KR100301120B1

KR100301120B1 - 내접식 유성치차 감속기

Info

Publication number: KR100301120B1
Application number: KR1020000022556A
Authority: KR
Inventors: 임선호
Original assignee: 박용수; 주식회사 세진아이지비
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-09-22
Also published as: AU5276001A; EP1198679B1; CN1202362C; US6761660B2; EP1198679A4; CN1366590A; WO2001081789A1; KR20000058349A; DE60132281T2; JP2003532029A; DE60132281D1; US20020052262A1; EP1198679A1

Abstract

본 발명은 내접식 유성치차 감속기에 관한 것으로, 내주면에 내접기어가 형성된 본체; 내부에 동력원을 연결할 수 있는 삽입공간이 형성되며, 그 외주면에 치면이 형성된 입력축; 상기 입력축과 연동되는 다수의 제1유성치차; 동일한 중심축선을 갖는 다수의 동축선부와, 상기 동축선부 사이에 위치되며 상기 중심축선으로부터 소정의 편심량을 가지되 서로 소정간격의 위상차를 갖는 다수의 편심부를 각각 구비하며, 상기 제1유성치차의 회전에 의해 회전운동하는 다수의 크랭크축; 상기 본체의 내접기어에 치합되는 기어가 외주면을 따라 형성되며, 그 중심부에 상기 입력축이 관통되는 중심홀이 형성되고, 상기 크랭크축의 편심부가 주연부에 관통되어 상기 크랭크축의 회전에 따라 병진회전운동하는 다수의 제2유성치차; 상기 크랭크축의 회전시, 세차운동의 발생을 방지하는 세차방지 플레이트; 및 상기 크랭크축의 회전력을 전달하는 출력축 플레이트를 포함하여, 동력전달의 연속성 및 정밀도를 신뢰성있게 유지할 수 있으면서도 소형화가 가능하다.

Description

내접식 유성치차 감속기{REDUCER HAVING AN INTERNAL PLANETARY GEAR}

본 발명은 로봇 또는 수치제어장치(Numerical Controlled Apparatus)와 같은 자동화 및 정밀제어기기의 운동속도를 제어하기 위해 동력전달계통에 이용되는 감속기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동화 및 정밀제어기기에서는 전동모터, 서보모터 등과 같은 동력원의 원동축을 통해 전달되는 고부하의 회전속도를 감속시키기 위한 감속기가 이용되고 있으며, 이러한 감속기에는 자동화 및 정밀제어기기의 소형화 및 정밀화에 따라 정밀하게 동작되면서도 소형화되는 것이 요구되고 있다.

종래의 감속기에는, 테이진 세이키(Teijin Seiki)사에서 개발하여 시판하고 있는 Vigo Drive^TM의 알브이 시리즈(RV series)가 있다. 상기 테진 세이키사의 알브이 시리즈는 다수의 핀치차와, 동력원의 원동축을 삽입하기 위한 축방향의 삽입공간을 입력축 내에 확보할 수 있도록 출력단측에 다수의 1단 감속기어를 구비하여, 감속운동을 전달하고 있다.

그러나, 상기한 테이진 세이키사의 알브이 시리즈 감속기는 다음과 같은 문제점이 있다.

1) 다수의 핀치차를 이용하므로, 감속비의 계산시, 감속비가무한소수(interminating decimal)로 계산되는 경우가 빈번하게 발생되어, 상기 감속기를 반복적으로 구동시킬 때, 오차가 누적되며, 이로 인해 감속운동의 정밀도가 현저하게 저하된다.

2) 1단 감속기어를 출력단측에 위치시키기 위해 입력축의 출력단측 부분의 직경이 작게 되므로, 고감속비에서는 용이하게 적용할 수 있지만, 이를 저감속비에 적용하기 위해서는 별도의 부품이 추가되어야 하므로, 감속기가 대형화된다.

3) 1단 감속기어가 출력단에 위치되므로, 1단 감속기어의 주연부로부터 그리스(grease)와 같은 오일(oil)이 유출되는 것을 방지하기 위해, 상기 각 1단 감속기어의 외주면에 별도의 실링(sealing)용 부품이 다수 설치되므로, 감속기의 제작비용 및 무게가 증가된다.

4) 1단 감속기어가 출력단측에 위치됨으로 인해, 상기 동력원의 원동축을 삽입하기 위한 입력축내의 삽입공간의 길이방향 크기는 보장되지만, 상기 핀치차의 사용으로 인해 상기 삽입공간의 내경이 극히 제한된다.

