KR19980073908A - 내접식 유성치차 감속기 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

내접식 유성치차 감속기

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

맞물림시 간섭량 및 백래쉬량을 최소화할 수 있는 치형을 갖는 유성치차를 채용하여 효율적인 감속운동이 가능하며, 범용 소재 및 가공 기술로 넓은 범위의 감속비를 갖는 고정밀 및 고강성 감속기의 감속 치차열이 가능토록한 동력전달 체제를 제공하고자 함.

3. 발명의 해결 방법의 요지

중공체로 내주면을 따라 내접 기어가 형성된 감속기 본체; 중심축선으로부터 서로 반대 방향으로 소정의 편심량을 갖도록 형성된 두개의 편심축 갖는 제1크랭크축;

상기 제1크랭크축과 동일한 편심량으로 서로 반대 방향으로 편심된 두개의 편심축을 가지는 두개의 제2크랭크축; 그 외주면을 따라 외접기어가 형성되며, 중심부에 소정 직경의 축중심 구멍이 형성되고 소정 반경의 원주상에 원주방향 등간격으로 축중심에 대해 대칭인 다수의 외측 구멍이 각각 형성 된 두 개의 유성기어를 포함하며; 각각의 유성기어는, 그 중심구멍이 상기 제1크랭크축의 편심축에 의해 동시에, 상기 중심구멍을 중심으로 마주보는 두 개의 외측 구멍이 상기 두 제2크랭크축의 편심축에 의해 병진 회전운동이 가능하게 지지된 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기를 제공함.

4. 발명의 중요한 용도

서보 모터 등의 정밀제어기기가 부착되는 기기에 적용되어, 고속 입력 및 넓은 범위의 감속비에서 동일한 크기로 표준화 설계가 가능하여 소형, 경량으로 유닛화 되어 취급이 용이하게 되고 소재 선택에 있어서의 그 선택폭이 향상된 고정밀도, 고강성의 감속기를 로봇 등의 초정밀제어 분야에 적용할 수 있는 효과가 있다.

Description

내접식 유성치차 감속기

본 발명은 내접식 유성치차 감속기에 관한 것으로, 특히, 간섭량 및 백래쉬량을 최소화하는 삼각형 치형을 채용한 내접식 유성치차열이 편심체에 의한 기구적 운동으로 병진 및 회전운동하면서 발생된 감속운동을 연속적으로 출력축으로 전달하며, 큰 범위의 감속비, 고정밀 및 고강성 특성을 갖는 내접식 유성치차 감속기에 관한 것이다.

종래의 경우, 서보 모터 등의 정밀제어기기에 적용되어 감속을 수행하기 위한 여러 감속기가 제안된 바 있다. 종래에 제안된 고정밀 제어용 감속기를 살펴보면, 금속의 탄성력을 이용 감속을 수행하는 하모닉 드라이브 타입 감속기, 치차이외에 강구(鋼球)를 이용하여 감속을 수행하는 볼감속기, 핀롤러를 이용하는 감속기, RV 감속기, 싸이클로이드 감속기 등으로 대별된다.

그러나 , 이들 감속기의 경우, 감속열은 일정 수준의 탄성력과 피로 강도, 강구 또는 핀과의 상대 운동으로 인한 마모를 고려하여야 하므로 감속열 구성에 있어서, 소재 선택에 제한이 따르며, 또한, 금속의 탄력을 이용하여 감속하는 하모닉 드라이브 타입 감속기의 경우, 운동 전달 및 제어에 있어서 비틀림 스프링 상수가 고려되어야 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 감속기에 널리 사용된 인벌루트 치형은 외접식으로 사용할 경우, 효율, 동력 전달 등의 면에서 많은 장점이 있으나, 치차의 이가 맞물려 회전하기 위한 여유가 필요로 하며 이는 백레쉬(backlash)를 유발하는 원인이 되었으며, 또한, 내접식으로 사용될 경우 백레쉬외에도 내치차의 이끝원을 임의로 넓혀 치차간의 간섭으로 인한 언더컷(undercut)을 피해야 하는 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 트로코이드 곡선을 이용한 핀치차가 제안되어 널리 이용되었으나, 이 경우, 위치전달오차나 치차간의 간섭 등을 제거할 수 있으나 치형의 수학적 정의 및 그의 가공이 곤란하므로 일반적인 호브 가공을 이용한 범용적인 치차 제조 방법이 용이하게 사용할 수 없었으며, 치형의 크기가 핀의 직경과 연관되어 있어 치차의 모듈 등을 조절하는데 제약이 있었으며, 치차의 이수만큼의 핀을 필요로하므로 소요 부품수가 급증하는 문제점이 있었다. 또한, 동력전달구조에 있어서 핀을 이용한 감속기는 접촉하는 핀 면에서의 미끄럼 마찰로 인하여 발열, 소음, 마모 등의 문제가 발생되었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위하여 크랭크축을 이용한 감속수행 방식이 제안되었다. 이 경우, 크랭크축은 동력 전달뿐만 아니라 편심 운동을 유발하는 동력의 입력원으로도 작용하였으며, 이와 같은 양단의 크랭크축을 동력 입력원으로 채용한 경우, 감속기의 진동이 감소하는 효과가 있었다.

