KR101716755B1

KR101716755B1 - 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치

Info

Publication number: KR101716755B1
Application number: KR1020150055932A
Authority: KR
Inventors: 김명수
Original assignee: 김명수
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2017-03-15
Also published as: KR20150121675A

Abstract

베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치에 관하여 개시한다. 축을 따라 맞물리는 피니언 기어 및 링 기어의 조합으로 이루어지는 한 쌍의 베벨 기어; 상기 한 쌍의 베벨 기어는 잇 수를 다르게 갖는 링 기어와 맞물리는 물림 구조;를 포함하고, 상기 물림 구조는, 피니언 기어에 대하여 상기 링 기어의 기어 물림을 기어간 틈새 간격을 줄이도록 유도하는 슬립 기어; 및 상기 슬립 기어를 구조물 베이스에 지지하는 축 방향 지지부;를 포함함으로써, 베벨 기어로 이루어지는 한 쌍의 피니언 기어와 드라이브 기어의 이가 만나는 지점에서 발생되는 간격을 줄여 백래시를 제거한다.

Description

베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치{BACK LASH ZEROISE CONTROLING GEARING SYSTEM FOR BEVEL GEAR}

본 발명은 두 축 사이에 동력을 전달하는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 링 기어와 피니언 기어 물림에서 발생 되는 백래시를 줄여주는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치에 관한 것이다.

기어의 물림과 조합에서 한 쌍의 기어가 무리 없이 부드럽게 회전하도록 하기 위해, 백래시(back lash)를 둔다. 백래시는 한 쌍의 회전하는 기어를 회전시키기 위해 필요로 하는 치합 간 틈새로, 한 쌍의 기어를 맞물렸을 때 치면 사이의 틈새이다. 백래시는 기어의 종류와 특성에 따라 다르게 나타나는데, 보통 백래시 산출수치표에 따라 설계하도록 기준 규격이 마련되어 있다.

한 쌍의 구동 및 피동측 기어 물림에서 발생 되는 백래시는 기어의 원호를 기준으로 설계하는 이론적인 출력 값과 기동 출력 값을 정역 방향에 따라 다르게 변화시킨다. 이는 고정밀 시스템에서 정밀도를 저하시키는 원인이 된다. 예를 들면, 로봇 및 정밀기계에서 반복되는 동작시, 서보 모터만으로는 동력 힘이 부족할 때 정밀감속기를 사용하며 동력방향 전환시 베벨 기어, 헬리컬 기어 등을 사용하고, 이들 맞물려 구동하는 기어들은 백래시를 제어하는 설계를 적용하는데 실제로 ISO, DIN(KS)에서는 그 값을 인정하고 기어등급에 따라 백래시 양을 규정하고 있다. 또한 정밀화되는 로봇이나 공작기계, 서보 감속기, 분할인덱스 등에서도 백래시 제거를 필요로 하여 다양한 방법의 백래시 제거 방식이 적용되었지만 추가비용에 비해 효과가 낮다.

기어의 백래시를 도 1의 기어 물림 참고도를 참조하여 예를 들어 설명하면, 원주 방향, 법선 방향, 각도, 반지름 방향 및 도 2와 같이 축 방향 틈새 등에 의해 형성되며 사전에 계산된 산출수치표 기준에 따라 그 정도를 관리한다. 한 쌍의 기어 물림에서 일부 표준 스퍼어 기어(standard spur gear)를 제외한 대부분의 기어들은 전위 기어(profile shifted gear)로 설계된다.

한편, 백래시에 의한 출력 오차를 줄이기 위해 전위 기어를 포함하여 백래시를 작게 조정하는 기어, 또는 별개의 심(shim) 조정 기구 등을 이용하는 방법들이 제안되어 왔지만 백래시를 저비용으로 충분하게 줄여주는데 한계가 있었다.

