KR0157217B1

KR0157217B1 - 유성기어증감속기

Info

Publication number: KR0157217B1
Application number: KR1019920702177A
Authority: KR
Inventors: 세이시로 오가따; 아쯔시 다까하시; 히데요시 다나까
Original assignee: 구보 마사다까; 스미또모쥬기까이고오교오 가부시끼가이샤
Priority date: 1989-12-08
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1998-10-15
Also published as: DE69112819T2; JP2639847B2; DE69112819D1; EP0520072A1; EP0520072A4; WO1992012360A1; US5292289A; EP0520072B1; JPH03181641A

Abstract

본 발명은 트로코이드 곡선으로 된 위치(7A)를 갖는 외치기어와, 외치기어의 외치(7A)와 내접하여 맞물리는 외측핀(9)을 갖고 외치기어에 대해 편심한 내치기어로 이루어지며, 외치기어와 내치기어가 맞물리면서 상대적으로 편심요동회전하고 이 편심요동회전을 1회전할 때마다 외치기어와 내치기어의 잇수차만큼 위상이 어긋나서 이 위상차에 상당하는 회전을 출력으로 빼내도록 한 유성기어증감속기에 있어서, 외측핀(9)의 피치원 반경, 외치기어와 내치기어의 편심량, 외측핀(9)의 반경, 감속비, 잇수차등의 요소(factor) 사이에 소정의 관계를 부여함으로써 잇수차 3이상으로 맞물림의 상대적인 미끄럼속도를 줄여 소음을 줄이도록 한 유성기어증감속기 및 외측핀의 반경을 일정하게 하고 외측핀의 갯수를 일정하게 함으로써 같은 외측핀을 3개이상의 외치기어에 공용할 수 있도록 한 유성기어증감속기에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]

유성기어증감속기

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 내접맞물림형 유성기어증감속기에 관한 것이다. 여기에서 기어감속기는 입력측과 출력측을 변환하면 증속도 할 수 있으므로 본 발명은 이와같은 증속기도 포함하여 증감속기에 관한 것이지만, 이하의 설명에서는 오로지 감속기에 대해서만 본 발명을 기술한다.

[배경기술]

내접맞물림형 유성기어기구를 사용한 감속기는 여러가지가 제안되어 있다. 이들 감속기중에서도 내치기어가 핀 또는 핀과 롤러의 조합으로 된 원호치형이고 외치기어가 에피트로코이드 평행곡선으로 된 트로코이드형치형으로서, 이 외치기어에는 내측핀 또는 내측핀과 내측롤러가 유동가능하게 끼워져 있고, 내외 양 기어를 내접하여 맞물리게 해서 외치기어에 끼워맞춰진 편심체에 의해 외치기어를 요동회전시켜 입력회전을 감속하여 출력하는 유성기어감속기는 「사이클로감속기」(등록상표)로 널리 알려져 있으며, 이 「사이클로감속기」는 큰 토크의 전달이 가능한데다 감속비가 크기 때문에 여러종류의 감속기구로서 사용되고 있다.

이하에 공지되어 있는 「사이클로감속기」의 일예를 제12도 내지 제14도에 의거하여 설명한다.

제12도는 공지되어 있는 유성기어감속기의 일예를 나타낸 단면도이고, 제13도는 제12도의 B-B선 단면도이다.

입력회전축(1)이 삽입연결되는 중공의 편심체축(2)에는 편심체(3₁,3₂)가 설치되어 있다. 편심체축(2)의 중공부분에는 키 홈(4)이 형성되고 키(4A)가 끼워넣어져 있다. 외치기어(5₁,5₂)는 편심체(3₁,3₂)에 롤러(6)를 통해 끼워맞춰져 있다. 외치기어(5₁,5₂)는 그 외주에 트로코이드 치형으로 된 외치(7)를 가지고 있다. 또 내치기어(8)는 외측의 케이싱을 겸용하고 있고 또한 내치기어(8)는 고정되어 있다. 이 내치기어(8)는 외치기어(5₁,5₂)와 내접하여 맞물리는 외측핀(9)으로 된 원호치형을 가지고 있다. 외측핀(9)의 외주에는 필요에 따라 외측롤러를 유동가능하게 끼운 구조로 해도 된다. 상기 외치기어(5₁,5₂)에는 내측핀구멍(10)이 형성되어 있고 내측핀구멍(10)에는 내측핀(11)이 유동가능하게 끼워져 있다. 내측핀(11)의 외주에는 내측롤러(11A)가 유동가능하게 끼워져 있고 내측핀(11)은 내측핀유지플랜지(12)에 단단히 끼워져 있다. 여기에서 내측롤러(11A)는 생략할 수 있다. 내측핀유지플랜지(12)는 출력측(13)에 일체적으로 형성되어 있다.

