KR20190081920A - 전동운반차용 감속기 - Google Patents

Abstract

전동운반차용 감속기의 내구성이 증대되도록 한 본 발명은 모터(M)와 모터축(11)으로 결합되는 입력부(10)가 구비되며, 상기 입력부(10)와 기어물림으로 연결되는 제1감속부(20)가 구비되며, 상기 제1감속부(20)와 기어물림으로 연결되되, 제2구동기어(33)는 제2감속축(31)과 일측 모서리가 라운드 형상으로 결합되며, 제2피동기어(32)는 제2감속축(31)과 일측 모서리가 라운드(R) 형상으로 결합되며, 제2피동기어(32) 외측의 제2감속축(31) 직경(d1)이 14.5mm로 형성된 제2감속부(30)가 구비되며, 상기 제2감속부(30)와 기어물림으로 연결되되, 제3구동기어(43)는 제3감속축(41)과 일측 모서리가 라운드(R) 형상으로 결합되며, 제3피동기어(42)는 제3감속축(41)과 일측 모서리가 라운드(R) 형상으로 결합되며, 제3피동기어(42) 외측의 제3감속축(41) 직경(d2)이 12mm로 형성된 제3감속부(40)가 구비되며, 상기 제3감속부(40)와 기어물림으로 연결되되, 출력피동기어(52)는 이나비(L1)가 18mm로 형성되며, 출력피동기어(52) 일측의 출력축(51) 직경(d3)이 16mm로 형성된 출력부가 구비되도록 하되, 상기 구성들은 재질이 SCM415로 이루어지며 침탄 열처리 된 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명에 의한 전동운반차용 감속기의 내구성을 높혀 감속기(1)와 전동운반차(A)의 수명 향상과 농업분야의 경제력 향상 등 다수의 효과를 득할 수 있는 것이다.

Description

전동운반차용 감속기 {Speed reducer for electric carrier}

본 발명은 전동운반차용 감속기로서, 이를 보다 자세히 설명하면 농업분야에 사용되는 전동운반차의 동력전달장치로 사용되는 감속기의 내구성을 개선한 전동운반차용 감속기에 관한 것이다.

국내에서 사용되는 농업용 전동운반차는 감속기가 포함된 산업용 DC모터를 사용하고 있는 실정으로, 농업용 DC모터가 별도로 개발된 제품이 거의 없다. 따라서 고정된 장치에 부착되는 산업용 DC모터의 경우는 별 문제가 없으나, 상기 산업용 DC모터를 농업용 전동운반차에 사용하는 경우 주로 비포장도로에서 운행되므로 심한 충격이나 하중 또는 진동으로 인한 반복하중에 견디지 못하여 감속기의 기어 또는 축이 파손되거나 소음이 많이 발생하는 문제점을 가지고 있었던 것이다. 좀 더 구체적으로 감속기 외부의 모터 접촉부가 마모되거나, 감속기 내부의 축이 열화 되거나, 내부 구리스가 비산되어 응고되거나, 내부 기어가 마모되는 등의 문제가 있었던 것이다.

감속기와 관련한 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제0406311호(2004년 3월 30일자 공고)에 개제된 바와 같은 기어 감속기를 구비한 모터와 그것의 조립 및 보수방법이 있으나, 이러한 종래 기술은 그 구조가 조밀하면서 복잡하여 파손, 고장, 작동오류의 가능성이 높고 그에 따라 부품의 잦은 교체 또는 수리가 필요한 등 다수의 문제점을 가지고 있었던 것이다.

농촌진흥청 국립농업과학원에서 발간한 농작업 환경개선 편의장비 지원 사업 기술서의 통계에 따르면 농업용 전동운반차의 A/S 빈도가 배터리, 타이어, 감속기 순으로 높게 나타났으며, 소모품인 배터리와 타이어를 제외하면 감속기의 고장빈도가 가장 높은 것으로 나타났다. 따라서 감속기의 내구성 향상과 수명연장이 가장 시급한 실정으로 대두되는 것이다.

