KR20160013782A - 맞물림율을 향상시킬 수 있는 고조파 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고조파 감속기에 관한 것으로서, 주로 강성 링 기어, 강성 링 기어에 맞물리는 유연성 링 기어 및 유연성 링 기어에 가압적으로 접촉하는 파 발생기를 포함하고, 특수한 변수 설계에 의해 파 발생기의 윤곽 곡선을 수정하여, 강성 링 기어와 유연성 링 기어의 맞물림율이 현저하게 향상될 수 있도록 함으로써, 전동 정밀도를 증가하고 평균 부하를 줄이는 효과를 이룰 수 있다.

Description

맞물림율을 향상시킬 수 있는 고조파 감속기{HARMONIC DRIVE ACHIEVING A HIGH ENGAGEMENT RATE}

본 발명은 감속장치에 관한 것으로, 특히 맞물림율을 향상시킬 수 있는 고조파 감속기에 관한 것이다.

고조파 감속기는 높은 감속비를 갖는 감속장치이고, 종래의 구조 배치는 주로 강성 링 기어, 강성 링 기어 내에 회전 가능하게 설치되는 유연성 링 기어, 및 유연성 링 기어 내에 회전 가능하게 설치되는 파 발생기를 포함하고, 그 중 파 발생기의 윤곽 모양은 타원형이다. 동력원의 구동을 받으면 파 발생기가 회전하기 시작하고, 이때 유연성 링 기어는 파 발생기의 외주 가장자리에 의해 위로 푸쉬되어 변형되어, 강성 링 기어와 유연성 링 기어 사이가 파 발생기의 장축(長軸)에서 완전히 맞물릴 수 있도록 하고, 파 발생기의 단축(短軸)에서 완전히 이탈되도록 한다. 강성 링 기어와 유연성 링 기어는 톱니 수가 서로 다르므로, 파 발생기가 지속적으로 회전 시, 톱니 수의 차이는 높은 감속비의 효과를 이룰 수 있고, 이렇게 되면 높은 토크 출력을 발생할 수 있다.

상기 내용으로부터 알 수 있듯이, 강성 링 기어와 유연성 링 기어 사이의 맞물림율이 높을수록, 전체 전동 정밀도는 더욱 높아지고, 톱니와 톱니 사이의 평균 부하도 낮아진다. 그러나 강성 링 기어와 유연성 링 기어 사이의 맞물림율이 주로 파 발생기의 장축, 단축 사이의 곡률 변화에 의존하므로, 파 발생기의 장축, 단축 사이에 최적화된 곡률 관계를 부여하기 위하여, 일본특허 제4067037호 및 제5256249호에서는 각각 파 발생기의 장축, 단축의 곡률에 대해 수정 설계를 제안하였으나, 전술한 종래 특허 사건에서 사용한 수정 방정식은 복잡하고, 수정 후에 도달할 수 있는 효과는 예측만큼 이상적이지 않다.

본 발명의 주요 목적은, 상대적으로 간단한 변수 설계를 통해 맞물림율을 향상시키고, 전동 정밀도를 증가시키며 톱니와 톱니 사이의 평균 부하를 줄이는 효과를 이룰 수 있는 고조파 감속기를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 고조파 감속기는 강성 링 기어, 유연성 링 기어 및 파 발생기를 포함한다. 상기 강성 링 기어는 내부 링 톱니부를 구비하고, 상기 유연성 링 기어는 상기 강성 링 기어 내에 회전 가능하게 설치되고, 외부 링 톱니부를 구비하고, 상기 외부 링 톱니부는 상기 강성 링 기어 내의 링 톱니부에 맞물린다. 상기 파 발생기는 상기 유연성 링 기어 내에 회전 가능하게 설치되며 타원형의 외주 가장자리를 구비하고, 상기 외주 가장자리는 상기 유연성 링 기어의 내부 링면에 가압적으로 접촉한다. 또한 상기 외주 가장자리의 곡률 반경은 r이고,

로 정의되고, x와 y 사이는 아래의 타원 함수식을 만족시킨다.

전술한 함수식에서, a는 상기 파 발생기의 외주 가장자리의 반장축이고,

는 반장축 수정 계수이고, b는 상기 파 발생기 외주 가장자리의 반단축이고,

는 반단축 수정 계수이고, θ는 상기 파 발생기의 외주 가장자리의 이심각이다.

이를 통해, 상기 고조파 감속기의 파 발생기의 외주 가장자리는 곡률 수정을 거친 후에, 상기 파 발생기가 상기 유연성 링 기어를 구동하여 상기 강성 링 기어에 대해 회전하는 과정에서, 상기 강성 링 기어의 내부 링 톱니부와 상기 유연성 링 기어의 외부 톱니부 사이는 서로 맞물리는 톱니 수가 증가하게 되어 양호한 맞물림율을 나타내므로, 이에 따라 전체 구조의 전동 정밀도가 향상되며, 톱니와 톱니 사이의 평균 부하도 따라서 줄어들게 된다.

도 1은 본 발명의 구조 개략도이다.
도 2는 본 발명의 파 발생기의 곡률 수정 개략도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 고조파 감속기(10)는 강성 링 기어(20), 유연성 링 기어(30) 및 파 발생기(40)를 포함한다.

