KR930004866B1 - 조립식 구동축 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

조립식 구동축

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 중공축을 도시한 단면도.

제2도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관형체의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 중공축 2,3,4 : 구동 요소

5,7 : 축 단부 6 : 금속판 커버

8 : 중실 저어널 9,13,14,22 : 관형체

10 : 슬리브 17,18 : 종방향 홈

19,20 : 구멍 21 : 원통형 공동

27 : 구동 요소 28,29 : 슬리브

본 발명은 기어와 같은 각각의 구동 요소가 적어도 한 방향으로 단을 이루는 착좌부직경을 갖고 중공축에 비회전식으로 부착된 조립식 구동축 및 이러한 공정에 따라 제조된 축에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 조립식 구동축의 제조 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 가압 프로우브(probe)의 형태인 장치에 관한 것이다.

상기 형태의 조립식 구동축은 공지되어 있으며, 이러한 구동축에서는 중량절감을 위해 중공축이 사용된다. 독일 연방 공화국 특허 제34 25 600호에는 구동 요소들이 각각 다른 착좌부 직경을 갖는 계단식 축(steped shaft)을 성형하도록 다이에서 팽창되는 축에 대해서 기재되어 있는데, 상기 착좌구역은 다각형(polygons)으로 설계되어 있어 구동 요소들이 형상 끼워맞춤(form fitting engagement) 되도록 상기 착좌부 상에서 활주한다.

또한, 이러한 축을 제조하기 위한 선행 기술의 방법은 연신 작업 또는 해머링에 의해 원래는 직선형인 관의 단부들의 직경을 감소시켜서, 이들 단부쪽으로 계단형 부분을 포함하는 유사한 중공축을 제조하게 되며, 구동 요소들의 착좌부에는 바람직하게는 비절삭 성형 작업에 의해 구동 요소들을 성형 끼워맞춤 방식으로 부착시키기 위해 치(teeth)들이 마련된다. 또한, 다이에서 관을 내부적으로 팽창시킴으로써 외부 차들을 갖는 계단식 중공축을 성형하는 방법도 공지되어 있으며, 이때에 착좌구역에 필요한 치들은 성형공정을 거쳐 직접적으로 제조된다. 상기 방법에서, 계단식 중공축은 수개의 독립된 부분들로 구성된다(독일 연방 공화국 특허 제29 14 657 C2호 참조). 상기에 설명한 공정은 개개의 공작물에 맞는 고가의 다이를 필요로 하며, 성형비율이 높기 때문에 소비되는 에너지의 양도 비교적 많다.

본 발명의 목적은 경량 설계, 취성저항 및 유리한 진동 특성으로 특징지워지는 상기에 설명한 형태의 축, 특히 기어박스용 구동축을 마련하는 것이며, 또한 최소한의 작업절차와 최소의 에너지 소비로 다양한 형상의 제품에 맞는 축을 제조하는 방법을 마련하는 것이다. 이러한 경우에는 복잡한 관 형상을 갖더라도 용접작업을 필요로 하지 않는다.

상기 목적은 중공축이 서로 삽입되어 방사상 중첩부(radial overlap)에서 필수적으로 강제 체결 방식으로 서로 연결되는 수개의 관형체 및/또는 관형체의 형태인 슬리브로 구성되고 구동 요소들이 중공축의 각각의 관형체 및/또는 슬리브에 필수적으로 강제 체결 방식으로 부착됨으로써 이루어지며, 특정의 수개의 관형체 및/또는 슬리브는 서로 삽입되고 상기 공정에 따라 마련된 중첩 구역의 내부 관부분은 계단식 중공축을 성형하기 위해 특히 강제 체결을 이루도록 내부로부터 팽창된다.

