KR20190022570A - 섀프트-허브 연결 - Google Patents

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KR20190022570A
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Abstract

추가적인 전달 요소들 또는 중간 요소들을 필요로 하지 않고, 부하 전달 각도의 더 좋은 위치를 보증하고 또한 필요한 품질 및 정확도를 가지고 경제적으로 제조될 수 있는 섀프트-허브 연결을 제공하기 위해, 본 발명은 복수의 도그들을 가지는 정렬 기어링을 포함하는 섀프트-허브 연결을 제안하는데, 이때 상기 도그들은, 적어도 부분적으로, 연장된 트로코이드를 따라 이어지는, 단면에 있어서 윤곽을 포함한다.

Description

섀프트-허브 연결
본 발명은 정렬 기어링을 포함하는 섀프트-허브 연결에 관한 것이다.
이러한 섀프트-허브 연결들은 널리 알려져 있고 기술의 상태에서 사용된다. 정렬 기어링은 복수의 드라이브-타입 고정자(multiple drive-type fastening)이다. 토크들은 보통 톱니가 있는 플랭크들을 이용해 전달된다. 섀프트의 외부에는 톱니가 형성되어 있고 허브의 내부에는 톱니가 형성되어 있다. 도그들은 섀프트의 외부로부터 또한 허브의 내부로부터 돌출된다. 대응하는 오목부들은 반대 요소 상에 각각 형성된다. 도그들 사이에는 간격들이 있고, 그 간격들은 반대 요소의 물질에 의해 채워질 것이다.
이러한 정렬 기어링들은 톱니의 형태 및 윤곽에 따라, 나선형(involute) 또는 평행 톱니 시스템들, 또는 미세한 톱니모양(serration)으로 알려져 있다.
보통의 섀프트-허브 연결들(shaft-hub connections)에 있어서, 페더 키 플러그-인 톱니 연결들(feather key plug-in toothing connections), 라운드 크림핑 연결들(round crimping connections) 또는 중간 요소들을 포함하는 다른 연결들이 널리 사용된다. 중간 요소들(intermediate elements)은 토크 전달에 필요한 접촉 윤곽(contact contour)을 보장해야 한다. 기술 상태에서 알려진 다른 피팅 연결들 또한 예를 들어 소위 H 또는 P3G 프로파일들에 속하는, 다각형의 외부 윤곽들을 가지는 도그들(dogs)을 알고 있다. 특히 높은 부하들 및 큰 구조적 부분들의 경우에 있어서는 상당한 단점들이 발견될 것이다. 연결들은 전-표면 형태 핏(full-surface form fit)을 가진다. 전력 전달은 표면 법선에 직각인 윤곽 법선의 모든 점에서 발생한다. 이상적인 방식으로 그리고 특히 큰 부하들의 경우에 있어서, 부하 전달 각도는 구조적 구성성분들의 중심에 대하여 접선으로 위치되어야 한다. 하지만, 이것은 알려진 다각형 형태들의 경우가 아니다. 게다가, 도그들을 위한 다각형 형태들은 제조하기에 까다롭거나 또는 복잡하다.
상기에서 설명된 기술의 상태에 기초하여, 본 발명의 목적은 추가적인 전달 요소들 또는 중간 요소들을 필요로 하지 않고, 부하 전달 각도의 더 좋은 위치를 보증하고 또한 필요한 품질 및 정확도를 가지고 경제적으로 제조될 수 있는 섀프트-허브 연결을 제공하는 목적에 기초한다.
이 문제의 기술적인 해결책을 위해, 청구항 1 항의 특징들을 가지는 섀프트-허브 연결이 제안된다. 다른 장점들 및 특징들은 종속항들로부터 기인한다.
본 발명에 따르면, 상기 도그들은, 적어도 부분적으로, 연장된 트로코이드(trochoid)를 따라 이어지는, 단면에 있어서 윤곽을 포함한다.
상기 도그들은 단면에 있어서, 즉 그 윤곽의 연장이 적어도 부분적으로, 연장된 트로코이드를 따라 이어지는, 윤곽을 포함한다.