내치기어(8)는 커버(14,15)에 의해 양측에서 끼운 상태로 지지되어 있고 볼트(16)에 의해 끼워진 상태로 고정되어 있다. 출력축(13)과 한쪽커버(15)와의 사이에는 간격을 두고 2개의 축받이(17)가 설치되어 있다.

또한 상기 공지예에서는 내치기어(8)를 고정하고 출력축(13)에서 출력을 빼내도록 하고 있으나, 그 반도로 출력축(13)을 고정하고 내치기어(8)의 회전을 출력으로 하여 빼내는 구조로 할 수도 있다.

이 공지예에서는 입력회전축(1)의 1회전이 편심체(3₁,3₂)의 1회전으로 되지만, 외치기어(5₁,5₂)는 내측핀구멍(10)과 내측핀(11)에 의해 자전이 구속되고 있고 요동회전시켜지므로, 외치기어(5₁,5₂)의 잇수와 외측핀(9)의 갯수(잇수)의 차이가 1개일 경우, 입력회전축(1)의 1회전에 의해 외치기어(5₁,5₂)의 외치(7)와 내치기어(8)의 내치인 외측핀(9)이 1개의 이만큼 맞물림 변위한다(어긋난다). 이 때문에 입력회전축(1)의 1회전은 외치기어(5₁,5₂)의 1/잇수로 감속되고 그 회전이 내측핀(11)을 통해 출력축(13)으로 전달된다.

제14도는 일본국 특공소58-42382호 공보 및 특공소57-36455호 공보에 의해 공지로 된 사이클로감속기의 단면도로서, 이 공지의 사이클로감속기에서는 외치기어(5₁,5₂)의 외치(7A)의 잇수가 내치기어(8)의 외측핀(9)수보다도 복수개만큼 적은(도시예에서는 잇수차가 2)것으로 되어 있다.

이상에 설명한 유성기어감속기에서는 외치기어(5₁,5₂)의 외치(7)와 내치기어(8)의 외측핀(9)과의 맞물림은 상대적인 미끄럼을 갖는다. 실제로는 외측핀(9)은 회전가능하므로 내치기어(8)는 외측핀지지부와 외치(7)와의 양 접촉부에서 미끄럼을 분담하지만, 어느쪽이든 외치(7)와 외측핀(9)의 맞물림에 미끄럼을 갖게 된다. 외치(7)나 외측핀(9)은 그 가공정밀도에 따라 표면거칠기를 갖고 있으므로, 그 결과 미끄럼접촉부분에서 반드시 소음이 발생하게 된다.

또한 상기 종래 공지의 유성기어감속기에서는 각각의 속도비에 따라 외측핀의 지름을 다르게 하고 있기 때문에 내치기어의 부품공용화를 할 수 없어 관리비가 상승하고, 또 조립시 오작업이 발생하거나 해서 가공용부품을 다수 필요로 하기 때문에 제조비가 상승하는 경우가 있었다.

그래서 본 발명의 목적은 맞물림에 있어서의 상대적인 미끄럼속도를 줄임으로써 소음을 줄이고, 또 상대적인 미끄럼속도를 줄이는 구조의 특이성을 이용하여 외치기어의 부품공용화를 얻고자 하는 것이다.

