KR102350641B1 - 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법 - Google Patents

감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법은, 정역회전 가능한 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 회전되는 감속기와, 상기 감속기의 회전축에 결합되는 링크의 단부에 장착되는 부하추를 포함하는 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법으로서, 상기 구동모터와 상기 링크 사이에 감속기를 장착하는 단계; 상기 링크의 단부에 소정 무게를 가진 부하추를 장착하는 단계; 및 상기 구동모터를 작동하여 상기 부하추를 회전시킴으로써 감속기의 내구성능을 시험하는 단계를 포함하고, 상기 감속기의 내구성능을 시험하는 단계에서, 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 위치를 상기 부하추를 회전시키는 초기 위치 및 양방향 회전을 위한 전환 위치로 선정하여 허용 입력 하중을 증가시킬 수 있다.

Description

감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법{Acceleration test method of durability evaluation arrangement of reducer}
본 발명은 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에 관한 것이다.
최근 인간과 협업이 가능한 HRC(Human Robot Collaboration) 로봇 시장이 급격하게 확대되고 글로벌 기업들이 로봇사업을 병행하면서 중요 부품 중 하나인 스트레인 웨이브(Strain wave reducer) 감속기의 수요 또한 증가하고 있다. 스트레인 웨이브 감속기는 모터가 발생하는 토크를 증대시켜 로봇의 운동성능을 결정하는 핵심 부품이다. 국내 스트레인웨이브 감속기 시장은 일본사 제품이 거의 독점하고 있는 실정이다. 국내 업체들은 국산화 개발을 진행 중이지만 완전한 국산화를 위해서는 품질 안정화와 신뢰성 확보가 중요하다.
품질 안정화와 신뢰성 확보를 위해서 일반적으로 스트레인웨이브 감속기는 내구성능 평가를 진행한다. 여기서 내구성능은 스트레인웨이브 감속기의 수명(Lifetime)을 말한다. 스트레인웨이브 감속기에서 수명은 감속기 입력에 회전 속도 2000rpm, 해당 감속기의 정격 토크로 동작 시 웨이브 제네레이터 베어링(Wave Genearator Bearing)이 10% 파손이 될 때까지의 시간을 의미한다.
일본사 스트레인웨이브 감속기의 수명은 고비토크(고토크 증대 스트레인웨이브 감속기) 10,000시간, 경박단소(경박 스트레인웨이브 감속기) 7,000시간을 보장한다. 해당 시간은 수명 계산식을 통해 10% 파손시의 수명을 계산한 결과이다.
상기한 개념을 바탕으로 스트레인웨이브 감속기의 보증시간을 산출하기 위해서는 7,000시간 또는 10,000시간 이상의 실제 운용을 통한 시험 시간을 필요로 한다. 또한, 다수의 스트레인웨이브 감속기를 테스트할 경우 이보다 훨씬 많은 시간을 소비할 수 있다. 따라서 대다수의 보증 시간을 검증하기 위하여 별도의 가혹조건을 적용하여 시험을 수행하며 이를 가속 시험이라고 한다.
가속 내구 시험은 출력단의 평균 부하토크를 증가시키는 방법과 입력단의 평균 입력 회전속도를 증가시키는 방법으로 진행할 수 있다. 스트레인웨이브 감속기의 가속내구 성능 시험은 사전 정의된 감속기의 정격사양의 허용 조건 안에서 가혹 조건을 적용하여 10% 파손이 일어나는 시간보다 짧은 실제 운용 시간을 통해 스트레인웨이브 감속기의 보증 시간 검증을 목표로 한다.
