KR200334021Y1 - 큰 감속비를 가지는 감속장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 구동원과 동력 사용장치 사이에 개재되어 큰 비율로 회전수를 감속하는 큰 감속비를 가지는 감속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기어간의 미세한 상대운동차를 이용하여 감속을 하는 감속장치의 구조에 관한 고안이다.

본 고안은 내접기어(11)가 형성되어 그 축심방향으로 순차로 유성기어(12)와 선기어(13)가 기어결합되는 하우징(1)과; 상기 하우징(1)으로 관입되어 선기어(13)에 결합되는 구동축(2)과; 상기 내접기어(11)와 병렬로 배치되어 유성기어(12)에 함께 물리는 상기 내접기어(11)보다 치수(齒數)가 다른 구동기어(31)에 연결되는 출력축(3)으로 이루어지는 것이다.

따라서, 본 고안은 종래의 기어들의 조합에 의한 감속기를 지양하고, 새로운 구조의 감속장치를 제공하는 것으로, 소형화 경량화를 이루면서도 큰 감속비를 얻을 수 있으며, 특히 구조적으로 백 래쉬가 없는 구조를 제공하여 정밀제어를 가능하도록 하며, 게다가 이러한 장치가 저렴하고 손쉽게 이루어지면서 어떠한 공간에라도 장착이 가능하도록 하여 사용용도를 대폭 확대하는 것으로 효과적이고 유용한 고안이다.

Description

큰 감속비를 가지는 감속장치{Reduction gear with high reduction ratio}

본 고안은 구동원과 동력 사용장치 사이에 개재되어 큰 비율로 회전수를 감속하는 큰 감속비를 가지는 감속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기어간의 미세한 상대운동차를 이용하여 감속을 하는 감속장치의 구조에 관한 고안이다.

구동원인 엔진이나 모터 등은 그 효율상 빠른 속도로 회전함으로 장치에 따라서는 일정비율로 회전수를 감속시킴으로서 적정 R.P.M.으로 동력을 공급받아 사용하는데, 이때 사용되는 감속기는 일반적으로 다수의 기어를 조합하여 치(齒)수차로 인한 감속을 도모하고 있다.

이러한 감속기의 구조로는 큰 감속을 도모하기 위해서 기어간의 연결이 3단이상 이루어져야 함으로 대소직경의 많은 기어와 다수의 축으로 인하여 부피와 무게가 커지고, 특히 직경차가 클수록 저단으로 큰 감속을 이룰 수 있어서 기어간의 직경차를 크게 하는 것이 바람직하나, 직경이 작은 기어와 큰 기어간의 치합(齒合)시에는 아무리 정밀 가공을 하여 밀결합시켜도 이뿌리에서 언더컷(Under cut)이 생길 수 밖에 없고, 이로 인해 백 래쉬(Back lash)가 생겨서 정밀제어에 큰 어려움이 있다는 문제점이 있다.

그리고, 한국 실용신안등록 제0287611호인 '정밀유성감속기'의 고안은 도 8에 도시된 바와 같이, 구동모터의 회전력이 모터축 끝부분에 결합된 선기어로 전달되면, 선기어와 내접기어 사이에 맞물린 아이들기어가 공전하고, 아이들기어에 평행핀으로 연결된 출력축이 감속회전하는 유성감속기에 있어서; 모터축(81)의 피니언(61) 끝부분에 결합되어 회전하는 1개의 선기어(60)와, 기어 이의 피치점(P1)(P2)이 피치원 지름(D) 상으로 서로 엇갈리게 맞닿도록 백래쉬를 조정하여 각각 출력부 케이스(10)와 입력부 케이스(20)에 고정볼트(33)(43)로 고정되는 한쌍의 내접기어(30)(40)와, 상기 내접기어(30)(40)에 각각 이맞물림되고 1개의 선기어(60)에 백래쉬가 조정된 상태로 동시에 이맞물림되어 공전하는 한쌍의 아이들기어(50)(51)로 구성된 것을 특징으로 하는 정밀유성감속기이다.

따라서, 상기한 감속기는 기어 이의 피치점(P1)(P2)이 피치원 지름(D) 상으로 서로 엇갈리게 맞닿도록 백래쉬를 조정한다는 장점은 있으나, 내접기어 쌍을 피치원 지름상에서 엇갈리게 맞닿도록 가공하여 조립하는 것은 너무 정밀작업이라서 실현이 불가능할 정도이며, 이렇게 설치하여도 큰 감속비를 얻기 위해서는 기어를 여러 차례 조합하여야 함으로 여전히 경량화 컴팩트화에는 문제점이 남아 있었다.

본 고안은 상기한 문제점을 장기간에 걸쳐 예의주시하고, 이를 개선하고자 노력한 결과 완성된 고안으로, 종래의 기어들의 조합에 의한 감속기를 지양하고,새로운 구조의 감속장치를 제공하는 것으로, 소형화 경량화를 이루면서도 큰 감속비를 얻을 수 있으며, 특히 구조적으로 자결작용(self lock)과 백 래쉬가 거의 없는 구조를 제공하여 정밀제어를 가능하도록 하며, 게다가 이러한 장치가 저렴하고 손쉽게 이루어지면서 어떠한 공간에라도 장착이 가능하도록 하여 사용용도를 대폭 확대하는 것이다.

