KR20230002400A - 축방향 캠 기어박스 메커니즘 - Google Patents

Abstract

기어박스 메커니즘은 출력 기어에 동력을 전달하기 위한 복수의 캠 작동식 로커 블록 어셈블리를 포함한다. 각각의 로커 블록 어셈블리는 출력 기어와 주기적으로 계면 접속하는 표면을 갖는 기어 패드를 포함한다. 접속 표면은 출력 기어 상의 상보적인 돌출부에 대응하는 복수의 돌출부를 포함한다. 각각의 로커 블록 어셈블리는 로커 블록을 다시 동력 공급원에 연결되는 캠 어셈블리에 연결하거나 링크시키는 기어 패드, 로커 아암, 캠 팔로워 및/또는 경로 팔로워를 더 포함한다. 캠 어셈블리는 기어 블록의 움직임이 특정 설계 파라미터에 따라 2차원 또는 3차원으로 제어될 수 있도록 각 캠 팔로워에 대한 고유한 경로 또는 홈 및/또는 경로 팔로워에 대한 캠의 평면에 있는 제2의 고유한 경로 또는 홈을 그 둘레에 포함한다.

Description

축방향 캠 기어박스 메커니즘

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 그 기술적 개시 내용이 참조로 여기에 포함된, 2013년 3월 12일자 출원된 미국 특허 출원 제13/795,488호(현재 미국 특허 제9,261,176호)의 계속 출원인, 2016년 1월 13일자 출원된 미국 특허 출원 제14/995,094호(현재 미국 특허 제10,260,606호)의 일부 계속 출원인, 2018년 11월 16일자 출원된 미국 특허 출원 제16/194,053호(현재 미국 특허 제10,428,916호)의 일부 계속 출원인, 2019년 8월 9일자 출원된 미국 특허 출원 제16/537,218호(현재 미국 특허 제10,526,964호)의 계속 출원인, 2020년 3월 13일자 출원된 미국 특허 출원 제16/818,738호의 일부 계속 출원이다.

본 출원은 그 기술적 개시 내용이 참조로 여기에 포함된, 2013년 3월 12일자 출원된 미국 특허 출원 제13/795,488호(현재 미국 특허 제9,261,176호)의 계속 출원인, 2016년 1월 13일자 출원된 미국 특허 출원 제14/995,094호(현재 미국 특허 제10,260,606호)의 일부 계속 출원인, 2018년 8월 24일자 출원된 미국 특허 출원 제16/111,344호(현재 미국 특허 제10,240,666호)의 일부 계속 출원인, 2019년 2월 4일자 출원된 미국 특허 출원 제16/266,529호에 관련되고 이의 일부 계속 출원인, 2020년 3월 13일자 출원된 미국 특허 출원 제16/818,738호의 일부 계속 출원이다.

기술분야

본 발명은 동력 전달을 유발하는 출력 기어와 주기적으로 맞물리는 캠 작동식 기어 블록 어셈블리를 특징으로 하는 범용 기어박스 메커니즘에 관한 것이다. 본 발명은 배타적인 것은 아니지만, 서보모터 어셈블리에 사용되는 특정 용례를 가진다.

기존의 기계는 일반적으로 동력 공급원과 동력의 조절된 적용을 제공하는 동력 전달 시스템으로 구성된다. 동력 전달 시스템 분야에서 다양한 제안이 이전에 이루어졌다. 단순함을 반영하기 위해 종종 기어박스라고 하는 가장 단순한 변속기(복잡한 시스템도 일상적으로는 기어박스라고 함)는 때로 구동된 샤프트의 방향 변화와 함께 기어 감속(또는 드물게 속도 증가)을 제공한다. 변속기 시스템은 변속 기어 메커니즘 및 동력 공급원(예를 들어, 전기 모터)로부터 출력 샤프트로 동력을 전달하는 출력 샤프트를 포함하는 부품들의 어셈블리로 획정될 수 있다. 종종 변속기는 단순히 기어와 기어 트레인을 사용하여 동력 공급원으로부터 다른 장치로 속도 및 토크의 변환을 제공하는 기어박스를 지칭한다.

기어박스는 수년 동안 사용되어 왔으며 많은 상이한 용도를 가진다. 일반적으로, 기존 기어박스는 4가지 주요 요소인: 동력 공급원; 구동 트레인; 하우징; 및 출력 수단을 포함한다. 동력 공급원은 힘과 동작을 구동 트레인에 제공한다. 동력 공급원은 스퍼 기어, 베벨 기어, 헬리컬 기어 또는 웜 기어와 같은 적절한 기어를 통해 구동 트레인에 연결된 모터일 수 있다.

구동 트레인은 동력 공급원이 제공하는 입력 동작 및 힘에 대한 출력 동작 및 힘의 조작을 가능하게 한다. 구동 트레인은 일반적으로, 예컨대 다양한 크기, 톱니 수, 톱니 유형 및 용도와 같은 다양한 파라미터를 갖는 스퍼 기어, 헬리컬 기어, 웜 기어 및/또는 내접 또는 외접 톱니 기어 등의 복수의 기어를 포함한다.

기어박스 하우징은 기어박스의 내부 작동을 정확한 방식으로 유지하는 수단이다. 예컨대, 기어박스 하우징은 동력 공급원, 구동 트레인 및 출력 수단이 원하는 기어박스 작동을 위해 적절한 관계로 유지되게 한다. 출력 수단은 구동 트레인과 연관되며, 구동 트레인으로부터의 힘과 동작이 어떤 용례에 적용될 수 있게 한다. 일반적으로, 출력 수단은 기어박스 하우징에서 외부로 배치된다.

출력 수단은 일반적으로 어떤 바디에 연결될 수 있고, 이에 의해 구동 트레인으로부터의 유도 출력 동작 및 힘이 출력 수단(예컨대, 출력 샤프트)을 통해 해당 바디에 전달되어 출력 수단의 동작 및 힘을 바디에 전달한다. 대안적으로, 출력 수단은 구동 트레인으로부터 출력된 동작 및 힘을 기어박스 하우징에 전달할 수 있고, 이에 의해 출력 수단은 기어박스 하우징이 회전할 수 있을 정도로 유지된다.

회전하는 동력 공급원은 일반적으로 해당 동력을 사용하는 장치보다 더 높은 회전 속도로 작동한다. 따라서, 기어박스는 동력을 전달할 뿐만 아니라, 속도를 토크로 변환한다. 기계적 정점으로도 알려진 기어 트레인의 토크비는 기어비에 의해 결정된다. 임의의 동력 공급원으로부터 발생된 에너지는 기어 요소에 대한 응력 또는 기계적 압력의 형태로 기어박스의 내부 컴포넌트를 통과해야 한다. 따라서, 임의의 기어박스 설계에서 중요한 측면은 상호 맞물리는 기어 요소 간의 적절한 접촉부를 설계하는 것이다. 이러한 접촉부는 일반적으로 힘이 집중되는 기어 톱니 상의 접점 또는 접선이다. 기존의 기어 트레인에서 접점 또는 접선의 면적은 일반적으로 매우 작고, 전달되는 동력의 양이 상당하기 때문에, 접점 또는 접선을 따라 형성되는 응력은 모든 경우에 매우 높다. 이러한 이유로, 기어박스 장치의 설계자는 일반적으로 기술적 노력의 상당 부분을 가능한 한 큰 접선을 형성하거나 2개의 맞물린 기어 사이에 최대한 많은 동시 접점을 형성하여 각 기어의 개별 톱니가 경험하는 발생 응력을 줄이는 데 집중한다.

기어박스 설계에서 다른 중요한 고려 사항은 맞물리는 기어 사이의 백래시(backlash) 양을 최소화하는 것dl다. 백래시는 압력이 가해질 때 메커니즘의 한 부분에서 연결된 휠들의 반발(striking back)이다. 기어와 관련하여, 백래시(래시(lash)또는 유격(play)이라고도 함)는 정합하는 컴포넌트 간의 간극, 또는 이동이 역전되어 접촉이 재설정될 때 간극 또는 느슨함으로 인해 손실된 동작의 양이다. 예컨대, 한 쌍의 기어에서 백래시는 결합된 기어 톱니 사이의 간극이다.

이론적으로, 백래시는 제로가 되어야 하지만, 실제로는 걸림 방지를 위해 약간의 백래시가 일반적으로 허용된다. 백래시는 그 효과를 무효화할 수 있지만 거의 모든 역전형 기계 커플링에 대해 회피될 수 없다. 백래시는 용례에 따라 바람직할 수도 있고 바람직하지 않을 수도 있다. 백래시가 필요한 일반적인 이유는 윤활 허용, 제조 오류, 하중하의 처짐(deflection) 및 열팽창을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 정밀도를 높이고 충격이나 진동을 피하기 위해 많은 용례에서 낮은 백래시 또는 제로 백래시가 요구된다. 결과적으로, 백래시가 없는 기어 트레인 장치는 많은 경우에 고가이고 수명이 짧으며 비교적 무겁다.

중량 및 크기는 기어박스 설계에서의 또 다른 고려 사항이다. 맞물린 기어 트레인에서 접점 또는 접선에 대한 전술한 응력의 집중은 이러한 힘과 응력에 저항할 수 있는 재료의 선택을 필요로 한다. 그러나, 이러한 재료는 때로는 비교적 무겁고 단단하며 제조가 어렵다.

따라서, 맞물린 기어 사이의 접점 또는 접선에서의 높은 응력 하중을 처리할 수 있는 개선되고 더 가벼운 기어박스 메커니즘에 대한 요구가 존재한다. 또한, 제조 비용이 덜 비싸고 더 신뢰할 수 있고 내구성이 있으며 백래시가 낮거나 제로인 개선되고 더 가벼운 기어박스 메커니즘에 대한 요구가 존재한다.

본 발명은 동력 샤프트로부터 2차 또는 출력 기어 요소로 동력을 전달하기 위해 복수의 캠 작동식 기어 블록 어셈블리를 사용함으로써 종래 기술의 기어박스 메커니즘의 많은 단점을 극복한다. 일 실시예에서, 각각의 기어 블록 어셈블리는 2차 또는 출력 기어 요소와 주기적으로 계면 접속하는 표면을 갖는 기어 블록을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 계면 접속 표면은 출력 기어 요소 상의 상보적인 돌출부 또는 기어 톱니에 대응하는 복수의 돌출부 또는 톱니를 포함한다. 각각의 기어 블록 어셈블리는 기어 블록을 동력 공급원에 연속 연결되는 캠 어셈블리에 연결 또는 접속하는 복수의 링크 어셈블리를 더 포함한다. 캠 어셈블리는 기어 블록의 동작이 특정 설계 파라미터에 따라 2차원으로 제어될 수 있도록 특정 기어 블록 어셈블리의 각 링크 어셈블리에 고유한 경로 또는 홈을 둘레에 포함한다.

기어 블록 어셈블리는 캠 어셈블리의 회전에 응답하여 2차원 회로를 통해 자체 개별 기어 블록을 구동하도록 설계된다. 대략적으로 말하면, 2차원 회로는 기어 블록이 2차 또는 출력 기어 요소를 결합하고 출력 기어 요소로부터 분리되기 전에 지정된 양자 거리(quantum distance)만큼 이동시키거나 회전시키도록 유도하고, 지정된 양자 거리를 복귀시켜 2차 또는 출력 기어 요소를 다시 한번 재결합하고 이 과정을 반복하는 것을 포함한다. 각 기어 블록의 이동 경로 또는 회로는 다양한 링크 어셈블리의 길이와 구성을 조정하고 캠 어셈블리에 형성된 경로 또는 홈을 변경하는 것에 의해 제어된다.

기어박스 메커니즘에 적용될 때, 복수의 기어 블록 어셈블리는 캠 어셈블리의 중심축을 중심으로 구성된다. 캠 어셈블리는 동력 공급원과 회전 가능하게 결합된다. 캠 어셈블리가 회전함에 따라, 각 기어 블록 어셈블리의 개별 링크 어셈블리들의 캠 팔로워 요소들은 캠 어셈블리의 둘레 표면에 형성된 특정 경로 또는 홈과 접촉을 유지한다. 캠 어셈블리의 다른 경로 또는 홈의 회전 중심으로부터의 거리의 변화는 개별 링크 어셈블리들이 미리 결정된 이동 회로를 통해 해당 개별 기어 블록을 이동시키도록 협력하여 작동되게 한다. 상기 미리 결정된 기어 블록의 이동 회로는 특정 기술적 요구 사항을 충족하도록 정밀하게 보정될 수 있다. 예컨대, 각 기어 블록 어셈블리의 이동 회로를 조정하여 토크비 및 감속을 조절하고 제어할 수 있다.

본 발명의 기어박스 메커니즘의 다른 실시예는 메인 바디, 출력 요소, 및 복수의 단순화된 기어 블록 어셈블리를 포함할 수 있다. 또한, 기어박스 메커니즘은 메인 바디 및 출력 요소와 계면 접속하는 리테이너를 가질 수 있다. 각각의 단순화된 기어 블록 어셈블리는 기어 블록, 토크 레버, 캠 팔로워(들) 및/또는 소켓(또는 소켓의 일부)을 포함한다. 캠 작동식 기어 블록 어셈블리들은 중심축을 중심으로 구성된다. 캠 요소의 회전력은 캠 작동식 기어 블록 어셈블리에 대한 구동력 또는 회전력을 허용한다.

바람직한 실시예에서, 토크 레버는 또한 캠 요소의 평면을 따라 형성된 특정 경로의 추종을 허용하는 캠 팔로워들의 세트를 포함한다. 캠 요소는 캠 요소가 회전함에 따라 기어 블록 또는 토크 레버의 움직임이 적어도 하나의 특정 설계 파라미터에 따라 이차원으로 제어되도록 기어 블록 또는 토크 레버의 캠 팔로워와 계면 접속하는 적어도 하나의 고유 경로 또는 홈을 포함한다.

캠 요소 상의 경로 또는 홈의 반경을 변경함으로써, 캠 작동식 기어 블록 어셈블리는 캠 요소의 회전에 응답하여 2차원 회로를 통해 개별 기어 블록(들)을 구동시킨다. 대략적으로 말하면, 2차원 회로는 기어 블록이 출력 요소를 결합하고 출력 요소로부터 분리되기 전에 출력 요소를 지정된 거리만큼 이동 및/또는 회전시키도록 유도하고, 지정된 거리를 복귀시켜 출력 요소를 다시 한번 재결합하고 이 과정을 반복하는 것을 포함한다. 각 기어 블록의 이동 경로 또는 회로는 개별 기어 블록 및/또는 토크 레버의 길이, 폭, 높이 및/또는 크기를 조정하고 및/또는 캠 요소에 형성된 경로 또는 홈을 변경함으로써 제어된다. 바람직한 실시예에서, 기어 블록과 토크 레버 모두에는 각각이 서로 개별적으로 피봇되게 하는 적어도 하나의 피봇 지점이 존재한다.

본 발명의 기어박스 메커니즘의 다른 실시예는 캠 요소, 메인 바디 및 출력 요소, 및 복수의 단순화된 기어 블록 어셈블리를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 출력 요소는 리테이너에 의해 메인 바디 내에 유지된다. 기어 블록 어셈블리는 메인 바디 내에 배치되고 출력 요소 및 캠 요소와 계면 접속한다. 기어 블록 어셈블리는 로커 아암(rocker arm), 기어 블록, 캠 팔로워 및 경로 추적기를 포함할 수 있다. 캠 팔로워 및/또는 경로 추적기는 캠 요소 및/또는 축방향 캠의 경로를 추종하여 로커 아암 및/또는 기어 블록(들)에 하중을 생성하여 로커 아암 및 기어 블록(들) 모두에 대한 피봇 동작을 생성한다. 적어도 하나의 버전에서, 피봇 동작은 기어 블록(들)에 대한 대체로 정사각형의 피봇 경로일 수 있다. 다른 버전에서는 기어 블록(들)의 피봇 경로가 대체로 타원형 또는 원형일 수 있다.

적어도 하나의 변형 실시예에서, 중심축과 정렬된 중심 구멍은 기어박스 메커니즘의 일부일 수 있다. 각각의 기어 블록 어셈블리는 기어 블록, 로커 아암, 및 기어 블록을 캠 요소의 평면에 연결하는 적어도 하나의 캠 팔로워를 포함한다. 로커 아암 및/또는 기어 블록은 피봇식으로 부착되도록 상호 작용할 수 있고, 캠 요소와 캠 팔로워(들)의 상호 작용 및/또는 결합에 대응한다. 출력 요소의 회전은 또한 요소 백래시를 감소시키기 위해 구동 또는 포지티브 바이어스 회전 결합되지 않은 기어 블록(들)의 역방향 또는 장력 결합(즉, 네거티브 바이어스)을 통해 제어될 수 있다.

적어도 하나의 버전에서, 메인 바디는 기어 어셈블리를 위한 하우징을 제공한다. 기어 블록 어셈블리는 메인 바디 유지 표면에 의해 유지 및/또는 지지된다. 기어 블록(들)은 또한 메인 바디 기어 블록 접속 표면에 의해 유지 및/또는 지지될 수 있다. 로커 아암(들)은 또한 메인 바디 접속 표면 및/또는 메인 바디에 의해 정해진 메인 바디 로커 아암 공극에 의해 지지 및/또는 유지될 수 있다. 로커 아암의 피봇 동작은 또한 출력 요소의 계면 접속, 결합 및/또는 회전을 허용하는 기어 블록의 피봇 동작과 일치할 수 있다.

적어도 하나의 변형 실시예에서, 기어박스 메커니즘은 로커 아암, 캠 팔로워 및 로커 블록에 결합된 경로 팔로워를 갖는 로커 블록 어셈블리를 포함할 수 있다. 캠 팔로워와 경로 팔로워는 캠에 형성된 경로를 추적할 수 있고, 경로는 서로 수직인 평면에 형성된다. 로커 블록 어셈블리는 또한 로커 블록에 결합된 기어 패드에 대한 컴플라이언스 힘에 적용되는 컴플라이언스 메커니즘을 포함할 수 있다.

