KR100214301B1 - 부하감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력전달장치의 부하감지장치에 관한 것으로, 입력축(1)은 베어링(6)및(7)으로 지지되며 2개의 베어링 사이에 선기어(2)가 입력축(1)과 일체로 연결되고 유성기어(8)는 선기어(2)및(9) 둘레에 축(10)을 중심으로 베어링(11)을 통하여 회전가능하게 설치되며 축(10)은 캐리어(3)에 고정되고 선기어(9)는 출력축(13)의 한 단부에 설치되고 그 끝단은 베어링(7)이 축 내부에 설치되어 입력축(1)의 한 단부를 지지하고 링기어(4)는 베어링(19)에 의하여 케이스(20)에 회전가능하도록 설치되며 그 외주면에는 핀(14)을 통하여 로드(15)에 의하여 회전이 구속됨과 동시에 로드(15)와 볼(12)을 통하여 링기어(4)에 작용하는 부하를 로드셀(5)이 검출할 수 있도록 구성된다.

Description

부하감지장치{Weight measuring device}

본 발명은 동력전달장치의 부하감지장치에 관한 것이다.

종래에는 동력전달장치의 부하를 측정하려면 동력이 전달되는 회전축상에서 토오크를 측정하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법에는 고가의 토오크 트랜스듀서를 회전축 중간에 삽입하여 토오크를 측정하거나 축상에 스트레인 케이지를 부착하고 이것으로부터 발생되는 변위신호를 슬립링 또는 트랜스 미터를 통하여 수신하는 방법, 축의 비틀림 변위를 회전속도감지센서(Magnetic Pickup)를 이용하여 위상차 검출에 의한 토오크 측정방법 등이 있으며, 최종 축단에서는 다이나모메터에 의한 측정방법이 있다.

이러한 방법들은 대부분 고가의 전용장비가 필요할 뿐만 아니라 특히 그 크기 때문에 동력전달장치의 내부 등 공간이 협소한 곳에서는 사용이 불가능 하였다. 또한 스트레인 게이지와 슬립링을 이용한 방법은 다른 방법에 비하여 염가이기는 하나 슬립링의 특성상 고속회전부 또는 윤활유가 사용되는 부위에서는 사용이 곤란하며 장시간 사용이 어려운 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 결점을 극복하기 위하여 동력전달축 중간에 유성치차장치를 설치하고, 고정되어야 하는 기어 또는 캐리어를 동력전달축상에 회전가능하게 설치한 후 회전중심에서 일정한 거리에 고정되어야 하는 기어 또는 캐리어를 로드셀을 통하여 고정시켜서 동력전달 시 고정부에 전달되는 토오크를 로드셀 등 감지장치에 의하여 측정하는 부하감지장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 하나의 부하감지장치는 선기어, 유성기어, 캐리어 및 링기어로 구성된 유성치차장치에서, 선기어, 캐리어 및 링기어를 선기어의 중심축을 중심으로 회전가능하게 설치하고, 그 중 2개를 각각 입력축과 출력축으로 하고 나머지 하나를 회전하지 않도록 고정하며 로드셀을 통하여 고정하여 동력전달시 전달되는 부하를 감지할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 다른 부하감지장치는 링기어를 부하감지를 위한 고정기어로 하고 입력축을 선기어로 하며 입력축의 선기어에 대항하여 다시 선기어를 출력축상에 설치하여 입력축 선기어로부터 입력되는 동력을 유성치차를 통하여 출력축 선기어로 전달하도록 하며 링기어의 외주면에 로드셀을 설치하여 부하를 감지할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 부하감지장치는 캐리어에 로드셀을 설치하고 입력축의 회전속도와 출력축의 회전속도가 다르도록 입력축 선기어와 유성기어, 출력축 선기어의 잇수를 결정하여 입력토오크와 출력토오크의 차이를 감지할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 부하감지장치는 입력축과 출력축에 각각 링기어를 설치하여 기어에 걸리는 하중을 작게하도록 구성된다.

도1은 본 발명의 부하감지장치의 단면도.

도2는 본 발명의 부하감지장치의 측면도.

도3은 본 발명의 다른 실시예의 부하감지장치의 단면도.

도4는 본 발명의 다른 실시예의 부하감지장치의 측면도.

도5는 도1에 도시된 본 발명의 부하감지장치의 개략도.

도6은 도3에 도시된 본 발명의 다른 실시예의 부하감지장치의 개략도.

도7은 본 발명의 또 다른 실시예의 부하감지장치의 개략도.

