KR20020058132A - 고 비율 차동유성 감속장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고 비율 차동유성 감속장치에 관한 것으로, 그 목적은 각 기어 잇수의 미소한 차이를 통해 수십대 일 또는 수만대 일까지의 고감속이 가능하고, 열발생, 기계소음, 감소효율등에 변화가 거의 없는 고 비율 차동유성 감속장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 입력축의 일단에 설치된 태양기어, 상기 태양기어와 맞물린 제 1 유성기어, 상기 제 1 유성기어와 동심원을 이룬 채 일체로 형성된 제 2 유성기어, 상기 제 1 유성기어와 맞물리고 회전중심에 출력축이 연결된 제 1 인터널 기어, 상기 제 2 유성기어와 맞물리고 회전하지 못하도록 고정된 제 2 인터널 기어로 구성되는 차동 유성기어식 감속장치에 있어서; 상기 한쌍으로 이루어진 제 1,2 유성기어 4개가 서로 직각을 구비하도록 태양기어에 각각 치합되도록 설치하고, 상기 태양기어, 제 1 인터널 기어의 잇수는 4의 배수개를 유지하며, 상기 제 1 유성기어 및 제 2 인터널 기어의 잇수는 2의 배수개를 유지하도록 형성·설치하여 기어잇수의 미소한 차이를 통해 고감속비를 실현할 수 있는 고 비율 차동유성 감속장치를 제공함에 있다.

Description

고 비율 차동유성 감속장치 {High ratio differntial planetary gear reducer}
본 발명은 고 비율 차동유성 감속장치에 관한 것으로, 태양기어와 두 개의 기어가 한쌍으로 형성된 다수개의 유성기어 및 한쌍의 인터널기어를 조합하여 고감속비를 실현한 차동유성 감속장치에 관한 것이다.
일반적으로 유성기어는 맞물리는 한쌍의 기어의 한쪽은 고정되어 있고, 다른쪽은 이것과 맞물린 상태로 그 주위를 회전하는 기구의 기어전동장치를 말하는 것으로 중앙에 위치한 기어를 태양기어라하고, 상기 태양기어 주위를 도는 기어는 유성기어라고 한다.
종래에 사용되고 있는 유성기어는 태양기어의 주위에 3개의 유성기어가 등각도로 배치되어 있고, 이러한 유성기어 외측에 인터널기어가 맞물려 있는 형태로 이루어져 있다.
상기 태양기어는 입력축과 연결되어 동력을 전달받을 수 있으며, 축방향으로 소정거리만큼 선택적으로 이동하여 한쌍의 유성기어 중 하나에 맞물리도록 되어 있다.
또한, 각각의 유성기어는 상호 등각도를 유지하도록 프레임에 설치되어 있어, 프레임이 자전함에 따라 유성기어는 공전과 자전을 동시에 하도록 되어 있다.
상기 인터널 기어는 제 1 인터널 기어와 제 2 인터널 기어로 구성되어 있으며, 제 1 인터널 기어는 제 1 유성기어와 맞물리고, 제 2 인터널기어는 제 2 유성기어와 맞물리도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 유성기어를 이용한 감속기는 "수십 : 1" 또는 "수백 : 1" 의 감속비를 위해 유성기어의 잇수를 같게 하거나, 인터널기어의 잇수를 같게 하고 기어에 큰 전위를 주어 사용하곤 하였다.
