WO2015126185A1 - 디젤 엔진의 기어 트레인 - Google Patents

디젤 엔진의 기어 트레인 Download PDF

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WO2015126185A1
WO2015126185A1 PCT/KR2015/001670 KR2015001670W WO2015126185A1 WO 2015126185 A1 WO2015126185 A1 WO 2015126185A1 KR 2015001670 W KR2015001670 W KR 2015001670W WO 2015126185 A1 WO2015126185 A1 WO 2015126185A1
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teeth
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input
train
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PCT/KR2015/001670
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English (en)
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Inventor
김상우
곽세영
최행식
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HD Hyundai Infracore Co Ltd
Original Assignee
Doosan Infracore Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B67/00—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
    • F02B67/04—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/02—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H1/20—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members
    • F16H1/22—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts

Definitions

  • the present invention relates to a gear train of a diesel engine, and more particularly, to a gear train for transmitting power from a crankshaft of a diesel engine.
  • the gear train includes gears that mesh with each other and may be configured to transfer a portion of power from a drive source, such as an engine, to another device.
  • a drive source such as an engine
  • gears that mesh with each other generate noise and further have a peripheral component of the gear train to amplify vibration and noise.
  • One object of the present invention is to provide a gear train that can reduce noise in a diesel engine.
  • the gear train according to the exemplary embodiments of the present invention is provided at one end of the input shaft, Zi gear teeth are provided at one end of the output shaft, the output shaft is Zo An output gear having a gear tooth number, and an idle gear transferring power between the input gear and the output gear at a predetermined speed ratio from the input shaft to the output shaft.
  • the idle gear has a first gear meshing with the input gear and having Zdi gear teeth and a second gear meshing with the output gear and Zdo gear teeth.
  • the gear teeth Z i of the input gear and the gear teeth Zo of the output gear include at least one first common factor a, and the gear teeth Z di of the first gear and the gears of the second gear.
  • the number of teeth Zdo includes at least one second common factor b, and the first common factor a and the second common factor b are mutually different.
  • the speed ratio may be a natural number.
  • the speed ratio may be two.
  • the gear teeth Zo of the gear may be 42, 68, 51, 63, respectively.
  • the input shaft may be a crankshaft of a diesel engine
  • the output shaft may be a cam shaft
  • the gear train may be accommodated in a flywheel housing provided at one side of the engine.
  • the interlocking gears of the gear train may have gear teeth that do not produce harmonic frequencies. Therefore, it is possible to reduce noise generated when the gear is engaged and to improve stability of the dynamic behavior of the gear.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an engine including a gear train according to exemplary embodiments.
  • FIG. 2 is a front view illustrating the gear train of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a rear perspective view illustrating the gear train of FIG. 1.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an engine including a gear train according to exemplary embodiments.
  • FIG. 2 is a front view illustrating the gear train of FIG. 1.
  • 3 is a rear perspective view illustrating the gear train of FIG. 1.
  • the gear train 100 may include an input gear 110, an idle gear 120, and an output gear 130 for transmitting power at a predetermined transmission ratio from an input shaft to an output shaft.
  • the gear train 100 may further include shafts and bearings that rotate by the gears.
  • the gear train 100 may be installed on one side of a drive source, such as a diesel engine, to be configured to transfer a portion of the power from the drive source to the valve mechanism.
  • a drive source such as a diesel engine
  • the gear train 100 may be configured to transfer a portion of power from the drive source to a fuel pump, air compressor, hydraulic pump, generator, and the like.
  • the diesel engine includes a cylinder block (not shown) including a plurality of cylinders, for example, six cylinders, disposed above the cylinder block to form a combustion chamber together with the cylinder. And a cylinder head (not shown) in which various valve mechanisms and injection valves are installed, pistons 20 reciprocating in the cylinder, and a crankshaft 10 connected to the piston by a connecting rod. .
  • the timing gear case 40 is arranged at the output side of the diesel engine, and the flywheel housing 50 is coupled on the timing gear case 40 so that the gear train 100 can be accommodated in the flywheel housing 50. Can be.