강성 링 기어(20)는 내부 링 톱니부(22)를 구비하고, 유연성 링 기어(30)는 강성 링 기어(23) 내에 설치되며 외부 링 톱니부(32)를 구비하고, 외부 링 톱니부(32)는 강성 링 기어(20)의 내부 링 톱니부(22)에 대응된다. 보충 설명해야 할 것은, 강성 링 기어(20)의 내부 링 톱니부(22)의 톱니 수는 유연성 링 기어(30)의 외부 링 톱니부(32)의 톱니 수에 비해 톱니가 두 개 더 많다. 또한 강성 링 기어(20)와 유연성 링 기어(30) 사이는 동일한 모듈러스(modulus)를 가진다. 여기서 모듈러스는 기어의 피치 지름을 톱니 수로 나눈 값을 가리킨다.

파 발생기(40)는 유연성 링 기어(30) 내에 설치되며 타원형의 외주 가장자리(42)를 가진다. 파 발생기(40)가 동력원(미도시)의 구동을 받아 회전하기 시작할 때, 유연성 링 기어(30)는 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)에 의해 위로 푸시되어 변형이 발생하여, 강성 링 기어(20)의 내부 링 톱니부(22)와 유연성 링 기어(30)의 외부 링 톱니부(32) 사이가 파 발생기(40)의 장축에서 완전히 맞물릴 수 있도록 하고, 파 발생기(40)의 단축에서 완전히 이탈되도록 한다. 이로써 강성 링 기어(20)는 유연성 링 기어(30)에 이끌려 토크 출력 효과를 이룰 수 있다.

도 2를 참고하면, 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)에 대해 수정하기 전에, 먼저 방정식(1)

에 의해 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)의 초기 곡률 반경

을 얻되, 그 중 a는 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)의 반장축이고, b는 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)의 반단축이고, θ는 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)의 이심각이다.

이어서 방정식(2)

에 의해 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)의 초기 둘레의 길이(

)를 얻는다.

수정하기 시작할 때, 우선 방정식(3)

에 의해 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)의 수정 후 둘레의 길이(S)를 얻되, 그 중

는 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)의 수정 전, 후의 둘레의 길이 변화량이고, m은 강성 링 기어(20)의 모듈러스 또는 유연성 링 기어(30)의 모듈러스이다. 이어서 방정식(4)

에 의해 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)의 수정 후의 곡률 반경 r을 얻고, 방정식(5)

를 결합하여 x와 y 사이의 관계를 얻는다. 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)는 수정 후의 임의의 점 좌표(x, y)에서 다음의 타원 함수식을 만족시켜야 한다.

여기서,

는 반장축 수정 계수이고,

는 반단축 수정 계수이다. 따라서 방정식(5) 및 전술한 타원 함수식에 의해

와

사이의 관계를 얻을 수 있고, 마지막에 다시

와

사이의 관계에 의해 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)가 최적화 타원 곡선으로 조절될 수 있도록 한다.

이를 통해 파 발생기(40)의 외주 가장자리(42)의 곡률이 수정된 후, 파 발생기(40)가 유연성 링 기어(30)를 강성 링 기어(20)를 상대로 회전시키는 과정에서, 강성 링 기어(20)의 내부 링 톱니부(22)와 유연성 링 기어(30)의 외부 링 톱니부(32) 사이의 맞물림/이탈 과정이 더욱 조밀해지고, 서로 맞물리는 톱니 수가 증가된다. 이로써 맞물림율을 향상시키고, 전동 정밀도를 증가하고, 각 톱니의 평균 부하를 줄이는 효과를 이룰 수 있다.

10: 고조파 감속기
20: 강성 링 기어
22: 내부 링 톱니부
30: 유연성 링 기어
32: 외부 링 톱니부
40: 파 발생기
42: 외주 가장자리

Claims (3)

1. 내부 링 톱니부를 갖는 강성 링 기어,
   상기 강성 링 기어 내에 회전 가능하게 설치되고, 외부 링 톱니부를 구비하되, 상기 외부 링 톱니부가 상기 강성 링 기어의 내부 링 톱니부에 맞물리는 유연성 링 기어; 및
   상기 유연성 링 기어 내에 회전 가능하게 설치되며, 타원형의 외주 가장자리를 구비하되, 상기 외주 가장자리가 상기 유연성 링 기어의 내부 링면에 가압적으로 접촉하고, 상기 외주 가장자리의 곡률 반경이 r로서,

   

   로 정의되고, 상기 x와 y 사이가 다음의 타원 함수식을 만족시키고,
   

   

   
   그 중, 상기 a는 상기 파 발생기의 외주 가장자리의 반장축이고, 상기

   

   는 반장축 수정 계수이고, b는 상기 파 발생기 외주 가장자리의 반단축이고, 상기

   

   는 반단축 수정 계수이고, θ는 상기 파 발생기의 외주 가장자리의 이심각인 파 발생기를 포함하는,
   맞물림율을 향상시킬 수 있는 고조파 감속기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 파 발생기의 외주 가장자리의 초기 둘레의 길이는

   

   이고,

   

   ,

   

   이고, 상기 파 발생기의 외주 가장자리의 수정 후 둘레의 길이는 S이고,

   

   이며, 상기 파 발생기의 외주 가장자리는 수정 전, 수정 후의 둘레의 길이 변화량은

   

   이고,

   

   이며, m은 유연성 링 기어의 모듈러스인, 맞물림율을 향상시킬 수 있는 감속기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 강성 링 기어와 상기 유연성 링 기어 사이는 동일한 모듈러스를 갖는, 맞물림율을 향상시킬 수 있는 고조파 감속기.

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