WO2021045419A1 - 물림률이 향상된 하모닉 드라이브 기어 - Google Patents

물림률이 향상된 하모닉 드라이브 기어 Download PDF

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WO2021045419A1
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curve
tooth
similarity
drive gear
generated
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PCT/KR2020/011221
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Inventor
안형준
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숭실대학교산학협력단
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    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
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    • F16H55/08—Profiling
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    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F16H2049/003—Features of the flexsplines therefor

Definitions

  • the embodiment relates to a harmonic drive gear that engages in three dimensions, and relates to a harmonic drive gear in which a contact rate between an external tooth and an internal tooth is increased.
  • Harmonic drives include wave generators, flex splines and circular splines.
  • the wave generator may include an elliptical cam and a bearing disposed around the cam.
  • the flex spline has an outer tooth disposed on the outside and is made of a material that can be elastically deformed.
  • the circular spline is placed on the outside of the flex spline, contains an internal tooth, and is made of a rigid material.
  • the flex spline rotates in conjunction with the wave generator. As the flex spline rotates and elastically deforms, the outer teeth of the flex spline and the inner teeth of the circular spline mesh.
  • the contact angle, contact area, etc. between the external tooth and the internal tooth have a great influence on the transmission of the deceleration power. If the contact area between the external tooth and the internal tooth is small, and the tooth end of the external tooth and the tooth root of the internal tooth do not continuously contact, there is a problem that the precision and torque are deteriorated.
  • the tooth end of the outer tooth and the tooth end of the inner tooth are designed to be continuously engaged, and the height of the tooth is adjusted according to the axial position for a three-dimensional bite.
  • the embodiment is to solve the above problems, and an object thereof is to provide a harmonic drive gear in which a tooth end of an external tooth and a tooth root of an internal tooth are in continuous contact at a portion where the deformation of the flex spline increases.
  • An embodiment for achieving the above object is a first similarity curve obtained by similarly transforming a reference curve representing a movement trajectory of an internal tooth of an external tooth in a non-excitation state, and a second similarity curve generated by similarly transforming the first similarity curve.
  • the first curve representing both deviation movement trajectories located on the apex of the reference curve among the movement trajectories of both excursions of the external tooth based on the reference curve is the second similarity curve. It is possible to provide a harmonic drive gear in which a second curve is generated by expanding to approximate an approximate reference point disposed on the upper surface, and using the second curve as a tooth end tooth shape of an external tooth.
  • the tooth root tooth shape of the inner tooth may be a third curve generated by enlarging the first curve.
  • the second curve may be generated by expanding the first curve by N times
  • the third curve may be generated by expanding the first curve by (N+1) times.
  • the third curve and the first similarity curve are connected by a preset pressure angle straight line and a first intersection point of the third curve, and a straight line connecting the pressure angle straight line and the second intersection point of the first similarity curve.
  • the straight line may be a straight tooth shape connecting the tooth root tooth shape of the internal tooth and the tooth end tooth shape of the internal tooth.
  • the first similarity curve is generated by similarity transformation by ⁇ (0 ⁇ 1) times the end point of the reference curve, and the second similarity curve is the center of the end point of the first similarity curve. It may be generated by rotating the first similarity curve by 180° and changing similarly by (1- ⁇ )/ ⁇ times.
  • a vertex of the second curve may be disposed closer to an origin than a vertex of the reference curve.
  • FIG. 1 is a view showing a harmonic drive gear according to an embodiment
  • Figure 2 is a side view of a flex spline
  • FIG. 3 is a graph showing a movement trajectory of an external tooth in a process of engaging the external tooth and the internal tooth;
  • FIG. 4 is a graph showing a first similarity curve and a second similarity curve for setting a basic tooth shape of an external tooth
  • FIG. 6 is a graph showing a second curve approximated to an approximate reference point of a second rising curve by expanding the first curve
  • the singular form may also include the plural form unless specifically stated in the phrase, and when described as “at least one (or more than one) of A and (and) B and C”, it is combined with A, B, and C. It may contain one or more of all possible combinations.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the constituent elements of the embodiment of the present invention.
  • a component when a component is described as being'connected','coupled' or'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled, or connected to the other component, but also with the component. It may also include the case of being'connected','coupled' or'connected' due to another element between the other elements.
  • top (top) or bottom (bottom) when it is described as being formed or disposed on the “top (top) or bottom (bottom)” of each component, the top (top) or bottom (bottom) is one as well as when the two components are in direct contact with each other. It also includes the case where the above other component is formed or disposed between the two components.