본 발명의 기어 블록 어셈블리를 사용하여 기어박스 메커니즘의 다양한 실시예가 가능하다. 캠 어셈블리의 중심축을 중심으로 구성된 복수의 기어 블록 어셈블리는 홀수 또는 짝수의 기어 블록 어셈블리를 포함할 수 있다. 본 발명의 기어박스 메커니즘에는 적어도 2개, 바람직하게는 3개의 기어 블록 어셈블리가 필요하다. 기어 블록 어셈블리의 이동은 일반적으로 서로에 대해 일련의 회전으로 이동한다. 적어도 하나의 기어 블록 어셈블리는 항상 임의의 특정 시간에 출력 기어 요소와 맞물린다. 바람직하게는, 오직 하나의 기어 블록 어셈블리만이 임의의 특정 시간에 출력 기어 요소와 분리된다. 그러나, 복수의 기어 블록 어셈블리가 4개 이상의 짝수 번호 기어 블록 어셈블리를 포함하는 다른 바람직한 실시예에서, 캠 어셈블리의 양측에 구성된 기어 블록 어셈블리는 2차 또는 출력 기어 요소로부터 일제히 결합 및 분리된다.

본 발명의 기어 블록 어셈블리의 설계는 더 많은 수의 기어 톱니가 임의의 주어진 시간에 출력 기어와 맞물릴 수 있게 하여 그와 관련된 응력을 더 넓은 면적에 걸쳐 분산시킨다. 임의의 주어진 시간에 기어 블록과 출력 기어 사이의 접촉 면적을 크게 증가시키는 것에 의해 기계적 응력 레벨이 크게 감소된다. 또한, 본 발명의 기어 블록 어셈블리는 백래시를 제로로 감소시키고 심지어 예압 상태로 감소시켜 동력 공급원과 피동(powered) 장치 사이의 긴밀한 연결을 생성한다. 이것은 특히 고진동 용례에서 매우 바람직한 특징이다. 백래시를 0 또는 예압 상태로 감소시킴으로써 기계적 임피던스도 넓은 범위의 고진동 주파수에서 감소될 수 있다. 또한, 출력 기어에 대한 기어 블록의 맞물림과 관련된 응력은 더 넓은 면적에 걸쳐 분포되기 때문에, 기어 블록 메커니즘은 신뢰성의 저하 없이 덜 비싸고 제조가 용이한 더 가볍고 더 유연한 재료로 제조될 수 있다. 실제로, 유연한 재료를 사용하면 저주파수에서 기계적 임피던스가 더 감소된다. 중량 및 크기를 줄임으로써, 본 발명의 기어박스 메커니즘은 중량 및 공간의 제한으로 인해 이전에 비실용적이었던 광범위한 용례에 적용될 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치에 대한 보다 완전한 이해는 첨부 도면과 함께 취한 다음의 상세한 설명을 참조하는 것을 통해 이루어질 수 있으며, 도면에서:
도 1a는 그 개시 내용이 참조로 여기에 전적으로 포함된 공동 계류 출원 제16/194,053호에 사전 개시된 동력 공급원에 부착된 기어박스 메커니즘의 제1 실시예의 사시도이고;
도 1b는 그 측면도이고;
도 2는 외부 고정 플레이트가 제거된 상태의 단면도이고;
도 3은 그 개시 내용이 참조로 여기에 전적으로 포함된 공동 계류 출원 제16/266,629호에 사전 개시된 기어박스 메커니즘의 제2 실시예의 사시도이고;
도 4는 출력 요소, 캠 요소 및 이들의 기어 블록 어셈블리의 사시도이고;
도 5는 허브, 기어 블록 어셈블리 및 그 출력 요소의 측면도이고;
도 6은 기어박스 메커니즘의 캠 요소 및 기어 블록 어셈블리의 사시도이고;
도 7은 기어박스 메커니즘의 제5 실시예의 분해 사시도의 예시이고;
도 8은 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 메인 바디 및 덮개의 사시도이고;
도 9는 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 메인 바디, 출력 어셈블리 및 덮개의 분해 사시도이고;
도 10은 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 출력 어셈블리의 분해 사시도이고;
도 11은 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 입력 어셈블리의 측면도이고;
도 12는 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 입력 어셈블리의 분해 사시도이고;
도 13은 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 입력 장치의 사시도이고;
도 14는 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 캠의 사시도이고;
도 15는 도 14에 예시된 캠의 내부 경로의 그래픽적 표현이고;
도 16은 도 14에 예시된 캠의 외부 경로의 그래픽적 표현이고;
도 17은 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 로커 블록 어셈블리의 사시도 이고;
도 18은 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 로커 블록 어셈블리의 다른 사시도이고;
도 19는 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 로커 블록 어셈블리의 분해 사시도이고;
도 20은 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 출력 어셈블리와 로커 블록 어셈블리 상호 작용의 사시도이고;
도 21은 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 출력 어셈블리와 로커 블록 어셈블리 상호 작용의 배면도이고;
도 22는 도 7에 예시된 기어박스 메커니즘의 출력 어셈블리와 로커 블록 어셈블리 상호 작용의 측면도이다.
도면의 다양한 도면에서 사용되는 경우, 동일한 숫자는 동일하거나 유사한 부분을 나타낸다. 또한 "상부", "하부", "제1", "제2", "위", "아래", "높이", "폭", "길이", "단부", "측면", "수평", "수직" 및 유사한 용어가 본 명세서에서 사용될 때, 이러한 용어는 도면에 예시된 구조만을 참조하며 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위해서만 사용되는 것으로 이해되어야 한다.
모든 도면은 단지 본 발명의 기본적인 교시의 설명을 용이하게 하기 위해 작성된 것이고; 바람직한 실시예를 형성하기 위한 부품의 수, 위치, 관계 및 치수에 대한 도면의 확장은 본 발명의 다음 교시를 읽고 이해한 후에 설명되거나 당해 기술 분야의 기술 범위 내에 있을 것이다. 또한, 특정 힘, 중량, 강도 및 유사한 요건에 부합하는 정확한 치수 및 치수 비율도 마찬가지로 본 발명의 다음의 교시를 읽고 이해한 후 당해 기술 분야의 기술 범위 내에 있을 것이다.

도면, 특히 도 1a, 도 1b 및 도 2를 참조하면, 기어박스 메커니즘(20)을 사용하는 기계(10)의 실시예가 그 개시 내용이 참조로 여기에 전적으로 포함된 공동 계류 출원 제16/194,053호에 이전에 기술된 바와 같이 표현된다. 기계(10)는 동력 공급원 또는 액추에이터(2)를 포함하고, 이는 동력 공급원(2)에 의해 발생된 동력을 전달하는 출력 장치(미도시)를 포함한다. 도면에 제시된 실시예는 개괄적으로 전기 모터로서의 동력 공급원(2) 및 전기 모터의 출력 샤프트로서의 출력 장치를 예시하지만, 많은 가능한 실시예가 있다는 것이 이해된다. 예컨대, 출력 장치는 동력 공급원(2)에 직접 연결될 필요는 없지만, 기어, 체인, 벨트 또는 자기장에 의해 회전 가능하게 연결될 수 있다. 마찬가지로, 동력 공급원(2)은 전기 모터, 내연 기관, 또는 출력 장치에서 회전력을 발생시키도록 적용될 수 있는 임의의 통상적인 동력 공급원을 포함할 수 있다. 또한, 동력 공급원(2)은 또한 선행 기어 트레인 메커니즘의 출력 기어를 포함할 수 있다.

도 1a, 도 1b 및 도 2에 제시된 실시예에 예시된 바와 같이, 복수의 캠 작동식 기어 블록 어셈블리(60)는 동력 샤프트(4)로부터 환형의 2차 또는 출력 기어 요소(50)로 동력을 전달한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 기어 블록 어셈블리(60)는 환형의 2차 또는 출력 기어 요소(50)의 내주면(53) 상에 구성된 상보적인 접속 표면(54)(예를 들어, 돌출부 또는 기어 톱니)에 대응 하는 접속 표면(63)(예를 들어, 복수의 돌출부 또는 톱니(66))을 갖는 기어 블록(62)을 포함한다. 기어 블록(62)과 본 발명의 출력 기어 요소(50)의 내주면(53) 사이의 계면은 예시된 바와 같은 바람직한 기어 톱니뿐만 아니라, 핀 및 구멍 또는 심지어 마찰 결합면과 같은 임의의 상보적 구성을 포함하는 것으로 이해된다.

환형의 출력 또는 동력 기어 요소(50)는 스페이서 요소(55)에 의해 이격되게 유지되는 2개의 원형 링으로 표현되어 있지만, 출력 또는 동력 기어 요소(50)는 단일 원형 링을 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 출력 또는 동력 기어 요소(50)는 출력 샤프트 또는 동력 인출 장치(미도시)에 대한 부착을 위한 개구 또는 구멍(58)을 포함한다. 또한, 출력 또는 동력 기어 요소(50)의 외주(51)는 또한 일부 다른 기어 트레인 메커니즘과 계면 접속하는 표면을 포함할 수 있다는 것이 이해된다.

본 발명의 기어 블록(62)은 더 큰 표면적(예를 들어, 더 많은 수의 기어 톱니)이 임의의 주어진 시간에 출력 기어(50)와 맞물릴 수 있게 하고, 그에 따라 더 큰 면적에 걸쳐 그에 관련된 응력을 분산시키도록 특별히 설계된다. 임의의 주어진 시간에 기어 블록(62)과 출력 기어(50) 사이의 접촉 면적을 크게 증가시킴으로써 기계적 응력 레벨이 상당히 감소된다. 또한, 본 발명의 기어 블록(62) 어셈블리는 백래시를 제로로 심지어는 예압 상태로 감소시켜 동력 공급원(2)과 피동 장치 사이에 긴밀한 연결을 형성한다. 이것은 특히 고진동 용례에서 매우 바람직한 특징이다. 또한, 출력 기어(50)에 대한 기어 블록(62)의 맞물림과 관련된 응력이 더 넓은 면적에 걸쳐 분포되기 때문에, 기어 블록(62)은 신뢰성의 저하없이 일반적으로 덜 비싸고 제조가 용이한 더 가벼운 재료로 제조될 수 있다. 예컨대, Hertz 접촉 이론에 따르면, 스퍼 기어의 일반적인 응력 결과는 450 ㎫ 내지 600 ㎫이다. 고급 강은 이러한 높은 응력 레벨을 취급하는 데 가장 적합한 재료이다. 저급 강 또는 알루미늄과 같은 다른 재료는 유사한 조건에서 변형될 것이다. 그러나, 본 발명의 기어박스 메커니즘에 따라 넓은 접촉 면적에 걸쳐 응력을 분산함으로써, 유사한 조건에서의 응력 레벨은 약 20 ㎫로 감소될 수 있다. 이러한 낮은 응력 수준은 본 발명의 기어박스 메커니즘이 동일한 용례를 위해 저급 강, 알루미늄 또는 심지어 플라스틱을 사용하여 제조될 수 있게 한다. 중량 및 크기를 감소시킴으로써, 본 발명의 기어박스 메커니즘은 중량 및 공간의 제한으로 인해 이전에 비실용적이었던 광범위한 용례에 적용될 수 있다.

캠 어셈블리(30)는 출력 장치 또는 동력 샤프트(미도시)에 의해 동력 공급원(2)에 결합된다. 따라서, 동력 공급원(2)에 의해 발생된 동력은 동력 샤프트로 전달되고, 이는 캠 어셈블리(30)가 중심축(6)을 중심으로 회전되게 한다. 캠 어셈블리(30)는 캠 어셈블리(30)가 회전함에 따라 기어 블록(62)의 이동이 특정 설계 파라미터에 따라 2차원으로 제어되도록 각 기어 블록 어셈블리(60)의 단일 링크 어셈블리의 캠 팔로워 요소와 각각 계면 접속하는 복수의 고유한 경로 또는 홈을 둘레 표면(34) 주위에 포함한다. 캠 어셈블리(30) 상의 경로 또는 홈의 반경을 변경함으로써, 기어 블록 어셈블리(60)의 링크 어셈블리는 캠 어셈블리(30)의 회전에 응답하여 2차원 회로를 통해 개별 기어 블록(62)을 구동시킨다. 대략적으로 말하면, 2차원 회로는 기어 블록이 출력 기어 요소(50)와 결합하고 출력 기어 요소(50)로부터 분리되기 전에 출력 기어 요소(50)를 지정된 양자 거리만큼 이동 또는 회전 시키도록 유도하고, 상기 지정된 양자 거리를 복귀시켜 출력 기어 요소(50)를 다시 한 번 재결합하고 상기 과정을 반복하는 것을 포함한다. 각 기어 블록(62)의 이동 경로 또는 회로는 다양한 링크 어셈블리의 길이 및 구성을 조정하고 캠 어셈블리(30)에 형성된 경로 또는 홈을 변경함으로써 제어된다.

바람직한 실시예에서, 각각의 링크 메커니즘은 2개의 피봇 가능하게 결합된 커넥터 아암을 포함한다. 상부 커넥터 아암은 그 개별 기어 블록(62)에 피봇 가능하게 결합된 제1 피봇 지점 및 하부 커넥터 아암에 피봇 가능하게 결합된 제2 피봇 지점을 포함한다. 하부 커넥터 아암은 캠 어셈블리(30)에 형성된 그 개별 경로 또는 홈과의 접촉을 유지하는 캠 팔로워 요소를 그 말단부에 포함한다. 하부 커넥터 아암은 캠 어셈블리(30)의 회전 중심축(6)에 대해 고정된 회전축을 갖는 피봇 지점을 더 포함한다.

이제 도 3을 참조하면, 기어박스 메커니즘의 제2 실시예의 예시가 공동 계류 출원 제16/266,629호에 사전 개시된 바와 같이 표현되며, 그 개시 내용은 참조로 여기에 전적으로 포함된다. 도 3도 기어박스 메커니즘의 출력 요소(250)와 계면 접속하는 기어 블록 어셈블리(260)의 사시도를 보여준다. 기어 블록 어셈블리(260)는 기어 블록(262), 토크 레버(299), 제1 캠 팔로워(294A), 및/또는 제2 캠 팔로워(294B)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 버전에서, 제1 캠 팔로워(294A)는 기어 블록(262)에 결합되고, 제2 캠 팔로워(294B)는 토크 레버(299)에 결합된다. 캠 팔로워(294A/294B)가 제1 및 제2 경로(236/237)를 횡단함에 따라, 캠 팔로워는 토크 레버(299) 및/또는 기어 블록(262)의 반경방향 및 각도 이동을 발생시킨다. 토크 레버(299) 및/또는 기어 블록(262)의 이러한 종방향 및 횡방향 이동은 토크 레버(299) 및/또는 기어 블록(262)의 피봇 이동을 허용 및/또는 발생시킨다. 적어도 하나의 예에서, 토크 레버(299)를 지지 및/또는 결합하기 위해 스페이서(246)가 사용될 수 있다.

토크 레버 피봇 포스트(288)와 기어 블록 피봇 공극(297)이 상호 작용하여 기어 블록(262)이 출력 요소(250)와 결합 및/또는 그로부터 분리되게 하는 힘을 발생시킨다. 적어도 하나의 예에서, 기어 블록(262)의 움직임은 대체로 직사각형, 타원형, 원형, 정사각형, 원추형, 계란형, 난형, 절단된 원형 패턴, 또는 이들의 임의의 조합의 설계 특정된 움직임 패턴을 가질 수 있는 주기적인 환형 또는 폐쇄된 루프 움직임이다.

예컨대, 기어 블록 접속 표면(263)은 출력 요소 접속 표면에 대해 결합 및/또는 분리될 수 있다. 기어 블록(262)은 토크 레버(299) 및 캠 팔로워(294A/294B)의 피봇 운동의 결과로서 주기적 방식으로 이동할 것이다. 적어도 하나의 버전에서, 기어 블록은 4개의 위치를 가질 수 있다. 제1 위치(228)(또는 전환 위치)는 기어 블록이 출력 요소(250)의 새로운 회전을 시작하기 위해 새로운 위치로 횡단하거나 이동되게 한다. 제2 위치(226)(또는 맞물림 또는 포지티브 바이어스 이동 위치)는 기어 블록이 출력 요소(250)에 회전력 또는 견인력(228)을 발생시키도록 한다. 제3 위치(225)(또는 중립 또는 균형 위치)는 기어 블록(262)이 출력 요소에 어떤 힘도 발생되지 않고 출력 요소 접속 표면에 대해 결합, 회전 또는 분리되는 위치에 있게 할 수 있다. 제4 위치(227)(즉, 역 장력 또는 네거티브 바이어스 구성)는 출력 요소(250)의 백래시를 방지 및/또는 제거하는 것을 돕기 위해 출력 요소(250)에 장력이 가해지게 한다.

캠 요소 가이드(216)는 회전 지지대, 볼 베어링 어셈블리, 및/또는 캠 요소 가이드 둘레면(217)과 출력 요소 둘레면(251) 사이에 배치될 수 있는 볼 베어링 세트(미도시)를 통해 출력 요소(250)와 계면 접속될 수 있다.

도면에 제시된 실시예에 예시된 바와 같이, 복수의 캠 작동식 기어 블록 어셈블리(260)는 입력 또는 회전 장치(미도시)로부터 출력 요소(250)로 동력을 전달한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 기어 블록 어셈블리(260)는 출력 요소(250)의 외부 둘레면(251) 상에 구성되는 상보적인 출력 요소 접속 표면(254)(예를 들어, 돌출부 또는 기어 톱니)에 대응하는 접속 표면(263)(예를 들어, 복수의 돌출부 또는 톱니(266))을 갖는 기어 블록(262)을 포함한다. 본 발명은 예시된 바와 같은 바람직한 기어 톱니뿐만 아니라, 핀 및 구멍 또는 심지어 마찰 결합면과 같은 임의의 상보적인 구성을 포함한다.

