KR100510206B1 - 감속기의 소음저감구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감속기의 소음저감구조에 관한 것으로, 감속기 내부에 설치된 기어간의 마찰로 인한 소음을 줄일 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 개구부가 형성되며 내측에 모터가 설치되는 요크부와, 상기 모터의 회전력을 감속시켜 출력축에 전달하는 복수개의 기어가 내측에 장착되며 상기 개구부와 결합되는 기어 하우징부를 포함하는 감속기에 있어서,

상기 기어 하우징부의 내측벽에는 상기 감속기에서 발생되는 소음을 흡수하는 공간이 구비되는 공동부;와 상기 공동부의 상측면에 상기 공동부의 직경보다 작은 직경으로 목이 형성되는 도입부;가 기어하우징부와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

감속기의 소음저감구조 {Structure of noize reduction for geared reducer}

본 발명은 감속기의 소음저감구조에 관한 것으로, 보다 자세히는 감속기의 기어 하우징의 내측에 공동부와 도입부로 구성된 공명기를 형성하여 소음을 저감하도록 한 감속기의 소음저감구조에 관한 것이다.

감속기 혹은 기어드모터는 거의 모든 산업부문에서 동력원으로 사용되고 있고 상기 감속기 혹은 기어드모터는 작은 크기, 저비용, 고출력, 고효율, 저소음등으로 설계되고 있다. 이러한 감속기는 두가지 타입으로 나뉘어져 있는데 첫째, 모터와 회전속도 감속기어가 각각 독립적으로 제작된 후에 모터와 감속기어를 서로 연결해주는 방식인 개별방식이 있고 두번째 타입은 모터와 회전속도 감속기어가 서로 일체형으로 제작된 일체형방식이다. 개별방식인 경우에는 정확하게 조립되어야 하므로 각각의 설계변수들이 정밀하게 제작되어야 하는 반면, 일체형방식의 경우 실린더형이나 하우징형으로 일체로 제작되므로 사용이 간편하여 최근에는 대부분 이러한 일체형방식이 많이 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 감속기를 도시한 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 감속기의 기어 하우징부의 측면도이고, 도 3은 도 2의 일부를 절단한 단면도로이다.

도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 감속기(100)는 개구부(110a)가 구비되고 내측에 모터(112)가 설치되는 요크부(110)와, 상기 개구부(110a)와 결합되는 기어 하우징부(120)를 포함하여 구성된다.

상기 기어 하우징부(120)의 내측에는 상기 모터의 회전축(114)으로부터 회전력을 전달받도록 복수개의 기어(132,134)가 설치된다.

상기 기어 하우징부(120)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 일측면에는 상기 요크부(110)의 개구부(110a)와 볼트 체결되는 체결부(120a)가 형성되고, 하측부에는 지지대(미도시)에 체결되는 지지부(120b)가 형성된다.

그리고, 상기 기어 하우징부(120)의 타측면에는 소정의 회전비로 감속된 회전력을 출력하는 출력축(136)이 끼워지도록 축장착부(120c)가 형성된다.

이와 같이 구성된 감속기(100)는 상기 모터(112)의 회전력이 상기 기어(132,134)를 통해 전달되는 과정에서 소정의 감속비율로 감속되어 상기 출력축(136)에 전달된다.

이러한 감속기(100)는 복수개의 기어(132,134)가 서로 맞물려 회전력이 감속되도록 구성되는데 여기에 사용되는 기어는 일반적으로 금속으로 만들어지기 때문에 감속기(100)가 작동할 때 금속 기어간의 접촉으로 인한 치형소음이 발생되는 문제점이 있다. 이들 치형소음은 회전속도와 기어의 갯수에 따라 주파수 성분이 결정되므로 감속기어의 감속비는 소음원의 성분을 좌우한다.

일반적인 소음방지대책은 그 전달경로에 따라 분류하면, 소음원의 제거, 파동의 파단 및 감쇠, 방사율의 저감 등의 방법이 있다.

감속기(100) 내부에는 기어의 마찰시 발생되는 열과 소음을 줄이고자 윤활오일이 들어있다. 그러나, 이러한 윤활오일을 통해 줄일 수 있는 소음은 마찰음과 같은 고주파소음원을 줄이는데 큰 효과가 있지만 근본적으로 치합소음을 제거하지는 못하기 때문에 이의 차단을 위해서는 효과적인 소음저감 방안이 요구된다.

