KR101225117B1 - 표준모듈을 이용한 ３ｋ형 유성기어 감속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입력축에 연결되는 선기어와, 상기 선기어와 맞물린 제1유성기어와, 상기 제1유성기어의 외측에 맞물려 형성되는 제1링기어로 이루어진 1단감속부;와, 상기 제1유성기어와 일체로 결합되어 연동되는 제2유성기어와, 상기 제2유성기어의 외측에 맞물려 형성되는 제2링기어로 이루어진 2단감속부;로 형성된 3K형 유성기어 감속장치에 있어서, 상기 제1,2유성기어는 상기 선기어의 외측에 각 복수 개(n)가 구비되어 지고, 상기 제1링기어를 고정하고 상기 선기어를 입력으로 하여 상기 제2링기어로 출력하는 제1형 또는 상기 제2링기어를 고정하고 상기 선기어의 입력을 상기 제1링기어를 통해 출력하는 제2형으로 이루어지되, 상기 제1형과 제2형의 감속비는 하기의 식과 같이 되는 것을 특징으로 한다.
식

,

여기에서, R₁과 R₂는 제1,2형의 감속비이고, Z₁은 제1링기어의 잇수이고, Z₂는 제1유성기어의 잇수이고, Z₃은 제2유성기어의 잇수이고, Z₄는 제2링기어의 잇수이고, Z₅는 선기어의 잇수를 나타내는 것으로, 상기와 같은 표준모듈을 이용하여 유성기어 감속장치를 구현하는 것을 기술적 요지로 하는 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치에 관한 것이다.

Description

표준모듈을 이용한 ３Ｋ형 유성기어 감속장치{A 3K type planetary gear speed reducer using standard module}

본 발명은 3K형 유성기어 감속장치에 관한 것으로, 표준모듈 값을 이용하고 기어의 잇수를 설정하여 감속비를 조절할 수 있도록 한 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치에 관한 것이다.

일반적으로 유성기어 감속장치는 모터의 회전력을 전달받는 축에 선기어가 설치되고 상기 선기어와 맞물려 그 주위를 공전과 자전하는 복수 개의 유성기어가 등각도로 배치되고, 상기 유성기어 외측에 맞물리는 링기어로 구성된다.

차동유성 감속장치의 경우 상기 유성기어의 동일 축 선상에 다른 유성기어가 2단 일체형으로 연결되고, 상기의 다른 유성기어의 외측에 맞물려 돌아가는 두 번째 링기어는 회전축과 동일선상에 구성되어, '수:1' 또는 '수만:1'의 다양한 감속비를 얻을 수 있게 된다.

그러나, 상기의 기어가공을 고려하는 과정에서 표준모듈을 사용하여 원하는 감속비를 얻을 수 있도록 설계하는 데 많은 어려움이 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 2단으로 구성된 3K형 유성기어 감속장치에서 표준모듈을 사용하여 저감속 뿐만 아니라 고감속을 구현할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 1단감속부의 모듈(m1)과 제2감속부의 모듈(m2)이 다르더라도 기어 간의 물림이 실현될 수 있는 유성기어 감속장치의 제작을 용이하게 하는데도 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입력축에 연결되는 선기어와, 상기 선기어와 맞물린 제1유성기어와, 상기 제1유성기어의 외측에 맞물려 형성되는 제1링기어로 이루어진 1단감속부;와, 상기 제1유성기어와 일체로 결합되어 연동되는 제2유성기어와, 상기 제2유성기어의 외측에 맞물려 형성되는 제2링기어로 이루어진 2단감속부;로 형성된 3K형 유성기어 감속장치에 있어서, 상기 제1,2유성기어는 상기 선기어의 외측에 각 복수 개(n)가 구비되어 지고, 상기 제1링기어를 고정하고 상기 선기어를 입력으로 하여 상기 제2링기어로 출력하는 제1형 또는 상기 제2링기어를 고정하고 상기 선기어의 입력을 상기 제1링기어를 통해 출력하는 제2형으로 이루어지되, 상기 제1형과 제2형의 감속비는 하기의 식과 같이 되는 것을 특징으로 한다.

식

,

여기에서, R₁과 R₂는 제1,2형의 감속비이고, Z₁은 제1링기어의 잇수이고, Z₂는 제1유성기어의 잇수이고, Z₃은 제2유성기어의 잇수이고, Z₄는 제2링기어의 잇수이고, Z₅는 선기어의 잇수를 나타낸다.