구동계에서 동력방향 전환시 베벨 기어 또는 45°헬리컬 기어(helical gear) 등을 사용하는데, 이들 기어 물림에서는 백래시 제거를 필요로 한다. 정밀화되는 로봇이나 공작기계, 서보 감속기, 분할인덱스 등에서는 고정밀 기어 백래시 제거 기술을 필요로 하여 발전해왔으나 비용에 비해 효과가 적다.

백래시를 허용하는 베벨 기어가 적용된 감속기의 정밀도는 Arc-min으로 표시하는데 보통 1Arcmin은 1/60도이다. 예를 들어 백래시가 3Arcmin이라면 3/60도의 유격이 있음을 의미하며 Arc-min 값이 클수록 오차 값도 커진다. 즉 원하는 위치에 가서 정지해야 하지만 백래시가 8Arc-min이라면 감속기가 8/60도 정도 더 회전하는 것이므로 그만큼 오차가 발생한다. 감속기의 Tortional rigidity가 35Nm/Arc-min 이라면 이 감속기는 35Nm의 토크를 받으면 출력축이 1Arc-min 만큼 더 돌아갈 수 있음을 의미한다. 상용화된 서보감속기에서 허용되는 백래시는 약 8 ~ 11Arc-min이다. 1Arc-min은 감속기의 정밀도를 나타내는 것으로 1 Arc-min은 1/60도이다. 예를 들어 백래시가 3Arc-min이라면 3/60도의 유격이 있는 것으로 볼 수 있다.

서보 감속기의 기계 요소로 사용되는 베벨 기어의 경우 백래시를 작게 조정하는 것을 필요로 하는데 그 조정 방법은 물림 조립거리를 조정하는 방식이 적용되어 왔다. 이 방식은 베벨 기어의 조립거리를 작게 하여 축 방향의 틈새를 조정하는 방식으로서 한쪽 기어의 조립거리만 크게 조정하면 이 접촉에 나쁜 영향이 발생하므로 양쪽 기어의 조립거리를 균형 있게 조정하기 위하여 조립거리 조정은 심(shim)에 의해 조정하고 있다. 그러나, 심 조정(adjust by shim)은 심 라이너를 끼워서 하는 조정 작업이므로 그 자체로서 정밀한 조정이 불가능하고 라이너의 이탈, 변형 등에 의해 정밀한 백래시 조정이 불가능한 문제점이 있고 구조가 복잡해지는 문제가 있었다.

이같이 베벨 기어의 백래시는 지금까지 원활한 기어 물림 회전을 위해 당연히 발생하는 것으로 단정하고 이를 방지하기 위하여 링 기어와 피니언 기어간 조립거리를 조정하는 심 라이너 또는 보조수단을 사용해 왔으나 백래시를 줄이기 위한 비용과 내구적 신뢰성을 만족시키기 어려웠다. 국내 또는 해외에서 공개된 백래시 제거에 관한 제안들은 여러 가지 소재 사용이 필요하고 가공비가 고가이다.

백래시가 정밀하게 제어되는 백래시 제로에 근접하는 베벨 기어의 설계는, 로봇 관절 정밀도 향상으로 로봇 종합 위치 정밀도를 현재의 기술수준인 약 0.3mm에서 0.01mm 이내로 고정밀 위치제어를 가능하게 할 것이다. CNC control 공작기계의 경우 모터감속기의 정밀도를 높여 엔코더 사용을 줄일 수 있으며, 공작기계 시스템 운용 비용 등을 획기적으로 줄일 수 있을 것이다.

