KR20090098533A - Gear teeth structure of harmonic drive - Google Patents

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Abstract

A gear teeth structure of a harmonic drive is provided to reduce damage of gear tooth by matching the gear tooth of external circumference of a flexspline with the gear tooth of internal circumference of circular spline uniformly. In a gear teeth structure of a harmonic drive, an elastic flexspline(10) comprises a body of a cup shape(11), a gear tooth(12) of external circumference of an opening, and boss formed at the other side of the opening. A WAV generator is combined with the inner surface of the opening of flexspline. The WAV generator is comprised of a bearing and elliptical cam. The cam is combined with the inner circumference of the bearing, and the external circumference is inserted into an opening of the flxespline. A ball is maintained by a retainer between the inner circumference and the external circumference.

Description

하모닉 감속기 치형 구조{GEAR TEETH STRUCTURE OF HARMONIC DRIVE}Harmonic reducer tooth structure {GEAR TEETH STRUCTURE OF HARMONIC DRIVE}

본 발명은 하모닉 감속기 치형 구조에 관한 것으로서, 특히 컵 형태의 플렉스 스플라인 본체 외주면의 기어를 개구부 측으로 경사지게 형성하여 웨이브 제너레이터의 캠 장축에 의해 변형되는 탄성체인 플렉스 스플라인의 기어가 강성체의 서큘러 스플라인의 내주면 기어와 맞물리는 면적이 최대로 이루어지게 함으로써 플렉스 스플라인의 파손이 방지됨은 물론 힘 전달률이 증대되는 하모닉 감속기 치형 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a toothed structure of a harmonic reducer, and in particular, the gear of a flex spline body, which is an elastic body deformed by a cam long axis of a wave generator, is formed by inclining a gear of a cup-shaped flex spline main body to an opening side, and the inner circumferential surface of a circular spline of a rigid body. It is related to a harmonic reducer tooth structure in which the maximum meshing area of the gear is prevented from breaking the flex spline as well as the force transmission rate is increased.

일반적으로 하모닉 감속기(harmonic drive)는 산업용 로봇, 공작기계, 의료 장비, 반도체 제조장비, 우주선 등과 같은 다양한 정밀제품에 사용되고 있다.In general, harmonic drives are used in various precision products such as industrial robots, machine tools, medical equipment, semiconductor manufacturing equipment, and spacecraft.

하모닉 감속기는 크기가 소형이고, 무게가 경량이며, 전달 토크 용량이 커서 큰 감속비를 얻을 수 있다. 또한 백래쉬(backlash)가 극히 적고, 각도 전달 정도와 회전 정도가 매우 우수한 장점을 갖는다.The harmonic reducer is small in size, light in weight, and has a large transmission torque capacity, so that a large reduction ratio can be obtained. In addition, the backlash (backlash) is extremely low, the angle transfer degree and the degree of rotation is very excellent.

하모닉 감속기는 크게 웨이브 제너레이터(wave generator), 플렉스 스플라인(flex spline) 및 서큘러 스플라인(circular spline)의 3요소로 구성된다. 웨이브 제너레이터는 타원형상의 캠 외주에 내·외륜이 유연한 볼베어링이 끼워져 구성되고, 플렉스 스플라인의 동체 개구부 내측에 결합된다. 일반적으로 캠에는 입력축이 연결되고 플렉스 스플라인에 출력축이 연결된다.The harmonic reducer is largely composed of three elements: a wave generator, a flex spline, and a circular spline. The wave generator is formed by fitting a ball bearing with flexible inner and outer rings on an elliptical cam outer circumference, and is coupled to the inside of the fuselage opening of the flex spline. Typically, the cam is connected to the input shaft and the flex spline to the output shaft.

