KR20060087477A

KR20060087477A - 역회전이 방지되는 유성기어 감속기

Info

Publication number: KR20060087477A
Application number: KR1020060055857A
Authority: KR
Inventors: 천기수
Original assignee: 천기수
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2006-08-02

Abstract

본 발명은 역회전이 방지되는 유성기어 감속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유성기의 힘의 균형을 유지하여 소음과 마모의 저감시키고 수명을 증대시키며, 링기어의 내접기어와 유성기어를 모두 또는 어느 하나만을 전위기어로 형성시킴으로써 역회전이 방지되는 유성기어 감속기에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 고정링기어과 출력축이 설치된 출력링기어는 한개의 잇수차를 가진 내접기어가 각각 형성되어 마주보게 설치되고, 입력축은 고정링기어의 중심에 형성된 축삽입공을 관통하여 출력링기어에 형성된 축지홈에 일단부가 지지되며, 입력축에 태양기어가 고정설치되고, 입력측유성기어와 출력측유성기어로 양분된 다수개의 유성기어가 태양기어와 고정링기어 및 출력링기어의 내접기어에 입력측유성기어가 치합되게 설치된 유성기어 감속기에 있어서, 상기 고정링기어의 내접기어, 출력링기어의 내접기어, 유성기어의 입력측유성기어, 유성기어의 출력측유성기어 중에서 어느 하나는 전위기어로 형성된 역회전이 방지되는 유성기어 감속기가 제공된다.

유성기어, 감속기, 백 래쉬, 캐리어, 전위기어, 역회전

Description

역회전이 방지되는 유성기어 감속기{A planetary gear reducer}

도 1은 본 발명의 전체 분해 사시도

도 2는 본 발명의 내부 치합 상태도

도 3은 태양기어와 입력측유성기어 및 고정링기어가 치합된 상태도

도 4는 출력측유성기어와 출력링기어가 치합된 상태도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 돌조홈 2 : 고정링기어

3 : 출력링기어 4 : 입력축

5 : 축삽입공 6 : 축지홈

7 : 태양기어 8 : 유성기어

9 : 돌조 10 : 캐리어

11 : 출력축 12 : 입력측유성기어

13 : 출력측유성기어

감속기의 부피를 줄이면서 감속비는 고비율로 증대시키고, 마찰저항을 감소시켜 소음의 감소와 내구성을 증대시키며, 동력전달의 정확성 및 효율성을 높인 감속기가 한국특허등록 제10-0123419호(1997.09.12)에 기재되어 있다.

이에 따르면 내접기어가 형성되고 내주연면에 돌조홈이 형성된 고정링기어 및 출력링기어가 마주보게 설치되고, 입력축은 고정링기어의 중심에 형성된 축삽입공을 관통하여 출력링기어에 형성된 축지홈에 일단부가 지지되며, 입력축에 태양기어가 고정설치되고, 태양기어와 고정링기어 및 출력링기어의 내접기어에 각각 치합되게 3개의 유성기어가 설치된다. 각각의 유성기어에는 가운데 부분에 돌조가 환설되어 있고, 상기 돌조에 의해 양측은 각각 입력측유성기어와 출력측유성기어로 양분되며, 상기 돌조는 고정링기어와 출력링기어의 돌조홈에 접촉되어 가이드되면서 구름운동하게 되고, 유성기어의 입력측유성기어만이 태양기어와 치합된다.

그리고 유성기어의 입력측유성기어와 출력측유성기어의 잇수는 동일하다. 유성기어 중 어느 하나의 입력측유성기어와 출력측유성기어는 그 각각의 단면에서 기어치가 일치하게 포개어 지는 형상이다. 다른 하나는 일측으로 어긋나는데, 이는 입력측유성기어와 출력측유성기어의 단면에서 입력측유성기어의 기어치가 출력측유 성기어의 기어치보다 시계방향으로 일정 각도 회전되어 일체로 겹쳐지지 않는 구조이다. 나머지 하나는 타측으로 어긋나는데, 이는 입력측유성기어와 출력측유성기어의 단면에서 입력측유성기어의 기어치가 출력측유성기어의 기어치보다 반시계방향으로 일정 각도 회전되어 일체로 겹쳐지지 않는 구조이다. 또한 출력측링기어의 잇수는 고정링기어의 잇수보다 1개가 더 많거나 적게 되어 있다.

따라서 유성기어의 입력측유성기어는 태양기어와 고정링링기어에 치합되어 구동하는데에는 문제가 없다. 그러나, 유성기어의 출력측유성기어는 출력링기어에 치합되어 구동할 때에는 유성기어의 출력측유성기어 중 하나는 정상적인 기어물림이 되지만, 나머지 두개의 출력측유성기어는 각각 시계방향과 반시계방향으로 편심되게 치합되어 구동될 수밖에 없게 된다.

