KR19990013468A - 수력 기계장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중간 축 (5) 에 의해서 출력 축과 회전 불가능하게 연결된 수력 기계장치에 관한 것으로, 상기 중간 축 (5) 은 하나 이상의 단부 가장자리에 내부 치형체와 맞물리는 외부 치형체 (6) 를 가지며, 이러한 맞물림이 상기 중간 축 (5) 의 스위블 운동을 허용한다.

본 발명이 이루고자 하는 의도는 이러한 기계 장치의 하중 용량을 증가시키고자 함이다.

이런 목적을 위해, 상기 외부 치형체 (6, 7) 는 축방향 단부 (15, 16) 에서 축방향 중심보다 더 작은 곡률을 갖는 오목한 형태의 이측면 (11, 12) 을 갖는 이 (10) 를 구비한다.

Description

수력 기계장치

본 발명은 중간 축에 의해서 회전 불가능하게 출력 축과 연결된 궤도 운행 변위 구성요소를 갖는 수력 기계장치에 관한 것으로, 중간 축은 하나 이상의 단부에 내부 치형체와 맞물리는 외부 치형체를 갖고, 이러한 맞물림이 중간 축의 스위블 운동 (swivel motion) 을 허용한다.

예를 들어, 그러한 기계는 미국 특허 3,973,880 호로부터 공지되어 있다.

예를 들어, 이러한 종류의 기계장치는 모터, 펌프 또는 조종 유니트로서 사용될 수 있다. 출력 축의 기능은 원하는 사용 목적에 달려 있다. 기계가 모터로 사용될 때는, 모터는 그 출력 축에 의해서 기계적 출력을 전달하며, 기계가 펌프로 사용될 때는, 출력 축에 의해 구동된다. 조종 유니트의 경우에, 조종 핸들바퀴 (steering handwheel) 는 출력 축과 연결될 수 있다.

많은 경우에 있어서, 변위 구성요소는 링 기어로 된 제 2 변위 구성요소와 결합하는 기어로 되어있다. 동작중의 변위 구성요소는 순수한 회전 운동을 실행할 뿐만 아니라, 출력 축의 축선 중심으로 궤도 운행한다.“dog-bone”으로 지칭되는 중간 축은 출력 축에 이러한 회전 운동을 전달하도록 제공되어 있다. 이러한 중간 축은 필요한 회전 운동을 허용함에 틀림없다.

대부분의 경우에 있어서, 중간 축은 변위 구성요소보다 약하고, 또한 출력 축 보다 약하다. 따라서, 이것이 기계의 하중 용량을 제한한다.

본 발명의 과제는 기계의 하중 용량을 증가시키는 것이다.

전술한 형태의 수력 기계장치에서, 이러한 과제는 외부 치형체가 축선 중심 영역보다 축방향 단부에서 더 작은 곡률을 갖는 오목형 이측면 (tooth side) 을 구비함으로써 해결될 수 있다.

이측면의 곡률이 형성되어, 가용 표면은 이의 축방향 단부를 향해 확장된다. 따라서, 이의 표면 압력, 즉 이측면상의 비하중 (specific load) 은 축방향 단부를 향해 감소된다. 축방향 중심을 향해 표면이 감소되어, 표면 압력, 즉 표면에 의해 분할된 힘이 증가하게 된다. 하지만, 여기서 이가 두꺼워져 있어서 하중을 더욱 쉽게 견뎌낼 수 있다. 지금까지 알려진 경우에 있어서는, 사실상 조건이 정반대였다. 이의 축방향 단부를 향해 증가된 표면 압력이 자연히 더욱 쉽게 손상 위험을 발생시켰다. 이측면이 오목하게 곡률을 이룬다는 사실은 예리한 내부 에지 (edge) 를 형성시킬 필요성을 없게 한다. 이것이 노치 (notch) 효과의 위험을 제거하고, 하중 용량을 다시 증가시킨다. 결과적으로 발생하는 부가적 장점은 적은 마모 집중 및 더욱 안정적인 작동 성능인데, 그 이유는 모든 다른 것들이 동일하다면, 이 및 반대편의 해당 치형체가 표면 압력이 감소된 상태로 상호 압박하고 있기 때문이다. 이러한 새로운 실시예로 인해, 나머지 치수가 동일하다면, 하중은 실제적으로 두 배가 될 수 있다. 이것은 부분적으로 노치 인자 (notch factor) 가 감소한 결과이며, 대개 응력 레벨을 감소시키는 장점을 갖는다. 또 다른 중요한 장점은, 중간 축상의 “예리한”이를 갖는 윤곽과 비교할 때, 윤곽의 향상된 지지 또는 지탱 성능이다.

바람직하게는, 인접한 이의 이측면는 계속적으로 연장하는 윤곽을 통해 서로 연결된다. 따라서, 이 틈새의 바닥부 또한 곡률에 포함될 수 있다. 이것이 이측면의 무단식 (step-free) 및 무결절 (bend-free) 연결을 제공하고, 작동 특성 및 마모 특성을 향상시키고, 하중 용량을 증가시킨다.

