KR20000022163A - 연결 및 시험을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 최대로 관찰된 토크가 적용될 때, 비틀림에 대하여 보호되는 캠, 디스크, 기어휠 및 이와 유사한 사프트상의 고정물과 같은 부분들을 고정시키기 위해 저비용으로 가능한 방법을 제공하기 위한 것이다.

최소한 샤프트상에 고정되는 부분인 비원형의 외형(profile)은 맞물림 작용을 제거함으로써 실질적으로 두 부분이 서로에 대하여 증가하는 저항에 대하여 비틀림에 저항하는 범위로 상기 부분과 샤프트 사이의 키이 연결(keyed connection)을 달성하고 상기 부분들에 의해 전송된 토크를 초과하는 최종토크가 달성되는 효과를 가진다.

캠이 샤프트상의 의도하는 각도위치로 회전하기 위해 요구되는 힘이 부가적으로 측정된다는 사실은 셋포인트 값(setpoint value)으로 측정된 힘의 비교에 따라 의도된 고정위치가 달성되었는 지를 시험할 수 있도록 한다.

모든 캠에서 의도된 각도위치로 회전하기 때문에 의도된 고정위치의 달성은 모든 캠에서 수행되며 따라서, 상기 시험은 100%일뿐만 아니라 비파괴성이다.

Description

연결 및 시험을 위한 방법 및 장치

예를들어 캠을 수축맞춤(shrink-fitting)에 의해 또는 관형상의 샤프트를 확장함으로써 샤프트상에 고정하는 것은 공지되어 있다.

수축맞춤(DE 3,301,749 A), 가열된 캠은 샤프트로 가압될 수 있고 냉각되는 동안 수축됨으로써, 상기 샤프트상에 안전하게 수축된다. 관상의 샤프트는 샤프트상에 배치된 캠의 구멍으로 수축되어 마찰되어 연결되기 위해 높은 내부압력을 적절히 적용함으로써 확장될 수 있다.(DE 3,803,687 A)

대응하는 비원형의 내부윤곽을 가지는 캠이 고정된 비원형의 외부윤곽을 가지는 샤프트를 사용하는 것이 역시 공지된 바 있다.

다각형 샤프트상에 캠을 고정시키는 것은 캠위를 가압하고 후속하는 다각형 튜브의 배면이 튀어오를 때, 다각형 형상의 내부잠김작용이 다각형면의 확장 또는 다각형 숄더의 압축에 의해 발생하도록 하기 위한 것이다.

또한, 샤프트 내부공간에 고압을 발생시킴으로써 비원형 설계를 가지는 캠의 고정위치를 제공하고 캠의 비원형 고정위치로 관형상의 샤프트의 벽을 회전시키는 것도 이미 제안된 바 있다.(DE 2,546,802 C)

그러나, 샤프트가 작동되는 동안 발생하는 힘의 변환을 위하여 요구되는 마찰연결이 항상 요구되는 안정성을 가지고 달성되는 것은 아니라는 거이 발견된 바있다. 내부고압에 의한 관형상의 샤프트의 확장은 상기 방법의 실행을 위한 사이클 시간 및 필요한 매우 높은 고압을 발생시키기 위해 상당한 시간을 요구하기 때문에 따라서 높은 비용이 발생한다.

본 발명은 샤프트에 배치된 하나이상의 부분에 샤프트를 비틀림 저항연결하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 부분에 샤프트와 맞물려 작용하는 홈을 형성하고 맞물림 부분을 제거함으로써 샤프트의 특정부분에 고정되며 따라서, 조립체에 연결되며 이어서 샤프트에 연결되는 것이다.

도 1은 결합된 샤프트와 캠의 단면도이다.

도 2는 내부 고압변형으로 샤프트가 확장된 상태를 도시하는 단면도.

도 3은 드리프트에 의해 샤프트가 확장된 상태를 도시하는 단면도.

도 4는 의도한 위치로 캠이 회전하는 상태를 도시하는 측단면도이다.

*부호설명

1: 샤프트 2: 캠부분

3: 구멍 4: 스플라인

5; 기준표면 6: 간극

7: 드리프트 8: 캠 그리퍼

9: 작동요소 10: 회전장치

11: 측정장치 12: 카운터 고정장치

13: 비교장치

따라서, 본 발명의 목적은 최대로 관찰된 토크가 적용될 때, 비틀림에 대하여 보호되는 캠, 디스크, 기어휠 및 이와 유사한 사프트상의 고정물과 같은 부분들을 고정시키기 위해 저비용으로 가능한 방법을 제공하기 위한 것이다. 상술한 목적은 청구범위에 서술된 특징에 의해 달성된다.