상기 목적을 위해, 표준 재료로부터 취할 수 있는 복잡하지 않은 직선 관형체들을 상호 자유로이 움직이게 삽입하여 예컨데 축중심으로부터 축 단부를 향해서 큰 내경으로부터 작은 내경으로 공지된 방법으로 서로 밀착 연결시킨다. 상기 관형 부재의 설계에 따라서, 예컨데 한 방향으로만 결합되거나 또는 외부로부터 내부쪽으로 결합하는 것과 같이 결합순서를 변경시킬 수 있는데, 이는 단일체로 된 축에서는 불가능하다. 축에 부착되고, 더 높은 토오크를 받을 수 있도록 두개의 관형체의 중첩부 상에서 활주되는 구동 요소들은 관형체들을 결합한 후에 내부 가압 및 결합구역의 팽창에 의해 또다른 팽창 작업으로 부착되거나, 서로 삽입된 관형체들이 구동 요소들에 대해 팽창되어 상호 결합되는 경우에는 단일의 결합 작업으로 부착된다.

바람직한 실시예에서, 마찰 베어링 또는 로울러 베어링의 지지구역의 역할을 동시에 하는 외부 관형체 또는 슬리브는 바람직한 실시예에 따라 연결 부분들을 팽창시키킴으로써 최종 제품으로 되도록 결합되기 전에 결화되고 연마된다. 구동 요소들을 위한 착좌부 또는 지지 구역의 역할을 하는 관형체 또는 슬리브는 필요할 경우에 구동 요소 또는 로울링 부재를 위한 축방향 정지구(axial stop)를 성형하기 위해 미리 기계 가공될 수 있다.

공정을 완성하는 내부로부터의 팽창은 기계적인 작업만을 의미하지 않으며, 바람직하게는 서로 삽입되는 관형체들 또는 슬리브들의 중첩구역에 축방향으로 제한되는 내부로부터 유압인가도 의미한다.

본 발명에 적합한 압력 매체 프로우브의 형태인 장치는 압력 발생기내에서는 동일한 압력을 유지하면서 팽창된 각각의 부분들내의 차등 압력 수준을 보장하는 특정 적용 방법으로 팽창될 여러 부분을 동시에 가압하는 방식으로 대량 생산을 위해 설계된다. 상기에 설명한 공정에 따라 제조된 본 발명에 따른 구동축은, 중공축이 상호 삽입되어 방사상 중첩구역에서의 각각의 내부 관형체의 내부식 팽창을 통해 필수적으로 강제체결 방식으로 서로 연결되는 수개의 관형체 및/또는 슬리브로 구성되고, 합체된 종방향 부분들 상에서의 각각의 관형체(들) 또는 슬리브(들)의 내부식 팽창을 통하여 구동 요소들이 필수적으로 강제 체결 방식으로 중공축에 부착되는 특징을 갖는다.

본 명세서에 사용되는 “필수적으로 강제 체결 방식으로”라는 한정적인 용어는 적당한 표면처리 및/또는 압력 인가에 의해 매끈한 면 부분들의 강제 체결 연결이 재료 체결 연결(material-locking connection)로 변화될 수 있지만, 결합 작업후에 압력을 해제하면 프리텐션 및 그로인한 일정한 정도의 강제 체결이 유지되는 상태를 말한다.

어떠한 경우에든, 서로 삽입된 수개의 관형체 또는 슬리브중에서 내부에 위치하는 관형체가 가장 낮은 재료 항복점을 갖도록 하고 반대로 외부의 관형체 또는 구동 요소가 가장 높은 재료 항복점을 갖도록 하면 실용적이고 유리한 결과를 얻을 수 있다. 상기의 첫번째 방법은 최적의 압력/응력 분포를 이루게 하고 높은 토오크 값을 갖는 기능적으로 효과적인 축을 제공하게 된다.

특히 적합한 실시예에서, 토오크의 작용 방향 즉, 구동 요소를 축방향으로 서로 결합하는 일단부 또는 양단부에서 슬리브들은 관형체상으로 활주되고, 비틀림 강도의 급격한 저하를 피하기 위해 동일한 방법으로 구동 요소에 직접 부착된다. 상기 방법에서 관은 구동 요소들을 직접 결합하는 구역에서 비틀림 하중을 받지 않게 되며, 따라서 구동 요소들의 직하방 구역에서 비틀림 하중을 받지 않게 된다. 미세 슬립(micro-slip)은 억지 끼워 맞춤부의 부식을 일으킬 수 있어서 연결부의 강도를 저하시킬 수 있다. 부착된 슬리브들 때문에 상기 미세 슬립 구역은, 자체로서는 토오크가 인가되지 않은 보호 요소로 될수 있다. 적절한 다른 방법은 일편에서 슬리브를 감싸는 구동 요소를 위한 연장된 착좌구역을 마련하는 것이다.

