면을 형성하는 외측 원통면(57)을 갖는다. 플랜지(61)가 상기 슬리이브(60)의 근접단부(60)를 중심으로 외측으로 연장된다. 유성기어 베어링(63)이 상기 외측면(57)과 상기 유성기어(36) 사이에 개재된다. 상기 유성기어 베어링(63)의 일단부(65)는 상기 플랜지(61)의 내면에 대해 인접하게 배치된다. 상기 유성기어 베어링(63)은 상기 유성기어(36)의 종방향 치수와 실질적으로 동일한 종방향 치수를 갖는다.
상기 플렉스 핀(40)의 중간부(70)는 상기 플렉스 핀(40)의 제 1 단부(50)와 제 2 단부(54) 사이에 형성된다. 상기 중간부(70)는 이중으로 테이퍼되어 감소된 직경을 갖는다. 환형 공간(70)이 상기 슬리이브(56)의 내면(68)과 상기 중간부(70)의 외면 사이에 형성된다. 도시되어 있는 바와 같이, 상기 플렉스 핀(40)의 구조는 상기 제 2 단부(54)가 상기 제 1 단부(50)에 비해 작은 종방향 치수를 갖도록 되어 있다.
각각의 플렉스 핀(40)은 중심 종축(72)을 가지며, 상기 중간부(70)는 최소 직경부(74)를 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 중간부(70)는 상기 최소 직경부(74)를 향해 테이퍼된 형상을 갖는다. 상기 플렉스 핀(40)의 중간부(70)의 외면에는 테이퍼가 불균일하게 형성된다. 제 1 오목부(76)가 상기 플렉스 핀(40)의 상기 제 1 단부(50)에 인접하게 형성된다. 외측으로 볼록한 제 2 볼록부 또는 돌출부(78)가 상기 제 1 오목부(76)로부터 단일하게 연장한다.
제 3 오목부(80)가 상기 제 2 볼록부(78)로부터 단일하게 연장된다. 상기 제 1 오목부(76)는 상기 제 3 오목부(80)에 비해 작은 곡률 반경을 갖는다. 상기 제 3 오목부(80)는 상기 최소 직경부(74)를 커버한다. 이후, 상기 중간부(70)의 외면의 직경은 상기 플렉스 핀(40)의 제 2 단부(54)를 향해 점진적으로 증가한다. 외측으로 볼록한 제 4 볼록부(82)가 외측으로 볼록한 제 2 돌출부를 정의하며, 상기 제 2 돌출부는 상기 제 3 오목부(80)로부터 단일하게 연장된다. 제 5 오목부(86)에 의해 상기 플렉스 핀(40)의 제 2 단부(54)에 인접한 호형 표면이 형성된다.
가상선(86)이 상기 제 3 오목부(80)를 통과한다. 상기 가상선(86)은 상기 유성기어(36)에 의해 상기 유성기어 슬리이브(56) 상에 인가되는 힘을 나타낸다. 상기 플렉스 핀(40)을 절곡시키는 상기 힘에 의해 상기 핀(40)의 휨이 발생하는데, 이는 중간부의 이중 테이퍼된 구조 및 상기 오목부/볼록부로 인하여 발생한다. 이후, 상기 힘은 가압에 의해 이중 테이퍼된 구조를 갖는 플렉스 핀(40)의 전장에 걸쳐 전달된다. 핀 표면으로 절단된 부분들(76,82)의 오목한 반경부는 일정하거나(편평하거나) 또는 가변적(일반적으로, 타원형)이다. 또한, 플렉스 핀 표면으로 절단된 부분들(78,82)의 오목한 반경부는 일정하거나 (편평하거나) 또는 가변적(일반적으로 타원형)이다.
상기 돌출부(78,82)들에 의해 형성되는 외측으로 돌출된 원주형 돌출부들은 상기 중간부(70)의 중심에 대해 상호 동일하게 이격될 필요가 없다. 상기 돌출부(78,82)들의 원주면 상에 오목면이 형성되어 인가된 힘을 분산시킴으로써, 상기 플렉스 핀(40)이 축선(72) 방향으로 휘어진다. 특정한 경우에 있어서, 하나 이상의 원주 외측으로 볼록한 돌출부가 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 기어 조립체는 유성기어들의 휨을 실질적으로 증가시키며, 부하 스트레스를 낮추고, 부하 공유를 향상시킨다.