그러나 상기와 같이 큰 전위를 줄 경우, 이로 인해 기어와 기어의 맞물림이 감소하고, 효율이 저하되며 감속비에도 제한이 따르는 등 여러 가지 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 각 기어 잇수의 미소한 차이를 통해 수십대 일 또는 수만대 일까지의 고감속이 가능하고, 열발생, 기계소음, 감소효율등에 변화가 거의 없는 고 비율 차동유성 감속장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 입력축의 일단에 설치된 태양기어, 상기 태양기어와 맞물린 제 1 유성기어, 상기 제 1 유성기어와 동심원을 이룬 채 일체로 형성된 제 2 유성기어, 상기 제 1 유성기어와 맞물리고 회전중심에 출력축이 연결된 제 1 인터널 기어, 상기 제 2 유성기어와 맞물리고 회전하지 못하도록 고정된 제 2 인터널 기어로 구성되는 차동 유성기어식 감속장치에 있어서; 상기 한쌍으로 이루어진 제 1,2 유성기어 4개가 서로 직각을 구비하도록 태양기어에 각각 치합되도록 설치하고, 상기 태양기어, 제 1 인터널 기어의 잇수는 4의 배수개를 유지하며, 상기 제 1 유성기어및 제 2 인터널 기어의 잇수는 2의 배수개를 유지하도록 형성·설치하여 기어잇수의 미소한 차이를 통해 고감속비를 실현할 수 있는 고 비율 차동유성 감속장치를 제공함에 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도
도 2 는 본 발명에 따라 제 1 실시예에 의해 제 2 인터널 기어를 고정하고, 제 1 인터널 기어를 구동시킬 때의 개략도
도 3 은 본 발명에 따라 제 2 실시예에 의해 제 1 인터널 기어를 고정하고, 제 2 인터널 기어를 구동시킬 때의 개략도
도 4 는 본 발명에 따른 또다른 구성을 보인 예시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(1) : 입력축 (2) : 출력축
(3) : 태양기어 (4) : 제 1 유성기어
(5) : 제 2 유성기어 (6) : 제 1 인터널 기어
(7) : 제 2 인터널 기어 (8) : 프레임
도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따라 제 1 실시예에 의해 제 2 인터널 기어를 고정하고, 제 1 인터널 기어를 구동시킬 때의 개략도를 도시한 것으로, 본 발명은 태양기어와 한쌍의 유성기어 및 한쌍의 인터널기어를 조합하여 고감속비를 실현한 것으로서, 입력축(1)의 일단에 설치된 태양기어(3), 상기 태양기어(3)와 맞물린 제 1 유성기어(4), 상기 제 1 유성기어(4)와 동심원을 이룬 채 일체로 형성된 제 2 유성기어(5), 상기 제 1 유성기어(4)와 맞물리고 회전중심에 출력축(2)이 연결된 제 1 인터널 기어(6), 상기 제 2 유성기어(5)와 맞물리고 회전하지 못하도록 고정된 제 2 인터널 기어(7)로 구성되는 차동 유성기어식 감속장치에 있어서, 상기 제 1 유성기어(4) 및 상기 제 2 유성기어(5)는 상기 태양기어(3) 주위에 4개씩 구비되고, 상기 태양기어(3)와 제 1 인터널 기어(6)의 잇수는 4의 배수개를 유지하며, 상기 제 1 유성기어(4) 및 상기 제 2 인터널 기어(7)의 잇수는 짝수이고, 상기 태양기어(3), 제 1 유성기어(4), 제 1 인터널 기어(6)의 제 1 모쥴(m1)은 제 2 유성기어(5), 제 2 인터널 기어(7)의 제 2 모쥴(m2)과 틀리게 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 고비율 차동유성 감속장치의 감속비와 잇수의 상관관계를 설명하면 다음과 같다.
nS를 태양기어(3)의 잇수, nP1은 제 1 유성기어(4)의 잇수, nP2는 제 2 유성기어(5)의 잇수, nI1는 제 1 인터널기어의 잇수, nI2는 제 2 인터널기어의 잇수, R 을 감속비라 하면,
도 1 과 같이 태양기어(3)가 회전하는 인터널 기어측의 유성기어와 맞물린 경우, 감속비는 다음과 같이 구할 수 있다. 즉, 고정된 제 2 인터널 기어(7)와 제 2 유성기어(5) 사이의 감속비는,
nI2 ÷( nS ＊ nP2 / nP1 ) + 1 식1
이다.
회전하는 제 1 인터널 기어(6)에서의 감속비는 유성기어(4, P2)가 360도 공전할 때, 즉 제 2 유성기어(5)가 제 2 인터널 기어(7)의 내부를 1회전할 때 제 1 유성기어(4)는 nP1 ÷nP2 ＊ nI2 만큼의 제 1 인터널 기어(6) 이를 지나게 된다. 따라서, 제 1 인터널 기어(6)에서의 감속비는,
nI1 ÷{ nI1 - nP1 ＊ nI2 / nP2 } 식2
이다.
따라서, 고비율 차동유성 감속장치의 최종 감속비(R1)는 식 1 × 식 2 이므로,
R1= {nI2÷(nS＊nP2/nP1)+1}＊nI1÷{nI1-nP1＊nI2/nP2} 식 3
으로 나타낼 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따라 제 2 실시예에 의해 제 1 인터널 기어를 고정하고, 제 2 인터널 기어를 구동시킬 때의 개략도를 도시한 것으로, 고정되어 있는 인터널 기어측의 유성기어에 태양기어(3)가 맞물려 있는 경우, 최종감속비(R2)는 다음과 같이 구할 수 있다. 즉,
R2= (nI1 / nS + 1)＊nI2÷{nI2 - nP2＊nI1/nP1} 식 4
이다.
