KR101452574B1

KR101452574B1 - 차동 기어형 감속기

Info

Publication number: KR101452574B1
Application number: KR1020120063050A
Authority: KR
Inventors: 시즈오 시마
Original assignee: 가부시끼가이샤 마끼신꼬
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-10-22
Also published as: JP2013002488A; KR20120138677A; JP5568516B2; CN102829149A; CN102829149B

Abstract

본 발명의 과제는 차동 기어 장치(10)의 회전 제동을 입력축(2)에 연동하여 기계적으로 제어함으로써, 콤팩트하고 큰 감속비가 얻어지는 차동 기어형 감속기를 제공하는 것이다. 입력축(2)과 출력축(3)이, 기어 케이스(1) 내에 배치한 차동 기어 장치(10)를 통해 연동 연결되고, 입력축(2)과 평행한 조정축(30)의 일단부에 브레이크(35)가, 타단부에 클러치(36)가 설치되어 있다. 입력축(2)에 고정된 1단 피니언(21)이, 조정축(30)에 회전 가능하게 설치된 1단 기어(22)에 맞물리고, 1단 기어(22)는 클러치(36)에 결합 분리 가능하게 연동 연결되어 있다. 차동 기어 장치(10)의 하우징(11)에 고정된 2단 피니언(기어)(24)이, 조정축(30)에 고정된 2단 기어(피니언)(23)에 맞물리고, 브레이크(35)와 클러치(36)의 전환 조작에 의해 입력축(2)에 연동하여 조정축(30)을 회전ㆍ정지시켜, 차동 기어 장치(10)의 회전 제동을 제어한다.

Description

차동 기어형 감속기 {DIFFERENTIAL REDUCTION GEAR}

본 발명은 차동 기어 장치를 사용한 감속기에 관한 것으로, 상세하게는 기계적인 구조에 의해 콤팩트하고 큰 감속비가 얻어지는 차동 기어형 감속기에 관한 것이다.

종래, 차동 기어 장치를 사용한 변속기 또는 감속기로서, 입력축에 설치한 베벨 기어와, 출력축에 설치한 베벨 기어와, 양 베벨 기어 사이에 동력 전달 가능하게 개재하는 차동 기어 장치와, 상기 차동 기어 장치의 기어 지지체(하우징)에 연결된 웜 휠과, 이것에 맞물리는 웜으로 이루어지는 웜 기어 기구와, 상기 웜 기어 기구를 통해 차동 기어 장치의 회전 제동을 제어하는 전동 모터 및 그 전기적 제어 장치를 구비한 차동 기어형 무단 변속기는 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조).

상기한 특허 문헌 1, 특허 문헌 2에 기재된 차동 기어형 무단 변속기는, 차동 기어 장치의 회전 제동을 제어하기 위해, 구동원과는 다른 전동 모터 및 그 전기적 제어 장치가 필요했다. 또한, 일련의 동작을 연속적으로 무단계로 감속 또는 변속하기 위해, 주로 각종 기계 장치의 위상 조정에 사용되는 것이었다.

일본 특허 출원 공개 평4-312250호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-327809호 공보

본 발명은 차동 기어 장치의 회전 제동을 구동원에 연결하는 입력축에 연동하여 기계적으로 제어함으로써, 콤팩트하고 큰 감속비가 얻어지는 차동 기어형 감속기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 기어 케이스에 축지지된 입력축과 출력축이, 상기 기어 케이스 내에 배치한 차동 기어 장치를 통해 연동 연결되고, 상기 기어 케이스에 상기 입력축과 평행하여 축지지된 조정축의 일단부에 브레이크가 설치되고, 타단부에 클러치가 설치되고, 상기 입력축에 고정된 1단 피니언이, 상기 조정축으로 회전 가능하게 설치된 1단 기어에 맞물리고, 또한 상기 1단 기어는 상기 클러치에 결합 분리 가능하게 연동 연결되어 있고, 상기 차동 기어 장치의 하우징에 고정된 2단 피니언(기어)이, 상기 조정축에 고정된 2단 기어(피니언)에 맞물리고, 상기 브레이크와 상기 클러치의 전환 조작에 의해 상기 입력축에 연동하여 상기 조정축을 회전ㆍ정지시켜, 상기 차동 기어 장치의 회전 제동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 차동 기어 장치가 베벨 기어를 사용한 것이고, 상기 입력축과 상기 출력축이 동축 상에 배치되어 있는 감속기가 실시예로서 바람직하다.

