KR920008646B1 - 파형식 맞물림변형기어장치 - Google Patents

파형식 맞물림변형기어장치 Download PDF

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KR920008646B1
KR920008646B1 KR1019880012132A KR880012132A KR920008646B1 KR 920008646 B1 KR920008646 B1 KR 920008646B1 KR 1019880012132 A KR1019880012132 A KR 1019880012132A KR 880012132 A KR880012132 A KR 880012132A KR 920008646 B1 KR920008646 B1 KR 920008646B1
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쇼이치 이시가와
요시히데 기요사와
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가부시키가이샤 하모닉드라이브시스템
마고토 아츠오
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Abstract

내용 없음.

Description

파형식 맞물림 변형기어장치
제1도는 종래 파형식 맞물림변형기어장치의 정면도이고.
제2a도∼제2d도는 제1도 기어장치의 동작설명도.
제3도는 종래 파형식 맞물림변형기어장치의 단면도.
제4도는 컵형 맞물림변형기어장치의 원형기어 또는 평형맞물림변형기어장치의 제2원형기어에서 원형기어의 운동궤적에 대한 렉크치형 근사방법에 의해 근사정도를 나타내는 그래프.
제5도는 가요성기어가 컵형 맞물림변형기어장치의 원형기어 또는 평형맞물림변형기어장치의 제2원형기어와 연속접촉이 이루어질 수 있도록 하는 치형의 일예를 나타낸 설명도.
제6도는 본 발명에 따른 파형식 평형맞물림변형기어장치에서 제1원형기어의 치형곡선을 나타낸 그래프.
제7도는 본 발명에 따른 파형식 평형맞물림변형기어장치에서 제1원형기어의 운동궤적곡선을 나타낸 그래프.
제8도는 본 발명의 기어장치의 종래의 기어장치에서 가요성기어와 원형기어의 연속접촉형 치형의 맞물림 상태를 비교하여 나타낸 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 10 : 파형식 맞물림변형기어장치 2 : 원형기어
3 : 가요성기어 4 : 파동발생기
5 : 캠판 6 : 베아링
7 : 바깥레이스 8 : 이빨간격
9 : 이빨 11 : 제1원형기어
12 : 제2원형기어 13 : 가요성기어
14 : 파동발생기
본 발명은 파형식 맞물림변형기어장치에 관한 것으로, 특히 강체로된 제1원형기어와, 이 제1원형기어와 다른 이빨수를 가지면서 이 제1원형기어의 축과 동축상에 병열배치된 강체로된 제2원형기어, 상기 제1원형기어와 동일한 이빨수를 가지면서 상기 원형기어들의 안쪽에서 이 원형기어들과 맞물리도록 동축상에 배치된 가요성기어 및, 이 가요성기어를 구부려 변형시켜 상기 제1 및 제2원형기어와 국부적으로 맞물리도록함과 더불어 형상이 변형된 상기 가요성기어를 회전시켜 주기 위한 파동발생기를 구비하고서, 상기 파동발생기가 이들 제1, 2원형기어사이에서 상대적인 회전을 야기시키도록 회전되는 파형식 맞물림변형기어장치에 사용되어지는 원형기어의 이빨형상을 개량시킨 것에 관한 것이다.
통상적으로 파형식, 맞물림변형기어장치는 미국특허 제2,906,143호에서와 같이 공지된 것이 있는바, 이러한 파형식 맞물림변형기어장치는 강체로 된 원형기어와, 이 원형기어 안쪽에 배열되어지는 예컨대, 2개 지점에서 원형기어와 맞물려지도록 타원형형상으로 변형되면서 상기 원형기어의 잇빨수보다 2n 배(n은 양의 상수)로 많거나 작은 이빨수를 갖는 가요성기어 및, 이 가요성기어안쪽에 배치되어서 상기 가요성기어를 예컨대 타원형으로 변형시켜 상기 원형기가 타원체의 주축상의 2개지점에서 가요성기어와 맞물려지도록 하는 파동발생기로 이루어져 있고, 상기 파동발생기는 타원형 캠판과, 이 캠판의 바깥주변에 꼭끼게 장착된 보올베아링으로 이루어져 있으며, 이 베아링의 바깥레이스는 가요성기어를 타원형으로 변형시킬 수 있도록 상기 가요성기어속으로 삽입되어져 있다.
이와 같은 종래의 파형식 맞물림변형기어장치에 있어서, 파동발생기의 캠판에 고정된 입력축은 타원형으로 변형된 가요성기어가 회전되어지는 동안에 회전되도록 되어, 상기 타원형의 가요성기어가 회전을 시작함에 따라 가요성기어와 원형기어중의 한쪽이 이들 양 기어의 이빨수 차이에 비례하여 다른 한쪽을 회전시켜 주게 되며, 또 출력축은 가요성기어 또는 원형기어상에 설치되어져 있기 때문에 입력축에 비해 매우 느리게 회전되게 된다. 따라서 이러한 파형식 맞물림변형기어장치는 적은 부품수로도 높은 감속비를 얻을 수가 있기 때문에 정밀기계등에 많이 사용되어 왔다.