등록특허공보 제10-1583703호
본 발명은 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에 있어서 회전각도 및 회전속도와 그에 따른 부하토크의 프로파일을 정의하는 것으로, 스트레인웨이브 감속기의 정격사양을 참조하여 스트레인웨이브 감속기 내구성능 평가 장치에서 허용 가능한 범위 내에서 최대값을 적용할 수 있는 프로파일을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가속내구 시험 프로파일로 가속내구 성능 시험을 진행하여 실제 운용 시간을 줄임으로써, 다수의 스트레인웨이브 감속기의 평가 시간을 절약하여 품질 및 신뢰성을 확보할 수 있는 가속내구 시험방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법은, 정역회전 가능한 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 회전되는 감속기와, 상기 감속기의 회전축에 결합되는 링크의 단부에 장착되는 부하추를 포함하는 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법으로서, 상기 구동모터와 상기 링크 사이에 감속기를 장착하는 단계; 상기 링크의 단부에 소정 무게를 가진 부하추를 장착하는 단계; 및 상기 구동모터를 작동하여 상기 부하추를 회전시킴으로써 감속기의 내구성능을 시험하는 단계를 포함하고, 상기 감속기의 내구성능을 시험하는 단계에서, 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 위치를 상기 부하추를 회전시키는 초기 위치 및 양방향 회전을 위한 전환 위치로 선정하여 허용 입력 하중을 증가시킬 수 있다.
상기 감속기의 내구성능을 시험하는 단계에서, 상기 구동모터는 상기 부하추를 제1방향으로 소정 각도 회전시킨 후 정지하고, 반대로 제2방향으로 소정 각도 회전시킨 후 정지하는 것을 반복할 수 있다.
상기 구동모터는 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제1위치에서 상기 부하추를 제1방향으로 회전시켜 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제2위치에서 정지하고, 상기 구동모터는 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제2위치에서 상기 부하추를 제2방향으로 회전시켜 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제1위치에서 정지하며, 이러한 정역회전을 반복할 수 있다.
상기 구동모터는 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제1위치에서 상기 부하추를 제1방향으로 540도 회전시켜 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제2위치에서 정지하고, 상기 구동모터는 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제2위치에서 상기 부하추를 제2방향으로 540도 회전시켜 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제1위치에서 정지하며, 이러한 정역회전을 반복할 수 있다.
상기 감속기의 내구성능을 시험하는 단계에서, 상기 구동모터는 상기 부하추를 제1방향으로 가속하여 소정 속도로 등속 회전시킨 후 감속하여 정지하고, 반대로 제2방향으로 가속하여 소정 속도로 등속 회전시킨 후 감속하여 정지하는 것을 반복할 수 있다.
상기 감속기의 내구성능을 시험하는 단계에서, 상기 등속 회전 구간에서 감속기에 가해지는 토크 프로파일은 사인 곡선을 따를 수 있다.
상기한 본 발명의 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에 의하면, 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에 있어서 회전각도 및 회전속도와 그에 따른 부하토크의 프로파일을 정의하는 것으로, 스트레인웨이브 감속기의 정격사양을 참조하여 스트레인웨이브 감속기 내구성능 평가 장치에서 허용 가능한 범위 내에서 최대값을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 가속내구 시험 프로파일로 가속내구 성능 시험을 진행하여 실제 운용 시간을 줄임으로써, 다수의 스트레인웨이브 감속기의 평가 시간을 절약하여 품질 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치를 나타내는 일방 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치를 나타내는 타방 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 감속기의 내구성능 평가장치에서 부하토크와 회전속도의 패턴을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치에서 부하추를 360도 단순 1회전시키는 것을 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치에서 부하추를 제1방향으로 540도 회전시키는 것을 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치에서 부하추를 제2방향으로 540도 회전시키는 것을 나타내는 개념도이다.
도 8은 초기 위치에서 부하추를 360도 단순 1회전시 부하토크 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 9는 초기 위치에서 부하추를 360도 1회전 후 180도 추가 회전시 부하토크 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 10은 초기 위치에서 부하추를 360도 1회전 후 180도 추가 회전시 속도 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 11은 초기 위치에서 부하추를 제1방향으로 540도 회전 후 제2방향으로 540도 회전시 속도 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에서 각도 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에서 속도 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명에 따른 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에서 토크 프로파일을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치를 나타내는 일방 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치를 나타내는 타방 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치(100)는, 정역회전 가능한 구동모터(120)와, 구동모터에 의해 회전되는 감속기(140)와, 감속기의 회전축에 결합되는 링크(150)의 단부에 장착되는 부하추(160)를 포함한다.
