KR20100131317A - 변심커플링 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 하나의 축으로부터 다른 축으로 동력을 전달해주는 동력연결수단인 커플링에 관한 것으로서 유성기어의 형상의 기어조합으로서 링기어에 지름이 서로 다른 수개의 유성기어를 치합시키고 링기어에 치합된 모든 유성기어와 치합되는 선기어를 구비한 기어세트를 적어도 2개이상 연결하고 이에 구동축과 피동축을 연결함으로서 중심이 일치하지 않거나 축중심이 수평 또는 직각방향으로 평행이동하더라도 유효하게 동력을 전달할 수 있는 동력연결장치에 관한 것이다.

커플링 편심연결 캐리어 유성기어

Description

변심커플링 장치{Coupling for adjustable position of Axis-center}

회전동력을 연결해주는 장치로서 구동축과 종동축의 축중심이 일치하지 않거나 중심이 변동하는 동력에 대해서도 편하중이나 회전수의 변동없이 정확하게 전달해주는 커플링장치에 관한 것이다.

유성기어장치와 유사한 구조로서 선기어, 유성기어, 캐리어 및 링기어를 구비하고 있으며 이들의 치합 및 연결구조는 유성기어장치와 동일하지만 유성기어의 직경이 서로 다르기 때문에 링기어와 선기어의 축중심이 서로 다른 구조를 같는 구조(이하 "편심유성기어"라 한다)를 이용하여 링기어와 선기어를 구동축 및 피동축으로 하는 구조의 기어장치.

유성기어는 캐리어가 자유회전 하지만 편심유성기어는 캐리어가 선기어의 축중심을 이동시켜주는 역할을 한다.

종래의 동력커플링은 구조가 간단하고 신뢰성이 높기는 하지만 두개의 축이 자유단에서 만나게 되어 정밀한 조정을 하더라도 상하좌우의 간격과 양축의 중심선의 연장선이 이루는 각도를 정확하게 맞출수는 없는 관계로 구동축과 종동축에 각각 편심하중이 발생하게 된다.

이렇게 발생된 하중을 완화하기 위하여 커플링의 연결을 볼트로 직결연결을 하지 않고 고무나 실리콘과 같은 완충재를 이용하여 연결하는 방식이 널리 사용되고 있다.

또한 거리가 먼 축간에는 유니버설죠인트를 사용하여 동력을 전달하는 방법이 많이 이용되고 있다.

그러나 완충재를 사용하는 경우에는 정확한 회전변위의 제어가 힘들고 진동이 발생할 수 있으며, 유니버설조인트를 사용하는 경우 두개축의 오프셋에 따라서 일정한 거리가 필요하며 조인트사이의 연결축은 회전수가 변동되어 진동 이 발생하며 이에따른 동력손실이 발생된다.

이에 축심이 변하여도 진동이나 회전수의 맥동이 없으며 가까운 거리에서도 축심의 변동이 용이한 커플링장치를 제공하고자 한다.

양축의 축중심이 변동되더라도 이와 상관없이 정확한 동력을 전달하기 위해서 편심유성기어장치를 이용하여 이를 해결하고자 한다.

본 발명에 의한 장치는 로봇의 제작이나 장축간의 연결과 같이 정밀한 제작이 어려운 구조 또는 구동축부와 피동축부간에 일정한 움직임이 있는 구조의 장치를 설치하는 경우 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명의 구성부분인 "편심유성기어"를 도2를 통하여 볼수 있는데 이 "편심유성기어"는 링기어(201), 선기어(203), 캐리어(205)가 구비되어 있으며 적어도 두 개 이상의 서로 다른 직경을 같는 유성기어(202, 204)가 각각 선기어와 링기어에 치합되어 있다.

캐리어가 정지된 상태에서 선기어가 시계방향으로 회전하면 이에 치합되어 있는 각각의 유성기어가 반시계방향으로 방향으로 회전하되 각각의 유성기어는 캐리어에 중심을 두고 선기어로부터 치합이동된 잇수만큼을 링기어에 전달한다.

유성기어 202와 유성기어 204는 비록 직경이 다르기 때문에 각 유성기어의 회전각속도는 다르지만 선기어에서 치합이동시킨 잇수가 동일하므로 각 유성기어의 유효직경부위에서의 선속도는 동일하다.

그런데 입력축인 선기어(203)의 중심과 출력축인 링기어(201)의 중심이 다르고 캐리어(205)를 회전시키면 선기어는 공전궤도(206)를 따라서 회전한다.