도8은 본 발명의 또 다른 실시예의 부하감지장치의 개략도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 입력축 2,9: 선기어 3: 캐리어

4: 링기어 5: 로드셀 6,7: 베어링

8: 유성기어 10: 축 11: 베어링

12: 볼 13: 출력축 14: 핀

15: 로드 16,18: 너트 17: 와셔

19: 베어링 20: 케이스

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1에는 본 발명의 부하감지장치가 단면도로서 도시되고 도2에는 그 좌측면도가 도시되는데, 입력축(1)은 베어링(6)및(7)으로 지지되며 2개의 베어링 사이에 선기어(2)가 입력축(1)과 일체로 연결된다.

유성기어(8)는 선기어(2)및(9) 둘레에 축(10)을 중심으로 베어링(11)을 통하여 회전가능하게 설치되며 축(10)은 캐리어(3)에 고정되어 있다.

선기어(9)는 출력축(13)의 한 단부에 설치되고 그 끝단은 베어링(7)이 축 내부에 설치되어 입력축(1)의 한 단부를 지지한다. 출력축(13)은 동력전달장치의 일부를 구성한다.

링기어(4)는 베어링(19)에 의하여 케이스(20)에 회전가능하도록 설치되며 그 외주면에는 핀(14)을 통하여 로드(15)에 의하여 회전이 구속됨과 동시에 로드(15)와 볼(12)을 통하여 링기어(4)에 작용하는 부하를 로드셀(5)이 검출할 수 있도록 한다. 또한 로드(15)는 너트(16), 와셔(17), 너트(18)와 로드셀(5)에 의하여 자유로운 운동이 제한된다.

링기어(4)는 선기어(2)의 회전방향과 반대방향으로 회전하려는 힘을 받게 되고, 이 힘이 링기어(4)에 연결된 로드셀(5)에 전달되어 그 힘의 크기를 측정할 수 있게 된다. 당연히 링기어(4)는 로드셀(5)에 의하여 구속되어 회전은 할 수가 없다. 이러한 본 발명의 부하감지장치의 개략도는 도5에 도시된다.

이 경우에 선기어(2)와 선기어(9)의 잇수를 동일하게 하면 입력축의 회전속도와 출력축의 회전 속도는 동일하게 된다.

만일 선기어(2), 선기어(9)와 각각 맞물리는 유성기어(8)를 분리한다면 또 하나의 링기어를 추가하여, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이때 추가되는 링기어는 선기어(9)와 맞물리는 유성기어와 맞물리게 하고 회전하지 않도록 고정하여야 한다.

또 다른 방법으로 선기어, 유성기어, 링기어중 2개만 사용하는 방법이 있으며 도3 및 도4에 도시한다.

입력축(29)에는 선기어(22)가 일체로 결합되어 있고 선기어(25)는 출력축(26)에 일체로 결합되어 있으며, 캐리어(23)는 로드(28)를 통하여 로드셀(27)에 연결되어 있다.

이 로드셀(27)은 캐리어(23)로 부터 전달되는 회전력을 로드(28)를 통하여 이 회전력에 비례하는 인장력 또는 압축력을 받게 된다. 이러한 발명의 개략도는 도6에 도시되어 있다.

이 방법에 의한 작동원리를 설명하면 다음과 같다.

캐리어(23)를 고정하면 입력축인 선기어(22)는 유성기어(21)를 구동시키며 다시 선기어(25)를 구동시키게 된다.

이때 출력축(26)은 선기어(22)와 유성기어(21)의 잇수비 및 유성기어(21)와 선기어(25)의 잇수비에 따른 감속비로 회전하게 되고 캐리어(23)에 작용하는 토오크는 입력토오크와 출력토오크의 차에 비례하는 값으로 나타난다.

일예로서 입력축 선기어(22)의 잇수는 Z₁, 출력축 선기어(25)의 잇수는 Z₂, 유성기어(21)의 잇수를 Z_P라 하자. 입력축(29)의 회전방향은 도4에서 보아 시계방향이다.

입력축(29)이 시계방향으로 회전하면 유성기어(21)는 유성기어 축을 중심으로 반시계방향으로 회전하고, 출력축(26)은 입력축(29)과 같은 방향으로 회전한다. 이때 입력회전속도를 N_irpm 이라고 할 때 출력회전속도 N_O는,

N_O= N_iX Z₁/Z_PX Z_P/Z₂

= N_iX Z₁/Z₂가 된다.

