KR100336467B1 - 단계 감소 기어 시스템 - Google Patents

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KR100336467B1
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히른헬무트
라우덴박흐프란쯔
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로젠슈티엘, 빌만
아이엠에스 모라트 쇠네 게엠베하
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Abstract

본 발명은 실질적으로 원통형인 지지면(1)을 구비하는 강성 지지 링(1)과, 지지면(2)보다 짧은 원주 길이를 갖는 외주면(7)을 구비하는 반경 방향으로 가요성 있는 롤링 부시(5)를 포함하며, 외주면(7)의 하나 또는 복수개의 외주 섹터는 롤링 부시(5) 내부에 회전하도록 배열되어 구동축(14)에 의해 회전되는 구동 코어(20)의 포위 원 상에 배치된 하나 또는 복수개의 부분에 의해 연속적으로 교번하여 지지 링(1)의 지지면(2)과 실질적으로 미끄럼없이 결합하여 유지되는 단계 감소 기어 시스템에 관한 것이다. 종동 타원형 구동 코어(20)의 상기 포위 원은 기본적으로 원통형인 롤링 부시(5)보다 실질적으로 작은 직경(Dh)을 갖는다. 롤링 부시(5)는 모두 동일한 길이를 갖고 실질적으로 반경 방향인 복수개의 전달 요소(32)에 의해 구동 코어(20) 상에 지지된다.

Description

단계 감소 기어 시스템{step-down gear unit}
본 발명은 본원의 청구항 제1항의 전제부에 기재된 특징에 의한 단계 감소 기어 시스템에 관한 것이다.
이러한 종류의 기구는 '하모닉 구동 시스템(harmonic drive system)'이라는 용어로 본 기술 분야에 공지되어 있다[독일 63225 랑겐/하센 소재의 하모닉 드라이브 시스템 게엠베하에 의한 사내 문헌; 듀벨, 타센부흐 퓌르 마쉬넨바우 15판 1069쪽 참조(Dubell, Taschenbuch fur Maschinenbau, 15th Edition, page 1069; company publication by Harmonics Drive System GmBh, 63225 Langen/Hessen)].
이러한 기구는 기본적으로 3개의 기본 유닛을 포함한다. 즉,
(a) 실질적인 구동 유닛인 소위 파형 발생기. 이는 볼 베어링이 장착되고 입력축이 제공된 타원형 코어가 포함된다.
(b) 기본적으로 원통형이지만 외치를 갖는 반경 방향으로 가요성 있는 강철제 부시(롤링 부시)이고 타원형 코어가 회전하도록 배열된 소위 플렉스 스플라인(flex spline).
(c) 소위 원형 스플라인. 이 부품은 내치 가공된 정지 지지 링이며, 그 치는 타원형으로 변형 가능한 플렉스 스플라인, 즉 상기 변형 가능한 강철제 부시와 일정하게 맞물린다. 이러한 점에서, 내치 가공된 지지 링은 가요성 강철제 부시보다 많은 개수의 치를 갖고, 그 치의 정반대로 대향하는 2개의 외주 섹터(peripheral sector)는 정지 지지 링의 내치와 일정하게 맞물린다. 가요성 강철제 부시 내에서 타원형 코어가 회전하는 결과로, 강철제 부시의 모든 치는 차례대로 각각의 회전 동안에 정지 지지 링의 내치의 치와 맞물리게 되고, 그 결과 치 개수의 차이에 의한 강철제 부시의 회전이 발생한다.
매우 조밀한 구조를 갖는 이러한 기구를 사용하면, 상당한 속도 감소비 또는 단계 감소를 얻을 수 있다. 그러나, 구동부 및 출력부의 회전 방향은 반대 방향이다. 각각의 기어비를 계산하기 위한 공식은 다음과 같다.
i = Z2/ (Z1- Z2)
여기서, Z1은 가요성 강철제 부시의 치 개수이고, Z2는 내치 가공된 정지 지지 링의 치 개수이다. 이러한 하모닉 구동 기구의 제조로부터 얻어진 정보에 따르면, 1:72 내지 1:320의 기어비가 가능하다.
이러한 종류의 기구는 특정 목적의 기계 장치 및 산업용 로봇에 주로 사용된다.
이러한 하모닉 구동 기구(EP 0 514 829 A2)의 공지된 설계에 있어서, 반경 방향으로 가요성 있는 강철제 부시는 항아리 형상으로 설계되고 외치로부터 축방향으로 이격된 위치에 안정한 단부벽이 제공된다. 이러한 강철제 부시의 기본적으로 원통형인 얇은 벽은, 한편으로는 단부벽의 원통 형상에 적합하고 다른 한편으로는 이러한 기구 즉 파형 발생기의 코어의 회전하는 타원형 원주에 가요성이 있게 적합하도록 가요성이 있게 변형될 수 있다.
이러한 기구의 다른 설계에 있어서, 가요성 강철제 부시, 즉 플렉스 스플라인과 전달 파형 발생기(DE 39 06 053 C2 및 EP 0 309 197 B2) 사이의 전달 요소와 같이, 각각의 경우에, 내치를 포함하는 치 가공된 제2 링이 제공되고 이는 내치 가공된 제1 정지 지지 링에 대해 동축상으로 배열되며, 정지 지지 링과 적어도 실질적으로 동일한 직경을 갖지만, 그 치의 개수는 정지 지지 링의 치 개수와 상이하다. 이러한 점에서, 가요성 강철제 부시의 치는 정지 지지 링 및 회전하는 치 링과 맞물린다. 즉, 회전하는 치 링이 타원형 구동 코어의 회전 중에 정지 지지 링의 기어 림(rim) 내에서 롤링되는 가요성 강철제 부시와 동일한 치 개수를 가지므로, 가요성 강철제 부시의 회전이 회전하는 치 링에 직접, 즉 1:1의 기어비로 전달되도록 맞물린다.