유성기어가 3개 구비된 "편심유성기어"는 도1과 같으며 도1과 마찬가지로 링기어(101), 선기어(105), 캐리어(104)를 구비하고 있으나 서로다른 직경을 갖는 유성기어를 세개(102,106,107) 구비하고 있으며 회전원리는 동일하다.

여기에서 캐리어의 중심과 선기어의 중심은 비록 일치하지는 않지만 캐리어가 회전할때 선기어의 중심축의 캐리어의 각 부위에 대한 상대위치는 언제나 동일하므로 캐리어를 선기어의 중심축과 베어링등을 통하여 구속시킬 수 있다.

도3은 "편심유성기어"를 두세트를 연결시킨 것으로서 입력측 "편심유성기어"의 입력축(303)을 통하여 회전동력이 인가되면 링기어(301)가 회전하면서 링기어에 치합된 입력측 "편심유성기어"의 유성기어를 회전시키고 이들 유성기어는 다시 선기어(302)를 회전시킨다.

선기어(302)의 회전력은 출력측 "편심유성기어"의 유성기어를 회전시키고 출력측 링기어(305)를 통하여 출력축(304)에 전달된다.

이러한 축심의 움직임은 선기어(302)와 링기어(301)의 상대적인 움직임으로 나타나는데 선기어(302)가 정지하고 있다고 가정할 때 링기어(302)의 움직임을 나타낸 것이 도4의 링기어중심축의 궤적(403)이다.

구동측의 링기어 축중심(301)이 궤적에 따라서 원주운동을 하는데 이 원주운동의 한점에서 종동축의 선기어(302) 일정한 지점에 위치할 때 링기어가 동일한 궤적에 따라서 회전하고 이에 따른 종동축의 링기어(305)의 위치가 변경되는데 이 중심을 연결하면 링기어중심궤적(403)이 형성되며 이 궤적(원주)의 한점을 중심을 출력축 링기어의 중심으로 한 출력측 링기어중심궤적(402)은 구동측링기어궤적에 대한 또다른 궤적이 형성되며 이를 종동측 이동궤적(404)으로 나타날 수 있다.

결국 구동측링기어중심궤적(403)을 중심으로 종동축의 링기어이동궤적(404)를 적분하면 종동축의 최대이동한계선(401)이 나타나며 이는 결국 구동축의 중 심(405)를 기준으로 할 때 종동축중심이 위치할수 있는 변심변위(406)가 된다.

따라서 두개의 "변심유성기어"을 연결하면 구동축의 중심(405)를 중심으로 종동축의 중심은 최대이동한계선(401)의 범위안에서 자유로이 이동할 수 있게 된다.

결국 구동축과 종동축은 축의 직각방향 평면의 일정한 범위안에서 자유로운 이동이 가능하며 이에 부가하여 각 구동축에 스플라인을 추가하면 축거를 조정할 수 있고 하나의 유니버설조인트를 추가하면 양축의 각도도 조정할 수 있다.

도 1 : 3개의 유성기어를 갖는 편심유성기어세트 개념도

도 2 : 두개의 유성기어를 갖는 편심유성기어세트 단면도

도 3 : 두개의 유성기어세트에 선기어를 공동부재로 사용하여 조합한 변심커플링세트

도 4 : 도3의 변심커플링세트에서의 중심축 이동변위 한계선을 나타낸 축의 이동변위도.

Claims (2)

1. 링의 내부에 기어이빨을 구비하는 링기어(201),

   링기어에 치합하여 회전하는 서로 다른 직경을 가진 적어도 둘 이상의 유성기어들(202 및 204),

   유성기어들의 회전축을 지지하고 있는 캐리어(205),

   유성기어들의 내측에 위치하면서 이들과 치합되어 회전하는 선기어(203)를 구비한 편심유성기어세트를 이용하되 링기어와 선기어 중 어느 하나를 입력단, 나머지를 출력단으로 하여 회전력을 전달하면서 캐리어를 회전시키는 방법으로 입력 혹은 출력축의 중심을 선기어의 공전반경(206)으로 변동시키면서 회전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 변심커플링장치.
2. 적어도 둘 이상의 편심유성기어세트의 선기어 또는 링기어의 어느 하나를 공동부재로 사용하여 직렬연결시킨 구조의 기어장치로서,

   선기어(302)를 공동부재로 치합되어 회전하는 기어세트(도3)에서 양단의 링기어의 중심축을 각각 입출력축으로 하거나 링기어를 공동부재로 하고 양단의 선기어축을 입출력축으로 하여 입출력축인 링기어 또는 선기어가 각각의 이동범위의 한계(403, 402)내에서 축심이 자유로운 이동을 하면서 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 변심커플링장치.

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