앞서 설명한 바와 같이, 양호한 강도 특성을 갖는 축의 실시예는 서로 삽입되는 최소한 두개의 관형체 또는 슬리브의 중합구역내에 구동 요소들이 위치하여 내부 관형체와 구동 요소 사이에 외부 관형체의 일정한 고정효과를 얻게되는 특징을 갖는다. 이는 상기 방법으로 고정된 관형체가 특히 높은 토오크 값을 받을때 유리하다. 물론, 세개의 관형체 또는 슬리브가 서로 내부에 위치하는 형상을 갖도록 하는 것도 가능하다. 강도를 고려하는 것과는 다른 이유로도 상기 형상을 결정할 수 있다.

몇가지 장점들을 갖는 또다른 실시예에서, 외경이 중심으로부터 외부쪽으로 단을 이룬 축에는 전체 축길이에 걸쳐 연장되는 내부 관형체가 마련된다. 만약 두개의 관형체가 더 큰 직경을 갖는 중심 관형체의 단부들 내부로 이격되도록 삽입되고, 내부 연속 관형체가 팽창을 통하여 먼저 삽입된 두개의 관형체에 결합되는 반면 최종적으로 상기 단부들 내부로 삽입되어 양단부에서 축단부들을 형성하면서 외부 관형체에 결합되면, 윤활유 안내역할을 하는 중심 원통형 공동이 형성된다. 이는 한편으로는 원통형 공동에 연결되고 다른 한편으로는 방사상 구멍에 연결되는 종방향 홈에 관형체가 중첩되는 종방향 구역이 부분적인 축방향 구역에 걸쳐 충전되는 경우에 특히 바람직하다.

상기 설계는 원통형 공동내의 지지되지 않은 구역에 있는 내부 연속 관형체가 한번 더 팽창될 가능성 또는 상기 원통형 공동 외부의 지지되지 않은 구역에 있는 외부 중심 관형체가 많이 들어가서 두개의 관형체중의 하나가 다른 하나에 비하여 짧게 될 가능성을 제공한다. 상기와 같은 특징은 두개의 관형체에 상호 인장응력 및 압축응력을 발생시켜서 굽힘응력을 증가시키고 진동 특성에 유리하게 작용한다.

제2의 양호한 실시예에 따라, 축 단부들은 가능한한 여러 직경들을 갖는 독립된 내부 관형체로 성형될 수 있다. 이러한 설계는 단부체들이 다른 직경을 가져야 할 경우에 유리하다, 또한, 상기 실시예는 상술한 실시예와 비교하여 윤활유 공급원의 장점과는 관계없이 중량 절감의 효과를 가져온다. 상기 목적을 위해서는, 상술한 것처럼 초기에 두개의 짧은 관형체들이 이격되도록 더 큰 직경을 갖는 축방향 중심 외부 관형체내부로삽입하고, 팽창을 통하여 상기 외부 관형체에 결합하고, 계속해서 축단부들을 형성하는 내부 관형체들을 삽입하기 전에 우선 박판금속 슬리브를 상기 외부 관형체에 삽입하고 결합작업 동안에 먼저 삽입된 축 방향 중심 관형체와 내부 관형체 사이에서 고정시키는 것이 바람직하다. 상기 경우에도 상술한 원통형 윤활유 공동이 형성된다.

만약 상기 실시예의 경우, 박판금속 슬리브가 진동을 받게되면, 이러한 진동에 유용한 공지된 플라스틱 발포 물질로 축을 충전함으로써 중량에 나쁜 영향을 미치지 않고 진동을 피할 수 있다.

또다른 유익한 설계 가능성들은 바람직한 실시예로써 도시한 도면에 나타나 있다. 도시한 도면에서, 상반부와 하반부는 약간 상이하다.