그러나, 상기 크랭크축을 이용한 감속기의 경우, 조립 상의 단점이 있으며, 초단 감속열의 치차 운동에 필요한 공간을 확보해야 함으로 출력축의 양단지지 및 오일 씰링을 위한 형상이 복잡해지는 문제점이 있었으며, 또한, 서로 다른 상대운동량을 갖는 운동물체간의 간섭을 방지하기 위한 도피 구멍(through hole)의 가공에 NC 등과 같은 자동화 기계 가공을 필요로하여 수작업에 의한 도피 구멍의 가공은 거의 불가능하며, 도피 구멍을 원주상에 등각으로 정렬하기 곤란한 문제점이 있었다.

따라서, 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 맞물림시 간섭량 및 백래쉬량을 최소화할 수 있는 치형을 갖는 유성치차를 채용하여 효율적인 감속운동 가능하며, 범용 소재 이용 및 용이한 가공 기술의 적용으로 감속기어열을 구성할 수 있고 넓은 범위의 감속비에 적용이 용이한 고정밀 및 고강성 감속기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명의 감속기 전체의 구성을 나타낸 분해 조립도이며;

도2A는 도1에서의 감속기 본체을 나타낸 정면도 및 A-A 선을 따라 보여진 측단면도이며;

도2B는 도2A의 감속기 본체 내면에 형성된 기어의 치형을 부분적으로 나타낸 단면도이며;

도3A는 도1에서의 유성치차를 나타낸 정면도 및 측단면도이며;

도3B는 도3A의 유성치차의 외주면에 형성된 기어의 치형을 부분적으로 나타낸 단면도이며;

도4는 도1에서의 보조 크랭크축을 나타낸 사시도 및 측단면도이며;

도5는 도1에서의 주크랭크축을 나타낸 사시도 및 측단면도이며;

도6은 상기한 보조 크랭크축 및 주크랭크축과 유성치차의 분해 조립도이며;

도7A는 도1에서 세차방지판을 나타낸 정면도 및 측면도이며, 도7B는 도7A에서의 B-B 선 및 C-C 선을 따라 보여진 측단면도이며;

도8은 도1에서의 강화핀을 나타낸 측면도 및 정면도이며;

도9는 세차방지판에 조립된 유성치차 조립체가 감속기 본체 내에 삽입된 상 태를 출력 측으로부터 보여진 측면도이며;

도10A는 도1에서의 편평 출력축을 나타낸 정면도 및 측면도이다.

도10B는 도11A에서의 D-D 선, E-E 선, F-F 선을 따라 각각 보여진 편평 출력 축의 측단면도이며;

도11A는 도1에서 입력커플링을 나타낸 사시도이며,

도11B는 도12A의 측면도 및 정면도이다

도12에는 모터가 본 발명에 따른 감속기에 장착된 상태를 나타낸 개략도이 다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 감속기1a: 주크랭크축 지지홈

1b: 보조 크랭크축 지지홈2: 감속기 본체

2a: 내면치차2b: 나사구멍

3: 유성치차3a: 주크랭크축 장착구멍

3b: 보조 크랭크축 장착구멍

4: 보조 크랭크축4a, 4a', 5a, 5a': 편심축

5: 주크랭크축6: 강화핀

7: 세차방지판7a: 주크랭크축 지지용 관통홈

7b: 보조 크랭크축 지지용 관통홈

7c: 핀장착홈8, 8': 커플링

9: 평편 출력축10, 11, 12: 베어링

21: 모터22: 모터 장착부

23: 오일 씰24: 입력축 오링 씰

25: 종동축26: 출력축 오일 씰

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 중공체로 내주면을 따라 내접 기어가 형성된 감속기 본체; 중심축선으로부터 서로 반대 방향으로 소정의 편심량을 갖도록 형성된 두개의 편심축 갖는 제1크랭크축; 상기 제1크랭크축과 동일한 편심량으로 서로 반대 방향으로 편심된 두개의 편심축을 가지는 두개의 제2크랭크축; 그 외주면을 따라 외접기어가 형성되며, 중심부에 소정 직경의 축중심 구멍이 형성되고 소정 반경의 원주상에 원주방향 등간격으로 축중심에 대해 대칭인 다수의 외측 구멍이 각각 형성 된 두 개의 유성기어를 포함하며;

