KR101422190B1 - 한 개의 편심치차만을 갖는 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력장치의 회전속도를 감속하는 감속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한 개의 편심치차만을 사용하여 구성한 편심치차 감속기에 관한 것이다. 이 감속기는 한 개의 편심치차만 사용하였으므로 기구가 간단하며, 설계시 각 치륜 직경의 상대적인 크기를 조절하는 것으로 원하는 감속비와 출력회전방향을 얻을 수 있으며, 치의 크기를 작게 줄이지 않고도 무한대까지의 감속비를 얻을 수 있다.

Description

한 개의 편심치차만을 갖는 감속기{REDUCTION APPARATUS WITH ONLY ONE ECCENTRIC GEAR}

본 발명은 동력장치의 회전속도를 감속하는 감속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한 개의 편심치차를 이용하여 회전속도를 감속할 수 있는 편심치차 감속기에 관한 것이다.

일반적으로 감속기는 속도를 줄이는 장치로서, 속도는 빠르고 토크가 낮은 모터의 회전 출력을 속도는 늦고 토크가 큰 회전력으로 전환하기 위하여 사용한다.

속도를 줄이는 방법으로 편심치차를 이용하는 방법이 있다. 이 방법에 의하면 편심치차가 회전할 때 편심치차의 질량중심이 회전중심과 일치하지 않는 현상에 의해 진동이 발생하게 된다. 즉, 편심질량에 의해 진동이 발생하는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 두 개의 편심치차를 사용하는 방법이 개발되었고, 더 나아가 두 개의 편심치차 중 하나를 구조가 간단한 균형추로 대체하는 방법이 개발되었다. 이 방법은 최근에 개발된 것으로 대한민국 등록특허공보 제1074750호(이하, ‘선행문헌’이라 한다)에 “방진구를 구성한 유성기어 감속기”라는 명칭으로 개시되어 있다.

그러나, 편심질량의 문제를 해결하기 위해 또 하나의 편심치차 또는 선행문헌과 같이 균형추를 추가하는 방법은 모두 장치를 더 복잡하고 무겁게 한다. 또한, 회전축 선상에서 볼 때 두 편심질량이 약간의 거리를 두고 놓이기 때문에 불피요한 세차운동(歲差運動 , precessional motion)력이 발생하게 된다.

이 문제점을 해결하는 한 가지 방법이 발명되었는데 그 방법은 편심치차에서 문제가 되는 편심질량을 제거함으로써 진동문제를 그 편심치차 자체에서 해결한 것이다. 이러한 특징이 있는 편심치차는 스스로 회전질량의 균형을 갖춘 상태이어서 또 하나의 편심치차나 균형추를 사용하지 않아도 되므로 편심치차 한 개만 사용하여도 감속기를 구성할 수 있다.

상기의 편심치차는 편심질량이 없으므로 한 개만으로도 감속기를 구성할 수 있는 장점이 있다. 그러나 편심치차의 구조가 바깥부분의 치륜과 회전중심 사이에 질량조절부라는 공간이 있어야 하는 구조이다. 이러한 구조적 특성을 감안하여 감속기를 고안해 내는 것이 해결과제이다.

고안해내어야 할 것 중 핵심은 감속된 회전력을 인출해내는 방법이다. 감속된 회전력은 편심운동을 하므로 이로부터 직접 인출하기가 어렵다. 본 발명에서는 편심치차 치륜 옆에 또 하나의 치륜을 나란히 부가 설치하여 이렇게 부가 설치된 치륜을 매개로 하여 감속된 회전력을 인출한다.

이하부터 편심치차 치륜을 입력측내치륜이라 명명하고, 부가 설치된 치륜을 출력측내치륜이라 명명한다.

입력측내치륜의 외부에 이 치륜과 치합하는 입력측외치륜이 고정 설치되어 있어 회전축이 회전하면 편심치차가 이 입력측외치륜에 내접하여 입력측외치륜을 따라 공전하게 되는데 이때 입력측내치륜은 공전방향과 반대방향으로 저속 자전하게 된다. 이 저속의 자전을 출력측내치륜을 매개로 인출하는 것이다. 인출은 출력측내치륜의 외부에 출력측내치륜과 치합하면서 회전이 가능한 출력측외치륜을 설치하여 이것으로 외부에 저속 회전력을 전달한다.

본 발명 한 개의 편심치차를 갖는 편심치차 감속기는 다음과 같은 효과들을 갖는다.

첫째, 한 개의 편심치차만 가짐으로써 기존의 감속기보다 구조가 간단하다.