KR 10-0406311 B1 2004. 3. 30

농촌진흥청 국립농업과학원, 농작업 환경개선 편의장비 지원 사업 기술서, 발간등록번호11-1390802-001047-01, p.169

본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 본 발명은 감속기 내부 구성물의 내구성을 향상시키고 소음을 감소시키도록 한 전동운반차용 감속기를 제공코자 함을 발명의 목적으로 한다.

이와 함께 별도로 기술하지는 않았으나 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 청구범위를 감안하여 유추할 수 있는 범위 내의 또 다른 목적들도 본 발명의 전체 과제에 포함되는 것이다.

상기한 발명의 과제를 해결하기위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 전동운반차용 감속기를 구성함에 있어서, 상기 본 발명의 전동운반차용 감속기는 모터와 모터축으로 결합되는 입력부가 구비되며, 상기 입력부와 기어물림으로 연결되는 제1감속부가 구비되며, 상기 제1감속부와 기어물림으로 연결되되, 제2구동기어는 제2감속축과 일측 모서리가 라운드 형상으로 결합되며, 제2피동기어는 제2감속축과 일측 모서리가 라운드 형상으로 결합되며, 제2피동기어 외측의 제2감속축 직경이 14.5mm로 형성된 제2감속부가 구비되며, 상기 제2감속부와 기어물림으로 연결되되, 제3구동기어는 제3감속축과 일측 모서리가 라운드 형상으로 결합되며, 제3피동기어는 제3감속축과 일측 모서리가 라운드 형상으로 결합되며, 제3피동기어 외측의 제3감속축 직경이 12mm로 형성된 제3감속부가 구비되며, 상기 제3감속부와 기어물림으로 연결되되, 제4피동기어는 이나비가 18mm로 형성되며, 출력피동기어 일측의 출력축 직경이 16mm로 형성된 출력부가 구비되도록 하되, 상기 구성들은 재질이 SCM415로 이루어지며 침탄 열처리 된 것을 특징으로 하여 전동운반차용 감속기의 내구성을 높인 것이다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명의 전동운반차용 감속기의 내구성이 향상되므로 그 수명이 연장되어 기존 제품에 비하여 교체주기가 길어지고, 수리횟수도 줄어들어 그에 따른 구매비, 운영비 등이 감소하여 농업종사자에게 큰 도움이 되는 등 그 기대되는 효과가 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명이 적용된 전동운반차의 예시도
도 2는 본 발명의 분리된 상태의 입체도
도 3은 본 발명의 내부를 표현한 전개도
도 4a는 본 발명의 제2감속부의 비교도
도 4b는 본 발명의 제3감속부의 비교도
도 4c는 본 발명의 출력부의 비교도
도 5a는 본 발명의 감속기에 가해지는 응력을 표현한 비교도
도 5b는 본 발명의 제2감속부에 가해지는 응력을 표현한 비교도
도 5c는 본 발명의 제3감속부에 가해지는 응력을 표현한 비교도

본 발명은 내구성이 개선된 전동운반차용 감속기를 제공코자 하는 것으로서, 이를 하기에서 도면들과 함께 보다 구체적으로 설명토록 하며, 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 사용되는 용어들 역시 실시 예를 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐 해당 용어에 국한되어 해석해서는 아니 되는 것이다.

상기한 본 발명의 전동운반차용 감속기는 도1과 도2에 도시 된 바와 같이 감속기(1)가 전동운반차(A) 내부에 결합되어 있고, 상기 감속기(1)의 하우징(H) 일측에 모터(M)가 결합되어 있으며, 커버(C)를 격벽 삼아 내부에 감속을 위한 축과 기어가 베어링(B)에 결합되어 구비되어 있다.