각각의 유성기어는, 그 중심구멍이 상기 제1크랭크축의 편심축에 의해 동시에, 상기 중심구멍을 중심으로 마주보는 두 개의 외측 구멍이 상기 두 제2크랭크축의 편심축에 의해 병진 회전운동이 가능하게 지지되며, 상기 감속기 본체 내부에 수용되어 상기 내접기어에 각각 맞물리고 제1크랭크축의 회전에 따라 상기 감속기 본체의 내주면을 따라 각각 공전하면서 회전하는 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 감속기 전체의 구성을 나타낸 분해 조립도이다. 도1을 참조하면, 참조 부호 1은 감속기, 2는 감속기 본체, 2a는 내면치차, 3은 유성치차, 4는 보조 크랭크축, 5는 주크랭크축, 6은 강화핀, 7은 세차방지판, 8, 8'은 커플링, 9는 편평 출력축, 10, 11, 12, 13, 14는 베어링을 각각 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 입력부, 출력부 및 감속 치차부로 크게 나누어진다. 입력부는, 예를 들면, 서보 모터 등과 같은 동력원의 축과 감속 치차부의 주크랭크축을 연결하는 전동수단으로 올드 햄(old ham) 커플링이 채용되어 모터로부터의 동력을 감속 치차부의 주크랭크축(5)으로 전달한다. 상기 커플링은 원동측 커플링으로 모터 축에 고정된 입력커플링(8), 및 상기 입력커플링과 짝을 이루는 종동측 커플링으로서 감속 치차부의 주크랭크축(5)의 일단부에 일체로 형성된 주크랭크축 단부 커플링(8')로 구성된다.

감속 치차부는 원통 형상으로 그 내주면을 따라 내면치차(2a)가 형성되며 유성치차열을 그 내부에 수용하는 감속기 본체(2), 상기 감속기 본체의 내면치차(2a)에 내접하면서 각각 공전하는 두개의 유성치차(3), 180°의 위상차로 서로 대향하도록 일체로 형성된 두 개의 편심축(예를 들어, 크랭크핀과 같은 역할을 하는)을 가지며 상기 각각의 편심축에 상기 유성치차(3)를 각각 회전 가능하게 장착하는 주크랭크축(5), 및 상기 두개의 유성치차(3)의 병진 운동을 보다 안정적으로 수행되도록 하기 위하여 주크랭크축(5)과 동일한 편심량을 갖는 180°위상차로 대향하는 두개의 편심축을 가지며 상기 두 유성치차(3)를 상호 연동시키는 보조 크랭크축(4), 및 상기 유성치차를 장착한 주크랭크축(5) 및 보조 크랭크축(4)의 일단을 베어링을 통해 지지하는 세차방지판(7)으로 크게 구성된다.

출력부는 감속기 본체(2)의 출력 측으로부터 그 내부로 삽입되어 베어링을 통해 회전 가능하게 지지되는 편평 출력축(9)으로서 상기 두 개의 보조 크랭크축을 통해 감속운동을 전달받아 종동축으로 동력을 전달한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 무한 감속기(IGB)는 내접식 유성치차의 편심 운동에 의한 병진 및 회전운동의 수행을 원활하게 추종하기 위한 독특한 치형, 감속열에서 유발된 감속운동을 연속적으로 출력축에 전달하기 위한 크랭크축 동력전달구조, 및 감속기 내부 운동체의 세차 운동이나 변형, 진동 등의 영향을 최소화하기 위한 양단 구속형 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

도2A는 도1에서의 감속기 본체를 나타낸 정면도 및 A-A 선을 따라 보여진 측단도이며, 도2B는 도2A의 감속기 본체의 내면에 형성된 기어의 치형을 부분적으로 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이, 감속기 본체(2)는 내부에 유성치차열을 수용하기 위한 공간을 가지는 원통 형상으로 그 내주면에는 내면치차(2a)가 형성되며, 상기 본체의 가장자리부에는, 후술될 모터 장착부가 체결되기 위한 다수의 나사 구멍(2b)이 원주방향 등간격으로 관통되어 형성된다. 본 발명에서 상기 내면치차(2a)의 치형은, 도2B에 도시된 바와 같이, 이뿌리각이 60°이고 이끝각이 57.1°인 삼각형 치형으로, 연속하는 인접한 이뿌리 사이에는 반경 0.3㎜, 범위 120°로 라운딩부가 형성되며, 이끝부는 반경 0.25㎜, 범위 122.9。로 라운딩이 형성된다.