볼베어링은 내륜과 외륜, 그리고 내,외륜 사이의 다수의 볼로 구성된다. 캠의 외주면에 볼베어링의 내륜이 고정되고 볼베어링의 외륜은 볼을 매개체로 하여 탄성변형을 한다. 볼 베어링의 외륜은 플렉스 스플라인이 결합 된다. 타원형 캠과 베어링으로 구성되는 플렉스 스플라인은 동체의 개구부 측 외주면에 치형(기어 이빨)이 형성되고 개구부 타단부의 보스(boss)에 출력축이 연결된다. 플렉스 스플라인은 타원형 캠에 의해 변형되도록 얇은 컵 형태의 금속 탄성체로 구성되는 것이 바람직하나 기타 금속에 상응하는 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.Ball bearings consist of a number of balls between the inner and outer rings and the inner and outer rings. The inner ring of the ball bearing is fixed to the outer circumferential surface of the cam, and the outer ring of the ball bearing undergoes elastic deformation using the ball as a medium. The outer ring of the ball bearing is combined with the flex spline. The flex spline consisting of an elliptical cam and a bearing has teeth (gear teeth) formed on the outer circumferential surface of the opening side of the fuselage and an output shaft is connected to a boss at the other end of the opening. The flex spline is preferably composed of a thin cup-shaped metal elastic to be deformed by an elliptical cam, but may be made of a material having elasticity corresponding to other metals.

서큘러 스플라인은 강성의 링 형상으로서, 플렉스 스플라인의 외주면 기어에 상응하도록 내주면에 플렉스 스플라인의 기어 이빨과 맞물리는 치형(기어 이빨)이 형성되고, 서큘러 스플라인은 케이스에 고정된다. 또한, 서큘러 스플라인의 기어 기어 잇수(기어 이빨의 수)는 플렉스 스플라인의 기어 잇수(기어 이빨의 수) 보다 2~4개 더 많다.The circular spline has a rigid ring shape, and teeth (gear teeth) which mesh with gear teeth of the flex spline are formed on the inner circumferential surface so as to correspond to the outer circumferential gear of the flex spline, and the circular spline is fixed to the case. Also, the number of gear teeth (number of gear teeth) of a circular spline is two to four more than the number of gear teeth (number of gear teeth) of a flex spline.

이와 같이 구성된 하모닉 감속기는 입력축에 연결된 타원형상의 캠이 소정 속도로 회전하면 베어링 내륜이 회전되고, 타원형상의 캠 장축이 베어링 내륜과 볼, 베어링 외륜을 외측으로 밀어내면 플렉스 스플라인의 외주면에 형성된 기어 치형이 외측으로 밀려져서 서큘러 스플라인의 기어 치형(기어 이빨)과 맞물리게 된다. 따라서 웨이브 제너레이터의 타원형상의 캠이 시계방향으로 1회전 하는 경우 서큘러 스플라인의 기어 잇수 보다 작은 수의 기어 잇수를 갖는 플렉스 스플라인은 반시계 방향으로 기어 잇수 차이만큼 회전되어 감속이 이루어진다.The harmonic reducer configured in this way rotates the inner ring of the bearing when the elliptical cam connected to the input shaft rotates at a predetermined speed, and the gear tooth formed on the outer circumferential surface of the flex spline is formed by pushing the inner ring of the bearing and the ball and the outer ring of the bearing. It is pushed outward and engages with the gear teeth (gear teeth) of the circular spline. Thus, when the elliptical cam of the wave generator rotates one clockwise direction, the flex spline having the number of gear teeth smaller than the number of gear teeth of the circular spline is rotated counterclockwise by the number of gear teeth to decelerate.