도3에 도시된 바와 같이 모터(M)로부터 전달되는 회전력은 입력부(10)의 모터축(11)과 상기 모터축(11)에 결합된 모터구동기어(12)를 감속시켜 회전하며,

상기 모터구동기어(12)는 제1감속부(20)의 제1피동기어(22)에 기어물림되어 제1구동기어(23)를 감속시켜 회전하며,

상기 제1구동기어(23)는 제2감속부(30)의 제2피동기어(32)에 기어물림되어 제2구동기어(33)를 감속시켜 회전하며,

상기 제2구동기어(33)는 제3감속부(40)의 제3피동기어(42)에 기어물림되어 제3구동기어(43)를 감속시켜 회전하며,

상기 제3구동기어(43)는 출력부(50)의 출력피동기어(52)에 기어물림되어 출력축(51)을 감속시켜 회전하여 속도는 낮추고, 토크를 높힌 동력을 외부로 전달하게 되도록 구비되어 있다.

본 발명에서는 상기 축과 기어의 내구성을 증가시키기 위해 재질 변화, 열처리방식 변화, 형상 변화 등 시너지를 낼 수 있는 방식을 함께 적용토록 한다.

기존에 S45C(탄소강), SCM440(크롬몰리브덴강)의 재질로 제작되던 것을 SCM415(크롬몰리브덴강)의 재질로 변경하여 인장강도, 항복점, 인성(Toughness)이 증가하도록 하여 내구성을 향상시켰다.

열처리는 기존에 고주파 열처리를 하던 것을, 침탄 열처리 방식으로 변경하여 표면을 고탄소강으로 경화시키도록 한다. 따라서 표면은 딱딱하여 내마모성, 내마멸성이 증대되고, 내부는 상대적으로 무르게 하여 인성이 커져 휨을 잘 견디어 부러지지 않도록 하였다.

감속기(1) 내부의 기어축 중 상대적으로 부하가 더 발생되는 제2감속부(30)와 제3감속부(40)와 출력부(50)를 형상적 변화를 통하여 보강하고자 하였다.

도 4a에 도시된 바와 같이 제2감속부(30)에서 기존에는 제2감속축(31)과 제2구동기어(33)는 결합모서리가 직각형상으로 결합되어 있고, 제2감속축(31)과 제2피동기어(32)는 결합모서리가 각각 직각이 됨과 함께 제2감속축(31)과 제2피동기어(32)의 직경차이가 크게 결합되어 있기 때문에 축에 비틀림 응력과 전달 응력이 함께 적용되어 파손될 가능성이 높았다.

따라서 제2감속부(30)에서 제2감속축(31)과 제2구동기어(33)의 결합부를 응력이 분산되도록 라운드(R)지게 형상을 변경하고, 제2피동기어(32)와 제2감속축(31)는 서로의 직경차이를 줄이고자 제2피동기어(32)가 결합되는 제2감속축(31)의 일부의 직경(d1)을 기존 10mm에서 14.5mm로 증가시키고 라운드지게 형상을 변경하여 응력발생 감소와 함께 응력집중을 감소시키는 효과를 발생시킨다.

도 4b에 도시된 바와 같이 제3감속부(40)는 제2감속부(30)와 유사하게 제3감속축(41)과 제3구동기어(43)의 결합부를 라운드(R)지게 형상을 변경하고, 제3피동기어(42)가 결합되는 제3감속축(41) 일부의 직경(d2)을 기존 10mm에서 12mm로 증가시켜 직경차이를 줄였다. 이에 따라 제3감속부(40) 역시 응력발생과 응력집중을 감소시키도록 하였다.

도 4c에 도시된 바와 같이 출력부(50)는 출력피동기어(52)와 출력축(51)의 직경차이를 줄이기 위해 출력축(51)의 일부 길이의 직경(d3)을 증가시켜 응력발생을 감소 시키고, 출력피동기어(52)(51)의 이나비(L1)를 증가시켜 기어의 내구성을 증대시켰다.

상기 재질 변화, 열처리방식 변화, 형상 변화에 따른 효과상 차이를 쉽게 보이기 위해 시뮬레이션 결과를 첨부토록 한다.