여기서, 상기 1단감속부의 모듈(m1)과 2단감속부의 모듈(m2)은 모두 표준모듈을 사용하는 것을 특징으로 한다.

한편, 제1링기어와 제1유성기어의 잇수를 상기 제1유성기어 갯수(n)의 배수로 지정하면, 상기 선기어의 잇수는 하기의 식에 의해 자동 결정된다.

식

Z_{5 =} Z₁ - 2Z₂

또한, 상기 제2링기어의 잇수를 상기 제2유성기어의 갯수(n)의 배수로 지정하면, 상기 제2유성기어의 잇수는 하기의 식에 의해 자동 결정된다.

식

Z₃ = Z₄ - (Z₁ - Z₂)m1/m2

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

우선, 저감속에서 고감속까지 다양한 감속이 가능하게 된다.

또한, 감속비의 변화를 각 기어의 잇수의 미소한 차이로 실현함으로써 감속장치의 외관이 크게 변화되지 않으며, 외관이 크지 않아 다른 설비에 부착이 용이하며 공간을 작게 차지하는 이점이 있게 된다.

또한, 기어의 잇수들을 조절함으로써 감속비를 쉽게 변경할 수 있으며, 아울러 metric단위계를 사용하는 국가의 설계 기준인 표준모듈을 사용함으로써 호환성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 제1형의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 제2형의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 1단감속부를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 2단감속부를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 제1형을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 제1유성기어와 제2유성기어의 일체형을 나타내는 실시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 제1형의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 제2형의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 1단감속부를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 2단감속부를 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치의 제1형을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 제1유성기어와 제2유성기어의 일체형을 나타내는 실시도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 1단감속부(100)와 2단감속부(200)로 형성되며, 상기 1단감속부(100)와 2단감속부(200) 중 출력의 위치에 따라 제1형(300)과 제2형(400)으로 나뉘게 된다.

상기 1단감속부(100)는, 입력축(140)에 연결되는 선기어(110)와, 상기 선기어(110)와 맞물린 제1유성기어(120)와, 상기 제1유성기어(120)의 외측에 맞물려 형성되는 제1링기어(130)로 이루어지고, 상기 2단감속부(200)는 상기 제1유성기어(120)와 일체로 결합되어 연동되는 제2유성기어(210)와, 상기 제2유성기어(210)의 외측에 맞물려 형성되는 제2링기어(220)로 이루어진다.

그리고, 상기 제1,2유성기어(120,210)는 상기 선기어(110)의 외측에 각각 복수 개(n)가 구비되어 상기 선기어(110)와 맞물려 돌아가며 외측면에 형성되는 상기 제1,2링기어(130,220)와 맞물려 출력을 할 수 있게 한다.

한편, 상기 제1형(300)은 상기 제1링기어(130)를 고정하고 상기 선기어(110)를 입력으로 하여 상기 제2링기어(220)로 출력하는 형태를 나타내는 것이며, 상기 제2형(400)은 상기 제2링기어(220)를 고정하고 상기 선기어(110)의 입력을 상기 제1링기어(130)를 통해 출력하는 제2형(400)으로 이루어지는 형태를 나타낸다.

도 1은 상기 제1링기어(130)를 고정하고, 상기 선기어(110)에 동력이 입력되어 상기 제2링기어(220)로 출력되는 제1형(300)을 나타내는 것이며, 도 2는 상기 제2링기어(220)를 고정하고 상기 선기어(110)에 동력이 입력되어 상기 제1링기어(130)로 출력되는 제2형(400)을 나타낸다.

그리고, 표준모듈을 사용한 3K형 유성기어 감속장치 제1형(300)의 감속비를 계산하면, 상기 선기어(110)로부터 입력된 동력은 상기 제1유성기어(120)로 전달되고 이는 고정된 제1링기어(130) 내부에서 공전과 자전을 하게 되며, 상기 제2유성기어(210)는 상기 제1유성기어(120)와 동일 축 선상에 결합되어 연동되게 되는데, 상기 제2링기어(220)는 상기 제2유성기어(210)의 외부에서 회전하게 되고 이는 출력축(미도시)으로 연결되어 동력을 전달하게 된다.

여기서, 상기 제1형(300)의 감속비는 하기의 식 ①과 같다.

