KR960001228B1 - 백래쉬 제거 가능한 유성 치차 감속기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

백래쉬 제거 가능한 유성 치차 감속기

제1도는 유성치차 감속기의 일반적인 구성을 도시한 분해 사시도.

제2도는 종래의 감속기의 요부를 도시한 종단면도.

제3도는 종래의 감속기의 전체적 구성을 도시한 횡단면도.

제4도는 본 발명에 의한 감속기의 종단면도.

제5도는 본 발명에 의한 감속기의 횡단면도.

제6도는 본 발명의 다른 실시예의 횡단면도.

본 발명은 각종 산업용 기계 장치에 사용되는 감속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 백래쉬(backlash)를 제거할 수 있는 유성상태의 감속기에 관한 것이다.

통상 동력 전달의 가장 보편적인 기구로 치차(gear)가 가장 많이 사용되고 있으며, 이때 축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력 전달 장치가 구성된다. 이러한 치차 장치에 있어서 가공 오차와 조립 공차 그리고 외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다. 이러한 백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여 정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 많은 어려움이 있었다.

먼저 유성치차 감속기를 간단하게 설명하면, 제1도에 도시된 바와같이, 압력축과 연결된 태양치차(111)는 적정수(통상 3개)의 유성치차(112)와 맞물려 회전하게 되는데, 이때 상기 유성치차(112)는 내부에 치형이 성형된 링치차(113)의 내부에서 맞물려 회전하게 된다. 이때 링치차(113)는 외부의 기계 장치에 고정되어 있기 때문에 실질적으로는 유성치차(112)가 자전을 하면서 전체적으로 링치차(113)의 내면을 선회하는 공전운동을 한다. 그리고 상기 유성치차(112)는 유성캐리어(114)와 축연결되어 있어서 유성치차의 전체적인 회전이 그대로 유성캐리어 전달되어 각각의 치차의 잇수에 따라 일정한 감속이 이루어져서 유성캐리어(114)에 의하여 출력축에 전달되는 것이다.

이러한 유성치차 감속기에 있어서, 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데, 이러한 기본 원리는 “모든 동력 전달 장치는 한쪽 방향으로만 회전할 경우에는 백래쉬가 생기지 않는다”라고 하는 점이었다.

이러한 한 방안으로 독일의 ABB사에서 로봇의 감속기에 사용되고 있는 것은, 두개의 워엄(worm)을 한개의 스퍼기어와 맞물리게 하고, 각각의 워엄의 중심위치를 워엄 축 방향으로 이동시켜서, 요구되는 회전방향에 따라서 각각의 워엄이 기어를 구동하도록 하는 것이 있었다.

그리고 제2도 및 제3도에 도시된 바와같은 종래의 감속기는 일본의 하모닉 (Harmonic)사에서 개발한 유성치차를 이용한 감속기로, 이는 입력축과 연결된 태양치차(100)에 4개의 유성치차를 맞물리게 하되, 한쌍의 대향하는 유성치차(101,101' 및 102,102')를 각각 태양치차(100)의 이(齒)의 대향면에 접하도록 하여, 시계방향 또는 반시계방향의 각각 다른 회전 방향에 대해여 백래쉬없이 구동되도록 하는 것이었다.

예를들어 태양치차(100)의 시계방향의 회전에 대하여는 유성치차(101,101')의 이(齒)가 태양치차와 링치차(105)의 이와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전을 하면서 이와 연결된 제1유성캐리어(103)와 같이 회전을 하게 되어 제1유성캐리어(103)와 연결된 출력축이 일정한 감속비를 가지고 회전하게 된다. 그리고 입력축과 연결된 태양치차(100)의 반시계방향의 회전에 대해서는 유성치차(102,102')의 이가 링치차(105) 및 태양치차(100)의 이와 간격없이 접촉된 상태로 회전하게 되어, 이와 같은 방향의 회전에 대해서도 백래쉬없이 회전하며, 상기 유성치차(102,102')는 다른 하나의 제2유성캐리어(103')와 연결되어 같이 회전하게 된다. 출력축과 연결된 제2유성캐리어(103')는 반시계방향의 회전에 대해서도 백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력할 수 있도록 구성되었다.

이와같이 구성되는 감속기는 장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생하였을 경우 이를 다시 조정하기 위해서는 내부의 유성기어의 중심을 이동시키기 위하여 제1, 제2캐리어를 조작해야 하기 때문에 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한 후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐을 뿐만 아니라 백래쉬 조정을 하는 캐리어가 윤활유와 같은 오일속에서 체결된 상태로 있기 때문에 강한 체결력을 필요로 하는 단점이 있었다.