본 발명의 차동 기어 감속기는 기어 케이스 내에 배치한 차동 기어 장치의 회전 제동을 입력축에 연동하는 2단의 기어열에 의해 기계적으로 제어하므로, 차동 기어 장치의 회전 제동에 다른 구동원을 필요로 하지 않는다. 또한, 콤팩트한 구조로 큰 감속비가 얻어져, 공간 절약화가 도모된다. 그리고, 1대의 감속기로 운전 정지하지 않고 저속 운전과 고속 운전의 2단계로 전환하여 운전이 가능하다.

또한, 입력축에 연동하는 2단의 기어열의 조합을 바꾸는 것만으로, 기어 케이스, 입력축, 출력축, 조정축 및 차동 기어 장치는 그대로이고, 감속비를 넓은 범위에 걸쳐서 자유롭게 변경할 수 있다.

본 발명의 차동 기어형 감속기는 운전을 정지하지 않고 저속 운전으로부터 고속 운전으로 전환할 수 있으므로, 각종 권취 장치, 되감기 장치의 동력 전달 수단으로서 적합하지만, 그 밖에 다양한 산업 분야에 있어서의 동력 전달 수단으로서 사용할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 차동 기어형 감속기의 일 실시예를 도시하는 종단면도.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 차동 기어형 감속기의 일 실시예를 도시하고 있다. 기어 케이스(1)에는 입력축(2)과 출력축(3)이 서로 대향하여 동축상으로 축지지되어 있다. 입력축(2)은 중간 부위에 1단 피니언(21)이 고정되어 있고, 베어링(4), 중간 베어링(5)에 의해 기어 케이스(1)에 회전 가능하게 축지지되고, 입력축(2)의 내측 단부에 베벨 기어(8)가 고정되어 있다. 상기 베벨 기어(8)는 후술하는 차동 기어 장치(10)의 일부분을 구성하는 것이다. 출력축(3)은 베어링(6, 7)을 통해 기어 케이스(1)에 회전 가능하게 축지지되고, 내측 단부에 베벨 기어(9)가 고정되어 있다. 상기 베벨 기어(9)도 입력축(2)의 베벨 기어(8)와 함께 후술하는 차동 기어 장치(10)의 일부분을 구성하는 것으로, 베벨 기어(8)에 대향하여 배치된다.

기어 케이스(1) 내에는 베벨 기어를 사용한 차동 기어 장치(10)가 배치되어 있다. 상기 차동 기어 장치(10)의 하우징(11)은 입력축(2)의 베벨 기어(8)와 출력축(3)의 베벨 기어(9)를 수용하고, 또한 베어링(12, 13)을 통해 입력축(2)과 출력축(3)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 상기 하우징(11)에는 입력축(2)과 출력축(3)에 직교하는 스핀들(14)이 설치되어 있다. 상기 스핀들(14)은 양 단부가 베어링(15, 16)에 의해 하우징(11)에 회전 가능하게 축지지되어 있다. 스핀들(14)의 양 단부에는 한 쌍의 아이들러 베벨 기어(17, 18)가 컬러(19)를 통해 회전 가능하게 끼움 장착되어 있고, 양 아이들러 베벨 기어(17, 18)가 입력축(2)의 베벨 기어(8)와 출력축(3)의 베벨 기어(9)에 맞물려, 차동 기어 기구를 구성하고 있다. 하우징(11)의 한쪽의 측벽에는 입력축(2)의 1단 피니언(21)과 평행하고, 또한 동축상으로 배치한 2단 피니언(24)이 고정되어 있다.

기어 케이스(1)에는 입력축(2) 및 출력축(3)과 평행한 조정축(30)이 배치되어 있다. 상기 조정축(30)은 베어링(31), 중간 베어링(32) 및 베어링(33)을 통해 기어 케이스(1)에 축지지되고, 기어 케이스(1)로부터 돌출되는 일단부에 전자기 브레이크(35)가 조립되고, 타단부에 전자기 클러치(36)가 조립되어 있다. 또한, 조정축(30)에는 1단 피니언(21)에 맞물리는 1단 기어(22)와 2단 피니언(24)에 맞물리는 2단 기어(23)가 설치되어 있다. 1단 기어(22)는 내장 베어링(25)을 통해 조정축(30)에 회전 가능하게 끼워 맞추어진 원통 형상 보스(26)에 고정되고, 상기 원통 형상 보스(26)가 베어링(33)에 의해 기어 케이스(1)에 축지지되는 동시에, 원통 형상 보스(26)에 고착 연결한 통 형상 이음축(27)을 통해 전자기 클러치(36)에 결합 분리 가능하게 접속되어 있다. 한편, 2단 기어(23)는 조정축(30)에 키 멈춤하여 고정되어 있고, 조정축(30)의 회전력이 2단 기어(23)에 맞물리는 2단 피니언(24)을 거쳐서 차동 기어 장치(10)의 하우징(11)으로 전달되고, 상기 하우징(11)을 입력축(2) 및 출력축(3)의 주위로 회전시키도록 되어 있다. 또한, 상기한 피니언(21, 24) 및 기어(22, 23)는 모두, 헬리컬 기어이고, 맞물림 개소에 간극이나 덜걱거림이 발생하지 않는 구조로 되어 있다. 도면 중, 부호 37은 입력축(2)에 연결하여, 회전 구동하는 서보 모터(도시하지 않음)의 구동축이다.

