KR20240000884A - 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치에 관한 것이다. 상기 유성기어 장치는, 선기어; 상기 선기어에 외접하여 상기 선기어의 둘레를 회전하도록 형성된 복수의 유성기어; 상기 복수의 유성기어가 내접하도록 형성된 링기어; 상기 유성기어의 축을 회전 가능하게 지지하는 축지지부를 갖는 캐리어; 및 상기 선기어의 축방향에서 상기 선기어와 상기 유성기어 간의 상대 위치를 조절하여, 상기 선기어와 상기 유성기어 간의 맞물림 유격을 조정하는 조절부재를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명은 산업통상자원부과 한국산업기술진흥원의 “지역혁신클러스터육성(R&D)사업(과제번호 P0015320)”으로 수행된 연구에 의해 개발된 기술이다.

Description

백래시 조정이 가능한 유성기어 장치{PLANETARY GEAR APPARATUS WITH ADJUSTABLE BACKLASH}

본 발명은 기어들의 맞물리는 치면 사이에서 발생 가능한 백래시를 저감시킬 수 있는, 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유성기어 장치는 선기어와, 캐리어에 지지되며 상기 선기어에 외접하는 유성기어, 및 상기 유성기어가 내접하는 링기어를 포함하여 구성된다. 이러한 유성기어 장치는 선기어, 유성기어, 및 링기어로 이루어지는 각각의 구성 기어를 고정 측, 입력 측, 또는 출력 측으로 설정함으로써, 감속비(또는 증속비)를 용이하게 변경할 수 있는 장점이 있기 때문에 산업용 유성감속기 및 차량의 변속기, 전동식 조향장치 등과 같은 다양한 사용처에 적용하여 사용되고 있다.

그런데, 이와 같이 다수의 기어들 간의 치합으로 구성된 유성기어 장치는, 서로 맞물려 있는 선기어와 유성기어가 맞물리는 치면을 비롯하여 유성기어와 링기어가 맞물리는 치면 사이에 일정한 틈새 공간인 유격으로 정의되는 백래시(Backlash)가 존재하게 된다. 이와 같은 백래시는 한 쌍의 기어가 서로 맞물릴 때 치면 후방에 생기는 공간을 지칭한다.

이들 기어 사이의 유격이 너무 적으면 윤활이 불충분하여 치면끼리의 마찰이 커지게 되어, 회전저항과 과도한 마모가 발생한다. 유격이 너무 크면 기어들 간의 맞물림이 나빠져 기어가 파손되기 쉽고, 제어 오차, 소음, 및 이상마모가 발생한다. 따라서, 서로 맞물려 있는 기어들을 매끄럽게 회전시키기 위해서는 적절한 간격의 유격이 필요하다.

한편, 유성기어 장치와 같이 구동기어와 종동기어가 서로 맞물린 통상의 기어장치에서는 구동기어와 종동기어의 회전속도가 일정한 경우에는 별다른 문제가 발생되지 않지만 어떠한 이유로 인해 양측 기어들 간의 회전속도가 일정하지 않게 되는 경우에는 상기 기어의 치면들 간의 유격으로 인해 래틀 소음(Rattle noise)이 발생할 수 있다.

이와 같이, 서로 맞물려 있는 기어들 간의 유격으로 인해 발생되는 래틀 소음은 사람에게 불쾌감을 줄 뿐만 아니라 기어들 치면에 대한 마모를 발생시켜 결과적으로 기어의 내구성을 저하시킬 수 있다. 이에 따라, 기어들 간의 적절한 유격을 보상하여 래틀 소음을 줄여주기 위한 다양한 여러 방안들이 연구되고 있다.

등록특허 제10-1612945호에는 헬리컬 기어의 백래시 저감장치가 개시되어 있다. 상기 특허문헌은 선기어의 일면에 장착되어 상기 선기어와 함께 피니언기어에 맞물리는 슬립기어를 개시한다. 상기 슬립기어는 상기 선기어에 비해 잇수가 더 많게 형성되어 백래시를 저감시킨다.