출력 요소(250)는 단일 원형 링으로 예시되어 있지만, 출력 요소(250)는 스페이서 요소(미도시)에 의해 이격되게 유지되는 2개의 원형 링을 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 출력 요소(250)는 출력 샤프트 또는 동력 인출장치(미도시)에 대한 부착을 위한 개구 또는 구멍(258)을 포함한다. 또한, 출력 요소(250)의 내부 둘레(251)는 또한 일부 다른 기어 트레인 메커니즘과 계면 접속하는 표면을 포함할 수 있다는 것이 이해된다.

또한, 기어 블록(262)은 접속 표면(263)을 2개의 개별 섹션으로 분할하는 분할기/정렬 블록(미도시)을 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 정렬 블록(미도시)을 특징으로 하는 기어 블록(262)의 변형은 원형 링으로 구성된 출력 요소(250)를 특징으로 하는 실시예에 특히 적절하다. 기어 블록(262)은 기어 블록(262) 및/또는 토크 레버(299)에 대한 피봇 지점을 제공하기 위해 토크 레버 구멍(297)과 상호 작용할 수 있는 기어 블록 포스트(264)를 가질 수 있다.

본 발명의 기어 블록(262)은 임의의 주어진 시간에 더 큰 표면적(예를 들어, 더 많은 수의 기어 톱니)이 출력 요소(250)와 맞물릴 수 있게 하여 그 관련된 응력을 더 큰 면적에 걸쳐 분산하도록 특별히 설계된다. 임의의 주어진 시간에 기어 블록(262)과 출력 요소(250) 사이의 접촉 면적을 크게 증가시킴으로써 기계적 응력 레벨이 상당히 감소된다. 또한, 본 발명의 기어 블록(262) 어셈블리(260)는 백래시를 제로로 심지어는 예압 상태로 감소시켜 동력 공급원 및/또는 피동 장치(미도시) 사이에 긴밀한 연결을 형성한다. 이것은 특히 고진동 용례에서 매우 바람직한 특징이다. 또한, 출력 요소(250)에 대한 기어 블록(262)의 맞물림과 관련된 응력이 더 넓은 면적에 걸쳐 분포되기 때문에, 기어 블록(262)은 신뢰성 저하없이 일반적으로 덜 비싸고 제조가 더 용이한 더 가벼운 재료로 제조될 수 있다.

캠 요소(230)는 샤프트, 기어, 벨트, 자기장, 마찰 끼워맞춤, 또는 다른 결합 수단에 의해 입력 장치, 동력 공급원, 또는 다른 회전 장치(미도시)에 결합될 수 있다. 입력 장치, 동력 공급원 또는 다른 회전 장치(미도시)에 의해 발성된 동력은 샤프트, 기어, 벨트, 자기장, 마찰 끼워맞춤 또는 다른 결합 수단으로 전달되어 캠 요소(230)가 중심축(206)을 중심으로 회전되게 한다. 캠 어셈블리(230)는 그 평면을 따라, 캠 요소(230)가 회전함에 따라 기어 블록(262)의 움직임이 특정 설계 파라미터에 따라 2차원으로 제어되도록, 기어 블록 어셈블리(260)의 캠 팔로워(들)(294)와 각각 계면 접속하는 복수의 고유한 경로 또는 홈을 포함한다. 캠 요소(230) 상의 경로 또는 홈의 반경을 변경함으로써, 기어 블록 어셈블리(260)는 캠 요소(230)의 회전에 응답하여 2차원 회로를 통해 개별 기어 블록(들)(262)을 구동시킨다. 대략적으로 말하면, 2차원 회로는 기어 블록(262)이 출력 요소(250)를 결합하고 출력 요소(250)로부터 분리되기 전에 출력 요소(250)를 지정된 거리만큼 이동 및/또는 회전시키도록 유도하고, 지정된 거리를 복귀시켜 출력 요소(250)를 다시 한번 재결합하고 이 과정을 반복하는 것을 포함한다. 각 기어 블록(262)의 이동 경로 또는 회로는 토크 레버(들)(299), 기어 블록(들)(262) 및/또는 캠 팔로워(들)(294)의 크기, 높이, 길이 및 구성을 조정하고, 캠 요소(230)에 형성된 경로 또는 홈을 변경함으로써 제어된다.

예를 들어, 피봇 연결은 캠 팔로워(294)가 캠 요소(230)의 회전 사이클 전체에 걸쳐 캠 요소(230)의 평면(235)에 형성된 그 개별 경로 또는 홈(236, 237)의 표면과의 접촉을 유지하도록 토크 레버(299) 및/또는 기어 블록(262)을 가압하는 비틀림 스프링 요소(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 캠 어셈블리(230)의 평면은 캠 어셈블리(230)의 회전축에 실질적으로 수직이다. 대안적으로 또는 추가로, 기어 트레인의 모든 기어 블록(262)을 연결하는 링 스프링이 본 발명에 따른 바이어싱 메커니즘으로 사용될 수 있다.

기어 블록 어셈블리(260)는 각각의 캠 팔로워(294)가 캠 요소(230)의 회전 사이클 전체에 걸쳐 캠 요소(230)에 형성된 그 개별 경로 또는 홈의 표면과의 접촉을 유지하도록 가압 및/또는 고정된다. 예컨대, 캠 팔로워(294A)는 제1 경로(236)의 표면과 접촉을 유지하고, 캠 팔로워(294B)는 제2 경로(237)의 표면과 접촉을 유지한다. 각 경로에는 고유한 둘레가 있고, 그 반경은 경로의 코스에 걸쳐 변한다.

캠 요소(230) 상의 각 경로 또는 홈(236, 237)의 반경을 변경함으로써, 토크 레버(들)(299)는 캠 요소(230)의 회전에 응답하여 2차원 회로를 통해 그 개별 기어 블록(들)(262)을 구동시킨다. 일반적으로, 2차원 회로(239)는 기어 블록(262)이 출력 요소(250)를 결합하고 출력 요소(250)로부터 분리되기 전에 출력 요소(250)를 지정된 거리만큼 이동 및/또는 회전시키도록 유도하고, 지정된 거리를 복귀시켜 출력 요소(250)를 다시 한번 재결합하고 이 과정을 반복하는 것을 포함한다. 도면에 예시된 2차원 회로(239)는 비율대로 작성된 것이 아니며, 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위해 다소 과장된 것임을 이해해야 한다. 예컨대, 거리(A-B)는 대체로 표시된 것보다 훨씬 작다. 각 기어 블록(262)의 이동 경로 또는 회로(239)는 토크 레버(들)(299), 기어 블록(262)의 크기 및 구성을 조정하고 및/또는 캠 요소(230)에 형성된 경로 또는 홈(236, 237)을 변경함으로써 제어된다.

기어박스 메커니즘(220)에 적용될 때, 복수의 기어 블록 어셈블리(260)는 캠 요소(230)의 중심축(206)을 중심으로 구성된다. 적어도 하나의 버전에서, 캠 요소(230)는 출력 장치(미도시)에 의해 동력 공급원(미도시)에 결합될 수 있다. 캠 요소(230)가 회전함에 따라, 개별 토크 레버(들)(299) 및/또는 각 기어 블록 어셈블리(260)의 기어 블록(들)(262)의 캠 팔로워(들)(294)는 캠 요소(230)의 평면(235)에 형성된 특정 경로 또는 홈(236, 237)과 접촉을 유지한다. 캠 요소(230)의 다른 경로 또는 홈(236, 237)의 회전 중심으로부터의 거리의 변화는 캠 팔로워(들)(194)에 피봇 가능하게 부착된 토크 레버(들)(299)가 그 개별 기어 블록(들)(262)을 미리 결정된 이동 회로(239)를 통해 이동시키는 데 협력하여 작동되게 한다. 기어 블록(260)의 이러한 미리 결정된 이동 회로(239)는 특정 기술적 요건을 충족하도록 정밀하게 보정될 수 있다. 예컨대, 각 기어 블록 어셈블리(260)의 이동 회로(239)를 조정함으로써 토크비 및 감속이 조절 및 제어될 수 있다.

도면, 특히 도 4를 참조하면, 본 발명의 기어박스 메커니즘(320)의 제3 실시예가 예시되어 있다. 기어박스 메커니즘(320)은 기어박스 메커니즘(320)에 의해 출력 장치(미도시)로 전달되는 동력 공급원 또는 액추에이터(도 1a 및 도 1b에 도시됨)에 의해 구동 및/또는 회전될 수 있다. 동력 공급원은 전기 모터, 연소 기관, 물 활성화 공급원, 풍력 터빈, 또는 다른 가능한 실시예일 수 있다. 추가적으로, 동력 공급원 또는 액추에이터뿐만 아니라 출력 장치(미도시)는 기어, 체인, 벨트 또는 자기장에 의해 회전 가능하게 결합될 수 있다.

기어박스 메커니즘(320)은 중심축(306)을 중심으로 구성될 수 있다. 중심축(306)은 메인 바디(340), 출력 요소(350), 캠 요소(330), 축방향 캠(331) 및 허브(314)의 중심 구멍을 통과할 수 있다. 메인 바디(340)와 허브(314)는 패스너(347)를 통해 결합될 수 있다. 패스너(347)는 나사, 볼트, 모든 나사산, 압축 끼워맞춤 장치, 또는 두 구성요소를 고정된 또는 확실한 방식으로 함께 체결하기 위한 다른 수단일 수 있다. 출력 요소(350), 축방향 캠(331) 및 캠 요소(330) 각각을 메인 바디(340) 및/또는 허브(314)로부터 분리할 수 있는 베어링 또는 롤러 베어링(307)이 있을 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 또한, 출력 요소와 축방향 캠(331)을 분리하는 베어링 또는 롤러 베어링(307)이 있을 수 있다.

일부 실시예에서, 캠 어셈블리는 패스너(302)와 같은 패스너를 사용하여 축방향 캠(331)과 캠 요소(330)를 함께 결합하는 것에 의해 형성되며, 여기서 축방향 캠(331) 및 캠 요소(330)는 기어 블록 어셈블리와 상호 작용한다. 패스너(302)는 나사, 볼트, 모든 나사산, 압축 끼워맞춤 장치, 또는 축방향 캠(331)과 캠 요소(330)를 고정된 또는 확실한 방식으로 함께 체결하기 위한 다른 수단일 수 있다. 기어박스 메커니즘(320)은 복수의 기어 블록 어셈블리(360)를 더 포함한다. 각각의 기어 블록 어셈블리(360)는 기어 블록(362)(362A, 362B, 362C, 362D, 362E, 362F, 362G, 집합적으로 기어 블록(들)(362)으로 지칭될 수 있음)과 결합되는 로커 아암(399)(399A, 399B, 399C, 399D, 399E, 399F, 399G, 집합적으로 로커 아암(399)으로 지칭됨)을 포함할 수 있다. 본 발명의 기어 블록(362)은 임의의 주어진 시간에 더 큰 표면적(예를 들어, 더 많은 수의 기어 톱니)이 출력 요소(350)와 결합되게 하여 관련된 응력을 더 큰 면적에 걸쳐 분산시키도록 특별히 설계된다. 임의의 주어진 시간에 기어 블록(362)과 출력 요소(350) 사이의 접촉 면적을 크게 증가시킴으로써 기계적 응력 레벨이 상당히 감소된다. 일부 실시예에서 기어 블록(들)(362)은 개별적으로 또는 경로 팔로워 요소와 조합하여 축방향 캠(331)에 형성된 경로를 추적 및/또는 따를 수 있는 경로 추적기를 가질 수 있다. 경로 팔로워 요소는 볼 베어링, 롤러 베어링, 또는 마찰을 줄이기 위한 다른 메커니즘 또는 수단을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 기어 블록 어셈블리(360)는 백래시를 제로로 심지어 예압 상태로 감소시켜 동력 공급원 및/또는 피동 장치(미도시) 사이의 긴밀한 연결을 형성한다. 이것은 특히 고진동 용례에서 매우 바람직한 특성이다. 또한, 출력 요소(350)에 대한 기어 블록(362)의 맞물림과 관련된 응력이 더 넓은 면적에 걸쳐 분포되기 때문에, 기어 블록(362)은 신뢰성의 저하없이 일반적으로 덜 비싸고 제조가 용이한 더 가벼운 재료로 제조될 수 있다.

예를 들어, Hertz 접촉 이론에 따르면, 스퍼 기어의 일반적인 응력 결과는 450 ㎫ 내지 600 ㎫이다. 고급 강은 이러한 높은 응력 레벨을 취급하는 데 가장 적합한 재료이다. 저급 강 또는 알루미늄과 같은 다른 재료는 유사한 조건에서 변형될 것이다. 그러나, 본 발명의 기어박스 메커니즘에 따라 넓은 접촉 면적에 걸쳐 응력을 분산함으로써, 유사한 조건에서의 응력 레벨은 약 20 ㎫로 감소될 수 있다. 이러한 낮은 응력 수준은 본 발명의 기어박스 메커니즘이 동일한 용례를 위해 저급 강, 알루미늄 또는 심지어 플라스틱을 사용하여 제조될 수 있게 한다. 중량 및 크기를 감소시킴으로써, 본 발명의 기어박스 메커니즘(320)은 중량 및 공간의 제한으로 인해 이전에 비실용적이었던 광범위한 용례에 적용될 수 있다.

일부 실시예에서, 로커 아암(399)은 또한 캠 요소(330)의 평면(334)에 또는 이를 따라 형성된 특정 경로(들)의 추종을 허용하는 캠 팔로워(394)를 가질 수 있다. 도 4의 평면(334)은 축방향 캠(331)을 향하는 캠 요소(330)의 측면에 있는 것으로 예시되어 있지만, 경로(들)(336)가 형성될 수 있는 평면은 축방향 캠(331)을 향하거나 축방향 캠(331)으로부터 멀어지게 향할 수 있다. 기어박스 메커니즘(320)은 또한 캠 요소(330)가 샤프트와 같은 입력 장치 또는 다른 기어 장치, 벨트, 레버, 자기장 또는 전기장 등의 세트와 같은 회전 가능한 요소를 기초로 자유롭게 회전할 수 있게 하는 허브(314) 및/또는 볼 베어링 어셈블리(307)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 임의의 회전 구성요소의 마찰 감소 및 이동 자유를 허용하는 다수의 볼 베어링 어셈블리(307A, 307B, 307C, 307D, 307E 및/또는 307F)(집합적으로 307)가 존재할 수 있다. 각각의 기어 블록(362)의 접속 표면(363)은 출력 요소(350)의 출력 요소 접속 표면(353)과 맞물릴 수 있다. 일부 실시예에서, 기어 블록(362)은 로커 아암(399)의 관련 동작에 의해 관절 연결된다.

캠 요소(330)는 캠 요소(330)가 회전함에 따라 기어 블록(362) 및/또는 로커 아암(399)의 움직임이 적어도 하나의 특정 설계 파라미터에 따라 2차원으로 제어되도록 각 로커 아암(399)의 캠 팔로워(394)와 계면 접속하는 적어도 하나의 고유한 경로 또는 홈(336)을 포함한다. 캠 요소(330) 상의 경로 또는 홈(336)의 반경을 변경함으로써, 기어 블록 어셈블리(360)는 캠 요소(330)의 회전에 응답하여 2차원 회로를 통해 그 개별 기어 블록(들)(362)을 구동시킨다. 대략적으로 말하면, 2차원 회로는 기어 블록(들)(362)이 출력 요소(350)의 접속 표면(353)을 결합하고 출력 요소(350)로부터 분리되기 전에 출력 요소(350)를 지정된 거리만큼 이동 및/또는 회전시키도록 유도하고, 지정된 거리를 복귀시켜 출력 요소(350)를 다시 한번 재결합하고 이 과정을 반복하는 것을 포함한다. 각 기어 블록(362)의 이동 경로 또는 회로는 개별 기어 블록 및/또는 로커 아암의 길이, 폭, 높이 및/또는 크기를 조정하고, 및/또는 캠 요소(330)에 형성된 경로 또는 홈(336)을 변경함으로써 제어된다.

로커 아암(399)은 캠 요소(330)에 형성된 경로(336)를 가로지르는 캠 팔로워(394)에 의해 특정 피봇 지점 주위로 피봇된다. 추가로, 기어 블록(362)은 또한 기어 블록(들)(362)에 대한 작동 지점을 트리거하는 축방향 캠(331)을 따라 별도의 경로를 따르는 경로 추적기 및/또는 경로 캠 팔로워를 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 기어 블록(들)(362)과 로커 아암(399) 모두에 대해 그 각각이 서로 별개로 작동하거나 피봇할 수 있게 하는 한편, 기어 블록(들)(362)에 대한 특정 이동 패턴을 형성하는 것과 관련하여 이동하는 적어도 하나의 피봇 또는 작동 지점이 존재한다. 적어도 하나의 예에서, 기어 블록(362)의 움직임은 대체로 직사각형, 타원형, 원형, 정사각형, 원추형, 계란형, 난형, 절단된 원형 패턴, 또는 이들의 임의의 조합의 설계 특정된 움직임 패턴을 가질 수 있는 주기적인 환형 또는 폐쇄된 루프 움직임이다.

이제 도 4를 참조하면, 로커 아암(399), 캠 팔로워(394) 및 기어 블록(362)과 함께 캠 요소(330), 출력 요소(350)의 사시도가 예시된다. 축방향 캠(331)도 예시되어 있지만; 이 도면에서는 쉽게 볼 수 없다. 중심축(306)은 캠 요소(330), 축방향 캠(331), 및/또는 출력 요소(350)의 중심의 중심 구멍(332)을 통과할 수 있다. 본 개시 내용의 적어도 하나의 실시예에서, 캠 요소(330)는 기어 블록(362)과 함께 로커 아암(399)과 상호 작용하여 기어 블록(362)을 회전시켜 그 움직임이 대체로 직사각형, 타원형, 원형, 정사각형, 원추형, 계란형, 난형, 절단된 원형 패턴, 또는 로커 아암(399)에 부착된 캠 팔로워(394)가 경로(336)를 따라 횡단하고 기어 블록(들)(362)의 움직임을 발생시키도록 할 수 있는 캠 요소(330)의 경로에 기초한 이들의 임의의 조합의 설계 특정된 움직임 패턴을 가지는 주기적인 환형 또는 폐쇄된 루프 움직임을 갖도록 한다.