오정렬로 인해 기어치 상에 인가되는 힘이, 플렉스 핀에 인가되는 모멘트 및 전단 부하에 더해지거나 빼지는 일반적으로 작은 부가 모멘트인 경우, 상기 이중 테이퍼된 플렉스 핀이 스프링 같은 유연성을 가지므로 작은 오정렬들은 자체적으로 보정된다. 본 발명의 플렉스 핀은 오정렬로 인한 편심 부하를 최소화시킬 수 있도록 휘어질 수 있으며, 본 발명에 따른 기어 조립체의 작동시 상기 플렉스 핀이 유연할수록(소정 부하 당 증가된 휨) 오정렬이 적어진다.
샤프트 단부 서포트가 비대칭적으로 배치되어 샤프트의 휨이 용이하게 제어될 수 있으며, 이에 따라, 정확히 반대 방향에서, 유성기어 샤프트의 휨이 유성기어 캐리어의 실질적으로 휨에 부합된다. 따라서, 상기 유성기어의 정렬상태가 회전하는 캐리어에 동축적으로 유지될 수 있다.
상기 기어 조립체의 구조는, 인가되는 부하의 대향 측면 상에서, 샤프트(40)에 비대칭적 강성을 부여하며, 이는 부하 인가점의 두개의 대향 측면 상에서 테이퍼의 경사를 상호 다르게 형성함으로써 용이하게 이루어진다. 상기 플렉스 핀의 구조는, 가장 큰 굽힘 모멘트를 받는 위치에서 가장 큰 직경을 가지며, 굽힘 모멘트가 작은 위치일수록 직경이 작아진다. 이에 따라, 샤프트의 응력을 상승시키지 않으면서 샤프트의 휨을 증가시킬 수 있다.
상기 유성기어 샤프트는 침탄강(또는 경화강)으로 제작되어 고도의 스프링 휨에 대해 더욱 작은 직경을 사용하는 것이 가능하다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 유성기어 베어링(63)은 연질 금속으로 제작된다. 이에 따라, 연질의 삽입부가 침탄 경화강으로 제작된 샤프트와 경화강으로 제작된 허브 사이에 제공될 수 있다. 상기 유성기어 베어링의 삽입부는 강에 비해 탄성계수가 매우 낮은 재료를 이용하여 제작되며, 이에 따라, 샤프트가 느슨하게 압입된 상태에서 유지될 수 있다. 이러한 양태에 따르면, 샤프트의 프레테지 크랙킹(frettage cracking)을 방지할 수 있으며, 그 결과, 허브(캐리어 플레이트 및 슬리이브)가 직접적으로 샤프트 상에 압입되는 경우, 사이클의 수를 줄일 수 있다.
본 발명의 범주 내에서 다양한 변화 및 개조가 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명의 권리는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (25)

  1. 캐리어 플레이트 상에 장착된 중심 기어; 및
    토크를 전달할 수 있도록 상기 중심 기어 둘레에 배치되는 다수개의 유성기어 세트를 구비하며,
    상기 각각의 유성기어 세트는 유성기어 샤프트에 의해 지지되는 유성기어를 구비하고, 상기 유성기어 샤프트는 상기 캐리어 플레이트에 외팔보의 형태로 고정되는 제 1 단부, 상기 유성기어를 지지하는 제2 단부 및 감소된 직경을 갖는 오목한 중간부를 구비하며, 상기 중간부의 외측 원주에는 적어도 하나 이상의 외측으로 볼록한 원주 돌출부가 제공되고, 상기 원주 돌출부는 상기 1 단부와 제 2 단부 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중간부는 외측으로 볼록하고 상호 이격된 한 쌍의 원주 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 중간부는 상기 유성기어 샤프트의 제 1 단부에 인접한 제 1 오목부, 외측으로 볼록한 제 2 원주부, 상기 중간부의 중심선을 실질적으로 커버하는 제 3 오목부, 외측으로 볼록하며 상기 제 3 오목부에 인접한 제 4 원주부 및 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부에 인접하게 형성된 제 5 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유성기어 샤프트는 비대칭 구조를 가지며, 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부는 상기 유성기어 샤프트의 제 1 단부에 비해 작은 반경 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유성기어 샤프트는 비대칭 구조를 가지며, 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부는 상기 유성기어 샤프트의 제 1 단부에 비해 작은 종방향 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부는 유성기어 슬리이브에 고정되며, 상기 슬리이브는 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부 및 중간부를 감싸는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부는 상기 유성기어 슬리이브에 용접되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  8. 