최소한 샤프트상에 고정되는 부분인 비원형의 외형(profile)은 맞물림 작용을 제거함으로써 실질적으로 두 부분이 서로에 대하여 증가하는 저항에 대하여 비틀림에 저항하는 범위로 상기 부분과 샤프트 사이의 키이 연결(keyed connection)을 달성하고 상기 부분들에 의해 전송된 토크를 초과하는 최종토크가 달성되는 효과를 가진다.

샤프트가 고정된 후에 상기 부분이 의도된 각도위치로 회전한다는 사실은 전송되는 토크를 위해 요구되는 값에 대한 마찰연결효과를 증대시킨다. 이것을 위한 전제조건은 물론 고정되어지는 상기 부분의 전환이 스플라인이 서로 슬라이드 되는 방향으로 일어난다는 것이다.

상기 의도된 위치로 전환되는 것이 역시 상기 부분이 일반적으로 작동시 또는 - 만약 양 회전방향으로 토크가 전송되는 경우- 다른 크기의 두 토크보다 더 큰 전송토크를 가지는 방향에서 발생하는 것이 바람직하다.

캠이 샤프트상의 의도하는 각도위치로 회전하기 위해 요구되는 힘이 부가적으로 측정된다는 사실은 셋포인트 값(setpoint value)으로 측정된 힘의 비교에 따라 의도된 고정위치가 달성되었는 지를 시험할 수 있도록 한다.

모든 캠에서 의도된 각도위치로 회전하기 때문에 의도된 고정위치의 달성은 모든 캠에서 수행되며 따라서, 상기 시험은 100%일뿐만 아니라 비파괴성이다.

본 발명에 따른 효과는 상기 캠이 스플라인 표면 외형(profile)만을 가지는 경우 이미 달성된다. 캠이 샤프트에 수축 고정되는 동안 또는 샤프트가 상기 캠의 구멍으로 확장되는 동안 상기 샤프트는 캠의 외형(profile)위로 가압된다.

상기 키 연결은 특히 효과적이며, 한편, 만약 두 캠과 샤프트가 조화되는 스플라인 표면 외형(profile)을 가지는 경우 상기 캠은 샤프트 상에 수축고정된다.

한편, 상기 샤프트가 중공현상이고 캠의 구멍으로 확장되는 방법이 바람직하다. 상기 확장은 고압매체 또는 샤프트를 통한 팽창 드리프트(drift)의 이동에 의한 공지된 고압 내부 팽창으로 발생될 수 있다.

만약 팽창 드리프트가 역시 채택된 스플라인 외형(profile)을 가지고 이동, 바람직하게는 적절한 각도위치로 샤프트를 통하여 당겨지는 경우, 즉, 스플라인과 함께 상기 샤프트의 스플라인이 캠의 스플라인 사이의 만곡부로 가압되는 위치에서 캠을 샤프트상에 특히 효과적으로 고정시킬 수 있다.

본 발명은 캠샤프트를 예로들어 도시하고 있는데, 한편, 이것이 어떤 의도된 부분, 예를들어, 기어휠, 벨트 풀리, 크랭크 아암 등이 샤프트상에 고정될 때 사용될 수 있다.

도 1은 외부표면상의 외형(profile)이 없는 평탄하고 중공상태인 샤프트(1)를 도시한다. 대조적으로 샤프트상에 맞물린 캠(2)은 그 구멍 내에 환상의 스플라인 외형(profile)을 가진다. 상기 환상의 스플라인 외형(profile)은 가공의 원통형의 기준표면(5)위로 상승하고 아래로 가파르게 배면이 하강하는 스플라인(4)을 포함한다.

도시된 상기 세 스플라인(4)은 각 경우 120°로 주위에 서로에 대하여 갈라져 나온다. 샤프트(1)과 맞물린 캠(2)사이에는 간극(6)이 있다.

스플라인(4)의 경사는 명확성을 위해 다소 과장되어 도시되어 있으며 1:50 과 1:200사이이고 바람직하게는 1:100이다.