  • upper (upper) or lower (lower) when expressed as "upper (upper) or lower (lower)", the meaning of not only an upward direction but also a downward direction based on one component may be included.
  • 1 is a view showing a harmonic drive gear according to an embodiment.
  • a harmonic drive gear includes a wave generator 10, a flex spline 20, and a circular spline 30.
  • the flex spline 20 is disposed outside the wave generator 10.
  • the circular spline 30 is disposed outside the flex spline 20.
  • the wave generator 10 is a member in which the cam member 11 and the ball bearing 12 are assembled on the outer circumference of the cam member 11 and may have an oval shape as a whole.
  • the inner ring of the ball bearing 12 is fixed to the cam member 11, and the outer ring moves so as to be elastically deformed to provide power in the form of a wave.
  • the flex spline 20 determines the reduction ratio and serves to transmit power to the output shaft.
  • the flex spline 20 may include an external tooth 21 and a body 22 and a diaphragm 23.
  • the body 22 may be formed of a cylindrical and elastically deformable metal material.
  • the diaphragm 23 may be disposed on one side of the body 22 and the outer tooth 21 may be disposed on the other side of the body 22.
  • the diaphragm 23 is connected to the output shaft.
  • the outer tooth 21 is disposed on the outer periphery of the body 22.
  • the external tooth 21 may be a spur gear.
  • the flex spline 20 is elastically deformed into an ellipse by contacting the wave generator 10.
  • the circular spline 30 is a ring-shaped member, and an inner tooth 31 is disposed in the inner periphery.
  • the internal teeth 31 may be spur gears.
  • the internal teeth 31 and the external teeth 21 are pressed together to form a reduction ratio.
  • the number of internal teeth 31 may be greater than the external teeth 21.
  • the number of internal teeth 31 may be 2n times the number of external teeth 21 (n is a positive integer).
  • the outer teeth 21 may be engaged with the inner teeth 31 at both ends in the long axis direction of the oval shape.
  • the circular spline 30 may be made of a hard material.
  • FIG. 2 is a side view of the flex spline 20.
  • the tooth shape of the external tooth 21 may be defined based on the central surface 21c of the external tooth 21.
  • the central surface 21c may be a surface passing through the center of the ball bearing 12 perpendicular to the axial direction.
  • FIG 3 is a graph showing the movement trajectory of the external tooth 21 in the process of engaging the external tooth 21 and the internal tooth 31.
  • the x-axis is the translation direction of the rack
  • the y-axis is a perpendicular direction to the x-axis.
  • M1 shown in FIG. 3 denotes a non-excitation movement trajectory M1 of the external tooth 21 in a non-excitation state in which the excursion coefficient k is 1. At this time, the non-excitation movement trajectory is obtained from the central surface 21c of the external tooth 21.
  • the rim-neutral circle of the outer tooth 21 of the flex spline 20 is also deformed into an elliptical rim neutral curve.
  • the rim neutral circle refers to a surface passing through the center of the thickness (rim thickness) of the root part of the outer tooth 21 in a true circle before being bent in an elliptical shape by the wave generator 10. At this time, it means a circle drawn by the intersection line between the neutral surface and the center surface 21c of the outer tooth 21, and "rim neutral curve” means a curve after the rim neutral circle is bent in an elliptical shape. .
  • the deviation factor k is the amount of warp in the radial direction with respect to the rim neutral circle before deformation at the long axis position of the elliptical rim neutral curve of the flex spline 20, and the radius of the rim neutral circle is wave gear device.
  • the value divided by the reduction ratio of is referred to as the standard warpage amount (w0), the ratio (w/w0) thereof is indicated.
  • M1 of FIG. 3 is a movement trajectory of the external tooth 21 in the non-excitation state, which is obtained from the central surface 21c of the external tooth 21.
  • M2 of FIG. 3 is a moving trajectory M2 of both deviations of the external tooth 21 in both deviation states, which is obtained from the outer end 21a of the external tooth 21 with respect to the central plane 21c.
  • M3 of FIG. 3 is the sound deviation movement trajectory M3 of the external tooth 21 in the sound deviation state, and is obtained from the inner end 21b of the external tooth 21 based on the central plane 21c.
  • FIG 4 is a graph showing a first similar curve BC and a second similar curve AC for setting a basic tooth shape of the external tooth 21.
  • the first similarity curve BC is set by similarly transforming the reference curve M1 representing the movement trajectory of the external tooth 21 in a non-excitation state.