일본국 특허출원 2000-231761호에서는 소음의 파단 및 진동의 감쇠를 위하여 감속기 뒤 덮개플리에트의 출력축 주위로 방사형태의 리브를 보강하고 있으나 이는 출력축의 진동을 감소하는 작용을 할 수 있더라도 감속기 치합소음을 저감하는 대책이 될 수 없다. 그외에도 전달저음을 감쇠시키기 위해 케이스의 두께를 증대시키는 것이 방법등이 있으나 이는 비용증가, 무게증가가 수반되는 단점이 있다. 최근에는 해석적인 방법을 동원하여 최적의 두께 및 리브설계를 시도하고 있으나 이 또한 방사소음을 저감하는데는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 감속기 내측에 설치되는 감속 기어들간의 접촉으로 인한 치합소음을 줄일 수 있는 감속기의 소음저감구조를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 감속기의 기어 하우징과 일체화하여 소음을 흡수할 수 있는 공동부를 형성함으로써 소음저감장치를 별도로 설치하지 않아도 되는 편리한 효과를 제공하는 데 있다. 아울러 하우징 내부에 다수의 일체화된 공동부를 설치함에 따라 감속기의 기어케이스는 공기층이 형성된 이중벽구조를 가지게 되어 치형소음 뿐만 아니라 각종 고주파 소음의 전달을 감쇠시키는 효과를 제공하는 것이다.

일반적으로 강제적 저감방법의 하나로 많이 사용되고 있는 공명기( resonator)는 공동공명기(cavity resonator)라고도 불리우며, 그 외벽은 음향학적으로 강체(rigid wall)로 그 부피가 고정되어 있다. 상기 공명기는 내측에 공동이 형성된 공동부와, 상기 공동부의 상측면에 목(neck)이 형성되는 도입부로 구성되는데, 상기 공동부 내의 내부 공기는 스프링의 역할을 하고 상기 도입부내에서 움직이는 공기는 질량의 역할을 하여 마치 스프링과 질량이 연결되어 있는 동흡진기와 같은 구조를 지니고 있다. 따라서 상기 동흡진기 혹은 공명기는 일정 주파수의 진동과 소음을 흡수할 수 있는 구조를 가지고 있다.

본 발명에서는 기어의 치형소음을 저감시키고자 기어하우징 내벽을 공동부의 저면으로 활용하고 도입부를 기어하우징과 일체로 형성하여 치형소음의 주파수 성분뿐만 아니라 치합으로 인한 각종 고주파소음을 효과적으로 차단할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는,

개구부가 형성되며 내측에 모터가 설치되는 요크부와, 상기 모터의 회전력을 감속시켜 출력축에 전달하는 복수개의 기어가 내측에 장착되며 상기 개구부와 결합되는 기어 하우징부를 포함하는 감속기에 있어서,

상기 기어 하우징부의 내측벽에는 상기 감속기에서 발생되는 소음을 흡수하는 내측에 공간이 구비되는 공동부;와 상기 공동부의 상측면에 상기 공동부의 직경보다 작은 직경으로 목이 형성되는 도입부;가 기어하부징부와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는,

상기 하우징부의 내벽에 일체로 형성된 공동부와 도입부에 있어서, 상기 공동부의 체적과 도입부의 직경을 다양하게 변화시켜 여러 주파수대역의 소음을 흡음할 수 있도록 구성하되 내벽둘레 전체에 걸쳐 형성된 것을 특징으로 하는 감속기의 소음저감구조를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에서는,

상기 도입부의 입구는 상기 하우징부의 중심을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 감속기의 소음저감구조를 제공한다.

또한, 상기 공동부와 도입부로 구성된 공명기는 상기 기어 하우징부의 내벽에 동일한 간격으로 배치 형성할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 의한 감속기의 소음저감구조의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 감속기의 기어 하우징부의 측단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 감속기의 기어 하우징부(20)는 모터(미도시)가 내측에 설치된 요크부(미도시)와 결합되도록 볼트 결합되도록 체결부(20a)가 일측면에 형성되고, 타측면에는 상기 모터(미도시)의 회전력이 다수개의 기어(미도시)를 통해 전달되어 소정의 회전비로 감속 출력되는 출력축(미도시)이 끼워지도록 축장착부(20c)와, 기어(미도시)의 일측부가 장착될 수 있는 기어장착부(20d)가 형성된다.

그리고, 상기 기어 하우징부(20)의 하측에는 지지대(미도시)와 볼트결합될 수 있도록 볼트 체결홀(미도시)이 구비된 지지부(20b)가 형성된다.

