KR960002199B1 - 원추요동식 축이음매 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원추용동식 축이음매

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 원추요동식 축이음매의 종단면도이다.

제2도는 종래기술의 싱클기어를 사용한 감속기의 종단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,3a : 페이스 싸이클로이드 기어

2a : 출력사축 3,7 : 기어

5a : 하우징 6 : 입력사축

10a : 싱클기어(싱클라인 싸이크로이드 기어기구)

11a,13,15,61,62,63 : 베어링 30 : 중간부재

100 : 원추요동식 축이음매 S1 : 제1출력축

S2 : 제2출력축 S3 : 입력축

본 발명은 회전운동의 전달방향을 변환시키기 위한 축이음매(shaft coupling)에 관한 것이며, 특히 "싱클라인 페이스 싸이클로이드 기어기구(synclineface cycloid gearing)"를 이용한 원추요동식 축이음매(conical wobbling react motion shaft coupling)에 관한 것이다.

다음에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, "싱클라인 페이스 싸이클로이드 기어기구"는 일본 공개특허공보 소58-57544호(1983년 4월 5일), 미합중국 특허공보 제4, 702,126호(1987년 10월 27일) 및 유럽 특허공보 제0,078,111호(1987년 7월 22일) 등에 개시되어 있는데, 이러한 싱클라인 페이스 싸이클로이드 기어기구는 서로 마주하게 설치되어 있는 한쌍의 페이스 싸이크로이드 기어(face cycloid gear)의 사이로 이들과 각각 경사지게 맞물리도록 양쪽 측면에 치형이 형성되어 있는 하나의 페이스 싸이클로이드 기어가 설치되어 있는 구성으로 이루어져 있다. 본 명세서에서는, 설명의 편리상 "싱클라인 페이스 싸이클로이드 기어기구"를 약칭하여 간단히 "싱클기어"라고 부르기로 한다.

종래기술에서는, 회전운동의 전달방향을 변환시키는 축이음매로서 유니버설 커플링(universal coupling)이나 또는 크랭크기구를 이용한 축이음매 등을 사용하고 있다. 유니버설 커플링은 구동축이 1회전하는 동안에 종동축의 회전속도가 변화되도록 구성되어 있다. 한편, 크랭크기구를 이용한 축이음매는 사점(dead point)에서 회전운동의 방향이 변하거나 구속된다.

이와 같은 종래기술의 축이음매를 사용하여 회전수 또는 회전운동의 전달토오크를 변화시키는 경우에, 축이음매에 부속하는 기구가 복잡하여서 축이음매를 사용하는 장치가 전체적으로 대형화될 수 밖에 없다는 문제점이 제기된다.

본 발명의 목적은 회전수 및 회전토오크의 전달이 원활하게 수행될 수 있어서 변속비를 자유롭게 얻을 수 있으며, 부속기구를 포함한 전체 장치가 소형화 및 경량화될 수 있는 원추요동식 축이음매를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명에 따른 원추요동식 축이음매에 의해서 성취될 수 있는데, 본 발명의 원추요동식 축이음매는 동일평면내에 입력축, 제1출력축 및 제2출력축이 설치되어 있고, 상기 제1출력축과 상기 제2출력축이 동일한 축선상으로 배열되어 있는 동시에 상기 입력축은 상기 제1출력축과 상기 제2출력축에 대해서 직교하도록 배열되어 있으며, 상기 제1 및 제2출력축과 상기 입력축의 교점을 중심으로하여 원추요동운동하는 입력사축이 상기 입력축에 연결되어서 고정되어 있고, 상기입력사축에는 한쪽 측면에 페이시 싸이클로이드 기어를 갖춘 중간부재가 자유롭게 회전가능하도록 부착되어 있으며, 상기 제1출력축의 자유단에 고정된 페이스 싸이클로이드 기어와 맞물리고 있으며, 상기 교점을 중심으로 하여 원추요동운동하도록 출력사축이 상기 제2출력축에 연결되어서 고정되어 있고, 상기 출력사축은 상기 중간부재의 페이스 싸이클로이드 기어가 제공된 상기 한쪽 측면의 반대쪽 측면에서 자유롭게 회전운동하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 원추요동식 축이음매는 3차원의 원추요동운동을 응용하여 회전운동의 방향을 변환시키는 기구이다. 요동체의 표면상에 정해진 하나의 기준점과 요동체의 중심점을 연결하는 축선을 중심으로하여 일정한 각도를 이루면서 원추요동운동을 수행하기 위해서는, 요동체의 중심을 통과하면서 서로 직교하는 3개의 평면에 의해서 구분되는 총 8개의 표면중 적어도 3개 이상의 임의의 위치에서, 요동체의 중심점에 대하여 일정한 각도로 경사진 종동축이 설치되어야만 한다. 이 경우에, 요동체는 구동축에 의해서 원추요동운동을 수행하기 때문에, 요동체의 표면으로부터 임의의 위치에 부착된 종동축은 모두가 일정한 방향으로 회전된다.