5) 상기한 문제점들을 극복하기 위해 1단 감속기어를 입력단측에 설치할 경우에는, 일정한 직경의 본체에서 1단 감속기어로 인해 동력원의 원동축을 결합하기 위한 삽입공간의 직경이 매우 작아지게 되며, 특히 감속가능한 범위가 극히 제한된다.

6) 핀치차가 채용되므로, 핀의 직경(약 2㎜)으로 인해 일정한 본체내에 수용될 수 있는 핀의 개수가 제한되며, 이는 감속기의 감속범위를 극히 제한하게 된다.

다른 종래 기술의 감속기로는, 본 출원인의 대한민국 특허 제242207호에 기재된 동력원의 원동축과 올드햄 커플링(Oldham coupling)방식으로 결합되어, 상기 동력원으로부터 회전력을 전달받는 주크랭크축과, 상기 보조 크랭크축의 회전에 따라 병진회전운동하면서 감속운동을 수행하는 다수의 유성치차와, 상기 유성치차와 연동하여 병진회전운동하는 다수의 보조 크랭크축을 이용한 내접식 유성치차 감속기가 있다.

그러나, 상기한 대한민국 특허 제242207호의 내접식 유성치차 감속기는, 보조 크랭크축이 병진회전운동하는 유성치차와 연동되므로, 가공, 조립 및 변형과 같은 이유로 인해 주크랭크축의 회전운동과 보조 크랭크축의 회전운동이 완전하게 일치되지 않는 경우가 발생하게 된다. 다시 말해, 상기 보조 크랭크축의 자전운동이 구속되지 않게 된다. 이때, 상기 보조 크랭크축의 운동시 또는 외부로부터 부하가 가중되면, 상기 보조 크랭크축이 그 회전방향으로 주기적으로 진동하여 동력전달의 연속성과 정밀도를 감소시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 동력전달의 연속성 및 정밀도를 신뢰성있게 유지할 수 있으면서도, 소형화가 가능한 내접식 유성치차 감속기를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 출력단에서의 오일 실링이 용이하면서도, 전동모터의 원동축을 삽입하기 위한 입력축내의 삽입공간을 확보하기가 용이하며, 별도의 추가부품 없이 고감속비 및 저감속비에 적용할 수 있어 저렴하고, 소형화가 가능한 내접식유성치차 감속기를 제공함에 다른 목적이 있다.

도1은 본 발명에 따른 내접식 유성치차 감속기를 상세하게 나타낸 분해 사시도.

도2는 본 발명에 따른 내접식 유성치차 감속기의 일부를 절개한 조립사시도.

도3은 본 발명에 따른 내접식 유성치차 감속기의 내부구조를 나타낸 단면도.

도4는 본 발명에 따른 내접식 유성치차 감속기의 입력축을 상세하게 나타낸 단면도.

도5는 본 발명에 따른 내접식 유성치차 감속기의 크랭크축을 상세하게 나타낸 측면도.

도6은 본 발명에 따른 내접식 유성치차 감속기의 유성치차를 나타낸 평면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 입력축 120 : 덮개

210 : 초단 유성치차 310 : 크랭크축

410 : 본체 510 : 세차방지판

610 : 출력축 710 : 강성유지볼트

810 : 오일-씰 910 : 고정판

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내주면에 내접기어가 형성된 본체; 내부에 동력원을 연결할 수 있는 삽입공간이 형성되며, 그 외주면에 치면이 형성된 입력축; 상기 입력축의 치면에 치합되는 치면을 가져, 상기 입력축과 연동되는 다수의 제1유성치차; 동일한 중심축선을 갖는 다수의 동축선부와, 상기 동축선부 사이에 위치되며 상기 중심축선으로부터 소정의 편심량을 가지되 서로 소정간격의 위상차를 갖는 다수의 편심부를 각각 구비하며, 그 일단부의 동축선부가 상기 제1유성치차에 연결되어 상기 제1유성치차의 회전에 의해 회전운동하는 다수의 크랭크축; 상기 본체의 내접기어에 치합되는 기어가 외주면을 따라 형성되며, 그 중심부에 상기 입력축이 관통되는 중심홀이 형성되고, 상기 크랭크축의 편심부가 주연부에 관통되어 상기 크랭크축의 회전에 따라 병진회전운동하는 다수의 제2유성치차; 중심부에 상기 입력축이 관통되는 중심홀이 형성되고, 상기 크랭크축과 연동되도록 주연부에 상기 크랭크축 후단부의 동축선부가 관통되며, 상기 크랭크축의 회전시, 세차운동의 발생을 방지하는 세차방지 플레이트; 및 중심부에 상기 입력축이 관통되는 중심홀이 형성되고, 그 주연부에는 상기 크랭크축 전단부의 동축선부가 결합되어 상기 크랭크축의 회전력을 전달하는 출력축 플레이트를 포함하는 내접식 유성치차 감속기를 제공한다.