이하에서는 강철제 부시를 롤링 부시라고 하겠다.
이론적으로, 일반적인 단계 감소 기어 시스템의 작동 방법은 상이한 길이를 갖는 외주면이 서로에 슬립이 발생되지 않도록(slip-free) 롤링되어 그 결과 롤링 중에 보다 짧은 외주면이 길이 차이에 의해 회전하는 것이다.
이러한 공지된 기구의 모든 개별 부품이 강철 또는 이와 유사한 재료로 제조되고, 이러한 기구가 일반적으로 타원형 구동 코어의 외주면과 가요성 롤링 부시 사이에 배열된 반경 방향으로 가요성 있는 즉 변형 가능한 볼 베어링이 제공되며, 특히 높은 마무리 정밀도가 고장없는 작동을 위해 필수적이므로, 이들 기구는 상당한 제조 비용을 유발시킨다.
본 발명의 목적은, 각각의 개별 구성 부품이 보다 간단하고 경제적이지만 특히 작은 치수를 갖도록 제조되고, 특히 자동적으로 마찰 손실을 최소화하면서 높은 효율, 유격없는 결합, 보다 큰 기어 감소 또는 보다 높은 속도 감소비를 달성할 수 있도록, 상기 종류의 단계 감소 기어 시스템을 설계하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 기술적 특징을 갖는 단계 감소 기어 시스템에 의해 충족된다.
추가 개선점은 종속항에 기재되어 있다.
일반적인 종류의 공지 기구와 비교하면, 본 발명에 따른 설계는 훨씬 더 경제적인 제조를 위한 수단뿐만 아니라 훨씬 더 광범위한 설계 변동폭, 특히 매우 작고 조밀한 구조를 제공한다. 또한, 상당히 간략화된 수단을 사용하여 회전 운동의 전달 정밀도를 달성할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 기구의 설계에 있어서 롤러 또는 볼 베어링이 어떠한 경우에도 롤링 부시와 구동 코어 또는 이를 둘러싸는 베어링 허브 사이에 불필요하다는 사실에 기인한다.
중요한 추가 장점은 이러한 기구가 자동 로킹식(self-locking)이라는 것이며, 이는 롤링 부시에 작용하는 토오크의 크기에 상관없이 구동축을 전후방으로 회전시킬 수 있다는 것을 의미한다. 동시에, 이는 이러한 기구가 아이들 상태에 있거나 구동부가 작동하지 않는 각각의 경우에 롤링 부시에 의해 전달 연결 상태인 전달축이 정밀하게 형성된 각도 위치를 차지하며, 이러한 각도 위치가 구동부에 의해서만, 즉 구동 코어의 대응되는 회전에 의해 하나의 또는 다른 방향으로 변경될 수 있다.
일반적인 종류의 공지된 기구는 자동 로킹식 특징을 포함하지 않는다.
전달 요소가 반경 방향으로 변형 가능한 구동 코어는 편의상 단일 부품으로 구성된다. 그러나, 구동 코어가 복수개의 부품으로 구성되는 것도 본 발명의 범주 내에 속한다. 본 발명에서 중요한 인자는 다중 부품 구동 코어가 가요성 롤링 부시의 외주면의 하나 또는 그 이상의 외주 섹터를 지지 링의 지지면과 연속적으로 교번하여 결합시키는 것이다.
전달 요소와 구동 코어 사이의 마찰을 감소시키기 위해, 청구항 제6항에 따른 설계가 유리하다.
청구항 제7항에 따른 설계의 결과로, 매우 양호한 또는 최적의 힘 대 토오크의 비와 매우 높은 기어비 또는 기어 감소비를 제공하는 수단을 달성할 수 있다.
청구항 제8항에 의해, 매우 높은 작동 신뢰성뿐만 아니라 마모가 매우 적고 특히 매우 정밀한 작동을 보장할 수 있다.
특히 경제적인 실시예가 청구항 제9항에 기재되어 있으며, 청구항 제10항 및/또는 제11항에 따른 설계는 최소 마찰 손실과 그에 따른 높은 효율을 보장한다.
청구항 제12항, 제13항 및 제14항에 따른 설계는 그 자체로 일반적인 종류의 공지 기구에서 이미 제공되고 있지만, 본 발명에 따른 실시예에도 상기 설계를 사용할 수 있고 이것이 유리하다.
청구항 제15항에 따른 설계는 마찰 결합된 원형 피치가 0의 값을 갖고 달성된 기어비 또는 기어 감소비가 서로에 대해 롤링되는 마찰면의 외주 길이의 길이 차이에 의해 배타적으로 결정되므로 소정의 한도 내의 소정의 기어비를 선택하기위한 수단을 제공한다.
따라서, 분모가 정수가 아니라 소수도 포함할 수도 있는 기어 감소비를 선택할 수 있다.
순수한 마찰 결합 대신에, 매우 작은 또는 미세한 원형 피치를 제공할 수 있으며, 정밀한 등편각(isogonal) 구동 전달이 중요한 인자가 아닌 경우에도 불규칙한 치가 예컨대 주름(corrugations), 널링(knurling) 등의 형태로 제공될 수 있다.
이러한 점에서 유리한 설계가 청구항 제16항에 기재되어 있다. 이러한 설계에 따르면, 등편각으로(isogonally) 손실없이 롤링 부시의 회전 운동을 전달할 수 있는 것을 보장한다.