유리하게, 어떤 축방향 위치에서도 윤곽은 이측면과 동일한 곡률을 갖는다. 따라서, 축방향에 수직인 각각의 단면은 영구적으로 식별가능한 곡률을 이루고, 이러한 곡률상으로 내부 치형체의 반대편 해당 이는 잘 구를 수 있게 된다.

특히 바람직한 실시예에서, 이 틈새 형상은 반대편 원추대 (cone frustums) 의 원통형 표면 영역의 부분을 통해 형성되어 있다. 중간 축의 축선에 평행한 단면을 만들 때, 이 틈새의 바닥부는 반대편 방향으로 기울어진 두 개의 직선으로 이루어져 있다. 제조 기술적 이유로 인해, 물론 정확한 직선 형태로부터 편차가 허용되었다. 하지만, 축선 방향에서, 윤곽은 뚜렷한 곡률을 갖지 않는다. 단지 이것을 위한 조건은 기울기가 변위 구성요소 또는 출력 축 각각에 관해 중간 축의 스위블 각도에 조화된다는 것이다. 따라서, 하중은 각각의 이측면의 축방향 연장부의 반씩 나누어서 비교적 균등하게 분배될 수 있고, 표면 압력을 다시 감소시킨다.

유리하게, 이 틈새의 중간 바닥부는 중간 축의 축선에 대해 1°내지 10°범위, 바람직하게는 1°내지 3.5°범위의 기울기를 갖는다. 그러한 각도는 효과적이라고 입증되었다. 대부분의 경우에, 변위 구성요소의 궤도 운행을 허용하기에 매우 충분하다.

유리하게, 외부 연동은 3 내지 20 까지 범위의 이 수를 가지며, 8 내지 12 까지의 범위가 바람직하다. 이것은 결국 30°에서 45°까지 범위의 연동 각도를 발생시킨다. 이러한 크기의 연동 각도는 이에 긴 수명을 제공한다. 일반적으로, 이것은 비교적 안정적인 동작 성능을 발생시킨다.

효과적으로, 내부 치형체는 축방향으로 일정한 형태를 갖는다. 중간 축의 외부 치형체의 실시예로 인해, 변위 구성요소 또는 출력 축 각각의 내부 치형체는 축방향으로 변화하지 않도록 형성될 수 있다. 이것은 외부 치형체에 대해 내부 치형체의 더욱 우수한 적응을 가능하게 한다.

일반적으로 내부 치형체의 이의 형태는 실린더의 원통형 표면 영역의 부분을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 실제로, 이측면으로부터 이 틈새 이행할 때, 굽힘이 발생해서 노치 효과의 원인이 되는 상황을 유발할 것이다. 하지만, 여기서 구성요소의 치수가 상응하게 크고, 또한 훨씬 더 저항력이 있기 때문에, 중간 축상에 있는 것 보다 위험하지는 않다.

계속해서, 본 발명은 도면과 연관된 바람직한 실시예를 근거로 기재되어 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 수력 기계장치의 개략 종단면도.

도 2 는 외부 치형체를 갖는 중간 축의 단부를 도시한 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 수력 기계장치 2: 기어, 제 1 변위 구성요소

3: 제 2 변위 구성요소 4: 출력 축

5: 중간 축 6, 7: 외부 치형체

8, 9: 내부 치형체 10: 이

11, 12: 이측면 13: 바닥부

본 발명에 있어서는 모터로서 제시된 수력 기계장치 (1) 는 링 기어로 된 제 2 변위 구성요소 (3) 와 함께 작동하는 기어로 된 제 1 변위 구성요소 (2) 를 구비하고 있다. 이런 목적을 위해, 기어 (2) 는 축선 중심으로 궤도 운행함과 동시에 회전하는데, 즉 기어 (2) 의 중심이 이러한 축선 중심으로 회전을 실행한다.

동시에, 상기 축선이 출력 축 (4) 이며, 이러한 축선으로 인해, 변위 구성요소 (2) 는 중간 축 (5) 을 경유해서 회전 불가능하게 연결되어 있다. 변위 구성요소 (2) 가 한번 회전할 때, 중간 축 (2) 은 틀림없이 일정한 스위블 운동을 실행할 수 있으며, 즉 이러한 중간 축이 변위 구성요소 (2) 와 관절 형태로 연결됨이 틀림없다.

이러한 스위블 운동을 실행하기 위해서, 중간 축의 양쪽 축방향 단부는 외부 치형체 (6, 7) 를 갖고, 외부 치형체 (6) 는 변위 구성요소 (2) 상의 개략적으로 도시된 내부 치형체 (8) 와 연동하고, 외부 치형체 (7) 는 출력 축 (4) 상의 내부 치형체 (9) 와 연동한다.

외부 치형체의 형태는 도 2 를 기저로 지금부터 설명될 것이다. 하지만, 특히 기울기 각도를 설명하기 위한 목적으로 도시된 상세부의 치수는 과장되어 있다.