종래의 하모닉 감속기는 도 4에 예시된 바와 같이, 하모닉 감속기의 플렉스 스플라인(100) 동체(110)의 개구부(130) 외주면에 기어 치형(120)이 형성되고, 개구부(130) 타측은 고정부(110)가 형성된다. 플렉스 스플라인(100)의 개구부(130) 내측에는 웨이브 제너레이터(200)가 결합된다. 웨이브 제너레이터(200)는 타원형의 캠(210)에 볼베어링이 결합되어 구성되는 것으로서 볼 베어링의 내륜(220)이 캠(210)에 결합되고 외륜(230)이 플렉스 스플라인(100)의 개구부(130) 내주면에 결합된다. 내륜(220)과 외륜(230) 사이에 볼(240)이 리테이너(도시되지 않음)에 의해 유지된다.As shown in FIG. 4, the conventional harmonic reducer includes a gear tooth 120 formed at an outer circumferential surface of the opening 130 of the body 110 of the flex spline 100 of the harmonic reducer, and the other side of the opening 130 is fixed to a fixed portion ( 110 is formed. The wave generator 200 is coupled inside the opening 130 of the flex spline 100. The wave generator 200 is composed of a ball bearing coupled to an elliptical cam 210. An inner ring 220 of the ball bearing is coupled to the cam 210, and an outer ring 230 of the opening 130 of the flex spline 100. It is coupled to the inner circumferential surface. The ball 240 is held by a retainer (not shown) between the inner ring 220 and the outer ring 230.

도 5a 및 도 5b에 예시된 바와 같이, 플렉스 스플라인(100)의 외주면에 형성된 기어 치형(120)은 웨이브 제너레이터(200)를 구성하는 타원형 캠(210)의 장축방향에 의해 외측으로 변형되어 서큘러 스플라인(100)의 내주면에 형성된 기어 치형(120)과 맞물린다. 이때, 플렉스 스플라인(100)의 개구부(130) 측의 변형이 개구부(130) 타측 보다 크므로 개구부(130) 측의 기어 치형(120)과 서큘러 스플라인의 기어 치형(300)의 맞물림이 타측 보다 깊어진다. 즉 플렉스 스플라인(100)의 외주면 기어 치형(120)과 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형(300)이 상호 균일한 깊이로 맞물림이 이루어지지 않고 일측으로 치우치므로 적절한 토크 전달이 이루어지지 않는 문제점이 있었다.As illustrated in FIGS. 5A and 5B, the gear teeth 120 formed on the outer circumferential surface of the flex spline 100 are deformed outward by the long axis direction of the elliptical cam 210 constituting the wave generator 200, and the circular spline Meshes with a gear tooth 120 formed on an inner circumferential surface of 100. At this time, since the deformation of the opening 130 side of the flex spline 100 is larger than the other side of the opening 130, the engagement between the gear tooth 120 of the opening 130 side and the gear tooth 300 of the circular spline is deeper than the other side. Lose. That is, the outer circumferential gear teeth 120 of the flex spline 100 and the inner circumferential surface gear teeth 300 of the circular spline are inclined to one side without being engaged with each other at a uniform depth, so there is a problem in that proper torque transmission is not made.

또한 이와 같은 불균일한 치형 물림에 의해 치형의 파손 위험이 증대되고 내구성이 감소 되는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem that the risk of tooth damage is increased and durability is reduced by the non-uniform tooth bite.

본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 본 발명은 플렉스 스플라인의 외주면 기어 치형이 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형과 균일하게 맞물리는 하모닉 감속기 치형 구조를 제공하고자 하는 것이다.The present invention was developed to solve the above-mentioned conventional problems, and the present invention is to provide a harmonic reducer tooth structure in which the outer peripheral gear teeth of the flex spline is evenly engaged with the inner peripheral gear teeth of the circular spline.

본 고안의 다른 목적은 하모닉 감속기의 치형 구조를 개선하여 토크의 전달이 확실하게 이루어질 수 있는 하모닉 감속기 치형 구조를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to improve the tooth structure of the harmonic reducer to provide a harmonic reducer tooth structure in which torque transmission can be made reliably.

본 고안의 또 다른 목적은 기어 치형의 파손을 방지하여 내구성이 증대되는 하모닉 감속기 치형 구조를 제공하고자 하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a harmonic reducer tooth structure in which the durability of the gear tooth is prevented from damage.