제 6 항에 있어서, 환형 공간이 상기 유성기어 슬리이브의 내면 및 상기 중간부의 외측 원주 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 각각의 유성기어 세트는 상기 유성기어 슬리이브와 상기 유성기어 사이에 개재된 유성기어 베어링를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 유성기어 슬리이브는 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부에 인접한 근접 단부 및 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부에 인접한 말단부를 갖는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 유성기어 슬리이브의 근접 단부는 외측으로 연장되는 플랜지를 수반하며, 상기 유성기어 베어링은 상기 유성기어와 상기 유성기어 슬리이브 사이에서 상기 플랜지에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 유성기어 슬리이브의 근접 단부는 상기 유성기어 슬리이브의 내면으로부터 연장되는 모따기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 유성기어 샤프트의 제 1 단부는 상기 캐리어 플레이트에 용접되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 중간부는 상기 유성기어 샤프트의 제 1 단부 및 제 2 단부로부터 오목하게 하향 테이퍼되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 중간부는 이중으로 테이퍼된 구조를 가지며, 상기 중간부의 대향 단부들은 상기 유성기어 샤프트의 제 1 단부 및 제 2 단부로부터 하향 테이퍼되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  16. 캐리어 플레이트 상에 장착되는 중심 태양기어 유닛; 및
    토크를 전달할 수 있도록 상기 중심 태양기어 유닛 둘레에 배치되는 다수개의 유성기어 세트를 구비하며,
    상기 각각의 유성기어 세트는 유성기어 샤프트에 의해 지지되는 유성기어를 구비하고, 상기 유성기어 샤프트는 상기 캐리어 플레이트에 외팔보의 형태로 고정되는 제 1 단부, 상기 유성기어를 지지하는 제2 단부 및 감소된 직경을 가지며 이중으로 테이퍼된 구조를 갖는 오목한 중간부를 구비하며, 상기 중간부의 외측 원주에는 적어도 하나 이상의 외측으로 볼록한 원주 돌출부가 제공되고, 상기 원주 돌출부는 상기 1 단부와 제 2 단부 사이에 형성되고, 상기 중간부는 상기 유성기어 샤프트의 휨을 용이하게 하여 상기 유성기어 샤프트가 탄성적으로 휠 수 있게 함으로써 유성기어 세트들 사이에 부하 분배가 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 각각의 유성기어 세트는 상기 태양기어 세트와 유성기어 세트 사이에 토크 전달이 이루어지는 동안 상기 중심 태양기어 유닛의 중심축에 평행하게 유지되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 중간부는 상기 유성기어 샤프트의 제 1 단부에 인접한 제 1 오목부, 외측으로 볼록한 제 2 원주부, 상기 중간부의 중심선을 실질적으로 커버하는 제 3 오목부, 외측으로 볼록하며 상기 제 3 오목부에 인접한 제 4 원주부 및 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부에 인접하게 형성된 제 5 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 유성기어 샤프트는 비대칭 구조를 가지며, 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부는 상기 유성기어 샤프트의 제 1 단부에 비해 작은 반경 방향 치수 및 종방향 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부는 유성기어 슬리이브에 고정되며, 상기 슬리이브는 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부 및 중간부를 감싸는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  21. 제 20 항에 있어서, 환형 공간이 상기 유성기어 슬리이브의 내면 및 상기 중간부의 외측 원주 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 각각의 유성기어 세트는 상기 유성기어 슬리이브와 상기 유성기어 사이에 개재된 유성기어 베어링를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 유성기어 슬리이브는 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부에 인접한 근접 단부 및 상기 유성기어 샤프트의 제 2 단부에 인접한 말단부를 갖는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 유성기어 슬리이브의 근접 단부는 외측으로 연장되는 플랜지를 수반하며, 상기 유성기어 베어링은 상기 유성기어와 상기 유성기어 슬리이브 사이에서 상기 플랜지에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 유성기어 슬리이브의 근접 단부는 상기 유성기어 슬리이브의 내면으로부터 연장되는 모따기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 조립체.