또한 최근에는 이러한 파형식 맞물림변형기어장치에 부하용량을 증가시키면서 양호한 성능을 얻기 위해 이빨의 맞물림특성을 개선시킨 기어의 이빨이 개발되고 있는바, 이러한 기본기어의 이빨은 미국특허 제3,415,143호에 상세히 게재되어 있다. 그런데 이 이빨은 인벌류우트치형으로 되어 있어 타원형 가요성기어가 타원체의 주축상의 2지점에서만 원형기어에 맞물려지게 되어 허용가능한 전달토오크가 낮아지게 되는 결과를 초래하게 된다.
더구나 이 특허에서의 기어이빨이 파형식 맞물림변형기어에 적용된다면 기어들중의 1개의 기어의 이빨이 다른 기어의 이빨과 완전히 분리될 때까지 가요성기어가 원형기어와의 연속맞물림이 곤란하게 되는바, 특히 제4도의 곡선 a와 c로 도시된 바와 같이 0 내지는 음(-)으로 편위된 경우에서는 강체로된 원형기어에 맞물린 가요성기어가 이빨의 대표적인 접촉점의 운동궤적(곡선 c의 상부위는 제외)을 가짐으로써 이 궤적은 원형기어에 대하여 오목해지게 된다.
따라서 양기어사이의 연속 접촉을 얻기 위해서는 원형기어의 이빨형상이 선형이빨과 인벌류우트이빨에 비슷하지 않은 볼록한 형상으로 형성될 필요가 있고, 또한 가요성기어의 대표적인 접촉점의 운동궤적이 제4도 b곡선으로 도시된 바와같이 볼록한 형상(양의 편위)이면, 이 가요성기어의 처짐이 증가되어 굽힘응력이 증가되며, 이에 따라 궤적의 이용가능한 범위가 적어진다는 결점이 생겨 약간의 이빨만이 서로 맞물려지므로 상기 미국특허 제3,415,143호에 게재된 파형식 변형기어장치를 개선시킬 필요가 있는 것이다.
이를 위해 상기 미국특허 제3,415,143호의 발명자중의 한사람인 이시카와는 본원 발명에 참고로한 미국특허출원 제114,119호로 개량된 파동식 맞물림변형기어장치를 제안한바, 이 개량된 파동식 맞물림변형기어장치에 있어서는 원형기어와 가요성기어의 양쪽 이빨면이 볼록한 형상으로 형성되고, 이들 이빨의 측면이 오목하게 형성되어, 상기 기어중 1개의 기어의 볼록한 이빨면이 다른 기어의 볼록한 이빨면에 대해 맞물려짐으로써 연속적인 맞물림내지는 접촉이 이루어지도록 되어 있다.
상술한 바와 같은 파형식 맞물림변형기어장치는, 강체로된 하나의 원형기어와 이 원형기어와 다른 이빨수를 가지면서 컵형상의 가요성기어로 이루어진 소위 컵형파형식 맞물림변형기어장치에 따라서는 성공적으로 작동되게 된다.
그러나, 상술한 컵형기어장치와는 별개로 평형(平形)파형식 맞물림변형기어장치라 불리우는 파형식 변형기어장치가 있는바, 이 평형기어장치는 강체로된 제1원형기어와, 이 제1원형기어와 다른 이빨수를 가지면서 제1원형기어의 축을 따라 병렬로 배열된 제2원형기어, 상기 제1원형기어와 동일한 이빨수를 가지면서 상기 양쪽 원형기어내부에 동축상으로 배치되어 맞물려지도록된 가요성기어 및, 상기 가요성기어의 변형된 형상을 회전시켜줌과 더불어 양쪽 원형기어의 각각의 이빨에 상기 가요성기어가 부분적으로 맞물려지도록 이 가요성기어를 구부려 변형시키는 파동발생기로 이루어지는바, 여기서 이 파동발생기는 제1, 2원형기어 사이에서 상대회전을 발생시켜주기 위해 회전되도록 되어 있다.
여기서 이러한 파형식 맞물림변형기어장치를 평형(碎展)파형식 맞물림변형기어장치라 칭하는 이유는 2개의 원형기어가 서로 병렬로 배치되고 가요성기어가 환상형으로 형성되어 이 기어전체가 얇고 편평한 형상으로 만들어지기 때문이다.
이같은 평형파형식 맞물림변형기어장치에 있어서 상기 미국특허출원 제114,119호의 치형은 이빨의 연속맞물림을 얻기 위하여 다른 이빨수를 가진 제2원형기어와 가요성기어사이의 맞물림부분에 적용될 수 있는 반면에, 상기 미국특허출원 제114,119호와 동일한 치형은 동일한 이빨수를 가진 제1원형기어와 가요성사이의 맞물림에는 적용되어질 수 없는 바, 왜냐하면 이들 양기어 사이에는 상대회전이 없고, 단지 상기 가요성 기어의 이빨은 제1원형기어의 공간내에서만 이동되기 때문이다.