....................... ①

여기서, Z₁은 제1링기어(130)의 잇수이고, Z₂는 제1유성기어(120)의 잇수이고, Z₃은 제2유성기어(210)의 잇수이고, Z₄는 제2링기어(220)의 잇수이고, Z₅는 선기어(110)의 잇수에 해당된다.

그리고, 상기 제1형(300)과 제2형(400)의 감속비 관계는 하기의 식 ②와 같다.

R_{1 +} R_{2 =} 1 .................. ②

여기서, 상기 1단감속부(100)의 모듈(m1)과 2단감속부(200)의 모듈(m2)은 모두 표준모듈을 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 표준모듈을 사용하여 기어를 제작하기 위해서는 먼저 상기 1단감속부(100)와 2단감속부(200)의 모듈(m1,m2)을 선정하고, 이후 각각의 기어의 잇수를 선정하게 되는데, 상기 제1링기어(130)와 제1유성기어(120)의 잇수를 상기 제1유성기어(120) 갯수(n)의 배수로 지정하면, 상기 선기어(110)의 잇수는 하기의 식 ③에 의해 결정된다.

Z_{5 =} Z₁ - 2Z₂ .................. ③

그리고, 상기 제1링기어(130)의 잇수 Z₁과 상기 선기어(110)의 잇수 Z₅는 하기의 식 ④를 만족하여야 한다.

.........................④

일반적으로, 상기 제1유성기어(120)를 n(2,3,4,5...)으로 등각배치하게 되면 상기 제1링기어(130)의 잇수 Z₁과 상기 제1유성기어(120)의 잇수 Z₂를 n의 배수가 되도록 하고, 목표 기어비의 근사값을 탐색하여 선정하면, 식 ③에 의해 상기 선기어의 잇수 Z₅는 결정된다.

또한, 상기 제2링기어(220)의 잇수 Z₄도 n의 배수가 되도록 하고, 목표 기어비 근사값을 탐색하여 선정하면, 하기의 식 ⑤에 의해 상기 제2유성기어(210)의 잇수 Z₃는 자동 결정된다.

여기서, 상기 제2유성기어(210)의 잇수 Z₃는 n의 배수가 아니어도 상관없다.

Z₃ = Z₄ - (Z₁ - Z₂)m1/m2 .....................⑤

정리하면, 상기 1단감속부(100)의 모듈(m1)과 상기 2단감속부(200)의 모듈(m2)을 표준모듈 내에서 선정하고 상기 제1링기어(130)의 잇수 Z₁, 상기 제2링기어(220)의 잇수 Z₄와 상기 제1유성기어(120)의 잇수 Z₂를 n의 배수 값으로 정한다. 그러면 상기 선기어(110)와 제2유성기어(210)는 상기의 조건식 ③과 ⑤에 의해 각각 결정된다.

이상과 같은 절차에 의한 실시 예를 나타내기 위해 아래 표 1과 같이 유성기어 갯수를 n = 3으로 하고, 상기 1단감속부(100)와 2단감속부(200)의 모듈(m1, m2)을 각각 표준모듈인 2.0과 1.5로 설정하고, 상기 제1링기어(130)와 제1유성기어(120)의 잇수를 각각 Z_{1 =} 90과 Z₂ = 30으로 고정하고, 상기 제2링기어(220)의 잇수 Z₄를 변화시키면서 감속비를 비교하였다.

	CASE 1	CASE 2	CASE 3	CASE 4		CASE 5
Z1	90	90	90	90		90
Z2	30	30	30	30		30
Z3	10	16	25	28		34
Z4	90	96	105	108		114
Z5	30	30	30	30		30
m1	2.0	2.0	2.0	2.0		2.0
m2	1.5	1.5	1.5	1.5		1.5
R1	6	8	14	18		38
R2	-5	-7	-13	-17		-37

상기 표 1에서 감속비의 '-'부호는 입력되는 동력의 회전 방향 대비 출력은 역회전함을 의미한다.

상기 표 1에서 알 수 있듯이 기어의 잇수를 조금만 달리하여도 감속장치는 고감속 및 저감속 되는 것을 알 수 있으며, 필요할 경우 형식(제1형 또는 제2형)을 변경하여 감속비의 변화가 거의 없이 회전방향도 쉽게 설정할 수 있다.

또한, 상기 표 2의 CASE 5에서 Z₁, Z₂, Z₄는 동일한 잇수 제원을 갖지만 표준 모듈을 변화시키면 Z₃가 변하면서 이에 따른 감속비가 변하게 되는데, 그 변화는 아래의 표 2와 같다.

