KR830001460B1 - 금속부재의 결합방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속부재의 결합방법

제1도는 본 발명의 축과 치차의 조립단면도.

제2도는 제1도에 도시한 축부재의 사시도.

제3도는 제2도의 축 부재의 일부 확대 사시도.

제4도는 제3도의 돌축부의 확대 단면도.

제5도는 제1도의 치차 단면도.

제6도는 제1도의 결합구조체의 부분 단면을 50배로 확대한 사진.

제7도는 제1도의 결합구조를 나타내기 위한 결합단면도.

제8도는 본 발명의 결합과 종래의 로레트 결합과 비교한 회전 토오크를 나타낸 그래프.

제9도는 축 부재의 결합과 원판의 제원을 정해주는 일부 단면도.

제10도는 제9도의 확대 단면도.

제11도는 축 부재돌기의 돌기수를 파라메타로 한때의 축 부재와 원판 부재에 비에 의한 원판 부재와 원판 부재의 외경 변화량을 나타낸 비교그래프.

제12도는 축부재의 돌기 각도와 회전 토오크 및 압입력의 관계를 나타낸 비교 그래프.

제13도는 축부재의 돌기수를 파라메타로 한 때의 회전토오크의 크기 및 외경 변화량의 크기를 나타낸 비교그래프.

제14도는 축부재에 있어 돌기의 높이를 파라메타로 한 때의 회전토오크의 크기 및 외경 변화량을 나타낸 비교 그래프.

제15도는 본 발명의 다른 실시예의 회전축과 금형의 단면도.

제16도는 제15도에 있어서 회전축의 일부 확대 단면도.

제17도는 제15도의 회전축을 사용한 결합체의 일부 단면도를 50배로 확대한 사진.

제18도는 금형의 회전축과 맞물릴 때의 각도 θd와 회전토오크의 관계를 나타낸 그래프.

제19도는 회전축의 굽음과 각도 θd와의 관계를 나타낸 그래프.

제20도는 삽입후 축의 굽음과 비교하여 도시한 것임.

제21도는 기구각도 α에 대한 금형의 수명과의 관계를 도시한 것임.

제22도는 본 발명의 한 실시예로 축의 결합구조의 단면도.

본 발명은 금속부재의 결합방법에 관한 것으로, 특히 금속 회전축을 금속회전 부재에 압입시키므로서 양금속부재 사이에 부분적으로 견고한 밀착을 가져오도록 금속부재의 일부분에 메탈플로우(metal flow)가 발생하는 금속의 회전축과 회전부재 결합방법에 관한 것이다.

종래 너얼링(Knurling) 공구를 축 표면에 대고 회전시켜 요철 형성된 축을 금속부재로된 평활한 원통공에 강제적으로 압입시키는 결합방법은 널리 알려져 있다.

이같은 결합 방법으로는 너얼링 가공에 의해 회전축 표면에 형성된 돌기가 원통부재의 내벽측으로 절단 압입하는 돌기 크기로서는 적고 따라서 돌기의 압력각이 크기 때문에 회전부재와 회전축의 결합이 약하고 높은 회전토오크 강도를 얻을 수 없었다. 종래 나선상의 스플라인(Spline)축의 슬라이드 결합 및 톱니형상의 축의 프레스 결합과 비교해 볼때 너얼링 가공에 의한 축의 결합 구조체의 스플라인축 및 톱니현상의 축에서 얻어진 회전토오크의 3분의 1정도로 낮아지게 된다. 더우기 너얼링 가공에 의한 축과 결합구멍을 가진 부재의 결합에 있어서 축이 구멍의 내표면으로 절단 압입되는 돌기가 축의 주변에 불균일하게 형성되어 있어 실질적으로 너얼링 가공된 축과 결합 구성 사이에 고도의 동심이 이루어질수 없게된다. 그 너얼링된 축 자체는 너얼링 가공시에 약간 구부러지고 더우기 압입시에도 굽혀진다. 특히 이 굽은 축은 부재의 결합구멍축 방향에 대해 경사지게 즉, 굽은 상태로 부재에 고정된다.