[발명의 개시]

상기 목적을 달성하는 본 발명의 특징으로 하는 구성은 트로코이드 곡선으로 된 외치기어와, 그 외치기어와 내접하여 맞물리는 외측핀을 갖는 내치기어로 이루어지며, 상기 외치기어와 내치기어가 상대적으로 편심요동회전하여 맞물리고 그 편심요동회전을 1회전할 때마다 소정의 잇수차만큼 위상이 어긋나는 것에 따라 그 위상차에 상당하는 분만큼 회전을 빼내도록 한 유성기어증감속기에 있어서, 내치기어의 외측핀의 피치원 반경을 A, 편심량을 B, 외측핀의 반경을 C, 감속비를 I, 잇수차를 N으로 하여,

B × I / A = 0.7 ~ 1.5

C / A = 0.02 ~ 0.05

C × I × N / A = 1 ~ 2

여기에서 N은 3 이상으로 한 데 있다.

본 발명의 상기 구성에 의해 편심량이 크고 외치의 크기가 작으며, 또 토크전달효율이 최대점인 E점이 외치의 루트측으로 접근한 외치기어로 할 수 있는 것이 되어 맞물림의 미끄럼속도를 줄여 소음을 줄일 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 또다른 특징으로 하는 구성은 상기 구성에 있어서 C를 일정하게 하고 또 N × (I + 1)을 일정하게 함으로써 외측핀을 3개 이상의 외치기어에 대해 공용화할 수 있게 되어 내치기어의 제조비를 현저히 줄이는 것을 가능하게 한 것이다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 외치기어와 내치기어의 외측핀과의 토크전달을 설명하는 단면도.

제2도는 3기종에 대해 상대적인 미끄럼속도(mm/s)와 소음레벨(dB)과의 관계를 측정한 특성선도.

제3도는 편심량이 대, 중, 소로 되어 있는 3기종의 유성기어감속기에 대해 종축에 상대적인 미끄럼속도(1눈금당 500mm/s)를 나타내고 횡축에 외치기어의 외치의 루트부에서부터 랜드부를 나타낸 특성선도.

제4도는 공지의 잇수차가 2인 외치기어를 나타낸 개략도.

제5도는 공지의 잇수차가 3인 외치기어를 나타낸 개략도.

제6도는 공지의 잇수차가 2인 유성기어감속기의 맞물림을 나타낸 개략도.

제7도는 제6도에 있어서 편심량을 크게 한 경우의 상정도(想定圖).

제8도는 제7도에 있어서 외측핀지름을 작게 한 경우의 상정도.

제9도는 잇수차를 6으로 한 본 발명의 일실시예를 나타낸 개략도.

제10도는 편심량을 크게 하고 잇수차를 많게 한 경우의 상대적인 미끄럼속도를 종래의 것과 비교한 특성선도.

제11도는잇수차에 의한 외치의 크기와 E점을 나타낸 전체도.

제12도는 공지의 유성기어감속기의 일예를 나타낸 종단면도이고,

제13도는 제12도의 B-B선 단면도.

제14도는 다른 공지의 사이클로감속기의 단면도이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

우선 본 발명을 설명함에 있어서 이하에 유성기어감속기의 토크전달의 해석을 설명하기로 한다.

제1도는 외치기어(5)와 외측핀(9)과의 토크전달을 설명하는 단면도이다.

제1도를 참조하여, 외치기어(5)는 외측핀(9)과 접해 있고 그 외치기어(5)의 중심(O₁)은 외측핀(9)의 피치원(P)의 중심(O)에 대해 B만큼 편심해 있다. 외치기어(5)의 치면하중은 도면중 화살표로 표시한 벡터선으로 나타나는 바와 같이 접촉점에 있어서의 법선방향으로 작용하여 도면중 O - O₁선의 연장선상의 D점에 집중해 있다. 이 때 외치기어(5)의 회전토크는 이와같이하여 발생한 각 치면하중과 각 하중벡터의 연장선에 대해 중심(O₁)에서 보낸 각 수선(垂線)의 적(積)의 총계로서 나타난다. 따라서 이 D점에 작용하고 있는 각 치면하중중에서 가장 효율적으로 작용하고 있는 벡터선은 상기 수선의 길이가 가장 길어지는, 즉 상기 O - O₁연장선에 직교하도록 작용하는 벡터로서, 환언하면 도면중 E점에서의 맞물림에 의해 가장 효율적으로 토크가 전달되고 있는 것이라고 할 수 있다. 또한 실제로는 E점근방은 맞물림하중도 커지는 것이 이론면, 실험면에서 판명되고 있다.