이하, 첨부된 도1 내지 도6을 참조하여 본 발명에 따른 내접식 유성치차 감속기의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내접식 유성치차 감속기는 서보모터 등과 같은 동력원에 연결되며 후단부 외주면에 치면(tooth-shaped surface)(112)이 형성된 입력축(110)과, 상기 입력축(110)의 후단부 치면(112)에 치합된 다수(도시예에서는 3개)의 초단 유성치차(210)와, 상기 각각의 초단 유성치차(210)에 고정된 다수(도시예에서는 3개)의 크랭크축(310)을 포함한다.

상기 입력축(110)은, 도4에 도시된 바와 같이, 그 내부에 동력원의 원동축을 결합하기 위한 삽입공간(114)이 형성되고, 그 전단부에 후술될 고정판을 고정시키기 위한 볼트가 체결될 다수의 나사홀(116)이 소정간격으로 형성된 중공의 원통체이다. 상기 입력축(110)은 그의 삽입공간(114)에 결합된 원동축을 통해 동력원의 동력을 전달받아 회전운동한다. 상기 입력축(110) 및 초단 유성치차(210)는 덮개(120)에 회전가능하게 지지된다.

상기 크랭크축(310)은, 도5에 도시된 바와 같이, 소정두께를 가진 디스크(disk)(312)와, 상기 디스크(312)의 양측면에 각각 형성된 한쌍의 편심부(314)와, 상기 양측 편심부(314)의 단부에 각각 형성된 한 쌍의 동축선부(316)를 구비한다. 여기서, 상기 디스크(312), 두 개의 편심부(314) 및 두 개의 동축선부(316)는 일체로 형성된다. 상기 디스크(312)의 양측에 위치된 편심부(314)는 디스크(312)의 중심축선에 대해 편심되게 위치되며, 상기 디스크(312)의 일측에 위치된 편심부는 상기 디스크(312)의 타측에 위치된 편심부와 각각 180°의 위상차를 갖는다. 그리고, 상기 두 개의 동축선부(316)는 디스크(312)의 중심축선과 실질적으로 일치되는 중심축선을 갖는다. 상기 디스크(312)의 후단부에 형성된 동축선부(316)가 초단 유성치차(210)의 중앙부에 결합되어, 상기 입력축(110)의 회전시, 상기 크랭크축(310)은 초단 유성치차(210)를 통해 입력축(110)의 회전운동을 전달받는다. 이때, 상기 크랭크축(310)은 자전과 공전운동을 동시에 수행하게 된다.

상기 크랭크축(310) 양측의 편심부(314)에는 두 개의 유성치차(320)가 회전가능하도록 끼워져 지지된다. 상기 두 유성치차(320)는, 크랭크축(310)의 회전시, 두 편심부(314)의 편심량에 의해 병진 및 회전운동을 함께 수행한다. 상기 편심부(314)와 유성치차(320) 사이에는 베어링(330)이 각각 장착되어, 상기 크랭크축(310)이 원활하게 회전되도록한다. 이때, 상기 두 유성치차(320)는 디스크(312)의 양측면에 각각 밀접하게 위치되며, 서로 디스크(312)의 두께만큼 이격된다. 이에 따라, 상기한 병진회전운동시, 상기 두 유성치차(320)가 서로 접촉되어 마찰열이 발생하는 것을 방지하고, 마모되는 것을 방지할 수 있다.

상기 각각의 유성치차(320)는 일정간격으로 형성된 다수의 관통홀과, 그 외면에 기어가 형성된 원판의 형상을 가진다. 본 실시예에서, 상기 각 유성치차(320)의 관통홀은 크랭크축(310)이 각각 관통되는 3개의 크랭크축용 관통홀(322)과, 다수의 강화핀(340)을 각각 삽입하기 위한 6개의 강화핀용 관통홀(324)로 구분되어진다. 상기 강화핀(340)은 내주면에 나사산이 형성된 중공체의 원통형상으로 이루어지며, 유성치차(320)의 병진회전운동의 균형을 보조하고, 세차방지판(510)과 출력축(610)을 견고하게 일체화하여 주베어링(520, 620)에 균등한 하중을 분포시키고, 주베어링(520, 620) 사이의 거리를 일정하게 유지시켜 상기 주베어링(520, 620)에 의한 외부하중에 대한 모멘트 하중을 보장한다. 이에 따라, 상기 감속기의 강성이 유지될 수 있다. 이러한 경우, 상기 크랭크축용 관통홀(322)은 120°간격으로 배치되며, 인접한 두 크랭크축용 관통홀(322)의 사이에는 2개의 강화핀용 관통홀(324)이 일정간격으로 배치된다.