도3A는 도1에서의 유성치차를 나타낸 정면도 및 측단면도이며, 도3B는 도3A의 유성치차의 외주면에 형성된 기어의 치형을 부분적으로 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상기 유성치차(3)는 그 중심에 관통하여 형성된 소정 직경의 중심구멍 및 소정 반경의 원주상에 등간격으로 관통 형성된 다수의 작은 구멍을 갖는다. 상기 중심구멍은 주크랭크축(5)의 편심축(5a, 5a')에 삽입되며 베어링을 통해 상기 편심축에 회전 가능하게 지지되는 주크랭크축 장착구멍(3a)이다. 본 발명에서는 원주방향 45°간격으로 총 8개의 작은 구멍이 형성되며, 상기 작은 구멍중 상기 중심구멍을 중심으로 서로 대향하는 두개의 작은 구멍은 두개의 보조 크랭크축(4)의 편심축(4a, 4a')에 각각 삽입되어 베어링을 통해 상기 편심축에 회전 가능하게 지지되는 보조 크랭크축 장착구멍(3b)이다. 축중심 대칭으로 정렬된 나머지 6개의 작은 구멍은 후술될 강화핀이 관통하는 도피 구멍(3b')이다. 상기 도피 구멍은 두개의 유성치차가 상기 도피 구멍을 통과하여 배치된 강화핀에 의해 간섭받지 않고 서로 다른 운동(병진 운동)을 하도록 허용하는 직경을 갖는다. 또한, 상기 유성치차(3)는 그 외주면에 삼각형상의 치형(3c)을 가지며, 본 발명에서는, 도3B에 도시된 바와 같이, 이뿌리각이 63°이고 이끝각이 60°이며, 연속하는 인접한 이뿌리 사이에는 반경 0.25㎜, 범위 117°로 라운딩부가 형성되며, 이끝부는 반경 0.3㎜, 범위 120。로 라운딩부가 형성된 치형이 체용된다.

상기와 같이, 치형을 정삼각형 형상으로 형성할 경우, 종래의 감속기에서의 사이클로이드 치형 또는 인벌류트 치형에 비하여 형상의 정의가 용이하고 가공을 위한 호브의 성형이 용이해지는 효과가 있다. 특히, 병진운동과 회전운동을 동시에 수행하는 감속열에서 유발된 감속운동의 경우 간섭량 또는 백래쉬의 양을 감속비에 따라 용이하게 조절 가능하게 되는 효과가 있다

일반적으로, 무한 감속기는 내치와 외치의 이수차에 의해 감속운동을 유발하며, 동일한 모듈의 경우 고감속비에 비하여 저감속비에서의 이수차가 많게 된다. 따라서, 고감속비에서 내면치차의 피치 직경 곡률 반경이 저감속비에서의 내면치차의 피치 직경보다 작아지고 이는 고감속비일수록 내면치차의 치와 치사이각이 작아짐을 의미한다. 이점은 고감속비일수록 더욱 정교한 위치 정밀도를 요구하는 정밀 감속기의 요구 조건을 별다른 조작 없이 충족시킨다. 또한, 비교적 고속 회전인 저감속비인 경우 상대적으로 큰 접촉기어의 공차여유로 소음 및 발열을 감소시킬 수 있는 장점을 가진다. 또한, 치형이 정삼각형으로 압력각이 30°가 되므로, 종래의 인벌류트 치형 등에서 발생한 이뿌리 부근의 응력집중을 완화 시킬 수 있는 장점이 있다.

도4A는 도1에서의 보조 크랭크축을 나타낸 사시도이며, 도4B는 도4A의 정면도 및 측면도이다. 도시된 바와 같이, 보조 크랭크축(4)은 중심축선상에 일체로 나란히 형성된 두 개의 편심축(4a, 4a')을 가지며, 상기 두 개의 편심축은 동일한 편심량으로 180°위상차로 서로 대향한다. 또한, 상기 각각의 편심축(4a, 4a')은 상기한 유성치차(3)의 보조 크랭크축 장착구멍(3b)에 삽입되어 베어링을 통해 회전 가능하게 장착된다.

도5A는 도1에서의 주크랭크축을 나타낸 사시도이며, 도5B는 도5A의 정단면도 및 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 주크랭크축(5)은 중심축선상에 일체로 나란히 형성된 두 개의 편심축(5a, 5a')을 가지며, 상기 두 개의 편심축은 동일한 편심량으로 180°위상차로 서로 대향한다. 주크랭크축(5)의 입력 측 단부에는 동력원으로부터의 동력을 전달받기 위한 단부 커플링(8')이 일체로 형성된다. 상기 단부 커플링은 베어링을 통해 후술될 세차방지판에 회전 가능하게 지지되며 각각의 편심축(5a, 5a')은 상기한 유성치차(3)의 주크랭크축 장착구멍(3a)이 삽입되어 베어링에 의해 회전 가능하게 장착된다. 주크랭크축의 회전에 따른 유발된 유성치차의 편심운동(즉, 회전 및 병진운동)은 상기한 보조 크랭크축에 의해 전체적으로 균형을 이루게 되며, 강성이 유지된다.