도 1은 본 고안의 구성상태도,

도 2는 도 1의 A-A선 단면도,

도 3은 본 고안의 분해 상태도,

도 4는 본 고안에 작용상태도,

도 5는 본 고안의 다른 구성의 분해상태도,

도 6은 본 고안에 다른 구성의 작용상태도,

도 7은 도 4의 B부 발췌 확대도,

도 8은 종래 고안의 구성상태 단면도이다.

*도면의 주요부 부호의 설명

1. 하우징

11. 내접기어 111. 치(齒) 12. 유성기어

13. 선기어

2. 구동축

21. 키

3. 출력축

31. 구동기어 311. 치(齒)

10. 출력부 케이스 20. 입력부 케이스 30,40. 내접기어

33,43. 고정볼트 50,51. 아이들기어 60. 선기어

61. 피니언 81. 모터축

B. 베어링(부쉬) D. 피치원 P1,P2. 피치점

p. 내접기어와 구동기어의 피치(Pitch)차

상기한 과제를 해결하고자 제공되는 본 고안은 다음과 같은 구조로 이루어진다.

도 1은 본 고안의 구성상태도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 3은 본 고안의 분해 상태도이다.

본 고안은, 내접기어(11)가 형성되어 그 축심방향으로 순차로 유성기어(12)와 선기어(13)가 기어결합되는 하우징(1)과; 상기 하우징(1)으로 관입되어 선기어(13)에 결합되는 구동축(2)과; 상기 내접기어(11)와 병렬로 배치되어 유성기어(12)에 함께 물리는 상기 내접기어(11)보다 치수(齒數)가 다른 구동기어(31)에 연결되는 출력축(3)으로 이루어지는 것이다.

도 5는 본 고안의 다른 구성의 분해 상태도이다.

상기한 구성에 있어서, 상기 유성기어(12)가 2개 이상이 배치되는 것임을 특징으로 하면 바람직하다.

도 7은 도 4의 B부 발췌 확대도이다.

상기한 구성에 있어서, 상기 내접기어(11)의 치(111)와 구동기어(31)의 치가사이크로 치형을 가지는 전위기어의 치로 되는 것임을 특징으로 하면 보다 바람직하다.

상기한 본 고안 감속장치의 작용을 도 4 및 도 6의 작용 상태도를 참고로 살펴보면 다음과 같다.

본 고안의 일 구성에 의하면, 본 고안은 대별하여 하우징(1)과 구동축(2)과 출력축(3)으로 이루어지는데, 여기서의 구동축(2)과 출력축(3)은 동력원(엔진 또는 모터)과 동력 사용장치들과 각각 연결되는 것임으로, 비록 도면에는 원형의 축으로 도시하였지만, 이들 연결장치들의 구조에 따라 임의의 형태로 하더라도 전혀 문제가 없으며, 게다가, 하우징(1)의 외형도 그 내부에 각 기어(11, 12, 13)를 수납할 수 있는 구조라면 예시 도면의 형태로 제한되지 않음은 명백하다.

먼저, 하우징(1)은 내접기어(11)가 형성되어 그 축심방향으로 순차로 유성기어(12)와 선기어(13)가 기어결합되는 것인데, 선기어(13)에 회전력이 전달되면 이는 치합(齒合)된 유성기어(12)를 자전시키게 되며, 이 회전력은 내접기어(11)에 전달되지만 내접기어(11)는 고정되어 있으므로 전달되는 회전력은 그 반작용에 의하여 선기어(13)의 축심을 중심으로 유성기어(12)가 공전을 하게 된다.

또한, 구동축(2)은 상기 하우징(1)으로 관입되어 선기어(13)에 결합되는 것으로{결합은 키(21)를 사용하는 것이 가장 일반적임}, 상술한 바와 같이, 구동원의 동력을 본 고안의 감속장치 중 선기어(13)에 전달하는 것이고, 하우징(1)의 관입부분에는 베어링(B)이나 부쉬를 설치하여 축(2)과 하우징(1)간에 마찰없는 지지가 이루어지도록 하는 것은 본 고안이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가라면 주지의사실임으로 생략한다.

그리고, 출력축(3)은 상기 내접기어(11)와 병렬로 배치되어 유성기어(12)에 함께 물리는 구동기어(31)에 연결되는 것인데, 구동기어(31)와 내접기어(11)는 동일 모듀율(module)로 치수(齒數)가 서로 다른 것임으로 각 치(齒)의 피치(Pitch)는 약간 차이가 나는 상태로 형성되며, 따라서 유성기어(12)가 회전하면 병렬로 나란히 배치되는 내접기어(11)를 고정점으로 하여 구동기어(31)를 고정기어(11)와의 치(齒)의 피치차(p) 만큼 밀어붙이게(도 4 및 6의 D방향) 되어 그 만큼씩 이동하게 된다. 따라서, 유성기어(12)가 내접기어(11)를 타고 한바퀴 회전(공전)하면 구동기어(31)는 내접기어(11)와의 치수차 만큼의 피치로 회전하게 된다.