도 5a는 감속기(1)의 기어축에 가해지는 외부응력을 해석한 결과로서 좌측은 기존 감속기에 가해지는 외부응력 해석값이고, 우측은 본 발명의 감속기(1)에 가해지는 외부응력 해석값이다. 기존 외부응력값에 비해 본 발명의 외부응력값이 상대적으로 작아진 것을 알 수 있으며 이는 감속기(1)의 구성인 기어와 축에 가해지는 응력이 줄어든 것이며, 이것은 안전계수(=안전율)가 높아졌음을 의미한다.

안전계수는 "재료가 견딜 수 있는 강도(허용응력)"에 "외부에서 가해지는 응력(실제응력)"을 나눈 값으로, 안전계수 값이 클수록 파손 될 가능성이 낮아진다. 시뮬레이션 계산 결과 기존 안전계수가 1.33이었던 것에 비해, 본 발명의 안전계수는 1.61로 안정성이 현저하게 높아졌다.

도 5b과 도 5c에 도시된 바와 같이 제2감속부(30)와 제3감속부(40)를 각각 개별적으로 시뮬레이션한 결과를 보면 개선 전에 비하여 본 발명에서 외부응력값이 낮아짐과 동시에 축에 작용하는 응력이 분산된 것을 색상별 도시로 알 수 있으며, 응력집중의 문제를 해소한 것을 알 수 있다.

다방면의 개선을 통하여 감속기(1)의 수명 향상을 기대할 수 있고 이에 따라 수리, 교체 주기가 줄어 그와 관련한 비용이 감소하므로 농업분야의 경제적 부담을 덜 수 있게 되는 2차적인 효과도 기대할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이며, 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정해지는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.

A: 전동운반차, B: 베어링, C: 커버, H: 하우징, M: 모터
1: 감속기
10: 입력부, 11: 모터축, 12: 모터구동기어
20: 제1감속부, 21: 제1감속축, 22:제1피동기어, 23:제1구동기어
30: 제2감속부, 31: 제2감속축, 32:제2피동기어, 33:제2구동기어
40: 제3감속부, 41: 제3감속축, 42:제3피동기어, 43:제3구동기어
50: 출력부, 51: 출력축, 52: 출력피동기어

Claims (1)

1. 모터(M)와 모터축(11)으로 이루어지는 입력부(10);
   상기 입력부(10)와 기어물림으로 연결되는 제1감속부(20);
   상기 제1감속부(20)와 기어물림되어 연결되는 제2감속축(31)이 구비되며, 상기 제2감속축(31)과 일측 모서리가 라운드(R) 형상으로 결합되는 제2구동기어(33)가 구비되며, 상기 제2감속축(31)과 일측 모서리가 라운드(R) 형상으로 결합되는 제2피동기어(32)가 구비되며, 상기 제2피동기어(32) 일측의 제2감속축(31) 직경(d1)이 14.5mm로 형성된 제2감속부(30);
   상기 제2전달부와 기어물림되어 연결되는 제3감속축(41)이 구비되며, 상기 제3감속축(41)과 일측 모서리가 라운드(R) 형상으로 결합되는 제3구동기어(43)가 구비되며, 상기 제3감속축(41)과 일측 모서리가 라운드(R) 형상으로 결합되며는 제3피동기어(42)가 구비되며, 상기 제3피동기어(42) 일측의 제3감속축(41) 직경(d2)이 12mm로 형성된 제3감속부(40);
   상기 제3감속부(40)와 기어물림으로 연결된 출력축(51)이 구비되며, 상기 출력축(51)이 관통고정되는 출력피동기어(52)의 이너비(L1)가 18mm로 형성되며, 출력피동기어(52) 일측의 돌출된 출력축(51) 직경(d3)이 16mm로 형성된 출력부(50);
   가 포함되되 상기 구성들은 재질이 SCM415로 이루어지며 침탄열처리 된 것을 특징으로 하는 전동운반차용 감속기.

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