다음에, 상기와 같이 구성한 본 발명에 관한 차동 기어형 감속기의 운전 동작에 대해 설명한다.

(1) 운전 정지 상태에 대해

모든 전원은 OFF 상태이고, 구동축(37)은 도시하지 않은 서보 모터의 내장 브레이크에 의해 로크되어, 입력축(2)으로의 동력 전달은 정지되어 있다. 또한, 전자기 브레이크(35)도 OFF 상태에서 로크되어 있어, 조정축(30)은 회전이 정지되어 있다. 전자기 클러치(36)는 전원 OFF이고 프리 상태로 되어 있다.

(2) 감속 운전 상태에 대해

전원을 넣으면(ON 상태), 상기 서보 모터의 구동축(37)이 회전하여 입력축(2)을 회전 구동하고, 1단 피니언(21)과 1단 기어(22)로 회전력이 전달된다. 동시에, 전자기 브레이크(35)가 전원 ON에서 해방 상태로 되고, 또한 전자기 클러치(36)가 전원 ON에서 작동 상태로 되어, 1단 기어(22)와 조정축(30)이 전자기 클러치(36)를 통해 접속되고, 1단 기어(22)에 연동하여 조정축(30)이 회전한다. 조정축(30)이 회전하면, 2단 기어(23)와 2단 피니언(24)이 연동하여 회전하고, 차동 기어 장치(10)의 하우징(11)을 입력축(2) 및 출력축(3)의 주위로 회전시킨다. 하우징(11)이 회전하면, 입력축(2)의 베벨 기어(8)와 출력축(3)의 베벨 기어(9)에 맞물려 있는 아이들러 기어(17, 18)가 입력축(2) 및 출력축(3)의 축선의 주위로 공전하고, 그 결과, 베벨 기어(8)의 회전에 연동하고, 또한 아이들러 기어(17, 18)를 통해 회전되는 베벨 기어(9)의 회전수가 감소하여, 입력축(2)의 회전수에 대해 출력축(3)의 회전수가 감속된다. 이와 같은 입력축(2)으로부터 출력축(3)으로 전달되는 회전수의 감속비는, 입력축(2)에 연동하는 2단의 기어열(21, 22, 23, 24)의 잇수의 조합에 의해 설정된다. 구체적으로는 후술하는 제1 실시예에 나타낸다.

(3) 등속 운전 상태에 대해

전원을 넣은 ON 상태에서, 상기 서보 모터의 구동축(37)이 회전하여 입력축(2)을 회전 구동하고, 1단 피니언(21)과 1단 기어(22)로 회전력이 전달된다. 한편, 전자기 브레이크(35)는 전원 OFF 상태에서 조정축(30)을 제동하고, 회전 정지 상태로 로크하여, 전자기 클러치(36)도 전원 OFF 상태에서 프리 상태로 되고, 1단 기어(22)는 전자기 클러치(36)와의 접속이 끊겨, 입력축(2)의 1단 피니언(21)에 맞물려 있는 1단 기어(22)는 내장 베어링(25)을 통해 조정축(30)의 주위로 공전하고 있는 상태이다. 또한, 조정축(30)이 회전 정지 상태로 로크되어 있으므로, 2단 기어(23)로부터 2단 피니언(24)으로 회전력은 전달되지 않고, 차동 기어 장치(10)의 하우징(11)도 고정된 상태로 되어 있다. 따라서, 입력축(2)의 회전은 베벨 기어(8)로부터 아이들러 기어(17, 18)를 거쳐서 베벨 기어(9)로 그대로 전달되고, 출력축(3)은 입력축(2)과 등속으로 회전하게 된다.

[제1 실시예]

상기한 차동 기어 장치(10)에 의한 감속비를 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.

1단 피니언(21)의 잇수:32매

1단 기어(22)의 잇수:72매

2단 기어(23)의 잇수:40매

2단 피니언(24)의 잇수:36매

입력축(2)의 회전수:600rpm으로 한다.