본 발명은 하모닉 감속기를 구성하는 컵 형태의 플렉스 스플라인의 동체 외주면 개구부 측에 형성되는 기어 치형을 개구부 타측은 높고 개구부 측은 낮게 경사지게 형성하여 플렉스 스플라인의 변형시에 개구부 측의 기어 치형이 반경방향 외측으로 변형될 때 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형과 균일하게 맞물림 되게 함으로써 달성된다.According to the present invention, the gear teeth formed on the outer circumferential surface of the cup-shaped flex spline constituting the harmonic reducer are formed to be inclined at the other side of the opening, and the opening side is inclined so that the gear teeth of the opening side are radially outward when the flex spline is deformed. This is achieved by ensuring that the inner circumferential surface of the circular spline is evenly engaged with the gear teeth when deformed.

본 발명은 플렉스 스플라인의 개구부 측 기어 치형을 동체 외주면 보다 깊게 형성함으로써 달성된다.The present invention is achieved by forming the gear teeth of the opening side of the flex spline deeper than the outer circumferential surface of the fuselage.

본 발명의 하모닉 감속기 치형 구조는 탄성 변형되는 플렉스 스플라인의 기 어 치형이 서큘러 스플라인의 기어 치형과 균일하게 맞물림 결합이 이루어지게 하여 토크의 전달이 확실하게 이루어지게 하는 효과를 갖는다.The harmonic reducer tooth structure of the present invention has the effect that the gear tooth of the flex spline to be elastically deformed is engaged with the gear tooth of the circular spline to be uniformly engaged so that the transmission of torque is securely performed.

또한, 플렉스 스플라인의 외주면 기어 치형과 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형의 맞물림이 균일하게 이루어지므로 기어 치형의 파손이 감소되어 내구성이 증대되는 효과를 갖는다. In addition, since the gear teeth of the outer circumferential surface of the flex spline and the gear teeth of the inner circumferential surface of the circular spline are uniformly engaged, breakage of the gear tooth is reduced and durability is increased.

또한, 기어 치형의 균일한 물림에 의해 소음 및 진동이 감소 되는 효과를 갖는다.In addition, the noise and vibration is reduced by the uniform bite of the gear teeth.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 하모닉 감속기 치형 구조의 일 실시예에에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the harmonic reducer tooth structure of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 하모닉 감속기 치형 구조는 강성의 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형에 맞물림 되도록 컵형 플렉스 스플라인의 동체 개구부 외주면의 기어 치형을 경사지게 형성한 것이 특징이다.The harmonic reducer tooth structure of the present invention is characterized in that the gear tooth of the outer peripheral surface of the fuselage opening of the cup-shaped flex spline is inclined to be engaged with the gear tooth of the inner circumferential surface of the rigid circular spline.

플렉스 스플라인의 동체 외주면에 형성된 기어 치형은 개구부 측의 기어 치형이 반대 측의 기어 치형 보다 낮게 형성됨으로써 타원형 캠의 회전에 의해 반복적으로 변형되는 플렉스 스플라인의 동체에 형성된 기어 치형이 외측으로 확장 변형되어 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형과 맞물림이 균일하게 이루어지게 구성한 것이 특징이다.The gear teeth formed on the outer circumferential surface of the flex spline have a lower gear tooth on the opening side than the gear teeth on the opposite side, so that the gear teeth formed on the body of the flex spline repeatedly deformed by the rotation of the elliptical cam are deformed outwardly. The inner circumferential surface of the spline is characterized in that the gear teeth and gears are evenly engaged.

본 발명의 하모닉 감속기 치형구조는 플렉스 스플라인의 외주면 기어 치형을 개구부 측으로 경사지게 형성하되, 개구부 측의 기어 치형이 플렉스 스플라인 동체 외면보다 더 깊게 형성되어 있다.In the harmonic reducer tooth structure of the present invention, the gear tooth on the outer circumferential surface of the flex spline is inclined toward the opening side, but the gear tooth on the opening side is deeper than the outer surface of the flex spline body.