상기의 발명은 입력축이 회전하면 고정링기어와 출력링기어에 120°분할지점에 각각 기어물림된 유성기어들이 회전하게 되고, 출력측유성기어와 기어물림된 출력링기어에 형성된 출력축은 입력축의 회전수 보다는 대폭 감소된 회전비로 구동하게 된다.

그리고 출력측유성기어의 치수는 입력측유성기어와 동일 잇수이고, 출력링기어의 내접기어 잇수가 ±1개 가감되어 있으므로, 출력링기어의 치수가 곱해져 고감속비가 얻어진다.

그러나 상기의 발명은 높은 감속비를 얻을 수는 있으나, 구조에 있어 태양기어가 유성기어의 입력측유성기어들에만 치합되고, 출력측유성기어와 입력축의 사이는 공간부가 형성됨으로써 힘의 균형이 깨어지고, 이로 인해 소음이 발생되고, 마 모로 인한 내구수명이 단축되는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 종래의 감속기는 역회전이 방지되지 못하는 문제점을 가지고 있다. 감속기로서의 웜과 웜기어는 역추진이 방지되기는 하나 동력 전달방향이 직교하는 경우로 한정되는 문제점이 있고, 유성기어 감속기는 높은 감속비를 얻을 수는 있지만 역추진 방지 기능은 항상 얻어지는 것이 아니었다. 즉, 역회전이 방지되는 것은 특정한 조건하에서만 우연하게 발생되기 때문에 항상 역회전이 방지되는 설계는 지금까지 불가능하여 별도의 브레이킹 장치를 설치하거나 일방향의 회전만을 가능하게 원웨이 베어링을 입력축에 설치하는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 감속기의 단점을 보완하고, 어떠한 조건에서라도 항상 역회전이 방지되는 구조를 제공함에 있다. 따라서 본 발명은 높은 감속비를 기본으로 하여 소음을 저감시키고, 내마모성을 향상시키기 위하여 유성기어를 지지하여 힘의 균형을 잡아 주는 캐리어를 설치하고, 링기어의 내접기어와 유성기어를 모두 또는 어느 하나를 전위기어로 형성시킨 감속기를 제공함에 있다.

본 발명은 내접기어가 형성되고 내주연면에 돌조홈(1)이 형성된 고정링기어(2) 및 출력링기어(3)가 마주보게 설치되고, 입력축(4)은 고정링기어(2)의 중심에 형성된 축삽입공(5)을 관통하여 출력링기어(3)에 형성된 축지홈(6)에 일단부가 지지되며, 입력축(4)에 태양기어(7)가 고정설치되고, 태양기어(7)와 고정링기어(2) 및 출력링기어(3)의 내접기어에 각각 치합되게 다수개의 유성기어(8)가 설치되며, 상기 각각의 유성기어(8)에는 가운데 부분에 돌조(9)가 환설되어 있고, 상기 돌조(9)에 의해 양측은 각각 입력측유성기어(12)와 출력측유성기어(13)로 양분되며, 상기 돌조(9)는 고정링기어(2)와 출력링기어(3)의 돌조홈(1)에 접촉되어 가이드되면서 구름운동하게 되고, 유성기어(8)의 입력측유성기어(12)만이 태양기어(7)와 치합되며, 상기 유성기어(8)의 입력측유성기어(12)와 출력측유성기어(13)의 잇수는 동일하고, 유성기어(8) 중 하나의 입력측유성기어(12)와 출력측유성기어(13)는 상호 평행선상으로 구성되고, 다른 하나는 일측으로 어긋나며, 나머지 하나는 타측으로 어긋나는 형상을 가지며, 출력링기어(3)와 고정링기어(2)의 잇수는 한개가 차이나게 형성된 유성기어 감속기에 있어서, 상기 유성기어(8)의 양단은 각각 캐리어(10)에 회전가능하게 설치되고, 상기 고정링기어(2)와 출력링기어(3)의 내접기어는 전위기어로 형성됨을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 입력축(4)이 회전하게 되면, 이에 고정된 태양기어(7)가 회전하게 되고, 태양기어(7)는 다수개의 유성기어(8)와 치합되어 있으므로 유성기어(8)는 자전을 행하여야 하나 고정링기어(2)가 고정되어 있으므로 인하여 태양기어(7)를 중심으로 공전을 하게 된다.