캠 팔로워(394) 각각은 별개의 경로를 가질 수 있거나, 일부 실시예에서, 각각이 동시에 상이한 위치에서 추종하는 단일 경로를 가질 수 있다. 기어 블록(들)(362)은 로커 아암(399)에 피봇 가능하게 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 기어 트레인의 모든 기어 블록(362)을 연결하는 링 스프링이 본 발명에 따른 바이어싱 메커니즘으로 사용될 수 있다. 본 개시 내용의 적어도 하나의 실시예에서, 캠 요소는 단일 경로를 가질 것이지만, 평행 경로인 경우 동일한 평면에 있을 수 있는 캠 요소(330)에 형성된 다수의 경로, 또는 중심축(306)으로부터 다른 거리의 경로가 있을 수 있거나, 또는 경로는 중심축(306)의 방향으로 적층된 별개의 평면에 있을 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 캠 요소(330)에 형성된 경로(336)는 기어 블록(362)의 접속 표면이 출력 요소(350)와 결합, 계면 접속 및/또는 상호 작용하도록 하는 기어 블록(362)의 이동 및 회전을 허용한다. 캠 팔로워(들)(394)는 캠 요소(330)에 형성된 그 개별 경로 또는 홈의 표면과 접촉을 유지한다. 도면에 예시된 캠 요소(330)는 캠 요소(330)의 평면(334)에 형성된 적어도 하나의 경로 또는 홈(336)을 갖는 단일 디스크 또는 유닛인 것처럼 보이지만, 캠 요소(330)는 또한 단일 캠 어셈블리(330)를 조립하기 위해 서로 기계적으로 결합되는 복수의 개별 디스크 - 각각의 디스크는 그 평면(예를 들어, 334)에 형성된 고유한 경로를 가짐 - 를 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 바람직한 실시예에서, 캠 어셈블리(330)의 평면(334)은 캠 어셈블리(330)의 회전축에 실질적으로 수직이다. 도 4에 도시된 평면(334)은 축방향 캠(331)을 향하는 캠 요소(330)의 측면에 있는 것으로 도시되어 있지만, 경로(들)(336)가 형성되는 평면은 축방향 캠(331)을 향하거나 축방향 캠(331)으로부터 멀어지게 향할 수 있음을 이해해야 한다.

예를 들어, 캠 요소(330) 상의 경로 또는 홈(336)의 반경을 변화시킴으로써, 로커 아암(399)은 로커 아암(399)과 메인 바디(미도시) 사이의 접촉을 보상하고 유지하기 위해 그 피봇 지점을 중심으로 피봇한다. 로커 아암(399)의 피봇 지점을 중심으로 하는 이러한 피봇 또는 동작은 기어 블록(362)과의 피봇 연결에서의 움직임을 유도한다. 각각의 로커 아암(399)은 각각의 로커 아암(399)의 캠 팔로워(들)(394)가 그 각각의 개별 지점에서 캠 요소(330)의 평면(334)에 형성된 경로(336)를 따르거나 횡단하기 때문에 이외의 다른 로커 아암(들)(399)과 독립적으로 작동한다.

로커 아암(399)에 대한 캠 팔로워(394)가 그 개별 경로(들)(336)를 따를 때, 로커 아암(399)은 특정 지점에서 피봇되어 기어 블록이 특정 지점을 중심으로 피봇 및/또는 회전하도록 할 수 있다. 예컨대, 로커 아암(399)의 피봇 지점은 기어 블록(362)에 대한 좌측, 우측, 출입, 또는 회전 운동을 트리거할 것이다. 일반적으로, 3차원 회로는 기어 블록(362)이 출력 요소(350)를 가압하고 출력 요소(350)의 가압을 해제하기 전에 출력 요소(350)를 지정된 거리만큼 이동 또는 회전시키도록 유도하는 것을 포함하는 제1 부분(339A)을 가질 수 있다. 추가적으로, 3차원 회로의 제2 부분(339B)을 허용하는 결합 및/또는 분리 작동이 있을 수 있다(즉, 집합적으로 제1 부분(339A) 및 제2 부분(339B)은 339로 지칭될 3차원 회로로 지칭될 3차원 회로를 형성함). 함께 연관되어 이들 부분은 대체로 직사각형, 타원형, 원형, 정사각형, 원추형, 계란형, 난형, 절단된 원형 패턴 또는 이들의 임의의 조합의 설계 특정된 이동 패턴을 가지는 접속 표면과 기어 블록의 주기적인 환형 또는 폐쇄-루프 이동 또는 회로(339)를 허용한다. 기어 블록(362)의 주기적인 환형 또는 폐쇄-루프 이동 또는 회로(339)는 출력 요소(350)의 순방향 회전으로 변환되는 기어 블록 접속 표면에 의한 출력 접속 표면의 포지티브 가압을 허용할 수 있다. 추가적으로, 기어 블록(362)은 출력 요소 및/또는 기어 블록의 백래시 또는 있을 수 있는 백래시를 감소시키는 방식으로 기어 블록 접속 표면으로 출력 요소 접속 표면을 네거티브 가압을 수행할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 기어 블록(362)이 출력 요소(350)를 포지티브 및/또는 네거티브 방식으로 가압하지 않도록 하는 중립 바이어싱 또는 위치도 존재할 수 있으며, 일부 예에서 해당 위치는 기어 블록(362)이 중심축에서 외측으로 해제되게 할 수 있다.

이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 기어박스 메커니즘(320)의 제3 실시예의 추가적인 예시가 제시된다. 캠 요소(330) 상의 경로 또는 홈(336)의 반경을 변경함으로써, 로커 아암(들)(399)은 캠 요소(330)의 회전에 응답하여 2차원 회로를 통해 그 개별 기어 블록(들)(362)을 구동시킨다. 일반적으로, 2차원 회로(339A)는 출력 요소(350)를 가압하고 출력 요소(350)의 가압을 해제하기 전에 출력 요소(350)를 지정된 거리만큼 이동 또는 회전시키는 것을 유도하는 것을 포함한다. 추가적으로, 2차원 회로에 제2 부분(339B)의 추가를 허용하는 결합 및/또는 분리 작동이 존재할 수 있다. 기어 블록이 출력 요소(350)로부터 분리될 때, 기어 블록(362)은 출력 요소(350)의 회전 운동의 반대 방향으로 접속 표면의 이동을 허용하여 기어 블록(362)이 동일한 지정된 거리를 복귀시켜 출력 요소(350)를 다시 한 번 재결합하고 해당 과정을 반복하는 방식으로 회전 및 피봇될 수 있다. 도면에 예시된 2차원 회로(339)는 비율대로 작성된 것이 아니며, 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위해 다소 과장된 것임을 이해해야 한다. 예컨대, 거리(A-B)는 대체로 표시된 것보다 훨씬 작다. 각 기어 블록(362)의 이동 경로 또는 회로(339A)는 로커 아암(들)(339), 기어 블록(들)(362)의 크기 및 구성을 조정하고 및/또는 캠 요소(330)에 형성된 경로 또는 홈(336)을 변경함으로써 제어된다.

기어박스 메커니즘(320)에 적용될 때, 복수의 기어 블록 어셈블리(360)는 캠 요소(330)를 통과하는 중심축(306)을 중심으로 구성된다. 적어도 하나의 버전에서 캠 요소(330)는 출력 장치(미도시)에 의해 동력 공급원(미도시)에 결합될 수 있다. 캠 요소(330)가 회전함에 따라, 각 기어 블록 어셈블리의 각각의 로커 아암(들)(399)의 캠 팔로워(들)(394)는 캠 요소(330)의 평면(334)에 형성된 특정 경로 또는 홈(336)과 접촉을 유지한다. 바람직한 실시예에서, 캠 어셈블리(330)의 평면(334)은 캠 어셈블리(330)의 회전축에 실질적으로 수직이다. 회전 중심으로부터 캠 요소(330)의 회전 중심으로부터 경로 또는 홈(336)을 따른 다른 지점까지의 거리의 변화는 기어 블록(들)(362)에 피봇 가능하게 부착된 로커 아암(들)(399)이 미리 결정된 이동 회로(339)를 통해 각각의 기어 블록(들)(362)을 이동시키도록 협력하여 작동되게 한다. 기어 블록(362)의 이러한 미리 결정된 이동 회로(339)는 특정 기술적 요건을 충족하도록 정밀하게 보정될 수 있다. 예컨대, 각 기어 블록(362)의 이동 회로(339)를 조정함으로써 토크비 및 감속이 조절 및 제어될 수 있다. 축방향 캠(331)은 캠 요소(330)와 협력하여 회전하고, 이들이 회전함에 따라, 기어 블록(362)의 경로 추적기(364)(특히 도 7, 13 및 14 참조)는 축방향 경로 또는 홈(337)을 따라 추적한다. 축방향 경로 또는 홈(337)은 축방향 캠(331)의 둘레면(335)에 형성된다. 축방향 캠(331)의 하부 섹션(333A) 측으로 또는 그로부터 멀어지는 경로의 높이의 변화는 기어 블록(362)이 선형 운동(기어 블록(362)을 위한 3차원 회로의 제2 부분(339B)으로도 지칭됨)으로 출력 요소(350)의 접속 표면(353)에 대해 결합 또는 분리되게 한다. 기어 블록(362)의 움직임은 3차원 회로를 형성하는 수직 평면에서의 회전 운동(하나의 평면(수평)에서의 2차원 운동, 좌우/출입 축방향 운동의 조합) 및 선형 윤동(상하 운동)을 생성하기 위해 협력하여 작용하는 2개의 개별 부분(339A/339B)을 통해 생성될 수 있다.

본 발명의 기어 블록 어셈블리를 사용하여 기어박스 메커니즘의 다양한 실시예가 가능하다. 본 발명에 따라 구성된 기어박스 메커니즘의 모든 실시예는 캠 요소(330)의 중심축(306)을 중심으로 구성된 복수의 기어 블록 어셈블리를 특징으로 하며, 홀수 또는 짝수의 기어 블록 어셈블리를 포함할 수 있다. 본 발명의 기어박스 메커니즘에는 적어도 2개, 바람직하게는 3개 이상의 기어 블록 어셈블리가 필요하다. 기어 블록 어셈블리의 이동은 일반적으로 서로에 대해 일련의 회전으로 이동한다.

그러나, 복수의 기어 블록 어셈블리가 4개 이상의 짝수의 기어 블록 어셈블리를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 캠 요소(330)의 양측면에 구성된 기어 블록 어셈블리는 2차 또는 출력 요소(350)에 대해 함께 결합 및 분리된다. 예컨대, 기어박스 메커니즘(320)의 일 실시예는 4개의 기어 블록 어셈블리(360)를 특징으로 할 수 있다. 유사하게, 기어박스 메커니즘(320)의 다른 실시예는 6개의 기어 블록 어셈블리(360)를 특징으로 할 수 있다. 이것은 캠 요소의 평면에 형성된 개별 경로 또는 홈이 캠 요소(330)의 평면을 따라 서로 동일한 위상에 있도록 보장함으로써 달성된다.

도면, 특히 도 6을 다시 참조하면, 본 발명의 기어박스 메커니즘(420)의 제4 실시예가 예시되어 있다. 기어박스 메커니즘(420)은 출력 장치로 전달되는 동력 공급원 또는 액추에이터(도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같음)에 의해 구동 및/또는 회전될 수 있다. 동력 공급원은 전기 모터, 연소 기관, 물 활성화 공급원, 풍력 터빈 또는 다른 가능한 실시예일 수 있다. 추가적으로, 동력 공급원 또는 액추에이터뿐만 아니라 출력 장치는 기어, 체인, 벨트 또는 자기장에 의해 회전 가능하게 결합될 수 있다.

기어박스 메커니즘(420)은 중심축(406)을 중심으로 구성될 수 있다. 중심축(406)은 메인 바디(440), 출력 요소(450), 캠 요소(430) 및 허브(414)의 중심 구멍을 통과할 수 있다. 허브(414)는 캠 요소(430)가 샤프트와 같은 입력 장치 또는 다른 기어 장치, 벨트, 레버, 자기장 또는 전기장 등과 같은 회전 가능한 요소를 기초로 허브(414) 내에서 자유 회전되게 하는 볼 베어링 어셈블리(미도시)를 포함할 수 있다. 메인 바디(440)와 허브(414)는 패스너(미도시)에 의해 함께 결합될 수 있다. 패스너는 나사, 볼트, 모든 나사산, 압축 끼워맞춤 장치 또는 고정된 또는 확실한 방식으로 2개의 구성요소를 함께 체결하기 위한 다른 수단일 수 있다. 기어박스 메커니즘(420)은 출력 요소(450) 및 캠 요소(430) 각각을 메인 바디(440) 및/또는 허브(414)로부터 분리할 수 있는 롤러 베어링(407)과 같은 베어링을 더 포함할 수 있다. 기어박스 메커니즘(420)은 또한 복수의 기어 블록 어셈블리(460)를 포함할 수 있다. 각각의 기어 블록 어셈블리는 기어 블록(들)(462)(기어 블록(462A, 462B, 462C, 462D, 462E, 462F)은 집합적으로 기어 블록(들)(462)으로 지칭될 수 있음)과 결합되는 로커 아암(499)(로커 아암(499A, 499B, 499C, 499D, 499E, 499F 및 499G)은 집합적으로 로커 아암(들)(499)으로 지칭됨)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 기어 블록(들)(462)은 캠 요소(430)에 형성된 경로를 개별적으로 또는 경로 팔로워 요소와 조합하여 추적 및/또는 따를 수 있는 경로 추적기를 가질 수 있다.

본 발명의 기어 블록(462)은 임의의 주어진 시간에 더 큰 표면적(예를 들어, 더 많은 수의 기어 톱니)이 출력 요소(450)와 맞물릴 수 있게 하여 그 관련 응력을 더 큰 면적에 걸쳐 분산시키도록 특별히 설계된다. 임의의 주어진 시간에 기어 블록(462)과 출력 요소(450) 사이의 접촉 면적을 크게 증가시킴으로써, 기계적 응력 레벨이 상당히 감소된다. 또한, 본 발명의 기어 블록(462)은 백래시를 제로로 심지어 예압 상태로 감소시켜 동력 공급원 및/또는 동력 장치(미도시) 사이의 긴밀한 연결을 형성한다. 이것은 특히 고진동 용례에서 매우 바람직한 특성이다. 또한, 출력 요소(450)에 대한 기어 블록(462)의 맞물림과 관련된 응력이 더 넓은 면적에 걸쳐 분포되기 때문에, 기어 블록(462)은 신뢰성의 저하없이 일반적으로 덜 비싸고 제조가 용이한 더 가벼운 재료로 제조될 수 있다.

예를 들어, Hertz 접촉 이론에 따르면, 스퍼 기어의 일반적인 응력 결과는 450 ㎫ 내지 600 ㎫이다. 고급 강은 이러한 높은 응력 레벨을 취급하는 데 가장 적합한 재료이다. 저급 강 또는 알루미늄과 같은 다른 재료는 유사한 조건에서 변형될 것이다. 그러나, 본 발명의 기어박스 메커니즘에 따라 넓은 접촉 면적에 걸쳐 응력을 분산함으로써, 유사한 조건에서의 응력 레벨은 약 20 ㎫로 감소될 수 있다. 이러한 낮은 응력 수준은 본 발명의 기어박스 메커니즘이 동일한 용례를 위해 저급 강, 알루미늄 또는 심지어 플라스틱을 사용하여 제조될 수 있게 한다. 중량 및 크기를 감소시킴으로써, 본 발명의 기어박스 메커니즘(420)은 중량 및 공간의 제한으로 인해 이전에 비실용적이었던 광범위한 용례에 적용될 수 있다.

일부 실시예에서, 로커 아암(499)은 또한 캠 요소(430)의 둘레면을 따라 형성된 특정 경로(들)의 추종을 허용하는 캠 팔로워(494)를 가질 수 있다. 기어 블록(462)의 접속 표면(463)(도 23 참조)은 출력 요소(450)의 접속 표면(452)과 맞물릴 수 있다. 일부 실시예에서, 기어 블록은 로커 아암(499)의 관련 운동에 의해 회전된다.

캠 요소(430)는 캠 요소(430)가 회전함에 따라 기어 블록(462) 및/또는 로커 아암(499)의 움직임이 적어도 하나의 특정 설계 파라미터에 따라 2차원으로 제어되도록 로커 아암(499)의 캠 팔로워(494)와 계면 접속하는 적어도 하나의 고유한 경로 또는 홈을 포함한다. 캠 요소(430) 상의 경로 또는 홈의 반경을 변경함으로써, 기어 블록 어셈블리는 캠 요소(430)의 회전에 응답하여 2차원 회로를 통해 개별 기어 블록(들)(462)을 구동시킨다. 대략적으로 말하면, 2차원 회로는 기어 블록(들)(462)이 출력 요소(450)를 결합하고 출력 요소(450)로부터 분리되기 전에 출력 요소(450)를 지정된 거리만큼 이동 및/또는 회전시키도록 유도하고, 지정된 거리를 복귀시켜 출력 요소(450)를 다시 한 번 재결합하고 이 과정을 반복하는 것을 포함한다. 각 기어 블록(462)의 이동 경로 또는 회로는 개별 기어 블록 및/또는 로커 아암(499)의 길이, 폭, 높이 및/또는 크기를 조정하고, 및/또는 캠 요소(430)에 형성된 경로 또는 홈을 변경함으로써 제어된다.

