KR20170124384A

KR20170124384A - 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조

Info

Publication number: KR20170124384A
Application number: KR1020160054214A
Authority: KR
Inventors: 김효준; 장동열; 류종수; 성현규
Original assignee: 자화전자(주)
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2017-11-10

Abstract

기어샤프트와 모터샤프트 결합구조가 개시된다. 본 발명에 따른 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조에 의하면, 종래의 샤프트 결합구조에서 발생하는 공차에 의한 진동과 소음을 억제할 수 있고, 샤프트 간 공차로 인한 구동 충격으로 샤프트가 변형되는 것을 방지함으로써 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

기어샤프트와 모터샤프트 결합구조{assembling structure of gear shaft and motor shaft}

본 발명은 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동력전달 중에 발생하는 진동과 소음을 줄이고 조립과정에서의 부품의 변형을 방지함으로써 내구성을 향상시킬 수 있는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조에 관한 것이다.

일반적으로 기어박스(gear box)는 전동에 사용하는 기어 장치를 내장한 상자형 프레임으로서, 구동축을 회전시키는데 필요한 동력을 전달하기 위한 각종 기어가 내장되어 있는 박스를 말한다.

기어박스는 모터나 엔진 등의 구동부와 그에 의해 구동되는 구동축(종동축) 사이에 구비되어 구동축의 RPM과 회전력을 조절하면서 전달하기 위해 사용된다. 기어박스에 설치된 기어 어셈블리에 의한 감속비가 클수록 전달되는 토크는 더 커지게 되며, 이를 이용하여 구동축에 전달되는 회전수와 구동력을 조절한다.

한편, 모터의 구동에 의해 발생한 회전력을 기어박스로 전달하기 위해서는 모터에 구비된 모터샤프트와 기어박스에 구비된 기어샤프트를 결합하여야 한다. 기존에는 기어샤프트와 모터샤프트의 결합을 위해 억지끼움 방식을 주로 적용하였는데, 이러한 억지끼움 방식은 기어샤프트와 모터샤프트 간의 편심 발생을 최소화하기 위해 제조되는 부품의 치수에 대해 특별한 관리가 요구되며, 억지끼움을 시행하기 위한 별도의 지그(jig)장치가 필요하다.

그리고 지그장치를 사용하더라도 기어샤프트와 모터샤프트 간의 동심도가 어긋날 수 있으며, 이 경우 진동 및 소음이 발생하고, 조립과정에서 부품의 변형이 발생하여 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

억지끼움 방식이 아닌 단순 조립 방식을 적용하는 경우에는 모터샤프트와 기어샤프트 사이에 기본적으로 존재하는 공차(clearance) 이외에도 설계상 발생하는 공차에 의해 문제가 발생한다.

즉, 조립 방식의 경우 억지끼움 방식보다 샤프트 간의 편심 관리를 상대적으로 완화할 수 있으나 이를 위해서는 공차의 추가 확보가 필요하고 추가적으로 조립성을 확보하기 위해 공차 치수를 충분히 여유있게 설계할 수밖에 없다.

이러한 공차의 발생은 실제 제품의 구동시 진동과 소음을 발생시키며 구동 충격에 의해 기어샤프트와 모터샤프트에 변형이 발생하게 되므로 내구성 저하를 초래하게 된다.

따라서 이러한 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조에서 진동과 소음의 발생을 억제하고 구동 충격으로 인한 샤프트 변형으로 초래되는 내구성 저하를 방지할 수 있는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 실시예들은 종래의 샤프트 결합구조에서 발생하는 공차에 의한 진동과 소음을 억제하고자 한다.

또한, 샤프트 간 공차로 인한 구동 충격으로 샤프트가 변형되는 것을 방지하고, 내구성을 향상시키고자 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 음형부 또는 양형부 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 기어샤프트 연결부; 상기 기어샤프트 연결부 형상과 대응되도록 음형부 또는 양형부 중 나머지 하나의 형상으로 형성되며, 상기 기어샤프트 연결부와의 사이에 일정 공차가 형성되는 모터샤프트 연결부; 및 상기 기어샤프트 연결부와 모터샤프트 연결부 중 양형부로 형성된 부분의 둘레에 삽입되며, 상기 양형부가 음형부에 삽입될 때, 상기 공차에 개재되면서 압축되어 결합력을 증가시키는 완충 부재;를 포함하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조가 제공될 수 있다.

