KR200339008Y1

KR200339008Y1 - 웜 감속기

Info

Publication number: KR200339008Y1
Application number: KR20-2003-0031116U
Authority: KR
Inventors: 이윤규
Original assignee: 이윤규
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2004-01-16

Abstract

본 고안은 웜과 웜휠 사이에 개재되어 있는 볼들에 의하여 동력을 원활하고 정확하게 감속하여 전달할 수 있는 웜 감속기를 개시한다. 본 고안은 케이싱과, 케이싱의 Y축선을 따라 정렬되며 케이싱에 동력원과 연결되어 회전할 수 있도록 내장되는 웜과, 케이싱의 X축선을 따라 정렬되며 케이싱에 회전할 수 있도록 내장되는 웜휠로 구성된다. 웜의 기어이들과 웜휠의 기어이들은 서로 이격되도록 물리며, 웜의 기어이들 사이를 따라 구름접촉할 수 있도록 장착되는 다수의 볼들은 웜의 기어이들과 웜휠의 기어이들 사이에 개재되어 웜의 회전력을 웜휠에 전달한다. 그리고 커버는 볼들이 웜의 기어이들 사이로부터 이탈되지 않도록 웜을 둘러싸며, 커버의 하부에는 윔휠의 기어이들을 내측으로 삽입할 수 있는 개방단부가 형성되어 있다. 본 고안에 의하면, 웜의 회전력이 웜과 웜휠 사이에 장착되어 구름접촉하는 볼들을 매개로 하여 웜휠에 원활하고 정확하게 전달되므로, 정확한 감속비를 얻을 수 있으며, 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 볼들의 구름접촉에 의해서는 마찰이 크게 감소되므로, 웜과 웜휠의 마모 및 손상을 최소화하고, 마찰로 인한 발열을 최소화할 수 있으며, 소음 및 진동의 발생을 효과적으로 방지하여 수명의 보장과 열화에 의한 성능의 저하를 방지할 수 있는 등 신뢰성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Description

웜 감속기{WORM GEARED SPEED REDUCER}

본 고안은 웜 감속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웜(Worm)과 웜휠(Worm wheel) 사이에 개재되어 구름접촉하는 다수의 볼들에 의하여 동력을 원활하고 정확하게 감속하여 전달할 수 있는 웜 감속기에 관한 것이다.

주지하고 있는 바와 같이, 감속기는 모터, 액츄에이터, 엔진 등의 다양한 동력원으로부터 입력되는 동력의 회전속도를 감속하여 전달하는 장치로 각종 기계, 로봇, 자동차 등 산업 전반에 광범위하게 사용되고 있다. 감속기는 기계적 감속기와 전자적 감속기로 구분하고 있으며, 기계적 감속기에는 감속기어와 벨트풀리 등이 이용되고 있다.

이와 같은 감속기의 감속기어는 최종 피동기어의 각속도가 최초 구동기어의 각속도보다도 작은 기어페어(Gear pair) 또는 기어트레인(Gear train)으로 구성되어 있으며, 감속기는 기어페어와 기계요소로 축, 베어링을 케이싱(Casing)에 조립하여 구성한다. 감속기는 형태, 기어의 종류 등에 따라 웜 감속기, 유성 감속기, 기어박스, 기어드모터(Geared motor) 등 매우 다양한 구조와 용도로 개발되어 있다.

한편으로, 감속기는 축의 방향성에 따라 평행축 및 직각축 감속기로 구분하고 있다. 평행축 감속기는 기어의 강도, 효율 등이 우수하여 보편적으로 사용되고 있으며, 평기어, 헬리컬기어, 더블헬리컬기어 등 두 축이 평행을 유지하는 평행축기어가 적용되고 있다. 직각축 감속기는 베벨기어, 나사기어(Screw gear), 웜기어 등 두 축이 직각을 유지하는 직각축 기어가 적용되고 있다.

종래기술의 감속기로 한국 공개실용신안공보 제1993-1606호, 등록실용신안공보 제237518호와 미국 특허등록 제6,215,209호에는 웜 감속기가 채용하고 있는 웜 감속모터가 개시되어 있다. 이 기술들의 웜 감속모터는 모터의 구동력을 웜과 웜휘일로 이루어지는 웜기어에 의하여 감속하여 출력한다. 모터의 축과 웜의 축은 커플링(Coupling)에 의하여 동축을 이루도록 연결되어 있고, 웜기어의 웜은 웜휠과 맞물려 있다. 그리고 웜과 웜휠의 축은 베어링에 의하여 원활한 회전을 유지하도록 케이싱에 각각 지지되어 있다.