이상에서 설명한 도 2 와 도 3 의 차동유성 감속장치의 경우, 다양한 감속비를 얻기 위하여, 상기 제 1 유성기어(4) 및 상기 제 2 유성기어(5)는 상기 태양기어(3) 주위에 4개씩 구비되고, 상기 태양기어(3), 제 1 인터널 기어(6)는 4의 배수이며, 상기 제 1 유성기어(4) 및 제 2 인터널 기어(7)의 잇수는 2의 배수이고, 태양기어(3)와 맞물리지 않는 제 2 유성기어(5)의 잇수는 이러한 제한을 두지 않는다.
또한, 도 4 에 도시된 바와 같이 상기 제 1 유성기어(4) 및 제 2 유성기어(5)를 태양기어(3) 주위에 2개씩 구비하면 일반적인 유성기어의 조건으로 고감속이 가능하다. 또한 이때에도 상기 태양기어(3), 제 1 유성기어(4), 제 1 인터널 기어(6)의 제 1 모쥴(m1)은 상기 제 2 유성기어(5), 제 2 인터널 기어(7)의 제 2 모쥴(m2)과 다른게 되어 있다.
그리고, 상기 태양기어(3), 제 1 유성기어(4), 제 1 인터널 기어(6)의 제 1 모쥴(m1)과, 상기 제 2 유성기어(5), 제 2 인터널 기어(7)의 제 2 모쥴(m2)이 서로 같지 않도록 하여 표준 인벌류트 치형의 사용이 가능하도록 되어 있다.
도 3 과 같은 차동유성 감속장치의 기구적 특성을 이용하면 다음과 같은 등식을 만들수 있다. 즉,
nI2 ＊ m2 = nS ＊ m1 + nP1 ＊ m1 + nP2 ＊ m2 식 5
따라서, 제 1모쥴(m1)로부터 제 2 모쥴(m2)를 구하는 식은,
m2 = (nS + nP1) * m1 / (nI2 - nP2) 식 6
으로 나타낼 수 있다.
이와 같이 제 1 유성기어(4)와 제 2 유성기어(5)가 동심원을 이루므로, 제 2 유성기어(5)의 모쥴을 식 6 에 의해 조절하면, 표준 인벌류트 치형을 사용하면서도 감속을 이룰 수 있다.
R1은 도 2 와 같이 태양기어(3)가 있는 쪽의 인터널 기어(6)을 구동시킬 때의 감속비라 하고, R2는 도 3 과 같이 태양기어(3)가 없는 쪽의 인터널 기어(7)을 구동시킬 때의 감속비라 하고, 제 1 모쥴(m1)을 1.00 이라고 하면, 각 기어의 잇수에 대한감속비와 모쥴을 다음과 같이 나타낼 수 있다. 즉,
예(No.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
S 20 20 16 16 16 10 10 15 20 20
P1 10 10 14 14 14 22 22 20 21 21
P2 11 12 13 12 12 23 20 21 22 22
I1 40 40 44 44 44 54 54 55 62 62
I2 42 42 42 40 42 56 50 58 65 64
R1 -63.00 -21.00 137.81 65.62 36.75 788.48 -58 1082.67 5596.50 -275.52
R2 -64.00 -22.00 59
m2 0.97 1.00 1.03 1.07 1.00 0.97 1.12 0.95 0.95 0.98
상기 표에서 감속비의 "-" 부호는 역방향을 의미한다. 1 ∼ 5 번 의 예는 유성기어가 4개일 때이고 6 ∼ 10번 예는 유성기어가 2개일 때의 예이다.
상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어 예 1)의 경우 태양기어(3)의 잇수를 20, 제 1 유성기어(4)의 잇수를 10, 제 2 유성기어(5)의 잇수를 11, 제 1 인터널 기어(6)의 잇수를 40, 제 2 인터널 기어(7)의 잇수를 42이라고 할 때, 감속비(R1)은 식 3에 의하여 -63 이 되고, 감속비(R2)는 식 4 에 의하여 64가 되며, 제 2 모쥴(m2)은 식 6에 의하여 0.97 가 된다. 즉 감속비(R1)가 -63가 된다는 것은 입력축(1)이 63 하는 동안 출력축(2)이 역방향으로 일회전을 한다는 것을 의미한다.