상기 완충 부재의 경도는 30Hs 내지 80Hs로 이루어질 수 있다.

상기 완충 부재의 두께는 0.2mm 내지 1.5mm로 이루어질 수 있다.

상기 완충 부재는 상기 양형부가 삽입되는 쪽의 반대측이 개방된 형태로 이루어질 수 있다.

상기 완충 부재는 상기 양형부가 삽입되는 쪽의 반대측이 폐쇄된 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조는 상기 기어샤프트 연결부와 모터샤프트 연결부의 외측을 둘러싸는 보호 부재를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 보호 부재는 모터의 속도가 3,000RPM보다 큰 경우에 적용될 수 있다.

상기 보호 부재는 모터의 구동 하중이 0.3kg·cm보다 큰 경우에 적용될 수 있다.

상기 완충 부재와 보호 부재는 우레탄 또는 EPDM 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 종래의 샤프트 결합구조에서 발생하는 공차에 의한 진동과 소음을 억제할 수 있다.

또한, 샤프트 간 공차로 인한 구동 충격으로 샤프트가 변형되는 것을 방지하고, 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어샤프트 연결부 구조를 도시한 정면도와 측면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터샤프트 연결부 구조를 도시한 정면도와 측면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터샤프트 연결부 구조를 도시한 정면도와 측면도
도 4는 모터샤프트의 양형부에 완충 부재가 적용된 여러 변형예를 도시한 정면도와 측면도
도 5는 기어샤프트 음형부의 여러 변형예를 도시한 정면도와 측면도
도 6은 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조에서 발생하는 공차와 완충 부재의 관계를 도시한 측면도
도 7은 기어샤프트와 모터샤프트가 결합된 구조의 여러 변형예를 도시한 측면도
도 8은 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조에 보호 부재가 적용된 경우를 도시한 측면도

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어샤프트 연결부 구조를 도시한 정면도와 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터샤프트 연결부 구조를 도시한 정면도와 측면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터샤프트 연결부 구조를 도시한 정면도와 측면도이다. 도 4는 모터샤프트의 양형부에 완충 부재가 적용된 여러 변형예를 도시한 정면도와 측면도이고, 도 5는 기어샤프트 음형부의 여러 변형예를 도시한 정면도와 측면도이며, 도 6은 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조에서 발생하는 공차와 완충 부재의 관계를 도시한 측면도이다. 도 7은 기어샤프트와 모터샤프트가 결합된 구조의 여러 변형예를 도시한 측면도이고, 도 8은 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조에 보호 부재가 적용된 경우를 도시한 측면도이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기어샤프트(100)와 모터샤프트(200) 결합구조는 크게, 음형부(-) 또는 양형부(+) 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 기어샤프트 연결부(110); 상기 기어샤프트 연결부(110) 형상과 대응되도록 음형부(-) 또는 양형부(+) 중 나머지 하나의 형상으로 형성되며, 상기 기어샤프트 연결부(110)와의 사이에 일정 공차(C)가 형성되는 모터샤프트 연결부(210); 및 상기 기어샤프트 연결부(110)와 모터샤프트 연결부(210) 중 양형부로 형성된 부분의 둘레에 삽입되며, 상기 양형부(+)가 음형부(-)에 삽입될 때, 상기 공차(C)에 개재되면서 압축되어 결합력을 증가시키는 완충 부재(300)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 기어샤프트 연결부(110)는 음형부(-)와 양형부(+) 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있는데, 본 실시예에서는 음형부(-)로 형성되는 것을 예로 들어 설명한다. 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 기어샤프트 연결부(110)는 그 단부에서 오목한 홈 형상으로 이루어져 음형부(-)를 형성한다.

상기 기어샤프트 연결부(110)가 음형부(-)로 이루어짐에 따라 상기 모터샤프트 연결부(210)는 양형부(+)로 구성될 수 있다. 도 2와 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 모터샤프트 연결부(210)는 그 단부에서 일정 형태로 돌출된 형상으로 이루어져 양형부(+)를 형성한다.

본 실시예에서는 상기 기어샤프트 연결부(110)에 음형부(-)가 형성되고, 상기 모터샤프트 연결부(210)에 양형부(+)가 형성되었지만 이에 한정되는 것은 아니며 반대로 상기 기어샤프트 연결부(110)에 양형부(+)가 형성되고, 상기 모터샤프트 연결부(210)에 그에 대응되는 음형부(-)가 형성되는 것도 가능하다.

