KR20070041076A - 감속장치 - Google Patents

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KR20070041076A
KR20070041076A KR1020050096814A KR20050096814A KR20070041076A KR 20070041076 A KR20070041076 A KR 20070041076A KR 1020050096814 A KR1020050096814 A KR 1020050096814A KR 20050096814 A KR20050096814 A KR 20050096814A KR 20070041076 A KR20070041076 A KR 20070041076A
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신중용
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Abstract

본 발명은 감속장치에 관한 것으로서,
그 회전중심축으로부터 편심진 형상의 선단부를 갖는 입력축(10)과; 이 입력축(10) 상의 편심진 선단부에 결합되며, 동일 몸체 상에 제 1 기어부(20-1) 및 제 2 기어부(20-2)가 함께 형성된 중간기어(20)와; 이 중간기어(20) 상의 제 2 기어부(20-2)와 맞물리는 링 기어부(30-2) 및 이와 일체로 구성된 축 부분(30-1)을 포함하는 출력축(30)과; 상기 입력축(10) 및 출력축(30) 등을 둘러싸는 형상의 케이스(40)와; 이 케이스(40) 내주벽 상에 결합되며, 상기 중간기어(20) 상의 제 1 기어부(20-1)와 맞물리는 고정 링 기어(50)를 포함하여 구성됨으로써,
내부 구조가 현저히 단순하면서도 더욱 높은 감속비 확보가 가능함은 물론 동적 균형까지 잘 구비된 특징이 있다.
유성기어, 태양기어, 링 기어, 감속기, 감속장치.

Description

감속장치{speed reducer apparatus}
도 1 은 본 발명 실시예의 감속장치를 나타낸 정단면도,
도 2 는 상기 도 1 에 있어서의 A-A선 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 입력축 20-1 : 제 1 기어부
20-2 : 제 2 기어부 20 : 중간기어
30-1 : 축 부분 30-2 : 링 기어부
30 : 출력축 40-1 : 통체
40-2 : 차폐판 40 : 케이스
50 : 고정 링 기어 S : 체결구
B : 베어링 H : 구멍
본 발명은 감속장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 내부 구조가 단순하여 소형 경량이면서도 매우 높은 감속비를 얻을 수 있음은 물론 동적 균형까지 잘 구비된 바람직한 형태의 감속장치에 관한 발명이다.
통상의 기계 장치류에 있어서는, 엔진 또는 모터 등과 같은 동력원으로부터의 회전력을 각 구성 부분으로 전달하기에 앞서 그 회전속도를 적정 비율로 감속시켜 주는 감속장치를 거치게 된다.
이러한 기능을 수행하기 위하여 각 기계장치에는 감속장치를 마련하고 있는데, 그 일반적 구조를 보면, 동력원으로부터의 회전력을 받는 입력축 선단에 장착된 태양기어, 그리고 그 둘레에 배치된 다수의 유성기어 및 이들 유성기어를 둘러싸는 형태로서 함께 맞물려 회전하는 링 기어를 포함하여 구성된 유성기어 장치를 채택하고 있다.
그러나 이러한 종래의 감속장치는 상기 태양기어를 비롯한 구성 요소들의 수가 너무 많아 전체적으로 크고 무거운 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 상기 태양기어를 삭제한 구조의 감속장치가 개발되어 있기는 하나, 태양기어 하나가 삭제되는 대신 다른 부위는 더욱 복잡해지는 동시에 장치 전체의 동적 불균형이 초래되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 안출한 것으로서, 내부 구조가 단순하여 소형 경량이면서도 높은 감속비 확보가 가능함은 물론 동적 균형까지 잘 구비된 바람직한 형태의 감속장치를 제공하는 데 본 발명의 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 동일 몸체 상에 두 개 기어부가 형성된 중간기어를 입력축 상의 편심진 선단부에 결합함과 아울러 당해 편심진 선단부 내에 구 멍을 형성함으로써 달성된다.