본 발명에 따른 감속기의 소음저감구조는 상기 기어 하우징부(20)의 내측면에 공동부와 도입부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

필요에 따라서는 다수개의 소음흡수부(30)를 하우징부의 내벽에 일체로 형성하되, 하우징의 내벽전체에 걸쳐 형성할 수 있다.

도 5는 도 4의 A-A'방향으로 절단한 단면도이다.

도면을 참조하면, 소음흡수부(30)가 다수개 설치된 본 발명에 따른 감속기 소음저감구조의 일 실시예이다.

각각의 공동부와 도입부로 구성된 소음흡수부(30) 기어 하우징부(20)의 내측면에 둘레방향으로 일정 각도(θ₁,θ₂,θ₃)를 이루며 배치된다.

여기서, 소음흡수부(30)가 일정각도를 이루며 배치하는 것은 치합에 의한 소음이 하우징의 내벽 전체에 걸쳐 전달되므로 가능한 다수의 소음흡수부를 균일하게 분포하여 전체적인 소음을 효율적으로 차단하게 된다.

도 6은 도 5의 B-B'방향으로 절단한 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 감속기 소음저감구조는 기어 하우징부(20)와 소음흡수부(30)가 일체로 구성된다.

상기 소음흡수부(30)는 상기 기어 하우징부(20)의 내측벽에는 일정 직경의 원통형으로 형성되는 공동부(32)와, 상기 공동부(32)의 상측면에 상기 공동부(32)의 직경보다 작은 직경으로 목이 형성되는 도입부(34)로 구성된다. 다수개의 소음흡수부를 하우징의 내벽 전체에 걸쳐 분포시키면 공동부는 공기층이 되며 하우징부는 외벽, 도입부와 공동부외벽은 내벽으로 구성되는 이중벽구조의 기어케어스가 된다.

소음흡수부(30)에서 흡수되는 주파수는 다음과 같은 수식으로 계산된다.

(a)

여기에서, c는 소음기 내의 음속(wave propagation speed, m/s), S는 입구의 단면적(m²), L'는 목의 길이(effective neck length, m), V는 공간의 부피(Volume of helmholtz resonator, m³)이다.

즉, 상기 소음흡수부(30)의 주된 설계변수는 도입부(34)의 질량과 공동부(32)의 부피로 이 두 설계변수에 의하여 소음흡수부의 주파수가 윗식과 같이 결정되는 것이다. 상기 도입부(34)가 질량으로, 상기 공동부(32)의 부피는 스프링으로 작용하여 상기 질량과 스프링에 의해서 공명 진동수가 결정됨으로써, 소음을 제거하려고 하는 감속기에 장착될 경우 상기 공명 진동수에 의해 소음이 감소될 수 있다. 따라서, 도입부(34)의 목부분 길이(L)과 공동부(32)의 부피가 같으면 상기 공동부(32)의 형상이 다르더라도 동일한 소음 제거 효과를 갖게 된다.

또한 본 발명의 바람직한 일실시예로서 상기 소음흡수부의 도입부를 하우징의 중심을 향하도록 배치하여 기어의 치합으로 인해 방사상으로 방사되는 소음을 효율적으로 저감시키도록 한다. 이 때 하측에 설치되어 있는 소음흡수부의 내부에는 오일이 채워지므로 소음흡수부의 공동부 하측일단에 오일배출구(32a)를 형성하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 상기 소음흡수부를 하우징의 내벽전체에 걸쳐 균일하게 배치시키고자 할 때에는, 목부분의 길이와 공동부의 부피를 공명기마다 달리하여 일정구간의 주파수성분을 제거하는 것이 가능하다. 예를들어 500 Hz~1000 Hz의 소음성분이 두드러진 경우 목부분의 길이와 공동부를 500Hz~1000Hz로 튜닝되도록 다수개의 소음흡수부를 설계한다. 전체적으로 20 개의 소음흡수부가 분포되는 경우 25Hz 간격으로 500Hz~1000Hz로 튜닝한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 감속기의 소음저감구조의 동작을 살펴본다.

감속기에 전원을 연결하면 요크부에 설치된 모터가 회전하게 된다. 상기 모터의 회전력은 기어 하우징부(20)의 내측에 설치된 복수개의 기어를 통해 전달된다.

이와 같이 일정한 기어비로 결합된 복수개의 기어를 거치게 되면 소정의 감속비로 회전력을 출력축으로 전달할 수 있게 된다.