로커 아암(499)은 캠 요소(430)가 회전함에 따라 캠 요소(430)에 형성된 경로를 가로지르는 캠 팔로워(494)에 의해 특정 피봇 지점 주위로 피봇된다. 추가로, 기어 블록(462)은 또한 기어 블록(들)(462)에 대한 작동 지점을 트리거하는 캠 요소(430)를 따른 개별 경로를 추종하는 경로 추적기 및/또는 경로 캠 팔로워를 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 기어 블록(들)(462)과 로커 아암(499) 모두에 대해 그 각각이 서로 별개로 작동하거나 피봇할 수 있게 하는 한편, 기어 블록(들)(462)에 대한 특정 이동 패턴을 형성하는 것과 관련하여 이동하는 적어도 하나의 피봇 또는 작동 지점이 존재한다. 적어도 하나의 예에서, 기어 블록(462)의 움직임은 대체로 직사각형, 타원형, 원형, 정사각형, 원추형, 계란형, 난형, 절단된 원형 패턴, 또는 이들의 임의의 조합의 설계 특정된 움직임 패턴을 가질 수 있는 주기적인 환형 또는 폐쇄된 루프 움직임이다. 일부 실시예에서, 메인 바디(440)는 적어도 하나의 허브(412A 및/또는 412B)와 결합될 수 있다. 일부 예에서, 허브(들)(412A 및 412B)는 조정될 수 있다.

이제 도 6을 참조하면, 로커 아암(499), 캠 팔로워(494) 및 기어 블록(462)과 함께 캠 요소(430)의 사시도가 예시된다. 중심축(406)은 캠 요소(430)의 중심의 중심 구멍(432)을 통과한다. 본 개시 내용의 적어도 하나의 실시예에서, 회전에 따라 캠 요소(430)는 기어 블록(462)과 함께 로커 아암(499)과 상호 작용하여 기어 블록(462)이 대체로 직사각형, 타원형, 원형, 정사각형, 원추형, 계란형, 난형, 절단된 원형 패턴, 또는 로커 아암(499)에 부착된 캠 팔로워(494)가 경로를 따라 횡단하고 기어 블록(들)(462)의 움직임을 발생시키도록 할 수 있는 캠 요소(430)의 경로에 기초한 이들의 임의의 조합의 설계 특정된 움직임 패턴을 가지는 주기적인 환형 또는 폐쇄된 루프 움직임을 갖도록 한다.

캠 팔로워(494) 각각은 별개의 경로를 가질 수 있거나, 일부 실시예에서, 각각이 동시에 상이한 위치에서 추종하는 단일 경로를 가질 수 있다. 기어 블록(들)(462)은 로커 아암(499)에 피봇 가능하게 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 기어 트레인의 모든 기어 블록(462)을 연결하는 링 스프링이 본 발명에 따른 바이어싱 메커니즘으로 사용될 수 있다. 본 개시 내용의 적어도 하나의 실시예에서, 캠 요소는 단일 경로를 가질 것이지만, 평행 경로인 경우 동일한 평면에 있을 수 있는 캠 요소(430)에 형성된 다수의 경로, 또는 중심축(406)으로부터 다른 거리의 경로가 있을 수 있거나, 경로는 중심축(406)의 방향으로 적층된 별개의 평면에 있을 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 캠 요소(430)를 따른 경로(436, 437)는 기어 블록(462)의 접속 표면이 출력 요소(450)(도 17)와 결합, 계면 접속 및/또는 상호 작용하도록 하는 기어 블록(462)의 이동 및 회전을 허용한다. 캠 요소(430)가 회전함에 따라, 캠 팔로워(들)(494)는 캠 요소(430)에 형성된 그 개별 경로 또는 홈의 표면과 접촉을 유지한다. 도면에 예시된 캠 요소(430)는 캠 요소(430)의 들레면(434)에 형성된 적어도 하나의 경로 또는 홈을 갖는 단일 유닛인 것처럼 보이지만, 캠 요소(430)는 또한 단일 캠 어셈블리(430)를 조립하기 위해 서로 기계적으로 결합되는 복수의 개별 디스크 또는 튜브 - 각각의 디스크 또는 튜브는 그 둘레면(434)에 형성된 고유한 경로를 가짐 - 를 포함할 수 있는 것으로 이해된다.

예를 들어, 캠 요소(430) 상의 경로 또는 홈(436, 437)의 반경을 변화시킴으로써, 로커 아암(499)은 로커 아암(499) 캠 팔로워(494)와 경로(436, 437) 사이의 접촉을 보상하고 유지하기 위해 그 피봇 지점을 중심으로 피봇한다. 그 피봇 지점을 중심으로 하는 이러한 로커 아암(499)의 피봇 또는 동작은 기어 블록(462)과의 피봇 연결에서의 움직임을 유도한다. 각각의 로커 아암(499)은 각각의 로커 아암(499)의 캠 팔로워(들)(494)가 그 각각의 개별 지점에서 캠 요소(430)의 둘레면에 형성된 경로(436, 437)를 따르고 및/또는 횡단하기 때문에 이외의 다른 로커 아암(들)(499)과 독립적으로 작동한다.

로커 아암(499)에 대한 캠 팔로워(494)가 그 개별 경로(들)(436, 437)를 따를 때, 로커 아암(499)은 특정 지점에서 피봇되어 기어 블록이 특정 지점을 중심으로 피봇 및/또는 회전하도록 할 수 있다. 예컨대, 로커 아암의 피봇 지점은 기어 블록(462)에 대한 좌측, 우측, 출입, 또는 회전 운동을 트리거할 것이다. 함께 연관되어 이들 부분은 대체로 직사각형, 타원형, 원형, 정사각형, 원추형, 계란형, 난형, 절단된 원형 패턴 또는 이들의 임의의 조합의 설계 특정된 이동 패턴을 가지는 접속 표면과 기어 블록의 주기적인 환형 또는 폐쇄-루프 이동을 허용한다. 예컨대, 로커 아암(499)의 피봇 지점은 기어 블록(462)에 대한 좌측, 우측, 출입, 또는 회전 운동을 트리거할 것이다. 일반적으로, 2차원 회로는 기어 블록(462)이 출력 요소(미도시)를 가압하고 출력 요소의 가압을 해제하기 전에 출력 요소를 지정된 거리만큼 이동 또는 회전시키도록 유도하는 것을 포함하는 제1 부분(439A)을 가질 수 있다. 추가적으로, 2차원 회로(439)의 제2 부분(439B)을 허용하는 결합 및/또는 분리 작동이 있을 수 있다. 함께 연관되어 이들 부분은 대체로 직사각형, 타원형, 원형, 정사각형, 원추형, 계란형, 난형, 절단된 원형 패턴 또는 이들의 임의의 조합의 설계 특정된 이동 패턴을 가지는 접속 표면과 기어 블록의 주기적인 환형 또는 폐쇄-루프 이동 또는 회로(439)를 허용한다. 기어 블록(462)의 주기적인 환형 또는 폐쇄-루프 이동 또는 회로(439)는 출력 요소(450)의 순방향 회전으로 변환되는 기어 블록 접속 표면에 의한 출력 접속 표면의 포지티브 가압을 허용할 수 있다. 추가적으로, 기어 블록(462)은 출력 요소 및/또는 기어 블록의 백래시 또는 있을 수 있는 백래시를 감소시키는 방식으로 기어 블록 접속 표면으로 출력 요소 접속 표면을 네거티브 가압을 수행할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 기어 블록(462)이 출력 요소를 포지티브 및/또는 네거티브 방식으로 가압하지 않도록 하는 중립 바이어싱 또는 위치도 존재할 수 있으며, 일부 예에서 해당 위치는 기어 블록(462)이 중심축에서 외측으로 해제되게 할 수 있다.

도면, 특히 도 7-도 22를 참조하면, 본 발명의 기어박스 메커니즘(520)의 제5 실시예가 예시되어 있다. 기어박스 메커니즘(520)은 출력 장치(미도시)로 전달되는 동력 공급원 또는 액추에이터(도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같음)에 의해 구동 및/또는 회전될 수 있다. 동력 공급원은 전기 모터, 연소 기관, 물 활성화 공급원, 풍력 터빈 또는 다른 가능한 실시예일 수 있다. 추가적으로, 동력 공급원 또는 액추에이터뿐만 아니라 출력 장치(미도시)는 기어, 체인, 벨트 또는 자기장에 의해 기어박스 메커니즘(520)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 기어박스 메커니즘(520)은 캠(530)과 로커 블록 어셈블리의 결합을 허용하고, 다중 평면에 형성된 경로를 가지며, 다중 평면 캠 작동식 기어박스 메커니즘(520)을 형성한다.

기어박스 메커니즘(520)은 중심축(506)을 중심으로 구성될 수 있다. 중심축(506)은 메인 바디(540), 출력 장치(550), 캠(530), 출력 기어(552) 및 덮개(514)의 중심 구멍을 통과할 수 있다. 메인 바디(540) 및 덮개(514)는 패스너(547)(547A, 547B, 547C로 표시됨)를 통해 함께 결합될 수 있다. 패스너(547)는 나사, 볼트, 모든 나사산, 압축 끼워맞춤 장치, 또는 2개의 구성요소를 고정된 또는 확실한 방식으로 함께 체결하기 위한 다른 수단일 수 있다. 밀봉되거나 밀봉되지 않을 수 있고 출력 기어(552)와 캠(530) 각각을 메인 바디(540) 및/또는 덮개(514)로부터 분리할 수 있는, 한정되지 않는 베어링, 롤러 베어링과 같은 마찰 감소 메커니즘(507)이 존재할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 출력 장치를 메인 바디(540) 및/또는 덮개(514)로부터 분리하는 마찰 감소 메커니즘(507)도 존재할 수 있다. 일부 예에서, 마찰 감소 메커니즘(507)은 오일 밀봉부를 포함할 수 있으며, 이것의 예는 507F 및 507G 일 수 있으며, 여기서 507F는 베어링 또는 롤러 베어링이고, 507G는 밀봉을 제공하고 마찰 감소 유체를 사용할 수 있게 하는 오일 밀봉부이다. 다른 예는 자체 밀봉 또는 밀봉식 베어링 또는 롤러 베어링을 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 507A 및 507G는 한정되지 않지만 그리스와 같은 마찰 감소 유체 또는 물질이 기어박스 메커니즘(520) 내에서 활용될 수 있도록 하는 밀봉부 또는 오일 밀봉부으로서 작용하는 마찰 감소 메커니즘을 나타낸다.

기어박스 메커니즘(520)은 로커 블록 어셈블리들(560)의 세트를 더 포함한다. 각각의 로커 블록 어셈블리(560)는 로커 블록 어셈블리(560)에 결합된 경로 추적 장치의 세트가 캠(530)에 형성된 경로를 따라 추적하는 것을 허용한다. 로커 블록 어셈블리(560)의 기어 패드는 더 큰 표면적(예를 들어, 더 많은 수의 기어 톱니)이 임의의 주어진 시간에 출력 기어(552)와 맞물릴 수 있게 하여 그 관련 응력을 더 큰 면적에 걸쳐 분산시키도록 특별히 설계된다. 임의의 주어진 시간에 기어 패드(562)와 출력 기어(552) 사이의 접촉 면적을 크게 증가시킴으로써 기계적 응력 레벨이 상당히 감소된다. 일부 실시예에서, 로커 블록 어셈블리(560)는 개별적으로 또는 경로 팔로워 요소와 조합하여 캠(530)에 형성된 경로를 추적 및/또는 추종할 수 있는 경로 추적기를 가질 수 있다. 경로 팔로워 요소는 볼 베어링, 롤러 베어링, 또는 마찰을 줄이기 위한 다른 메커니즘 또는 수단을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 로커 블록 어셈블리(560)는 백래시를 제로로 심지어 예압 상태로 감소시켜 동력 공급원 및/또는 피동 장치(미도시) 사이의 긴밀한 연결을 형성한다. 이것은 특히 고진동 용례에서 매우 바람직한 특성이다. 또한, 출력 기어(552)에 대한 기어 패드(562)의 맞물림과 관련된 응력이 더 넓은 면적에 걸쳐 분포되기 때문에, 기어 패드(562)는 신뢰성의 저하없이 일반적으로 덜 비싸고 제조가 용이한 더 가벼운 재료로 제조될 수 있다. 또한, 기어박스 메커니즘(520)의 모듈식 특성으로 인해, 출력 기어(552), 기어 패드(562) 및 캠(530)은 임의의 수의 하중, 기어비, 마찰 또는 속도 설계 요건을 지원할 수 있는 다양한 조합을 생성하도록 교환될 수 있다. 캠(530)과 결합된 로커 블록 어셈블리(560)는 출력 기어(552)가 지정된 거리만큼 이동 또는 회전할 수 있게 한다. 캠(530)의 내부 경로(536) 및 외부 경로(537)를 변경함으로써, 넓은 의미에서, 출력 기어(552)를 압박하는 것을 포함하여 3차원 회로를 통해 로커 블록 어셈블리(560)를 구동시킨다. 적어도 하나의 예에서, 로커 블록 어셈블리(560)의 움직임은 대체로 직사각형, 타원형, 원형, 정사각형, 원추형, 계란형, 난형, 절단된 원형 패턴, 또는 이들의 임의의 조합의 설계 특정된 이동 패턴을 가질 수 있는 주기적인 환형 또는 폐쇄 루프 움직임이다.

예를 들어, Hertz 접촉 이론에 따르면, 스퍼 기어의 일반적인 응력 결과는 450 ㎫ 내지 600 ㎫이다. 고급 강은 이러한 높은 응력 레벨을 취급하는 데 가장 적합한 재료이다. 저급 강 또는 알루미늄과 같은 다른 재료는 유사한 조건에서 변형될 것이다. 그러나, 본 발명의 기어박스 메커니즘에 따라 넓은 접촉 면적에 걸쳐 응력을 분산함으로써, 유사한 조건에서의 응력 레벨은 약 20 ㎫로 감소될 수 있다. 이러한 낮은 응력 수준은 본 발명의 기어박스 메커니즘이 동일한 용례를 위해 저급 강, 알루미늄 또는 심지어 플라스틱을 사용하여 제조될 수 있게 한다. 중량 및 크기를 감소시킴으로써, 본 발명의 기어박스 메커니즘(520)은 중량 및 공간의 제한으로 인해 이전에 비실용적이었던 광범위한 용례에 적용될 수 있다.

도면에 제시된 실시예에 예시된 바와 같이, 복수의 캠 작동식 로커 블록 어셈블리(560)는 입력 또는 회전 장치(522)로부터 출력 장치(550)로 동력을 전달한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 로커 블록 어셈블리(560)는 출력 기어(552)의 외부 둘레면(551) 상에 구성되는 상보적인 출력 기어 접속 표면(553)(예를 들어, 돌출부 또는 기어 톱니)에 대응하는 접속 표면(예를 들어, 도 18에 도시된 복수의 돌출부 또는 톱니)을 갖는 기어 패드(562)를 포함한다. 적어도 하나의 실시예에서, 출력 기어(552)는 패스너를 통해 출력 장치(550)에 결합된다. 본 발명은 예시된 바와 같은 바람직한 기어 톱니뿐만 아니라, 핀 및 구멍 또는 심지어 마찰 결합면과 같은 임의의 상보적인 구성을 포함한다.

출력 장치(550)는 단일 실린더로 예시되어 있지만, 출력 장치(550)는 스페이서 요소(미도시)에 의해 이격되게 유지되는 2개의 원형 링을 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 출력 장치(550)는 출력 샤프트 또는 동력 인출장치(미도시)에 대한 부착을 위한 개구 또는 구멍(도 10에서는 개구 또는 구멍(559)으로 예시됨)을 포함한다. 또한, 출력 장치(550)의 내부 둘레는 또한 일부 다른 기어 트레인 메커니즘과 계면 접속하는 표면을 포함할 수 있다는 것이 이해된다.

또한, 기어 패드(562)는 접속 표면(도 18에 예시됨)을 2개의 개별 섹션으로 분할하는 분할기/정렬 블록(미도시)을 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 정렬 블록(미도시)을 특징으로 하는 기어 패드(562)의 변형은 원형 링으로 구성된 출력 장치(550)를 특징으로 하는 실시예에 특히 적절하다.

캠(530)은 샤프트, 기어, 벨트, 자기장, 마찰 끼워맞춤, 또는 다른 결합 수단에 의해 입력 장치(522), 동력 공급원, 또는 다른 회전 장치(미도시)에 결합될 수 있다. 입력 장치(522), 동력 공급원 또는 다른 회전 장치에 의해 발생된 동력은 샤프트, 기어, 벨트, 자기장, 마찰 끼워맞춤, 또는 캠(530)이 중심축(506)을 중심으로 회전하게 하는 다른 결합 수단으로 전달될 수 있다. 일부 실시예에서, 캠 어셈블리는 입력 장치(522), 캠(530), 및 캠 너트(524)를 함께 결합함으로써 형성된다. 캠(530) 및 입력 장치(522)는 캠 너트(524)에 의해 축방향으로 맞물리고 함께 고정될 수 있다. 캠(530)은 조직적인 회전 에너지의 변환을 용이하게 하기 위해 로커 블록 어셈블리(560)의 세트와 상호 작용한다. 캠(530)은 캠(530)이 회전함에 따라 로커 블록 어셈블리(560)의 움직임이 특정 세트의 설계 파라미터에 따라 3차원으로 제어되도록 로커 블록 어셈블리(560)의 캠 팔로워(도 18에서 캠 팔로워(594) 및/또는 경로 팔로워(574)로 예시됨)와 계면 접속하는 그 둘레의 평면을 따라 형성된 복수의 고유한 경로 또는 홈을 가질 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 하나 이상의 마찰 감소 메커니즘(507)(507A, 507B, 507C, 507D, 507E, 507F, 및 507G로 예시됨)이 캠 어셈블리, 로커 블록 어셈블리(560) 또는 출력 어셈블리(549) 사이에 사용될 수 있다. 마찰 감소 메커니즘(507)은 적어도 하나의 예에서 하나 이상의 베어링 또는 롤러 베어링(507B, 507C, 507E, 507F)뿐만 아니라 하나 이상의 오일 밀봉부(507A, 507D, 507G)룰 포함할 수 있다. 오일 밀봉부는 베어링 또는 롤러 베어링이 마찰 감소 유체로 채워지거나 그 유체와 상호 작용할 수 있게 한다. 다른 예는 하나 이상의 자체 밀봉 또는 밀봉식 베어링 또는 롤러 베어링을 포함할 수 있다. 일부 예는 베어링이 메커니즘 또는 장치와 상호 작용할 수 있게 하고 마찰 감소 유체가 베어링, 밀봉부 및 메커니즘 또는 장치 사이에서 자유롭게 이동할 수 있도록 측정 가능한 거리만큼 이격된 밀봉부 및 베어링을 포함할 수 있다. 메인 바디(540)는 로커 블록 어셈블리(560)가 입력 장치(522) 또는 캠(530)의 움직임 또는 작용에 따라 흔들림, 피봇, 또는 다른 움직임을 허용하는 로커 블록 만입부(577)를 가질 수 있다. 메인 바디(540)는 또한 로커 블록 어셈블리(560)의 피봇 핀을 수용하는 것을 허용하는 피봇 핀 구멍(543)을 포함할 수 있다.