본 발명의 매우 유리한 설계가 청구항 제17항에 기재되어 있다. 이러한 설계에 따르면, 롤링 부시와 전달축 사이의 연결이 매우 경제적으로 작동 위주의 방법으로 제조되는 것을 보장할 수 있다.
상기의 대안 실시예가 청구항 제18항에 기재되어 있다. 이러한 설계에 따르면, 추가의 기어 부품에 의해 추가의 기어 감소비를 얻을 수 있다.
청구항 제19항에 다른 설계가 이론적으로 일반적인 종류의 종래 기술의 기구로 공지되어 있지만, 청구항 제20항에 따른 설계는 추가의 기어비를 사용할 수 있는 가능성을 열어둔 채로 추가 대안 실시예를 제공하고 있다.
청구항 제21항에 따른 설계는 본 발명에 따른 단계 감소 기어 시스템의 실시예에 대해 유리하며, 이러한 실시예들은 램으로 설계된 전달 요소들이 완전한 플라스틱 부품의 스포크보다 높은 부하 수용 능력을 갖는 다른 재료로 제조될 수 있기때문에 성능에 관한 한 보다 확실하다. 이와 같이, 보다 큰 반경 방향 힘이 구동 코어로부터 롤링 부시로 전달될 수 있으며, 이는 특히 힘의 마찰 전달을 위한 매우 미세한 치 또는 불규칙한 치의 경우에 유리하고 작동상 상당히 중요하다.
청구항 제22항 및 제23항에 따른 설계는 이러한 점에서 가장 적절한 것으로 밝혀졌다.
청구항 제24항 및 제25항은 램으로 설계된 전달 요소용 안내 케이지의 형상 및 배열에 관한 한 두 가지의 유리한 설계 선택 사양에 관한 것이다.
청구항 제26항 및 제27항에 따른 설계에 따르면, 롤링 부시와 지지 링 사이에 치의 완전히 유격없는 결합을 달성하기 위해 단순하게 제조된 수단이 공정 공차를 보상하도록 제공된다.
타원형 구동 코어 대신에, 두 개의 정반대로 대향 배치된 편심 캠 또는 돌출부를 포함하면, 청구항 제28항에 따른 설계를 제공하기 위한 소정의 용도 특히 전달축 상에 높은 토오크가 관련되는 용도에 유리하고 편리하며, 그러한 용도에서, 각각의 경우에, 롤링 부시의 세 개의 외주 섹터는 동시에 지지 링의 내면 또는 치와 가압 로킹 또는 형상 로킹 결합된다.
청구항 제29항에 따른 설계는 가능하다면 높은 정밀도의 기어 부품의 편의 및 보호용 캡슐화를 보장하는 역할을 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 기술하기로 한다.
도1은 도2의 선 I-I을 따른 단계 감소 기어 시스템의 정면도이다.
도2는 도1의 선 II-II를 따른 단면도이다.
도3은 도1과 같이 정면에서 본 롤링 부시, 스포크 및 베어링 허브를 포함하는 플라스틱 본체를 도시하는 도면이다.
도4는 실물 크기(true-to-life size)로 도시된 단계 감소 기어 시스템의 측면도이다.
도5는 다른 종동 장치가 제공된 단계 감소 기어 시스템의 도6의 선 V-V를 따른 측면도이다.
도6은 도5의 선 VI-VI를 따른 단면도이다.
도6a는 지지 링에 반경 방향으로 가요성 있는 내치가 제공된 도6의 실시예의 변형예의 절반 단면도이다.
도7은 종동 환상 기어의 단면도이다.
도8은 도7의 화살표 VIII에서 본 도면이다.
도9는 종동 환상 기어가 추가의 기어 부재를 통해 전달축과 전달 연결된 상태의 단계 감소 기어 시스템의 다른 실시예의 단면도이다.
도10은 각각의 경우에 지지 링의 내면 및 롤링 부시의 외주면에 마찰 라이닝이 제공되고 도1 내지 도4에 따른 실시예에서와 같이 롤링 부시의 베어링 허브가 가요성 연결 부재를 통해 전달축에 결합된 실시예의 도11의 선 X-X를 따른 부분 정면도이다.
도11은 도10의 선 XI-XI를 따른 단면도이다.
도12는 지지 링과 마찰 결합하는 롤링 부시가 도10에서 도시된 바와 같이 치에 의해 종동 환상 기어와 결합하는 실시예를 도시하는 도면이다.
도13은 도12의 선 XIII-XIII를 따른 도면이다.
도14는 반경 방향 스포크 및 베어링 허브를 포함하며 스포크에는 금속 삽입체가 제공된 롤링 부시의 정면도이다.
도15는 도14의 선 XV-XV를 따른 단면도이다.
도16은 도15의 선 XVI-XVI을 따른 단면도이다.
도17은 도15의 선 XVII-XVII을 따른 단면도이다.
도18은 스포크 및 베어링 허브를 포함하는 단일편 롤링 부시의 다른 실시예의 정면도이다.
도19는 도18의 XIX-XIX를 따른 부분 단면도이다.
도20은 스포크, 램 및 베어링 부시가 없는 외치 롤링 부시의 정면도이다.
도21은 삽입된 금속 링을 갖는 도14의 롤링 부시를 도시하는 도면이다.
도22는 구동 코어와 롤링 부시 사이의 전달 부재가 램을 포함하는 단계 감소 기어 시스템의 하나의 실시에의 개방 단부도이다.