도6은 상기한 보조 크랭크축 및 주크랭크축과 유성치차의 분해 조립도이다. 도시된 바와 같이, 두 개의 유성치차(3)가 두개의 보조 크랭크축(4)의 각 편심축(4a, 4a') 및 주크랭크축(5)의 각 편심축(5a, 5a')에 각각 장착된다. 즉, 두 개의 보조 크랭크축(4)의 각 편심축(4a, 4a')은 유성치차의 대향하는 두 개의 소구경 구멍(즉, 보조 크랭크축 장착구멍(3b))에 삽입되어 베어링(11)(예를 들면, 쉴형상 롤러베어링)을 통해 회전 가능하게 장착되며, 동시에, 주크랭크축(5)의 각 편심축(5a, 5a')는 유성치차의 중심구멍(즉, 주크랭크축 장착구멍(3a))에 삽입되어 베어링(10)(예를 들면, 롤러베어링)에 의해 회전 가능하게 장착된다. 상기 두 보조 크랭크축(4) 및 주크랭크축(5)의 일단에는 유성치차의 트러스트 방향 이동을 제한하는 베어링(12, 13)(예를 들면, 미니어처 볼베어링 또는 단열깊은홈 볼베어링)이 각각 장착된다. 상기 보조 크랭크축(4)에서의 두 편심축(4a, 4a')의 편심량과 주크랭크축(5)의 두 편심축(5a, 5a')의 편심량은 각각 같으며, 주크랭크축이 회전함에 따라, 두 개의 유성치차(3)는 상기 편심량만큼 서로 엇갈려 병진운동을 하면서, 180°의 위상차로 주크랭크축의 중심축 주위를 공전하게 된다.

상기와 같이, 다수의 크랭크축(3개 또는 4개의 크랭크축)이 감속치차열의 구성에 적용될 경우, 감속기는 유성치차를 편심량만큼 병진운동을 허용하면서 출력 중심축에 대한 회전운동만을 출력축에 전달하는 구조의 구성이 가능하게 된다. 즉, 크랭크축에 베어링을 장착하여 미끄럼 운동을 구름운동으로 전환시키고 주크랭크축의 편심량과 동일한 편심량을 갖는 보조 크랭크축을, 도6에 도시된 바와 같이, 주크랭크축 주위에 적용하여 편심 운동에 의한 병진운동이 구속되지 않도록 한다. 이와 같이, 보조 크랭크축을 주크랭크축 주위에 배치할 경우, 초기 입력 감속열이 불필요하게 되므로, 백래쉬를 감소시킬 수 있어 위치결정정도를 높일 수 있게 되며, 조립시, 유성치차의 소정 반경 원주상에서 등각으로 형성된 도피 구멍에 의하여 각 크랭크축의 위상이 자동 조절되어 조립이 용이하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 감속치차열은 종래의 금속 탄성체, 핀 또는 강구에 의한 유성치차의 감속구동대신에 크랭크축에 의한 기구적 운동으로 회전 및 병진운동을 수행하며 독특한 치형을 사용하므로 강재 이외에도 알루미늄 합금(듀랄루민), 공업용 플라스틱 등으로도 감속치차열을 구성할 수 있다.

도7A는 도1에서 세차방지판을 나타낸 정면도 및 측면도이며, 도7B는 도7A에서의 B-B 선 및 C-C 선을 따라 보여진 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 세차방지판(7)에는 주크랭크축(5)의 단부 커플링(8')이 베어링(14)(예를 들면, 솔리드형 침상 롤러베어링)을 통해 회전 가능하게 장착되기 위한 주크랭크축 지지용 관통홈(7a)이 형성되며, 두 개의 보조 크랭크축(4)의 일단부가 베어링(12)(예를 들면, 미니어쳐 볼베어링)을 통해 회전 가능하게 장착하기 위하여 소정 반경의 원주상에서 상기 주크랭크축 지지용 관통홈(7a)을 중심으로 서로 마주 보도록 두개의 보조 크랭크축 지지용 관통홈(7b)이 형성된다. 또한, 상기 소정 반경의 원주상에는 후술된 강화핀이 설치되기 위한 다수의 핀장착홈(7c)이 축중심 대칭으로 형성된다. 여기서, 보조 크랭크축 지지용 관통홈(7b)과 상기 핀장착홈(7c)은 동일 반경 원주상에서 원주방향 등간격으로 정렬된다. 본 발명에서는, 두 개의 보조 크랭크축 지지용 관통홈(7b)과 여섯 개의 핀장착홈(7c)이 축중심 대칭으로 동일 반경의 원주상에 형성되며, 원주상에서 서로 인접한 홈들은 45°의 간격으로 정렬된다.