알미늄판을 결합하기 위해 티탄 합금의 축을 알미늄판의 구멍에 강제적으로 압입하는 방법은 일본특허 공고번호 48-13694호(1973)에 제안되어 있다. 이 방법에서는 축방향으로 연장한 복수개의 돌출부가 축의 원주상에 서로 등간격으로 설치되어 있다. 이 돌출부는 아아치 모양의 산형부와 아아치 모양의 계곡부를 하나 걸러 나타내 보이면서 연속 표면을 형성하고 있다. 산형부와 계곡부는 서로 기본공칭의 직경에서 실질적인 등거리를 두고 방사상으로 떨어져 있다. 전조장치에 의해 형성된 돌불추는 알미늄판과 균일하게 접촉하여 결합되는 물체에 균일하게 압축 응력을 주게된다. 알미늄판은 알미늄판에 가해진 압축응력 때문에 생겨난 판의 잔유 능력을 이용하여 조임 너트로 체결된다.

그러나 이같은 방법으로는 압력각이 크고 알미늄판으로 절단해 가는 돌출부의 크기가 적기 때문에 강한 회전 토오크를 기대할 수 있다. 더우기 돌출부의 크기와 형상은 알미늄판으로 절단해가는 돌출부의 크기에 대단히 영향을 끼치기 때문에 축과 알미늄판의 구멍축 사이에 고도한 동심을 갖도록 하는 결합을 제공하기는 곤란하며 따라서 이런 방법에 의한 결합은 회전축과 회전부재를 결합하는데는 적합하지 못한 것이다.

본 발명의 목적은 하나의 양부재중 하나의 금속부재에 강압적으로 소성 압입 시키므로 양 금속부재 사이에 기계적으로 강한 결합이 얻어지는 결합 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 양부재중 하나의 부재에 메탈 플로우에 의하여 거의 굽어지는 일이 없이 양부재를 단단히 소성압입 시키므로 양부재 사이에 회전토오크가 큰 결합이 얻어지는 결합방법을 제공하는 것이다.

간단히 말하면 본 발명은 제1금속부재에 축방향으로 연장하는 복수개의 돌기부를 기준원으로 부터 일정한 간격으로 돌출 형성하고 제2금속부재를 제1금속부재 보다 연성의 금속으로 하여 이 제1부재와 제2부재를 단단히 소성압입시키면 제2부재의 메탈 플로우가 생겨나 제1부재의 돌기부와 적어도 각 돌기부의 일측이 되는 돌기부의 인접부에 밀착을 양호하게 하는 제1부재와 제2부재의 결합 관계를 제공하는 것이다. 제1부재와 제2부재의 밀착부분에 있어, 압축이 가해지고 회전토오크가 가해질 때 제1부재와 제2부재에 일으키는 전달력은 커지고 이로인해 제1부재와 제2부재는 단단히 결합된다. 제1부재의 돌기 사이에는 실질적으로 제2부재와 동일한 직경의 외벽을 갖는 아아치형 표면이 형성되어 제1부재와 제2부재간에 동심성을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 금속부재간의 결합구조체 및 결합을 실시예로 나타낸 제1도~제7도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제1도에서 축(10)과 기어(20)의 결합상태가 결합구조체의 한 예로서 나타내고 있다. 이축(10)은 강재의 재질로 되어 있어 제2도~제4도에 나타낸 바와같이 형성되고 제1원통부(101), 돌기부(102), 제2원통부(103)로 이루어진다. 제1원통부(101)의 직경은 12mm이고 제2원통부(103)의 직경은 12.4mm이다. 돌기부(102)에는 복수개의 돌기(11)가 형성되어 있고 복수개의 돌기(11)는 제1원통부(101)와 동일한 직경을 갖는 원통형 및 아아치형 외부(104)에서 외방으로 각각 노출하여 축방향으로 연설되어 있다. 원통형 외벽(104)에 의해 돌출부(102)로 한정한 원주를 여기에서는 돌기(11)의 기준원, 또는 축(10)의 기준원이라 지칭한다.