구동모터(120)와 감속기(140)와 링크(150) 회전축은 지지대(110)에 장착된 장착프레임(130)에 장착될 수 있다. 지지대(110)는 소정 높이의 테이블 형태로 이루어지고, 하면에 복수의 바퀴 및 높이조절장치를 구비할 수 있다.
장착프레임(130)은 사각 플레이트 형태로 이루어지고 지지대(110)에 복수의 볼트 또는 나사에 의해 체결될 수 있다. 장착프레임(130)은 사각 플레이트 상에 각각 체결되어 고정되는 모터장착부(132), 감속기장착부(134) 및 부하장착부(136)를 포함할 수 있다.
모터장착부(132)는 원형 관통공이 형성된 사각 프레임이 세로로 설치될 수 있다. 사각 프레임의 일측면에 구동모터(120)가 복수의 볼트 또는 나사에 의해 체결되어 장착될 수 있다. 감속기장착부(134)는 소정 두께의 사각 프레임이 장착프레임(130)에 체결되고, 감속기(140)를 아래에서 지지할 수 있다. 감속기장착부(134)는 감속기(140)를 단순히 지지할 수도 있지만, 감속기(140)와 체결되어 감속기(140)를 고정할 수도 있다. 부하장착부(136)는 감속기(140)의 회전축과 연결되는 연결축부를 회전가능하게 지지하는 베어링부이다. 부하장착부(136)도 원형 관통공이 형성된 사각 프레임이 장착프레임(130)상에 세로로 설치되고, 복수의 볼트 또는 나사에 의해 체결되어 장착될 수 있다. 부하장착부(136)는 각종 센서를 구비할 수 있다.
구동모터(120)는 정역회전 가능한 서보모터이며, 모터 드라이버를 구비할 수 있다. 구동모터(120)에는 노이즈 필터를 거친 3상 220V 전원이 공급될 수 있다.
감속기(140)는 HRC(Human Robot Collaboration) 로봇의 주요 부품으로서, 주로 스트레인 웨이브(Strain wave reducer) 감속기이다. 스트레인 웨이브 감속기는 모터의 발생 토크를 증대하거나 최종 운동 성능을 결정하는 로봇의 핵심 부품 중 하나이다. 감속기(140)는 그 입력단이 구동모터(120)에 연결되고, 그 출력단이 장착프레임(130)의 부하장착부(136)에 연결된다.
부하장착부(136)에 장착되는 감속기(140)의 회전축 출력단에는 링크(150)가 결합되어, 함께 회전될 수 있다. 링크(150)의 일단부는 감속기(140)의 출력단에 복수의 볼트 또는 나사에 의해 체결되고, 링크(150)의 타단부에는 회전축에 평행한 방향으로 연장되어 복수의 부하추(160)를 장착할 수 있는 추결합부를 구비할 수 있다.
부하추(160)는 감속기 출력단에 외부 하중을 변화할 수 있도록 다양한 무게를 가진 추가 구비되어 추결합부에 선택적으로 장착될 수 있다.
컴퓨터 등의 제어부(190)는 구동모터(120)의 서보 드라이브를 제어하여 구동모터(120)를 정역회전시키고, 여러 센서로부터 신호를 수신하여 처리할 수 있다.
복수의 센서로는 속도센서(171), 토크센서(173), 진동센서(181), 소음센서(183), 온도센서(185) 등을 포함할 수 있다.
속도센서(171)는 감속기(140) 출력단에 장착되어 회전축의 분당 회전속도(rpm)를 실시간 측정할 수 있다.
토크센서(173)는 감속기(140) 출력단 및/또는 입력단에 장착되어, 구동모터(120)에 의해 회전되는 부하추(160)에 의해 감속기(140)에 가해지는 토크를 실시간 측정할 수 있다.