본 발명의 원추요동식 축이음매에는, 앞에서 언급된 일본 공개특허공보 소58-57544호(1983년 4월 5일), 미합중국 특허공보 제4,702,126호(1987년 10월 27일) 및 유럽 특허공보 제0.078,111호(1987년 7월 22일) 등에 개시된 싱클기어가 설치되어 있다. 이에 따라서, 제2종동축(2출력축)은 구동축(입력축)에 대해서 일정한 방향으로 회전운동을 수행하는 반면에, 페이스 싸이클로이드 기어가 설치된 제1종동축(제1출력축)으로부터는 감속된 출력이 제공될 수 있다.

다음에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 싱클기어는, 페이스 싸이클로이드 기어를 고정시키면 감속기로서 작동하는 반면에, 페이스 싸이클로이드 기어를 가동시키거나(addtional drive) 차동시키면(differential drive) 토오크변환기로서 작동하게 된다. 따라서, 싱클기어는 동력(토오크)을 합성하여 출력을 제공할 수도 있고, 또는 동력을 다수의 출력으로 분리시킬 수도 있다. 이와 같은 특성을 이용하여, 싱클기어를 각종의 장치에 조립식으로 설치할 수가 있다.

본 발명의 원추요동식 축이음매에 따르면, 크랭ㅋ기구를 이용한 평면적인 축이음매에서와는 다르게 사점(dead point)에서 회전방향이 변화되거나 구속되는 일은 없다. 또한, 경사축 혹은 사축(incline shaft)이 방향전환 베어링에 의해서 강력하게 지지되기 때문에, 크랭크기구와 같이 직접적으로 회전운동을 전달할 수가 있어서 회전운동의 전달효율이 좋고, 작동이 원활하고 정숙하게 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 제1도를 참조하면, 본 발명의 원추요동식 축이음매(100)는 제1출력축(S1), 제2출력축(S2) 및 입력축(S3)을 포함하고 있다. 제1출력축(S1)과 제2출력축(S2)은 동일한 축선상으로 배열되어 있으며, 입력축(S3)은 이들 제1 및 제2출력축(S1,S2)과 동일한 평면상에서 서로 직교하도록 배열되어 있다.

입력축(S3)에서는 입력사축(6)이 일체식으로 연결되어 있다. 입력축(S3)과 입력사축(6)은 항우징(6a)상에서 자유롭게 회전운동할 수 있도록 각각 베어링(61,62)을 통해서 하우징(5a)상에 지지되어 있다.

입력사축(6)상에는 중간부재(30)가 자유롭게 회전운동할 수 있도록 베어링(63)을 통해서 부착되어 있으며, 중간부재(30)는 다음에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 자전운동하는 페이스 싸이클로이드 기어(3a)를 갖추고 있다.