복수개의 돌기(11)들은 축(10)과 평행하게 뻗어 있으며 서로 일정한 간격으로 떨어져 있다. 이 돌기(11)들은 제4도에서 단면으로 나타낸 바와 같이 2개의 경사면(14),(15)과 아아치형으로 된 상면(12)을 각각 가지고 있다.

경사면(14),(15)은 방사상으로 연장한 직선에 대해 대칭적으로 경사지므로 θ각으로 교차하고 경사면(14),(15)과의 거리는 단면의 지부로 부터 상면(12)을 향하여 갈수록 점차 작아지게 된다. 각돌기(11)의 입구 종단에는 경사각(r)으로 된 경사각(13)이 형성되어 있다. 돌기(11)의 제원은 다음과 같다.

소성압입길이 l : 12mm

경사면(14),(15)간의 하단길이 s : 0.4mm

돌기의 높이 h : 0.2mm

돌기각(맞꼭지각) θ(=2 θH) : 60°

경사각(γ) : 30°

돌기(11)는 축(10)을 압출 가공하여 형성한다.

제5도에 도시된 기어(20)는 톱니(22)와 중앙부에 뚫린 구멍(21)을 가지며 구멍(21)은 원형의 직립내벽(211)으로 되어 있다. 기어(20)의 제원은 다음과 같다.

두께 H : 12mm

톱니의 외경 D₀: 50mm

여기서 구멍(21)의 직경(Di)은 축(10)의 기준원 정도의 직경과 동일한 크기로 하거나 약간 클 정도로 하며 기어(20)의 기준원이라고 지칭한다.

축(10)은 구조용 강재로 되어 있으며 기어(20)는 축(10)보다는 연성강재로 만들어진다.

다음은 축(10)과 기어(20)를 결합하는 방법에 대해 기술한다. 기어(20)는 약 50mm정도의 직경으로 기어(20)의 외경보다는 약간 큰 직경을 갖는 원상 요홈이 형성된 재치대에서 고정된다. 이 재치대는 12mm 이상의 내경으로 된 구멍의 원상요홈의 중앙부에 형성되어 있다. 이 재치대에 기어(20)가 상하측방으로 움직이지 않게 고정되어 있다. 환언하면 축(10)은 유압실린더 장치에 의해 기어(20)와 동축으로 고장된다. 축(10)은 유압장치에 의해 800kg의 가압력을 가지고 하방으로 이동된다. 1차로 축(10)의 제1원통부(101)가 기어(20)의 압입구멍(21)으로 압입되고 2차로 축(10)의 돌기(11) 입구 부분이 강제적으로 압입된다. 이 입구부분이 30°의 경사각으로 되어 있기 때문에 돌기(11)는 기어(20)의 구멍(21)으로 평탄하게 압입되기 시작하여 구멍(21)의 내벽(211)과 밀착된다. 축(10)과 기어(20)간의 동심성은 돌기(11)의 경사면(13)으로 평탄하게 안내되고 또한 축(10)과 기어(20)의 양 기준원을 동일하게 만들므로 향상된다. 축(10)이 압입되기 위해 하강 이동할 때 돌기(11)의 입구부분이 기어(20)의 내벽(211)을 절단하면서 돌기(11)의 상면(12)은 밀착하여 기어(20)내로 절단 압입된다. 이때 돌기(11)에 근접된 기어(20)의 부분을 돌기(11)로 인한 기어(20)의 메탈플로우에 의하여 변형시킨다. 그래서 축(10)은 기어(20)에 대한 소성변형을 일으키고 축(10)은 기어(20)에 소성 압입되는 동시에 축(10)의 돌기(11)들의 인접 부분이 기어(10)를 밀착하고 있게 된다. 축(10)이 압입될 경우 돌기(11)의 시이에 있는 기어(20)의 금속재가 기준원의 외방으로 약간 변형되어 기준원이 커지고 그 결과로 축(10)과 기어(20)간에는 0.02mm의 갭(δ)이 돌기들 사이에 생긴다. 상기한 결합 작업은 축(10)과 기어(20)가 고정되는 시간으로 부터 약1초 내로 완성된다.