따라서 웨이브 제너레이터의 회전시에 타원형 캠의 장축에 의해 외측으로 변형되는 플렉스 스플라인의 외주면 기어 치형과 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형의 맞물림이 한 쪽으로 치우치지 않고 균일하게 이루어진다.Therefore, the engagement of the gear teeth of the outer circumferential surface of the flex spline and the gear teeth of the inner circumferential surface of the circular spline which are deformed outward by the long axis of the elliptical cam at the time of rotation of the wave generator is made uniform without being biased to one side.

도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 하모닉 감속기를 구성하는 탄성의 플렉스 스플라인(10)은 컵 형태의 얇은 동체(11) 개구부(13)측 외주면에 기어 치형(12)이 형성되고, 개구부(13) 타측에 보스(14)가 형성된다.As illustrated in FIG. 1, the elastic flex spline 10 constituting the harmonic reducer of the present invention has a gear tooth 12 formed on an outer circumferential surface of an opening 13 side of a cup-shaped thin body 11, and an opening ( 13) The boss 14 is formed on the other side.

플렉스 스플라인(10)은 개구부(13)측 내면에 웨이브 제너레이터(20)가 결합된다. 웨이브 제너레이터(20)는 타원형 캠(21)과 베어링으로 구성되고, 베어링 내륜(22)에 캠(21)이 결합되고 베어링 외륜(23)은 플렉스 스플라인(10)의 개구부(13) 내에 끼움결합되며, 내륜(22)과 외륜(23) 사이에 볼(24)이 리테이너(도시되지 않음)에 의해 유지된다.In the flex spline 10, the wave generator 20 is coupled to an inner surface of the opening 13. The wave generator 20 is composed of an elliptical cam 21 and a bearing, the cam 21 is coupled to the bearing inner ring 22 and the bearing outer ring 23 is fitted into the opening 13 of the flex spline 10. The ball 24 is held by a retainer (not shown) between the inner ring 22 and the outer ring 23.

이와 같이 구성된 플렉스 스플라인(10)의 외주면 기어 치형(12)은 웨이브 제너레이터(20)의 타원형 캠(21)이 회전하면 점선으로 표시된 바와 같이 반경방향 외측으로 변형이 된다(도 2 참조).The gear tooth 12 of the outer circumferential surface of the flex spline 10 configured as described above is deformed radially outward as indicated by the dotted line when the elliptical cam 21 of the wave generator 20 rotates (see FIG. 2).

도 3a 및 도 3b는 플렉스 스플라인(10)의 기어 치형(12)과 서큘러 스플라인의 기어 치형(30)이 결합되기 전의 상태 및 결합된 상태를 보여주는 개략 단면도이다. 웨이브 제너레이터(20)의 타원형 캠(21)이 회전하여 타원형 캠(21)의 장축이 개구부(13) 외주면의 기어 치형(12)을 밀어내면 플렉스 스플라인(10)의 개구부 측 기어 치형이 더욱 많이 변형이 이루어진다. 따라서 도 3b에 예시된 바와 같이 외주 면의 기어 치형(12)은 서큘러 스플라인의 기어 치형(30)과 맞물림 면적이 커지게 된다. 3A and 3B are schematic cross-sectional views showing a state before the gear tooth 12 of the flex spline 10 and the gear tooth 30 of the circular spline are engaged with each other. When the elliptical cam 21 of the wave generator 20 is rotated so that the long axis of the elliptical cam 21 pushes the gear tooth 12 on the outer circumferential surface of the opening 13, the gear tooth on the opening side of the flex spline 10 is more deformed. This is done. Thus, as illustrated in FIG. 3B, the gear tooth 12 of the outer circumferential surface has a large engagement area with the gear tooth 30 of the circular spline.