본 발명에서 말하는 섀프트-허브 연결은 토그 전달을 목적으로 하는 내부와 외부의 구조적 구성성분들 사이의 어떠한 연결이라도 포함한다. 이 연결들은 또한 예를 들어 일반적인 클러치들, 멀티-플레이트 클러치들, 풍력 기술 분야에 있어서의 브레이크 디스크들 연결들, 다른 연결 조립체들 뿐만 아니라 배의 추진기와 구동축 사이의 연결들과 같은, 디스크-형태의 허브들을 포함한다.
사이클로이드(cycloid)는, 원형의 곡선(cyclic curve)으로 지칭되는데, 안내 곡선(guiding curve) 상을 원을 따라 회전하는 동안 원의 점이 따르는 경로이다. 안내 곡선은 예를 들어 직선 또는 원일 수 있다. 이와 같이, 예를 들어 하이포트이로코이드(hypocycloid)들 또는 에피트로코이드(epitrochoid)들 뿐만 아니라, 하이포사이클로이드(hypocycloid)들 또는 에피사이클로이드(epicycloids)들이 생성된다. 통상적인 하이포사이클로이드 또는 하이포트로코이드는 미끄러짐 없이, 다른 원 내측을 따라 회전하는, 반지름(R)을 가지는 원의 점(P)에 의해 생성된다. 통상적인 에피사이클로이드 또는 에피트로코이드는 미끄러짐 없이, 다른 원의 외측을 따라 회전하는 원의 점(P)에 의해 생성된다. 반지름(R)의 중심으로부터 점(P)의 거리(a)는 중요하다. 거리(a)가 반지름(R)과 동일하지 않다면, 이것은 트로코이드들로서 지칭되고, 그렇지 않다면 보통의 사이클로이드로서 지칭된다. a가 R보다 작다면, 이것은 단축된 트로코이드들로 지칭된다. a가 R보다 크다면, 이것은 연장된 트로코이드들로서 지칭된다.
연장된 트로코이드들은 그들의 불연속적인 형태, 즉 곡선 진행 동안 서로 교차하는 곡선들에 의해 특징지어진다. 기술의 상태는 연결 윤곽의 타입에 관한 한 닫힌 사이클로이드들을 기술하지만, 본 발명은 섀프트와 허브 사이에 연결자 단면을 형성하는 개별적인 연장된 트로코이드들의 부분들(sections) 또는 하부부분들(subparts)에 관련 있다. 연장된 트로코이드들을 이용하는 것에 의해, 토크 전달들을 위한 힘 전달은 다른 종류들의 사이클로이드들에 비하여 크게 개선된다. 특히, 도그들의 형태는 더 급경사로 설계될 수 있다. 이 방식으로, 특히 안정적이고 효과적인 연결들이 생성되는 것이 가능하다. 대응하는 제조 프로세스들의 이용은 경제적일 뿐만 아니라, 매우 정확한 생산이 가능하고, 이것은 연장된 트로코이드들의 이용을 고려하는 것을 가능하게 해준다. 복잡한 기계가공 작업은 당업자가 이러한 형태들을 피하도록 해줄 것이다. 이것은 좁은 곡선 형태들, 갑작스런 지름 변화들 등에 적용된다.
유리한 제안에 따르면, 연결은 적용하는 경우에 따라, 축상으로 변위될 수 있도록 구성되거나, 또는 압축될 수 있다. 예를 들어 차례로 축상으로 배치되는 다른 섀프트-허브 연결들이 설계되어야 한다면, 다른 윤곽형성의 도그들에 피팅하고 조정하는 것 또한 가능하다.
나아가, 톱니 시스템이 비-라운드-터닝(out-of-round-turning)에 의해 생산될 수 있다는 것은 특히 유리하다. 이것은 섀프트 또는 허브 중 적어도 하나에 있어서 적어도 맞는 말이지만, 하지만 바람직하게는 둘 다에 맞는 말이다. 이로써, 대량 생산에서 특별한 경제적 효율성이 획득된다. 본 발명의 다른 장점은 다른 물질들이 서로 결합될 수 있다는 것이다. 도그 윤곽의 종류로 인해, 최적 토크 전달이 개별적인 도그들에 작용하는 힘들이 너무 강하지 않더라도, 발생한다.