그러나, 상기 특허문헌을 비롯하여 종래의 유성기어 장치의 백래시 저감장치의 성능은 각 가공 공정의 정밀도에서 결정될 수밖에 없다. 그러나, 가공 공정의 정밀도를 높이는 데에는 한계가 있으므로 조립시 원하는 수준의 백래시로 조정이 불가하며, 가공 부품별 해당 공정의 공정능력에 의해 백래시 크기의 편차가 발생한다. 또한, 조립시 백래시의 품질 수준 유지를 위해 가공품의 치수 편차별 구분 후 치수군별로 조립해야 하며, 치수군별 조립을 위해 측정시간의 과다로 생산 효율이 저하되고 불량 폐기 비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 헬리컬 기어들로 구성된 유성기어 장치에서 백래시를 저감하는 방식이 연구되고 있지만, 헬리컬 기어간 맞물림에 있어 헬리컬 기어의 치수를 정밀하게 가공하여 백래시를 줄이는 것에는 제조공정상 한계가 있다. 따라서, 헬리컬 기어가 아닌, 축과 나란히 톱니가 절삭되어 있는 스퍼기어를 사용하여 백래시를 줄이는 기술이 필요한 실정이다.

한편, 본 발명은 산업통상자원부과 한국산업기술진흥원의 “지역혁신클러스터육성(R&D)사업(과제번호 P0015320)”으로 수행된 연구에 의해 개발된 기술이다.

등록특허 제10-1612945호(2016.04.18. 공고)

본 발명의 목적은 선기어와 유성기어 간의 상대 위치를 조절하여 기어들의 맞물리는 치면 사이에서 발생 가능한 백래시를 저감시킬 수 있는, 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치를 제공함에 있다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치에 관한 것이다. 상기 유성기어 장치는, 선기어; 상기 선기어에 외접하여 상기 선기어의 둘레를 회전하도록 형성된 복수의 유성기어; 상기 복수의 유성기어가 내접하도록 형성된 링기어; 상기 유성기어의 축을 회전 가능하게 지지하는 축지지부를 갖는 캐리어; 및 상기 선기어의 축방향에서 상기 선기어와 상기 유성기어 간의 상대 위치를 조절하여, 상기 선기어와 상기 유성기어 간의 맞물림 유격을 조정하는 조절부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 선기어, 상기 유성기어, 및 상기 링기어는 서로 맞물리는 치면이 서로 반대방향으로 테이퍼질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 선기어, 유성기어, 및 상기 링기어는 기어 이가 직선으로 형성되는 스퍼 기어일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 선기어의 상기 캐리어 측 제1 면은 반대측 제2 면보다 더 큰 직경을 가지며, 상기 조절부재는 상기 선기어의 제1 면에 접촉하여 상기 선기어의 위치를 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 조절부재는 상기 캐리어의 축지지부에 상하 이동 가능하게 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 선기어의 축 외주면에는 상기 선기어가 축방향으로 이동 가능하게 맞물려 회전하도록 하는 가이드부가 상기 선기어의 축방향으로 연장 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 선기어의 제2 면으로부터 이격되어 상기 선기어의 축을 회전 가능하게 지지하는 지지케이지를 더 포함하고, 상기 선기어의 제2 면과 상기 지지케이지 사이에는, 상기 선기어를 제1 면 측으로 가압하는 탄성력을 제공하는 탄성부재가 구비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 조절부재를 사용하여 선기어와 유성기어 간의 상대 위치를 조절함으로써 기어들의 맞물리는 치면 사이에서 발생 가능한 백래시를 효과적으로 저감할 수 있다.

또한, 조절부재의 위치를 조절하여 원하는 수준의 백래시가 형성되도록 조절 가능하며, 기어 부품의 치수에 따른 백래시 크기 편차를 상쇄할 수 있다. 이에 따라, 기어 부품의 치수 편차별 구분 및 치수군별 조립의 필요가 없어 생산 효율 증대 및 불량품 폐기 비용 감소의 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치를 측면에서 바라본 단면도이다.
도 2의 (a), (b)는 도 1 중 선기어의 축방향 이동에 따른 선기어와 유성기어 사이의 백래시 감소 및 증대를 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 3은 도 1중 선기어의 단면을 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 도 1에서 지지케이지와 선기어 사이에 탄성부재가 배치된 실시예를 측면에서 바라본 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치를 측면에서 바라본 단면도이다. 도 2의 (a), (b)는 도 1 중 선기어의 축방향 이동에 따른 선기어와 유성기어 사이의 백래시 감소 및 증대를 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.

도 1 및 도 2의 (a), (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치는, 선기어(10), 유성기어(20), 링기어(30), 캐리어(40), 조절부재(50), 및 지지케이지(60)를 포함한다.