  • the input gear 110 of the gear train 100 is coupled to one end of the crankshaft 10 of the diesel engine, and the second gear 130 of the gear train 100 is a camshaft for driving the valve mechanism. It may be coupled to one end of (30). Accordingly, the input shaft of the gear train 100 may be a crankshaft 10 of the diesel engine, and the output shaft of the gear train 100 may be a cam shaft 30 for driving the valve mechanism.
  • the input gear 110 meshes with the first gear 122 of the idle gear 120, and the output gear 130 is the second gear 124 of the idle gear 120.
  • the idle gear 120 may transfer power between the input gear 110 and the output gear 130 at a predetermined speed ratio from the input shaft to the output shaft.
  • the input gear 110 may have Zi gear teeth
  • the output gear 130 may have Zo gear teeth
  • the first gear 122 of the idle gear 120 may have Z teeth
  • the second gear 124 of the idle gear 120 may have Zdo gear teeth.
  • the transmission ratio i may be defined by Equation 1 below.
  • the gear ratio 100 of the gear train 100 may be defined by Equation (2) below.
  • the rotation ratio of the crankshaft 10 and the camshaft 30 of the diesel engine may have a constant ratio.
  • the cam shaft 30 per revolution of the crankshaft 10 may perform 0.5 revolutions. That is, the speed ratio i of the gear train 100 may be two. Accordingly, the input gear 110 of the gear train 100, the first and second gears 122 and 124 of the idle gear 120 and the gear teeth of the output gear 130 should be designed to satisfy the desired transmission ratio. .
  • Table 1 is a table showing the gear teeth of the gear train according to the embodiment and the comparative example and their frequency comparisons.
  • the gear teeth of the gears of the gear train 100 may be designed in consideration of the desired transmission ratio and noise reduction.
  • the gear teeth Zi of the input gear 110 and the gear teeth Zo of the output gear 130 include at least one first common factor a, and include the first gear of the idle gear 120.
  • the number of gear teeth Zdi of 122 and the number of gear teeth Zdo of the second gear 124 may include at least one second common factor b.
  • the first common factor (a) and the second common factor (b) may be mutually different.
  • the gear teeth Zi of the input gear 110, the gear teeth Zdi of the first gear 122, the gear teeth Zdo of the second gear 124, and the output gear 130 of Gear teeth Zo are 42, 68, 51 and 63, respectively.
  • the first common divisor a of the gear teeth Zi of the input gear 110 and the gear teeth Zo of the output gear 130 is 7, and the gear teeth Zdi and the second gear of the first gear 122 are seven.
  • the second common divisor (b) of the gear teeth Zdo of 124 is 17, and 7 which is the first common divisor a and 17 which is the second common divisor b are mutually different.
  • the common prime factor between the gear teeth Zi of the input gear 110 and the gear teeth Zdi of the first gear 122 is 2, and the gear teeth Zdo of the second gear 124 and The common prime factor between the number of gear teeth Zo of the output gear 130 is three.
  • the two gears engaged with each other are mesh frequency, harmony frequency, sideband frequency, and hunting tooth frequency according to the number of gear teeth according to the following equations (3) to (8).
  • Frequencies such as
  • f S1 is the input shaft frequency (Hz)
  • N1 is the input shaft rotational speed (rpm)
  • Z1 is the number of drive gear teeth
  • f S2 is the output shaft frequency (Hz)
  • N2 is the output shaft rotation speed (rpm)
  • Z2 is the number of driven gear teeth.
  • n is a natural number.
  • the harmonic frequency f h can cause noise in the human listening region.
  • the hunting tooth frequency (f HT ) is a phenomenon that occurs at a specific frequency whenever defective teeth contact each other. Gear pairs with low f HT are less worn and can be used longer than gear pairs with high f HT .
  • the gear teeth of the interlocking input gear 110 and the first gear 122 may generate the following frequencies at 1900 rpm.
  • gear teeth of the second gear 124 and the output gear 120 meshing with each other may generate the following frequencies at 1900 rpm.
  • the hunting tooth frequencies f HT between the interlocking input gear 110 and the first gear 122 and the interlocking second gear 124 and the output gear 120 are significantly lower, respectively, 0.93 Hz. Value, the noise generated when the gear is engaged can be reduced and the stability of the dynamic behavior of the gear can be improved.
  • the number of gear teeth of the meshing input gear 110 and the first gear 122 is 43 equal to each other, and generates harmonic frequencies having the same magnitude as each other when the gears occur.