그리고, 예컨대 미국특허 제2,959,065호에 기재된 바와 같이 제1원형기어와 가요성기어 사이의 맞물림구조를 살펴볼 것 같으면, 이 특허의 파동식 맞물림변형기어장치는 제1원형기어가 타원체 파동발생기의 주축으로부터 떨어진 특정지점에서 가요성기어와 맞물리는 구조로 되어 있는바, 즉 기어의 전체 이빨중 단지 제한된 이빨만이 효과적으로 맞물려지는 것으로, 이는 토오크전달양이 제한되고 토오크전달능력이 감소되어지는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 바의 결점을 해소시켜 주기 위해 발명된 것으로, 기어가 맞물리는 기어 영역내에서 서로 병렬배치된 원형기어중의 하나인 제1원형기어와 연속적으로 접촉됨과 더불어 종래의 파형식 맞물림변형기어장치보다 더 큰 토오크전달능력을 갖추면서 간단하고 손쉽게 제작할 수 있도록 된 평형파형식 맞물림변형기어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 강체로된 제1원형기어와, 이 제1원형기어와 다른 이빨수를 가지면서 상기 제1원형기어의 축을 따라 병렬로 배치되는 강체로된 제2원형기어, 상기 제1원형기어와 동일한 이빨수를 가지면서 제2원형기어의 안쪽에 동축상으로 배치된 가요성기어 및, 제1 및 제2원형기어사이의 상대회전을 일으킴과 더불어 가요성기어의 변형된 형상을 회전시켜주되 제1,2원형기어 각각의 이빨에 가요성기어 부분적으로 맞물려지도록 이 가요성기어를 비선형형상으로 변형시키는 파동발생기로 이루어져 있다.
또한 본 발명 가요성기어의 각 이빨은 볼록한 이끝면과 오목한 이뿌리면을 갖추고서, 가요성기어의 변형형상이 파동발생기에 의해 회전될때 이 가요성기어의 이끝면이 그리게 되는 궤적형상으로 제1원형기어의 치형이 이루어지고, 제1원형기어의 이빨깊이는 가요성기어의 이빨깊이보다 크거나 같게 만들어지도록 되어 있다.
이하, 본 발명은 첨부된 예시도면에 의거 자세히 설명한다.
첨부된 도면중 특허 제1도를 참조하면, 기존의 대표적인 파형식 맞물림변형기어장치(1)가 도시되어져 있는데, 본 발명을 논하기에 앞서서 상기 기어장치(1)의 원리를 제1도와 제2a도∼제2d도를 참조하여 설명한다.
상기 파형식 맞물림변형기어장치(1)는 강체로된 원형기어(2)와, 이 원형기어(2)안쪽에 맞물려져 있는 가요성기어(3) 및, 상기 가요성기어(3)를 타원형상으로 변형시키기 위해 이 가요성기어(3)에 맞추어 끼워진 타원형상의 파동발생기(4)로 이루어지되, 상기 파동발생기(4)는 타원형상의 안쪽캠판(5)과 타원체안에 있는 베아링을 변형시키기 위해 상기 캠판(5)주변에 알맞게 장착된 가요성의 보올베아링(6)을 갖추고 있다.
또 상기 보올베아링(6)은 가요성기어(3)안쪽으로 장착되면서 바깥레이스(7)를 갖추고 있고, 상기 가요성 기어(3)는 파동발생기(4)에 의해 타원체로 변형되어지므로, 이 가요성기어(3)는 타원체의 주축과 인접영역상의 2지점에서 상기 원형기어(2)와 맞물려진다.
제1도에 있어서, 맞물린 접촉점은 화살표 A, B에 의해 도시된 2개의 접촉점으로 도시되어져 있는데, 상기 가요성기어(3)의 타원체는 상기 파동발생기(4)의 보올베아링(6)을 매개로 캠판(5)이 회전될때 회전되어지지만, 이 가요성기어(3)는 상기 캠판(5)에 의해 직접적으로 회전되어지지 않는다. 이 실시예에 있어서, 상기 가요성기어(3)는 원형기어(2)의 잇빨수의 2n(n은 정의 정주)배수, 예컨대 4보다도 적은 이빨수를 갖추고 있다.
이어 기어장치(1)의 작동을 제2a도∼제2d도를 참조하여 설명하면, 상기 파동발생기(4)의 캠판(5)이 제2a도에 도시된 위치에 있게 되면 원형기어(2)의 1개의 이빨간격(8)에는 타원형의 가요성기어주축상에 있는 가요성기어(3)의 1개의 이빨(9)이 맞물려 있다(실제로는 일부이빨이 상기 이빨간격(8)과 이빨(9)에 어느정도 인접되어 서로 맞물려져 있게 된다).
제2b도에 도시된 바와 같이 90°각도로 캠판(5)이 회전됨에 따라 상기 가요성기어(3)의 타원체가 회전되어지므로 맞물린 접촉점은 타원체의 주축이 이동되어 이빨간격(8)으로부터 이빨(9)이 분리되면서 이동되어지게 된다. 또 제2c도에 도시된 바와 같이 캠판(5)이 더욱 회전하게 되면, 이 이빨간격(8)이 이빨수의 있어서의 차이(4개)의 반정도, 즉 n개의 이빨(2개)로 이동되어지게 되는데, 상기 캠판(5)이 제2d도에 도시된 바와 같이 360°회전하게 되면 이 이빨간격(8)은 이빨(4개의 이빨)수의 차이 만큼 이빨(9)에 대하여 이동되어진다.
이같이 맞물린 접촉점의 연속적인 이동이 이루어지게 된다면 큰 감속율을 얻을 수 있게 된다.