다음은 제6도. 제7도를 참조하여 축(10)과 기어(20)간의 결합부분을 상세히 설명한다.

제6도에 결합부분이 50배로 확대한 사진이 나타나 있다. 특히 확대한 시진에서 축(10)은 특성을 지니서면 기어(20)에 고정된다는 사실에 주목된다. 결합부분의 특성은 제7도를 참조하여 설명하면 기어(20)는 돌기(11)의 상면(12)과 경사면(14),(15) 및 축(10)의 돌기(11)에 인접한 기준원의 부분(171)등과 밀착한다 축(10)과 기어(20)는 상기한 기준원의 부분(171)을 밀어내는 것에 의해 돌기(11)들 사이에 있는 기준원의 부분(172) 주변에서 떨어지게 되어 이미 상기한 바와같이 0.02mm의 갭(8)이 형성되는 것이다. 0.2mm의 돌기높이(h)는 기어(20)에 축(10)이 압입된 후라도 전혀 변화가 없다. 이같은 특유한 결합 구조체가 이루어지는 이유는 돌기(11)를 가진 축(10)의 재질을 강금속으로 하는 반면에 압입되는 기어(20)를 보다 연금속으로 하고 경사면(14),(15)과 돌기(11)의 입구에 경사면(13)을 갖는 돌기(11)가 방사상으로 형성되며 축(10)의기준원이 기어(20)의 기준원과 실질적으로 동일하기 때문이다. 제7도에 나타난 바와같이 축(10)의 돌기(11)과 돌기(11)에 인접한 기준원의 부분(171)의 기어(20)로의 축(10)의 압입과 동시에 기어(20)로 부터 압축력을 받고 돌기(11)의 내부에 가압한 큰 응력을 갖게된다. 돌기(11)의 큰 응력은 기어(20)를 강하게 팽창시키도록 상면(12), 경사면(14),(15), 돌기(11)에 인접한 기준원 부분(171)등과 접촉한 기어(20)의 부분에 가해진다. 전단면적과 축(10)의 돌기(11)에서 유발되는 전단응력을 곱해 얻어진 전단력은 상면(12)과 경사면(14),(15) 사이에 가압하여 토오크가 축(10)에 가해질 때 기어(20)는 상면(12)과 경사면(14),(15)에 강하게 밀착된다. 큰 압축이 돌기에 가해지는 경우에 전단력은 더 키진다.

본 발명에 따른 결합 발명에 의한 효과를 설명한다.

① 결합 구조체는 기계적으로 강하게 결합되어 큰 회전 토오크의 값을 가지고 있다. 제8도는 상기한 본 발명의 실시예의 회전 토오크 값(Y)을, 기어 구멍에 결합되는 너얼링 가공한 축의 압입 결합 방법으로 얻어진 회전토오크 값에 비교하여 나타낸 그래프이다.

종래의 압입 결합 방법에 있어서 본 발명의 실시예에서 사용한 동일한 기어가 사용되고 너얼링 가공한 축을 위해 기어(20)와 동일한 금속과 기어 구멍에 압입하기 적합한 직경이 채택되었다. 제8도로 부터 상기한 실시예의 결합구조체의 회전토오크의 값이 43gk.m가 되는 한편 종래의 방법에 의한 회전토오크의 값은 14gk.m라는 것에 주목된다. 여기에서 전자의 결합구조체가 종래 방법에 의한 결합구조체보다 적어도 3배의 회전토오크의 크기를 가지고 있다는 것을 알 수 있다.

② 축(10)은 제1원통부(101) 종단에서 돌기(11)까지 30°의 경사면(13)을 갖고 있기 때문에 축(10)의 돌기(11)는 기어(20)의 내벽(211)과 평탄하게 밀착할 수 있다.

이 경사면(13)에 의해 축(10)과 기어(20)간의 동심성을 향상시킬 수 있어 기어(20)와 관계 있는 축(10)의 축회전이 초래되지 않으며 따라서 결합구조체의 내구성을 가져온다.