특허문헌 1. 대한민국 특허출원 제10-2005-0062101호

특허문헌 2. 대한민국 특허출원 제10-2012-0080568호

특허문헌 3. 대한민국 특허출원 제10-2011-0107126호

특허문헌 4. 대한민국 특허출원 제10-2011-0045290호

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 베벨 기어인 링 기어를 피니언 기어와 백래시를 줄여주는 물림을 갖도록 유도하는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 링 기어와 피니언 기어가 맞물려 회전하는 베벨 기어에서 발생 되는 백래시를 간결하면서도 싼 비용으로 신뢰성 있게 줄여주는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 피니언 기어와 맞물리는 하나의 링 기어 축을 통해 백래시를 줄여주는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따르면, 축을 따라 맞물리는 피니언 기어 및 링 기어의 조합으로 이루어지는 한 쌍의 베벨 기어; 상기 한 쌍의 베벨 기어는 잇 수를 다르게 갖는 링 기어와 맞물리는 물림 구조;를 포함하고, 상기 물림 구조는, 피니언 기어에 대하여 상기 링 기어의 기어 물림을 기어간 틈새 간격을 줄이도록 유도하는 슬립 기어; 및 상기 슬립 기어를 구조물 베이스에 지지하는 축 방향 지지부;를 포함하는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치에 의해 달성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 링 기어는, 축을 연동하는 드라이브 기어; 및 드라이브 기어와 같은 축을 따라 분리 배열된 슬립 기어;를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 드라이브 기어는, 축에 축 키로 결합 되어 축을 연동시키고, 상기 드라이브 기어의 외곽에는 슬립 기어가 위치한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 슬립 기어의 치형은 드라이브 기어 치형과 동일한 원, 인벌류트, 트로코이드 곡선 중 선택된 어느 하나일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 드라이브 기어의 잇 수에 비해 슬립 기어의 잇 수가 1 개 이상 더 많은 차이를 가지며, 그 다른 잇 수 차이에 의해 드라이브 기어와 피니언 기어가 만나는 이 사이의 간격을 줄여줄 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 축 방향 지지부는, 축을 지지하는 구조물 베이스; 드라이브 기어에 형성되어 구조물 베이스와 이격된 공간을 형성하는 보스; 축을 중심으로 공간 사이에 안착 되어 상기 슬립 기어을 탄력적으로 받쳐주는 지지대; 보스를 따라 결합되어 슬립 기어에 밀착되는 누름판;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 지지대는, 축 또는 드라이브 기어의 보스를 따라 삽입되는 홀을 구비하는 지지대 본체; 누름판을 탄력적으로 받쳐주기 위해 지지대 본체에 안착된 스프링 및 그 스프링 하우징;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 슬립 기어는, 누름판이 밀착되는 밀착면;을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치는, 원뿔 모양으로 서로 직각, 둔각 등으로 만나 두 축 사이에 운동을 전달하는 한 쌍의 베벨 기어에서 링 기어와 피니언 기어간 백래시를 줄여주도록 유도하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치는, 베벨 기어 물림에서 링 기어의 백래시를 작게 하는 기존 구조물 위주, 또는 구조물 의존형 방식을 하나의 축으로 대체하여 백래시를 제거하도록 함으로써 동력방향을 전환하는 구동계에 적용 가능한 효과가 있다.

본 발명에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치는, 동력 방향 전환 감속기 등에 적용되어 동력 방향 전환시 발생 되는 백래시를 효과적으로 제거하고 여러 산업 분야에 다양한 용도로 이용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 기어 백래시 관련 참고도.
도 2는 일반적인 베벨 기어의 백래시 관련 참고도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치의 분해 사시도.
도 4는 도 3의 결합 사시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 기어 물림 상태를 나타낸 평면도.
도 6은 도 5의 A-A'선 단면도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 링 기어를 적용한 베벨 기어의 다양한 예시도로서, (a)는 직선 베벨 기어, (b)는 스파이럴 베벨 기어, (c)는 제롤 베벨 기어의 예시도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로 물림 과정을 기어 잇 수로 구분하여 나타낸 전개도.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로 물림 장치의 예시도.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치의 구성을 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치는, 한 쌍의 베벨 기어 물림에서 링 기어(100)와 피니언 기어(200)의 치합 구조로 이루어지며 피니언 기어(200)를 통해 동력을 입력하고 입력된 동력을 링 기어(100)를 통해 전달받아 출력하는 통상의 베벨 기어 입출력 방식이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 링 기어(100)에 대하여 축 방향으로 맞물리는 피니언 기어(200)를 포함하는 한 쌍의 베벨 기어로 구성된다.