  • the hunting tooth frequencies f HT between the interlocking input gear 110 and the first gear 122 and between the interlocking second gear 124 and the output gear 120 are each significantly high at 36.67 Hz. Having a value, it can generate noise generated when the gear is engaged and generate a considerable transmission error.
  • the number of gear teeth Zi of the input gear 110, the number of gear teeth Zdi of the first gear 122, the number of gear teeth Zdo of the second gear 124, and the output gear 130 are measured.
  • Gear teeth Zo are 44, 44, 28 and 56, respectively.
  • noise may occur in the low frequency band 850 to 1050 Hz and the high frequency band 6.3 to 8.5 kHz.
  • the hunting tooth frequencies f HT between the interlocking input gear 110 and the first gear 122 and between the interlocking second gear 124 and the output gear 120 are each significantly high at 36.67 Hz. Having a value, it can generate noise generated when the gear is engaged and generate a considerable transmission error. Therefore, depending on the gear teeth of the gears to be engaged, a harmonic frequency of 28th and 44th order is generated, and this harmonic frequency has a peripheral component such as the flywheel housing 50 to amplify vibration and noise.
  • the gear teeth Z i of the input gear 110 and the gear teeth Zo of the output gear 130 include at least one first common factor a and the idle gear 120.
  • the number of gear teeth Zdi of the first gear 122 and the gear teeth Zdo of the second gear 124 may include at least one second common factor b.
  • the first common factor (a) and the second common factor (b) may be mutually different.
  • gears that mesh with each other may have gear teeth that produce a relatively low hunting tooth frequency without generating a harmonic frequency.
  • the gear teeth Zi of the input gear 110 have a 7 which is the first common divisor a, and the gear teeth Zdi of the first gear 122 of the idle gear 120 engaged therewith.
  • These first and second common factors a, b are mutually exclusive.
  • the number of teeth of the gear Zdo of the second gear 124 of the idle gear 120 has 17, which is the second common factor b, and the number of teeth of the output gear 110 meshing with the first gear is a first common factor a. 7).
  • These first and second common factors a, b, 7 and 17 are mutually exclusive.
  • the interlocking gears of the gear train 100 may have gear teeth that produce a relatively low hunting tooth frequency without generating a harmonic frequency. Therefore, it is possible to reduce noise generated when the gear is engaged and to improve stability of the dynamic behavior of the gear.
  • crankshaft 20 piston
  • camshaft 40 timing gear case
  • gear train 110 input gear

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Gear Transmission (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

기어 트레인은 Zi개의 기어 잇수를 갖는 입력 기어, Zo개의 기어 잇수를 갖는 출력 기어, 및 상기 입력 기어 및 상기 출력 기어 사이에서 상기 입력축으로부터 상기 출력축으로 기 설정된 변속비로 동력을 전달하는 아이들 기어를 포함한다. 상기 아이들 기어는 상기 입력 기어와 맞물리며 Zdi개의 기어 잇수를 갖는 제1 기어 및 상기 출력 기어와 맞물리며 Zdo개의 기어 잇수를 갖는 제2 기어를 구비한다. 상기 입력 기어의 기어 잇수(Zi)와 상기 출력 기어의 기어 잇수(Zo)는 적어도 하나의 제1 공약수(a)를 포함하고, 상기 제1 기어의 기어 잇수(Zdi)와 상기 제2 기어의 기어 잇수(Zdo)는 적어도 하나의 제2 공약수(b)를 포함하고, 상기 제1 공약수(a)와 상기 제2 공약수(b)는 서로소이다.

Description

디젤 엔진의 기어 트레인
본 발명은 디젤 엔진의 기어 트레인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 엔진의 크랭크샤프트로부터의 동력을 전달하기 위한 기어 트레인에 관한 것이다.
일반적으로, 기어 트레인은 서로 맞물리는 기어들을 포함하고, 엔진 등의 구동원로부터의 동력의 일부를 다른 장치로 전달하도록 구성될 수 있다.