③ 축(10)과 기어(20)간의 동심성으로 말하면 동심성은 축(10)과 기어(20)에 의해 충분히 유지될 수 있으므로 축(10)의 기준원이 기어(20)의 기준원과 동일한 제원을 가져야 하는 원인이 된다.

④ 축(10)은 재질의 경도에 있어 기어(20)보다 경질이기 때문에 압력에 의해 변형되지 않는다. 따라서 고정밀성을 가진 결합 구조체를 얻을 수 있다.

⑤ 축(10)과 기어(20)의 결합 구조체를 제조하는 작업과정은 너얼링 가공된 축을 기어에 압입 결합하는 방법과 근본적으로 별 차이는 없다.

가장 훌륭한 결합구조체와 결합방법을 찾아내기 위하여, 사용되는 다종의 금속이라든지 결합구조체에 관한 여러가지 제원, 돌기의 개수등의 조건하에서 다방면의 연구가 여러가지 관점에서 행해졌다. 그 연구 결과는 다음과 같다.

축과 연구를 위해 사용된 축에 결합되는 다른 부재는 제9도, 제10도에 나타나 있다. 축으로서 구조용 강재로 만들어진 축(A)을 사용하는 동시에 축(A)에 결합되는 부재로서 연성 강재의 디스크(B)를 사용한다. 축(A)은 직경(d)의 기준원 상에 등거리를 두고 형성된 n개의 돌기(P)를 구비하고 있다.

돌기(P)의 제원은 제10도, 제11도에 나타낸 참조문자로 표시한다.

압입되는 돌기의 길이 : l

돌기의 높이 : h

돌기각(돌기의 대정각) θ

돌기 저부의 길이 s

제9도에 나타낸 바와같이 디스크(B)의 내경은 Di, 외경은 D₀로 각기 표시된다. 축(A)의 디스크(B)는 직경 De까지 팽창한다. 직경(D_e-D₀) 차는 외경 변형량이 되는 동시Df로 나타낸다.

제11도에서 축(A)의 돌기(P)의 수(n)에 따라 디스크(B)의 변형량(Df)과 축 직경에 대한 디스크 외경의 비율 사이의 관계를 나타낸다. 이 경우에 축(A)과 디스크(B)의 제원은 다음과 같다.

Di=12mm d=12mm

l=12mm h=0.2

θ=60 s=0.4mm

다만 외경(D₀)은 변화한다.

동도에서 곡선 (X₁),(X₂),(X₃)은 돌기의 수(n)가 8,12 그리고 16개로 할 경우의 관계를 나타낸다.

제11도에 나타낸 결과로서 디스크(B)의 외경 변형량(Df)은 돌기의 수(n)에 비례한다는 것을 알 수 있다.

다음은 결합구조체의 회전토오크를 연구한 결과를 설명한다.

첫째 회전토오크(T)와 돌기각(θ)간의 관계를 연구하여 실험결과를 제12도에 나타내었다. 여기에서 축(A)의 기준원 직경(d)은 12mm, 디스크(B)의 외경(D₀)은 24mm, 내경(Di)은 12mm 강제적으로 압입하는 길이(l)는 12mm, 돌기수(n)는 12개, 돌기의 높이(h)는 0.2mm, 축(A)의 돌기 저부의 길이는 0.4mm로 한다 제12도에서 곡선(X₄)은 돌기각(θ)과 회전토오크(T)간의 관계를 나타내는 한편 곡선(X₅)은 돌기각(θ)과 압입력(P)간의 관계를 나타낸다. 실험결과 실질적인 회전토오크를 상대적으로 작은 압입력에 의해 얻을 수 있는 돌기각(θ)는 약 40°~70°로 하는 것이 바람직하다는 것을 알게 되었다.

돌기수(n)와 회전토오크(T)간의 관계와 외경 변형량(Df)을 축(A)과 디스크(B)에 의거하여 연구하였다. 제13도의 곡선(X₆)은 회전토오크(T)이고 곡선(X₇)은 외직경 변형량(Df)이다. 축(A)과 디스크(B)의 제원은 d=12mm, D₀=16mm, Di=12mm, l=12mm, h=0.2mm, θ=60°, s=0.4mm이다.