첨부된 도면은 중공축(1)을 도시하는 것으로서, 세개의 구동 요소(2, 3, 4)가 부착된 중공축(1)을 도시한다. 개방된 일 측단부(5)는 압입 금속판 커버(6)에 의해 밀폐되는 반면, 중실 저어널(8)은 제2의 개방 축단부(7)상에 용접된다. 제조 공정이 진행됨에 따라, 축은 초기에는 관형 부분을 팽창시킴으로써 구동 요소(2, 3)이 부착되는 축방향 중심을 갖는 외부 관형체(9)로 이루어진다. 구동 요소(3)을 고정하기 전에, 슬리브(10)이 관형체(9)상으로 활주되는데 상기 슬리브의 한쪽 단부는 구동 요소(3)의 하방으로 연장되고 칼라구역(11)과 (12)사이의 다른 부분은 로울러 베어링 궤도의 역할을 한다. 제1팽창 작업시에는 관형체(9)를 이의 길이를 따라 팽창시킴으로써 슬리브(10)을 고정시키고 계속해서 부분구역들을 다시 팽창시킴으로써 구동 요소(3)을 고정시키는 것이 가능하다. 그러나, 요소 아래에 있는 관형체만 또는 전체 슬리브 길이를 따라 관형체를 팽창시킴으로써 슬리브(10) 및 구동 요소(3)을 관형체(9)에 동시에 고정하는 것도 가능하다.

작은 직경을 갖는 두개의 다른 관형체(13) 및 (14)는 관형체(9) 내부로 삽입되어 관형체(9)의 단부면에 대해 착좌될 수 있도록 방사상 계단부(15, 16)를 구성한다. 상기 관형체(13, 14)는 관형체와 중첩되는 구역내에서의 내부 유압팽창을 통하여 관형체(9)에 강제 체결 방식으로 순차적으로 연결된다. 슬리브(10)의 경우에서 처럼, 상기 계단부(step)은 관형체(9)를 구동 요소(2, 3)에 연결하도록 동시에 적용하거나 또는 상기 부분들을 결합하는 사전작업을 뛰따라 작용하기도 한다. 단면도로서 도시한 것처럼 관형체(13, 14)도 종방향홈(17, 18)을 포함하는데, 상기 홈들은 제1경우에서는 관형체(9)를 통과하고 하기에 설명할 원통형 공동(21)을 거쳐서 서로 연결되는 방사상 구멍(19, 20)과 접촉된다. 원통형 공동(21)은 축 단부(5, 7)을 형성하는 관형체(13, 14)내로 삽입함으로서 형성된다. 내부 관형체(22)는 상기에 설명한 몇가지 경우에서 처럼 강제체결 방식으로 관형체(13, 14)에 연결된다.

도면의 하반부에서, 축 단부(5, 7)은 더 짧은 내부 관형체(22a, 22b)들에 의해 형성되며, 금속판 슬리브(23)은 내부관을 삽입하기 전에 우선중심 관형체(13, 14)내에 삽입되고 관형체(22)가 결합된 후에 관형체(22)와 중심 관형체 사이의 단부 구역에서 고정된다. 상기의 경우에 금속판 슬리브(23)은 원통형 공동(21)을 형성하도록 작용한다. 또한, 구동 요소(4)는 관형체(14)의 외부 자유구역 상으로 활주하여 고정되며 방사상 게단부(24)는 다시 축방향 정지구로써 작용한다. 또한, 내부 관형체(22)와 중심 관형체(14) 사이의 연결은 구동 요소(4)를 고정하기 전에 또는 이와 동시에 행하여질 수 있다. 필요한 강도를 얻기 위해, 강철 슬리브(25)는 주조 재료로 제조되는 구동 요소(4)안에 주조될 수 있다. 관 내부에서 사선으로 도시한 것처럼 쌍으로 배열된 0-링들은 팽창 가능한 구역을 나타낸다. 내부의 관형체(22)는 외부의 관형체(9)에 비해서 짧게 성형되어 중심의 지지되지 않은 구역에서 팽창될 수 있어서 굽힘응력을 증가시키고 진동 특성을 바람직하게 변화시키는 인장 및 압축응력들이 두개의 관형 부재내에 존재하게 된다. 도면의 하반부에는 진동 특성을 또한 개선시킬 수 있는 감쇄 재료(26)이 도시되어 있다.