감속기가 상기 감속작업을 수행할 때에 기어들 간에는 고속의 접촉이 일어나는데 이러한 기어는 주로 금속으로 제조되기 때문에 기어간의 금속마찰로 인한 소음이 발생하게 된다.

상기 기어소음은 주로 치형소음이므로 주파수성분이 일정하다. 이를 토대로 공명주파수를 알아내면 상기 (a)식에 의해 소음흡수부(30)의 목부분 길이(L)과 공동부(32)의 부피를 설계할 수 있게 된다.

이러한 방식으로 치형소음의 공명주파수에 맞게 설계된 소음흡수부(30)가 감속기의 하우징과 일체화되어 설치되면 공명주파수에서의 피크치를 줄일 수 있게 되어 소음이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

이러한 소음흡수부(30)는 비록 협대역 저주파 소음방지에 탁월하지만, 본 발명에서는 다수개의 소음흡수부를 하우징내에 일체로 형성하게 되므로 비교적 넓은 주파수대역의 소음을 저감할 수 있다. 또한 하우징의 내벽둘레 전체에 일체로 형성된 다수의 소음흡수부로 인해 본 발명의 감속기 케이스는 공기층을 가진 이중벽의 형태로 구성되므로 감속기어에서 발생하는 각종 소음의 투과율을 현저히 감소시키게 된다. 즉, 감속기소음의 주요 주파수 대역인 고주파수영역에서 소음이 대폭 저감된다.

본 발명에 따른 감속기의 소음저감구조는 공명현상을 이용한 소음흡수부를 하우징과 일체로 형성하는 것을 핵심으로 하는 것으로, 감속기뿐만 아니라 압축기나 송풍기, 기타 소음이 발생할 수 있는 각종 장치에 도입하여 간단한 구조로 소음을 저감할 수 있으므로 적용분야가 매우 넓다고 할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 감속기의 소음저감구조는 감속기의 기어하우징의 내측에 공명현상을 이용한 소음흡수부를 일체로 형성함으로써 기어간의 마찰로 인해 발생되는 치형소음을 줄이는 효과가 있다.

또한, 감속기의 기어 하우징내벽 둘레 전체에 걸쳐 소음흡수부를 형성하여 기어케이스의 두께가 증대될 뿐만 아니라 공기층을 가진 이중벽의 구조를 지니게 되므로 내부소음의 차음효과도 대폭 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 소음흡수부를 다수개 형성하되 공동부의 체적과 도입부의 직경을 변화시켜 비교적 넓은 주파수대역의 소음을 저감하는 효과를 가진다.

상술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 감속기를 도시한 구성도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 감속기의 기어 하우징부의 측면도이고,

도 3은 도 2의 일부를 절단한 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 감속기의 기어 하우징부의 측단면도이고,

도 5는 도 4의 A-A'방향으로 절단한 단면도이고,

도 6은 도 5의 B-B'방향으로 절단한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 기어 하우징부 20a : 체결부

20b : 지지부 20c :축장착부

20d : 기어장착부 30 : 소음흡수부

32 : 공동부 34 : 도입부

110 : 요크부 110a : 개구부

112 : 모터 132,134 : 기어

Claims (4)

1. 개구부가 형성되며 내측에 모터가 설치되는 요크부와, 상기 모터의 회전력을 감속시켜 출력축에 전달하는 복수개의 기어가 내측에 장착되며 상기 개구부와 결합되는 기어 하우징부를 포함하는 감속기에 있어서,

   상기 기어 하우징부의 내측벽에는 상기 감속기에서 발생되는 소음을 흡수하는 내측에 공간이 구비되는 공동부(32);와 상기 공동부의 상측면에 상기 공동부의 직경보다 작은 직경으로 목이 형성되는 도입부(34);가 기어하우징부(20)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 감속기의 소음저감구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 공동부(32)와 도입부(34)로 구성된 소음흡수부(30)가 내벽둘레 전체에 걸쳐 다수개 형성하되 상기 공동부의 체적과 도입부의 직경을 변화시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 감속기의 소음저감구조.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 도입부(34)는 상기 기어하우징부(20)의 중심을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 감속기의 소음저감구조.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 도입부(34)와 공동부(32)로 구성된 소음흡수부(30)가 상기 기어 하우징부의 내벽에 동일한 간격으로 배치 형성되는 것을 특징으로 하는 감속기의 소음저감구조.