본 발명에서는 유성기어의 편심운동의 균형을 보조하고 감속기의 강성을 유지시키기 위한 강화핀(6)이 제공된다. 도8은 도1에서의 강화핀을 나타낸 측면도 및 정면도이다. 도시된 바와 같이, 상기 강화핀(6)은 원통형상으로, 그 일단은 상기한 세차방지판의 핀장착홈(7c)에 삽입되어 고정된다. 본 발명에서 상기 강화핀(6)의 내주면에는 나사부 형성되며, 핀장착홈(7c)에 일단이 삽입된 강화핀(6)은, 도7B에 도시된 바와 같이, 적절한 체결수단(예를 들면, 나사)에 의해 세차방지판(7)에 체결된다. 도6에서의 크랭크축-유성치차 조립체가 상기 세차방지판에 조립될 때, 세차방지판(7)에 장착된 여섯 개의 강화핀(6)은 두 개의 유성치차(3)에 각각 형성된 도피 구멍(3b')을 각각 통과하도록 배치된다. 상기한 바와 같이, 강화핀이 각 유성치차의 각각의 도피구멍을 통과하도록 설치되면, 조립공정 시, 각 각 크랭크축의 위상이 자동적으로 조정되어 조립이 용이하게 되며, 또한, 감속기의 강성이 향상되는 효과가 있다.

세차방지판(7)에 조립된 유성치차 조립체는 도2A의 감속기 본체 내에 삽입되어 설치된다. 도9는 세차방지판에 조립된 유성치차 조립체가 감속기 본체 내에 삽입된 상태를 축력 측으로부터 보여진 측면도이다. 도시된 바와 같이, 각각의 유성치차(3)는 감속기 본체(2)의 내면치차(2a)에 소정의 맞물림 길이로 내접하되, 각 유성치차(3)는 180°의 위상차를 가지므로, 내면치차(2a)의 서로 마주보는 내주에서 각각 맞물리게 된다.

따라서, 주크랭크축(5)이 회전함에 따라, 각각의 유성치차(3)는 서로 반대측에서 내면치차에 맞물려 회전하면서 감속기 본체(2) 내주를 따라 공전하게 되며, 두 개의 보조 크랭크축(4) 중심은 주크랭크축 중심 주위를 공전하게 된다. 즉, 두 보조 크랭크축(4)의 중심은 동일한 공전 속도로 병진운동을 하게 되며, 이 때, 공전 속도는 유성치차(3)와 내면치차(2a)의 이수비에 에 따라 결정된다.

도10A는 도1에서의 편평 출력축을 나타낸 정면도 및 측면도이다. 도10B는 도10A에서의 D-D 선, E-E 선, F-F 선을 따라 각각 보여진 편평 출력축의 측단면도이다. 편평 출력축(9)은, 도1에 도시된 바와 같이, 대직경부와 소직경부가 연속적으로 일체로 형성된 구조로 베어링(15)(예를 들면, 단면 깊은 홈볼베어링)을 통해 감속기 본체의 연장부 내로 삽입되어 회전 가능하게 지지되며, 감속기 내에 충진된 오일의 누출을 방지하기 위하여 상기 대직경부와 출력축 지지 베어링 사이에 오일 씰링 부재(16)가 삽입된다. 도11A 및 도11B에 도시된 바와 같이, 상기 편평 출력축(9)의 외면에는 종동축(25)에 연결하기 위하여 소정 반경의 원주상에 소정 직경의 홈(9c)이 등간격으로 다수가 형성되며, 상기 홈의 내주는 나사가 형성된다. 또한, 상기 편평 출력축(9)의 내면 중심부에는 주크랭크축 단부 베어링(13)(예를 들면, 단열 깊은 홈베어링)을 삽입하여 주크랭크축을 회전 가능하게 지지하는 주크랭크축 지지홈(9a)이 형성되며, 상기 주크랭크축 지지홈(9a)을 중심으로 서로 마주보는 위치에는 보조 크랭크축 단부 베어링(12)(예를 들면, 미니어쳐 볼베어링)이 각각 삽입되어 지지되는 보조 크랭크축 지지홈(9b)이 각각 형성된다. 따라서, 상기 편평 출력축(9)이 상기 감속기 본체(2)에 조립되면, 주크랭크축(5) 및 보조 크랭크축(4)은 편평 출력축(9)과 세차방지판(7)에 의해 그의 양단 지지되게 된다. 상기한 바와 같이, 주크랭크축(5)을 중심으로 병진운동을 하는 두 개의 보조 크랭크축(4)이 단부 베어링(12)을 통해 상기 편평 출력축(9)의 보조 크랭크축 지지홈(9b)에 삽입되어 지지되어 있으므로, 병진 회전운동하는 두개의 보조 크랭크축(4)은 상기 편평 출력축(9)을 감속된 회전비로 회전시키게 된다.