본 발명의 다른 유리한 제안에 따르면, 도그는 언더컷을 포함할 수 있다. 또한 격리된 다른 영역들은 본 발명의 범위 안에 있다. 이 형태에서 격리된 영역들은 섀프트와 허브가 서로 접촉하지 않는 영역들이다.
본 발명은 터닝 프로세스들에 의해 배타적으로 대응하는 섀프트-허브 연결들을 생성하는 것을 가능하게 해준다. 윤곽은 터닝 프로세스들을 이용하는 제조 동안 생성되고 이것은 최대의 가능한 피치 및 곡선 형태 정확도를 가지는 고정밀을 포함한다. 피치 오류들은 실제로 측정가능하지 않다.
모든 도그들은 동일한 기계가공 프로세스에 따라 생산될 수 있다. 모든 도그들의 형태는 동일하여, 측정 작업은 하나의 도그로 감소된다. 수학적으로 명확하게 정의되는 윤곽으로 인해, 본 발명은 대규모 생산들에 적절하고 또한 단순화된 측정 기술을 이용해 점검될 수 있다.
힘 전달 벡터들은 주변 방향으로 향하고, 토크들을 전달하기 위한 힘들의 최적화된 도입이 획득된다.
본 발명은 섀프트-허브 연결들의 구축 및 제조에 있어서 큰 자유도를 허용한다. 도그들의 수, 툴 궤도의 원 반지름, 및 작업편으로의 침투 깊이는 적절한 형태들의 생산을 가능하게 해주는 제조 변수들이다.
실제로, 소정의 제조 변수들은 적절한 것으로 증명되었다. 따라서, 도그들의 수는 7과 70 개의 도그들의 범위 내에 포함되고, 이때 15 내지 40이 통상적으로 고려될 수 있다. 도그들의 폭은 바람직하게 > 8이고, 특히 바람직하게 > 12mm이다. 도그 높이에 있어서, > 5mm가 바람직한 것으로, > 8mm가 더 바람직한 것으로 증명되었다. 도그들 사이의 간격은 바람직하게 > 3mm, 더 바람직하게 > 5mm이다. 이 상세사항은 또한 성능 요구조건 및 구축 공간에 종속하여 도그들과 간격 사이의 비율이 반드시 1:1일 필요가 없다는 것을 보여준다. 예를 들어, 2:1, 2.5:1, 역으로 1:2, 1:2.5 및 어떠한 중간 비율들도 적절할 수 있다.
언더컷이, 만약 형성되어 있다면, 바람직하게 수 mm에 이를 수 있다.
특히 유리한 방식으로, 모든 도그들은 동일한 형태를 가진다.
본 발명의 다른 유리한 제안에 따르면, 연결은 섀프트와 허브의 축상 영역의 50% 미만을 이용한다.
연결은 각각의 개별적인 경우에 있어서 개별적으로 적응되고 최적화될 수 있다. 도그들의 수는 별도로, 그 폭 및 높이, 도그들 사이의 간격들의 크기, 내부 및 외부의 형식적 지름들, 연결의 섀프트와 허브의 도그들 사이의 접촉 영역들 뿐만 아니라 언더컷도 변경될 수 있다.
터닝 프로세스들, 특히 비-라운드 터닝 프로세스들을 이용한 윤곽의 생산은, 최대의 가능한 피치 정확도 및 곡선 형태 정밀도를 가지는 높은 제조 정밀도로 귀결된다. 가능한 피치 오류들은, 측정가능하지 않다. 이 방식으로, 매우 균일한 접촉 패턴 행위가 획득된다. 이것은 산업적으로 재생산가능한 연결들이 생산될 수 있고, 이때 힘 전달 표면들은 최적이라는 것을 의미한다. 이전의 대응하는 섀프트-허브 연결들이 더 긴 런-인 기간 후에만 이에 대응하여 좋은 접촉 패턴 행위를 생성하는 반면, 이 행위는 본 발명에 의해 실제적으로 즉시 제공되는데, 이것은 원칙적으로 효율성을 증가시킨다.