선기어(10)는 유성기어 장치의 중앙에 배치되며, 외주면이 복수개의 유성기어(20)와 맞물리도록 형성된다. 선기어(10)는 축(11)을 갖고 기어 이가 직선으로 형성되는 스퍼 기어로 제공된다. 선기어(10)의 축(11)은 지지케이지(60)의 중앙을 관통하며, 지지케이지(60)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 선기어(10)는 절두원추형으로 형성되고, 선기어(10)의 복수개의 이는 선기어(10)의 외주면에서 선기어(10)의 축방향으로 나란하게 연장된다. 선기어(10)는 캐리어(40) 측 제1 면(10a)과 그 반대측의 제2 면(10b)을 가지며, 제1 면(10a)은 제2 면(10b)보다 더 큰 직경을 갖는다. 즉, 선기어(10)는 제2 면(10b)을 향해 테이퍼지게 형성된다.

유성기어(20)는 복수개이며 선기어(10)에 외접하여 선기어(10)의 둘레를 회전하도록 형성된다. 유성기어(20)는 축(21)을 갖고 기어 이가 직선으로 형성되는 스퍼 기어로 제공된다. 유성기어(20)와 선기어(10)의 맞물리는 치면은 서로 반대방향으로 테이퍼지게 형성된다. 유성기어(20)의 테이퍼진 각도는 선기어(10)의 테이퍼진 각도와 동일하다. 유성기어(20)는 절두원추형으로 형성되고, 유성기어(20)의 복수개의 이는 유성기어(20)의 외주면에서 유성기어(20)의 축방향으로 나란하게 연장된다.

링기어(30)는 복수의 유성기어(20)가 내접하도록 형성된다. 링기어(30)는 지지케이지(60)와 함께 회전 가능하도록 지지케이지(60)에 결합된다. 링기어(30)는 기어 이가 직선으로 형성되는 스퍼 기어로 제공된다. 링기어(30)와 유성기어(20)의 맞물리는 치면은 서로 반대방향으로 테이퍼지게 형성된다. 링기어(30)의 테이퍼진 각도는 유성기어(20)의 테이퍼진 각도와 동일하다. 링기어(30)의 복수개의 이는 링기어(30)의 내주면에서 링기어(30)의 축방향으로 나란하게 연장된다.

캐리어(40)는 선기어(10)의 제1 면(10a)으로부터 이격 배치된다. 캐리어(40)는 유성기어(20)의 축(21)을 회전 가능하게 지지하는 축지지부(41)를 갖는다. 축지지부(41)는 선기어(10)의 축(11)이 연결된 캐리어(40)의 중앙부로부터 각 유성기어(20)를 향해 분기된 형태로 제공된다.

조절부재(50)는 선기어(10)의 축방향에서 선기어(10)와 유성기어(20) 간의 상대 위치를 조절하여, 선기어(10)와 유성기어(20) 간의 맞물림 유격을 조정한다. 조절부재(50)는 선기어(10)의 제1 면(10a)에 접촉하여 선기어(10)의 위치를 조절할 수 있다. 조절부재(50)는 캐리어(40)의 축지지부(41)에 상하 이동 가능하게 장착된다. 조절부재(50)는 예를 들어 볼플런저로 형성될 수 있다. 조절부재(50)는 선기어(10)의 축방향에서 선기어(10)를 이동 가능하게 지지하여, 유성기어(20)에 대한 선기어(10)의 상대 위치를 조절할 수 있다.

지지케이지(60)는 선기어(10)의 제2 면(10b)으로부터 이격되어 선기어(10)의 축(11)을 회전 가능하게 지지한다. 지지케이지(60)의 내면 둘레에는 링기어(30)가 결합된다.

도 3은 도 1중 선기어의 단면을 도시한 부분 단면도이다.

도 3을 참조하면, 선기어(10)의 축(11) 외주면에는 선기어(10)가 축방향으로 이동 가능하게 맞물려 회전하도록 하는 가이드부(12)가 형성될 수 있다. 가이드부(12)는 선기어(10)의 축방향으로 연장 형성된 돌출부로 형성될 수 있다. 선기어(10)의 내주면에는 선기어(10)의 축(11) 외주면에 형성된 가이드부(12)에 맞물리는 맞물림부(13)가 형성된다. 맞물림부(13)는 가이드부(12)에 대응하는 홈 형태로 형성될 수 있다.