상기 편평 출력축(9)과 세차방지판(7)에 의해 주크랭크축(5) 및 보조 크랭크축(4)이 양단에서 지지될 수 있으므로, 감속기의 강성도를 향상시킬 수 있으며, 고속 회전 시에 감속기 내부 운동체의 세차운동, 진동, 이상 마모 및 불연속적인 동력 전달 등을 최소화 가능하게 된다.

도11A는 도1에서 입력커플링을 나타낸 사시도이며, 도11B는 도11A의 측면도 및 정면도이다. 도시된 바와 같이, 상기 입력커플링(8)은 올드 햄 커플링의 원동측 커플링으로 그 내부 중공부에 모터 축을 삽입하고 측부에 관통하여 형성된 나사 구멍(8a)에 스크류를 조임으로써, 입력커플링(8)을 상기 축에 고정하게 되며, 동력의 전달은 주크랭크축의 단부에 일체로 형성된 종동측 커플링(즉, 단부 커플링(8'))에 상기 입력커플링(8)을 맞물리게 함으로써 수행하게 된다. 전동수단으로서 올드 햄 커플링이 사용되므로, 모터를 감속기에 장착하기가 용이하며, 축선이 정확하게 일치되지 않더라도 원활하게 동력이 전달되는 유연성을 가질 수 있게 된다.

도12에는 본 발명에 따른 감속기에 모터를 장착한 예를 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 모터(21)는 모터 장착부(21)에 고정되며, 상기 모터 장착부(22)는 볼트 등의 체결 부재로 감속기 본체(2)에 고정된다. 여기서, 모터 장착부(22)에서 모터 축이 관통하여 설치되는 부분은 입력 모터 오일씰(23)로 씰링되며, 모터 장착부(22)와 감속기 본체(2)와의 씰링은 입력 측 오링 씰(24)에 의해 수행된다. 따라서, 모터 축단에 고정된 입력커플링(8)은 감속기의 종동 커플링(즉, 주크랭크축 단부 커플링(8'))에 맞물려 동력을 감속기로 전달하고 감속기에서 감속된 출력은 편평 출력축(9)을 통해 종동축(25)으로 전달된다. 이때, 편평 출력축(9)의 중심부의 관통구멍의 씰링은 상기 종동축(25)과 편평 출력축(9) 사이에 개입된 출력축 오일 씰(26)에 의해 수행된다.

본 발명자는 이상 설명한 구성과 작동 원리를 기초로 여러 실험을 거쳐 다양한 사용 용량의 제품을 개발하였으며, 그에 대한 성능과 사양은 아래의 표 1과 같다.

[표 1]

여기서, 최소기동토크는 무부하 상태에서 고속축을 기동시키는데 필요한 정적 토크를 의미하며, 증속기동토크(Backdriving Torque)는 무부하 상태에서 저속축을 기동시키는데 필요한 정적 토크를 의미한다.

상기 각각의 제품들이 수행 가능한 감속비는 아래의 표2와 같다.

[표2]

표2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 감속기는 10에서 200까지의 감속비를 가지며, 이는 본 발명에 따른 감속기는, 종래의 감속기 성능과 비하여, 매우 넓은 범위의 감속비에 적용될 수 있음을 보인다.

이하, 본 발명의 따른 감속기의 입력부, 출력부, 감속기 본체의 회전 방향에 따른 감속비(R: 편평 출력축 회전의 감속비 수치)의 관계를 살펴본다.