이와 같은 웜 감속모터의 웜 감속기는 구조가 간단하고 경제적이며, 소음 및 진동이 적고, 감속비가 큰 경우 셀프로킹(Self locking)이 가능하여 역전을 제어할 수 있으며, 관성모멘트가 적어 빈번한 기동 및 정지에 유리한 여러 가지의 장점을 보유한다. 그러나 웜 감속기는 웜과 웜휠의 마찰로 인한 발열이 크게 발생할 뿐만 아니라, 효율이 낮은 단점을 내포하고 있다. 특히, 웜과 웜휠의 치형은 잇수, 모듈, 압력각, 언더컷(Under cut) 등의 설계요소를 고려하여 정밀하게 가공하고 있는 바, 웜과 웜휠의 기어이들에 마찰로 인하여 마모 및 손상이 발생될 경우 기능을 상실하여 정확한 감속비를 얻을 수 없으며, 마모 및 손상이 발생된 웜기어 전체를 새것으로 교환해야 하는 단점이 있다. 또한, 웜과 웜휠의 마찰로 인한 소음 및 진동이 크게 발생되어 신뢰성을 저하시키는 문제를 수반하고 있다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 웜과 웜휠 사이에 개재되어 있는 전동요소로 볼들에 의하여 동력의 전달이 원활하고 정확하게 이루어지므로, 정확한 감속비를 얻을 수 있으며, 효율을 향상시킬 수 있는 웜 감속기를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 웜과 웜휠 사이에 개재되는 볼들의 구름접촉에 의하여 마찰이 크게 감소되므로, 마모, 손상 및 발열을 최소화할 수 있으며, 소음 및 진동의 발생을 효과적으로 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 웜 감속기를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 고안의 특징은, 케이싱과; 케이싱의 Y축선을 따라 정렬되며, 케이싱에 동력원과 연결되어 회전할 수 있도록 내장되고, 기어이들을 갖는 웜과; 케이싱의 X축선을 따라 정렬되며, 케이싱에 회전할 수 있도록 내장되고, 웜의 기어이들과 이격되도록 물리는 기어이를 갖는 웜휠과; 웜의 기어이들 사이를 따라 구름접촉할 수 있도록 장착되며, 웜의 기어이들과 웜휠의 기어이들 사이에 개재되어 웜의 회전력을 웜휠에 전달하는 다수의 볼들과; 케이싱에 고정되고, 볼들이 웜의 기어이들 사이로부터 이탈되지 않도록 웜을 둘러싸며, 하부에 윔휠의 기어이들을 내측으로 삽입할 수 있는 개방단부가 형성되어 있는 커버로 이루어지는 웜 감속기에 있다.

또한, 웜의 기어이들과 웜휠의 기어이들은 볼들과 동일한 곡률을 갖는 반원형으로 형성되어 있고, 웜은 더블엔벨로핑웜으로 이루어지며, 커버의 내면에 볼들의 구름운동을 안내할 수 있는 나선형 그루브들이 형성되어 있는 것에 있다.

도 1은 본 고안에 따른 웜 감속기의 구성을 부분적으로 절제하여 나타낸 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 웜 감속기를 우측에서 바라본 구성을 나타낸 단면도,

도 3은 본 고안에 따른 웜 감속기에서 웜, 웜휠, 볼과 커버의 구성을 나타낸 정면도,

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 케이싱 12: 제1 축구멍

14: 제2 축구멍 20: 웜

22: 축 24: 기어이

26, 36: 베어링 30: 웜휠

32: 축 34: 기어이

40: 볼 50: 커버

52: 개방단부 54: 나선형 그루브

이하, 본 고안에 따른 웜 감속기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 고안의 웜 감속기는 외관을 구성하는 상자 형상의 케이싱(10)을 구비한다. 케이싱(10)의 전·후면에는 X축선(X-X′)을 따라 정렬되는 제1 축구멍(12)이 형성되어 있고 좌·우측면에는 Y축선(Y-Y′)을 따라 정렬되는 제2 축구멍(14)이 형성되어 있다. 그리고 X축선(X-X′)의 제1 축구멍(12)과 Y축선(Y-Y′)의 제2 축구멍(14)은 케이싱(10)의 상·하로 배치되어 있다. 케이싱(10)의 외면에는 방열을 위하여 다수의 냉각핀(16)들이 형성되어 있으며, 케이싱 (10)의 상면 중앙에는 관통구멍(18)이 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서 케이싱 (10)의 제1 축구멍(12)은 Y축선을 따라 정렬하여 형성하고, 제2 축구멍(14)은 X축선을 따라 정렬하여 형성할 수도 있다.