한편, 제1출력축(S1)은 자유롭게 회전운동할 수 있도록 베어링(11a)을 통해서 하우징(5a)상에 지지되어 있다. 제1출력축(S1)이 자유단에도 다음에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 자전운동하는 페이스 싸이클로이드 기어(1)가 일체식으로 형성되어 있다. 제1출력축(S1)의 페이스 싸이클로이드 기어(1)는 앞에서 언급된 입력축(S3)의 페이스 싸이클로이드 기어(3a)와 맞물린다.

또한, 제2출력축(S2)도 자유롭게 회전운동할 수 있도록 베어링(15)을 통해서 하우징(5a)상에 지지되어 있다. 제2출력축(S2)의 자유단에는 출력사축(2a)이 일체식으로 형성되어 있는데, 이 출력사축(2a)은 자유롭게 회전운동하도록 베어링(13)을 통해서 중간부재(30)에 연결되어 있다.

입력사축(6)과 출력사축(2a)은 제1 및 제2출력축(S1,S2)과 입력축(S3)이 서로 교차하는 교점(O)을 중심으로하여 각각 별도의 원추요동운동을 수행한다. 이러한 원추요동운동의 일부가 출력으로 전달되도록 구성되어 있다. 즉, 제1 및 제2 출력축(S1,S2) 그리고 입력축(S3)이 배열되어 있는 하나의 동일한 평면에 대해서 평행하게 연장하는 평면상에 각각의 기어(3,7)를 설치하고 (제1도의 2점쇄신 참조), 이들 기어(3,7)의 중심점을 교점(O)과 동심으로 위치시키면 된다.

제1 및 제2출력축(S1,S2)의 출력은 직접적으로 혹은 일련의 기어열을 통해서 외부로 전달되 수가 있다.

본 발명의 원추요동식 축이음매에서는, 제1 및 제2출력축(S1,S2), 입력축(S3), 출력사축(2a),입력사축(6), 그리고 각각의 페이스 싸이클로이드 기어(1,3a)가 앞서 언급된 소위 싱클기어(10a)를 구성한다.

여기서, 각각의 싸이클로이드 기어(1,3a)의 칫수를 각각 N1,N2라고 한다.

이제, 본 발명의 원추요동식 축이음매(100)에 사용되고 있는 싱클기어(10a)의 구성을 제2도를 참조하여 설명한다. 제2도에 도시되어 있는 싱클기어(10)는 앞에서 언급된 바와 같이, 일본 공개특허공보 소58-57544호(1983년 4월 5일), 미합중국 특허공보 제4,702,126호(1987년 10월 27일) 및 유럽 특허공보 제0,078,111호(1987년 7월 22일) 등에 개시되어 있으며, 따라서 이에 또는 대한 구체적인 사항들은 생략하고 본 발명에 관련된 사항들만을 중심으로 설명한다.

제2도에 도시된 바와 같이, 싱클기어(10)는 서로 마주하게 설치되어 있는 한쌍의 페이스 싸이클로이드 기어(1 및 4)의 사이로 이들과 각각 경사지게 맞물리도록 양쪽면에 치형이 형성되어 있는 페이스 싸이클로이드 기어(3)가 설치되어 있는 구성을 포함한다.

따라서, 서로 마주하는 한쌍의 페이스 싸이클로이드 기어(1 및 4)는 이들의 사이로 배열되는 있는 페이스 싸이클로이드 기어(3)상에 설치된 경사축 혹은 사축(2)의 반동으로 인한 원추요동운동에 의해서 각각 페이스 싸이클로이드 기어(3)와 서로 맞물리는(공전운동하는) 동시에 자전운동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 싱클기어(10)에서는 자전운동하는 페이스 싸이클로이드 기어의 한쪽을 고정시키면 감속기 또는 증속기로서 작동하며, 또한 구동부로 작용하는 페이스 싸이클로이드 기어(1)를 사축(2)의 입력방향에 대해서 가동시키거나(additional drive) 혹은 차동시키면(differential drive) 토오크변환기로서 작동하게 된다.