또한 기존의 대표적인 컵형 파형식 맞물림변형기어장치는 제1도의 지면에 수직방향으로 연장되어진 컵형 가요성기어를 가지며 이의 선단의 한부위가 컵형으로 형성되어 막혀져 있는바, 이 컵형기어장치는 그 구조가 간단한 장점은 있으나, 상기 가요성기어가 컵형으로 만들어져 있기 때문에 기어장치의 전체크기가 크게 되어 공간을 많이 점유하게 된다는 결점이 있다.
이와 같은 결점을 해결하기 위하여 다른 파형식 맞물림변형기어장치가 제3도에 도시된 바와같이 개발되어지는바, 이 기어장치(10)는 강체의 제1원형기어(11)와, 이 제1원형기어의 이빨수와 다른 이빨수를 가지면서 이 제1원형기어(11)의 축을 따라 병렬로 배치된 강체의 제2원형기어(12), 상기 제1원형기어(11)와 같은 이빨수를 갖추면서 양쪽 원형기어(11, 12)안쪽에 동축상으로 배치된 가요성기어(13) 및, 상기 제1, 2원형기어(11, 12)사이의 상대회전을 일으키기 위해 가요성기어(13)의 변형형상을 회전시키면서 상기 가요성기어(13)가 각각의 제1,2원형기어(11, 12)의 이빨과 부분적으로 맞물려지게 가요성기어(13)를 비선형형상으로 변형시키는 파동발생기(14)로 이루어져 있다. 그런데 상기 파형식 맞물림변형기어장치(10)는 제3도에 도시된 바와 같이 상기 환형내지는 원형의 원형기어(11, 12)가 서로 병렬로 배치되고 가요성기어(13)가 컵형보다는 원형으로 되어 있기 때문에 그 전체가 얇고 편평하게 만들어져 있다. 이에 따라 이 같은 기어장치(10)를 “평형(平形)파형식 맞물림변형기어장치”라 한다.
이와 같은 평형파형식 맞물림변형기어장치에 있어서, 상기 파동발생기(14)는 가요성기어(13)를 예컨대 타원체로 변형시키면서 이 가요성기어(13)의 변형형상을 회전시키게 되는바, 제2a도∼제2d도에 도시된 바와 같이 상기 파동발생기(14)의 회전에 의해 상기 가요성기어(13)와 제1원형기어(11), 상기 가요성기어(13)와 제2원형기어(12)의 맞물림점이 회전되어진다.
상술한 바와 같이 상기 가요성기어(13)의 이빨수가 제1원형기어(11)의 이빨수와 동일하므로 비록 가요성기어(13)의 형상이 회전되더라도 이 가요성기어(13)와 제1원형기어(11)사이의 상대회전이 없게 된다.
그러나 상기 가요성기어(13)의 이빨수가 제2원형기어(12)의 이빨수와 다르게 되어 있기 때문에 원형기어(11, 12)들은 제2a도∼제2d도에 도시된 바와 같이 서로 상대회전되게 되고, 이결과 제1원형기어(11)는 제2원형기어(12)에 대하여 상대회전되게 된다. 따라서 상기 파동발생기가 입력축상에 설치되어지는 경우, 원형기어중 하나의 원형기어는 정지되고 다른 원형기어는 출력축에 부착되어져서 이들 입력축과 출력축사이에서 큰 감속비가 얻어질 수 있게 되어지는 것이다.
소위 컵형파동식 맞물림변형기어장치와 상술한 평형맞물림변형기어장치에 있어서, 상기 원형기어와 가요성기어사이의 맞물림영역은 토오크전달능력을 더 크게하기 위해 더 넓고 크게 하는 것이 바람직한데, 본 발명의 발명자의 한 사람은 미국특허출원 제114,119호로 이끝면에서 볼록하고 이 뿌리면에서 오목한 형상을 한 가요성기어와 원형기어의 이빨형상을 제공하여 기어들의 맞물림영역을 넓히도록 된 새로운 컵형 파형식 맞물림변형기어장치를 이미 제안한 바 있다.
따라서 2개의 기어들이 볼록한 이끝면에서 서로 연속적으로 맞물려져서 상기 컵형 파동식 맞물림변형기어장치의 기어맞물림영역이 넓어지게 되는바, 상기 미국특허출원에서 상세히 설명된 바와 같이, 기어의 치형은 파동발생기의 형상에 따라 원형기어에 대한 가요성기어의 이동궤적에 대해 적용된 1/2축척크기의 상사(相似)형상으로의 사상(寫像)곡선으로 형성되어지되, 상기 상사형상은 각 기어들이 서로 분리되어지는 기준점 상에 기초를 두고 있다.
즉, 상기 가요성기어와 원형기어사이의 맞물림상태는 랙크메카니즘 맞물림상태와 근사한 것으로 생각할 수 있는바, 상기 원형기어에 대한 가요성기어의 운동궤적은 파동식 맞물림변형기어장치에 이용된 파동발생기로부터 얻어지게 되고, 사상곡선은 가요성기어의 운동궤적을 1/2로 축소한 상사형상으로부터 얻어지며, 이 곡선은 원형기어와 가요성기어의 이끝면 형상으로 이용되게 된다. 여기서 상기와 같은 근사는 파형식 맞물림변형기어장치의 기어가 적어도 100개, 통상적으로 160개이상의 이빨수를 가지기 때문에 허용가능한 오차범위내에 있게 된다.