그리고, 한 쌍의 베벨 기어의 물림은 링 기어(100)의 잇 수를 달리하여 링 기어(100)와 피니언 기어(200)의 이가 만나는 지점에서 발생하는 백래시를 줄이는 물림 구조를 포함한다.

그리고, 링 기어(100) 및 피니언 기어(200) 간 물림 구조는 링 기어(100)의 물림을 백래시를 줄여주는 물림으로 유도하는 슬립 기어(300)를 포함한다.

그리고, 슬립 기어(300)를 구조물 베이스(400)에 지지하는 축 방향 지지부를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 링 기어(100)는 축(110)을 연동하는 드라이브 기어(D) 및 축(110)을 따라 배열된 슬립 기어(300)로 분할되어 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치의 분해 사시도 이다. 도 4는 결합 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 기어 물림 상태를 나타낸 평면도이다. 도 6은 도 5의 A-A'선 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

베벨 기어로 이루어지는 슬립 기어(300)를 포함하는 링 기어(100)는 피니언 기어(200)와 직각이나 둔각으로 맞물릴 수 있다.

링 기어(100)는, 드라이브 기어(D)의 원주면을 따라 위치하는 슬립 기어(300)가 축(110)을 기준으로 결합 되어 있고, 그 안쪽으로는 드라이브 기어(D)가 축(110)을 연동할 수 있도록 그 축에 결합 되어 있다.

슬립 기어(300)는, 안쪽의 드라이브 기어(D)의 외부를 감싸듯이 결합 되어 있어 축(110)과 무관하게 안쪽의 드라이브 기어(D)와 면 슬립 상태로 회전할 수 있는 구조로 되어 있다. 슬립 기어(300)는 드라이브 기어(D) 또는 축(110)의 회전과 무관하고, 피니언 기어(200)가 회전하면 드라이브 기어(D)의 외부를 따라 미끄럼 운동한다. 드라이브 기어(D)는 피니언 기어(200)로부터 입력되는 동력을 받아 축(110)을 중심으로 회전하고 축을 연동시킨다.

피니언 기어(200)의 회전력은 링 기어(100)를 구성하는 드라이브 기어(D)와 슬립 기어(300)에 동시에 전달된다.

드라이브 기어(D) 그리고 슬립 기어(300)로 이루어지는 링 기어(100)는 축 방향 지지부에 의해 구조물 베이스(400)의 상부에 지지된다.

축 방향 지지부는, 축(110)을 지지하는 구조물 베이스(400), 드라이브 기어에 형성되어 구조물 베이스(400)와 이격된 공간(S)을 형성하는 보스(410), 축(110)을 중심으로 공간(S) 사이에 안착 되어 슬립 기어(300)을 탄력적으로 받쳐주는 지지대(420), 보스(410)를 따라 결합되어 슬립 기어(300)에 밀착되는 누름판(430)으로 구성될 수 있다.

또한, 지지대(420)는, 축(110) 또는 드라이브 기어(D)의 보스(410)를 따라 삽입되는 홀을 구비하는 지지대 본체(440), 누름판(430)을 탄력적으로 받쳐주기 위해 지지대 본체(440)에 안착되는 스프링(450) 및 스프링(450)을 안착시키는 스프링 하우징(460)으로 구성될 수 있다.

또한, 슬립 기어(300)는, 누름판(430)이 밀착되는 밀착면(310)을 두어서 구성될 수 있다. 슬립 기어(300)는, 드라이브 기어(D)의 원주면을 따라 축(110)을 기준으로 배치되어 피니언 기어(200)와 맞물리도록 위치한다. 여기서, 밀착면(310)의 구조 및 형상 그리고 면적 등은 슬립 기어의 회전 마찰을 감안하여 바람직한 구조 및 형상 그리고 면적 등을 결정하는 것이 바람직하다.

이렇게 링 기어(100)에 포함되는 슬립 기어(300)를 구조물 베이스(400)에서 지지하는 축 방향 지지부는, 슬립 기어(300)가 회전할 때 마찰력을 전달하여 피니언 기어와 드라이브 기어의 이 사이에서 발생 되는 간격을 줄여줄 수 있게 된다.