캠(530) 상의 각 경로 또는 홈(536, 537)의 반경을 변경함으로써, 로커 블록 어셈블리(560)는 캠(530)의 회전에 응답하여 3차원 회로를 통해 그 개별 기어 패드(들)(562)를 구동시킨다. 일반적으로, 3차원 회로(도 20-도 22에 도시됨)는 로커 블록 어셈블리(560)가 출력 장치(550) 또는 출력 기어(552)를 결합하고, 출력 장치(550) 또는 출력 기어(552)로부터 분리되기 전에 출력 장치(550) 또는 출력 기어(552)를 미리 지정된 거리만큼 이동 또는 회전시키도록 유도하고, 동일한 지정된 거리를 복귀시켜 출력 장치(550) 또는 출력 기어(552)를 다시 한 번 재결합하고 상기 과정을 반복하는 것을 포함한다.

기어박스 메커니즘(520)에 적용될 때, 복수의 로커 블록 어셈블리(560)가 캠(530)의 중심축(506)을 중심으로 구성된다. 적어도 하나의 버전에서, 캠(530)은 입력 장치(522)에 의해 동력 공급원(미도시)에 결합될 수 있다. 캠 요소(530)의 다른 경로 또는 홈(536, 537)의 회전 중심(중심축(506))으로부터의 거리의 변화는 로커 블록 어셈블리(560)가 미리 결정된 이동 회로를 통해 그 개별 기어 패드(들)(562)를 이동시키도록 협력하여 작동되게 한다. 기어 패드(562)의 이러한 미리 결정된 이동 회로는 특정 기술적 요건을 충족하도록 정밀하게 보정될 수 있다. 예컨대, 각 로커 블록 어셈블리(560)의 이동 회로를 조정함으로써 토크비 및 감속이 조절 및 제어될 수 있다.

예를 들어, 피봇 연결부는 캠 팔로워(도 18에서 캠 팔로워(594) 또는 경로 팔로워(574)로 예시됨)가 캠 요소(530)의 회전 사이클 전체에 걸쳐 캠(530)의 둘레면 또는 평면에 형성된 그 개별 경로 또는 홈(536, 537)의 표면과 접촉을 유지하도록 로커 블록 어셈블리(560)를 편향시키는 비틀림 스프링 요소(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 캠(530)의 평면은 캠(530)의 회전축에 실질적으로 수직이다. 대안적으로 또는 추가로, 기어 트레인의 모든 로커 블록 어셈블리(560)를 연결하는 링 스프링이 본 발명에 따른 바이어싱 메커니즘으로 사용될 수 있다.

로커 블록 어셈블리(560)는 각 캠 팔로워(594)(도 18에서 캠 팔로워(594) 또는 경로 팔로워(574)로 예시됨)가 캠(530)의 회전 사이클 전체에 걸쳐 캠(530)에 형성된 그 개별 경로 또는 홈의 표면과 접촉을 유지하도록 바이어스 및/또는 고정 된다. 예컨대, 캠 팔로워(594)는 제1 또는 내부 경로(536)의 표면과 접촉을 유지하고, 경로 팔로워(도 18에 도시됨)는 제2 또는 외부 경로(537)의 표면과 접촉을 유지한다. 각 경로는 고유한 회로를 가지며, 그 반경 또는 높이는 경로의 코스에 걸쳐 변한다.

적어도 하나의 실시예에서, 출력 기어(552)는 패스너(547)의 세트를 통해 출력 장치(550)에 결합된다. 패스너(547)는 출력 기어(552)가 다양한 설계 특성 또는 하중 변형을 고려하여 변경될 수 있게 한다. 메인 바디(540)는 또한 고정 구멍(544)의 세트에 수용될 수 있는 패스너(547)의 세트를 통해 덮개(514)에 결합될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 메인 바디(540), 덮개(514), 마찰 감소 메커니즘(507), 입력 장치(522), 캠(530), 캠 너트(524), 출력 기어(552), 및 출력 장치(550) 각각은 중심축(506)이 상기 구성요소 각각을 통과할 수 있게 하는 중심 구멍을 가진다. 이들 요소들 각각은 요소들이 중심축(506)의 길이를 따라 선형 어셈블리를 형성하도록 하는 방식으로 중심축을 따라 동축으로 정렬될 수 있다.

이제 도 9를 참조하면, 메인 바디(540), 덮개(514) 및 출력 어셈블리(549)의 분해도가 예시되어 있다. 적어도 하나의 버전에서, 메인 바디(540)는 로커 블록 어셈블리(도 18에 도시됨)를 위한 하우징을 제공할 수 있다. 로커 블록 어셈블리(도 18에 도시됨)는 메인 바디 유지면(587)에 의해 안착 및/또는 지지될 수 있다. 로커 아암(들)(도 18에 도시됨)은 메인 바디(540)에 의해 획정된 바와 같이 로커 블록 만입부(577)에 의해 지지 및/또는 유지될 수 있다. 예컨대, 로커 블록 만입부(577)는 로커 블록 어셈블리(미도시)를 유지하고 이 로커 블록 어셈블리가 출력 기어 또는 출력 장치(도 7에 예시됨)의 접속, 결합 및/또는 회전을 허용하는 로커 블록 아암(들)(도 18에 예시됨)의 피봇 동작과 일치할 수 있는 로커 블록(들)(도 18에 예시됨)의 피봇 동작에 수직인 단일 방향을 제외하고 제거되는 것을 방지하는 크기로 형성될 수 있다. 메인 바디(540)는 메인 바디(540)에 의해 획정된 고정 구멍(544)에 맞는 크기의 패스너(547)를 통해 뚜껑(514), 입력 허브, 리테이너, 또는 다른 고정 장치에 결합될 수 있다. 덮개(514), 입력 허브, 리테이너, 또는 다른 고정 장치는 적어도 하나의 예에서 진동을 방지하지만 캠의 자유 동작을 허용하는 방식으로 캠(도 14에 예시됨)을 고정 및/또는 지지하는 데 사용될 수 있다.

도 10에서, 출력 어셈블리(549)는 분해 사시도로 도시되어 있다. 출력 장치(550)는 출력 기어(552)에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 마찰 감소 메커니즘(507)(507G, 507F 및 507E로 예시됨)이 다양한 결합 지점에 포함될 수 있다. 출력 심(shim)(557)도 역시 출력 장치(550)와 출력 기어(552)의 적절한 정렬, 적절한 끼워맞춤, 및/또는 예압을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 출력 기어(552)와 출력 장치(550)를 적절하게 정렬함으로써 출력 심(557)은 출력 장치(550)를 통해 출력 기어(552)로부터 회전 출력으로 가해지는 바인딩 또는 다른 과도한 마찰을 방지할 수 있다. 출력 장치(550), 마찰 감소 메커니즘(들)(507), 출력 심(557) 및 출력 기어(552) 각각은 중심 구멍(532)을 가질 수 있다. 중심 구멍(532)은 입력 장치(미도시) 또는 다른 요소가 중심축(미도시)을 통과하거나 이를 중심으로 회전하는 것을 허용할 수 있다.

출력 기어(552)는 출력 기어 접속 표면(553)을 가질 수 있는 출력 기어 둘레면(551)을 가진다. 출력 기어 접속 표면(553)은 로커 블록 어셈블리의 기어 패드 상의 기어 톱니 세트에 대응하는 기어 톱니 세트를 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 기어 톱니는 기어 톱니 돌출부 및 전반적으로 그 돌출부와 동일한 상대 기어 톱니 공극을 갖는 대체로 삼각형 또는 대체로 삼각형의 다각형 형상을 가질 수 있다. 출력 기어(552)는 일부 예에서 대응하는 출력 결합 구멍(561B)을 가질 수 있는 출력 결합 구멍(561A)을 획정하는 내부 결합면을 가질 수 있다. 출력 결합 구멍(561A/561A)은 출력 기어(552) 및 출력 장치(550)가 패스너(547)에 의해 함께 결합되도록 할 수 있다. 유사하게, 출력 장치(550)는 출력 장치 패스너 구멍(559)의 세트에 결합된 패스너(547)를 통해 회전 출력에 결합될 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 출력 장치(550)는 제1 출력 마찰 감소 메커니즘(507F) 및 제2 출력 마찰 감소 메커니즘(507G)과 회전 가능하게 결합된다. 제1 출력 마찰 감소 메커니즘(507F) 및 제2 출력 마찰 감소 메커니즘(507G)은 출력 마찰 감소 메커니즘(들)(507F/507G) 중 하나 또는 양자 모두가 중심축(미도시)을 중심으로 자유롭게 회전하도록 하는 방식으로 상호 작용할 수 있다.

예를 들어, 제1 출력 마찰 감소 메커니즘(507F)(베어링 또는 롤러 베어링)은 출력 장치(550)에 마찰 끼워맞춤될 수 있고 제2 출력 마찰 감소 메커니즘(507G)(오일 밀봉부)은 제1 출력 마찰 감소 메커니즘(507F)과 맞물려 제2 출력 마찰 감소 메커니즘(507G) 또는 제1 마찰 감소 메커니즘(507F)에 접촉하는 회전 출력 장치(550)가 자유롭게 이동되게 허용한다. 대안적으로, 제1 출력 마찰 감소 메커니즘(507F)은 출력 장치(550)에 마찰 끼워맞춤될 수 있고 제2 출력 마찰 감소 메커니즘(507G)은 제1 출력 마찰 감소 메커니즘(507F)과 맞물려 출력 장치(550)가 제2 출력 마찰 감소 메커니즘(507G)이 마찰 끼워 맞춤되는 고정 덮개(미도시)를 기준으로 자유롭게 회전할 수 있게 한다. 제2 출력 마찰 감소 메커니즘(507G)은 이러한 예에서 마찰 감소 유체가 장치 또는 덮개를 빠져나가는 것을 방지하고 마찰 감소 유체가 기어박스 메커니즘 내에서 사용되도록 허용하기 위해 장치 또는 덮개에 마찰 끼워맞춤될 수 있다.

출력 장치(550)는 그 둘레면 주위에 제3 출력 마찰 감소 메커니즘(507E)을 수용할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 제3 출력 마찰 감소 메커니즘(507E)은 출력 심(557)을 통해 출력 기어(552)와 맞물린다. 제3 출력 마찰 감소 메커니즘(507E)은 출력 장치(550)에 대한 진동 또는 다른 움직임과 함께 출력 기어(552)에 대한 움직임의 자유를 허용할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 제3 출력 마찰 감소 메커니즘(507E)은 마찰 감소 유체를 수용하거나 밀봉될 수 있고 마찰 감소 메커니즘 내에 마찰 감소 유체를 포함할 수 있는 베어링 또는 롤러 베어링일 수 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 입력 어셈블리(519)의 사시도 및 분해도가 예시되어 있다. 입력 어셈블리(519)는 입력 장치(522), 캠(530), 캠 너트(524) 및 하나 이상의 입력 마찰 감소 메커니즘(들)(507)(507D, 507C, 및 507B로 예시됨)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 입력 장치(522)는 캠(530)의 회전을 강제하는 외부 장치로부터의 회전 입력에 의해 회전될 수 있다. 캠(530)이 회전함에 따라, 로커 블록 어셈블리(미도시)가 캠(530)의 표면 내에 형성된 외부 경로와 내부 경로 중 하나 또는 양자 모두와 맞물린다. 캠(530)은 캠 너트(524)로 입력 장치(522)에 대해 고정된다. 적어도 하나의 예에서, 캠 너트(524)는 캠(530)을 위한 입력 장치(522)에 대한 마찰 끼워맞춤 또는 나사 연결을 형성한다. 입력 장치(522)는 또한 입력 마찰 감소 메커니즘(들)(507) 중 하나 이상을 통해 다른 기어박스 메커니즘 요소(미도시)와 회전 가능하게 결합되거나 맞물릴 수 있다.

예를 들어, 적어도 하나의 실시예에서, 입력 장치(522)는 입력 장치(522)가 마찰 감소 메커니즘(507)을 통해 출력 기어(미도시)와 접촉될 수 있는 중심축(506)을 따라 배치된다. 일부 예에서, 제1 입력 마찰 감소 메커니즘(507D)은 제2 입력 마찰 감소 메커니즘(507C)과 결합할 수 있으며, 여기서 제2 메커니즘(507C)은 입력 장치(522)에 마찰 끼워맞춤되고 제2 입력 마찰 감소 메커니즘(507C)으로의 이동의 자유를 허용하기 위해 제1 메커니즘(507D)과 결합하는 내부 회전 구조를 갖는다. 적어도 하나의 예에서, 제1 입력 마찰 감소 메커니즘(507D)은 제1 입력 마찰 감소 메커니즘(507D)과 유체 결합하는 베어링 또는 롤러 베어링인 제2 입력 마찰 감소 메커니즘(507C)과 결합될 수 있는 오일 밀봉부이다. 제2 입력 마찰 감소 메커니즘(507C)은 제3 입력 마찰 감소 메커니즘(507B)과 결합될 수 있다. 제2 및 제3 입력 마찰 감소 메커니즘의 이러한 결합은 마찰 감소 유체를 통한 기계적 또는 유체 결합일 수 있다. 제3 입력 마찰 감소 메커니즘(507B)은 입력 심(527)과 맞물릴 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제3 입력 마찰 감소 메커니즘(507B)은 밀봉식 또는 자체 밀봉 베어링 또는 롤러 베어링이다. 적어도 하나의 예에서, 입력 심은 중심축(506)에 대한 캠(530)의 정렬을 허용한다.

도 13은 입력 장치(522)의 사시도를 보여준다. 입력 장치(522)는 중심축(506)과 정렬되는 중심 구멍(532)을 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 중심 구멍(532)의 내부를 따라 입력 장치(522)는 결합 지점(525)을 가질 수 있다. 결합 지점(525)은 기어박스 메커니즘(도 7에 예시됨) 외부의 회전 장치와 입력 장치(522)의 결합을 허용할 수 있다. 입력 장치(522)의 외부를 따라, 둘레면의 다중 레벨 또는 깊이 세트는 입력 장치(522)와 캠(530)의 결합을 허용한다. 예컨대, 제1 입력 둘레면(523A)은 제2 입력 둘레면(523B)으로의 캠(530) 및 캠 너트(524)의 통과를 허용한다. 적어도 하나의 예에서, 제2 입력 둘레면(523B)은 캠 나사면(528) 및 캠 너트 나사면(521) 각각을 통해 캠(530) 및 캠 너트(524)와 입력 장치(522)의 나사형 결합을 허용하는 나사면이다. 또한, 제2 입력 둘레면(523B)은 또한 제1 입력 둘레면(523A)보다 큰 반경을 가질 수 있다. 제1 입력 둘레면(523A) 및 제2 입력 둘레면(523B)은 모두 제3 둘레면(523C)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 둘레면(523A/523B/523C)은 계단식 피라미드 형상을 갖는 실린더를 형성한다.

도 14에는 캠(530)이 도시되어 있다. 캠(530)은 내부 경로(536) 및 외부 경로(537)를 가질 수 있다. 내부 경로(536)는 초기 내부 반경(r₀)에서 r₁의 제2 내부 반경으로 변경될 수 있다. r₀에서 r₁로의 반경 변화는 일례에서 입력 장치 또는 캠의 나사 패턴의 직경 이상일 수 있다. 캠(530)의 반경 변화는 캠(530)의 파손을 방지할 정도의 벽 두께를 제공하기 위해 캠의 에지와 경로 사이의 캠(530)의 벽 내로 적어도 입력 나사 깊이가 있어야 하므로 캠(530)의 직경에 의해서만 제한될 것이다. 적어도 하나의 예의 캠(530)에서, 내부 경로(536)의 반경에 더하여 캠 나사면(528), 외부 경로(537)의 깊이, 및 중심축(506)으로부터 캠 나사면(528)까지의 반경은 캠(530)의 총 반경 및 캠의 대응하는 직경을 형성하게 된다. 캠 나사면(528)은 입력 장치(도 13에 예시됨) 상에 대응하는 나사면을 가질 수 있다. 캠 나사면(528)의 나사 패턴은 대응하는 나사 패턴과 확실히 맞물리는 크기의 깊이를 가질 수 있다. 캠 나사면(528)과 외벽의 파손 없이 캠 팔로워(도 18에 도시됨)의 통과를 허용하기에 충분한 두께의 외벽에 대한 필요성 때문에, 캠(530)의 반경(및 대응하는 직경)은 입력 장치의 반경, 나사산의 두께(깊이), r₀ 에서 r₁로의 반경 변화, 및 외부 경로 또는 홈의 깊이를 포함한다. 여러 값의 조합이 얻어질 수 있지만, 최소한 캠(530)은 중심축(506)으로부터의 나사산 두께인 r₀ 이상의 내부 반경 및 r₁ 플러스 중심축(506)으로부터의 외부 경로(537) 깊이 이하인 외부 반경을 가질 수 있음이 이해될 것이다.