도23은 별도의 부재로서의 램의 사시도이다.
도24는 넓은 지지면이 제공된 별도의 부품으로서의 램의 사시도이다.
도25는 삼각형 구동 코어 즉 세 개의 편심 돌출부가 제공된 구동 코어의 정면도이다.
도25a는 도25의 구동 코어의 다른 실시예의 정면도이다.
도26은 도25의 측면도이다.
도26a는 도25a의 구동 코어의 부분 단면도이다.
도27은 삽입된 안내 케이지를 포함하는 종동 환상 기어의 정면도이다.
도28은 도27의 선 XXVIII-XXVIII의 단면도이다.
도29는 단일편으로 성형된 안내 케이지를 포함하는 다른 종동 환상 기어의 정면도이다.
30은 도29의 선 XXX-XXX를 따른 단면도이다.
단계 감소 기어 시스템의 여러 실시예에서, 각각의 경우에, 기본 부품들은 각각 환상 내측 지지면(2)을 갖는 원형 지지 링(1)과, 외주면(7)을 갖는 롤링 부시(5)와, 타원형 또는 삼각형 구동 코어(20 또는 20/1)이며, 이하에서는 이를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도1, 도2 및 도3의 실시예에서, 원통형 지지 링(1)에는 그 전체 폭(b)을 가로질러 연장되는 내치(3)가 제공된다. 정지 기어부로서의 상기 지지 링(1)은 도면에는 도시되지 않은 소정의 기구 캐리어 등에 비회전식으로 연결된다. 각각의 경우에, 두 개의 측단부면에서 단부벽(43 및 44)이 축방향 나사(42)에 의해 지지 링(1)에 상호 연결되거나 연결된다. 단부벽(44)의 중심 구멍(61)에서, 구동축(14)은 회전하도록 지지되고, 예컨대 하나의 또는 다른 회전 방향으로 구동되도록 설계된 구동 모터에 연통된다. 구동 코어(20)는 구동축(14)이 구동될 때에 구동 코어(20)도 구동축(14)과 등편각으로 회전하도록 상기 구동축(14) 상에서 회전하도록 고정된다.
기본적으로 원형인 롤링 부시(5)는 도1 내지 도3에 따른 실시예에서 지지 링(1) 또는 그 내치(3)와 동일한 폭(b)을 갖는 외치(9)를 갖도록 제공된다. 도1에도시된 바와 같이, 각각의 경우에, 롤링 부시의 외치(9)는 정반대로 대향 배치된 외주 섹터들의 구역에서 복수개의 치를 통해 지지 링(1)의 내치(3)와 맞물린다. 이는 롤링 부시(5)가 반경 방향으로 가요성이 있고 이 경우에 스포크(32)로 설계된 반경 방향 전달 부재를 거쳐 구동 코어(20)가 회전하도록 배열된 내측 베어링 부시(22)에 일체로 연결되기 때문에 가능하다.
이러한 점에서, 내경(Dn), 즉 베어링 부시(22)의 최종 내주 길이는 도1 및 도2에 도시된 바와 같은 조립 상태에서 타원형 구동 코어(20)를 적어도 실질적으로 유격없이 둘러싸도록 선택된다.
기본적으로 원통형인 베어링 허브(22)의 내경(Dn)은 마찬가지로 기본적으로 원통형인 롤링 부시(5)의 외경(Da)보다 적어도 1/4 내지 1/3 만큼 작다. 도1 내지 도3에 도시된 실시예에서, 롤링 부시(5) 및 베어링 허브(22)는 스포크(32)로 설계된 전달 요소와 함께 플라스틱 재료로 된 단일편 구조부(35)를 형성하며, 이 구조부는 제조가 경제적이고 조립이 간단하다. 베어링 허브(22)가 비교적 높은 가요성을 가질 수도 있어서, 비원형 구동 코어(20)를 베어링 허브(22) 내에 삽입시키는 것도 매우 간단하다.
베어링 부시(22)의 구동 코어(20)의 편심 즉 타원형 회전 운동으로, 베어링 부시는 연속적으로 타원형으로 변형된다. 이러한 타원형 변형은 롤링 부시(5)의 외치(7)의 다른 치가 정지 지지 링(1)의 내치(3)에 연속적으로 맞물리도록 스포크(32)를 통해 롤링 부시(5)에도 전달된다.
이렇게 함으로써, 롤링 부시(5)의 외치(9)의 치 개수(Z1)는 지지 링(1)의 내치(3)의 치 개수(Z2)보다 적고, 정지 지지 링(1)에 대한 롤링 부시(5)의 연속 회전은 구동축(14), 즉 구동 코어(20)의 회전 방향에 대향 방향으로 일어난다.
이미 설명한 것처럼, 구동축(14)의 회전수와 롤링 부시(5)의 회전수 사이의 최종 기어비는 다음 식으로 계산된다.
i = Z2/ (Z1- Z2)
예컨대, 롤링 부시(5)의 치 개수(Z1) = 98을 갖고 지지 링(1)의 치 개수(Z2) = 100일 때, i = 1 : 50인 기어비가 상기 식에 따라 계산된다.
치 개수 대신에, Z2로서 내면의 원주 길이를 사용하고 Z1로서 롤링 부시(5)의 외주면의 원주 길이를 사용해도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
앞에서 설명한 내용은 지지 링(1)과 롤링 부시(5) 사이의 치 맞물림을 위해 절대적으로 필수적인 것이 아니라, 나중에 설명하는 것처럼 기구를 순수한 마찰 기어로 설계할 수 있다는 것을 나타내려는 것이다.