여기서, 드라이브 기어(D)의 잇 수에 비해 슬립 기어(300)의 잇 수는 1 개 이상 더 많으며, 그 다른 잇 수 차이에 의해 드라이브 기어와 피니언 기어가 만나는 지점에서 이 사이의 간격을 줄여줄 수 있게 된다. 그리고, 드라이브 기어와 슬립 기어는 동시에 회전하지만 기어의 잇 수 차이에 해당하는 각속도에서는 차이가 날 수 있다.

누름판(430)은 슬립 기어(300)의 밀착면(310)에 스프링(450) 탄성에 의해 밀착되어 슬립 기어(300)가 회전할 때 마찰 회전을 유도한다. 누름판(430)은 축에 결합되어 있지만 축의 회전을 받지 않으며, 슬립 기어(430)의 밀착면(310)과 미끄럼 접촉한다.

누름판(430)은 스프링(450)의 탄성력에 따라 슬립 기어(300)에 압력을 가하는 힘이 변화되며, 이는 슬립 기어(300)에 작용하는 마찰력을 결정한다. 따라서, 적절한 탄성력을 갖는 스프링(450)의 사용을 통해 슬립 기어(300)의 회전 마찰력을 조절하는 것이 바람직하다.

피니언 기어(200)로부터 회전력을 받는 슬립 기어(300)는 축 방향 지지부를 포함하여 다른 부분에서도 마찰 회전을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 드라이브 기어(D)의 외주면과 접촉하는 부분, 피니언 기어와 맞물리는 치면 등에서도 마찰 회전이 나타날 수 있다.

슬립 기어(300)의 치형은 드라이브 기어(D)가 갖는 그것과 동일한 원, 인벌류트, 트로코이드 곡선 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 드라이브 기어(D)는 피니언 기어(200)로부터 회전력을 전달받아 동력 방향을 전환하여 출력하는 기어부로서 기어의 형식에 따라 그 치형이 상이할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 링 기어를 적용한 베벨 기어의 다양한 예시이다. (a)는 직선 베벨 기어, (b)는 스파이럴 베벨 기어, (c)는 제롤 베벨 기어의 예이다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치는, 링 기어의 치형 이나 구조에 관계없이 드라이브 기어(D)의 잇 수에 비해 슬립 기어(300)의 잇 수를 적어도 1 개 이상 많도록 차이를 두고 그 다른 잇 수 차이에 의해 피니언 기어(200)와 축간거리를 조정한다. 드라이브 기어(D)의 잇 수와 슬립 기어(300)의 잇 수는, 1 내지 5개 범위의 차이를 가질 수 있으며, 드라이브 기어(D)의 잇 수에 비해 슬립 기어(300)의 잇 수를 더 많이 둔다. 도 8을 참조하면, 드라이브 기어 잇 수는 '16'이고, 슬립 기어의 잇 수는 '18'로서 슬립 기어의 잇 수가 드라이브 기어 잇 수에 비해 '2' 개 더 많은 예로 나타나 있다.

여기서, 드라이브 기어(D)는 축(110)에 키로 물려 있고, 슬립 기어(300)는 드라이브 기어(D)와 분할되어 축(110)을 기준으로 결합 되어 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로 물림 과정을 도 8의 기어 잇 수를 기준으로 설명하면, 피니언 기어(200)의 잇 수가 '10' 이고, 여기에 맞물리는 드라이브 기어(D)의 잇 수가 16, 그리고 링 기어(100)의 슬립 기어(300) 잇 수가 '18'인 경우, 드라이브 기어(D)와 피니언 기어(200)의 직각 물림이 3, 4, 5, 6, 7, 8의 위치 일 때, 모두 드라이브 기어(D)와 피니언 기어(200)는 일정한 물림율을 형성한다. 여기서, 일정한 물림율은 슬립 기어(300)에 의해 백래시가 제거된 물림을 나타낸다.