한편 제4도는 근사의 정도를 나타낸 일예로서, 참조부호 a는 랙크메카니즘의 운동궤적을 나타내고, 참조부호 a'는 기어의 운동궤적을 나타내며, 참조부호 b와 c는 원형기어와 가요성기어의 이끝면의 예를 나타내는바, 상기 곡선 a는 무편위의 운동궤적으로서, 좌표치 X와 Y는 다음식으로 주어진다.
X=1/2m(2Ф-sin 2Ф)
Y=(1Ф-cos 2Ф)
여기서 Ф는 매개변수이고, m은 이빨의 모듀울이다.
그리고 제5도는 상술한 치형곡선을 구하는 경우의 설명도로서, 점(20)은 가요성기어의 잇봉우리면을 나타내고 있고, 곡선(21)은 파동발생기, 특히 캡판형상에 의해 한정되는 잇봉우리면의 점(20)이 운동궤적을 나타내며, 점(22)은 양기어의 접촉한계 위치내지는 가장 떨어져 접촉되는 위치(즉 기어 맞물림의 중심으로부터 가장 바깥쪽의 맞물림위치)를 나타낸다. 또 곡선(23)은 원형기어의 이끝면을 나타내는데, 이 끝면곡선(23)은 접촉한계점(22)을 기준으로 해서 잇봉우리면과 점(22)사이의 곡선(21)부위에 적용된 1/2의 축척에 대한 상사변환으로 얻어진 사상곡선이며, 여기서 점(24)은 잇봉우리면의 점(20)으로부터의 변환으로 얻어진다.
상기 잇봉우리면의 점(20)과 점(24)사이의 곡선(25)은 이끝면곡선(23)을 점(24)에 대해 180°회전하여 얻어진 것으로서, 이 곡선(25)은 가요성기어의 이뿌리면의 형상을 나타내고, 곡선(27)은 원형기어의 이뿌리면을 나타낸다.
또한 제5도에 도시된 바와 같이 원형기어와 가요성기어의 이끝면의 형상은 양기어들이 무한한 이빨수를 가진 랙크메카니즘이라는 가정하에서 얻어진 것으로 실제로 파형식 맞물림변형기어장치의 기어는, 제한된 이빨수를 갖추고 있지만 통상의 기어와 비교하면 기어의 이빨수가 예컨대 160개 이상 많은 이빨수를 가졌기 때문에 근사정도가 허용범위내에 있으면서 실용가능한 정확도를 갖고 있는 것이다. 비록 종래에는 연속접촉을 유지할 수 있는 치형을 얻기가 어려웠지만, 이제 상기와 같은 치형을 쉽게 얻어 제조할 수가 있다.
제5도의 방식으로 얻어진 이끝면의 형상은 컵형파동식 맞물림변형기어의 넓은 범위전체에서 연속맞물림이 이루어지기 때문에 적당한바, 이에 대한 상세한 설명이 관련 미국특허출원 제114,119호 게재되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 평형 파형식 맞물림변형기어장치에 있어서, 상기 컵형파동식기어장치에서의 상술한 치형이 맞물림가요성기어(13)에 대한 제2원형기어(12)의 맞물림에 적용되어질 수가 있는바, 왜냐하면 상기 컵형파동식 기어장치의 원형기어와 가요성기어와의 맞물림상태가 동일하기 때문이다. 그러나 상기 제1원형기어(11)의 이빨수가 가요성기어(13)와 동일하므로, 상기 기어들은 서로 상대 회전하지는 않고 단지 가요성기어(13)의 이빨중의 1개가 제2원형기어(12)와 가요성기어(13)사이의 관계와 유사하지 않는 제1원형기어(11)의 공간중의 일부내에서 이동되어진다. 따라서 이 미국특허출원 제114,119호의 기술핵심은 제1원형기어(11)와 가요성기어(13)의 맞물림에는 적용되어질 수가 없는 것이다.
본 발명에 따른 파형식 맞물림변형기어장치에 있어서, 제2원형기어(12)와의 가요성기어(13)의 맞물림 상태가 컵형파형식 맞물림변형기어장치의 원형기어와 가요성기어의 맞물림상태와 일치하기 때문에, 상기 가요성기어(13)는 상기 미국특허출원의 가요성기어의 치형을 가짐(즉, 상기 가요성기어(13)가 볼록한 형상의 이끝면과 오목한 형상의 이뿌리면을 갖춤), 이러한 관계에 근거하여 상기 제1원형기어(11)는 가요성기어(13)가 맞물리는 넓은 영역전체에 걸쳐서 제2원형기어(11)에 맞물려지는 이빨깊이와 곡선의 특수한 치형으로 형성되어져 있다.
이 때문에 본 발명에 있어서 제1원형기어(11)의 치형은 제1원형기어(11)의 잇봉우리곡선을 교차하는 파동발생기(14)에 의하여 타원체로 형성된 가요성기어(13)의 잇봉우리면범위까지는 제1원형기어(11)가 교차설정범위전체에 걸쳐 가요성기어(13)에 맞물리는 형상으로 형성되어져 있다.
따라서 상지 제1원형기어(11)의 치형을 얻기 위해 상기 가요성기어(13)의 치형은 가요성기어(13)의 이빨이 파동발생기(14)의 회전에 따른 제1원형기어(11)의 공간내에서 이동되어지는 궤적과 서로 관련되게 된다.