샤프트 상에 캠(2)을 고정하기 위하여 도 2의 실시예에서는 매우 높은 고압하에서 유체가 중공의 샤프트내로 유입된다.- 이 내부고압 변형 방법은 공지되어 있으므로 여기서 상세히 설명하지 않는다.

상기와 같은 고압은 캠(2)내의 스플라인(4)사이의 간격에 따라 영구적인 변형이 되는 동안 샤프트가 팽창되게 한다.

도 3의 실시예에서, 캠(2)을 고정하기 위해, 드리프트(7)는 마찬가지로 샤프트가 영구적으로 변형됨으로써 샤프트(1)를 통하여 당겨진다. 상기 드리프트는 환상의 원주표면을 가질 수 있다. 그러나, 마찬가지로 캠의 환상의 스플라인 외형(profile)을 가질 수 있고 스플라인이 결합되는 각도위치에서 샤프트를 통하여 당겨지며 캠내의 스플라인(4)사이의 간격과 대향된다.

도 4에 따르면, 상술한 방법으로 샤프트상에 고정된 캠(2)은 회전장치(10)에 의해 회전각도 α 로 회전하여 샤프트상에서 의도된 각도위치가 되어 개략적으로 나타난 바와 같이 캠을 고정하고 캠 그리퍼(8)과 유체작동 요소(9)를 가진다.

상기 작동시 캠의 스플라인과 샤프트상에 형성된 스플라인의 배면은 서로 슬라이드되며 이것은 상기 부분들이 변형되고 부분들사이의 마찰연결이 증가되기 까지 상기 배면사이의 표면압력을 증가시킨다.

본 발명에 따르면, 캠을 샤프트 상의 위치로 회전시키기 위한 힘은 예를들면 샤프트를 위해 회전하도록 장착된 카운터 고정장치(12)에 의해 작용하고 미리 설정된 셋포인트 값으로 비교장치(13)에서 비교되는 로드 셀의 형태로 측정장치(11)에 의해 감지된다.

캠의 회전을 위한 힘의 셋포인트 값이 적어도 상기 요건과 일치하는 부분에 도달한다면 비교장치(13)에서 값비교의 결과가 나타난다.

캠(2)이 의도하는 각도 위치로 회전하는 것은 동시에 모든 캠에서 발생되지만, 측정장치(11)는 알려지지 않고 남아있을 수 있는 캠의 하나를 부적절하게 고정하고 모든 캠을 함께 회전하기 위하여 요구되는 힘을 감지하게 된다. 따라서, 캠의 회전(2)을 수행하고 각각의 캠에서 분리되어 발생하는 각각의 토크의 감지하는 것이 바람직하다.

샤프트(1)에 대하여 어떤 특정한 각도위치를 가지지 않아야 하는 기어 휠 또는 디스크와 같은 부분에서, 예를들어 회전과 마찰연결의 연속적인 증가는 의도된 고정토크에 도달할 때까지 수행된다.

고정토크에 도달하는 것은 측정장치(11)와 비교장치(13)에 의해 감지될 수 있으며, 따라서 회전장치(10)가 상응하게 제어될 수 있다.

평탄한 샤프트(1)대신에 나타난 방법의 변형에서, 그 외부 표면상에 마찬가지로 캠의 환상의 스플라인 외형(profile)과 맞물리도록 이루어진 외형(profile)을 가지는 샤프트가 역시 사용된다. 상기 샤프트가 확장될 때, 오직 필요한 두 부분사이의 맞물림은 제거되며 캠의 구멍(3)내에서 스플라인 사이의 간격으로 샤프트가 변형될 필요가 없다.

환상의 외형(profile)을 가지는 다수의 스플라인은 조립체의 의도된 사용에 따른다. 만약 높은 중심정밀도가 여기서 중요하다면 서로 동일한 간격으로 배치된 세 개의 캠이 결합되는 것이 바람직하다.

한편, 예를들어 내연기관을 위한 캠샤프트의 경우 적절한 수의 스플라인은 캠샤프트가 사용되는 엔진의 실린더 수에 바탕을 두게 된다.

예를들면, 4개의 실린더를 가지는 엔진을 위하여, 캠은 4개의 스플라인, 캠을 가지고 6개의 실린더를 가지는 엔진에는 6개의 스플라인이 사용되는 것이 바람직하다.