물림율은 피니언 기어(200)를 따라 회전하는 드라이브 기어(D), 그리고 같은 방향으로 회전하는 슬립 기어(300)는 각각 회전 위치와 관계없이 어느 경우에서나 슬립 기어(300)의 잇 수 차이(도 8을 참조하면, 드라이브 기어 잇 수는 16이고, 슬립 기어의 잇 수는 18이다)에 의해 백래시를 형성하는 기어간 틈새 간격에 슬립 기어(300)의 기어 이가 위치하여 틈 간격을 좁히고 줄임으로써 백래시를 제거한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치의 예를 나타낸 것으로, 입력측 베벨 기어(V)와 직각 치면 물림으로 동력 방향을 전환하는 출력측 베벨 기어(V1)로 이루어지는 한 쌍의 원추형 입출력 베벨 기어의 백래시를 제거하도록 구성된 예로서, 축 방향 지지부는 생략되었다. 도 9를 참조하면, 입력측 베벨 기어(V1)는 축(110)에 연동하는 드라이브 기어(D)와 축(110)을 따라 회전하는 슬립 기어(300)로 분할 구성된다. 출력측 베벨 기어(V1)는 입력측 베벨 기어(V)의 드라이브 기어(D)와 슬립 기어(300)의 치면에 동시에 맞물리는 드라이브 기어(D)와 입력측 베벨 기어(V)의 드라이드 기어(D)의 치면에 부분적으로 맞물려 축(110)을 중심으로 회전하는 슬립 기어(300)로 분할 구성되어, 한 쌍의 원추형 입출력 베벨 기어(V)(V1)가 직각으로 맞물려 회전하도록 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치를 구성할 수 있다. 이 구조는 베벨 기어를 드라이브 기어(D)와 슬립 기어(300)로 구성하여 한쪽은 입력측 베벨 기어(V1)로, 다른 한쪽은 출력측 베벨 기어(V)로 직각으로 맞물리도록 배치하여 베벨 기어 백래시를 줄여줄 수도 있다.

한편, 베벨 기어를 적용하여 동력을 전환하는 상용화된 서보 감속기에서 기존 베벨 기어를 적용하는 경우, 1/2 스테이지로 구분하여 백래시를 2 ~ 9Arc-min으로 아래의 표 1로 나타내었다(정밀 서보 감속기에서 허용하는 백래시는 약 8 ~ 11Arc-min 이다).

구분	감속비	Low backlash
1-stage	4/5/7/10/14/20	≤2arcmin / ≤4arcmin / ≤6arcmin
2-stage	20/25/35/40/50/70/100/140/200	≤4arcmin / ≤7arcmin / ≤9arcmin

* 정격 출력 토크(T_2N : 14 Nm - 2000 Nm)

상기 표 1에 의하면, 1/2-stage 모두 원하는 위치에 가서 정지해야 하지만 8Arc-min의 백래시라면 감속기가 8/60도 정도 더 회전하는 결과로 나타나고 그만큼 오차가 발생 된다. 감속기의 Tortional rigidity가 35Nm/Arc-min 이라면 이 감속기는 35Nm의 토크를 받으면 출력축이 1Arc-min 만큼 더 돌아간다.

동일한 조건으로 서보 감속기에 본 발명에 따른 링 기어를 포함하는 베벨 기어를 적용하는 경우 백래시는 아래 표 2와 같이 1/2-stage 및 감속비와 관련 없이 0Arc-min 에 가깝도록 제거할 수 있는 결과를 기대할 수 있게 한다.