KR1020117018074A 2009-02-05 2009-09-05 테이퍼된 플렉스 핀을 구비한 기어 조립체 KR20110135921A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/322,781 US8216108B2 (en) 2009-02-05 2009-02-05 Gear assembly with tapered flex pin
US12/322,781 2009-02-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110135921A true KR20110135921A (ko) 2011-12-20

Family

ID=42398177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117018074A KR20110135921A (ko) 2009-02-05 2009-09-05 테이퍼된 플렉스 핀을 구비한 기어 조립체

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8216108B2 (ko)
EP (1) EP2394075B1 (ko)
KR (1) KR20110135921A (ko)
CN (1) CN102308124B (ko)
ES (1) ES2461517T3 (ko)
WO (1) WO2010090625A1 (ko)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8313412B2 (en) * 2009-02-05 2012-11-20 Friede & Goldman, Ltd. Gear assembly with asymmetric flex pin
US20110021305A1 (en) * 2009-07-27 2011-01-27 Radzevich Stephen P Differential having self-adjusting gearing
GB201108773D0 (en) * 2011-05-25 2011-07-06 Romax Technology Ltd Planet carrier assembly
US8550955B2 (en) * 2011-08-16 2013-10-08 General Electric Company Pin for planetary gear system
US8572943B1 (en) 2012-05-31 2013-11-05 United Technologies Corporation Fundamental gear system architecture
US20150308351A1 (en) * 2012-05-31 2015-10-29 United Technologies Corporation Fundamental gear system architecture
NL2009315C2 (en) * 2012-08-10 2014-02-11 Gustomsc Recources B V Drive unit, drive system, gear train and offshore structure.
US9145956B2 (en) 2013-01-25 2015-09-29 Gustomsc Resources B.V. Torque sharing drive and torque sharing process
CN104995429A (zh) * 2013-02-27 2015-10-21 舍弗勒技术股份两合公司 行星小齿轮轴
US9531237B2 (en) * 2013-12-19 2016-12-27 Gustomsc Resources B.V. Dual rack output pinion drive
EP3101313B1 (en) * 2015-06-04 2022-07-06 Swepart Transmission AB Epicyclic gear train
US10054216B2 (en) * 2016-07-26 2018-08-21 Caterpillar Inc. Assembly guide for sleeved planetary carriers
ES2786572T3 (es) * 2016-08-19 2020-10-13 Flender Gmbh Eje planetario
DE102017219614A1 (de) * 2017-11-06 2019-05-09 Zf Friedrichshafen Ag Planetenträger mit flexiblen Bolzen
US10682705B2 (en) 2017-11-09 2020-06-16 General Electric Company Gear assembly for a wind turbine gearbox having a flexible pin shaft and carrier
US10330174B2 (en) * 2017-11-09 2019-06-25 General Electric Company Gear assembly for a wind turbine gearbox having a flexible pin shaft and carrier
US10724625B2 (en) * 2018-02-20 2020-07-28 Sikorsky Aircraft Corporation Torsionally compliant geartrain carrier assembly
EP3810359A1 (en) 2018-06-25 2021-04-28 General Electric Company Additively manufactured journal bearing for a wind turbine gearbox
DE102018211161A1 (de) 2018-07-06 2020-01-09 Zf Friedrichshafen Ag Verformungsoptimierter Planetenbolzen
US10851886B2 (en) * 2018-08-24 2020-12-01 Magna Powertrain Of America Inc. Power transfer assembly with planetary gearset having carrier with crack arresting features
US10788102B2 (en) 2018-11-28 2020-09-29 Deere & Company Axle final drive assembly with pivoting gear set
US10851671B2 (en) 2019-03-29 2020-12-01 Pratt & Whitney Canada Corp. Bending stiffening feature used for compliant journal bearing
DE102019207100A1 (de) * 2019-05-16 2020-11-19 Zf Friedrichshafen Ag Planetenträger mit flexiblen Bolzen und Versteifungsrippe
US11428310B2 (en) 2019-06-03 2022-08-30 Allison Transmission, Inc. Stepped spindle