본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 백래쉬가 생기지 아니하는 감속기를 제공하는 것을 목적으로 하며, 다른 목적은 사용으로 인한 백래쉬가 발생하였을 경우 장착된 감속기를 분리하지 않고서도 신속하게 백래쉬를 조정할 수 있는 감속기를 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 유성치차 감속기는 입력축과 연결되는 태양치차와 ; 상기 태양치차와 맞물려 회전하며, 일방향 회전에 백래쉬가 생기지 않도록 태양치차의 이의 일측과 접촉되도록 이가 접촉된 제1유성치차군과 ; 상기 태양치차와 맞물려 회전하며, 상기와 타방향 회전에 백래쉬가 생기지 않도록 태양치차의 이의 타측과 접촉되도록 이가 접촉된 제2유성치차군과 ; 상기 제2유성치차군이 내부에서 공전하도록 맞물리되, 일방향 회전에 대하여 서로 이가 접촉되도록 맞물리는 제1링치차와 ; 상기 제1유성치차군이 내부에서 공전하도록 맞물리되, 타방향 회전에 대하여 서로 이가 접촉하도록 맞물리는 제2링치차와 ; 상기 유성기어군의 공전과 같이 회동하도록 연결되고, 출력축과 연결된 유성캐리어로 구성된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

제4도 및 제5도에 도시된 바와같이, 본 발명에 의한 유성 감속기는 입력축과 연결된 태양치차(1)와, 상기 태양치차(1)의 외부를 감싼 형태로 태양치차와 맞물리는 제1유성기어군(2)과 제2유성기어군(3), 그리고 상기 제1, 제2유성기어군과 각각 맞물리는 제1링치차(41)와 제2링치차(42), 그리고 출력축과 연결되고 상기 유성기어군과 연결된 유성캐리어(5)로 구성된다.

상기 태양치차(1)는 입력축과 연결된 상태이고, 이와 맞물려 회전하는 제1유성기어군(2)은 3개의 유성기어(21,22,23)로 구성된다. 상기 제1유성기어(21,22,23)는 등간격으로 배열되고, 후술할 제2링치차(42)와 맞물린 상태에서 자전(自轉) 및 공전(公轉)을 하게 된다.

그리고 제2유성기어군(3) 역시 상기 태양치차(1)와 맞물려 회전하는데, 이는 3개의 유성기어(31,32,33)로 구성되고, 상기 제1링치차(41)의 내면에서 이와 맞물려 회전한다. 상기 제1링치차(41)와 제2링치차(42)는 서로 보울트등과 같은 체결 수단에 의하여 체결되고, 본 발명에 의한 감속기가 필요로 하는 기계장치와 결합되면 한쌍의 링치차(41,42)는 외부 기계장치에 고정된다.

그러면 상기 제1유성기어군(2), 제2유성기어군(3)과 태양기어(1) 및 링치차(41,42)의 연결 관계를 보기로 한다. 태양치차(1)와 맞물려 회전하는 유성기어군(2,3)은 각각 다른 방향의 회전시 백래쉬가 생기지 않도록 태양치차(1)의 이(齒)의 각각 다른 면에 접촉한 상태로 조립된다. 예를들어, 제1유성기어(21,22,23)가 입력축(태양기어)의 시계방향회전에 대하여 백래쉬없이 작동하도록 하려면, 제4도에 도시된 바와같이, 유성기어(21,22,23)의 이(齒)의 좌측면(21a)의 태양기어(1)의 이(齒)의 좌측면(1a)과 직접 접촉되도록 하여야 한다.(여기서 우측 좌측이라 함은 각각의 기어의 회전 중심에서 보았을때, 이의 좌,우측을 의미한다) 이때 제1유성기어(21,22,23)의 이의 우측면(21b)은 태양기어의 이의 우측면(1b)과 약간 이격된다. 이렇게 제1유성기어(21,22,23)가 태양치차(1)와 맞물리게 되면, 입력축과 연결된 태양치차(1)의 시계방향의 회전에 대해서는 백래쉬가 발생하지 아니한다. 또한 제1유성기어(21,22,23)는 제2링치차와 맞물리는데, 이때에도 링치차와의 사이에서 백래쉬가 생기지 아니하도록, 링치차(42)의 이의 좌측면(42a)과 제1유성기어(21,22,23)의 이의 좌측면(21e)이 서로 간격없이 접촉되어 있도록 구성된다. 여기서 제2링치차(42)의 이는 점선으로 도시되고, 제1링치차(41)는 실선으로 도시되었다. 이와 같은 구성에 있어서, 태양치차(1)과 제1유성기어(21,22,23) 그리고 제2링 기어(42)사이에는 각각의 치차의 이가 서로 접촉된 상태이기 때문에 입력축의 시계방향의 회전에 대해서는 백래쉬없이 회전할 수 있는 것이다.