또한, 본 고안의 웜 감속기는 모터, 액츄에이터, 엔진 등의 다양한 동력원으로부터 입력되는 동력의 회전속도를 실질적으로 감속하여 전달하는 웜(20)과 웜휠 (30)을 구비하며, 웜(20)과 웜휠(30) 각각은 케이싱(10)에 내장되어 있다. 웜(20)의 축(22)은 동력원과 연결되고, 웜(20)의 기어이(24)들의 치형은 반원형으로 형성되어 있다. 축(22)의 양단은 케이싱(10)의 제1 축구멍(12)을 중심으로 회전되도록 베어링(26)에 의하여 지지되어 있다.

도 1과 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 웜(20)은 그 기어이(24)들의 외형이 웜휠(30)의 외주에 부합하도록 중앙부로부터 양측단부로 갈수록 직경이 점진적으로 증가되어 장구 또는 모래시계와 비슷한 모양을 가져 이른 바 장구형 또는 모래시계형 웜으로 부르고 있는 더블엔벨로핑웜(Double enveloping worm)으로 이루어진다. 더블엔벨로핑웜은 기어이들의 큰 곡률에 의하여 접촉면적을 최대화시킴으로써 큰 부하와 감속비에도 동력의 전달을 원활하고 정확하게 구현할 수 있다. 본 실시예에 있어서 더블엔벨로핑웜은 원통형 웜(Cylindrical worm)으로 대신할 수도 있다.

도 1, 도 2와 도 4를 참조하면, 웜휠(30)은 그 축(32)의 양단이 케이싱(10)의 제2 축구멍(14)을 중심으로 회전되도록 베어링(36)에 의하여 지지되어 있다. 웜휠(30)의 축(32)에는 출력수단으로 기어, 풀리, 링크장치 등을 연결하여 웜휠(30)의 회전력을 출력할 수 있다. 웜휠(30)의 기어이(34)들의 치형은 반원형으로 형성되어 있다. 웜(20)의 축(22)과 웜휠(30)의 축(32)을 지지하는 베어링(24, 34)은 베어링하우징(26, 36)에 각각 수용되어 있고, 베어링하우징(26, 36)은 케이싱(10)의 제1 축구멍(12)과 제2 축구멍(14) 각각에 고정되어 있다. 베어링하우징(36)의 베어링캡(36a)은 나사(36b)의 체결에 의하여 축(32)의 양단에 부착되어 베어링(36)을 고정한다. 본 실시예에 있어서 베어링(26, 36)은 롤러베어링이나 볼베어링으로 구성할 수 있다.

한편, 본 고안의 웜 감속기에 있어서 웜(20)의 기어이(24)들과 웜휠(30)의 기어이(34)들은 서로 이격되어 동력을 전달하지 못하도록 맞물려 있다. 즉, 기존의 웜기어에 있어서 웜의 기어이들과 웜휠의 기어이들은 동력을 전달할 수 있도록 맞물려 있는 바, 본 고안의 웜 감속기의 경우 웜(20)의 기어이(24)들과 웜휠(30)의기어이(34)들은 서로 이격되도록 맞물리는 것에 의하여 웜(20)의 회전력이 웜휠 (30)에 전달되지 못한다.

도 1 내지 도 4를 모두 참조하면, 본 고안의 웜 감속기는 웜(20)의 기어이 (24)들 사이를 따라 구름접촉할 수 있도록 장착되는 전동요소로 다수의 볼(40)들을 구비하며, 볼(40)들은 웜(20)의 기어이(24)들과 웜휠(30)의 기어이(34)들 사이에 개재되어 웜(20)의 회전력을 웜휠(30)에 전달한다. 반원형의 기어이(24, 34)들과 볼(40)들은 동일한 곡률을 갖도록 설계되어 있으며, 이에 따라 반원형의 기어이 (24, 34)들과 볼(40)들은 긴밀하게 접촉된다.

또한, 커버(50)는 웜(20)의 기어이(24)들 사이로부터 볼(40)들이 이탈되지 않도록 웜(20)을 둘러싸고 있으며, 커버(50)의 하부에는 윔휠(30)의 기어이(34)들을 내측으로 삽입할 수 있는 개방단부(52)가 형성되어 있다. 커버(50)의 내면에는 볼(40)들의 구름운동을 안내할 수 있도록 웜휠(30)의 기어이(34)들과 동일한 리드 (Lead) 및 리드각을 갖는 나선형 그루브(Groove: 54)들이 형성되어 있다. 그리고 커버(50)는 케이싱(10)의 관통구멍(18)에 장착되어 있는 커플러(80)에 나사(82)의 체결에 의하여 고정되어 있으며, 커플러(80)는 케이싱(10)에 나사(84)의 체결에 의하여 고정되어 있다.