진동센서(181)는 부하장착부(136)에 설치되어 부하추(160)의 회전에 의해 발생하는 진동의 세기를 실시간 측정할 수 있다.
소음센서(183)는 지지대(110) 상에 설치되어 회전되는 부하추(160)와 구동모터(120)에 의해 발생하는 소음의 세기를 실시간 측정할 수 있다.
온도센서(185)는 감속기(140)에 접하도록 설치되어 감속기(140)의 온도를 실시간 측정할 수 있다.
도 4는 감속기의 내구성능 평가장치에서 부하토크와 회전속도의 패턴을 예시적으로 나타내는 그래프이다. 즉, 도 4는 n=5 구간으로 나누었을 때 부하토크와 평균 회전속도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 4에서 n1, n2, n3···nn은 각 구간에서 회전속도의 평균값을 나타낸다.
스트레인웨이브 감속기의 수명은 예를 들어, 고비토크(고토크 증대 스트레인웨이브 감속기) 10,000시간, 경박단소(경박 스트레인웨이브 감속기) 7,000시간을 보장한다. 해당 시간은 아래 수학식 1과 같은 수명 계산식을 통해 10% 파손시의 수명을 계산할 수 있다.
Figure 112020079544083-pat00001
여기서, Lh는 스트레인웨이브 감속기가 실제 운전 가능한 시간, L10은 10%의 파손이 될 때까지의 시간(보장시간), Tr은 스트레인웨이브 감속기 사양의 정격 토크, Tav는 감속기 출력단의 평균 부하토크, Nr은 정격 회전 속도, Nav는 감속기 입력단의 평균 입력 회전 속도를 의미한다.
도 4와 같은 부하토크 및 회전속도 패턴에서 감속기 출력단의 평균 부하토크(Tav)는 수학식 2와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112020079544083-pat00002
또한, 도 4의 패턴에서 감속기 입력단의 평균 입력 속도(Nav)는 수학식 3과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112020079544083-pat00003
상기한 개념을 바탕으로 스트레인웨이브 감속기의 보증시간을 산출하기 위해서는 7,000시간 또는 10,000시간 이상의 실제 운용을 통한 시험 시간을 필요로 한다. 또한 다수의 스트레인웨이브 감속기를 테스트 할 경우 이보다 더 많은 시간을 소비할 수 있다. 따라서 대다수의 보증 시간을 검증하기 위하여 본 발명에서는 별도의 가혹조건을 적용하여 가속 시험을 수행할 수 있다.
본 발명은 스트레인웨이브 감속기의 가속내구 시험방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진자 형태의 스트레인 웨이브 감속기 내구성능 평가 장치에서 가속내구 시험을 위한 프로파일에 관한 것이다.
정격토크(Tr)와 정격 회전속도(Nr)는 스트레인웨이브 감속기의 특성으로 결정되는 정격 값이므로, 출력단의 평균 부하토크(Tav)와 입력단의 평균 입력 회전속도(Nav)에 따라서 10% 파손이 일어나는 시간(L10)과 실제 운전 가능한 시간(Lh)을 계산할 수 있다.
실제 운전 가능한 시간(Lh)를 측정하여 10% 파손이 일어나는 시간을 계산할 수 있으며, 반대로 10% 파손이 일어나는 시간(L10)을 측정하여 실제 운전 가능한 시간(Lh)을 예상할 수 있다.