이 실험 결과에서 돌기수(n)를 16이상으로 할때에는 축(A)은 토오크에 의해 파손되거나 변형된다. 그러므로 돌기수를 16이상으로 할 필요는 없으며, 변형량(Df)이 지나치게 커지면 악 영향이 발생한다. 8~16의 돌기수(n)가 회전토오크 값과 허용 외경 변형량(Df)을 고려해 볼때 돌기수(n)는 8~16정도가 적당하다 이 경우에 축(A)의 기준원 직경(dmm)에 대한 돌기수(n)의 비율을 표시하여 사용한다면

가 된다.

축(A)의 돌기 높이(h)에 관해 토오크와 디스크(B) 변형량의 상관 입장에서 연구한 결과는 제14도에 도시되어 있다. 여기서 곡선(X₈)은 돌기 높이(h)와 회전토오크(T)간의 관계를 나타내고, 곡선(X₉)은 돌기 높이(h)와 디스크(B)의 외경 변형량간의 관계를 나타낸다. 여기서 사용된 축(A)과 디스크(B)의 제원은 아래와 같다.

축(A)의 기준원 직경(d) : 12mm 돌기수(n) : 8

돌기의 압입길이 l : 12mm 돌기각(O) : 60°

돌기 저부의 길이 (S) : 1.5h 디스크(B)의 내경(Di) : 12mm

디스크(B)의 외경(Do) : 24mm

이 실험 결과에서는 돌기 높이가 0.5mm 이상일 경우 축(A)은 파손 또는 변형되어 실제적으로 사용될 수 없다. 디스크(B)의 변형량(D)은 0.55mm의 돌기 높이의 범위를 넘을 때 커지브로 돌기 높이는 0.55mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 환언하면 회전토오크의 입장에서 보면 높이(h)가 0.15mm이상으로 할 필요가 있으며 따라서 돌기높이(h)의 범위는 0.15mm에서 0.55mm까지 하는 것이 바람직하다.

제14도에 의해 회전토오크(T)는 돌기 높이(h)에 따라 큰 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 그러므로 돌기 높이(h)는 소망하는 회전 토오크(T)에 따라서 결정될 수 있다. 예컨대 회전토오크(T)의 값을 상대적으로 낮게할 필요가 있을 때에는 돌기 높이(h)를 0.15mm와 0.30mm 사이의 값으로 하고 상대적으로 큰 회전토오크를 필요로 할 경우에는 돌기높이의 값을 0.3mm~0.55mm로 할 수 있다.

0.55mm의 높이의 돌기를 갖는 축(A)과 디스크(B)에 압입 소성시킬 경우에 축(A)과 디스크(B)에 의해 형성된 갭(δ)은 0.04mm이다.

돌기 저부길이(S)는 1.3h~3h의 범위로 하는 것이 바람직하다. 여기서 h는 돌기 높이이다.

제15도, 제16도를 참조하여 본 고안에 따라 결합구조체의 다른 실시예를 상세히 설명한다.

제15도에 회전축(10a)은 복수개의 돌기(11a)를 형성하고 있는 것으로서 전체적으로 이미 언급된 축(10)과 유사하다. 제16도에 도시된 바와 같이 돌기(11a)것 회전축(10a)에 형성된 요홈(10a)으로 부터 연장하고 있는 압력면(111a)과 완곡면(112a)에 의해 이루어진다. 압력면(111a)은 반경선에 대해 θe각도로 경사져 있으며 완곡면(112a)은 반경선에 대하여 θf 각도로 경사져 있다.

다시 제15도를 참조해 보면 돌기(11a)는 다른 돌기(11a)와 한쌍을 이루고 그 한쌍의 돌기(11a)는 반경선(11d)에 관하여 서로 대칭적인 위치에 형성되어 있다. 복수개의 한쌍의 돌기(11a)는 등간격으로 인접한 한쌍의 돌기로 부터 떨어져 있으며, 돌기들 사이에는 아아치 벽면(101a),(102a)을 형성하고 있다.