본 발명은 오버사이즈 연결들(압착 연결들)의 제조를 가능하게 하여, 섀프트와 허브의 서로 다른 연장들이 접촉 손실들을 야기시키지 않게 된다. 언더컷은, 표면 법선들이 유리하게도 외측으로 향하는데, 연결은 승강할 수 없다는 것을 보장한다. 푸시 핏 연결들을 가지는 언더컷의 응용의 경우에 있어서, 이것은 섀프트와 허브가 서로 다른 연장들을 가지면 연결에 있어서 최대 플레이는 한정될 수 있음을 보장한다.
허브와 섀프트의 조립을 용이하게 하기 위해, 점진적인 내부 및 외부 윤곽들이 섀프트 및 허브 모두에 이용될 수 있다. 이를 위해, 섀프트 및 허브에 적어도 2 개의 계단들이 형성되어 연결의 첫번째 축상 영역에 있어서 명확한 플레이(play)가 있게 될 것인데, 이것은 매우 조립 작업을 용이하게 해준다. 마지막 계단에서 구조적 구성성분들이 서로 접촉하기 전에, 연결은 그 자체로 이미 중심이 된다. 2 개의 구성성분들은 방사상 또는 축상 런-아웃 품질에 영향을 미치지 않고 높은 오버사이즈를 가지고 조립될 수 있다. 마지막으로 장착되는 상태에 있어서, 전체 연결은 설계에 의해 정의되는 오버사이즈를 가지고 가는데, 즉 연결의 전체 축상 길이가 이용될 것이다. 이러한 선택으로 또한 특히 매우 높은 부하 연결들의 경우에 있어서, 특히 큰 오버사이즈가 연결의 기능을 위해 필요하다면, 연결을 위한 구축 공간이 최적화될 수 있다. 점진적인 설계로 인해, 가열 또는 심온냉동이 조립 작업 동안 생략될 수 있고, 이것은 상당한 장점이다.
본 발명은 매우 경제적인 방식으로 제조될 수 있고 또한 토크 전달의 대부분의 서로 다른 적용 경우들에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 장점들 및 특징들은 도면들을 이용한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 기술 상태에 따른 섀프트의 다각형 프로파일의 상면도이다.
도 2는 기술 상태에 따른 섀프트의 다각형 프로파일의 상면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 섀프트-허브-프로파일의 예시적인 실시예의 (대략적인) 절단도이다.
도 4는 툴 궤도 원을 표현하는 도 3에 따른 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 섀프트-허브-프로파일의 예시적인 실시예에 있어서의 법선의 확대도이다.
도 6은 언더컷을 포함하는 예시적인 실시예의 도 5에 따른 도면이다.
도 7a는 본 발명에 따른 섀프트의 절단도이다.
도 7b는 본 발명에 따른 허브의 절단도이다.
도 7c는 조립의 도면이다.
도면들에서, 동일한 요소들은 동일한 참조 부호들로 참조된다.
도 1 및 도 2에 따르면, 나선형 기어링들(involute gearings), 평행 톱니 시스템들(parallel tooth systems), 또는 미세한 톱니모양(fine serration)과 같은, 그 자체로 잘 알려진 표준 톱니 시스템들은 별도로, 소위 다각형 톱니 시스템들이 있다. 도시된 것들과 같은 다각형 윤곽들은 기술 상태로부터 알려져 있다. 도 1은 예를 들어 소위 H6 프로파일(1)을 보여주는데, 이것은 6 개의 코너들(2)을 가지는 윤곽이 형성되어 있다. 토크 전달을 위한 이 단면은 표면 법선(surface normal, 4)을 포함한다.
도 2에 따르면, 소위 P3G 프로파일이 도시되어 있고, 이때 표면 법선(7)이 형성되어 있다.