즉 본 발명의 변속장치는, 입력축 선단에 결합되는 종래의 태양기어를 삭제하는 한편, 입력축 선단부를 그 회전중심축으로부터 편심지게 형성하고, 동일 몸체 상에 제 1 기어부 및 제 2 기어부가 함께 형성된 중간기어를 상기 입력축 상의 편심진 선단부에 결합하며, 이들 제 1 기어부 및 제 2 기어부를 별도의 고정 링 기어 및 상기 출력축 상의 링 기어부와 각각 맞물리게 함과 아울러 상기 입력축 상의 편심진 선단부 내에 구멍을 형성한 특징적 구조를 이루고 있다.
더욱이, 본 발명의 감속장치를 구성하는 상기 중간기어 상의 각 기어부 모듈(module)을 서로 달리함에 따라, 즉 기어 이빨 수 조정 폭을 더욱 넓힘으로써 감속비의 현저한 증대가 가능하다.
이하 본 발명 실시예의 감속장치를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 본 발명 실시예의 감속장치는, 그 회전중심축으로부터 편심진 형상의 선단부를 갖는 입력축(10)과, 이 입력축(10) 상의 편심진 선단부에 결합되며 동일 몸체 상에 제 1 기어부(20-1) 및 제 2 기어부(20-2)가 함께 형성된 중간기어(20)와, 이 중간기어(20) 상의 제 2 기어부(20-2)와 맞물리는 링 기어부(30-2) 및 이와 일체로 구성된 축 부분(30-1)을 포함하는 출력축(30)과, 상기 입력축(10) 및 출력축(30) 등을 둘러싸는 형상의 케이스(40)와, 이 케이스(40) 내주벽 상에 결합되며, 상기 중간기어(20) 상의 제 1 기어부(20-1)와 맞물리는 고정 링 기어(50)를 포함하여 구성된다.
상기 케이스(40)는, 일측단이 완전 개방된 형상의 통체(40-1)와, 이 통체 (40-1) 상의 개방부에 볼트 등의 체결구(S)로 고정된 차폐판(40-2)으로 구성된다.
상기 고정 링 기어(50)와 통체(40-1) 내주벽 사이의 상호 결합은 열간 또는 냉간 압입에 의하는 것이 무난하나, 스플라인(spline) 구조에 의한 상호 맞물림 또는 볼트 체결 등의 방법에 의할 수도 있다.
도면부호 "B" 는 입력축(10)과 중간기어(20) 및 상기 케이스(40) 사이의 상대 운동을 가능케 하는 베어링(bearing)을, 도면부호 "s" 는 베어링의 이탈을 방지하기 위한 스냅 링(snap ring)을 각각 나타낸다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명 실시예의 감속장치에 있어서는, 상기 입력축(20) 상의 편심진 선단부 내에 구멍(H)을 형성한 특징이 있다.
상기 도 1 에 있어서의 A-A선 단면도인 도 2 를 함께 참조하여 상기 구멍(H)이 갖는 의미 내지 역할에 관하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 동력원(도시하지 않음)으로부터의 회전 동력이 전달되면 입력축(10)은 축 "X1" 을 회전중심축으로 하여 회전한다.
그런데, 상기 입력축(10)의 선단부 중심축(X2)은 그 회전중심축(X1)으로부터 거리(d)만큼 편심진 관계로, 도 2 에 나타낸 바와 같은 단면적 상의 불균형이 성립하게 된다.
즉 상기 입력축(10) 상 편심진 선단부의 단면적 구성을 보면, 선 "L" 을 중심으로 그 상부의 윗부분 면적(P)과 하부의 아랫부분 면적(Q)으로 구분되며, 도면상으로도 명백하듯이, 상기 회전중심축(X1)과 동일 높이인 기준선(L) 하방의 단면적이 그 상방의 경우보다 더욱 크다.
상기와 같은 입력축(10) 상 편심진 선단부의 단면적 불균형, 즉 중량 불균형은 당해 입력축(10) 전체가 고속으로 회전함에 따라 상당한 동적 불균형으로 이어져 장치 자체의 진동을 초래한다.