돌기(11a)는 프레스 머신에 설치된 다이스(dies)와 같은 공구(41),(42)로 형성된다.

이 공구(41),(42)는 측면(411)과 압력면(412)에 의해 형성된 날을 가지고 있다. 측면(411)과 압력면(412)간의 공구각은 90°+α이다.

상부 공구(41)와 하부공구(42)는 작동자세로 설치되어 프레스가 작동할 때 반경선(11d)에 대해 이루어진다. θ_d의 각도로 회전축(10)의 표면과 접촉하기 시작한다. 이리하여 4개의 돌기(11a)가 기준원에서 약0.2~0.25mm정도로 돌출되도록 공구(41),(42)에 설치된 프레스에 의해 동시에 압인가공이 이루어진다. 우선 4개의 돌기가 형성되면 회전축(10a)은 90°로 회동되어 공구 (41),(42)에 의해 다른 4개의 돌기가 형성된다. 그래서 4쌍의 돌기가 일정 간격으로 회전축(10a)의 표면에 형성된다.

회전축(10a)은 제5도에 나타낸 기어(20)의 구멍(21)에 언급된 동일한 방법으로 압입된다.

기어(20)와 회전축(10a)의 결합상태는 제17도의 50배로 확대한 사진과 같다.

동도면으로 부터 압력면(111a)과 돌기(11a)의 완곡면(112a), 그리고 이완곡면(112a)에 인접한 원통표면(101a)의 부분이 구멍(21)의 내면과 밀접되어 있는 동시에 회전축(10a)의 다른 부분은 미세한 간격을 두고 구멍(21)의 내면으로 부터 떨어져 있음을 알 수 있다.

이 결합의 결합강도로 회전토오코는 표시된다.

제16도를 다시 참조하여 회전토오크를 설명하면 반경선에 대한 완곡면의 θ_f의 각이 크고, 압력면(111a)의 θ_e의 각이 작기 때문에 시계방향으로 토오크가 회전축(10a)에 가해질 때 완곡면(112a)은 상대적으로 기어(20)에 형성된 구멍(21)의 내면을 시계방향으로 토오크가 회전축(10a)에 가해질 때 완곡면(112a)은 상대적으로 기어(20)에 형성된 구멍(21)의 내면을 쉽게 미끄러지고, 압력면(111a)은 그 토오크에 상응하는 힘을 견디어 내게 된다. 여기서 각 θ_f는 약 60°이고 각 θ_e는 약 25°~35°로 하는 것이 적당하다. 기어(20)의 전단면적이 너얼링 가공된 축에 비교할 때 기어(20)의 아아치 부분에 의해 보다 커지기 때문에 돌기(11a) 사이에 배설된 아아치면(101a),(102a)은 기어측에 결합 전달력을 보다 크게 만드는 역활을 한다.

공구(41),(42)가 회전축(10a)의 표면과 접촉하는 각 θd에 의하여 결합 구조체의 회전토오크는 큰 영향을 받는다.

제18도에서는 회전토오크와 각 θd간의 관계를 나타내며 여기서 구조용 강재로된 직경 20mm의 회전축과 이 회전축보다 연강재의 디스크를 사용하고 있다. 10°이하의 각(θ_d)에서는 돌기는 형성될 수 없으며, 회전축의 직경이 20mm일 경우에, 여러가지 제조상의 결합을 감안하여 30kg.m 이상의 회전 토오크가 필요하다. 그러므로 각 θd는 12°~25°의 각이 바람직하다. 그 회전축(10a)의 벤드(bend)는 예컨데 10μ의 한도 이내로 할 필요가 있다. 돌기의 성형시에 회전축(10a)에서 발생하는 벤드는 각(θ_d)에 따라 변화한다. 이 관계는 제19도에서 축의 벤드와 각(θ_d)간의 관계를 나타내 보인 바와 같다. 제19도에 명백히 나타낸 바와같이 10°~20°의 각(θ_d)에서 회전축(10a)의 벤드절대값은 적어 졌다가 25°이상의 각도(θ_d)로 됨에 따라 변화를 나타내고 있음을 알 수 있어 이 벤드에서 각(θ_d)은 25°이하로 하는 것이 좋다. 기어(20)에 결합한 축의 벤드는 제20도에 나타나 있으며 동도로부터 회전축(10a)의 벤드(Xd)는 0.01mm~0.002mm인 반면 동일한 제원을 갖는 너얼링 가공된 축의 벤드(Xe)는 약 0.025mm~0.06mm로 나타나 있음을 알 수 있다.