상기 양형부(+)와 음형부(-)의 형상은 다양한 형태로 변형될 수 있는데, 다만 서로 대응되는 형상으로 이루어짐으로써 상기 양형부(+)가 음형부(-)에 삽입되어 결합하도록 구성된다.

예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼 상기 양형부(+)는 기어샤프트(100)의 외경과 동일한 크기의 H-Cut을 적용하여 가공됨으로써 형성될 수 있다. 그리고 도 3에 도시된 것처럼 상기 양형부(+)가 기어샤프트(100)의 외경보다 0.5mm 이상 작은 2단 가공품 형상으로 이루어지는 것도 가능하다.

물론 상기 양형부(+)는 기어샤프트(100)의 외경보다 크거나 작게 형성되는 것이 모두 가능하다. 그러나 양형부(+) 외경을 음형부(-)의 외경과 같거나 작게 형성하면 회전 시 발생하는 힘이 후술할 완충 부재(300)의 일 부분에 집중되는 것(점접촉)을 억제함으로써 완충 부재(300)가 훼손되는 것을 방지하거나 지연시킬 수 있다.

따라서 상기 양형부(+)는 후술할 완충 부재(300)를 포함한 외경이 음형부(-) 외경보다 같거나 작게 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 양형부(+)에는 완충 부재(300)가 끼워져 고정될 수 있다. 즉, 상기 양형부(+)가 음형부(-)에 삽입되기 전에 먼저 상기 완충 부재(300)를 상기 양형부(+) 둘레에 끼워 삽입한 후 음형부(-)와 결합하는 것이다.

상기 완충 부재(300)는 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 양형부(+)의 형상에 대응되도록 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 도 4(a)와 도 4(c)에 도시된 것처럼 상기 완충 부재(300)는 상기 양형부(+)가 삽입되는 쪽의 반대측이 개방된 형태로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 완충 부재(300)는 상기 양형부(+)를 둘러싸는 측면을 제외한 양측 단부가 모두 개방되며, 그에 따라 양형부(+)의 끝단이 노출된 상태로 상기 음형부(-)에 삽입될 수 있다.

상기 완충 부재(300)의 형태는 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4(b)에 도시된 것처럼 상기 양형부(+)가 삽입되는 쪽의 반대측이 폐쇄된 형태로 이루어지는 것도 가능하다. 그에 따라 상기 양형부(+)의 끝단은 상기 완충 부재(300)에 의해 둘러싸인 상태로 상기 음형부(-)에 삽입될 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 양형부(+)와 음형부(-) 사이에는 일정 간격의 공차(C)가 형성되며, 상기 완충 부재(300)는 상기 양형부(+)가 음형부(-) 에 삽입되어 결합할 때, 상기 공차(C)를 메우면서 압축된다.

따라서 양형부(+)나 음형부(-)를 가공할 때, 부품 치수를 특별히 관리하지 않아도 기어샤프트(100)와 모터샤프트(200)의 결합력을 증대시킬 수 있고 샤프트 간의 편심 관리도 완화할 수 있는 장점이 있다.

그리고 설계의 유연성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 결합 공정도 용이하게 수행할 수 있고, 구동 충격에 의한 기어샤프트(100)와 모터샤프트(200)의 변형을 충분히 방지할 수 있으며, 진동과 소음을 저감시킬 수 있으므로 제품의 내구성과 신뢰성을 확보하고 생산성 향상도 기할 수 있다.

이때, 상기 완충 부재(300)의 경도는 30Hs 내지 80Hs로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서 경도의 단위는 쇼어 경도(shore hardness, Hs)이다. 경도가 전술한 범위일 때 양형부(+)가 음형부(-)에 상대적으로 부드럽게 삽입되어 조립 공정에서 작업의 편의성을 확보면서도 충분한 결합력이 얻을 수 있다.

여기서 상기 완충 부재(300)는 우레탄(urethane) 또는 EPDM으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 완충 부재(300)의 두께(t)는 상기 공차(C)보다 일정 수치 더 크게 형성됨으로써 상기 양형부(+)가 음형부(-)에 삽입될 때, 완충 부재(300)가 압축되면서 결합력을 확보한다.