적어도 하나의 실시예에서 외부 경로(537)는 캠(530)의 둘레면에 의해 획정된다. 외부 경로(537)의 깊이는 경로 팔로워가 구획 벽의 파손 없이 진행하도록 허용하는 충분한 깊이일 수 있다. 내부 경로(536)가 형성되는 평면의 반대면 또는 바닥에 대한 외부 경로(537)의 높이는 h₀ 내지 h₁의 범위일 수 있다. 적어도 하나의 예에서, h₀에서 h₁로의 높이 변화는 캠(530)의 높이(기준 프레임에 따른 두께 또는 깊이)에 의해 제어된다. 캠(530)의 높이는 외부 경로(537)를 횡단할 때 캠 또는 경로 팔로워에 대한 충분한 지지를 제공하기 위해 h₀에서 h₁로의 높이 변화에 비례하는 적어도 두께의 구획 벽들의 세트를 포함할 것이다. 적어도 하나의 예에서 비례는 홈 또는 외부 경로(537)의 깊이 또는 높이 또는 그 일부 변형과 동일할 수 있다. 내부 경로(536)는 도 7에 예시된 중심축에 수직인 평면 내에 형성될 수 있음이 이해될 것이다. 캠(530)은 전면 및 후면 평면을 가질 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 내부 경로(536) 및 외부 경로(537)는 각각 캠(530)의 평면 및 둘레면에 형성된다. 경로(536, 537)는 기어 패드 접속 표면이 출력 접속 표면을 갖는 출력 장치와 결합, 접속 및/또는 상호 작용하도록 함으로써 로커 블록 어셈블리(도 17-도 19에 도시됨)의 이동 및 회전을 허용한다. 로커 블록 어셈블리는 각각의 경로와 접촉을 유지하는 캠 또는 경로 팔로워를 가질 수 있다. 경로는 또한 각 표면 내의 홈 또는 채널로 예시될 수 있다. 단일 캠(530)으로 도시되어 있지만, 캠(530)은 또한 복수의 개별 디스크 - 각각의 디스크는 평면 또는 둘레면에 형성되고 단일 캡 어셈블리(530)의 조립을 위해 디스크 중 하나 이상에 대한 기계적 결합을 허용하는 고유한 경로를 가짐 - 를 포함할 수 있다.

도 15 및 도 16에는 각각 반경 및 높이의 변화의 예시가 제시되어 있다. 도 15의 반경의 변화를 더 설명하기 위해, 수직축은 반경의 변화를 나타내고, 수평축은 캠의 각도(360도) 변화를 나타낸다(도 14 참조). 반경의 변화는 변곡점(529)에서 정점을 갖는다. 변곡점(529)은 캠의 중심으로부터 측정된 내부 경로(536)에 대한 최대 반경(r₁)이다. 변곡점(529)에서 반경 변화는 상향 또는 증가하는 반경(변곡점(529)의 좌측)으로부터 대체로 하향 또는 감소하는 반경(변곡점(529)의 우측)으로 전환된다. 단일 변곡점으로 예시되어 있지만, 로커 블록 어셈블리(도 18에 도시됨)의 추가적인 피봇, 회전 또는 이동을 허용하기 위해 내부 경로(536)를 따라 다른 변곡점이 포함될 수도 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 반경 변화는 로커 블록 어셈블리가 캠의 평면에 형성된 미리 획정된 패턴에 따라 피봇, 회전, 요동 및/또는 달리 이동되게 한다.

내부 경로(536)와 유사하게, 외부 경로(537)는 출력 기어(도 10에 도시됨)에 대한 기어 패드(도 18에 도시됨)의 결합 및 분리를 허용하는 상승 지점(531)을 갖는다. 상승 지점(531)은 맞물린 기어 패드로부터 분리된 기어 패드로의 전환이다. 적어도 하나의 실시예에서, 상승 지점(531)은 기어 패드가 출력 기어로부터 완전히 분리되고 재결합으로의 전환을 시작하는 지점을 나타낸다. 예컨대, 내부 경로(536)의 반경을 변경함으로써, 로커 블록 어셈블리(도 17-도 19에 도시됨)는 위치 변화를 보상하고 출력 장치와 로커 블록 어셈블리 사이의 접촉을 유지하기 위해 그 피봇 지점을 중심으로 피봇할 수 있다. 피봇 지점을 중심으로 한 로커 블록 어셈블리(일부 예에서 로커 블록 및 로커 아암)의 이러한 피봇 또는 이동은 측정 가능한 각도 치수에 대한 회전(데카르트 좌표계의 2차원) 이동으로 로커 블록 어셈블리의 이동을 유도한다. 각각의 로커 블록 어셈블리는 서로 독립적으로 작동하며, 각각은 지정된 회전 운동 및 개별 측정 가능한 각도 치수에 매핑된다. 동일한 길이의 기어 패드(도 18에 도시됨)를 갖는 것으로 예시되어 있지만, 일부 예에서, 각각의 기어 패드는 고유한 개별 길이를 가질 수 있어서 상이한 회전 운동 및 측정 가능한 각도 치수를 가질 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 회전 운동 및 측정 가능한 각도 치수는 캠(530)의 중심으로부터 기준할 때 좌측, 우측, 출입 운동을 허용한다.

추가적으로, 예를 들어, 외부 경로(537)의 높이를 변화시킴으로써, 로커 블록 어셈블리는 위치 변화를 보상하고 출력 장치와 로커 블록 어셈블리 사이의 접촉을 유지하기 위해 상승 및 하강될 수 있다. 상승 및 하강은 출력 어셈블리와 기어 패드의 접속 표면들의 맞물림을 유도한다. 상승 및 하강 움직임은 대체로 내부 경로(536)에 의해 유도된 회전 움직임에 수직이며, 따라서 데카르트 좌표계에서 3차원 움직임을 생성한다. 회전 운동과 회전 운동에 수직인 선형 운동의 조합은 로커 블록 어셈블리에 대한 다중 바이어싱 위치를 생성한다. 예컨대, 변곡점(529)에서 선형 맞물림 바이어싱과 함께 회전 바이어싱이 발생할 수 있는 반면, 상승 지점(531)에서는 회전 중립 또는 비가압 위치와 함께 선형 중립 또는 비가압 위치가 발생할 수 있다. 이러한 바이어싱 위치는 도 20-22에서 더 상세히 논의될 것이다.

캠(530)은 내부에 형성된 적어도 하나의 평면 또는 내부 경로(536)를 갖는 평면(534A)을 포함한다. 적어도 하나의 예에서, 경로(536)는 전체 경로(536)를 따라 균일한 단일 깊이를 가질 것이다. 바람직한 실시예에서, 캠(530)의 평면(534A)은 캠(530)의 회전축에 실질적으로 수직이다. 도 14의 평면(534A)은 캠 너트(524)와 마주하는 캠(530)의 측면에 있는 것으로 도시되어 있지만, 내부 경로(들)(536)가 형성되는 평면은 캠 요소(530)의 마주하는 면(즉, 캠 너트(524)를 향하는 평면 또는 캠 너트(524)로부터 멀어지는 방향을 향하는 평면)에 구성될 수 있다. 다른 예에서, 내부 경로(536)는 경로(536)의 길이를 따라 깊이가 변할 수 있다. 내부 경로(536)는 캠 팔로워(도 18 참조)가 로커 아암 및/또는 기어 패드(도 18 참조)에 피봇 또는 피봇력을 발생시키는 것을 허용할 수 있다. 캠 팔로워가 내부 경로(536)를 횡단함에 따라, 경로는 캠 팔로워에 결합된 로커 아암 및/또는 기어 패드를 이동시키기 위해 방향(반경)이 변경될 수 있다. 유사하게, 외부(둘레 방향) 경로(537)는 캠(530)의 둘레면(534B)에 형성된다. 경로 팔로워(도 18 참조)는 외부 경로를 추적하거나 따를 수 있으며, 경로에 따라 방향(높이)을 변경하여 로커 아암 및/또는 기어 패드가 이동, 회전 또는 피봇되게 할 수 있다. 외부 및 내부 경로(536/537)는 모두 단일 깊이를 가질 수 있거나 로커 블록 어셈블리(도 18 참조)의 추가 이동, 회전 또는 피봇을 허용하도록 깊이가 변할 수 있다. 본 개시 내용의 적어도 하나의 실시예에서, 캠(530)은 그 평면 중 하나의 평면 상의 단일 경로 및 그 둘레면 상의 단일 경로를 가질 것이지만, 평행한 경로인 경우 동일한 평면에 있을 수 있는 캠(530)에 형성된 다중 경로 또는 중심축(506)으로부터 다른 거리의 경로가 있을 수 있거나, 경로는 중심축(506)에 평행하고 수직인 방향으로 적층된 별도의 평면에 있을 수 있다.

도 17, 도 18 및 도 19에는 로커 블록 어셈블리(560)의 예시가 제시되어 있다. 로커 블록 어셈블리(560)는 로커 블록(570), 기어 패드(562), 피봇 핀(580) 및 캠 팔로워(594)를 포함할 수 있다. 로커 블록(570)은 피봇 핀(580)과 연관된 피봇 지점을 중심으로 회전하거나 피봇할 수 있다. 횡단면에 걸쳐 대체로 삼각형의 형상을 갖는 것으로 예시되어 있지만, 로커 블록(570)은 정사각형, 직사각형, 원형 또는 다른 형상과 같은 임의의 수의 횡단면 형상을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 적어도 하나의 실시예에서, 로커 블록(570)은 로커 블록(570)에 결합, 형성 또는 체결되는 로커 아암(598)을 가질 수 있다. 예컨대, 로커 블록(570) 및 로커 아암(598)은 단일 피스이거나 커플링 또는 체결 장치를 통해 함께 결합되는 개별 피스들일 수 있다.

피봇 핀(580)은 캠(도 20-도 22에 도시됨)의 움직임에 기초하여 로커 블록(570)의 움직임을 허용할 수 있다. 캠이 회전함에 따라, 캠 팔로워는 캠에 형성된 경로를 추적하여 로커 블록 어셈블리(560), 보다 구체적으로 로커 블록(570)의 이동, 회전 또는 피봇을 유발한다. 캠 경로(들)를 따르는 캠 팔로워에 의해 유도된 이동, 회전 또는 피봇에 대해 반대하거나 저항하기 위해, 피봇 핀은 로커 블록 어셈블리(560)가 이동, 회전 또는 피봇할 수 있는 피봇 지점으로 작용할 수 있다.

도 18에서 더 상세히 볼 수 있지만, 여전히 도 17-도 19를 참조하면, 로커 블록(570)은 캠 팔로워(594) 이외에 경로 팔로워(574)를 더 포함할 수 있다. 경로 팔로워(574)는 경로 팔로워 핀(564)을 통해 로커 블록(570)에 결합, 부착 또는 체결될 수 있다. 일부 예에서, 경로 팔로워 핀(564)은 경로 팔로워로서 작용할 수 있으며, 여기서 경로 팔로워(574)는 한정되는 것은 아니지만, 베어링, 롤러 또는 롤러 볼 베어링의 세트와 같은 마찰 감소 메커니즘이다. 경로 팔로워(574)는 로커 블록 어셈블리가 캠의 다중 표면 내에 형성된 다중 경로를 따르거나 추적할 수 있게 한다. 예컨대, 캠은 중심축에 수직 또는 평행한 방향으로 평면 내에 형성된 경로를 가질 수 있고, 캠의 둘레면을 따라 중심축에 수평 또는 수직인 방향으로(중심축을 향해 또는 이로보터 멀어지게) 다른 경로가 형성될 수 있다.

기어 패드(562)는 대체로 타원형 또는 원형 형상이고, 적어도 하나의 실시예에서 접속 표면(563)을 포함한다. 기어 패드(562)는 임의의 수의 단면 형상 또는 구조를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 접속 표면(563)은 기어 톱니 공극(563A), 기어 톱니 돌출부(563B)의 세트를 포함할 수 있으며, 여기서 공극 및 돌출부 각각은 제1 단부(563C) 및 제2 단부(563D)를 갖는다. 예컨대, 기어 톱니 돌출부(563B)를 보면, 제1 단부(563C)는 제1 단부(563C)보다 큰 제2 단부(563D)보다 좁거나 작다. 기어 톱니 공극(563A)은 기어 톱니 돌출부(563B)에 대응할 수 있으며, 여기서 기어 톱니 돌출부(563B)는 각각이 서로에 대해 수직으로 뒤집혀 있다. 예컨대, 수평 기준에 대해 볼 때, 돌출부의 제1 단부는 공극의 대응하는 제2 단부 옆에 있을 수 있다. 대응하는 접속 표면은 외부 어셈블리로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 접속 표면(563)은 포스트 및 구멍, 텅(tongue) 및 홈, 마찰 끼워맞춤 표면 또는 다른 접속 수단을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 로커 블록 어셈블리(560)는 캠에 형성된 경로의 추종 또는 추적에 기초하여 전체적으로 이동한다. 예컨대, 전체 로커 블록 어셈블리는 캠의 둘레면에 형성된 경로를 따라 위 아래로 이동할 수 있고, 추가적으로 회전 또는 피봇 운동은 캠의 평면에 형성된 경로의 추종 또는 추적에 따라 발생할 수 있다.

로커 블록 어셈블리(560)는 도 19의 분해도로 볼 수 있으며, 여기서 기어 패드(562)는 한 세트의 컴플라이언스 장치(565)를 갖는다. 로커 블록(570) 또는 로커 아암(598)은 각각 로커 블록 어셈블리(560)의 일부 또는 부분을 수용하기 위한 하나 이상의 구멍 또는 공극을 가질 수 있다. 예컨대, 로커 블록은 컴플라이언스 구멍(들)(566A 및/또는 566B)뿐만 아니라, 패드 핀 구멍(567B)을 가질 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 컴플라이언스 구멍(566A, 566B)은 컴플라이언스 장치(565)를 수용하도록 구성될 수 있고, 패드 핀 구멍(567B)은 패드 핀(561)을 수용하도록 구성될 수 있다. 패드 핀 구멍(567B)은 기어 패드(562)에 의해 획정된 대응하는 패드 핀 구멍(567A)을 가질 수 있다. 패드 핀(561)은 패드 핀 구멍(567A)을 통해 기어 패드(562) 및 기어 패드 공극(511)에 의해 메인 로커 블록(570)으로부터 부분적으로 분리되는 로커 블록 스탠드오프(standoff)(570A) 및 패드 핀 구멍(567B)을 통해 로커 블록(570)을 통과하여 메인 로커 블록(570)에 의해 획정된 패드 핀 구멍(567C)에 고정될 수 있다. 기어 패드 공극(511)은 그 내부에 물리적 구조가 없는 공간일 수 있고, 메인 로커 블록(570)에 의해 획정된다. 유사하게, 컴플라이언스 장치 구멍(566A, 566B)은 로커 블록 스탠드오프(570A) 및 메인 로커 블록(570)에 의해 획정될 수 있다. 로커 블록 스탠드오프(570A)는 메인 로커 블록(570)의 일부이거나, 그것에 결합 또는 고정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 적어도 하나의 실시예에서, 로커 블록 스탠드오프(570A)는 로커 블록(570)에도 인접한 기어 패드 공극(511)에 인접한 로커 블록(570)의 일부이고, 기어 패드 공극(511)은 로커 블록(570)의 전체 단면을 통과하지 않는 깊이로 로커 블록(570) 내에 형성된다. 로커 블록(570) 또는 로커 블록 스탠드오프(570A)는 또한 피봇 핀 구멍(577)을 형성할 수 있다. 피봇 핀 구멍은 피봇 핀(580)이 로커 블록(570)의 길이를 통과하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 피봇 핀(580) 및/또는 피봇 핀 구멍(577)은 또한 로커 블록 스탠드오프(570A)를 통과할 수 있다. 로커 블록(570)은 또한 경로 핀(564) 또는 경로 팔로워(574)가 로커 블록(570)에 결합되는 것을 허용하는 경로 핀 구멍(597)을 획정할 수 있다.

컴플라이언스 기구 또는 컴플라이언스 메커니즘은 힘이나 에너지가 변형 또는 탄성체를 통해 다른 바디 또는 물체로 전달되게 한다. 로커 블록(570) 내에 수용되는 하나 이상의 컴플라이언스 장치(565)는 스프링(565A) 및 플러그(565B)를 포함할 수 있다. 스프링(565A)은 컴플라이언스 구멍(566A/566B) 내에 배치될 수 있고 로커 블록(570) 내의 컴플라이언스 구멍(566A/566B)에 의해 획정된 공간 내에 안착될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 스프링(565A)은 축방향 스프링이다. 적어도 하나의 예에서, 플러그(565B)는 스프링(565B)과 결합 및/또는 부착되어 컴플라이언스 힘을 가하기 위한 균일하고, 일정하거나, 또는 평탄한 표면을 제공할 수 있다. 다른 예에서는 스프링 단독으로 컴플라이언스 힘을 제공할 수 있다. 스프링 또는 플러그 이외의 다른 컴플라이언스 메커니즘 또는 재료가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 다른 컴플라이언스 메커니즘 또는 재료의 일부 예는 로커 블록(570)으로부터 기어 패드(562)로 또는 기어박스 메커니즘 전체의 다른 위치에서 에너지의 전달을 허용하는 메모리 또는 합금 효과를 가질 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 컴플라이언스 장치(565)의 세트는 기어 패드 접속 표면(563)이 포지티브 방향(순방향) 및 네거티브 방향(역방향) 모두로 접속 표면의 설계된 바이어싱을 충분히 허용하는 양으로 출력 기어 접속 표면(도 10에 도시됨)과 결합되게 하는 컴플라이언스 힘을 기어 패드(562)에 대해 적용한다. 일부 예는 또한 컴플라이언스 장치(565)가 기어 패드 공극(511) 내에 및/또는 로커 블록 스탠드오프(570A)에 대항하여 기어 패드(562)를 유지하는 컴플라이언스 힘을 생성 하도록 할 수 있다. 로커 블록 스탠드오프(570A)는 컴플라이언스 구멍(566B)에 대향하고 자체 컴플라이언스 구멍(566A)을 형성할 수 있다.