이와 같은 운동에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 유성기어(8)의 출력측유성기어(13)에는 태양기어(7)가 치합되지 않아 공간부를 형성하고 있는데, 종래의 경우는 이에 의해 힘의 불균형으로 소음과 마모가 발생하였다.

따라서 본 발명은 유성기어(8)가 어떠한 불균형의 힘이 발생되더라도 이를 지지하여 원래의 바른 자세를 유지하도록 지지하는 캐리어(10)가 설치된다. 즉, 캐리어(10)에는 유성기어(8)의 양측 회전축이 지지되는 구멍이 형성되어 이에 유성기어(8)가 회전가능하게 삽입설치된다.

출력축(11)은 출력링기어(3)에 고정된 구조이고, 출력링기어(3)의 내접기어에는 상기의 유성기어(8)의 출력측유성기어(13)가 치합되어 있다. 출력링기어(3)의 내접기어와 출력측유성기어(13)는 동일 기어 모듈을 가지고 있으므로, 유성기어(8)의 공전은 출력링기어(3)를 일정한 감속비로 회전시키게 된다.

그러나 본 발명은 큰 감속비를 가지게 되는데, 이는 고정링기어(2)와 출력링기어(3)에 형성된 내접기어의 잇수가 한개의 차이가 있으므로 발생된다. 즉, 유성기어(8)가 회전하면 고정링기어(2)의 내접기어를 고정점으로 하여 출력링기어(3)를 고정링기어(2)와의 잇수차에 의한 피치 차이만큼 밀어 붙이게 되어 그 만큼씩 이동하게 된다. 따라서, 유성기어(8)가 한바퀴 공전하면 출력링기어(3)는 고정링기어(2)와의 잇수의 차이 만큼의 피치로 감속 회전하게 되어 높은 감속비를 가지게 된다.

그리고 본 발명은 출력축(11)을 회전시키더라도 입력축(4)이 회전되지 않는 역회전 방지 구조를 가지고 있다. 이는 고정링기어(2)와 출력링기어(3)에 형성된 내접기어가 전위기어로 형성되어 가능하다.

역추진을 불가능하게 하기 위해서는 출력축(11)을 회전시켜도 입력축(4)에 축설된 태양기어(7)와 치합된 유성기어(8)가 회전되지 않도록 하면 된다. 즉, 입력 축(4)을 중심으로 유성기어(8)와 출력링기어(3)의 내접기어가 치합된 피치원의 반지름과, 유성기어(8)가 치합되어 공전하게 되는 고정링기어(2)의 내접기어의 피치원의 반지름의 크기가 같으면 역추진은 되지 않게 된다. 그렇다고 하더라도 동일하게 하면 정회전도 되지 못한다.

<참조도 1>

상기의 <참조도 1>은 고정링기어(2)와 출력링기어(3)의 내접기어 및 유성기어(8)의 입력측유성기어(12)와 출력측유성기어(13)가 각각 전위된 예시도로서, 기어의 전위로 인하여 역회전이 방지된다. 물론 상기의 예에 의한 전위뿐만 아니라, 고정링기어(2)와 출력링기어(3)의 내접기어 및 유성기어(8)의 입력측유성기어(12)와 출력측유성기어(13) 중에서 적절하게 선택된 하나 이상의 기어만을 전위시켜도 가능하다.

<참조도 2>

유성기어(8)가 회전하지 않는 조건은 ∑F=0, ∑M=0 이므로 상기 <참조도 2>에서와 같이 출력링기어(3)로부터 전달된 힘 F가 유성기어(8)에 작용하는 힘의 상관관계는 출력링기어(3)로부터 전달되는 힘을 F라하고, F에 대한 반력을 Rf 라 하면,

∑F = 0에서,

F-Rf = 0

∴ F = Rf ------ ①

그리고, ∑M=0에서,

"O" 점을 중심으로 한 모멘트는 Fㆍrout-Rfㆍrin=0

①을 대입하면, Fㆍrout-Fㆍrin = 0

Fㆍ(rout-rin) = 0 ------ ②

따라서, rout=rin 이면 역추진이 되지 않지만, 이 경우　정회전은　가능하나 동력전달은 이루어지지 않게 되어 감속기로서의 기능을 수행할 수 없게 되므로 소용이 없다.