따라서 내접맞물림형 유성기어기구에 있어서는 E점근방의 맞물림에 의해 주로 토크가 전달되고 있는 것이라고 할 수 있다.

그리고 내접맞물림형 유성기어기구의 소음에는 맞물리는 부분에 있어서의 외치기어(5)와 외측핀(9)사이의 상대적인 미끄럼이 기여하고 있는 것이 판명되고 있다.

제2도는 3기종에 대해 상대적인 미끄럼속도(mm/s)와 소음레벨(dB)과의 관계를 측정한 특성선도로서, 종축에 소음레벨(1눈금당 10dB)을 나타내고 횡축에 상대적인 미끄럼속도(mm/s)를 대수눈금으로 나타낸 것이다. 도면에서도 알 수 있는 바와 같이, 3기종 모두 상대적인 미끄럼속도가 저하될 때 소음레벨이 줄고 있으며, 이것에 의해 기종여하를 불문하고 상대적인 미끄럼속도가 작을수록 소음레벨이 낮은 것을 알 수 있다.

그래서 유성기어기구에 있어서의 맞물림의 상대적인 미끄럼을 해석해보면 제3도에 나타낸 바와 같이 된다.

제3도는 편심량이 대, 중, 소로 되어 있는 3기종의 유성기어감속기에 대하여, 종축에 상대적인 미끄럼속도(1눈금당 500mm/s)를 나타내고 횡축에 외치기어의 외치의 루트부에서부터 랜드부를 나타낸 특성선도이다. (편심량이외의 제원(諸元)은 일정)

도면에서도 알 수 있는 바와 같이, 상대적인 미끄럼속도는 랜드부측보다도 루트부측이 작고, 또 편심량이 클수록 맞물리는 데 있어서 중요한 역할을 하는 E점근방의 상대적인 미끄럼속도가 작아지고 있는 것을 알 수 있다. 또한 상기 제1도의 E점은 편심량이 클수록 루트부측으로 전위하고 있는 것을 알 수 있다.

이상과 같은 점으로, 유성기어감속기에 있어서의 소음을 줄이려면 편심량을 크게 하면 된다는 것을 알았다.

그런데 단순히 편심량을 크게 하면 외치기어의 외치의 1랜드크기가 커지게 되어 편심량을 크게 하는 데에도 거기에는 한계가 있었다.

한편, 상기 제14도에 나타낸 공지의 복수잇수차로 된 외치기어(5₁,5₂)는 외치(7A)의 1랜드크기(이하 이의 높이라 칭함)가 비교적 작은 것을 알 수 있다.

여기에서 상기 제14도의 복수잇수차의 외치기어(5₁,5₂)에 대해 설명한다.

외치기어의 치형은 에피트로코이드 곡선에 의해 형성되어 있다. 이와같은 에피트로코이드 곡선은 기초로 되는 원(이하 기초원이라 함)의 원주상을 전동하는 원(이하 전동원이라 함)의 일점이 그리는 궤적에 의해 얻어지는 것이다.

제4도에 나타낸 외치기어(5A,5B)는 전동원과 기초원과의 반경비가 정수일 경우의 에피트로코이드 곡선을 나타낸 것으로서, 이와같이 전동원과 기초원과의 반경비가 정수일 경우에는 기초원상을 전동원이 시점에서부터 일주하여 구르면 원위치(시점)로 되돌아간다. 이와같은 에피트로코이드 곡선으로 된 외치기어(5A,5B)를 2개 위상을 어긋나게 하여 서로 겹치게 하면, 그 서로 겹쳐진 곡선중 내측에 있는 곡선부분(도면중 사선부분)을 치형곡선으로 하는 외치기어(5)가 얻어진다. 이것이 일본국 특공소58-42382호 공보에 나타낸 2인 외치기어의 구조이다.