상기 두 유성치차(320)는 내주면에 내접기어가 형성된 본체(410)에 내장되어, 상기 본체(410)와 치합된다.

상기 크랭크축(310)의 후단부에 위치된 동축선부(316)는 베어링을 매개로 하여 세차방지판(510)에 회전가능하게 지지되며, 상기 크랭크축(310)의 전단부에 위치된 동축선부(316)는 베어링을 매개로하여 출력축(610)에 회전가능하게 지지된다. 상기 세차방지판(510)은 크랭크축(310)의 회전에 의해 회전운동하면서, 세차운동이 발생하는 것을 방지한다. 상기 출력축(610)은 크랭크축(310)의 회전에 의해 회전하면서 외부로 그 회전력을 전달한다. 이때, 상기 크랭크축(310)의 후단부에 위치된 동축선부(316)는 세차방지판(510)을 관통하여 초단 유성치차(210)에 결합된다.

상기 세차방지판(510) 및 출력축(610)의 외주면에는 제1 및 제2주베어링(520, 620)이 각각 장착되며, 상기 제1 및 제2주베어링(520, 620) 각각은 세차방지판(510) 및 출력축(610)의 회전을 원활하게 한다. 또한, 상기 입력축(110)과 세차방지판(510) 및 출력축(610)의 사이에는 상기 입력축(110)의 회전을 원활하게 하기 위한 베어링이 각각 장착된다. 상기 세차방지판(510)의 유성치차(320)의 강화핀용 관통홀(324)에 대응되는 주연부에는 다수의 나사홀(512)이각각 형성되며, 상기 나사홀(512)에는 강성유지볼트(710)가 각각 체결된다. 상기 강성유지볼트(710)는 세차방지판의 나사홀(512)을 통해 유성치차(320)에 삽입된 강화핀(340)에 결합된다.

상기 강성유지볼트(710)는 제1 및 제2주베어링(520, 620)이 가압될 경우, 외부하중에 의한 감속기의 반경방향 처짐량을 개선시킨다.

또한, 상기 출력축(610)의 주연부에는 다수(도시예에서는 3개)의 나사홀(612)이 일정간격으로 형성되며, 나사홀(612)은 감속기 내부의 윤활오일 또는 그리스를 위한 급/배유구로 이용된다. 본 실시예에서, 상기 출력축의 나사홀(612)에는 볼트(622)가 각각 체결되어 밀폐된다. 상기 볼트(622)는, 크랭크축(310)이 먼저 조립된 상태에서 초단 유성치차(210)를 끼워맞춤방식으로 조립하는 감속기의 조립시, 크랭크축(310)의 축방향 위치를 결정하고 지지하므로써, 상기 크랭크축(310)과 관련된 부품에 축방향으로 충격이 발생되는 것을 방지한다. 또한, 인접한 두 나사홀(612) 사이에는 다수의 구멍이 등간격으로 형성되며, 상기 구멍에는 외부의 장치, 예를 들어 링크(link)가 장착된다.

이러한 출력축(610)과 본체(410)의 사이에는 오일-씰(oil-seal)(810)이 장착되며, 상기 오일-씰(810)은 감속기내의 윤활유, 예를 들어 그리스(grease)가 외부로 배출되는 것을 방지한다.

한편, 상기 세차방지판(510), 두 유성치차(320) 및 출력축(610)의 중앙에는 입력축(110)의 전단부가 관통될 수 있는 중심홀이 형성되며, 상기 출력축(610)을 관통한 입력축(110)의 전단부에는 고정판(910)이 다수의 볼트에 의해 체결된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 내접식 유성치차 감속기의 작용상태에 대해 설명하면 다음과 같다.

외부의 동력원이 동작하여 그 원동축이 회전하게 되면, 상기 원동축에 연결된 입력축(110)이 회전하게 되고, 상기 입력축(110)의 외주면에 치합되어 있는 다수의 초단 유성치차(210)가 회전한다.

이때, 상기 각 초단 유성치차(210)에 연결된 크랭크축(310)이 회전력을 전달받아 자전 및 공전하게 된다. 이러한 경우, 상기 크랭크축(310)은 자전 및 공전운동하면서 소정의 감속비, 즉 상기 입력축(110)과 그에 치합되어 있는 초단 유성치차(210)의 치합비에 따른 감속운동을 수행하게 된다. 상기 크랭크축(310)의 편심부(312)에 장착된 두 유성치차(320)가 병진회전운동한다.