CN114450508B (zh) * 2019-07-08 2024-03-01 舍弗勒技术股份两合公司 具有差速器的行星变速器
EP3795864A1 (de) 2019-09-20 2021-03-24 Flender GmbH Geräuschoptimierter planetenradträger, planetenradträgeranordnung, planetengetriebe, windkraftanlage und industrie-applikation
IT201900018104A1 (it) * 2019-10-07 2021-04-07 Ge Avio Srl Trasmissione ad ingranaggi con perni flessibili
US11111014B2 (en) * 2019-10-23 2021-09-07 Textron Innovations Inc. Integral flexured carriers for aircraft planetary gear systems
EP3926213A1 (en) 2020-06-19 2021-12-22 Ge Avio S.r.l. Epicyclic gearing with press-fit collar with reduced edge contact stress concentrations
US11773963B2 (en) 2020-06-29 2023-10-03 General Electric Company Wind turbine gearbox carrier with integrated pin shafts and method of manufacturing same
CN114776395B (zh) * 2021-01-22 2023-10-31 通用电气阿维奥有限责任公司 用于涡轮机的高效周转齿轮组件及其制造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1859105A (en) 1929-05-07 1932-05-17 Munro Thomas Spring suspension of vehicles
DE682354C (de) * 1935-04-30 1939-10-13 Werke Kiel Akt Ges Deutsche Umlaufraedergetriebe mit federnd zwischen zwei gemeinsamen Traegern gelagerten Umlaufraedern
US2127463A (en) * 1937-03-26 1938-08-16 Wright Aeronautical Corp Reduction gear
US2749778A (en) * 1952-03-11 1956-06-12 Farrel Birmingham Co Inc Articulated planetary gearing
SE395048B (sv) 1975-11-10 1977-07-25 Stal Laval Turbin Ab Epicyklisk vexel med anordning vid planethjulshallare for att kompensera tangentiell utbojning
US4771654A (en) 1983-09-17 1988-09-20 Kinichi Shinjo Gear system
FR2713732B1 (fr) * 1993-12-15 1996-01-12 Hispano Suiza Sa Transmission à engrenages orbitaux et charge répartie.
DE19538761A1 (de) 1995-10-18 1997-04-24 Blach Josef A Drehmomentverzweigendes Getriebe
DE19706686A1 (de) 1997-02-20 1998-08-27 Erich Tausend Planetenradlagerung für Planetengetriebe
US6117041A (en) * 1999-06-11 2000-09-12 Caterpillar Inc. Self-aligning cantilever carrier
US6994651B2 (en) 2003-10-07 2006-02-07 The Timken Company Epicyclic gear system
GB0518026D0 (en) * 2005-09-06 2005-10-12 Orbital 2 Ltd A gear

Also Published As

Publication number Publication date
US8216108B2 (en) 2012-07-10
EP2394075A4 (en) 2013-01-02
ES2461517T3 (es) 2014-05-20
EP2394075B1 (en) 2014-04-09
EP2394075A1 (en) 2011-12-14
US20100197444A1 (en) 2010-08-05
CN102308124A (zh) 2012-01-04
CN102308124B (zh) 2014-03-12
WO2010090625A1 (en) 2010-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110135921A (ko) 테이퍼된 플렉스 핀을 구비한 기어 조립체
EP2440813B1 (en) Gear assembly with asymmetric flex pin
JP6268163B2 (ja) ギヤボックスおよびギヤボックスのキャリヤの支持装置
JP4372157B2 (ja) 遊星歯車装置を備える歯車伝動装置
US8082818B2 (en) Planetary device for conversion between rotary motion and linear motion
US8852048B2 (en) Planetary harmonic differential transmission
US20170227093A1 (en) Planetary gear unit
RU2659196C1 (ru) Сдвоенная волновая зубчатая передача
KR20230107546A (ko) 기어쌍 및 장동 감속기
WO2019065070A1 (ja) デュアルタイプの波動歯車装置
US11933385B2 (en) Nutation reducer
JP6424128B2 (ja) 遊星歯車装置
WO2022222624A1 (zh) 行星架及齿轮箱
RU2655968C1 (ru) Планетарный редуктор силовой установки
CN114370487B (zh) 谐波减速器及传动装置
JP2021116863A (ja) 歯車装置およびロボット
JP5130194B2 (ja) 動力伝達装置
KR20090099202A (ko) 하모닉 감속기
CN219119746U (zh) 一种柔性齿套连接环
CN114321194B (zh) 联轴节装置
US8328677B2 (en) Robust tooth forms for gearing systems
RU2505720C1 (ru) Зубчатая муфта

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application