결론적으로, 가속내구 시험은 출력단의 평균 부하토크(Tav)를 증가시키는 방법과 입력단의 평균 입력 회전속도(Nav)를 증가시키는 방법으로 진행할 수 있다. 스트레인웨이브 감속기 가속내구 성능 시험은 사전 정의된 감속기의 정격 사양의 허용 조건 안에서 가혹 조건을 적용하여 10% 파손이 일어나는 시간(L10)보다 짧은 실제 운용 시간(Lh)을 통해 스트레인웨이브 감속기의 보증 시간 검증을 목표로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치에서 부하추를 360도 단순 1회전시키는 것을 나타내는 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치에서 부하추를 제1방향으로 540도 회전시키는 것을 나타내는 개념도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기의 내구성능 평가장치에서 부하추를 제2방향으로 540도 회전시키는 것을 나타내는 개념도이고, 도 8은 초기 위치에서 부하추를 360도 단순 1회전시 부하토크 곡선을 나타내는 그래프이며, 도 9는 초기 위치에서 부하추를 360도 1회전 후 180도 추가 회전시 부하토크 곡선을 나타내는 그래프이고, 도 10은 초기 위치에서 부하추를 360도 1회전 후 180도 추가 회전시 속도 곡선을 나타내는 그래프이며, 도 11은 초기 위치에서 부하추를 제1방향으로 540도 회전 후 제2방향으로 540도 회전시 속도 곡선을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법은, 구동모터(120)와 링크(150) 사이에 감속기(140)를 장착하는 단계, 링크(150)의 단부에 소정 무게를 가진 부하추(160)를 장착하는 단계, 및 구동모터(120)를 작동하여 부하추(160)를 회전시킴으로써 감속기(140)의 내구성능을 시험하는 단계를 포함한다.
구동모터(120)와 링크(150)는 장착프레임(130)의 모터장착부(132)와 부하장착부(136)에 장착되어 있는 상태에서, 시험하려는 감속기(140)를 구동모터(120)와 링크(150) 사이에 각 회전축끼리 연결하여 장착한다.
다음에, 감속기(140)의 정격 용량에 따라 적절한 무게의 부하추(160)를 링크(150) 단부의 추장착부에 장착한다.
다음으로, 구동모터(120)를 정역회전 제어하여 감속기(140)의 내구성능 시험을 수행한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무게 m인 부하추(160)에 의해 발생하는 토크(τ)는 아래의 수학식 4에 의해서 계산될 수 있다.
Figure 112020079544083-pat00004
여기서, g는 중력가속도이고, l은 링크(150)의 길이이며, θ는 링크(150) 및 부하추(160)가 중력방향에 대해 이루는 각도이다.
부하추(160)가 회전함에 따라 발생하는 토크는 링크(150)가 지면과 평행한 위치에서 최대가 된다. 따라서, 링크(150)가 지면과 평행한 위치에서 부하추(160)가 회전하기 시작하고, 회전 후 정지하는 위치로 설정하는 것이 바람직하다.
도 5에서와 같이, 부하추(160)가 오른쪽 수평 위치에 있을 때를 회전 시작 위치인 0도(0˚)로 보고, 부하추(160)를 반시계방향으로 단순 1회전할 수 있다.
이 경우 부하추(160)에 가해지는 중력은, 도 6에 도시된 바와 같이, 지면 방향으로만 작용되고, 단순 1회전(360도) 후에는 초기 위치와 동일한 방향으로 중력가속도(g)가 작용한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 단순 1회전의 경우 전 영역에 걸쳐 부하 하중을 적용했지만, 실제 부하 하중에 의한 토크는 비대칭성을 나타낸다.
따라서, 도 7에서와 같이 부하추(160)를 360도 1회전 후 180도를 더 회전하고 정지하는 것이 바람직하다.
도 9는 초기 위치에서 부하추를 360도 1회전 후 180도 추가 회전시 부하토크 곡선을 나타내는 그래프이다. 이와 같이, 부하추(160)를 540도 회전시키는 경우 부하토크는 양측방향에 대해 대칭성을 가지는 것을 알 수 있다.
도 10은 초기 위치에서 부하추를 360도 1회전 후 180도 추가 회전시 속도 곡선을 나타내는 그래프이다. 내구성능 평가장치는 감속기 입력단에서 속도를 입력하는 구동모터(와 연결축 부품들로 구성되는 구동기가 장시간 운동을 수행해야 한다. 만약, 단일 방향으로 회전운동을 지속할 경우, 구성 부품의 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 구동모터(120)에서 감속기 입력단에 입력하는 속도도 대칭성을 가질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 도 6에서와 같이 부하추(160)를 제1방향(반시계방향)으로 540도 회전하고 정지한 다음, 도 7에서와 같이 부하추(160)를 제2방향(시계방향)으로 540도 회전함으로써, 양방향에 대하여 대칭성을 가진 부하 하중을 작용하는 것이 바람직하다.