본 발명 실시예의 감속장치에 의하면, 입력축(10) 상의 편심진 선단부에 있어 기준선(L) 아랫부분, 즉 상기 아랫부분 단면적(Q) 해당 부분의 일부를 제거함에 따라 전체적으로 단면적 균형, 바꾸어 말하면, 동적 균형이 맞추어지게 된다.
그 결과, 장치 내에서 큰 감속 동작이 이루어짐에도 불구하고 매우 작은 진동이 수반되는 특징을 나타내게 된다.
한편, 상기와 같은 단면적 불균형 정도가 바로 동적 불균형 정도를 의미하지는 않는 점을 주목할 필요가 있다.
다시 말하자면, 상기 단면적 불균형은 회전 중에 있어서는 동력학적 측면에서의 원심력 불균형(≠단면적 불균형)으로 변환되어 나타나게 되는데, 이 원심력 불균형이 바로 앞서 언급한 바의 동적 불균형이다.
이러한 관점에서 볼 때, 상기 구멍(H)의 체적은, 상기 기준선(L)을 중심으로 하여 윗부분 단면적(P)에 상응하는 원심력과 아랫부분 단면적(Q)에 상응하는 원심력이 일치되도록 하는 것이 바람직하다.
정리하자면, 상기 구멍(H)은, 입력축(10) 선단부가 그 회전중심축(X1)으로부터 편심진 상태로 회전함에 따른 동적 불균형 내지 진동을 방지하는 역할을 하며, 그 형성 방법으로서는 절삭 가공을 비롯한 다양한 방법을 택할 수 있다.
또한, 구멍(H)의 형상은 반드시 도시한 바와 같은 원형 단면이 아니라도 무 방하다. .
상기와 같은 동적 균형 유지 메커니즘(mechanism)을 구비한 본 발명 실시예에 따른 감속장치의 작동 원리는 다음과 같다.
우선, 동력원으로부터의 회전 동력을 받아 입력축(10)이 회전하면, 중간기어(20)는 입력축(10) 상의 편심진 선단부 중심, 즉 앞서 언급한 바의 선단부 중심축(X2)을 중심으로 회전하는 동시에(자전), 상기 고정 링 기어(50) 및 링 기어부(30-2)의 내주면을 따라 회전해 나아가게 된다(공전).
그런데, 중간기어(20)를 구성하는 제 1 기어부(20-1) 및 제 2 기어부(20-2)는 동일 몸체임에도 불구하고 서로 다른 상대 부재, 즉 고정 링 기어(50) 및 링 기어부(30-2)와 각각 맞물린 관계로 특수한 형태의 운동 형태를 보여주게 된다.
즉 제 1 기어부(20-1)는 상기 고정 링 기어(50)의 내주면을 따라 이동하면서 자전 및 공전하는 반면, 제 2 기어부(20-2)는 외관상 상기 제 1 기어부(20-1)와 동일 형태의 자전 및 공전을 계속하는 한편으로, 출력축(30) 상의 링 기어부(30-2)에 그 회전력을 전달함으로써 이를 회전시킨다.
그 결과, 상기 링 기어부(30-2)를 포함하는 출력축(30)은, 입력축(10)이 1 회전 하는 동안, 상기 제 1 기어부(20-1) 상의 특정 기어 이빨 하나가 맞물려 지나간 상대 기어(고정 링 기어(50)) 이빨 수와 상기 제 2 기어부(20-2) 상의 특정 기어 이빨 하나가 맞물려 지나간 상대 기어(링 기어부(30-2)) 상의 이빨 수 차이에 상응하는 각도만큼 천천히 회전, 즉 감속된다.
상기 입력축(10)에 대한 출력축(30)의 감속비(r)는
r = 1 - (Z20 -2·Z50)/(Z20 -1·Z30 -2) 의 형태로 나타나며,
"Z" 는 해당 도면부호를 갖는 기어의 이빨 수를 각각 나타낸다.
수식에서 알 수 있듯이, 상기 (Z20 -2·Z50) 값과 (Z20 -1·Z30 -2) 값의 비율이 1 에 가까울수록 상기 감속비(r)는 커진다.