도 2 에 도시된 중간 축 중간 축 (5) 의 외부 치형체 (6) 는 이측면(11, 12) 을 갖는 여러개의 이 (10) 를 구비한다. 이측면 (11, 12) 은 오목하게 곡률을 이루고 있다. 인접한 이의 이측면 (11, 12) 은 서로에게 연장하며, 즉 오목한 곡률은 또한 이 틈새의 바닥부 (13) 에서 계속 이어져 있다.

이측면 (11, 12) 의 곡률 및 이 틈새의 바닥부 (13) 가 형성되어, 이 구조의 축방향 중심 (14) 으로부터 축방향 단부 (15, 16) 를 향해 넓어진다. 이것은 곡률을 나타내는 일반적으로 축방향으로 연장하는 라인들 (17) 간의 거리가 외부 치형체 (6) 의 축방향 중심 (14) 보다 축방향 단부 (14, 16) 에서 더 크다는 점으로부터 증명되었다. 이것은 이측면 (11, 12) 상의 가용 표면 (11, 12) 이 치형체의 축방향 단부 (15, 16) 방향으로 커져, 일정한 힘으로도 표면 압력이 감소될 것이라는 사실을 의미한다.

이측면 (11, 12) 및 바닥부 (13) 를 둘러싼 이 틈새의 윤곽의 어떤 축방향 위치에서도, 일반적으로 일정한 곡률이 유용하도록 되어 있다. 만약 그러한 위치에서 단면이 축방향에 수직으로 형성되어 있다면, 윤곽의 단면은 실제적으로 곡률 형태를 가질 것이다. 따라서, 이측면 (11, 12) 및 바닥부 (13) 를 덮고 있는 표면은 두 개의 정반대 원뿔대의 원통형 표면 영역의 부분을 통해 형성되게 된다.

두 개의 이 (10) 간의 중심에서 바닥부 (13) 는 중간 축 (5) 의 축에 대해 일정한 기울기를 갖는다. 현재의 경우에, 기울기 각도는 1°내지 3.5°범위내에 있다. 이러한 각도는 작동중의 출력 축 (4) 의 축선에 대해 중간 축 (4) 에 의해 취해진 기울기에 의존한다. 하지만, 이미 언급된 바와 같이, 도 2 에서의 치수는 크게 과장되었다.

외부 치형체와 함께 동작하는 정반대 치형체, 즉 변위 구성요소 (3) 상의 내부 치형체 (8) 는 원통 형태를 가지면서, 변위 구성요소 (3) 상에 부분적으로 끼워진 이를 통해 쉽게 형성될 수 있다. 따라서, 그 형태가 축방향으로 변하지 않는다. 그 형태로 인해, 이는 내마모성 및 높은 하중 용량을 가지면서, 도 2 에 도시된 외부 치형체와 함께 우수한 작동을 실행한다.

편의상, 외부 치형체 (6, 7) 는 8 내지 12 개의 이를 갖는다.

본 발명에 따른 수력 기계장치는 축선 중심 영역보다 축방향 단부에서 더 작은 곡률을 갖는 오목형 이측면 (tooth side) 을 갖는 외부 치형체를 구비함으로써 기계의 하중을 증가시킨다.

Claims (8)

1. 중간 축의 스위블 운동을 허용하는 내부 치형체와 맞물리는 외부 치형체가 하나 이상의 단부에 있는 중간축에 의해서 출력 축과 회전 불가능하게 연결된 궤도 운행 변위 구성요소가 있는 수력 기계장치에 있어서, 상기 외부 치형체 (6, 7) 는 중심 영역보다 축방향 단부 (15, 16) 에서 더 작은 곡률을 갖는 오목한 형태의 이측면 (11, 12) 을 갖는 이 (10) 를 구비한 것을 특징으로 하는 수력 기계장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 인접한 이 (10) 의 상기 이측면 (11, 12) 은 연속적으로 연장하는 윤곽을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 수력 기계장치.
3. 제 2 항에 있어서, 어떤 축방향 위치에서도, 상기 윤곽이 상기 이측면 (11, 12) 과 동일한 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 수력 기계장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 항에 있어서, 상기 이 틈새의 형태는 반대편 원뿔 받침대의 원통형 표면 영역의 부분을 통해서 형성되는 것을 특징으로 하는 수력 기계장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 이 틈새의 중앙에서 바닥부 (13) 는 상기 중간 축 (5) 의 축선에 대해 1°내지 10°, 특히 1°내지 3.5°범위의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 수력 기계장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 외부 치형체 (6, 7) 는 이의 수가 3 내지 20, 특히 8 내지 12 범위인 것을 특징으로 하는 수력 기계장치.
7. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 축방향에서 상기 내부 치형체 (8, 9) 는 일정한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 수력 기계장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 내부 치형체 (8, 9) 의 이의 형태는 실린더의 상기 원통형 표면 영역의 일부를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 수력 기계장치.