또한 제5도에 나타낸 외치기어의 구조는 전동원과 기초원과의 반경비를 정수로 하지 않고 기초원의 주위를 전동원이 3회전했을 때 시점(원위치)으로 되돌아가는 에피트로코이드 곡선을 만들어 그 서로 겹쳐진 곡선중 가장 내측의 곡선(도면중 사선부분)을 치형곡선으로 하는 외치기어(5)를 얻는 것이다. 이것이 일본국 특공소57-36455호 공보에 나타낸 잇수차 3인 외치기어의 구조이다.

그러나 이들 복수잇수차에 있어서도 단순히 편심량을 크게 하면 외치기어(5)의 이의 높이가 커지게 된다. 이 때문에 실제기계에 있어서는 조립이 불가능하게 되어 편심량이 한정된 범위내에서밖에 사용할 수 없었다. 또한 이와같이 한정된 범위내의 편심량으로 형성되는 치형의 경우, 제1도에 나타낸 E점이 랜드측으로 접근하여 잇수차를 3이상으로 하면 E점이 랜드측으로 매우 접근한 위치가 되어 맞물리는 데 있어서 적합하지 않기 때문에 실제기계에 있어서는 잇수차를 2로 하여 사용하지 않을 수 없었다. 이 때문에 잇수차 2인 유성기어기구에서는 아직 충분히 상대적인 미끄럼속도를 작게 할 수 없어 소음을 줄이는 데에는 한계가 있었다.

상기 사항을 근거로 하여 본 발명에서는 상기 공지의 잇수차가 복수인 외치기어를 일보 향상시켜서 잇수차를 많게 하여 편심량을 크게 하고, 또 외치 및 외측핀지름을 작게 하여 상대적인 미끄럼속도를 줄이고, 또 상기 E점이 외치의 루트측으로 접근하도록 하는 것에 의해 소음을 줄인 유성기어증감속기를 얻고자 하는 것이다.

이하에 도면에 참조하여 차례로 설명한다.

제6도는 종래 공지의 외치기어(5)의 외치(7A)수와 내치기어(8)의 외측핀(9)의 잇수차가 2인 기구이다.

이 공지의 기구에 있어서, 편심량을 크게 하면 제7도에 나타낸 바와 같이 외치(7A)의 랜드가 커지게 되어 조립이 어렵게 된다. 또한 외치(7A)를 많게 하여 다수의 잇수차로 하면 E점이 외치(7A)의 랜드측으로 접근하게 되어 맞물리는 데 지장을 초래하게 된다.

그래서 제8도에 나타낸 바와 같이 외측핀(9)의 지름을 작게 하면 E점이 루트측으로 접근하고 다수의 잇수차를 형성해도 E점은 맞물리는 데 지장이 없는 위치를 확보할 수 있다. 이 치형과 E점의 위치관계를 제11도를 참고로하여 설명한다. 제8도와 같이 편심량을 크게 하고 외측핀(5)을 작게 했을 때 생긴 치형은 제11도중 2개차로 나타난 부분에서 랜드측으로 형성되는 치형으로서 E점은 아직 충분히 루트측에 있다. 따라서 맞물리는 데 지장이 없는 범위에서 다수의 잇수차를 형성할 수 있고 이 예에서는 6개차가 그 범위의 한계이다. 이 때의 외치기어(5)와 외측핀(9)과의 맞물림상태를 나타낸 것이 제9도이다.

이상의 제9도에 나타낸 유성기어감속기의 제원은 이하의 범위로 한다.

내치기어의 외측핀의 피치원 반경을 A, 편심량을 B, 외측핀의 반경을 C, 감속비를 I, 잇수차를 N으로 하여,

B × I / A = 0.7 ~ 1.5

C / A = 0.02 ~ 0.05

C × I × N / A = 1 ~ 2

N은 3이상

이상에 설명한 본 발명의 구조에 의하면, 제10도에 나타낸 바와 같이 종래의 구조에 의한 상대적인 미끄럼속도와 비교하여 E점 부근에서의 상대적인 미끄럼속도가 큰폭으로 줄어든다.

또한 본 발명의 상기 구성을 일보 향상시키면 내치기어 또는 외측핀을 공용화할 수 있는 것으로 되는 것을 이하에 설명한다.