도2에 도시된 바와 같이, 베어링 허브(22)는 연결 부재(25)로서 또한 기본적으로 원통형인 얇은 벽의 가요성 있는 변형 가능한 중공축(26)도 포함하며, 이러한 중공축은 내치(27)를 통해 전달축(30)의 피니언(31)에 결합된다. 이러한 점에서, 중공축(26)에는 충분한 반경 방향 유격이 제공되고 단부벽(43)의 대응하도록 넓은 중심 축방향 보어(34)를 통과한다.
이 연결 부재(25)에 의해, 롤링 부시(5) 또는 베어링 부시(22)의 회전 운동이 전달축(30)에 전달된다.
도5 및 도6에 도시된 실시예는 내치(41)를 포함하는 종동 환상 기어(40)가 롤링 부시(5)와 전달축(29) 사이의 연결 부재로서 제공되어 전달축(29)과 함께 단일편 구조부를 형성한다는 점에서 도1 내지 도3에 도시된 실시예와는 다르다. 이러한 점에서, 지지 링(1)의 내치(3)는 폭(b)을 갖는 롤링 부시(5)의 외치(9)보다 작은 축방향 폭(b)을 갖는다.
종동 환상 기어(40)의 내치(41)는 지지 링(1)의 내치(3)에 맞물리는 롤링 부시(5)의 외치(9)의 치 개수(Z1)에 적어도 실질적으로는 대응하는 치 개수(Z3)를 갖는다.
그러나, 종동 환상 기어(40)의 회전 운동이 롤링 부시(5)의 회전 운동 중에 일어나도록 보장하기 위해, 종동 환상 기어(40)의 내치(41)의 치 개수(Z3)는 지지 링(1)의 내치(3)의 치 개수(Z2)와 달라야 한다.
내치(41)의 치 개수(Z3)가 롤링 부시(5)의 외치(9)의 치 개수(Z1)에 대응하면, 이들 두 세트의 치(41 및 9) 사이의 기어비는 1 : 1 이 될 것이다.
내치(41)의 치 개수(Z3)가 롤링 부시(5)의 치 개수(Z1)를 초과하면, 추가의 속도 감소비가 있을 것이며, 치 개수(Z3)가 치 개수(Z1)보다 적으면, 추가의 속도 증가비가 있을 것이다. 내치(41)가 예컨대 외치(9)보다 하나 적은 치를 가지면,종동 환상 기어(40)는 롤링 부시(5)의 완전 회전 중에 롤링 부시(5)보다 하나의 원형 피치가 더 전진 회전한다. 반대로, 내치(41)가 롤링 부시(5)보다 하나 더 많은 치를 가지면, 종동 환상 기어(40)는 롤링 부시(5)의 완전 회전 중에 완전 회전보다 하나의 원주 피치만큼 적은 회전 운동을 실행한다.
도9는 도5 및 도6에 도시된 단계 감소 기어 시스템의 변경예를 도시하며, 여기서 내치(41)를 갖는 종동 환상 기어(40/1)는 롤링 부시(5)의 외치(9)에 동일한 방식으로 맞물린다. 그러나, 종동 환상 기어(40)와 비교하면, 종동 환상 기어(40/1)는 전달축을 포함하지 않는다. 실제로, 종동 환상 기어(40/1)는 추가의 기어 부재(60)를 통해 전달축(28)에 전달하도록 연결된다. 상기 기어 부재(60)는 정반대로 배치된 두개의 유성 휘일(62, 63)을 포함하며, 이들 유성 휘일은 편심으로 배열된 베어링 저널(64 및 65) 상에서 회전하도록 지지되고 한편으로는 종동 환상 기어(40/1)의 내치(41/1)에 맞물리고 다른 한편으로는 전달축(28)에 일체로 연결된 치 휘일(28')과 맞물린다. 구동축(14)과 전달축(28) 사이의 기어 감소비는 추가의 기어 부재(60)에 의해 더 변경될 수 있다. 특히, 이러한 방식에서 더 큰 기어 감소 또는 단계 속도 감소비를 얻을 수도 있다.
일반적인 종류의 공지 단계 감소 기어 장치에서의 경우와 같이, 본 발명에 따른 단계 감소 기어 장치에서, 특히 플라스틱 재료로 제작된 롤링 부시(5)의 치는 대개 강철, 청동 알루미늄 또는 다른 경질 금속으로 제조된 지지 링(1)의 강성 치보다 부드럽고 이에 따라 가요성이므로 롤링 부시(5)의 치와 지지 링(1)의 치 사이의 완전한 유격없이 맞물게 하기에 매우 용이하다. 이러한 재료의 조합은 본 발명에 따른 기구의 완전한 소음없는 작동에 상당히 기여하며, 플라스틱 재료 또는 금속으로 된 두 개의 맞물림부를 이루도록 특정한 적용 또는 분야를 위해 물론 가능하다.
본 발명의 용도 및 적용 분야에 따라, 종동 환상 기어(40, 40/1)가 플라스틱 재료 또는 금속으로 제조될 수 있고, 사출 성형 공정에서 플라스틱 재료를 사용하는 생산은 분명히 더욱 더 경제적이다.
도10 및 도11은 지지 링(1)의 내면(3)에 마찰 라이닝(4)이 제공되고 스포크(32) 및 베어링 허브(22)를 포함하는 롤링 부시(4)의 외주면(7)에 마찰 라이닝(11)이 제공된다는 점과, 맞물림 결합 대신에 마찰 결합이 지지 링(1)과 롤링 부시(5) 사이에 이루어진다는 점에서만 도1 및 도2의 실시예와 다른 실시예를 도시하고 있다.