로커 블록(570)은 또한 로커 블록(570)에 결합 또는 체결될 수 있거나 로커 블록(570)의 일부로서 형성될 수 있는 로커 아암(598)을 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 로커 아암(598)은 캠의 움직임(도 20-22에 도시됨)을 기초로 로커 블록 어셈블리(560)의 이동, 회전 또는 피봇을 트리거, 유도 및/또는 야기하는 위치에서 캠 팔로워(594)의 배치를 허용하는 오프셋 각도(596)로 형성된다. 오프셋 각도(596)는 캠의 회전 운동과 관련하여 출력 장치의 회전 운동을 최소화하거나 최대화하기 위해 캠 경로에 대한 계산의 일부로서 계산될 수 있다. 캠 팔로워(594)는 캠 팔로워 구멍(571)을 형성하는 로커 아암(598)에 의해 수용될 수 있다. 캠 팔로워(594)는 하나의 피스인 것으로 도시되어 있지만, 캠 팔로워(594)는 경로 팔로워 핀(564) 및 경로 팔로워(574)와 유사한 캠 팔로워 포스트 및 캠 팔로워 마찰 감소 메커니즘으로 형성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 20, 도 21 및 도 22는 로커 블록 어셈블리(560), 캠(530) 및 출력 기어(552)의 이동, 회전 또는 피봇을 예시한다. 로커 블록 어셈블리(560)가 출력 기어(552)와 맞물리면서, 기어 패드(562)와 출력 기어(552)를 통해 결합이 이루어질 수 있다. 기어 패드(562) 및 출력 기어(552) 모두는 각각의 접속 표면(563, 553)을 갖는다. 기어 패드 접속 표면(563)은 로커 블록 어셈블리(560)가 캠(530)의 둘레면에 형성된 외부 경로(537)에 대해 이동함에 따라 출력 기어 접속 표면(553)과 맞물릴 수 있다. 로커 블록 어셈블리(560)가 외부 경로(537)를 따라 이동함에 따라, 로커 블록(570) 및 기어 패드(562)는 피봇 핀(580)을 따라 이동될 수 있다. 피봇 핀(580)은 외부 경로(537)의 높이 차이에 의해 제한되는 로커 블록(570)에 의한 슬라이딩 이동을 허용할 수 있다. 로커 블록 어셈블리(560)의 이동은 제1 이동 부분(539A)으로서 특징지어질 수 있다. 제1 이동 부분(539A)은 도 21 및 도 22에 예시된 대응하는 회전(2차원) 이동 부분을 가질 수 있다.

제2 이동 부분(539B)은 로커 블록 어셈블리가 캠(530)의 내부 경로(536)와 관련하여 이동될 때 발생하도록 프로그래밍되거나 계산된 지정된 거리만큼 출력 장치 또는 출력 기어를 이동시키는 회전 이동(직교 좌표의 2차원적 이동)이다. 캠 팔로워(594)가 캠(530)의 평면(529)에 형성된 내부 경로(536)를 이동, 추적 또는 추종함에 따라, 로커 아암(598) 및/또는 로커 블록(570)은 피봇 핀(580)을 중심으로 피봇, 회전 또는 이동한다. 제2 이동 부분(539B)은 2개의 한계인 순방향 바이어싱 위치 및 역방향 바이어싱 위치를 가질 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 순방향 바이어싱 위치는 로커 블록 어셈블리 및 그에 따른 출력 장치 또는 출력 기어의 의 순방향 이동을 허용한다. 이 예에 추가로, 역방향 바이어싱 위치는 로커 블록 어셈블리가 로커 블록 어셈블리(560), 출력 장치 또는 출력 기어의 결합을 늦추고 및/또는 방지하는 것을 허용한다. 이러한 결합 방지, 역방향 바이어싱 위치는 출력 장치 또는 출력 기어가 기어 패드와 출력 장치 또는 출력 기어의 맞물림을 방지할 수 있는 원하는 배치를 지나 슬립, 슬라이딩 또는 그렇지 않으면 이동하는 것을 방지한다. 로커 블록 어셈블리(560)는 또한 중립 또는 비가압 위치, 및 제2 이동 부분(539B)을 따른 전환 위치를 가질 수 있다.

예를 들어, 기어 패드 접속 표면(563)은 출력 요소 접속 표면(553)에 대해 결합 및/또는 분리될 수 있다. 기어 패드(562)는 로커 블록(570), 로커 아암(598) 및 캠 팔로워(594)의 피봇 운동의 결과로서 주기적 방식으로 이동할 것이다. 적어도 하나의 버전에서, 로커 블록은 4개의 위치를 가질 수 있다. 제1 위치(또는 전환 위치)는 기어 패드가 출력 장치(550)의 새로운 회전을 시작하는 새로운 위치로 횡단 또는 이동되는 것을 허용한다. 제2 위치(또는 결합 또는 포지티브 바이어스 이동 위치)는 기어 패드가 출력 장치(550)에 회전력 또는 견인력을 생성하는 것을 허용한다. 제3 위치(또는 중립 또는 균형 위치)는 기어 패드(562)가 출력 장치에 힘을 발생시키지 않고 출력 요소 접속 표면을 결합, 회전 또는 분리하는 위치에 있도록 한다. 제4 위치(즉, 역 장력 또는 네거티브 바이어스 구성)는 출력 장치(550)의 백래시의 방지 및/또는 제거를 돕기 위해 출력 장치(550)에 장력이 가해지는 것을 허용한다. 또한, 본 발명의 로커 블록 어셈블리(560)는 백래시를 제로로 심지어 예압 상태로 감소시켜 동력 공급원 및/또는 피동 장치(미도시) 사이의 긴밀한 연결을 형성한다. 이것은 특히 고진동 용례에서 매우 바람직한 특성이다. 또한, 출력 장치(550)에 대한 기어 패드(562)의 맞물림과 관련된 응력이 더 넓은 면적에 걸쳐 분포되기 때문에, 기어 패드(562)는 신뢰성의 저하 없이 일반적으로 덜 비싸고 제조가 용이한 더 가벼운 재료로 제조될 수 있다.

도 20 및 도 21에 도시되고 도 22에 추가로 예시된 바와 같이, 로커 블록 어셈블리(560)는 캠(530)의 회전 및 캠(530) 내에 형성된 경로에 따라 지정된 거리만큼 출력 기어(552)를 결합 및/또는 이동시킬 수 있다. 로커 블록 어셈블리(560)는 로커 블록 어셈블리(560)에 대한 3차원 주기적 이동 패턴을 허용하는 제2 이동 부분(회전, 수평 또는 2차원)(539B)와 함께 또는 조합하여 작용하는 제1 이동 부분(선형, 수직 또는 1차원)(539A)을 가질 수 있다. 제1 이동 부분(539A)은 캠(530)의 둘레면(534B)에 형성된 외부 경로(537)에 대응한다. 제2 이동 부분(539B)은 도 14에 예시된 내부 경로 및 로커 아암(598)에 결합된 캠 팔로워(도 18에 도시됨)의 추적 또는 추종에 대응한다. 이들 이동 부분(539A/539B)은 한정되는 것은 아니지만, 피봇 핀(580)을 포함하여 특정 피봇 지점에 대한 로커 블록(570) 또는 로커 블록 어셈블리(560)의 움직임, 회전 또는 피봇을 유도한다.

이동 중에 로커 블록 어셈블리(560) 중 하나 이상은 출력 기어(552) 또는 출력 기어 접속 표면(553)과 (기어 패드 또는 기어 패드 접속 표면을 통해) 결합된다. 이 결합의 예는 결합(501)으로 예시되어 있고, 해제 또는 분리의 예는 분리(503)로 예시되어 있다. 도면에 예시된 3차원 회로는 비율대로 작성된 것이 아니며 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위해 다소 과장된 것임을 이해해야 한다. 예컨대, 거리(A-B)는 통상적으로 표시된 것보다 훨씬 작다. 각각의 로커 블록 어셈블리(560)의 이동 경로 또는 회로(539A/539B)는 로커 블록 어셈블리(560), 기어 패드(562)의 크기 및 구성을 조정하고 및/또는 캠(530) 내에 형성된 경로 또는 홈(536, 537)을 변경함으로써 제어된다. 예컨대, 각 기어 패드(562)의 이동 경로 또는 회로는 개별 기어 패드(562) 및/또는 로커 아암(599)의 길이, 폭, 높이 및/또는 크기를 조정하고 및/또는 캠(530) 내에 형성된 경로 또는 홈을 변경함으로써 제어된다.

본 발명의 로커 블록 어셈블리를 사용하여 기어박스 메커니즘의 다양한 실시예가 가능하다. 본 발명에 따라 구성된 기어박스 메커니즘의 모든 실시예는 캠(530)의 중심축(506)을 중심으로 구성된 복수의 로커 블록 어셈블리를 특징으로 하며, 홀수 또는 짝수의 로커 블록 어셈블리를 포함할 수 있다. 본 발명의 기어박스 메커니즘에는 적어도 2개, 바람직하게는 3개 이상의 로커 블록 어셈블리가 필요하다. 로커 블록 어셈블리의 이동은 일반적으로 서로에 대해 일련의 회전으로 이동한다.

그러나, 복수의 로커 블록 어셈블리가 4개 이상의 짝수의 로커 블록 어셈블리를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 캠(530)의 양측면에 구성된 로커 블록 어셈블리는 2차 또는 출력 장치(550)에 대해 함께 결합 및 분리된다. 예컨대, 기어박스 메커니즘(520)의 일 실시예는 4개의 로커 블록 어셈블리(560)를 특징으로 할 수 있다. 유사하게, 기어박스 메커니즘(520)의 다른 실시예는 6개의 로커 블록 어셈블리(560)를 특징으로 할 수 있다. 이것은 캠(530)의 평면에 형성된 개별 경로 또는 홈이 캠(530)의 평면을 따라 서로 동일한 위상에 있도록 보장함으로써 달성된다.

이제 개선된 기어박스 메커니즘이 여기에 설명되었다는 것이 당업자에게 분명할 것이다. 본 발명은 바람직한 실시예를 통해 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 적용 및 변형이 채용될 수 있음이 분명할 것이다. 여기에서 사용된 용어 및 표현은 제한이 아닌 설명의 용어로 사용되었다. 따라서 균등물을 배제하려는 의도가 없으며, 반대로 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있는 모든 균등물을 포함하도록 의도된다.

Claims (30)

1. 로커 블록 어셈블리로서:
   기어 패드를 수용하도록 구성된 기어 패드 공극을 갖는 로커 블록;
   상기 로커 블록에 의해 획정되고 피봇 핀을 수용하도록 구성된 피봇 핀 구멍;
   상기 로커 블록에 의해 획정되고 기어 패드 핀을 수용하도록 구성된 기어 핀 구멍;
   상기 로커 블록에 의해 획정된 컴플라이언스 구멍 세트 - 컴플라언스 구멍 각각은 컴플라이언스 메커니즘을 수용하도록 구성됨 -;
   상기 로커 블록에 의해 획정되고 경로 팔로워를 수용하도록 구성된 경로 팔로워 구멍;
   상기 로커 블록에 부착된 로커 아암; 및
   상기 로커 아암에 의해 획정되고 캠 팔로워를 수용하도록 구성된 캠 팔로워 공극
   을 포함하는 로커 블록 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 로커 블록은 로커 블록의 제1 단부로부터 연장되는 연장 아암을 더 포함하고, 상기 로커 블록의 제2 단부가 상기 로커 아암에 부착되는 것인 로커 블록 어셈블리.
3. 제2항에 있어서, 상기 연장 아암은 연장 블록에 결합되는 것인 로커 블록 어셈블리.
4. 제3항에 있어서, 상기 연장 블록은 연장 피봇 핀 공극, 컴플라이언스 공극 세트 및 기어 핀 공극을 포함하는 것인 로커 블록 어셈블리.
5. 제1항에 있어서, 상기 기어 패드는 상기 기어 패드 핀을 수용하도록 구성된 기어 핀 공극을 더 포함하는 것인 로커 블록 어셈블리.
6. 제1항에 있어서, 상기 컴플라이언스 메커니즘은 플러그 및 스프링을 더 포함하는 것인 로커 블록 어셈블리.
7. 제1항에 있어서, 상기 컴플라이언스 메커니즘은 상기 기어 패드에 힘을 가하도록 구성되는 것인 로커 블록 어셈블리.
8. 제1항에 있어서, 상기 경로 팔로워는 경로 팔로워 핀과 경로 마찰 감소 메커니즘을 더 포함하는 것인 로커 블록 어셈블리.
9. 제1항에 있어서, 상기 캠 팔로워는 캠 팔로워 핀과 캠 팔로워 마찰 감소 메커니즘을 더 포함하는 것인 로커 블록 어셈블리.
10. 제1항에 있어서, 상기 경로 팔로워와 상기 캠 팔로워는 각각 마찰 감소 메커니즘을 포함하는 것인 로커 블록 어셈블리.
11. 캠 작동식 기어박스 메커니즘으로서:
    로커 블록 어셈블리 세트;
    캠 어셈블리로서,
    캠 어셈블리는 상기 로커 블록 어셈블리 세트 및 캠 어셈블리의 캠과 기계적으로 맞물리도록 구성되고;
    상기 캠은 내부 경로 및 외부 경로를 가지고, 캠 어셈블리는 회전 장치로부터 회전 입력을 받도록 구성되는 것인 캠 어셈블리;
    상기 로커 블록 어셈블리 세트와 기계적으로 맞물리는 출력 기어를 갖는 출력 어셈블리; 및
    상기 어셈블리들을 수용하도록 구성된 하우징
    을 포함하는 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
12. 제11항에 있어서, 상기 로커 블록 어셈블리는 각각: 기어 패드를 수용하도록 구성된 로커 블록; 상기 로커 블록에 부착되고 캠 팔로워를 수용하도록 구성된 로커 아암; 및 경로 팔로워 구멍을 통해 상기 로커 블록과 결합하도록 구성된 경로 팔로워; 및 상기 기어 패드에 컴플라이언스 힘을 가하기 위해 상기 로커 블록 내에 수용된 컴플라이언스 메커니즘 세트를 더 포함하는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
13. 제12항에 있어서, 상기 캠 팔로워는 상기 캠의 상기 내부 경로와 맞물리도록 구성되고, 상기 내부 경로는 중심축으로부터 반경방향으로 변하는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
14. 제12항에 있어서, 상기 경로 팔로워는 상기 캠의 외부 경로와 맞물리도록 구성되고, 상기 캠의 외부 경로는 중심축과 평행한 방향으로 높이가 변하는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
15. 제11항에 있어서, 상기 캠 어셈블리는 회전 입력을 받도록 구성된 입력 장치를 더 포함하는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
16. 제15항에 있어서, 상기 입력 장치는 부분적으로 나사산이 형성되고, 캠 너트를 수용하도록 구성된 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
17. 제16항에 있어서, 상기 캠은 상기 입력 장치와 축방향으로 맞물리고, 상기 캠 너트에 의해 고정되는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
18. 제11항에 있어서, 출력 어셈블리는 출력 장치를 더 포함하는 것인 캠 작동 기어박스 메커니즘.
19. 제18항에 있어서, 상기 출력 장치는 상기 출력 기어에 체결되는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
20. 제19항에 있어서, 상기 출력 기어는 각각의 로커 블록 어셈블리의 기어 패드와 맞물리는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
21. 제11항에 있어서, 상기 하우징은 메인 바디와 덮개를 포함하는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
22. 제21항에 있어서, 상기 메인 바디는 로커 블록 어셈블리 만입부를 더 포함하는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
23. 제22항에 있어서, 상기 메인 바디는 상기 로커 블록 어셈블리의 피봇 핀을 수용하도록 구성된 허브 피봇 핀 구멍 세트를 더 포함하는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
24. 제23항에 있어서, 상기 로커 블록 어셈블리는 상기 로커 블록 어셈블리 만입부에서 피봇 핀을 중심으로 피봇하는 것인 캠 작동식 기어박스 메커니즘.
25. 기어박스 메커니즘을 작동시키는 방법으로서:
    내부 경로와 외부 경로를 갖는 캠을 회전시키는 단계;
    상기 캠의 회전에 기초하여 로커 블록 어셈블리의 이동을 유도하는 단계; 및
    상기 로커 블록 어셈블리의 로커 블록 접속 표면을 출력 장치의 출력 기어 접속 표면과 결합하는 단계
    를 포함하고, 상기 결합은 상기 로커 블록 어셈블리의 이동을 상기 출력 장치로 전달하는 것인 방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 내부 경로는 제1 반경으로부터 제2 반경으로 변하는 것인 방법.
27. 제26항에 있어서, 상기 제1 반경으로부터 상기 제2 반경으로의 상기 반경의 변화에 기초하여 상기 로커 블록 어셈블리를 피봇시키는 단계를 더 포함하는 방법.
28. 제25항에 있어서, 상기 외부 경로는 제1 높이로부터 제2 높이로 변하는 것인 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 제1 높이로부터 상기 제2 높이로의 상기 높이 변화에 기초하여 상기 로커 블록 어셈블리를 전환하는 단계를 더 포함하는 방법.
30. 제25항에 있어서, 상기 로커 블록 어셈블리의 캠 팔로워가 상기 내부 경로를 따르고, 상기 로커 블록 어셈블리의 경로 팔로워가 상기 외부 경로를 따르는 것인 방법.

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