즉 상기 제1원형기어(11)의 이빨수가 가요성기어(13)와 동일하기 때문에 2개의 기어들은 서로 상대 회전하지 않게 되고, 이 기어들의 맞물림영역내에서 단지 가요성기어(13)의 1개의 이빨이 제1원형기어(11)의 한공간내에서 이동되어지는바, 제6도와 제7도에서는 이 가요성기어(13)의 1개의 이빨이 파동발생기(14)의 회전에 따라 제1원형기어(11)의 한 공간내에서 이동되는 것을 보여준다.
제6도에 있어서, 타원형선(ℓ)은 타원체 파동발생기(14)에 의해 회전되어지는 가요성기어(13)의 대표적인 이동점의 궤적을 나타내는데, 이 대표적인 이동점은 가요성기어의 이빨중심선에 있는 이빨높이의 중앙점(즉 피치첨 P)에 있게 된다. 제7도는 가요성기어의 이빨이 제6도의 운동궤적(ℓ)을 따라 이동될 때 가요성기어(13) 이빨의 선택선 위치를 나타내는데, 특히 제7도는 각 가요성기어가 3°의 각도로 회전될 때 이 가요성기어(13)의 각각의 위치를 보여주는 것으로, 상기 가요성기어(13)의 피치점(P)이 운동궤적(ℓ)을 따라 P1으로부터 P4로 이동될때 상기 가요상기어(13)의 이빨은 F1으로부터 F4로 이동되고 이러한 운동은 가요성기어의 이끝면에 접촉하는 곡선(L)내지는 궤적을 형성한다.
여기서 상기 곡선(L)은 제1원형기어(11)의 치형을 형성하는 곡선이며, 제6도에 있어서 수직높이(GI)는 가요성기어(11) 이빨의 작용깊이를 보여주는데, 상기 작용깊이(GI)와 형성된 치형곡선(L)을 제6도와 제7도를 참조로 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.
제6도에 있어서 가요성기어(13)의 피치점(P)은 다음식으로 표현되는 운동궤적(ℓ)을 따라 이동한다. 즉,
Figure kpo00001
Figure kpo00002
여기서 제6도에 도시된 바와 같이 X는 제1원형기어(11)의 공간 중심선에 직교하는 수직좌표이고, Y는 전술한 바와 같이 중심선을 따른 좌표이며, m은 이빨모듀울 및, θ는 파형발생기(14)의 회전각도이다.
이들 식으로부터 P(P3) 지점에서 Y축에 평행한 축과 운동궤적의 접선사이의 각도 β를 다음과 같이 유도되어진다.
Figure kpo00003
한편, 상기 가요성기어(13)의 이끝면 볼록한 형상에 위치하는 점(A)은 압력각(α)에 대한 제1원형기어(11)의 공간과 접촉되어지는데, 여기서 상기 압력각(α)이 각도(β)와 같다면, 상기 가요성기어(13)의 볼록한 이 모양에 위치하는 점(A)은 이 가요성기어(13)의 피처점(P)이 운동궤적(ℓ)을 따라 이동될 때 압력각(α)에 대한 곡선(L)에 접촉하게 된다. 즉 다시 말하면 상기 곡선(L)은 각도(β)와 동일한 각도(α)를 가진 가요성기어(13)의 볼록한 이끝면상에 위치하는 점(A)의 궤적과 같게 된다.
따라서 곡선(L)이, 상기에서 얻어진 치형으로서 제1원형기(11)에 적용된다면, 상기 가요성기어(13)가 더큰 맞물림영역에 걸쳐 제1원형기어(11)와 맞물림이 이루어지게 된다.
따라서 상기 곡선(L)은 제1원형기어(11)에 적용되게 되는 치형을 나타내므로 이 가요성기어(13)는 더 큰 맞물림영역에 걸쳐 제1원형기어(11)에 맞물려지고 곡선(L)은 매우 쉽게 얻어진다.
제6도와 제7도에 도시되고 (3)식으로 표현된 바와같이, 상기 곡선(L)은 도움형태의 오목한 이 모양인 제1원형기어(11)에 적용되게 되므로 이에 따라 상기 제1원형기어(11)는 공간전체에 걸쳐 오목한 이 모양으로 형성되어지지만, 가요성기어의 형상처럼 오목하고 볼록한 이 모양을 갖지는 않는다.
또한 상기 제1원형기어(11)의 이깊이가 주어졌다고 한다면, 이 제1원형기어(11)의 적당한 깊이는 더 큰 맞물림영역에 걸쳐 가요성기어(13) 이끝면의 볼록한 이모양에 맞물려지도록 되어 있으며, 상기 제1원형기어(11)의 오목한 치형은 상기 가요성기어(11)이끝면의 볼록한 치형에 효과적으로 맞물려지는 형상으로 형성되어야 한다.
상기 제1원형기어(11)의 가능한 깊이 범위에 대해서는 가장 낮은점은 제7도에 도시된 곡선(L)상에 있는 점(C)이며, 상기 가요성기어(13)에 제6도의 점(I)에서 가장 높은 위치에 도달하게 된다. 상술한 바와 같이 상기 가장높고 낮은점사이의 간격은 수직높이 GI로 표시되는데, 이 수직높이 GI는 본 발명에 있어서 제1원형기어(11)의 깊이를 위해 사용되어진 가장 긴 간격이다.