지금부터 이와 같은 구성을 갖는 본 고안에 따른 웜 감속기의 작용을 설명한다.

도 1과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 동력원으로부터 입력되는 동력에 의하여 웜(20)의 축(22)이 케이싱(10)의 제1 축구멍(12)을 중심으로 회전되고,웜(20)의 회전에 의하여 웜(20)의 기어이(24)들 사이를 따라 장착되어 있는 볼(40)들은 자전하면서 웜휠(30)의 기어이(34)들에 물리게 된다. 이때, 장구형 웜(20)의 기어이(24)들은 볼(40)들을 웜휠(30)의 기어이(34)들에 긴밀하게 접촉시켜 볼(40)들의 접촉면적을 크게 유지시켜 준다. 그리고 볼(40)들의 구름운동은 커버(50)의 나선형 그루브(54)들을 따라 안내되며, 커버(50)는 맞물려 있는 웜(20)의 기어이 (24)들과 웜휠(30)의 기어이(34)들 사이를 벗어나는 볼(40)들의 이탈을 방지한다.

계속해서, 웜휠(30)의 기어이(34)들에 맞물리는 볼(40)들은 웜(20)의 회전력을 웜휠(30)에 전달하며, 웜휠(30)의 축(32)은 케이싱(10)의 제2 축구멍(14)을 중심으로 회전되면서 웜(20)의 회전속도를 감속하여 출력한다. 이와 같이 웜(20)의 회전력이 웜(20)의 기어이(24)들과 웜휠(30)의 기어이(34)들에 구름접촉하는 볼 (40)들을 매개로 하여 웜휠(30)에 전달되는 것에 의해서는 동력의 전달이 원활하고 정확하게 이루어지므로, 정확한 감속비를 얻을 수 있으며, 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 볼(40)들의 구름접촉에 의해서는 기어이(24, 34)들과의 마찰이 크게 감소되므로, 기어이(24, 34)들의 마모 및 손상을 최소화하고, 마찰로 인한 발열을 최소화할 수 있다. 볼(40)들의 구름접촉에 의한 동력의 전달은 웜(20)과 웜휠(30)의 직접적인 맞물림에 의한 동력의 전달에 비하여 소음 및 진동의 발생을 효과적으로 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고 웜(20), 웜휠(30)과 볼(40)들의 마찰로 인하여 발생되는 열은 케이싱(10)의 냉각핀(16)을 통하여 방열된다. 따라서, 웜(20), 웜휠(30)과 볼(40)들의 열화에 의한 성능의 저하를 방지할 수 있으며,웜 감속기의 수명을 보장할 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 고안의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 기술적 사상과 청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 고안의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 웜 감속기에 의하면, 웜의 회전력이 웜과 웜휠 사이에 장착되어 구름접촉하는 볼들을 매개로 하여 웜휠에 원활하고 정확하게 전달되므로, 정확한 감속비를 얻을 수 있으며, 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 볼들의 구름접촉에 의해서는 마찰이 크게 감소되므로, 웜과 웜휠의 마모 및 손상을 최소화하고, 마찰로 인한 발열을 최소화할 수 있으며, 소음 및 진동의 발생을 효과적으로 방지하여 수명의 보장과 열화에 의한 성능의 저하를 방지할 수 있는 등 신뢰성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims

케이싱과;

상기 케이싱의 Y축선을 따라 정렬되며, 상기 케이싱에 동력원과 연결되어 회전할 수 있도록 내장되고, 기어이들을 갖는 웜과;

상기 케이싱의 X축선을 따라 정렬되며, 상기 케이싱에 회전할 수 있도록 내장되고, 상기 웜의 기어이들과 이격되도록 물리는 기어이를 갖는 웜휠과;

상기 웜의 기어이들 사이를 따라 구름접촉할 수 있도록 장착되며, 상기 웜의 기어이들과 상기 웜휠의 기어이들 사이에 개재되어 상기 웜의 회전력을 상기 웜휠에 전달하는 다수의 볼들과;

상기 케이싱에 고정되고, 상기 볼들이 상기 웜의 기어이들 사이로부터 이탈되지 않도록 상기 웜을 둘러싸며, 하부에 상기 윔휠의 기어이들을 내측으로 삽입할 수 있는 개방단부가 형성되어 있는 커버로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웜 감속기.
제 1 항에 있어서, 상기 웜의 기어이들과 상기 웜휠의 기어이들은 상기 볼들과 동일한 곡률을 갖는 반원형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웜 감속기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 웜은 더블엔벨로핑웜으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웜 감속기.
제 1 항에 있어서, 상기 커버의 내면에 상기 볼들의 구름운동을 안내할 수 있는 나선형 그루브들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웜 감속기.