차동 기어 장치(10)에 의한 감속비:i는,

i＝(32/72)×(40/36)＝1/2.025

차동 기어 장치(10)의 하우징(11)의 회전수:n은,

n＝600×(1/2.025)≒296.2962963rpm

출력축의 회전수:N은,

N＝(600×1/2－296.2962963)×2rpm

＝3.7037037×2rpm

≒7.4074074rpm

상기 계산식에 있어서, 입력축(2)의 회전수 600rpm을 1/2로 하고 있는 것은, 차동 기어 장치(10)의 아이들러 기어(17, 18)가 공전함으로써, 입력축(2)의 베벨 기어(8)와 출력축(3)의 베벨 기어(9)가 서로 역회전하여, 2배의 감속 효과가 발생하기 때문이다.

입력축(2)에 대한 출력축(3)의 감속비:I는,

I＝7.4074074/600

＝1/81.00000008

≒1/81

따라서, 입력축(2)의 81 회전에 비해, 출력축(3)은 1회전하게 되어, 큰 감속비가 얻어진다.

본 발명에 관한 차동 기어형 감속기는 콤팩트한 구성으로 큰 감속비가 얻어지고, 또한 운전 중에 즉시 감속으로부터 등속(고속)으로, 또한 그 반대로 전환하는 것이 가능하므로, 각종 감아 올리기 장치나 권취기의 동력 전달 수단으로서 효과적으로 이용할 수 있다.

1 : 기어 케이스
2 : 입력축
3 : 출력축
8 : 베벨 기어[입력축(2)측]
9 : 베벨 기어[출력축(3)측]
10 : 차동 기어 장치
11 : 하우징
14 : 스핀들
17, 18 : 아이들러 베벨 기어
21 : 1단 피니언
22 : 1단 기어
23 : 2단 기어
24 : 2단 피니언
25 : 내장 베어링
26 : 원통 형상 보스
27 : 통 형상 이음축
30 : 조정축
35 : 전자기 브레이크
36 : 전자기 클러치
37 : 구동축

Claims

기어 케이스에 축지지된 입력축과 출력축이, 상기 기어 케이스 내에 배치한 차동 기어 장치를 통해 연동 연결되고,
상기 기어 케이스에 상기 입력축과 평행하여 축지지된 조정축의 일단부에 전자기식의 브레이크가 설치되고, 타단부에 전자기식의 클러치가 설치되고,
상기 입력축의 회전력을 상기 차동 기어 장치에 감속하여 전달하기 위한 기어열이 설치되는 차동 기어형 감속기이며,
상기 차동 기어 장치는, 상기 입력축의 내측 단부에 장착된 입력 베벨 기어와, 상기 출력축의 내측 단부에 장착된 출력 베벨 기어와, 상기 양 베벨 기어를 덮은 상태로 상기 입력축 및 출력축에 상대 회전 가능하게 지지되는 하우징과, 상기 양 베벨 기어에 각각 맞물린 상태로 상기 하우징 내에 회전 가능하게 지지되는 2개의 아이들러 베벨 기어를 포함하는 구성으로 되고,
상기 기어열은, 상기 입력축에 고정되는 1단 피니언과, 상기 조정축에 회전 가능하게 지지되고 또한 상기 1단 피니언에 맞물리는 1단 기어로 이루어지는 입력측 기어열, 및 상기 조정축에 회전 일체로 고정되는 2단 기어와, 상기 차동 기어 장치의 하우징에 회전 일체로 고정되고 또한 상기 2단 기어에 맞물리는 2단 피니언로 이루어지는 출력측 기어열을 포함하는 구성으로 되고,
상기 브레이크는, 전원의 온, 오프에 따라서 상기 조정축을 회전 가능하게 하는 해방 상태 또는 회전 정지시키는 제동 상태로 되는 것으로 되고,
상기 클러치는, 전원의 온, 오프에 따라서 상기 조정축에 대해 상기 1단 기어를 회전 일체로 하는 접속 상태 또는 상대 회전 가능하게 하는 프리 상태로 되는 것으로 되고,
상기 입력축을 회전 구동하고 있는 상태에 있어서, 상기 브레이크를 해방 상태로 하고 상기 클러치를 접속 상태로 한 경우에는, 상기 입력축의 회전력이 상기 입력측 기어열과 상기 출력측 기어열과 상기 차동 기어 장치를 거쳐서 상기 출력축에 감속하여 전달되는 감속 운전 상태로 되는 한편,
상기 브레이크를 제동 상태로 하고 상기 클러치를 프리 상태로 한 경우에는, 상기 입력축의 회전력이 상기 출력측 기어열에 입력되지 않고 상기 차동 기어 장치를 거쳐서 상기 출력축에 등속으로 전달되는 등속 운전 상태로 되는 것을 특징으로 하는, 차동 기어형 감속기.
제1항에 있어서, 상기 입력축이 서보 모터에 연결되어 있는, 차동 기어형 감속기.
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