통상적으로, 싸이클로이드 기어는 오목한 표면이나 볼록한 표면을 갖는 기어, 전위치형을 갖는 기어, 또는 보올이나 로울러 등을 삽입시킨 기어 등으로 제작되고 있다. 이들중에서 어느것도 다른 기어기구에 비해서 단점이 많으므로 실용화된 것은 없다. 그러나, 본 출원인은 이와 같은 기어기구를 오랜 동안에 신제품으로 제작하여 연구를 거듭한 결과, 새로운 방식의 싱클기어를 개발하게 된 것이다. 싸이클로이드 기어는 기구학적으로 원추의 정점(coneappex)이 중심선으로부터 벗어난 편이면(offset face)을 갖도록 구성되어 있다. 따라서, 이와 같은 치형이론에 근거하여 싸이클로이드 기어의 작동 및 제조방법이 기술적으로 해결됨으로써 실용화될 수 있었다.

제2도에 도시된 바와 같이, 종래기술의 싱클기어(10)는 입력축(S1), 출력축(S2), 사축(2), 고정된 페이스 싸이클로이드 기어(1), 자전운동하는 페이스 싸이클로이드 기어(3,4) 하우징(5) 및 베어링(11,12,14,15)으로 구성되어 있다.

입력축(S1)은 자유롭게 회전할 수 있도록 베어링(11)을 통해서 고정된 페이스 싸이클로이드 기어(1)내에 지지되어 있다. 입력축(S1)과 사축(2)은 일체식으로 형성되어 있다. 자전운동하는 페이스 싸이클로이드 기어(3)는 자유롭게 회전할 수 있도록 베어링(12)을 통해서 사축(2)상에 지지되어 있다. 또한, 자전운동하는 페이스 싸이클로이드 기어(4)는 출력축(S2)과 일체식으로 형성되어 있다. 출력축(S2)은 베어링(15)을 통해서 하우징(5)내에서 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 사축(2)의 자유단(21)의 베어링(14)을 통해서 자유롭게 회전할 수 있도록 페이스 싸이클로이드 기어(4)의 내부에 지지되어 있다. 고정된 페이스 싸이크로이드 기어(1)는 하우징(5)에 고정되어 있다.

이와 같은 구성의 싱클기어(10)에 있어서, 고정된 페이스 싸이클로이드 기어(1)의 칫수를 N1, 자전운동하는 페이스 싸이클로이드 기어(3)의 양쪽 측면의 칫수를 각각 N2 및 N3, 그리고 자전운동하는 페이스 싸이클로이드 기어(4)의 칫수를 N4라고 한다. 따라서, 입력축(S1)과 출력축 (S2) 사이의 회전비(1/R)는 다음의 식＜1＞으로 표시된다.

1/R=S2/S1

={(N2-N1)/N2}×(N3/N4)+{(N4-M3)/N4}

=1-{(N1×N3)/(N2×N4)} ………………………………………＜1＞

여기서, 입력축과, 출력축의 회전방향이 동일한 경우에는 회전비의 값을 양의 값(+)으로, 그리고 입력축과 출력축의 회전방향이 다른 경우에는 회전비의 값을 음(-)으로 정한다.

제2도에 도시된 싱클기어(10)를 사용한 감속기에서는, 서로 마주하게 배열된 페이스 싸이클로이드 기어(1 및 4)중에서 어느 한쪽을 고정시켜야 한다. 상기 식＜1＞은 페이스 싸이클로이드 기어(1)가 고정된 경우이다. 이경우에, 일반적으로 N2×N3＞N1×N4이므로 1/R은 양의 값이 된다. 반면에, 출력을(S2) 쪽으로 설치되어 있는 페이스 싸이클로이드 기어(4)를 고정시킬 경우에는, 회전비(1/R)가 다음의 식＜2＞으로 표시된다.

1/R=1-{(N2×N4)/(N1×N3)} ………………………………………＜2＞

이경우에, 일반적으로 회전비(1/R)는 음의 값으로 된다.

더욱이, N2×N4-N1×N3=D를 작게하면 회전비(1/R)는 커지며, 반면에 D의 값을 크게하면 회전비(1/R)는 작아진다.