구분	감속비	Low backlash
1-stage	4/5/7/10/14/20	≤0arcmin / ≤0arcmin / ≤0arcmin
2-stage	20/25/35/40/50/70/100/140/200	≤0arcmin / ≤0arcmin / ≤0arcmin

* 정격 출력 토크(T_2N : 14 Nm - 2000 Nm)

상기 표 2와 같은 백래시 0Arc-min은, 동력을 입력하는 피니언 기어와 이와 맞물려 동력을 출력하는 드라이브 기어의 물림에서 기어 이의 틈새를 더 많은 잇 수를 가지는 슬립 기어를 통해 줄여줌으로써 얻을 수 있다. 여기서, 백래시 '0Arc-min'은 실제로 얻을 수 있는 값은 아니다. 다만, 피니언 기어와 드라이브 기어 그리고 슬립 기어들의 맞물림 베벨 기어 설계를 위해 각 기어 잇수, 치직각 모듈, 기준압력각, 이뿌리 틈새 비율, 비틀림각 등, 기타 설계 변수 등을 대입 산출하여, 백래시 '0Arc-min'에 가까운 최적화된 베벨 기어의 설계에 반영할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 슬립 기어는 정 위치 상태에서 피니언 기어와 맞물려 회전 방향을 따라 회전하면서 이 과정에서 피니언 기어와 드라이브 기어의 물림에서 반드시 형성되는 기어 틈새 간격을 드라이브 기어에 비해 더 많은 잇 수를 갖는 잇 수로 기어 간격 틈새를 채워서 백래시를 줄여준다.

본 발명에 따른 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치는, 베벨 기어가 피니언 기어와 백래시 제로, 또는 제로에 근접하는 물림을 갖도록 유도하고, 피니언 기어와 맞물려 회전하는 베벨 기어에서 발생 되는 백래시를 간결한 구조로 제거할 수있다.

그리고, 심 기구 등과 같은 재료를 사용하지 않고 링 기어로 통합되므로 링 기어 가공시 적은 가공비로 간결하게 완성할 수 있으며, 백래시를 제거하기 위한 복잡한 메커니즘이 불필요하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며 본 발명의 기술 사상에서 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

100: 링 기어 110: 축
200: 피니언 기어 300: 슬립 기어
400: 베이스 410: 보스
420: 지지대 430: 누름판
440: 지지대 본체 450: 스프링
460: 스프링 하우징

Claims

축을 따라 맞물리는 피니언 기어 및 축을 연동하는 드라이브 기어를 포함하는 링 기어의 조합으로 이루어지는 한 쌍의 베벨 기어; 상기 한 쌍의 베벨 기어는 잇 수를 다르게 갖는 링 기어와 맞물리는 물림 구조;를 포함하고, 상기 물림 구조는, 피니언 기어에 대하여 상기 링 기어의 기어 물림을 기어간 틈새 간격을 줄이도록 유도하는 슬립 기어; 및 상기 슬립 기어를 구조물 베이스에 지지하는 축 방향 지지부;를 포함하여 이루어지며,
상기 축 방향 지지부는, 축을 지지하는 구조물 베이스; 상기 드라이브 기어에 형성되어 상기 구조물 베이스와 이격된 공간을 형성하는 보스; 상기 축을 중심으로 공간 사이에 안착 되어 상기 슬립 기어를 탄력적으로 받쳐주는 지지대; 상기 보스를 따라 결합되어 슬립 기어에 밀착되는 누름판을 포함하며,
상기 지지대는, 축 또는 드라이브 기어의 보스를 따라 삽입되는 홀을 구비하는 지지대 본체; 상기 누름판을 탄력적으로 받쳐주기 위해 지지대 본체에 안착되는 스프링 및 스프링 하우징을 포함하는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 링 기어는, 축을 연동하는 드라이브 기어; 상기 드라이브 기어와 같은 축을 따라 분리 배열된 슬립 기어;를 포함하는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 드라이브 기어는, 축에 축 키로 결합 되어 축을 연동시키고, 상기 드라이브 기어의 외곽에 슬립 기어가 위치하는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 드라이브 기어의 잇 수에 비해 슬립 기어의 잇 수가 1 개 이상 더 많은 차이를 가지며, 그 다른 잇 수 차이에 의해 드라이브 기어와 피니언 기어가 만나는 이 사이의 간격을 줄여주는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 슬립 기어의 치형은 드라이브 기어 치형과 동일한 원, 인벌류트, 트로코이드 곡선 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 슬립 기어는, 누름판이 밀착되는 밀착면;을 포함하는 베벨 기어의 백래시 제로화 물림 장치.