동력전달손실을 무시한다면,

입력토오크를 T_i, 출력토오크를 T_O, 캐리어 토오크를 T_C하고 할 때

T_O= Z₂/ Z₁X T_i이므로

T_C= T_O- T_i= T_iX (Z₂- Z₁)/Z₁가 되며,

T_C의 회전방향은 반시계방향이 되어 로드셀(27)에 작용하는 하중은 로드(28)를 압축하는 하중이 된다.

만일 입력축 선기어(22)와 출력축 선기어(25)의 잇수가 같으면 T_C= O가 되어 부하검출을 할 수 없게 된다.

이 구성은 입력축(29)과 출력축(26)의 회전속도가 상이할 때에만 부하검출이 가능한 결점은 있으나 선기어(22), 선기어(25)의 잇수 차를 최소화하면 적용대상에 따라 충분한 시험결과를 얻을 수 있다.

또한 본 실시예에서는 캐리어(23)의 회전중심을 유지하도록 하는 베어링등이 설치되어 있지 않으나 T_C의 값이 작은 경우(기어에 작용하는 하중에 비해) 스스로 중심을 유지할 수 있으며, T_C의 값이 커서 기어에 작용하는 하중의 변동이 심해지는 경우에는 베어링을 설치하여 캐리어(23)의 중심을 유지할 수 있도록 한다.

링기어와 유성기어만 사용하는 경우는 도7에 개략도로서 도시되는데, 이 방식은 상기의 도6에 도시된 실시예와 같이 선기어와 유성기어를 사용한 경우와 동일한 효과를 나타내며, 단지 선기어를 링기어(34)로 바꾼 것이다.

이 경우에는 선기어를 사용할 때 보다 좁은 폭으로 제작이 가능한 이점이 있다.

입력축과 출력축의 속도를 동일하게 하여야 하는 경우는 도8에 개략도로서 도시되는데, 이 방식은 통상의 유성기어장치(41)에 선기어(42)를 출력축(43)에 추가한 것으로 링기어(44)를 고정축으로 하여 여기에 로드(48)를 통하여 로드셀(45)을 설치하여 부하를 감지하게 하고 유성기어(41)와 맞물리는 선기어(42)를 출력축(43)에 설치하여 입력축(46)과 동일한 회전속도로 출력하도록 한 것이다.

이 경우 유성기어(41)는 캐리어(47)에 회전가능하게 설치되고 캐리어(47)는 선기어(42) 주위로 회전하게 된다.

가장 단순한 구성으로서는 도9에 도시된 바와같이 기본적인 유성치차 장치의 선기어(2), 캐리어(3), 링기어(4)중 하나를 로드셀(5)과 결합한 것이다.

도시된 구성은 링기어(4)를 로드셀(5)과 결합한 것으로 그 작동원리는 앞에서 설명한 바와 같으며, 이러한 구성은 유성치차로 감속이 되는 부위에 직접 적용할 경우, 링기어(4)를 회전 자재하게 설치하는 것과, 로드셀(5)과 결합하는 비용만으로 부하측정이 가능하여, 가장 경제적으로 부하측정을 할 수 있다.

본 발명의 부하감지장치는 유성치차장치를 이용하여 구조가 간단하면서도 소형으로 제작할 수 있어서 동력전달장치내에 설치하여 부하를 검출할 수 있을 뿐만 아니라 동력흡수장치와 연결하면 동력흡수장치에 로드셀 등을 설치할 필요가 없어서 그 구성을 단순화 할 수 있다.

Claims (3)

1. 선기어, 유성기어, 캐리어 및 링기어로 구성된 유성치차장치에 있어서, 선기어, 캐리어 및 링기어를 선기어의 중심축을 중심으로 회전가능하게 설치하고, 그 중 2 개를 각각 입력축과 출력축으로 하고 나머지 하나를 회전하지 않도록 로드셀을 통하여 고정하여 동력전달시 전달되는 부하를 감지할 수 있도록 한 부하감지장치.
2. 제1항에 있어서, 링기어를 부하감지를 위한 고정기어로 하고 입력축을 선기어로 하며 입력축의 선기어에 대항하여 다시 선기어를 출력축 상에 설치하여 입력축 선기어로부터 입력되는 동력을 유성치차를 통하여 출력축 선기어로 전달하도록 하며 링기어의 외주면에 로드셀을 설치하여 부하를 감지할 수 있도록 한 부하감지장치.
3. 캐리어에 로드셀을 설치하고 입력축의 회전속도와 출력축의 회전속도가 다르도록 입력축 선기어와 유성기어, 출력축 선기어의 잇수를 결정하여 입력토오크와 출력토오크의 차이를 감지할 수 있도록 구성한 부하감지장치.

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