그러나, 서로 맞물리는 기어들은 소음을 발생시키고 나아가 상기 기어 트레인의 주변 구성 부품을 가진하여 진동 및 소음을 증폭시키는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 디젤 엔진에서의 소음을 감소시킬 수 있는 기어 트레인을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기어 트레인은 입력축의 일단부에 구비되며 Zi개의 기어 잇수를 갖는 입력 기어, 출력축의 일단부에 구비되며 Zo개의 기어 잇수를 갖는 출력 기어, 및 상기 입력 기어 및 상기 출력 기어 사이에서 상기 입력축으로부터 상기 출력축으로 기 설정된 변속비로 동력을 전달하는 아이들 기어를 포함한다. 상기 아이들 기어는 상기 입력 기어와 맞물리며 Zdi개의 기어 잇수를 갖는 제1 기어 및 상기 출력 기어와 맞물리며 Zdo개의 기어 잇수를 갖는 제2 기어를 구비한다. 상기 입력 기어의 기어 잇수(Zi)와 상기 출력 기어의 기어 잇수(Zo)는 적어도 하나의 제1 공약수(a)를 포함하고, 상기 제1 기어의 기어 잇수(Zdi)와 상기 제2 기어의 기어 잇수(Zdo)는 적어도 하나의 제2 공약수(b)를 포함하고, 상기 제1 공약수(a)와 상기 제2 공약수(b)는 서로소이다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 변속비
Figure PCTKR2015001670-appb-I000001
이고, 상기 변속비는 자연수일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 변속비는 2일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 입력 기어의 기어 잇수(Zi), 상기 아이들 기어의 상기 제1 기어의 기어 잇수(Zdi), 상기 아이들 기어의 상기 제2 기어의 기어 잇수(Zdo) 및 상기 출력 기어의 기어 잇수(Zo)는 각각 42, 68, 51, 63일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 입력축은 디젤 엔진의 크랭크샤프트이고, 상기 출력축은 캠샤프트일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 기어 트레인은 상기 엔진의 일측에 구비되는 플라이휠 하우징 내에 수용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 기어 트레인의 서로 맞물리는 기어들은 조화 주파수를 생성하지 않는 기어 잇수들을 가질 수 있다. 따라서, 기어의 맞물림시 발생하는 소음을 저감하고 기어의 동적 거동 안정성을 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기어 트레인을 포함하는 엔진을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 기어 트레인을 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 1의 기어 트레인을 나타내는 배면 사시도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기어 트레인을 포함하는 엔진을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 기어 트레인을 나타내는 정면도이다. 도 3은 도 1의 기어 트레인을 나타내는 배면 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기어 트레인(100)은 입력축으로부터 출력축으로 기 설정된 변속비로 동력을 전달하기 위한 입력 기어(110), 아이들 기어(120) 및 출력 기어(130)을 포함할 수 있다. 또한, 기어 트레인(100)은 상기 기어들에 의해 회전하는 샤프트들 및 베어링 등을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 기어 트레인(100)은 디젤 엔진과 같은 구동원의 일측에 설치되어 상기 구동원으로부터의 동력의 일부를 밸브 기구로 전달하도록 구성될 수 있다. 하지만, 이에 제한되지 않고, 기어 트레인(100)은 상기 구동원으로부터 동력의 일부를 연료 펌프, 에어 컴프레서, 유압 펌프, 발전기 등으로 전달하도록 구성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 디젤 엔진은 다수개의 실린더들, 예를 들면, 6기통의 실린더들을 포함하는 실린더 블록(도시되지 않음), 상기 실린더 블록 상부에 배치되어 상기 실린더와 함께 연소실을 형성하며 각종 밸브 기구 및 분사 밸브 등이 설치되는 실린더 헤드(도시되지 않음), 상기 실린더 내부에서 왕복 운동하는 피스톤들(20) 및 커넥팅 로드에 의해 상기 피스톤에 연결된 크랭크샤프트(10)를 포함할 수 있다.
타이밍 기어 케이스(40)는 상기 디젤 엔진의 출력측에 배치되고, 플라이휠 하우징(flywheel housing, 50)은 타이밍 기어 케이스(40) 상에 결합함으로써, 기어 트레인(100)은 플라이휠 하우징(50) 내에 수용될 수 있다.