내치기어는 프레임과 외측핀으로 되어 있으나, 외측핀지름을 일정하게 할 수 있도록 연구하면 외측핀을 공용화할 수 있다.

그래서 내치기어의 외측핀(9)의 반경을 C, 감속비를 I, 잇수차를 N으로 하여 감속비여하에 관계없이 C를 일정하게 하고 또 N × (I + 1)을 일정하게 함으로써 외측핀을 지금까지 실적이 없었던 3개 이상의 외치기어에 대해 공용화하는 것을 가능하게 하는 것이다. 이것에 의해 내치기어의 제조비를 현저하게 줄이는 것을 가능하게 한 것이다.

즉, 일예를 들면 외측핀의 갯수가 60개일 경우에 감속비가 1/59(잇수차 1일 경우), 감속비가 1/29(잇수차 2일 경우), 감속비가 1/19(잇수차 3일 경우), 감속비가 1/14(잇수차 4일 경우), 감속비가 1/11(잇수차 5일 경우), 감속비가 1/9(잇수차 6일 경우), 감속비가 1/5(잇수차 10일 경우), 감속비가 1/4(잇수차 12일 경우), 감속비가 1/3(잇수차 15일 경우), 감속비가 1/2(잇수차 20일 경우)의 10종류의 감속비에 있어서 공용화할 수 있는 것이 된다.

이상의 설명에 있어서, 본 발명은 도시된 내접맞물림형 유성기어감속기에 한정되는 것이 아니고 트로코이드 곡선으로 된 외치기어와 원호치형으로 된 내치기어와의 요동맞물림에 의한 다른 형식의 유성기어감속기를 포함하는 것이다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.

유성기어증감속기에 있어서의 맞물림의 상대적인 미끄럼속도가 줄어들기 대문에 그것에 기인한 소음레벨이 줄어드는 것이 된다. 이 경우, 편심량을 크게 하면서 다수의 맞물림이 달성되고 E점도 외치의 루트측에 접근해 있으므로 맞물림의 안정성도 손상되지 않고 토크의 전달에도 지장을 초래하지 않는다.

또한 그밖의 본 발명에 의하면 외치기어의 프레임이나 외측핀을 공용화할 수 있으므로 관리비가 줄고 또 조립시 오작업이 발생하지 않는다. 또한 가공용부품을 다수 필요로 하지 않기 때문에 제조비의 상승을 억제할 수 있다.

Claims

트로코이드 곡선으로 된 외치기어와, 그 외치기어와 내접하여 맞물리는 외측핀을 갖는 내치기어로 이루어지며, 상기 외치기어와 내치기어가 상대적으로 편심요동회전하여 맞물리고 그 편심요동회전을 1회전할 때마다 소정의 잇수차만큼 위상이 어긋나는 것에 따라 그 위상차에 상당하는 분만큼 회전을 빼내도록 한 유성기어증감속기에 있어서, 내치기어의 외측핀의 피치원 반경을 A, 편심량을 B, 외측핀의 반경을 C, 감속비를 I, 잇수차를 N으로 하여, B × I / A = 0.7 ~ 1.5 C / A = 0.02 ~ 0.05 C × I × N / A = 1 ~ 2 로 한 것을 특징으로 하는 잇수차(N)가 3이상인 유성기어증감속기.
트로코이드 곡선으로 된 외치기어와, 그 외치기어와 내접하여 맞물리는 외측핀을 갖는 내치기어로 이루어지며, 상기 외치기어와 내치기어가 상대적으로 편심요동회전하여 맞물리고 그 편심요동회전을 1회전할 때마다 소정의 잇수차만큼 위상이 어긋나는 것에 따라 그 위상차에 상당하는 분만큼 회전을 빼내도록 한 유성기어증감속기에 있어서, 내치기어의 외측핀의 피치원 반경을 A, 편심량을 B, 외측핀의 반경을 C, 감속비를 I, 잇수차를 N으로 하여, C = 일정 N × (I + 1) = 일정 (외측핀갯수 일정) 으로 하고 내치기어를 3개이상 공용화한 것을 특징으로 하는 유성기어증감속기.