상기 제1원형기어(11)의 공간저부에는 제6도의 점(I)보다 더 높은 상부에 가요성기어(13)의 이빨의 운동을 위하여 홈내지는 자유공간이 형성되어져 있다.
따라서 상기 가요성기어(13)가 최상부에 있을 때 상기 가요성기어의 상부에서 이빨은 제1원형기어(11)의 공간면으로부터 분리되어지게 되며, 상기 가요성기어(13)가 약간 아래로 이동되어지기 때문에(예컨대 본 실시예에서는 약 9°각도로 파동발생기(14)의 회전에 의해서 이동되어짐), 상기 제1원형기어(11)와 제2원형기어(12)는 다시 서로 맞물려지는데, 이 맞물리는 점은 제7도의 점(B)로 도시되어져 있다. 상기 점(B)와 (C)사이의 곡선은 형성된 이모양(L)을 위하여 이용되어지므로서 상기 가요성기어(13)가 제1원형기어(11)와 연속맞물림이 이루어질 수가 있게 된다.
위에서 설명한 바와 같이, 상기 제1원형기어(11)의 최대가능깊이는 제6도에 도시된 바와 같이 수직높이GI 이다. 여기서 점(H)이 운동궤적(ℓ)의 피치점(P)으로부터 연장된 수평선에 대하여 선분 GI의 교차에 의하여 한정되어지는데, 이 선분 GI의 수직높이 IH는 가요성기어(13)의 이끝면(볼록한 형상부)의 어덴덤에 동일하므로서 이 가요성기어(13)의 어덴덤이 정의되게 되면 결정되게 된다. 또한 다른 수직선 GH는 가요성기어(13)의 볼록한 이끝면이 제1원형기어(11)에 효과적으로 맞물려지도록 더 길게 되어지는데, 이 높이GH를 더 길게 만들 수가 있으므로, 상기 가요성기어(13)는 연속적으로 넓은 영역에 걸쳐서 제1원형기어(11)에 맞물려질 수가 있게 된다.
한편, 상기 가요성기어(13)의 어덴덤계수를 ha*라 한다면 이 가요성기어(13)의 작동깊이가 주어지는데, 즉 상기 가요성기어(13)의 작동깊이는 2.ha*.m이며, 수직높이 IH는 가요성기어(13)의 어덴덤(즉, ha*.m)이고, 수직높이 GH는 이 가요성기어의 어덴덤(ha*.m)보다 같거나 더 크게 되므로, 따라서 상기 전체 수직높이 GI는 2.ha*.m보다 같거나 크게 되어진다(즉 GI≥2.ha*.m). 그러므로 2.ha*m의 길이내에서 제1원형기어(11)의 작동깊이를 설정시킬 수가 있게 된다.
한편, 상기 가요성기어(130는 볼록한 이끝면과 오목한 이뿌리면으로 형성되어 있으며, 이 이끝면과 이뿌리면사이의 연결점(피치점 P)에서 압력각(α0)이 감소되어지기 때문에 제1원형기에 대한 가요성기어의 맞물림정도가 커지게 되지만, 절단기구를 이용하여 약간의 이뿌리면 영역을 가요성기어(13)상의 이모양으로 절단할 필요가 있기 때문에 0°각도의 압력각(α0)을 형성시키거나 곤란하거나 불가능하다. 따라서 상기 가요성기어(13)의 치형을 절단함에 있어서 압력각(α0)을 몇도정도로 형성시키는 것이 바람직하다.
여기서 상기 가요성기어(13)의 이빨이 제1원형기어(11)의 이빨면에 효과적으로 맞물리는 최소의 압력각(α)은 점(G)에서 압력각인, 즉 피치점에서 압력각인데, 이 압력각은 상술한 바와 같이 최소압력각(α0)과 동일하며, 이 최소압력각(α0)은 제6도를 참조하여 측정되거나 계산되어진다. 앞서 지적한 바와 같이 제1원형기어(11)의 이모양은 형성되어지는 이모양(L)에 의하여 형성되어지므로, 따라서 최소압력각(α0)은 점(G)에서 제1원형기어(11)의 곡선(L)압력각으로 되며, 이 압력각(α0)은 점(G)로부터 궤적(β)까지 수평선에 대하여 운동궤적(ℓ)의 교차점에서 경사각(β)과 동일한데, 이 경사각(β)은 최소경사각(β)이다.
여기서 α0=β0은 (3)식에 의해서 주어지고, Y=(1-ha*.m)은 (1)식과 (2)식에 의해 주어진다.
따라서 θ=1/2[cos-2)(1-ha*)]가 얻어지게 되는데, 여기서 얻어진 “θ”는 수직높이 GI가 2.ha*.m 보다 같거나 크게 됨에 따라 최소압력각 α0을 얻기 위하여 (3)식에서 각도(θ)로 치환되어지므로 다음과 같은 식을 얻게 된다. 즉,
Figure kpo00004
여기서 가요성기어(13)의 어덴덤계수(ha*)는 대표치(즉 어덴덤이 가요성기어 전체이빨의 작동깊이의 반이다)에서 선택되어지는데, 예컨대 0.625이라면, 최소압력각(α0)는 다음과 같이 된다.