그러나 모든 기계적인 운동으로 동력을 전달하는 장치는 마찰력이 존재하여 기구의 운동을 방해하는　역할을 수행하여 100%의 에너지를 전달할 수 없게 되는 데, 이를 기계공학에서는 기계효율(η)로 나타낸다.

f를 기계효율에 의한 저항이라 하고，상기 <참조도 2>에서 "O"점을 중심으로 한 모멘트의 합을 구해보면,

∑MO = Fㆍrout-Rfㆍrin

∑MO = Fㆍrout-Rf(l+rout)

식 ①을 대입하면(Ｆ=Rf)

∑MO = Fㆍrout-Fㆍ(l+rout)

∑MO = Fㆍrout-Fㆍl- Fㆍrout

∑MO = Fㆍl

즉, MO = Fㆍl이므로, 유성기어(8)는 "O"점을 중심으로 Fㆍl 크기만큼 반시계방향으로 회전하려고 한다.

상기의 <참조도 2>를 기계효울을 고려하여 다시 도시하면 아래와 같다.

<참조도 3>

회전력 Fㆍl에 대한 임의의 기계효율에의한　저항값을　f라고 하면, 상기 <참조도 3>에서 "O"점을 중심으로 한 유성기어(8)가 역추진 되지 않기 위해서는 저항값(f)에 의한 모우멘트가 회전력 Fㆍl보다 크면 된다.

즉, fㆍrin ≥Fㆍl ------ ③ 이면, 역추진 되지 않는다.

여기서, 저항값 f의 크기를 살펴보면 힘 f는 임의의 힘 F가 작용할 때, 만약 기계효율(η)이 0.8이라고 하면 기계효율을 뺀 0.2가 저항값이 된다. 따라서 이를 식으로 표시하면,

f = (1-η)ㆍF ----- ④

따라서, 식 ③을 식 ④에 대입하면,

fㆍrin ≥ Fㆍl

(1-η)ㆍFㆍrin ≥ Fㆍl

(1-η)ㆍrin ≥ l

(1-η) ≥ l/rin

η ≤ 1-l/rin -------- ⑤가 된다.

즉, 기계효율이 1-l/rin 보다 작거나 같으면 항상 역추진이 되지 않는다.

예를 들어, 모듀울 1이고, ｒｉｎ=50인　경우는, 모듈(Ｍ=1)인 경우

l=0.5이므로　

η= 1-l/rin

　=1-0.5／50

　=1-0.01

　=0.99

일반적으로　기어1단물림에서　기계효율은　0.94~0.96정도이다. 따라서　0.94~0.96＜0.99이므로　출력축(11)이나 출력링기어(3)를　회전시키더라도 역회전은 되지 않고　셀프브레이크　기능이 수행된다.

그러나, 기계효율(η)은 일정하게 정해지므로, 식 ⑤를 만족하기 위해서는 l/rin의 값이 작아야 한다. 만약 rin이 고정이라고 하면, l의 크기가 작아야 한다. 즉, l=0이면, 식 ⑤에서 기계효율(η)은 항상 l보다 작게 되므로, 100% 역회전 방지(셀프 브레이킹)가 된다.

따라서 가능한한 l의 크기를 작게하여 식 ⑤의 조건을 만족하면서 원활한 기어 구동을 위하여 <참조도 1>에서의 dout, din, D1, D2를 각각 적절히 전위하여 적 용하면 역회전 방지(셀프 브레이킹)는 물론이고 원활한 기어 구동이 이루어 진다.

이와 같이 본 발명은 캐리어(10)가 설치되어 유성기어(8)를 지지함으로써, 흔들림이나 변형을 방지하여 소음이나 마모를 줄여 내구수명을 증대시키고, 고정링기어(2)와 출력링기어(3)의 내접기어는 전위기어로 형성됨으로써 항상 역회전이 방지되는 효과가 있다.

Claims

고정링기어(2)과 출력축(11)이 설치된 출력링기어(3)는 한개의 잇수차를 가진 내접기어가 각각 형성되어 마주보게 설치되고, 입력축(4)은 고정링기어(2)의 중심에 형성된 축삽입공(5)을 관통하여 출력링기어(3)에 형성된 축지홈(6)에 일단부가 지지되며, 입력축(4)에 태양기어(7)가 고정설치되고, 입력측유성기어(12)와 출력측유성기어(13)로 양분된 다수개의 유성기어(8)가 태양기어(7)와 고정링기어(2) 및 출력링기어(3)의 내접기어에 입력측유성기어(12)가 치합되게 설치된 유성기어 감속기에 있어서, 상기 고정링기어(2)의 내접기어, 출력링기어(3)의 내접기어, 유성기어(8)의 입력측유성기어(12), 유성기어(8)의 출력측유성기어(13) 중에서 어느 하나는 전위기어임을 특징으로 하는 역회전이 방지되는 유성기어 감속기.
제 1항에 있어서, 유성기어(8)의 양단은 각각 캐리어(10)에 회전가능하게 설치된 역회전이 방지되는 유성기어 감속기.