이와 반대로 태양치차의 반시계방향의 회전에 대해서는 제2유성기어 (31,32,33)가 제1링치차(41)가 서로 맞물려 회전하도록 된다. 즉 유성치차 (31,32,33)의 이의 우측면(31a, 32a, 33a)과 제1링기어의 이의 좌측면(41a)이 사로 간격없이 접촉된 상태로 조립된다. 또한 태양치차(1)의 이의 좌측면(1b)과 유성치차(31,32,33)의 좌측면(31a)과 서로 접촉된다. 이러한 상태에서 입력축과 연결된 태양치차(1)가 반시계 방향으로 회전하면, 태양치차(1)와 제2유성치차(31,32,33) 그리고 제1링치차(41)의 각각의 이의 접촉점은 서로 간격없이 붙어 있으므로 반시계방향의 회전에 대해서도 백래쉬를 제거할 수 있다.

상기 제1링치차(41)와 제2링치차(42)는 결국 각각의 치차들에 의하여 발생하는 백래쉬를 보정하기 위한만큼 서로 일정간격의 위상차를 가지고 서로 고정된 상태이다. 따라서 제1유성기어 또는 제2유성기어중 어느 한쪽의 회전에 대해서도 백래쉬없이 유성기어와 연결되는 유성캐리어(5)를 회전시킬 수가 있는 것이다.

그리고 제1유성기어군(2)과 제2유성기어군(3)은 각각 외부에 고정된 제2링치차(42)와 제1링치차(41)의 내부를 공전하면서 얻어지는 회전력을 출력축으로 연결하기 위하여, 유성캐리어(5)와 회전가능하게 연결된다. 즉, 고정된 링치차(41,42)의 내경의 이와 맞물려 회전하는 유성치차군(2,3)은 그 자체의 회전이 각각의 기어의 잇수의 비율에 해당하는 정도의 감속비를 가지고 회전하게 되는데, 이러한 상기 유성치차군(2,3)은 각각의 유성치차군과 회전가능하게 연결된 원형상의 유성캐리어 (5)와 같이 회전하게 되고, 상기 유성캐리어(5)는 출력축과 연결되어서 출력축은 일정한 감속비를 가지고 회전하게 되는 것이다.

그리고 상기 각각의 유성치차의 내부에는 회전 상태를 원활하게 하기 위한 유성치차 지지 베어링(7)과 그 내부에 장착되는 스페이가(10)가 필요한 것이다. 또한 상기 유성캐리어(5)의 원활한 회전을 위하여 링치차(41,42) 사이에 유성캐리어 지지 베어링(9)을 장착하는 것도 바람직하다.

통상 이러한 치차의 회전운동은 그 접촉부의 원활한 동작을 위하여 윤활유가 주입된 상태에서 행해지는데 이러한 윤활유의 누출을 방지하기 위하여 상기 제1링치차(41)와 제2링치차(42) 사이에 개스킷(11)을 삽착하여 이를 방지하는 것이 바람직하다. 상기 개스킷(11)은 소음을 감소시키는데에도 도움이 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 입력축과 연결된 태양기어(1)의 일방향 회전에 대하여 제1유성기어군(2)와 제2유성기어군(3)중 어느 일측이 항상 백래쉬없이 회전가능하도록 각각의 치차의 이가 서로 접촉되어 있기 때문에 시계방향 또는 반시계방향의 어떠한 방향이라도 백래쉬없이 회전이 가능하다.

그리고 장기간의 사용으로 인한 백래쉬 발생시 이를 교정하기 위해서는, 장착된 상태에서 감속기를 해체하고 각각의 캐리어를 조정하던 종래의 감속기와는 달리 단순히 링치차(41,42)를 일방향으로 백래쉬의 간격과 동일한 간격만큼 일방향으로 회전시켜 링치차(41,42)의 내부 이가 유성치차의 외부에 성형된 이(齒)와 접하도록 하면 이와같은 방향의 백래쉬는 손쉽게 제거된다.

본 발명에 의한 감속기를 이용하여 고감속비를 얻을 수 있도록 구성된 다단형 감속기의 작동에 대하여 제6도를 참조하여 살펴보기로 한다.