다시 말해서, 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 위치를 부하추(160)를 회전시키는 초기 위치 및 양방향 회전을 위한 전환 위치로 선정하여 허용 입력 하중을 증가시킬 수 있다.
도 11은 초기 위치에서 부하추를 제1방향으로 540도 회전 후 제2방향으로 540도 회전시 속도 곡선을 나타내는 그래프이다. 이와 같이, 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 위치에서 일방향으로 가속하여 소정 시간 동안 등속 회전 후 정지시키고, 다시 반대방향으로 가속하여 소정 시간 동안 등속 회전 후 정지시키면, 감속기 입력단에 입력하는 속도도 대칭성을 가질 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에서 각도 프로파일을 나타내는 그래프이고, 도 13은 본 발명에 따른 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에서 속도 프로파일을 나타내는 그래프이며, 도 14는 본 발명에 따른 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법에서 토크 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도시된 바와 같이, 감속기(140)의 내구성능을 시험하는 단계에서, 구동모터(120)는 부하추(160)를 제1방향으로 소정 각도 회전시킨 후 정지하고, 반대로 부하추(160)를 제2방향으로 소정 각도 회전시킨 후 정지하는 것을 반복할 수 있다.
즉, 구동모터(120)는 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 제1위치에서 부하추(160)를 제1방향으로 회전시켜 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 제2위치에서 정지하고, 구동모터(120)는 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 제2위치에서 부하추(160)를 제2방향으로 회전시켜 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 제1위치에서 정지하며, 제어부(190)는 이러한 정역회전을 반복하도록 구동모터(120)를 제어할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 구동모터(120)는 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 제1위치에서 부하추(160)를 제1방향(반시계방향)으로 540도 회전시켜 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 제2위치에서 정지하고, 구동모터(120)는 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 제2위치에서 부하추(160)를 제2방향(시계방향)으로 540도 회전시켜 링크(150) 및 부하추(160)가 지면에 평행한 제1위치에서 정지하며, 제어부(190)는 이러한 정역회전을 반복하도록 구동모터(120)를 제어할 수 있다.
도 12의 속도 프로파일에서와 같이, 부하추(160)의 회전 각도는 0도에서 기울기가 증가하는 곡선을 따라 증가하다가 일정한 기울기의 직선을 따라 증가하며, 540도가 되기 전에 기울기가 감소하는 곡선을 따르다가 540도에서 소정 시간 정지하여 유지된다. 이어서, 부하추(160)의 회전 각도는 540도에서 음의 기울기의 절대값이 증가하는 곡선을 따르다가 일정한 기울기의 직선을 따르며, 0도(1080도)가 되기 전에 음의 기울기의 절대값이 감소하는 곡선을 따르다가 0도(1080도)에서 소정 시간 정지하여 유지된다. 도 12는 이러한 부하추(160)가 정역회전되는 한 주기의 속도를 나타내는 그래프로서 이러한 정역회전 주기를 반복함으로써 감속기의 내구성능을 가속 시험할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 감속기의 내구성능을 시험하는 단계에서, 구동모터(120)는 부하추(160)를 제1방향으로 가속하여 소정 속도로 등속 회전시킨 후 감속하여 정지하고, 반대로 제2방향으로 가속하여 소정 속도로 등속 회전시킨 후 감속하여 정지하는 것을 반복할 수 있다.