기어 트레인(100)의 입력 기어(110)는 상기 디젤 엔진의 크랭크샤프트(10)의 일단부에 결합되고, 기어 트레인(100)의 제2 기어(130)는 상기 밸브 기구를 구동하기 위한 캠샤프트(30)의 일단부에 결합될 수 있다. 따라서, 기어 트레인(100)의 입력축은 상기 디젤 엔진의 크랭크샤프트(10)이고, 기어 트레인(100)의 출력축은 상기 밸브 기구를 구동하기 위한 캠샤프트(30)일 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 입력 기어(110)는 아이들 기어(120)의 제1 기어(122)와 맞물리고, 출력 기어(130)는 아이들 기어(120)의 제2 기어(124)와 맞물린다. 따라서, 아이들 기어(120)는 입력 기어(110) 및 출력 기어(130) 사이에서 상기 입력축으로부터 상기 출력축으로 기 설정된 변속비로 동력을 전달할 수 있다.
구체적으로, 입력 기어(110)는 Zi개의 기어 잇수를 갖고, 출력 기어(130)는 Zo개의 기어 잇수를 가질 수 있다. 아이들 기어(120)의 제1 기어(122)는 Z야개의 기어 잇수를 갖고, 아이들 기어(120)의 제2 기어(124)는 Zdo개의 기어 잇수를 가질 수 있다.
일반적으로, 변속비(i)는 아래의 식(1)에 의해 정의될 수 있다.
변속비
Figure PCTKR2015001670-appb-I000002
… 식(1)
따라서, 기어 트레인(100)의 변속비(i)는 아래의 식(2)에 의해 정의될 수 있다.
기어 트레인(100)의 변속비
Figure PCTKR2015001670-appb-I000003
… 식(2)
예시적인 실시예들에 있어서, 디젤 엔진의 크랭크샤프트(10)와 캠샤프트(30)의 회전 비율은 일정한 비율을 가질 수 있다. 예를 들면, 크랭크샤프트(10)의 1회전당 캠샤프트(30)는 0.5회전을 할 수 있다. 즉, 기어 트레인(100)의 변속비(i)는 2일 수 있다. 따라서, 기어 트레인(100)의 입력 기어(110), 아이들 기어(120)의 제1 및 제2 기어들(122, 124) 및 출력 기어(130)의 기어 잇수들은 원하는 변속비를 만족하도록 설계되어야 한다.
이하에서는, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 기어 트레인(100)의 기어 잇수들에 따른 주파수들에 대하여 설명하기로 한다.
표 1은 실시예 및 비교예에 따른 기어 트레인의 기어 잇수들 및 이들의 주파수 비교들을 나타내는 표이다.
표 1
Figure PCTKR2015001670-appb-T000001
표 1을 참조하면, 예시적인 실시예들에 있어서, 기어 트레인(100)의 기어들의 기어 잇수들은 원하는 변속비 및 소음 감소를 고려하여 설계될 수 있다.
구체적으로, 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi)와 출력 기어(130)의 기어 잇수(Zo)는 적어도 하나의 제1 공약수(a)를 포함하고, 아이들 기어(120)의 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi)와 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo)는 적어도 하나의 제2 공약수(b)를 포함할 수 있다. 제1 공약수(a)와 제2 공약수(b)는 서로소일 수 있다.
실시예 1에 있어서, 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi), 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi), 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo) 및 출력 기어(130)의 기어 잇수(Zo)는 각각 42, 68, 51, 63이다. 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi)와 출력 기어(130)의 기어 잇수(Zo)의 제1 공약수(a)는 7이고, 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi)와 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo)의 제2 공약수(b)는 17이고, 제1 공약수(a)인 7과 제2 공약수(b)인 17은 서로소이다. 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi)와 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi) 사이의 공통 소인수(common prime factor)는 2이고, 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo)와 출력 기어(130)의 기어 잇수(Zo) 사이의 공통 소인수는 3이다.
비교예 1에 있어서, 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi), 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi), 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo) 및 출력 기어(130)의 기어 잇수(Zo)는 각각 43, 43, 25, 50이다.
비교예 2에 있어서, 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi), 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi), 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo) 및 출력 기어(130)의 기어 잇수(Zo)는 각각 44, 44, 28, 56이다.
서로 맞물리는 두 개의 기어들은 아래의 식(3) 내지 식(8)에 의해 기어 잇수들에 따라 맞물림 주파수(mesh frequency), 조화 주파수(harmony frequency), 측대파 주파수(sideband frequency), hunting tooth 주파수 등과 같은 주파수들을 생성시킬 수 있다.