도 1 및 도 2에서, 각각의 법선들은 전체 둘레에 걸쳐 연장되는 것으로 도시되어 있다. 여기서, 힘 전달 또는 토크 전달을 위해 부분적으로 현저히 호의적이지 않은 법선의 진행이 특히 노출되어 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 톱니 시스템 프로파일의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 프로파일(10)은 도그 높이(13) 및 간격들(12)을 가지는 도그들(11)을 포함하는데, 여기서 프로파일(10)은 대응하는 카운터-프로파일과 맞물린다. 도그들은 도그 폭(14)을 가진다. 이들은 내부 형식적 지름(16)과 외부 형식적 지름(15) 사이에 배치된다. 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 도그들은 언더컷(17)을 포함하는데, 이것은 루트의 영역에서 가늘어진다. 툴 궤도 원(tool flight circle, 18)은 도 4에 도시되어 있다.
도 5는 도 3에 따른 섀프트-허브 연결의 도그(11)의 확대도이다. 도시된 확대도에 있어서, 도그(11)는 도그 표면 상의 대응하는 선들에 의해 도시되어 있는, 법선(20)에 의해 보충된다. 특히 호의적인 방식으로 법선들이 진행되는 것이 도시되어 있는데, 이로써 힘들 및 토크들의 전달에 있어서 특별한 적절함이 획득된다.
도 6에 도시된 대응하는 도시는 도그(11) 및 방사상 법선들(21)을 보여준다. 이 도시에 있어서 언더컷(17)이 특히 표시되어 있다. 이것은 도그의 적어도 직선 또는 접선 런-인 궤도로부터의 이탈로부터 기인한다. 언더컷 윤곽은 대응하여 설명되는 장점들을 수반한다.
예시적인 실시예가 도 7a 내지 도 7c에 도시되어 있다. 섀프트(22)에 그들 사이에 남아 있는 간격들(24)을 가지는 도그들(23)이 마련되어 있다. 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 도그들(23)은 언더컷을 포함한다.
도 7b에 도시된 허브(25)는 대응하는 오목부들(26) 및 간격들 또는 도그들(27)을 포함한다.
도 7a와 도 7b의 조합의 결과는 도 7c인데, 이때 법선을 따른 전달 접촉들이 최적화되는 것을 볼 수 있다.
도시된 예시적인 실시예는 예를 들어 중심 허브 몸체 또는 캘리퍼(22)에 대한 브레이크 디스크(25)의 마찰 링을 보여준다.
설명된 예시적인 실시예들은 설명을 위해 제공될 뿐 한정하는 것은 아니다.
1: 다각형 프로파일 2: 코너
4: 법선 5: 다각형 프로파일
7: 법선 10: 섀프트-허브 연결
11: 도그 12: 간격
13: 도그 높이 14: 도그 폭
15: 외부 형식적 지름 16: 내부 형식적 지름
17: 언더컷 18: 툴 비행 원
20: 법선 21: 법선
22: 섀프트 23: 도그
24: 간격 25: 허브
26: 오목부 27: 중간 영역

Claims (12)

  1. 복수의 도그들을 가지는 정렬 기어링을 포함하는 섀프트-허브 연결에 있어서,
    상기 도그들은, 적어도 부분적으로, 연장된 트로코이드를 따라 이어지는, 단면에 있어서 윤곽을 포함하는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연장된 트로코이드는 연장된 하이포트로코이드인 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연장된 트로코이드는 연장된 에피트로코이드인 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 다른 윤곽들을 가지는 도그들이 있는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  5. 제 4 항에 있어서, 서로 다른 윤곽들을 가지는 도그들은 나선형 기어링들, 평행 톱니 시스템들 및/또는 미세한 톱니모양들에 속하는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섀프트 및 상기 허브는 서로에 대하여 축상으로 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섀프트 및 상기 허브는 함께 압축되는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니 시스템들 중 적어도 하나는 비-라운드 터닝을 이용해 제조되는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도그들은 언더컷을 포함하는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섀프트 및 상기 허브의 도그들의 수는 동일한 기본 변수들을 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 비접촉 영역들은 상기 도그들의 윤곽 내에 형성되는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정렬 기어링은 상기 축상 방향으로 단차가 있는 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 섀프트-허브 연결.
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