단순 관형체(30)을 또한 상세히 도시하였으며 상기 관형체(30)에서는 축방향으로 구동 요소(27)에 직접이어진 두개의 슬리브(28, 29)들이 활주되어 구동 요소(27)과 같은 방식으로 고정된다. 상기 설계는 구동 요소에서 비틀림 강도를 직접적으로 감소시키는 것을 방지하고 상기 지점에서의 미세 슬립을 방지한다.

Claims (11)

1. 중공축과, 이 중공축에 비회전식으로 부착되고 적어도 한 방향으로 단을 이루는착좌부 직경을 갖는 개개의 구동 요소를 포함하는 조립식 구동축에 있어서, 상기 중공축(1)이 방사상 중첩 구역에서 필수적으로 강제 체결방식으로 서로 삽통식으로 연결되어 계단식 외경들을 갖는 복수개의 관형체로 이루어지고, 상기 구동 요소(2, 3, 4)들이 중공축의 각각의 관형체에 필수적으로 강제 체결 방식으로 부착되고, 상기 관형체중 최내부에 있는 것이 축 재료의 최하 항복점을 가지며 계단식으로 외측으로 갈수록 항복점이 증가하여 최외부 관형체 및 구동 요소가 가장 높은 항복점을 가지며, 상기 구동 요소중 하나가 서로 삽입된 2개의 관형체의 중첩 구역에 적어도 부분적으로 위치하고 이들 구동 요소가 그 하부에 부착된 각 관형체의 재료의 항복점 보다 더 높은 항복점을 갖는 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
2. 제1항에 있어서, 복수개의 관형체가 하나의 관형편을 포함하고, 관형체가 구동 요소와 축방향으로 결합되도록 적어도 하나의 단부에서 토오크의 작용 방향으로 상기 관형편 상에서 활주하고 비틀림 강도의 급격한 감소를 피하도록 구동 요소에 인접하여 직접 부착된 관형체(30)에 부착된 슬리브(28, 29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
3. 제1항에 있어서, 관형체가 전체 축 길이에 걸쳐 연장되는 내부 관형체(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
4. 제1항에 있어서, 관형체가 축의 단부들을 형성하도록 마련된 개개의 내부 관형체(22a, 22b)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
5. 제1항에 있어서, 관형체가 축 부분을 교차하여 연장되어 윤활 채널로써 작용하도록 반경 방향 구멍(19, 20)에 연결되도록 그 안에 마련된 적어도 하나의 내부 및 외부 종방향 홈(17, 18)을 갖는 개개의 관형체(13, 14)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
6. 제1항에 있어서, 관형체가 외부 관형체(9)와, 이 외부 관형체안에 삽입되어 서로 거리를 두고 부착된 복수개의 관형체(13, 14, 22)를 포함하며, 상기 관형체중 하나와 슬리브(23)이 외부 관형체 안에 삽입되어 그 사이에서 윤활유를 안내하기 위한 원통형 공동(21)을 마련하도록 다른 관형체들에 의해 부착된 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
7. 제6항에 있어서, 원통형 공동(21)이 윤활유를 안내하기 위해서 종방향 홈(17, 18)과 관형체의 방사상 구멍(19, 20)중 적어도 하나에 연결된 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
8. 제1항에 있어서, 관형체가 지지 구역을 형성하도록 복수개의 관형체 상에서 활주하여 이에 부착된 슬리브(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
9. 제8항에 있어서, 슬리브(10)이 구동 요소들 안에 삽입되고 관형체들 상에서 상기 구동 요소들과 함께 부착된 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
10. 제4항에 있어서, 개개의 내부 관형체들이 상이한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.
11. 제1항에 있어서, 관형체가 적어도 하나의 관형편과 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 구동축.

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