구체적으로, 상기 완충 부재(300)의 두께(t)는 0.2mm 내지 1.5mm로 이루어지며, 이때 상기 공차(C)는 상기 완충 부재(300)의 두께(t)보다 0.1mm 정도 작게 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 도 5와 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 일 실시예에 따른 기어샤프트(100)와 모터샤프트(200) 결합구조는 상기 기어샤프트 연결부(110)와 모터샤프트 연결부(210)의 외측을 둘러싸는 보호 부재(400)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 보호 부재(400)는 모터의 속도가 3,000RPM보다 큰 경우 또는 모터의 구동 하중이 0.3kg·cm보다 큰 경우에 적용될 수 있다. 그리고 상기 완충 부재(300)와 마찬가지로 보호 부재(400)는 우레탄 또는 EPDM 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 보호 부재(400)는 상기 기어샤프트(100)와 모터샤프트(200)가 결합되기 전에 기어샤프트 연결부(110) 외측을 둘러싸도록 끼워지며, 상기 양형부(+)가 음형부(-)에 삽입되면서, 기어샤프트 연결부(110)와 모터샤프트 연결부(210) 외측을 둘러싸게 된다.

도 7에 도시된 것처럼 이 상태로 결합을 마무리할 수 있지만, 도 8에 도시된 것처럼, 상기 양형부(+)가 음형부(-)가 삽입되어 결합한 후 이동시킬 수 있다. 이 경우 상기 보호 부재(400)는 상기 기어샤프트 연결부(110) 끝단이 보호 부재(400)의 중앙에 오도록 위치한 상태에서 기어샤프트 연결부(110)와 모터샤프트 연결부(210) 외측을 둘러싸게 된다.

상기 보호 부재(400)는 모터의 고속 회전시에 양형부(+)와 음형부(-) 사이에 개재된 완충 부재(300)를 압박하여 결합력을 높이고, 완충 부재(300)에 손상이나 찢어짐 발생 시에 부품 간의 이탈을 방지하는 역할을 수행한다.

　또한, 고속 회전시에는 완충 부재(300)가 음형부(-)의 개방된 측으로 늘어남에 따라 결합 공차가 증가하게 되어 소음이나 진동이 발생할 수 있는데, 이러한 현상을 방지하는 역할도 함께 수행한다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 의한 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조에 의하면, 종래의 샤프트 결합구조에서 발생하는 공차에 의한 진동과 소음을 억제할 수 있고, 샤프트 간 공차로 인한 구동 충격으로 샤프트가 변형되는 것을 방지함으로써 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

100 : 기어샤프트 110 : 기어샤프트 연결부
200 : 모터샤프트 210 : 모터샤프트 연결부
300 : 완충 부재 400 : 보호 부재
- : 음형부 + : 양형부

Claims

음형부 또는 양형부 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 기어샤프트 연결부;
상기 기어샤프트 연결부 형상과 대응되도록 음형부 또는 양형부 중 나머지 하나의 형상으로 형성되며, 상기 기어샤프트 연결부와의 사이에 일정 공차가 형성되는 모터샤프트 연결부; 및
상기 기어샤프트 연결부와 모터샤프트 연결부 중 양형부로 형성된 부분에 삽입되며, 상기 양형부가 음형부에 삽입될 때, 상기 공차에 개재되면서 압축되어 결합력을 증가시키는 완충 부재;를 포함하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 완충 부재의 경도는 30Hs 내지 80Hs로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 완충 부재의 두께는 0.2mm 내지 1.5mm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 완충 부재는 상기 양형부가 삽입되는 쪽의 반대측이 개방된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 완충 부재는 상기 양형부가 삽입되는 쪽의 반대측이 폐쇄된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 기어샤프트 연결부와 모터샤프트 연결부의 외측을 둘러싸는 보호 부재를 더 포함하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조.
제6항에 있어서,
상기 보호 부재는 모터의 속도가 3,000RPM보다 큰 경우에 적용되는 것을 특징으로 하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조.
제6항에 있어서,
상기 보호 부재는 모터의 구동 하중이 0.3kg·cm보다 큰 경우에 적용되는 것을 특징으로 하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조.
제6항 내지 제8항에 있어서,
상기 완충 부재와 보호 부재는 우레탄 또는 EPDM 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어샤프트와 모터샤프트 결합구조.