  • the second similarity curve AC is set by similarly transforming the first similarity curve BC.
  • the second similarity curve AC rotates the first similarity curve BC 180° with the center of the end point C of the first similarity curve BC, and the end point C is the center. (1- ⁇ )/ ⁇ times similarity transformation is performed to generate a second similarity curve AC.
  • the harmonic drive gear according to the embodiment generates a tooth end tooth shape of the external tooth 21 by using the first curve S1 appearing in both the excursion movement trajectories of the external tooth 21.
  • the first curve S1 represents the movement trajectory of both excursions located on the vertex A of the reference curve M1 among the movement trajectories of both excursions of the external tooth 21.
  • FIG. 5 is a graph in which the first curve S1 is arranged before expansion
  • FIG. 6 is a graph showing a second curve approximated to an approximate reference point of the second rising curve by expanding the first curve S1.
  • the first curve S1 is enlarged so that the first curve S1 approximates a certain reference point P arranged on the second similar curve AC. At this time, the first curve S1 is arranged to be symmetrical to the y-axis.
  • the first curve S1 is enlarged N times and approximated to the approximate reference point P to generate a second curve.
  • h and the N are set so that the tooth trajectory best approximates the external tooth shape by h.
  • the h and N change according to the approximate reference point P.
  • the approximate reference point P can be determined as the midpoint of an external tooth at an arbitrary position in the axial direction, which is a positive displacement.
  • the generated second curve is set as the tooth end tooth shape of the external tooth 21.
  • the third curve S3 is generated by enlarging the first curve S1 by N+1 times.
  • the generated third curve S3 is set as the tooth root tooth shape of the internal tooth 31.
  • a straight line L connecting the first similar curve BC and the third curve S3 is set as a straight tooth shape connecting the tooth root and the tooth end of the inner tooth 31.
  • the straight line L is set based on the preset pressure angle R straight line.
  • a straight line (D1) connecting the first intersection (D1) of the pressure line (R) straight line and the third curve (S3), and the second intersection (D2) of the pressure angle (R) straight line and the first similar curve (BC) ( L) can be made into a straight tooth shape connecting the tooth root and the tooth end of the inner tooth 31.
  • Such a linear tooth has an advantage of allowing contact with the movement trajectory of the outer tooth 21 or the inner tooth 31 with different amounts of deviation because the position is different in the axial direction.

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Abstract

본 발명은 무 편위 상태에서 외치의 내치에 대한 이동궤적을 나타내는 기준곡선을 상사변환한 제1 상사곡선과, 상기 제1 상사곡선을 상사변환하여 생성된 제2 상사곡선을 치형의 생성 기준으로 하는 하모닉 기어 장치에 있어서, 상기 기준곡선을 기준으로 하는 상기 외치의 양 편위 이동궤적 중 상기 기준곡선의 정점위에 위치한 양 편위 이동궤적이 나타내는 제1 곡선을 상기 제2 상사곡선 상에 배치된 근사 기준점에 근사되도록 확대하여 제2 곡선을 생성하고, 상기 제2 곡선을 외치의 이끝 치형으로 하는 하모닉 드라이브 기어를 제공할 수 있다.

Description

물림률이 향상된 하모닉 드라이브 기어
실시예는 3차원으로 물리는 하모닉 드라이브 기어에 관한 것으로, 외치와 내치의 접촉율을 높인 하모닉 드라이브 기어에 관한 것이다.
하모닉 드라이브는 웨이브 제너레이터(wave generator)와 플렉스 스플라인(flex spline)과 서큘러 스플라인(circular spline)을 포함한다. 웨이브 제너레이터는 타원형의 캠(cam)과 캠 주변에 배치되는 베어링을 포함할 수 있다. 플렉스 스플라인은 외측에 외치가 배치되고, 탄성 변형 가능한 소재로 이루어진다. 서큘러 스플라인은 플렉스 스플라인의 외측에 배치되며, 내치를 포함하고 단단한 소재로 이루어진다.
플렉스 스플라인은 웨이브 제너레이터에 연동하여 회전힌다. 플렉스 스플라인이 회전하면서 탄성 변형 함으로써, 플렉스 스플라인의 외치와 서큘러 스플라인의 내치가 맞물린다.