플렉스 스플라인의 기어 치형(12)과 서큘러 스플라인의 기어 치형(30)의 맞물림 면적이 크게 되는 경우 토크의 전달이 확실하게 이루어지고 소음 및 진동이 감소된다.When the engagement area between the gear tooth 12 of the flex spline and the gear tooth 30 of the circular spline becomes large, transmission of torque is reliably made and noise and vibration are reduced.

도 1은 본 발명의 하모닉감속기를 구성하는 플렉스 스플라인을 개략적으로 보여주는 횡단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing a flex spline constituting the harmonic reducer of the present invention.

도 2는 도 1의 플렉스 스플라인의 외주면 개구부 측에 결합된 웨이브 제너레이터에 의해 외주면 기어 치형이 변화되는 것을 보여주는 부분 확대 단면도.FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view showing that the outer circumferential gear teeth are changed by a wave generator coupled to the outer circumferential opening side of the flex spline of FIG.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 하모닉 감속기을 구성하는 플렉스 스플라인의 외주면 기어 치형과 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형이 맞물리는 상태를 보여주는 단면도.3A and 3B are cross-sectional views illustrating a state in which the outer circumferential gear teeth of the flex spline and the inner circumferential surface gear teeth of the circular spline are engaged with each other.

도 4는 통상의 플렉스 스플라인의 구조를 보여주는 단면도.4 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional flex spline.

도 5a 및 도 5b는 플렉스 스플라인의 외주면 개구부 측에 형성된 기어 치형과 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형이 맞물리는 상태를 보여주는 단면도.5A and 5B are sectional views showing a state in which gear teeth formed on the outer circumferential opening side of the flex spline and gear teeth on the inner circumferential surface of the circular spline are engaged;

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 플렉스 스플라인 11: 동체10: Flex Spline 11: Fuselage

12: (플렉스 스플라인의)기어 치형 13: 개구부12: Gear tooth 13: (flex spline)

14: 보스 20: 웨이브 제너레이터14: Boss 20: Wave Generator

21: (타원형)캠 22: 내륜21: (elliptical) cam 22: inner ring

23: 외륜 24: 볼23: paddle 24: ball

30: (서큘러 스플라인의)기어 치형30: Gear Tooth (Circular Spline)

Claims (3)

동체 개구부 측 외주면에 기어 치형이 형성된 컵형 탄성 플렉스 스플라인과, 플렉스 스플라인의 외주면 기어 치형에 대응하여 내주면 기어 치형이 형성된 강성 서큘러 스플라인과, 타원형 캠과 베어링으로 구성되어 플렉스 스플라인에 개구부 내주면에 결합되는 웨이브 제너레이터로 구성되는 하모닉감속기에 있어서, A cup-shaped elastic flex spline with gear teeth formed on the outer circumferential surface of the fuselage opening side, a rigid circular spline with gear teeth formed on the inner circumferential surface of the flex spline corresponding to the gear teeth of the flex spline, and an elliptical cam and a bearing. In harmonic reducer composed of generator, 플렉스 스플라인의 기어 치형은 개구부 측은 낮고 개구부 반대 측은 높게 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기 치형 구조.The gear tooth of the flex spline is harmonic reducer tooth structure, characterized in that the opening side is low and the opposite side of the opening is formed inclined high. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 플렉스 스플라인의 기어 치형은 웨이브 제너레이터의 회전시 장축에 의해 변형될 때 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형과 균일하게 맞물림 되는 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기 치형 구조.The gear tooth of the flex spline is a harmonic reducer tooth structure, wherein the gear tooth of the flex spline is engaged with the gear tooth of the inner circumferential surface of the circular spline when deformed by the long axis during rotation of the wave generator. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 플렉스 스플라인의 개구부 측 기어 치형은 동체 외주면 보다 깊게 형성된 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기 치형 구조.The gear tooth of the opening side of the flex spline is formed deeper than the outer peripheral surface of the fuselage.
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