도12 및 도13의 실시예에서, 그 기본적 설계는 도5 및 도6에 따른 실시예와 유사하며, 각각의 경우에, 지지 링(1)의 내면(2) 및 롤링 부시(5)의 외주면(7)에는 각각 폭(b1)을 가로질러 연장되는 마찰 라이닝(4 및 11)이 제공된다. 축방향으로 인접하게, 롤링 부시(5)의 외치(9)는 종동 환상 기어(40)의 내치(41)와 맞물린다.
도14 내지 도17은 일체형으로 연결된 스포크(32)에 각각 금속 삽입체(37)가 제공된 롤링 부시(5)의 실시예를 도시하고 있다. 각각의 경우에, 상기 금속 삽입체(37)는 베어링 부시로부터 자유롭게 내측으로 돌출하여 그에 의해 상기 삽입체가 구동 코어(20, 도22 참조)의 외주면(52) 상에 직접 지지될 수 있는 기단부(38, foot end)를 포함한다. 이러한 점에서, 양호한 마찰 거동을 보장하기 위해, 공지된 재료 조합, 예컨대 청동 및 강철, 황동 및 강철 등을 선택하도록 하여야 한다.
도15 내지 도17에 도시된 바와 같이, 각각의 경우에, 금속 삽입체(37)는 그 기단부를 제외하고는 플라스틱 재료로 완전히 싸여진다.
이러한 종류의 금속 삽입체(37)는 예컨대 외주면에 마찰 라이닝(11)이 선택적으로 제공된 롤링 부시(5)의 외주면(7)과 지지 링(1)의 내면(3) 사이의 미끄럼없는 마찰 결합을 달성하기 위해 특히 상당한 반경 방향 힘이 전달되어야 하는 경우에 편리하고 유리하다. 이러한 점에서, 롤링 부시(5)의 외부 환상 본체에 자체로 외주 방향으로의 힘의 분배를 향상시키는 환상 금속 삽입체를 갖추도록 하여야 한다. 물론, 이러한 종류의 금속 삽입체(37)는 외치(7)가 제공된 롤링 부시(5)에서도 편리하게 사용된다.
롤링 부시(5)의 베어링 허브(22)에도 베어링 허브(22) 내의 마찰로 인한 마모를 최소화시키기 위해 금속제 베어링 슬리브(23)가 제공되는 것이 편리하거나 유리할 수도 있다. 이러한 성격의 실시예가 도18 및 도19에 도시되어 있다. 이러한 도면에서, 금속 베어링 슬리브(23)는 낮은 마찰 유발 특성을 갖는 매끄러운 내면(23')이 적어도 실질적인 유격없이 구동 코어(20)를 둘러싸도록 베어링 허브(22) 내에 매설된다. 베어링 허브(22) 내에서의 상기 베어링 슬리브(23)의 회전을 방지하고 이를 축방향의 소정 위치에 고정하기 위해, 각각의 경우에, 상기 베어링 슬리브의 전방 단부에는 외부로부터 베어링 허브(22)의 플라스틱 재료가 충전된 슬릿 형상의 리세스(24)가 제공된다.
완성된 상태에서, 각각의 경우에, 도14 및 도18의 롤링 부시(5)는 간단히 제조되면서도 기구 내에 간단하고 기술적으로 정확하게 설치된 균일한 구조부(35)를 형성한다.
도20은 소정의 스포크나 베어링 허브를 포함하지 않은 롤링 부시(5/1)의 정면도이다. 이러한 롤링 부시는 외치(9)를 갖는 환상의 반경 방향 가요성 본체(58)만을 포함한다.
도21의 실시예에서, 상기 롤링 부시(5/1)에 얇은 벽으로 된 환상 금속 삽입체(39)가 제공된다. 그러한 롤링 부시(5/1)를 사용할 때, 실질적으로 타원형인 구동 코어(20)로부터의 힘의 전달은 각각 복수개의 램(33 또는 33')을 통해 이루어지며, 이는 반경 방향으로 변위되도록 안내되어 구동 코어(20)의 외주면(52) 상에 직접 둥근 내측의 기단부(38)를 통해 지지되며, 그 외단부에는 각각 양방향으로 선택적으로 확대될 수도 있는 만곡 지지면(36, 36')이 제공된다. 이러한 지지면(36, 36')에 의해 상기 램(33, 33')은 각각 반경 방향 변형력 및 운동을 외치 롤링 부시(5/1)의 환상 본체(58)에 전달하며, 이러한 방식으로 그 치(9)는 지지 링(1)의 내치(3)와 원주에서 맞물린다.
각각의 경우에, 상기 램(33, 33')은 지지 링(1)의 내치(3)와 동심으로 롤링 부시(5/1) 내에 중심이 설정되어 배열된 공동의 원통형 안내 케이지(45 및 45/1)의 슬롯 형상의 반경 방향 안내부(47) 내로 안내된다. 이러한 안내 케이지(45, 45/1)는 예컨대 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 도27 및 도28에 도시된 실시예에서, 슬롯 형상의 반경 방향 안내부(47)를 형성하는 섹터에는 원형으로 설계되어 금속제의 종동 환상 기어(40)의 원통형 리세스(49') 내에 중심이 설정되는 공통단부벽(49)이 제공된다.
이러한 점에서, 섹터(48)는 구동 코어(20)가 자유롭게 회전하는 원형 공동 공간(48')을 형성한다. 상기 섹터의 외경도 롤링 부시(5/1)의 타원형의 반경 방향 변형, 또는 확대된 지지면(36')이 제공된 램(33')의 반경 방향 운동이 악역향을 받지 않도록 선택된다.