외치가 탄성 변형되기 때문에, 외치와 내치의 접촉각, 접촉면적 등은 감속동력의 전달에 큰 영향을 미친다. 외치와 내치의 접촉면적이 작고, 외치의 이끝과 내치의 이뿌리가 연속적으로 접촉하지 않으면, 정밀도와 토크가 떨어지는 문제점 있다. 외치의 이끝 부분과 내치의 이끝 부분은 연속적으로 물리도록 설계하고, 3차원 물림을 위하여 축 방향 위치에 따라 치의 높이를 조절하는데 이럴 경우 플렉스 스플라인의 변형이 커지는 부분의 물림율이 작아진다.
이에, 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플렉스 스플라인의 변형이 커지는 부분에서 외치의 이끝과 내치의 이뿌리가 연속적으로 접촉하도록하는 하모닉 드라이브 기어를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 실시예는, 무 편위 상태에서 외치의 내치에 대한 이동궤적을 나타내는 기준곡선을 상사변환한 제1 상사곡선과, 상기 제1 상사곡선을 상사변환하여 생성된 제2 상사곡선을 치형의 생성 기준으로 하는 하모닉 기어 장치에 있어서, 상기 기준곡선을 기준으로 하는 상기 외치의 양 편위 이동궤적 중 상기 기준곡선의 정점위에 위치한 양 편위 이동궤적이 나타내는 제1 곡선을 상기 제2 상사곡선 상에 배치된 근사 기준점에 근사되도록 확대하여 제2 곡선을 생성하고, 상기 제2 곡선을 외치의 이끝 치형으로 하는 하모닉 드라이브 기어를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 내치의 이뿌리 치형은 상기 제1 곡선을 확대하여 생성된 제3 곡선으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 곡선은 상기 제1 곡선을 N배 확대하여 생성하고, 상기 제3 곡선은 상기 제1 곡선을 (N+1)배 확대하여 생성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 곡선과 상기 제1 상사곡선은, 미리 설정된 압력각 직선과 상기 제3 곡선의 제1 교점과 상기 압력각 직선과 상기 제1 상사곡선의 제2 교점을 잇는 직선으로 연결되고, 상기 직선을 상기 내치의 이뿌리 치형과 상기 내치의 이끝 치형을 연결하는 직선치형으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 상사곡선은 상기 기준곡선의 끝점을 기준으로 λ(0< λ <1)배로 상사변환하여 생성되고, 상기 제2 상사곡선은 상기 제1 상사곡선의 끝점을 중심으로 상기 제1 상사곡선을 180°회전하여 (1-λ)/ λ배로 상사변화하여 생성될 수 있다.
바람직하게는, y축 기준으로, 상기 제2 곡선은 정점은 상기 기준곡선의 정점보다 원점에 가깝게 배치될 수 있다.
실시예에 따르면, 플렉스 스플라인의 변형이 커지는 부분에서 외치의 이끝과 내치의 이뿌리가 연속적으로 접촉하는 이점이 있다.
도 1은 실시예에 따른 하모닉 드라이브 기어를 도시한 도면,
도 2는 플렉스 스플라인의 측면도,
도 3은 외치와 내치가 맞물리는 과정에서 외치의 이동 궤적을 도시한 그래프,
도 4는 외치의 기본적인 치형을 설정하기 위한 제1 상사곡선과 제2 상사곡선을 도시한 그래프,
도 5는 확대 전 제1 곡선을 배치한 그래프,
도 6은 제1 곡선을 확대하여 제2 상승곡선의 근사 기준점에 근사시킨 제2 곡선을 나타낸 그래프,
도 7은 제1 곡선을 확대하여 생성된 제3 곡선을 나타낸 그래프,
도 8은 제1 상사곡선과 제3 곡선을 이어 형성하는 직선 치형을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 하모닉 드라이브 기어를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 하모닉 드라이브 기어는, 웨이브 제너레이터(10)와 플렉스 스플라인(20)과 서큘러 스플라인(30)을 포함한다. 플렉스 스플라인(20)은 웨이브 제너레이터(10)의 외측에 배치된다. 서큘러 스플라인(30)은 플렉스 스플라인(20)의 외측에 배치된다.
웨이브 제너레이터(10)는 캠부재(11)와 캠부재(11)의 외주에 볼베어링(12)이 조립된 부재로서, 전체적으로 타원 형상을 가질 수 있다. 볼베어링(12)의 내륜은 캠부재(11)에 고정되고, 외륜은 탄성 변형되도록 운동하여 웨이브 형태의 동력을 제공한다.