한편, 상기 (Z20 -2·Z50)/(Z20 -1·Z30 -2) 값이 1 보다 크고 작음에 따라서는 상기 감속비(r)가 음(-)의 값을 가질 수도 있는데, 이는 정회전 또는 역회전의 문제와 관련이 있다.
상기와 같은 감속비 계산식은 기구학 등의 관련 기술서적에 상세히 기재되어 있는 점을 고려하여, 본 명세서 상에서는 수식 유도에 관한 언급은 생략한다.
참고로, 동일 몸체를 구성하는 상기 제 1 기어부(20-1)와 제 2 기어부(20-2)의 이빨 수가 동일한 경우라면, 이들이 각각 맞물려 지나간 상대 기어 이빨 수 사이에 차이가 발생하지 않음에 따라 출력축(30)은 회전하지 않는다.
이러한 경우, 함께 고정된 상태의 고정 링 기어(50) 및 링 기어부(30-2) 내주면을 따라 각각의 상대 기어부(20-1, 20-2)가 상기 링 기어부(30-2)로의 회전력 전달 없이 단순 회전(자전 및 공전)만을 계속하는 형태가 될 것이다.
한편, 상기와 같은 원리에 따르면 중간기어(20)의 크기를 최대한 크게 할 필요가 있으며, 본 발명의 감속장치에 있어서는 이를 위하여 상기 입력축(10) 선단부의 편심 정도, 즉 앞서 언급한 바의 거리(d)를 최대한 작게 하였다.
다시 말하자면, 종래의 태양기어 및 유성기어 등이 모두 삭제된데다 입력축 선단부의 편심 정도가 상당히 작은 관계로, 본 발명에 따른 감속장치는 높은 감속비에 비하여 그 부피가 사실상 매우 작은 특징이 있다.
본 발명의 다른 실시예의 변속 장치에 있어서는, 이상과 같은 변속비 증대 방안 이외에도, 상기 제 1 기어부(20-1)와 제 2 기어부(20-2)의 모듈을 각각 달리하여 그 이빨 수 차이를 최소화함으로써 더욱 큰 감속비를 얻을 수 있었다.
이상에서는 본 발명을 특정의 실시예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
그러나, 본 발명의 기본 취지를 벗어나지 않는 한의 사소한 설계 변경 등은 모두 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해함이 마땅할 것이다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면, 종래의 태양기어 등을 삭제함으로써 내부 구조가 현저히 단순하면서도 더욱 높은 감속비 확보가 가능함은 물론 동적 균형까지 잘 구비된 바람직한 형태의 감속장치를 얻을 수 있다.
큰 감속비 확보가 가능하면서 소형 경량, 더욱이, 동적 균형이 잘 구비됨에 따라 진동이 매우 작은 상기 본 발명에 따른 감속기는 다양한 크기 내지 형상으로 설계되어 각종 산업 분야에서 폭넓게 사용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 그 회전중심축으로부터 편심진 형상의 선단부를 갖는 입력축(10)과; 이 입력축(10) 상의 편심진 선단부에 결합되며, 동일 몸체 상에 제 1 기어부(20-1) 및 제 2 기어부(20-2)가 함께 형성된 중간기어(20)와; 이 중간기어(20) 상의 제 2 기어부(20-2)와 맞물리는 링 기어부(30-2) 및 이와 일체로 구성된 축 부분(30-1)을 포함하는 출력축(30)과; 상기 입력축(10) 및 출력축(30) 등을 둘러싸는 형상의 케이스(40)와; 이 케이스(40) 내주벽 상에 결합되며, 상기 중간기어(20) 상의 제 1 기어부(20-1)와 맞물리는 고정 링 기어(50)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력축(10) 상의 편심진 선단부 내에 구멍(H)을 형성한 것을 특징으로 하는 감속장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기어부(20-1)와 제 2 기어부(20-2)의 모듈을 각각 달리한 것을 특징으로 하는 감속장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103307216A (zh) * 2012-03-07 2013-09-18 庄聿翔 行星速差减速机
CN105757221A (zh) * 2016-03-10 2016-07-13 陈志同 一种包含nn传动机构的机器人双级关节减速器

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