먼저, 감속기 본체를 고정했을 때, 입력커플링의 회전에 대한 편평 출력축의 속도비는 ⅰ= -1/R 이 되며, 이 때의 출력축의 회전 방향은 상기 입력커플링의 회전 방향과 반대가 된다. 반대로, 감속기 본체를 고정했을 때, 편평 출력축의 회전에 대한 입력커플링의 속도비는 ⅰ = -R 이 되며, 이 때의 입력커플링의 회전 방향은 상기 편평 출력축의 회전 방향과 반대가 된다. 다음, 편평 출력축을 고정했을 때, 입력커플링의 회전에 대한 감속기 본체의 속도비는 ⅰ = 1/(R+1) 이 되며, 이 때, 감속기 본체의 회전 방향은 입력커플링의 회전방향과 같게 된다. 반대로, 편평 출력축을 고정했을 때, 감속기 본체의 회전에 대한 입력커플링의 속도비는 ⅰ = R+1 이 되며, 이 때, 감속기 본체와 입력커플링의 회전방향은 같다. 다음, 입력커플링을 고정했을 때, 감속기 본체의 회전에 대한 편평 출력축의 속도비는 ⅰ = -(R+1)/R 이 되며, 편평 출력축의 회전방향은 감속기 본체와 반대가 된다. 반대로, 입력커플링을 고정했을 때, 편평 출력축의 회전에 대한 감속기 본체의 속도비는 ⅰ = -R/(R+1) 이 되며, 감속기 본체의 회전방향은 편평 출력축과 동일하다. 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 감속기는, 입력부, 출력부 및 감속기 본체의 회전방향을 고려하면, 보다 넓은 용도에서 유용하게 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따르면, 소재 선택에 있어서의 선택폭이 향상되며, 고속 입력 및 넓은 범위의 감속비에서 동일한 크기로 표준화 설계가 가능하여 소형, 경량으로 유닛화 되어 취급이 용이하게 되고 감속기의 고정밀도 고 강성을 달성하는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 내주면을 따라 내접 기어가 형성된 중공체 형상의 감속기 본체;

   중심축선으로부터 서로 반대 방향으로 소정의 편심량을 갖도록 형성된 두개의 편심축을 갖는 제1크랭크축;

   상기 제1크랭크축과 동일한 편심량으로 서로 반대 방향으로 편심된 두개의 편심축을 가지는 두개의 제2크랭크축; 및

   그 외주면을 따라 외접기어가 형성되며, 중심부에 소정 직경의 축중심 구멍이 형성되고 소정 반경의 원주상에 원주방향 등간격으로 축중심에 대해 대칭인 다수의 구멍이 각각 형성 된 두 개의 유성기어를 포함하며;

   각각의 유성기어는, 그 중심구멍이 상기 제1크랭크축의 편심축에 삽입되어 병진 회전가능하게 지지되며, 동시에, 상기 중심구멍을 중심으로하여 서로 마주보는 두 개의 구멍이 상기 두 제2크랭크축의 편심축에 각각 삽입되어 병진 회전운동이 가능하게 지지된 것을 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기.
2. 제1항에 있어서.

   상기 감속기 본체의 입력 측에 고정되며, 상기 제1크랭크축의 일단부가 수용되는 관통홈이 그 중심부에 형성되고, 상기 관통홈을 중심으로하여 서로 마주보는 위치에 상기 두개의 제2크랭크축의 입력측 단부을 수용하는 장착홈이 형성된 입력측 플레이트; 및

   상기 감속기 본체의 출력 측에 회전 가능하게 지지되며, 그 내면에 상기 두개의 제2크랭크축의 출력측 단부를 각각 수용하는 제2크랭크축 지지홈 및 상기 제1크랭크축의 출력측 단부를 수용하는 제1크랭크축 지지홈이 형성된 출력측 플레이트를 더 포함하며;

   상기 제1크랭크축 및 제2크랭크축의 양단부는 상기 입력측 플레이트 및 상기 출력측 플레이트에 의해 각각 회전 가능하게 지지되며,

   상기 출력축 플레이트는 상기 제2크랭크축 지지홈에 각각 삽입된 두개의 제2클랭크축의 축중심에 대한 공전운동에 의해 회전하는 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 두 유성기어의 원주 방향으로 형성된 다수의 구멍을 통과하여 일단이 상기 입력측 플레이트에 각각 장착되어 유성기어의 병진회전운동의 균형 및 강성을 보조하는 다수의 강화핀 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1크랭크축의 입력측 단부에는 일체로 단부 연결수단이 형성되며,

   상기 단부 연결수단과 짝을 이루는 입력측 연결수단에 의해 외부로부터 동력을 전달받는 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 단부 연결수단 및 입력측 연결수단으로 구성된 수단이 올드 햄 커플링을 포함하는 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기.
6. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내접기어 및 상기 유성기어의 치형은 삼각형 치형으로 형성된 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기.
7. 제6항에 있어서,

   내접 기어는 이뿌리각이 60°이고 이끝각이 57.1°이며, 상기 유성기어는 이뿌리각이 63°이고 이끝각이 60°인 삼각형 치형상을 갖는 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기.
8. 제7항에 있어서,

   상기 내접기어의 삼각형 치형은 인접한 이뿌리 사이에 반경 0.3㎜, 범위 120°로 라운딩되며, 이끝부는 반경 0.25㎜, 범위 122.9。로 라운딩되며,

   상기 유성기어의 삼각형 치형은 인접한 이뿌리 사이에 반경 0.25㎜, 범위 117°로 라운딩되며, 이끝부는 반경 0.3㎜, 범위 120。로 라운딩된 것을 특징으로 하는 내접식 유성치차 감속기.