플렉스 스플라인(20)은 감속비를 결정하고 출력축에 동력을 전달하는 역할을 한다. 플렉스 스플라인(20)은 외치(21)와 바디(22)와 다이어프램(23)을 포함할 수 있다. 바디(22)는 원통형이며 탄성 변형 가능한 금속 소재로 이루어질 수 있다. 다이어프램(23)은 바디(22)의 일측에 배치되고 외치(21)는 바디(22)의 타측에 배치될 수 있다. 다이어프램(23)은 출력축과 연결된다. 외치(21)는 바디(22)의 외주에 배치된다. 외치(21)는 평기어(spur gear)일 수 있다.
이러한 플렉스 스플라인(20)은 웨이브 제너레이터(10)와 접촉하여 타원 형태로 탄성 변형된다.
서큘러 스플라인(30)은 링형상의 부재로서, 내주에 내치(31)가 배치된다. 내치(31)는 평기어(spur gear)일 수 있다. 내치(31)와 외치(21)가 맞눌리면서 감속비를 형성한다. 내치(31)의 개수는 외치(21)보다 많을 수 있다. 예를 들어, 내치(31)의 개수가 외치(21)의 개수의 2n배(n은 양의 정수)일 수 있다. 외치(21)는 타원 형상의 장축 방향의 양 단부에서 내치(31)와 맞물릴 수 있다. 서큘러 스플라인(30)은 플렉스 스플라인(20)과 달리 단단한 소재로 이루어질 수 있다.
도 2는 플렉스 스플라인(20)의 측면도이다.
도 2를 참조하면, 외치(21) 치형은 외치(21)의 중심면(21c)을 기준하여 규정될 수 있다. 여기서, 중심면(21c)은 축방향과 수직으로 볼베어링(12)의 중심을 지나가는 면일 수 있다.
도 3은 외치(21)와 내치(31)가 맞물리는 과정에서 외치(21)의 이동 궤적을 도시한 그래프이다. 이하, 도면에서, 외치(21)와 내치(31)의 상대운동을 랙(rack)으로 근사하였을 때, x축은, 랙의 병진방향이고, y축은 x축의 직각방향이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 3에서 도시한 M1은 편위 계수(k)가 1인 무편위 상태에서 외치(21)의 무 편위 이동궤적(M1)을 나타낸다. 이때, 무 편위 이동궤적은 외치(21)의 중심면(21c)에서 얻어지는 것이다.
플렉스 스플라인(20)이 웨이브 제너레이터(10)에 의해 타원형상으로 변형되면, 플렉스 스플라인(20)의 외치(21)의 림 중립원(rim-neutral circle)도 타원형상의 림 중립 곡선으로 변형된다.
여기서, 림 중립원이란, 웨이브 제너레이터(10)에 의해 타원형으로 휘어지기 전의 진원 상태의 외치(21)의 바닥(root part)부의 두께(림 두께)의 중앙을 지나는 면을 "중립면"이라 할 때, 중립면과 외치(21)의 중심면(21c)과의 교선(交線)이 그리는 원을 의미하며, "림 중립 곡선"이란, 림 중립원이 타원형상으로 휘어진 후의 곡선을 의미하고 있다.
편위 계수(k)란, 플렉스 스플라인(20)의 타원형상의 림 중립 곡선의 장축 위치에 있어서, 변형 전의 림 중립원에 대한 반경 방향의 휨 량을 w라 하고, 림 중립원의 반경을 파동 기어 장치의 감속비로 나눈 값을 표준 휨 량(w0)이라 할 때, 이들의 비율 (w/w0)을 나타낸다.
표준 휨 량이 얻어지는 경우를 "무 편위 휨"이라 부른다. 표준 휨 량보다 큰 휨 량(k＞1)이 얻어지는 경우를 "양 편위 휨"이라 부른다. 그리고, 표준 휨 량보다 작은 휨 량(k＜1)이 얻어지는 경우를 "음 편위 휨"이라 부르고 있다.
도 3의 M1은 무 편위 상태에서 외치(21)의 이동궤적이며, 이는 외치(21)의 중심면(21c)에서 얻어진다. 도 3의 M2는 양 편위 상태에서 외치(21)의 양 편위 이동궤적(M2)이며, 이는 중심면(21c)을 기준으로 외치(21)의 외측 단부(21a)에서 얻어진다. 그리고 도 3의 M3는 음 편위 상태에서 외치(21)의 음 편위 이동궤적(M3)이며, 중심면(21c)을 기준으로 외치(21)의 내측 단부(21b)에서 얻어진다.