도29 및 도30에 도시된 실시예에서, 안내 케이지(45/1)는 마찬가지로 플라스틱 재료로 된 종동 환상 기어(40)와 일체로 연결된다.
타원형 구동 코어(20) 대신에, 삼각형으로 설계된 즉 공통 외접원(56) 상에 배치된 세 개의 반경 방향 돌출부(55)를 갖도록 제공된 구동 코어(20)를 이용할 수 있으며, 서로에 대해 120。 만큼 오프셋된 각각의 경우에, 그 세 개의 외주 섹터에 의해 롤링 부시의 세 개의 외주 섹터는 내부 지지면(2) 또는 치(3)와 맞물린다는 것을 용이하게 이해할 수 있다(도25 참조). 이러한 종류의 삼각형 구동 코어는 특히 낮은 높이의 치를 갖는 매우 미세한 치 또는 마찰 결합이 사용될 때에 유용하게 사용된다. 치가 사용되는 경우에, 지지 링(1)의 치(3)와 롤링 부시(5 또는 5/1)의 치(9) 사이의 치의 차이는 3으로 나눌 수 있는 정수이어야 한다는 것을 주의하여야 한다. 마찰 결합의 경우에, 이는 관계없다.
구동 코어의 측면에서 추가 설계가 도25a 및 도26a에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 구동 코어는 하나의 측면 상에 구동축(14)이 제공되고 대향 배치된 측면 상에 서로에 대해 120。 만큼 오프셋된 세 개의 롤러(55/2)가 제공된 삼각형 디스크(20/2)이다. 각각의 경우에, 상기 롤러(55/2)는 디스크(20/2)의 원통형 베어링 저널(55/1) 상에 회전하도록 지지되거나, 원통형 외주면이 도25 및 도26의 실시예의 돌출부(55)의 경우와 같이 구동축(14)의 축과 동축인 공통 외접원(56) 상에 배치되도록 배열 및 설계된다.
이는 구동 코어가 다중부 설계를 가질 수 있다는 것을 나타낸다.
절대적으로 신뢰성이 있는 유격없는 맞물림 위치를 보장하기 위해, 마찰로 인한 마모를 최소화시키는 것을 보장하면서, 한편으로는 롤링 부시(5 또는 5/1)의 치(9)와 다른 한편으로는 지지 링(1)의 치(3)를 위한 중요한 치 프로파일의 경우에서도, 지지 링(1)의 내치(3)가 반경 방향으로 가요성이 있도록 설계하는 것이 유리하고 편리하다. 예컨대 도6a에 도시된 실시예에 의해 이를 제공할 수 있다. 이러한 점에서, 얇은 환상 홈(70)은 내치(3) 상에 부착된 비교적 얇은 벽으로 된 환상 본체부(68)와 외부의 두꺼운 벽으로 된 환상 본체부(69) 사이에 배열되며, 상기 환상 홈은 롤링 부시(5)의 외치(9)의 전체 폭(b)을 가로질러 실질적으로 축방향으로 연장된다.
치(3)가 제공된 지지 링(1)의 일부는 두 세트의 치(3 및 9)가 완전히 유격없이 반경 방향으로 서로 가압되도록 설계된다는 점에서 반경 방향으로 가요성이 있다. 이러한 방식으로, 공정 공차를 완전히 보정할 수 있다.

Claims (30)

  1. 실질적으로 원통형인 지지면(2)을 구비하는 강성의 지지 링(1)과, 지지면(2)보다 짧은 원주 길이를 갖는 외주면(7)을 구비하는 반경 방향으로 가요성 있는 롤링 부시(5)와, 구동축(14)과, 구동축(14)에 의해 회전되도록 포위 원 상에 배치되는 단면상 비원형의 구동 코어(20)와, 비원형의 구동 코어(20)의 회전 운동에 의해 연속적으로 교번하여 지지 링(1)의 지지면(2)과 실질적으로 미끄럼없이 결합하여 유지되는 외주면(7)의 하나 이상의 외주 섹터를 구비한 단계 감소 기어 시스템에 있어서,
    상기 비원형의 구동 코어(20)의 포위 원은 기부 형태에서 원통형인 롤러 부시(5)보다 실질적으로 작은 직경(Dh)을 가지며, 상기 롤링 부시(5)는 모두 동일한 길이를 갖고 기본적으로 반경 방향으로 연장되는 복수개의 전달 요소(32; 33)에 의해 구동 코어(20; 20/1) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 지지 링(1)의 지지면에는 내치(2)가 제공되며, 반경 방향으로 가요성 있는 롤링 부시(5)에는 외치(7)가 제공된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동 코어(20)는 편심 형상, 특히 타원 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 롤링 부시(5)는 연결 부재(25)를 통한 전달축(30)과의 회전 가능한 고정 연결 상태에 있거나 상기 연결 상태로 되도록 설계된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전달 요소는 스포크(32) 또는 램(33)으로 설계된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전달 요소(32, 33)의 반경 방향 내측으로 배치된 단부는 구동 코어(20, 20/1)가 회전하도록 지지된 반경 방향으로 가요성 있는 베어링 허브(22) 상에 지지된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 기본적으로 원통형인 베어링 허브(22)의 내경(Dn)은 또한 기본적으로 원통형인 롤링 부시(5)의 외경(Da)보다 적어도 1/4 내지 1/3만큼 작은 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 베어링 허브(22)의 내부 원주 길이는 베어링 허브(22)가 적어도 실질적으로 유격없이 구동 코어(20; 20/1)를 둘러싸도록 구동 코어(20; 20/1)의 원주 길이에 적합하게 된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 스포크로 설계된 전달 요소와 함께 롤링 부시(5) 및 베어링 허브(22)는 플라스틱 재료로 된 단일편 구조부(35)를 형성하는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 플라스틱 재료로 된 베어링 허브(22)에는 구동 코어(20)용 미끄럼 베어링으로서 역할하고 구동 코어(20)를 둘러싸는 금속제의 반경 방향으로 가요성 있는 베어링 슬리브(23)가 제공된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 스포크(32)는 플라스틱 재료로 완전히 씌워진 금속 삽입체(37)를 포함하며, 삽입체의 기단부(38)는 구동 코어(20)의 외주면 상에 직접 활주 가능하게 지지된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 스포크(32)에 의해 롤링 부시(5)에 연결된 