Figure PCTKR2015001670-appb-I000004
… 식(3)
Figure PCTKR2015001670-appb-I000005
… 식(4)
여기서, fS1은 입력축 주파수(Hz), N1은 입력축 회전속도(rpm), Z1은 구동기어 잇수, fS2은 출력축 주파수(Hz), N2는 출력축 회전속도(rpm), Z2는 피동기어 잇수이다.
맞물림 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000006
… 식(5)
조화 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000007
… 식(6)
측대파 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000008
… 식(7)
여기서, n은 자연수이다.
Hunting Tooth 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000009
… 식(8)
여기서, Common Freq은 주어진 이빨의 결합에서 맞물리는 이빨 수(각 기어의 이빨의 수에서 공통적인 소인수로 이루어짐)이다.
이러한 주파수들 중에서 특히 조화 주파수(fh)는 인간의 감청영역으로 소음을 유발할 수 있다. 또한, Hunting Tooth 주파수(fHT)는 결함이 있는 이빨이 서로 접촉할 때마다 특정 주파수에서 발생하는 현상이다. 낮은 fHT를 갖는 기어쌍들은 높은 fHT를 갖는 기어쌍들보다 덜 마모되고 더 오래 사용할 수 있다.
실시예 1에 있어서, 서로 맞물리는 입력 기어(110) 및 제1 기어(122)의 기어 잇수들은 1900rpm에서 아래와 같은 주파수들을 생성할 수 있다.
입력축 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000010
출력축 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000011
맞물림 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000012
Hunting Tooth 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000013
이와 유사하게, 서로 맞물리는 제2 기어(124) 및 출력 기어(120)의 기어 잇수들은 1900rpm에서 아래와 같은 주파수들을 생성할 수 있다.
입력축 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000014
출력축 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000015
맞물림 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000016
Hunting Tooth 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000017
따라서, 서로 맞물리는 입력 기어(110) 및 제1 기어(122) 사이 그리고 서로 맞물리는 제2 기어(124) 및 출력 기어(120) 사이의 Hunting Tooth 주파수(fHT)들은 각각 0.93Hz로 상당히 낮은 값을 가지므로, 기어의 맞물림시 발생하는 소음을 저감하고 기어의 동적 거동 안정성을 향상시킬 수 있다.
비교예 1에 있어서, 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi), 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi), 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo) 및 출력 기어(130)의 기어 잇수(Zo)는 각각 43, 43, 25, 50이다. 서로 맞물리는 입력 기어(110) 및 제1 기어(122)의 기어 잇수들은 2200rpm에서 아래와 같은 주파수들을 생성할 수 있다.
입력축 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000018
출력축 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000019
맞물림 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000020
조화 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000021
측대파 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000022
Hunting Tooth 주파수
Figure PCTKR2015001670-appb-I000023
따라서, 맞물리는 입력 기어(110) 및 제1 기어(122)의 기어 잇수들은 43개로 서로 동일하며 상기 기어들의 맞물림 발생시마다 서로 동일한 크기의 조화 주파수를 생성하여 소음을 유발할 수 있다. 또한, 서로 맞물리는 입력 기어(110) 및 제1 기어(122) 사이 그리고 서로 맞물리는 제2 기어(124) 및 출력 기어(120) 사이의 Hunting Tooth 주파수(fHT)들은 각각 36.67Hz로 상당히 높은 값을 가지므로, 기어의 맞물림시 발생하는 소음을 발생시키고 상당한 트랜스미션 에러를 발생시킬 수 있다.