둘째, 설계시 각 치륜 직경의 상대적 크기를 조절하는 것만으로 용이하게 감속비와 출력회전방향을 바꿀 수 있다.

셋째, 치의 크기를 작게 하지 않아도 무한대까지의 감속비를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편심치차 감속기의 분해사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편심치차 감속기의 내부구조를 보인 종단면도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 내치륜의 사시도.
도 4는 입력측내치륜과 입력측외치륜이 치합되는 모습을 나타낸 단면도.
도 5는 출력측내치륜과 출력측외치륜이 치합되는 모습을 나타낸 단면도.

이하에서는 본 발명 편심치차 감속기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편심치차 감속기의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편심치차 감속기의 내부구조를 보인 종단면도이다.

본 실시예에 따른 편심치차 감속기는 크게 세 부분으로 나누어진다. 즉, 편심치차 감속기는 입력측고정부(100), 편심치차(200) 및 출력측회전부(300)를 포함하여 이루어진다.

입력측고정부(100)는 외장(110), 입력측외치륜(120), 및 입력측축베어링(130)을 포함한다.

외장(110)은 모터 등에 고정되는 것으로, 원통형의 몸체부(111)와, 몸체부(111)의 개방된 일단을 폐쇄하며 중심부에 입력측축베어링(130)이 삽입 고정되는 폐쇄부(112)로 구성된다. 입력측외치륜(120)은 외장(110)을 구성하는 몸체부(111)의 내주면에 고정되는 것으로, 링 형태로 형성되며 그 내주면에 치(齒)가 형성된다. 입력측축베어링(130)은 외장(110)의 폐쇄부(112)를 관통하는 후술할 입력축(210)을 회전 가능하게 지지하면서 외장(110)과 입력축(210)을 윤활 결합한다.

편심치차(200)는 질량중심과 회전중심이 일치하는 것으로, 입력축(210), 편심축(220), 편심축베어링(230), 내치륜(240)을 포함한다.

입력축(210)은 외장(110)을 관통하며 모터 등으로부터 회전력을 전달받는다. 편심축(220)은 입력축(210)의 외측에 고정 결합되어 편심운동을 한다. 편심축베어링(230)은 편심축(220)의 둘레에 위치된다. 내치륜(240)은 편심축베어링(230)의 둘레에 위치되며 입력측내치륜(241)과 출력측내치륜(242)이 일체(一體)로 구성된 것이다. 입력측내치륜(241)은 입력측외치륜(120)과 맞물리며, 출력측내치륜(242)은 후술할 출력측외치륜(310)과 맞물린다.

출력측회전부(300)는 출력측외치륜(310), 출력판(320), 출력판베어링(330) 및 출력측축베어링(340)을 포함한다.

출력측외치륜(310)은 외장(110)을 구성하는 몸체부(111)의 내주면에 출력판베어링(330)을 매개로 하여 회전 가능하게 설치되는 것으로, 링 형태로 형성되며 내주면에 치가 형성된다. 출력판(320)은 출력측외치륜(310)의 일측에 고정되며 외부 기기와 연결될 수 있다. 출력판베어링(330)은 출력측외치륜(310)과 출력판(320)의 외측을 감싸 출력측외치륜(310)과 출력판(320)이 몸체부(111)의 내측에서 회전 가능하게 윤활 결합한다. 출력측축베어링(340)은 출력판(320)의 중심부에 삽입 고정되는 것으로, 그 내부에 입력축(210)을 회전 가능하게 윤활 결합한다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 내치륜의 사시도이다.

상술한 바와 같이 내치륜(240)은 입력측내치륜(241)과 출력측내치륜(242)으로 구성된다. 각 내치륜(241)(242)들은 링형태로 형성되며 외주면에 치가 형성된다. 입력측내치륜(241)과 출력측내치륜(242)은 설계시 목표로 하는 감속비나 출력회전방향에 따라 직경이 변화될 수 있다. 즉, 설계시 각 치륜 직경의 상대적 크기를 조절함으로써, 원하는 대로 감속비와 출력회전방향을 자유롭게 결정할 수 있다.

도 4는 입력측내치륜(241)과 입력측외치륜(120)이 치합되는 모습을 나타낸 단면도이고, 도 5은 출력측내치륜(242)과 출력측외치륜(310)이 치합되는 모습을 나타낸 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조로 하여 회전속도가 감속되는 과정을 설명하기로 한다.