도 13의 속도 프로파일에서와 같이, 부하추(160)는 제1방향으로 회전하기 시작할 때 등가속도로 소정 시간 가속되고 소정의 회전 속도(rpm)를 유지한 다음, 등가속도로 소정 시간 감속되어 속도 제로 상태(정지)가 되고, 제2방향으로 회전하기 시작할 때 반대방향으로 등가속도로 소정 시간 가속되고 소정의 회전 속도(rpm)를 유지한 다음, 등가속도로 소정 시간 감속되어 속도 제로 상태(정지)가 될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 감속기의 내구성능을 시험하는 단계에서, 등속 회전 구간에서 감속기에 가해지는 토크 프로파일은 사인 곡선을 따를 수 있다.
도 14의 토크 프로파일에서 부하토크는 회전 시작 시점과 정지 시점에서 수직의 선을 따라 급격히 증가 또는 감소하도록 변화하고, 회전하지 않는 정지 구간에서 일정한 토크를 유지한다. 그 이외의 회전 구간에서 부하토크는 대체로 사인 곡선을 따라 변화할 수 있다. 회전 시작 후에 부하토크는 큰 절대값의 토크에서 사인 곡선과 연결되는 곡선을 따라 변화하고, 회전 종료 직전에도 절대값이 큰 토크로 연결되는 곡선을 따라 변화할 수 있다. 사인 곡선은 y=cosx의 그래프에서 대략 30도~480도의 구간에 해당하는 곡선과, y=sinx의 그래프에서 대략 -30도~+390도의 구간에 해당하는 곡선을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 감속기 내구성능 평가장치는 도 12의 각도 프로파일과 도 13의 속도 프로파일에 따라 구동모터(120)를 작동시키면, 도 14의 토크 프로파일에 따른 부하토크를 감속기(140)의 스트레인 웨이브 전체에 고르게 가할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 감속기 내구성능 평가장치
110: 지지대 120: 구동모터
130: 장착프레임 132: 모터장착부
134: 감속기장착부 136: 부하장착부
140: 감속기 150: 링크
160: 부하추 171: 속도센서
173: 토크센서 181: 진동센서
183: 소음센서 185: 온도센서
190: 제어부

Claims (6)

  1. 정역회전 가능한 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 회전되는 감속기와, 상기 감속기의 회전축에 결합되는 링크의 단부에 장착되는 부하추를 포함하는 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법으로서,
    상기 구동모터와 상기 링크 사이에 감속기를 장착하는 단계;
    상기 링크의 단부에 소정 무게를 가진 부하추를 장착하는 단계; 및
    상기 구동모터를 작동하여 상기 부하추를 회전시킴으로써 감속기의 내구성능을 시험하는 단계를 포함하고,
    상기 감속기의 내구성능을 시험하는 단계에서, 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 위치를 상기 부하추를 회전시키는 초기 위치 및 양방향 회전을 위한 전환 위치로 선정하여 허용 입력 하중을 증가시키며,
    상기 구동모터는 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제1위치에서 상기 부하추를 제1방향으로 540도 회전시켜 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제2위치에서 정지하고, 소정 시간 정지 상태를 유지하며,
    상기 구동모터는 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제2위치에서 상기 부하추를 반대로 제2방향으로 540도 회전시켜 상기 링크 및 부하추가 지면에 평행한 제1위치에서 정지하고, 소정 시간 정지 상태를 유지하며,
    이러한 정역회전을 반복하고,
    등속 회전 구간에서 감속기에 가해지는 토크 프로파일은 사인 곡선을 따르고, 상기 토크 프로파일에서 부하토크는 회전 시작 시점과 정지 시점에서 수직의 선을 따라 급격히 증가 또는 감소하도록 변화하고, 회전하지 않는 정지 구간에서 일정한 토크를 유지하는 것을 특징으로 하는 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감속기의 내구성능을 시험하는 단계에서, 상기 구동모터는 상기 부하추를 제1방향으로 가속하여 소정 속도로 등속 회전시킨 후 감속하여 정지하고, 소정 시간 정지 상태를 유지한 후, 반대로 제2방향으로 가속하여 소정 속도로 등속 회전시킨 후 감속하여 정지하는 것을 주기적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 감속기의 내구성능 평가장치의 가속내구 시험방법.
  6. 삭제
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