상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 감속비(R1, R2)사이에는 부호의 반대와 절대값에서 "1"의 차이가 나는 것을 알 수 있다. 또한 예 9)과 예 10)을 상호 비교하면, 각 기어의 잇수가 크게 차이나지 않음에도 불구하고 감속비(R1)에서는 " 5596.5 " 와 " -275.52 " 라는 큰 차이를 나타내고 있다. 이는 높은 감속비나 낮은 감속비인 경우라도 각 기어의 잇수에 큰 차이가 있을 필요가 없다는 것을 의미한다.
또한 예 9)와 예 10)을 상호 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 감속비의 범위가 수십대일에서 수만대일까지 크게 변화시킬 수 있음을 의미한다.
또한 상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 유성기어가 4개일 때는 태양기어(3)와 제 1 인터널 기어는 4의 배수이고 제 1 유성기어(4)와 제 2 인터널 기어의 잇수는 짝수(예를 들어, 10, 14, 42)이지만, 제 2 유성기어(5)의 잇수는 이런제한이 없어도 무방하다.
또한 유성기어가 2개일 때는 각 기어잇수에 일반적인 유성기어 조립에 필요한 제한 이외의 별도 숫자제한이 없으므로, 좀더 자유로운 잇수 선택이 가능해져 작은 부피의 고감속비를 얻을 수 있다.
상기 표에서 나열한 10개의 예는 단지 예시에 불과한 것으로써 필요에 따라 각 기어의 잇수에 일정한 변화를 주어 다양한 감속비를 얻을 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 유성기어장치의 감속비 변화를 각 기어 잇수의 미소한 차이를 통해 수십대 일 내지 수만대 일까지 고감속하도록 되어 있어, 감속장치의 외관이 크게 벗어나지 않고 거의 일정하며, 높은 감속비인 경우, 또는 낮은 감속비인 경우라도 열발생, 기계소음, 감속효율 등에 변화나 편차가 거의 없다.
또한, 고감속장치임에도 불구하고 외관이 작고 콤팩트하여 다른 설비에 부착하기가 용이하고 공간을 적게 차지하며, 표준 인벌류트 치형이 사용되므로 전위계수를 0으로 하거나 최소화할 수 있고, 소음이 적고, 기어의 가공을 쉬우며, 감속장치의 효율을 높일 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 입력축의 일단에 설치된 태양기어, 상기 태양기어와 맞물린 제 1 유성기어, 상기 제 1 유성기어와 동심원을 이룬 채 일체로 형성된 제 2 유성기어, 상기 제 1 유성기어와 맞물리고 회전중심에 출력축이 연결된 제 1 인터널 기어, 상기 제 2 유성기어와 맞물리고 회전하지 못하도록 고정된 제 2 인터널 기어로 구성되는 차동 유성기어식 감속장치에 있어서;
    상기 한쌍으로 이루어진 제 1,2 유성기어 4개가 서로 직각을 구비하도록 태양기어에 각각 치합되도록 설치하고,
    상기 태양기어, 제 1 인터널 기어의 잇수는 4의 배수개를 유지하며,
    상기 제 1 유성기어 및 제 2 인터널 기어의 잇수는 2의 배수개를 유지하도록 설치된 것을 특징으로 하는 고 비율 차동유성 감속장치.
  2. 입력축의 일단에 설치된 태양기어, 상기 태양기어와 맞물린 제 1 유성기어, 상기 제 1 유성기어와 동심원을 이룬 채 일체로 형성된 제 2 유성기어, 상기 제 1 유성기어와 맞물리고 회전중심에 출력축이 연결된 제 1 인터널 기어, 상기 제 2 유성기어와 맞물리고 회전하지 못하도록 고정된 제 2 인터널 기어로 구성되는 차동 유성기어식 감속장치에 있어서;
    상기 한쌍으로 이루어진 제 1,2 유성기어 2개를 태양기어의 중심선과 일직선상에 위치하도록 태양기어 양측에 각각 치합되도록 설치하고,
    상기 태양기어, 제 1 인터널 기어의 잇수는 4의 배수개를 유지하며,
    상기 제 1 유성기어 및 제 2 인터널 기어의 잇수는 2의 배수개를 유지하도록 설치된 것을 특징으로 하는 고 비율 차동유성 감속장치.
  3. 제 1, 2 항 중 어느 한 항에 있어서;
    상기 태양기어, 제 1 유성기어, 제 1 인터널 기어의 제 1 모쥴(m1)과,
    상기 제 2 유성기어(5), 상기 제 2 인터널 기어(7)의 제 2 모쥴(m2)은 서로 다르게 구성된 것을 특징을 하는 고 비율 차동유성 감속장치.
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