먼저 입력축(210)이 모터 등의 회전력을 받아들이면 입력축(210)과 고정결합 되어있는 편심축(220)이 회전하고, 편심축(220)의 회전에 따라 편심축베어링(230)을 매개로 편심축(220)과 윤활결합되어 있는 내치륜(240)이 회전하게 된다.

이 과정에서 입력측내치륜(241)은 입력측외치륜(120)에 내접하여서 공전하게 되는데 이때 동시에 공전의 반대방향으로 저속 자전하게 된다.

입력측내치륜(241)과 출력측내치륜(242)은 일체(一體)로 되어있어 같이 움직이므로 입력측내치륜(241)의 공전 및 자전에 따라서 출력측내치륜(242)도 공전 및 자전하게 된다.

출력측내치륜(242)과 출력측외치륜(310)은 치합되어 있으므로 출력측내치륜(242)의 공전 및 자전에 따라 출력측외치륜(310)이 회전하게 된다. 출력측외치륜(310)에 출력판(320)이 고정되어 있으므로 출력측외치륜(310)의 회전에 따라 출력판(320)이 회전하게 된다. 출력판(320)에 외부 기기를 부착하면 감속된 회전력을 인출할 수 있다.

감속비와 출력회전방향은 감속율에 의해 결정된다. 감속율은 입력측감속율과 출력측감속율의 합에 의하여 결정된다. 이를 자세히 설명하면 다음과 같다.

여기서는

감속비 = 입력회전수 : 출력회전수 = 입력회전수/출력회전수

감속율 = 출력회전수 / 입력회전수 = 1 / 감속비

R = 감속비

r = 감속율

r1 = 입력측감속율

r2 = 출력측감속율

D1 = 입력측외치륜의 직경

d1 = 입력측내치륜의 직경

D2 = 출력측외치륜의 직경

d2 = 출력측내치륜의 직경

로 정의한다.

상기 정의를 사용하여 본 발명 감속기의 작동상태를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

R = 1/r

r = r1 + r2

r1 = -(D1-d1)/D1

r2 = (D2-d2)/D2

만일

r < 0 이면 출력회전방향이 입력회전방향의 반대가 되고

r > 0 이면 출력회전방향이 입력회전방향과 같게 된다.

r = 0 이면 R = 1/r 이므로 감속비는 무한대가 되고

r ≠ 0 이면 R = 1/|r| 즉, "r의 절대값 분의 1"이 감속비가 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 감속기는 설계시 각 치륜 직경의 크기를 조절하는 것으로 원하는 감속비와 출력회전방향을 얻을 수 있다.

또한 기존의 편심치차감속기는 감속비를 크게 하려면 내치륜의 크기를 외치륜의 크기에 가깝게 하여야 하므로 내치륜과 외치륜 사이의 간격이 작아져서 치의 크기를 작게 해야 한다. 치의 크기를 작게 하는 데에는 실용상 한도가 있으므로 감속비를 어느 정도 이상 크게 할 수가 없다.

그러나 본 발명에 따른 감속기는 각 치륜 직경의 상대적인 크기에 따라 감속비가 정해지므로 감속비를 크게 하더라도 치의 크기를 작게 할 필요가 없으며 치의 크기를 줄이지 않아도 무한대까지의 감속비를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 편심치차 감속기를 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 변경할 수 있다.

100 : 입력측고정부 110 : 외장
120 : 입력측외치륜 130 : 입력측축베어링
200 : 편심치차 210 : 입력축
220 : 편심축 230 : 편심치차베어링
240 : 내치륜 241 : 입력측내치륜
242 : 출력측내치륜 300 : 출력측회전부
310 : 출력측외치륜 320 : 출력판
330 : 출력판베어링 340 : 출력측축베어링

Claims (2)

1. 편심치차로는 질량중심과 회전중심이 일치하는 편심치차 하나만 포함하며,
   상기 편심치차는,
   외부로부터 회전력을 전달받는 입력축;
   상기 입력축의 외측에 고정되며 상기 편심치차로 하여금 질량중심과 회전중심이 일치된 상태로 편심운동하게 하는 원형의 편심축;
   상기 편심축의 둘레에 위치되는 하나의 편심축 베어링; 및
   내주연에 치가 형성된 입력측 외치륜에 맞물리는 입력측 내치륜과, 내주연에 치가 형성된 출력측 외치륜에 맞물리는 출력측 내치륜이 상기 편심축을 동심축으로 하여 하나의 편심축 베어링 둘레에 나란히 일체로 형성된 내치륜;을 포함하는 것을 특징으로 하는 감속기.
2. 삭제

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