싱클기어는 기어의 맞물림율과 면적이 크고, 축 및 베어링의 직경이 두꺼운 것이 사용되므로, 단위체적(용적, 중량, 특히 외경)당의 전달용량(출력토오크)은 다른 어떠한 기어기구에 비해서도 간결화되어 있다. 더욱이 편이면 기어의 치형은 전동점이 있으므로 마모나 발열이 적고 내구성이 양호하다.

제2도에 도시된 종래기술의 싱클기어(10)와 제1도에 도시된 본 발명의 원추요동식 축이음매에 사용되는 싱클기어(10a)를 비교했을 경우에, 다음과 같은 차이점이 있다. 즉, 제1도에 도시된 본 발명의 싱클기어(10a)에서는 제1 및 제2출력축(S1,S2)의 축선이 서로 동일하며 입력축(S3)의 축선과 수직으로 교차하도록 배열되어 있으며, 제1입력축(S1)쪽으로 설치된 페이스 싸이클로이드 기어(1)가 자전운동한다. 또한, 페이스 싸이클로이드 기어(3a)에는 단부면에만 치형이 형성되어 있으므로, 이러한 페이스 싸이클로이드 기어(3a)가 입력사축(6) 및 출력사축(2a)에 각각 연결되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 원추요동식 축이음매(100)에 있어서는, 입력축(S3) 제1출력축(S1)에 대해서는 앞에서 설명된 바와 같이 감속된 토오크의 회전력을 전달하는 반면에, 제2출력축(S2)에 대해서는 일정한 방향으로 동일한 회전력을 전달하도록 구성되어 있으므로, 하나의 싱클기어(10a)에 의해서 감속기와 토오크 변환기의 2가지의기능을 동시에 수행할 수가 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 원추요동식 축이음매에 따르면 동력의 전달방향을 변화시키는 동시에 회전수가 상이한 여러가지의 출력을 제공할 수 가 있다. 이러한 원추요동식 축이음매에 일련의 기어열을 통해서 차동형 평기어열을 부착함으로써, 여러가지 용도의 각종 차량에 본 발명을 응용할 수가 있다. 본 발명의 원추요동식 축이음매에 사용되는 싱클기어는, 종래기술의 베벨기어나 스파이럴기어 등에 비해서 구조가 간단하여 제작이 용이하며, 소형화 및 경량화가 가능할 뿐만 아니라 효율이 좋으므로 차량의 완충스프링 등에도 직접 부착시킬 수가 있다.

Claims (1)

1. 동일평면내에 입력축(S3), 제1출력축(S1) 및 제2출력축(S2)이 설치되어 있고, 상기 제1출력축(S1)과 상기 제2출력축(S2)이 동일한 축선상으로 배열되어 있는 동시에 상기 입력축(S3)은 상기 제1출력축(S1)과 상기 제2출력축(S2)에 대해서 직교하도록 배열되어 있으며, 상기 제1 및 제2출력축(S1,S2)과 상기 입력축(S3)의 교점을 중심으로하여 원추요동운동하는 입력사축(6)이 상기 입력축(S3)에 연결되어서 고정되어 있고, 상기 입력사축(6)에는 한쪽 측면에 페이스 싸이클로이드 기어(3a)를 갖춘 중간부재(30)가 자유롭게 회전가능하도록 부착되어 있으며, 상기 제1출력축(S1)의 자유단에 고정된 페이스 싸이클로이드 기어(1)가 상기 중간부재(30)의 상기 페이스 싸이클로이드 기어(3a)와 맞물리고 있으며, 상기 교점을 중심으로하여 원추요동운동하도록 출력사축(2a)이 상기 제2출력축(S2)에 연결되어서 고정되어 있고, 상기 출력사축 (2a)은 상기 중간부재(30)의 상기 페이스 싸이클로이드 기어(3a)가 제공된 상기 한쪽 측면의 반대쪽 측면에서 자유롭게 회전운동하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 원추요동식 축이음매.

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