그리고, 상기 크랭크축(310)의 감속운동은 출력축(610)에 전달되어, 상기한 감속비에 따른 감속운동을 전달하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 다양한 효과를 가진다.

1) 크랭크축 일단부의 동축선부가 입력축과 치합되어 회전운동하는 초단 유성치차에 직접 연결되므로, 크랭크축의 회전운동이 초단 유성치차에 의해 구속되어 크랭크축의 회전시 발생되는 종래 기술의 진동이 억제되며, 이에 따라 동력전달의 연속성과 정밀도를 신뢰성있게 유지할 수 있다.

2) 내접식 유성치차를 사용하므로, 동력원의 원동축을 삽입하기 위한 입력축 내의 삽입공간 크기를 조절하는 것이 용이하며, 감속비의 계산시, 감속비가 무한소수로 계산되는 경우가 감소되어 정밀제어기기의 감속운동을 신뢰성있게 유지할 수 있다.

3) 내접식 유성치차를 사용하므로, 치차의 모듈이 소형화될 수 있어 넓은 감속범위를 가질 수 있다.

4) 초단 유성치차가 입력단측에 위치되므로, 출력단에서의 오일 실링이 용이하고, 한정된 본체의 크기내에서 초단 유성치차의 확대가 가능하여 감속기 전체의 크기를 대형화하지 않고도 고감속비 및 저감속비를 구현할 수 있다.

Claims

(정정)

내주면에 내접기어가 형성된 본체;

내부에 동력원을 연결할 수 있는 삽입공간이 형성되며, 그 외주면에 치면이 형성된 입력축;

상기 입력축의 치면에 치합되어 연동하는 다수의 제1유성치차;

동일한 중심축선을 갖는 다수의 동축선부와, 상기 다수의 동축선부 사이에 위치되며 상기 중심축선으로부터 소정의 편심량을 가지되 서로 소정간격의 위상차를 갖는 다수의 편심부를 각각 구비하며, 그 일단부의 동축선부가 상기 제1유성치차에 연결되어 상기 제1유성치차의 회전에 의해 회전운동하는 다수의 크랭크축;

상기 본체의 내접기어에 치합되는 기어가 외주면을 따라 형성되며, 그 중심부에 상기 입력축이 관통되는 중심홀이 형성되고, 그 주연부측으로 상기 크랭크축의 편심부가 관통되어 상기 크랭크축의 회전에 따라 병진회전운동하는 다수의 제2유성치차;

중심부에 상기 입력축이 관통되는 중심홀이 형성되고, 상기 크랭크축과 연동되도록 그 주연부측으로 상기 크랭크축 후단부의 동축선부가 관통되며, 상기 크랭크축의 회전시, 세차운동의 발생을 방지하는 세차방지 플레이트; 및

중심부에 상기 입력축이 관통되는 중심홀이 형성되고, 그 주연부에는 상기 크랭크축 전단부의 동축선부가 결합되어 상기 크랭크축의 회전력을 전달하는 출력축 플레이트

를 포함하는 내접식 유성치차 감속기.
제 1 항에 있어서,

상기 제2유성치차, 세차방지 플레이트 및 출력축 플레이트의 주연부에는 다수의 관통홀이 등간격으로 형성되며,

상기 관통홀에 장착되어, 상기 제2유성치차의 병진회전운동의 균형 및 강성을 보조하는 다수의 강성유지부재

를 더 포함하는 내접식 유성치차 감속기.
(정정)

제 2 항에 있어서,

상기 다수의 강성유지부재가,

상기 제2유성치차의 주연부에 형성된 관통홀에 각각 삽입되며, 중공체인 다수의 강화핀; 및

상기 세차방지 플레이트의 주연부에 형성된 관통홀에 각각 삽입되어, 상기 강화핀에 결합되는 다수의 강성유지볼트

를 포함하는 내접식 유성치차 감속기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 크랭크축 각각이,

상기 제2유성치차 사이에 위치되어 상기 양측의 제2유성치차가 서로 소정간격만큼 이격되도록 유지시키는 디스크를 더 포함하는 내접식 유성치차 감속기.
제 4 항에 있어서,

상기 본체와 출력축 플레이트 사이에 장착되어, 상기 본체 내의 오일이 외부로 누출되는 것을 방지하는 오일실링부재를 더 포함하는 내접식 유성치차 감속기.
(정정)

제 4 항에 있어서,

상기 디스크, 한 쌍의 동축선부 및 상기 두 동축선부의 사이에 위치된 한 쌍의 편심부가 일체로 형성된 내접식 유성치차 감속기.