본 고안의 다른 구성에 의하면 상기한 구성과 더불어, 상기 유성기어(12)가 2개 이상이 배치되는 것인데, 유성기어(12)가 2개 이상 배치되면 선기어(13)와 내접기어(11)간에 지지점이 양측으로 복수화되어 지지력이 공고해지며, 따라서 이는 내부에 배치되는 기어(12, 13, 31)들이 진동되거나 편심되는 것을 방지하여 정숙한 제어뿐만 아니라 내구성까지 향상시키게 된다. 그리고 가장 바람직한 유성기어(12)의 개수는 3개로서 약 120°간격으로 배치하면 좋으며, 4개 이상을 배치하는 경우에는 경제적이지 못하며, 배치공간을 마련하기 위하여 상대적으로 선기어에 대하여 유성기어(12)의 직경을 줄여야 함으로서 고속회전에서 동력전달이 어려워질 수 있게 된다.

본 고안은 구동축(3)에 부하가 걸려도 유성기어(12)의 치에 내접기어(11)와 구동기어(31)의 치홈이 함께 물려있어 하우징(1)에 고정된 내접기어(11)로 인하여구동기어(31)는 자결되는 자결(self lock)기능이 있다.

본 고안의 또 다른 구성에 의하면 상기한 구성과 더불어, 상기 내접기어(11)의 치(111)와 구동기어(31)의 치가 사이크로 치형을 가지는 전위기어의 치로 되는 것인데, 유성기어(12)와 선기어(13)는 외접기어라서 인볼류트 치형이라도 백 래쉬 없이 결합되지만, 이들과 결합되는 내접기어(11) 및 구동기어(31)는 내접기어임으로 백 래쉬를 원천적으로 방지하기 위해서는 가공상 어려움이 있더라도 사이크로 치형으로 전위된 기어를 사용함이 바람직하다.

이하에 본 고안의 바람직한 실시예를 들어 감속비를 설명한다.

실시예

선기어(13)의 치수(齒數) Z₁을 15,

유성기어(12)의 치수(齒數) Z₂을 24{유성기어(12)는 3개임},

구동기어(31)의 치수(齒數) Z₃을 63,

내접기어(11)의 치수(齒數) Z₄를 60으로 하면,

선기어(13)와 내접기어(11)간의 치수는 1:1로 대응되어, 유성기어(12)가 한바퀴 공전하는 동안 선기어(13)는 1/(Z₁/Z₄)만큼 회전된다. 그리고, 선기어(13)에 대한 내접기어(11)의 기어비는 Z₁/Z₄임으로 유성기어(12)가 내접기어(11)를 타고 1회전 할때마다 구동기어(31)는 내접기어(11)에 대하여 (Z₃-Z₄)/Z₄만큼 회전된다.

따라서 감속비는 다음과 같다.

총감속비(i) = (Z₁/Z₄)×{(Z₃-Z₄)/Z₄} = Z₁×(Z₃-Z₄)/Z₄ ²이 된다.

상기 식에 위에서 설정한 치수를 대입하면, 15×(63-60)/60²은 1/80이라는 큰 감속비를 얻을 수 있으며, 실험적으로는 1/1500까지도 무리 없이 얻을 수 있었다.

상기와 같이 본 고안은 종래의 기어들의 조합에 의한 감속기를 지양하고, 새로운 구조의 감속장치를 제공하는 것으로, 소형화 경량화를 이루면서도 큰 감속비를 얻을 수 있으며, 특히 구조적으로 자결작용(self lock)과 백 래쉬가 거의 없는가 없는 구조를 제공하여 정밀제어를 가능하도록 하며, 게다가 이러한 장치가 저렴하고 손쉽게 이루어지면서 어떠한 공간에라도 장착이 가능하도록 하여 사용용도를 대폭 확대하는 것으로 효과적이고 유용한 고안이다.

Claims (3)

1. 내접기어(11)가 형성되어 그 축심방향으로 순차로 유성기어(12)와 선기어(13)가 기어결합되는 하우징(1)과;

   상기 하우징(1)으로 관입되어 선기어(13)에 결합되는 구동축(2)과;

   상기 내접기어(11)와 병렬로 배치되어 유성기어(12)에 함께 물리는 상기 내접기어(11)보다 치수(齒數)가 다른 구동기어(31)에 연결되는 출력축(3)으로 이루어지는 큰 감속비를 가지는 감속장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유성기어(12)가 2개 이상이 배치되는 것임을 특징으로 하는 큰 감속비를 가지는 감속장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 내접기어(11)의 치(111)와 구동기어(31)의 치가 사이크로 치형을 가지는 전위기어의 치로 되는 것임을 특징으로 하는 큰 감속비를 가지는 감속장치.