	CASE 6	CASE 7	CASE 8	CASE 9
Z1	90	90	90	90
Z2	30	30	30	30
Z3	14	39	54	64
Z4	114	114	114	114
Z5	30	30	30	30
m1	0.5	0.5	0.5	0.5
m2	0.3	0.4	0.5	0.6
R1	6.33333	-152	-9.5	-5.84615
R2	-5.33333	153	10.5	6.84615

상기 표 2에서 모듈(m1)과 모듈(m2)는 KS 제1계열 표준모듈을 사용하고 있고, CASE 6과 CASE 7 또는 CASE 8에서 모듈은 미비하게 변하였지만 감속비는 6.33333에서 -152로 또는 -9.5로 변하였다.

상기의 표 1,2에서 제시한 9개의 CASE들은 단지 예시에 불과한 것으로, 필요에 따라 각 기어의 잇수와 모듈에 변화를 주어 다양한 감속비를 얻을 수 있게 된다.

상기에 제시한 9개의 CASE들은 상기 선기어(110)의 둘레에 n = 3개의 유성기어를 등간격으로 배치한 경우로 3개 이외의 n = 2,4,5...개의 유성기어를 등간격으로 배치할 경우 상기 표에서의 3의 배수는 n의 배수로 변환하여 쉽게 응용 가능하다.

또한, 필요에 따라서는 4이상의 유성기어 배치시 유성기어의 이끝원 겹침 방지를 위해 다음의 식은 부가적 조건으로 만족하는 것이 바람직하다.

n < 180˚ / sin^-1[(Z₃ + 2a)/(Z₁ + Z₃)]

여기서, a는 반 깊이와 전체 깊이에 대하여 각각 0.8과 1.0을 취하는 것이 일반적이다.

이상과 같이 본 발명은 표준모듈 값을 이용하고 기어의 잇수를 설정하여 감속비를 조절할 수 있도록 한 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 1단감속부 110 : 선기어
120 : 제1유성기어 130 : 제1링기어
140 : 입력축 200 : 2단감속부
210 : 제2유성기어 220 : 제2링기어
300 : 제1형 400 : 제2형

Claims (4)

1. 입력축에 연결되는 선기어와, 상기 선기어와 맞물린 제1유성기어와, 상기 제1유성기어의 외측에 맞물려 형성되는 제1링기어로 이루어진 1단감속부;와, 상기 제1유성기어와 일체로 결합되어 연동되는 제2유성기어와, 상기 제2유성기어의 외측에 맞물려 형성되는 제2링기어로 이루어진 2단감속부;로 형성된 3K형 유성기어 감속장치에 있어서,
   상기 제1,2유성기어는 상기 선기어의 외측에 각각 복수 개(n)가 구비되어 지고,
   상기 제1링기어를 고정하고 상기 선기어를 입력으로 하여 상기 제2링기어로 출력하는 제1형 또는 상기 제2링기어를 고정하고 상기 선기어의 입력을 상기 제1링기어를 통해 출력하는 제2형으로 이루어지되, 상기 제1형과 제2형의 감속비는 하기식
   

   

   ,

   

   
   에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치. (여기서, R₁과 R₂는 제1,2형의 감속비이고, Z₁은 제1링기어의 잇수이고, Z₂는 제1유성기어의 잇수이고, Z₃은 제2유성기어의 잇수이고, Z₄는 제2링기어의 잇수이고, Z₅는 선기어의 잇수를 나타냄.)
2. 제1항에 있어서,
   상기 1단감속부의 모듈(m1)과 2단감속부의 모듈(m2)은 모두 표준모듈을 사용하는 것을 특징으로 하는 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   제1링기어와 제1유성기어의 잇수를 상기 제1유성기어 갯수(n)의 배수로 지정하면, 상기 선기어의 잇수는 하기의 식에 의해 자동 결정되는 것을 특징으로 하는 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치.
   식
   Z_{5 =} Z₁ - 2Z₂
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 제2링기어의 잇수를 상기 제2유성기어의 갯수(n)의 배수로 지정하면, 상기 제2유성기어의 잇수는 하기의 식에 의해 자동 결정되는 것을 특징으로 하는 표준모듈을 이용한 3K형 유성기어 감속장치.
   식
   Z₃ = Z₄ - (Z₁ - Z₂)m1/m2

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