Claims (15)

1. 샤프트상에 맞물림 작용으로 맞물리는 부분을 처리하며 맞물림을 제거함으로써 샤프트 상의 특정위치에 고정되고 샤프트상에 배치된 하나이상의 부분에 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법에 있어서,

   상기 부분이 샤프트상에 위치하게 되는 하나이상의 표면이 다수의 만곡되고 원주둘레에 동일한 각도로 분기되는 스플라인 표면으로 형성되는 외형(profile)을 가지고, 점차적으로 원통형의 기준표면상의 내부로 상승하고 다시 하강하며,

   샤프트와 상기 부분사이의 맞물림 작용이 제거되고,

   고정을 위해 상기 부분이 맞물림이 제거된후 의도된 위치로 회전하는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 부분이 의도된 위치로 회전하기 위해 요구되는 힘이 측정되는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법.
3. 제 1항에 있어서, 샤프트 상의 고정되는 표면의 두 부분과 샤프트가 서로 맞물리는 외형을 가지는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법.
4. 전 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 부분이 샤프트상으로 수축 맞물림되는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법.
5. 전항 중 어느 한항에 있어서, 상기 샤프트가 중공형태이며 확장되는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 샤프트의 확장이 그 내부에 매우 높은 고압의 유체압력이 적용됨으로써 일어나는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 샤프트의 확장이 샤프트의 내부직경보다 큰 외부직경의 드리프트를 통하여 발생하는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 드리프트가 샤프트상의 부분과 맞물리는 외형과 일치하는 외형을 가지고 각도가 일치하도록 중공샤프트를 통하여 움직이는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법.
9. 제 1항에 있어서, 상기 부분을 의도된 위치로 회전시키기 위한 힘의 측정값이 셋포인트값과 비교되는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 방법.
10. 샤프트상에 맞물림 작용으로 맞물리는 부분을 처리하며 맞물림을 제거함으로써 샤프트 상의 특정위치에 고정되고 샤프트상에 배치된 하나이상의 부분에 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 장치에 있어서,

    상기 캠부분(2)과 샤프트사이의 맞물림을 제거하는 수단과,

    의도된 각도위치로 샤프트상에 고정된 부분을 회전시키는 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 캠부분(2)과 샤프트사이의 맞물림을 제거하는 수단(6)이 상기 부분의 외형내로 상기 샤프트를 유체 압력 변형을 수행하는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 장치.
12. 제 10항에 있어서, 상기 캠부분(2)과 샤프트사이의 맞물림을 제거하는 수단(6)이 샤프트를 통하여 움직일 수 있고 샤프트를 상기 부분의 외형내로 변형시킬 수 있는 확장 드리프트(7)를 가지는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 장치.
13. 제 10항에 있어서, 캠부분(2)을 샤프트상의 의도된 각도위치로 회전시키기 위해 요구되는 힘이 감지될 수 있고 상기 힘의 셋포인트 값과 비교될 수 있도록 하는 측정장치(11)와 비교장치(13)를 가지는 것을 특징으로 하는 샤프트의 비틀림 저항연결을 하기 위한 장치.
14. 캠부분의 내부직경 또는 샤프트의 외부직경을 변화시킴으로써 관형상의 샤프트상에 고정된 하나이상의 캠부분을 가지는 연결된 소재에 있어서,

    하나이상의 상기 캠부분(2)이 다수의 스플라인으로 형성되고 각각의 경우 원주주위로 동일한 각도로 분기되며 점차적으로 원통형의 기준표면(5)위로 상승하고 다시 아래로 하강하는 외형을 가지고, 상기 캠부분이 샤프트에 고정된 후에 의도된 위치로 회전하는 것을 특징으로 하는 소재.
15. 캠부분의 내부직경 또는 샤프트의 외부직경을 변화시킴으로써 샤프트상에 고정된 하나이상의 캠을 가지는 구성된 캠샤프트에 있어서,

    하나이상의 캠(2)이 다수의 스플라인으로 형성되고 각각의 경우 원주주위로 동일한 각도로 분기되며 점차적으로 원통형의 기준표면(5)위로 상승하고 다시 아래로 하강하는 외형을 가지고,

    상기 캠이 샤프트(1)에 고정된 후에 의도된 위치로 회전하는 것을 특징으로 하는 캠샤프트.