선기어(10) 및 링기어(30)는 조절부재(50) 반대측으로 테이퍼지고, 유성기어(20)는 조절부재(50) 측으로 테이퍼지도록 형성된다. 따라서, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 조절부재(50)가 이동하여 선기어(10)의 제1 면(10a)을 지지하면서 선기어(10)를 제2 면(10b) 측으로 이동시키면, 선기어(10)가 유성기어들(20) 사이로 끼워져 들어가는 형태가 되어 선기어(10)와 유성기어들(20) 사이의 유격이 감소한다. 이에 따라, 유성기어 장치의 기어들 사이의 백래시가 저감된다.

반면, 작업자는 조절부재(50)를 이동하여 선기어(10)로부터 이격시킬 수 있다. 이때, 유성기어 장치가 작동하면 선기어(10)와 유성기어들(20)이 맞물리는 테이퍼진 치면의 경사방향에 따라 선기어(10)가 제1 면(10a) 측으로 이동하여 조절부재(50)에 지지된다. 이는, 도 2의 (b)에 도시되어 있다. 선기어(10)가 제1 면(10a) 측으로 이동함에 따라 선기어(10)가 유성기어들(20)로부터 벗어나는 형태가 되어 선기어(10)와 유성기어들(20) 사이의 유격이 증가한다. 이에 따라, 유성기어 장치의 기어들 사이의 백래시가 증대된다.

도 4는 도 1에서 선기어에 탄성력을 부여하는 탄성부재가 배치된 실시예를 측면에서 바라본 단면도이다.

도 4를 참조하면, 선기어(10)의 제2 면(10b)과 지지케이지(60) 사이에는, 선기어(10)를 제1 면(10a) 측으로 가압하는 탄성력을 제공하는 탄성부재(70)가 구비될 수 있다. 상술한 바와 같이, 작업자가 조절부재(50)를 선기어(10)로부터 이격시킬 때 유성기어 장치를 작동시켜 선기어(10)가 테이퍼진 치면을 따라 선기어(10)의 제1 면(10a) 측으로 이동하도록 한다. 반면, 탄성부재(70)가 구비된 경우, 유성기어 장치가 작동하기 전이라도 탄성부재(70)가 선기어(10)를 눌러 제1 면(10a) 측으로 이동시킬 수 있다. 한편, 선기어(10)의 제2 면(10b)과 탄성부재(70) 사이에는 스러스트 베어링(80)이 구비될 수 있다.

이 분야의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

10: 선기어 10a: 제1 면
10b: 제2 면 11: 선기어 축
12: 가이드부 13: 맞물림부
20: 유성기어 21: 유성기어 축
30: 링기어 40: 캐리어
41: 축지지부 50: 조절부재
60: 지지케이지 70: 탄성부재
80: 스러스트 베어링

Claims (5)

1. 선기어;
   상기 선기어에 외접하여 상기 선기어의 둘레를 회전하도록 형성된 복수의 유성기어;
   상기 복수의 유성기어가 내접하도록 형성된 링기어;
   상기 유성기어의 축을 회전 가능하게 지지하는 축지지부를 갖는 캐리어; 및
   상기 선기어의 축방향에서 상기 선기어와 상기 유성기어 간의 상대 위치를 조절하여, 상기 선기어와 상기 유성기어 간의 맞물림 유격을 조정하는 조절부재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 선기어, 상기 유성기어, 및 상기 링기어는 서로 맞물리는 치면이 서로 반대방향으로 테이퍼진 것을 특징으로 하는, 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 선기어의 상기 캐리어 측 제1 면은 반대측 제2 면보다 더 큰 직경을 가지며, 상기 조절부재는 상기 선기어의 제1 면에 접촉하여 상기 선기어의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는, 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 조절부재는 상기 캐리어의 축지지부에 상하 이동 가능하게 장착된 것을 특징으로 하는, 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 선기어의 제2 면으로부터 이격되어 상기 선기어의 축을 회전 가능하게 지지하는 지지케이지를 더 포함하고,
   상기 선기어의 제2 면과 상기 지지케이지 사이에는, 상기 선기어를 제1 면 측으로 가압하는 탄성력을 제공하는 탄성부재가 구비된 것을 특징으로 하는, 백래시 조정이 가능한 유성기어 장치.