베어링 허브(22)는 전달축(30)이 결합된 기본적으로 원통형인 중공축(26)을 연결 부재(25)로서 포함하는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 롤링 부시(5)는 지지 링(1)의 내치(3)와 맞물리는 외치(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 지지 링(1)의 내치(3)는 롤링 부시(5)의 외치(9)보다 작은 축방향 폭(b1)을 가지며, 원통형 종동 환상 기어(40)가 지지 링(1)에 대해 회전 가능하게 지지 링(1)과 동심으로 배열되고, 환상 기어의 내치(41)에 의해 각각의 경우에 적어도 롤링 부시(5)의 실질적으로 동일한 치는 지지 링(1)의 내치(3)와 맞물리는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지 링(1)의 내면(2) 및 롤링 부시(5/1)의 외면(7)은 마찰 결합하는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 롤링 부시(5/1)는 지지 링(1)의 내부 마찰면(11)과 마찰 결합하는 외주면 섹터(11)에 축방향으로 인접한 외치(9)를 포함하며, 지지 링(1)과 마찰 결합하는 외주 섹터의 영역에서 각각의 경우에 상기 외치는 지지 링(1)과 동축으로 회전하도록 지지된 종동 환상 기어(40)의 내치(41)와 맞물려 결합하는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 종동 환상 기어(40)에는 지지 링(1)과 동축인 전달축(29)이 제공된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 종동 환상 기어(40/1)는 추가의 기어 부재(60)를 통해 전달축(28)과 전달 연결된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  19. 제12항에 있어서, 롤링 부시(5)의 외치(9)와 맞물리는 종동 환상 기어(40; 40/1)의 내치(41)는 롤링 부시(5)와 동일한 치 개수(Z1)를 갖지만, 지지 링(1)의 내치(3)와 적어도 실질적으로 동일한 기준 직경 및/또는 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  20. 제13항에 있어서, 롤링 부시의 외치(9)와 맞물리는 종동 환상 기어(40)의 내치(41)는 롤링 부시(1)와 상이한 치 개수(Z3)를 갖는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 램(33)으로 설계되고 한편으로는 롤링 부시(5, 5/1)와 다른 한편으로는 구동 코어(20; 20/1) 또는 베어링 허브(22) 사이에 배열된 전달 요소는 베어링 허브(22) 또는 구동 코어(20; 20/1)를 둘러싸는 원통형 안내 케이지(45, 45/1) 내에서 반경 방향으로 변위 가능하도록 지지되며, 전달 요소의 외측 단부(36)는 환상체(58)인 롤링 부시(5/1)의 내면(57)에 대항하여 지지되도록 느슨하게 지탱되고, 전달 요소의 내측 기단부(38)는 구동 코어(20, 20/1)의 외주면(52)에 대항하여 지지되도록 느슨하게 지탱되는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 램(33)은 플라스틱 재료로 된 안내 케이지(45, 45/1)의 반경 방향 안내부(47)에서 각각의 경우에 안내되는 판형 금속 부재인 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  23. 제1항 또는 제2항에 있어서, 램(33)에는 램의 반경 방향으로 외측에 배치된 단부(36)에서 확대된 지지면(36)이 제공된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  24. 제22항에 있어서, 안내 케이지(45)는 지지 링(1)과 동심인 환상면(49') 상에서 단부벽(49)을 통해 안내되고 중심에 위치되는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  25. 제22항에 있어서, 안내 케이지(45/1)는 또한 플라스틱 재료로 된 종동 환상 기어(40/1) 상에 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  26. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지 링(1)의 내치(3)는 반경 방향으로 가요성이 있도록 설계된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 지지 링(1)의 내치(3)는 전방측에서 개방된 원주 방향 환상 홈(70)에 의해, 두꺼운 벽의 외부 환상 본체부(69)로부터 분리된 얇은 벽의 환상 본체부(68)에 부착된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  28. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동 코어(20/1)는 지지 링(1)과 동심인 외접원(56) 상에 배치되고 각각의 경우에 서로에 대하여 120°만큼 오프셋된 3개의 돌출부(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  29. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지 링(1)은 롤링 부시(5, 5/1) 및 가능하게 제공되는 종동 환상 기어(40, 40/1)를 둘러싸는 원통형 하우징의 일부이며, 적어도 일단부에서 단부벽(43, 44)이 제공된 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
  30. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동 코어는 디스크(20/2) 상에서 서로에 대하여 120°만큼 오프셋되어 축방향으로 평행한 베어링 저널(55/1)들 상에 회전하도록 지지된 3개의 롤러(55/2)를 포함하며, 롤러의 원통형 외주면은 구동축(14)의 축선과 동축인 공통 외접원(56) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 단계 감소 기어 시스템.
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