비교예 2에 있어서, 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi), 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi), 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo) 및 출력 기어(130)의 기어 잇수(Zo)는 각각 44, 44, 28, 56이다. 비교예 1과 유사하게, 저주파수 대역 850 내지 1050Hz, 고주파수 대역 6.3 내지 8.5kHz 영역에서 소음이 발생할 수 있다. 또한, 서로 맞물리는 입력 기어(110) 및 제1 기어(122) 사이 그리고 서로 맞물리는 제2 기어(124) 및 출력 기어(120) 사이의 Hunting Tooth 주파수(fHT)들은 각각 36.67Hz로 상당히 높은 값을 가지므로, 기어의 맞물림시 발생하는 소음을 발생시키고 상당한 트랜스미션 에러를 발생시킬 수 있다. 그러므로, 맞물리는 기어들의 기어 잇수들에 따라 28차수와 44차수의 조화 주파수를 발생하고 이러한 조화 주파수는 플라이휠 하우징(50)과 같은 주변 구성 부품을 가진하여 진동 및 소음을 증폭할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi)와 출력 기어(130)의 기어 잇수(Zo)는 적어도 하나의 제1 공약수(a)를 포함하고, 아이들 기어(120)의 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi)와 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo)는 적어도 하나의 제2 공약수(b)를 포함할 수 있다. 제1 공약수(a)와 제2 공약수(b)는 서로소일 수 있다. 따라서, 서로 맞물리는 기어들은 조화 주파수를 생성하지 않고 상대적으로 낮은 Hunting Tooth 주파수를 생성시키는 기어 잇수들을 가질 수 있다.
실시예 1에 있어서, 입력 기어(110)의 기어 잇수(Zi)는 제1 공약수(a)인 7을 갖고, 이와 맞물리는 아이들 기어(120)의 제1 기어(122)의 기어 잇수(Zdi)는 제2 공약수(b)인 17을 갖는다. 이들 제1 및 제2 공약수들(a, b)은 서로소이다. 아이들 기어(120)의 제2 기어(124)의 기어 잇수(Zdo)는 제2 공약수(b)인 17을 갖고, 이와 맞물리는 출력 기어(110)의 기어 잇수(Zo)는 제1 공약수(a)인 7을 갖는다. 이들 제1 및 제2 공약수들(a, b)인 7과 17은 서로소이다.
예시적인 실시예에 따른 기어 트레인(100)의 서로 맞물리는 기어들은 조화 주파수를 생성하지 않고 상대적으로 낮은 Hunting Tooth 주파수를 생성시키는 기어 잇수들을 가질 수 있다. 따라서, 기어의 맞물림시 발생하는 소음을 저감하고 기어의 동적 거동 안정성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
* 부호의 설명
10: 크랭크샤프트 20: 피스톤
30: 캠샤프트 40: 타이밍 기어 케이스
50: 플라이휠 하우징 52: 플라이휠
100: 기어 트레인 110: 입력 기어
120: 아이들 기어 122: 제1 기어
124: 제2 기어 130: 출력 기어

Claims (6)

  1. 입력축의 일단부에 구비되며, Zi개의 기어 잇수를 갖는 입력 기어;
    출력축의 일단부에 구비되며, Zo개의 기어 잇수를 갖는 출력 기어; 및
    상기 입력 기어 및 상기 출력 기어 사이에서 상기 입력축으로부터 상기 출력축으로 기 설정된 변속비로 동력을 전달하고, 상기 입력 기어와 맞물리며 Zdi개의 기어 잇수를 갖는 제1 기어 및 상기 출력 기어와 맞물리며 Zdo개의 기어 잇수를 갖는 제2 기어를 구비하는 아이들 기어를 포함하고,
    상기 입력 기어의 기어 잇수(Zi)와 상기 출력 기어의 기어 잇수(Zo)는 적어도 하나의 제1 공약수(a)를 포함하고, 상기 제1 기어의 기어 잇수(Zdi)와 상기 제2 기어의 기어 잇수(Zdo)는 적어도 하나의 제2 공약수(b)를 포함하고, 상기 제1 공약수(a)와 상기 제2 공약수(b)는 서로소인 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변속비는 아래 식(1)에 의해 정의되고,
    변속비
    Figure PCTKR2015001670-appb-I000024
    … 식 (1),
    상기 변속비는 자연수인 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 변속비는 2인 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 기어의 기어 잇수(Zi), 상기 아이들 기어의 상기 제1 기어의 기어 잇수(Zdi), 상기 아이들 기어의 상기 제2 기어의 기어 잇수(Zdo) 및 상기 출력 기어의 기어 잇수(Zo)는 각각 42, 68, 51, 63인 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 입력축은 디젤 엔진의 크랭크샤프트이고, 상기 출력축은 캠샤프트인 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 기어 트레인은 상기 엔진의 일측에 구비되는 플라이휠 하우징 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 기어 트레인.
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