α0≤11.43°
일반적으로 대략 5°각도의 최소압력각(α0)은 절단공구내지는 바이트에 의하여 가요성기어의 적당한 치형으로 절단하기에 충분하므로, 상기 11.43°각도의 값은 5°각도의 2배(이보다 약간큼)와 거의 동일하고, 이에 따라 압력각(α0)의 크기는 절단공구로부터 치형양을 형성하기 매우 적당함을 알 수 있는 것이다.
실제로, 최소압력각(α0)을 5°각도로 선택한다면, 수직높이 GH는 압력각(α0)이 11.43°각도로 주어진 경우에 비교하여 가요성기어 이빨의 작동깊이의 반(즉, ha*.m)보다 더 높게 되는데, 이것은 2.ha*.m의 길이보다 전체수직높이 GI가 상대적으로 더 길게 만들어지기 때문이다. 따라서 상기 가요성기어(13)가 긴 맞물림 영역에 걸쳐 제1원형기어(11)의 맞물려지게 된다.
상기 제1원형기어(11)의 작용깊이는 제6도에 있어서 점 I와 G 사이의 전체수직높이로 만들어질 수 있지만, 예컨대 점 I와 선분(30)사이의 간격에 의해 짧은 깊이로 만들 수도 있는바, 이는 이빨팁사이의 상호간섭을 효과적으로 제거하기 위함이다. 이러한 경우에 있어서는 상기 성분(30)과 점(H)사이의 수직높이가 ha*.m 보다 적어도 더 긴길이로 만들어져야만 한다.
상술한 설명은 가요성기어가 2지점에서 원형기어와 맞물리게 되는 파형식 맞물림변형기어를 제조하는 것인데, 본 발명은 이러한 파동식 맞물림변형기어에 한정되지 않고, 예컨대 본 발명은 양기어 이빨사이의 차이가 3n이고 기어들이 3지점에서 서로 맞물리는 다른 파형식 맞물림변형기어에도 적용될 수가 있을 뿐만 아니라 이와 유사한 기어장치에도 적용됨은 물론이다.
본 발명에 따른 가요성기어는 넓은 맞물림영역에 걸쳐 제2원형기어 뿐만 아니라 제1원형기어에 연속적으로 맞물려 지므로서 높은 토오크전달성능을 갖추게 되는바, 제8도에 도시된 바와 같이 종래의 치형은 가요성기어가 더 좁은 맞물림영역에 걸쳐 제1원형기어와 맞물려지게 되나, 본 발명에 따른 치형은 2개의 원형기어와의 맞물림을 더 넓게 내지 더 길게 맞물려지도록 되어 있다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은, 제1원형기어의 특수한 치형이 손쉽게 얻어지면서 이 기어를 제조하는 비용이 낮아지게 되고, 또한 가요성기어의 압력각은 제1원형기어의 작동기이가 가요성기어 어덴덤의 2배를 초과할지라도 더작게 형성시킬 필요가 없는 잇점이 있어 가요성기어의 치형이 어떤 특수한 절단작업등을 필요로 하지 않고 종래의 절단공구 내지는 절단과정에 의하여 형성시킬 수가 있다.

Claims (4)

  1. 강체로된 제1원형기어(11)와, 이 제1원형기어(11)와 다른 이빨수를 가지면서 이 제1원형기어(11)와 동축상에으로 병령배치된 강체로 된 제2원형기어(12), 상기 제1원형기어(11)와 동일한 이빨수를 가지면서 상기 원형기어(11, 12)들의 안쪽에서 이 원형기어들과 맞물리도록 동축상에 배치된 가요성기어(13) 및, 이 가요성기어(13)를 비원형으로 변형시켜 상기 제1원형기어(11)와 제2원형기어(12)의 잇빨과 국부적으로 맞물리도록 함과 더불어 이 변형된 가요성기어를 회전시켜 제1 및 제2원형기어(11, 12)사이에 상대적으로 회전이 일어나도록 하는 파동발생기(14)를 구비한 파형식 맞물림변형기어장치에 있어서, 상기 가요성기어(13)의 각 이빨이 볼록한 형상의 이끝면과 오목한 형상의 이뿌리면을 갖추고 있고, 제1원형기어(11)의 치형이 가요성기어(13)의 변형된 형상이 파동발생기(14)에 의해 회전될 때 상기 가요성기어(13)의 이끝면이 형성되게 되는 궤적곡선에 의하여 형성되며, 상기 제1원형기어(11)의 이빨깊이는 가요성기어(13)의 작용깊이보다 크거나 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 파동식 맞물림변형기어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가요성기어(13)는 타원체의 주축상에 있는 2개의 지점에서 이 가요성기어의 치형이 제1,2원형기어(11,12)들과 맞물려지기 위해 타원체형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파형식 맞물림변형기어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가요성기어(13)는 동일한 공간의 3지점에서 이 가요성기어(13)가 제1,2원형기어(11,12)에 맞물려지도록 변형되어지는 것을 특징으로 하는 파형식 맞물림변형기어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가요성기어(13)와 제2원형기어(12)의 각각의 치형이 파동발생기(14)의 형상에 따른 제2원형기어(12)에 가요성기어(13)의 운동궤적에 대해 적용된 1/2축적크기의 상사 형상으로의 사상곡선으로 형성되어지되, 상기 상사형상은 가요성기어(13)와 제2원형기어(12)가 각각 접촉상태로부터 분리되어지는 상태까지의 기준점상에 기초를 두고 있는 것을 특징으로 하는 파형식 맞물림변형기어장치.
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