입력축과 연결된 제1입력 태양치차(51)의 회전함에 따라서, 그 외부에서 이와 맞물린 적정수(통상 3개)의 제1유성치차(53)가 회전하게 된다. 이때 상기 제1유성치차(52)는 제1링치차(53)의 내면에서 공전을 하게 되는데 제1링치차(53)는 고정되어 있으므로 상기 제1유성치차(52)와 회동가능하게 연결된 제1유성캐리어(54)를 회전시키게 된다. 여기까지의 작동에 의하여 1단의 감속이 얻어진다. 그리고 상기 제1유성캐리어(54)는 두번째의 감속을 위하여 제2태양기어(61)과 연결되어 이를 회전시킨다. 제2태양치차(61)가 회전함에 따라서 제2유성치차(62)가 고정된 제2링기어(63)의 내면에서 공전하게 되고, 제2태양치차(62)와 연결된 제2유성캐리어 (64)가 회전함으로써 2단 감속이 이루어진다.

그리고 마지막 감속 단계인 3단 감속은 본 발명에 의한 감소기를 그대로 사용함으로써 통상 출력축과 연결되어 직접 로봇등에 연결되었을 때 백래쉬가 생기지 아니하고 정밀 작업에 유용한 감속비를 제공할 수 있다.

상기 제2유성캐리어(64)와 연동하는 제3태양치차(71)의 회전으로 제3유성치차(72 또는 73)이 같이 회전하게 되는데, 이때 제3유성치차는 제3도를 참조로 전술한 바와같이, 시계방향 또는 반 시계방향의 어느 일방향의 회전에 대하여 각각 백래쉬없이 맞물린 제3링기어(74 또는 75)의 내부에서 회전하게 된다. 구체적으로 설명하면, 제3유성치차(72)의 이는 시계방향의 회전에 대하여 제3링기어(74)의 이와 간격없이 맞물려 있기 때문에 시계방향의 회전에 대해서는 백래쉬없이 회전하게 된다. 그리고 다른 다른 하나의 제3유성치차(73)의 이는 제3링기어(75)의 내부 이와 반시계방향으 회전에 대하여 서로 간격없이 접촉되어 있기 때문에 반시계방향의 회전에 대하여도 백래쉬없이 감속비를 제공할 수 있게된다. (이러한 부분의 작동에 대해서는 이미 전술한 바와 같다.)

그리고 상기 두개의 제3링기어(74,75)는 제3유성치차(72,73)와 백래쉬없이 회전하기 위하여 서로 일정한 위상차를 가지고(이는 기어의 이가 어떠한 위상차를 가지고 엇갈린 상태에서 고정된 것을 의미한다.) 고정되어 있기 때문에 제3유성캐리어(6)를 회전시키게 된다. 출력축과 연결된 상기 제3유성캐리어에 의하여 최초의 입력축의 회전에 대하여 원하는 감속비를 가진 출력을 얻을 수 있는 것이다.

이와같이 구성되는 본 발명은 백래쉬가 생기지 아니하는 감속기를 제공할 수 있는 있점이 있을 뿐만 아니라 장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생하였을 경우에 링치차만을 일정 간격회동시킴으로써 이를 조정할 수 있고, 또한 상기 링치차가 고체 마찰을 이용해서 고정됨으로써 작은 체결력을 가지고 쉽게 큰 토오크를 전달할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 입력축과 연결되는 태양치차와 ; 상기 태양치차와 맞물려 회전하며, 일방향 회전에 대하여 백래쉬가 생기지 않도록 태양치차의 이(齒)의 일측과 접하도록 이가 맞물리는 제1유성치차군과 ; 상기 태양치차와 맞물려 회전하며, 상기와 타방향 회전에 대하여 백래쉬가 생기지 않도록 태양치차의 이의 타측과 접하도록 이가 맞물리는 제2유성치차군과 ; 상기 제2유성치차군이 내부에서 공전하도록 맞물리되, 제2유성치차군의 타방향 회전에 대하여 서로 이가 접하도록 맞물리는 제1링치차와 ; 상기 제1유성치차군이 내부에서 공전하도록 맞물리되, 제1유성치차군의 일방향 회전에 대하여 서로 이가 접하도록 맞물리는 제2링치차와 ; 상기 유성기어군의 공전과 같이 회전하도록 연결되고, 출력축과 열결된 유성캐리어로 구성되어, 백래쉬없이 감속 출력되는 유성치차 감속기.
2. 제1항에 있어서, 상기 유성치차군은 3개의 유성치차로 구성되는 유성치차 감속기.