중요한 것은 하나의 공구(41),(42)의 수명이다.

따라서 공구의 수명실험에서 그 결과를 제21도에 나타낸 바와같이 공구수명은 공구각(α)에 의해 큰 영향을 받는다. 이 실험 결과에서 최상의 공구각(α)은 10°~20°이라야 하고 10°~25°의 공구각(α)도 좋다. SKD11의 재질로된 공구(41),(42)는 회전축(10a)을 3만개 생산할 수 있는 수명을 가진다.

돌기(11a)를 형성하는 이 방법을 사용하면 돌기(11a) 형성을 위한 회전축(10a)의 변형이 상대적으로 거의 없으므로 회전축(10a)을 크게 굽혀지게 하지 않고 고정한 후 돌기(11a)를 형성할 수 있다.

제22도를 참조하여 결합구조체의 또 다른 실시예를 설명한다.

제22도에 적층 코어(52)와 회전축(51)의 결합 구조체를 도시한 것이다. 그 적층 코어(52)에는 그 중심에 구멍이 뚫려 있으며 회전축(51)은 상기한 실시예와 동일한 복수개의 돌기를 가지고 있다. 적층 코어(52)는 각기 회전축(51)보다 연성 또는 변형될 수 있는 금속으로 되어 있어 회전축(51)은 메탈 플로우에 의해 코어(52)의 구멍에 압입된다. 그 메탈 플로우는 돌기와 회전축(51)에 인접된 부분에 대응한 코어부에서 발생하여 축(51)에 토오크가 가해지면 전달력과 압축력이 축에 야기되어 토오크는 적층코어(52)에 전달된다. 압축하에서의 전달력은 압축이 가해지지 않은때의 전단력에 비해 매우 강하다.

결합한 후에 적층 코어(52)는 편평한 원통면을 이루고 있는데 그것은 축(51)이 코어(52)에 고도의 동심성으로 압입되기 때문이다.

축(10),(10a), (51)과 기어(20),(20a) 디스크의 직경의 차는 0~0.1mm이라야 한다.

본 발명에 따른 돌기는 반대로 디스크에 형성한 구멍 내면에 돌설시킬 수도 있다. 이럴 경우에 디스크보다 변형될 수 있는 금속의 축을 디스크에 압입되게 하여 메탈플로우는 축에서 발생함으로 돌기는 축으로 절단 압입되는 것이다.

축(10),(10a)을 구조용 강재로 만들 경우 디스크 및 기어(20)의 제질로는 예컨대 알미늄, 동 구리 연강등이 사용될 수 있다.

Claims (1)

1. 원통표면을 가진 축(10)의 주면으로 부터 방사상으로 돌출되게한 복수개의 돌기(11)를 축방향으로 연장형성시키고 동시에 측면(411)과 압력면(412)에 의해 이루어지는 날의 공구각을(90+α)°로 하여 이 날을 공구(1),(42) 사이로 지나는 축(10a)의 반경선(11d)에 대해 12~25°의 범위의 각(θ_d)으로 축(10a)의 주면과접촉시켜 실질적으로 반경선(11d)에 수직되게 압입 가공함으로써 한쌍의 돌기(11a) 축(10a)의 주면에 아아치벽면(101a)을 두고 일정한 간격으로 형성되는 한편 금속부재를 축보다 연성재를 사용하는 동시에 상기한 금속부재의 직경 원통내면을 축의 직경 표면보다 약간 크게 형성하여 축을 부재의 원통내면에 압입시킬 때에 돌기와 부재간의 밀착을 견고하게 되도록 부재에 금속 플로우가 발생되게 한 금속부재의 결합방법.

Images