도 4는 외치(21)의 기본적인 치형을 설정하기 위한 제1 상사곡선(BC)과 제2 상사곡선(AC)을 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제1 상사곡선(BC)은 무 편위 상태에서 외치(21)의 이동궤적을 타나내는 기준곡선(M1)을 상사변환하여 설정된다. 예를 들어, 기준곡선(M1)의 바닥점을 상사 중심으로 하여, 기준곡선(M1)을 λ(0< λ <1)배(도 4의 경우 λ=0.5) 상사변환하여 제1 상사곡선(BC)을 생성한다.
제2 상사곡선(AC)은 제1 상사곡선(BC)을 상사변환하여 설정된다. 예를 들어, 제2 상사곡선(AC)은 제1 상사곡선(BC)의 끝점(C)을 중심으로 하여, 제1 상사곡선(BC)을 180° 회전시키고, 끝점(C)을 중심으로 하여 (1-λ)/ λ배 상사변환하여 제2 상사곡선(AC)을 생성한다.
실시예에 따른 하모닉 드라이브 기어는, 외치(21)의 양 편위 이동궤적에서 나타나는 제1 곡선(S1)을 이용하여 외치(21)의 이끝 치형을 생성한다.
제1 곡선(S1)은, 외치(21)의 양 편위 이동궤적 중 기준곡선(M1)의 정점(A)위에 위치한 양 편위 이동궤적을 나타낸다.
도 5는 확대 전 제1 곡선(S1)을 배치한 그래프이고, 도 6은 제1 곡선(S1)을 확대하여 제2 상승곡선의 근사 기준점에 근사시킨 제2 곡선을 나타낸 그래프이다.
제1 곡선(S1)이 제2 상사곡선(AC)에 배치된 어느 근사 기준점(P)에 근사하도록, 제1 곡선(S1)을 확대한다. 이때, 제1 곡선(S1)은 y축에 대칭이 되도록 배치된다. 제1 곡선(S1)을 N배확대하여 근사 기준점(P)에 근사시켜 제2 곡선을 생성한다. 제2 곡선의 정점은 기준곡선(M1)의 정점과 비교할 때, y축 기준으로 h만큼 하향 이동하여 위치한다.이때, 치궤적이 외치 치형을 가장 잘 근사하도록 상기 h와 상기 N을 설정한다. 상기 h와 N은 근사 기준점(P)에 따라 변한다. 근사 기준점(P)은 양변위인 축방향 임의의 위치의 외치의 중간점으로 결정할 수 있다.
생성된 제2 곡선을 외치(21)의 이끝 치형으로 설정한다.
도 7은 제1 곡선(S1)을 확대하여 생성된 제3 곡선(S3)을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 제3 곡선(S3)은 제1 곡선(S1)을 N+1배 확대하여 생성한다. 생성된 제3 곡선(S3)은 내치(31)의 이뿌리 치형으로 설정한다. 외치(21)의 이끝 치형에 해당하는 제2 곡선(S2)을 근사 기준점(P)에 근사하기 위한 제1 곡선(S1)의 배수가 결정되면, 결정된 배수에 1을 더하여 제1 곡선(S1)을 확대하여 외치(21)의 이끝과 맞물리는 내치(31)의 이뿌리 치형에 해당하는 제3 곡선(S3)을 생성함으로써, 외치(21)와 내치(31)가 연속적으로 물리게 하는 이점이 있다.
도 8은 제1 상사곡선(BC)과 제3 곡선(S3)을 이어 형성하는 직선 치형을 도시한 그래프이다,
도 8을 참조하면, 제1 상사곡선(BC)과 제3 곡선(S3)을 잇는 직선(L)을 내치(31)의 이뿌리와 이끝을 연결하는 직선 치형으로 설정한다. 직선(L)은 미리 설정된 압력각(R) 직선에 기초하여 설정된다. 예를 들어, 압력선(R) 직선과 제3 곡선(S3)의 제1 교점(D1)과, 압력각(R) 직선과 제1 상사곡선(BC)의 제2 교점(D2)을 잇는 직선(L)을 내치(31)의 이뿌리와 이끝을 연결하는 직선 치형으로 할 수 있다. 이와 같은 직선 치형은 축방향으로 위치가 달라 편위량이 다른 외치(21) 또는 내치(31)의 이동궤적에도 접촉이 가능하게 하는 이점이 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 하모닉 드라이브 기어에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 무 편위 상태에서 외치의 내치에 대한 이동궤적을 나타내는 기준곡선을 상사변환한 제1 상사곡선과, 상기 제1 상사곡선을 상사변환하여 생성된 제2 상사곡선을 치형의 생성 기준으로 하는 하모닉 기어 장치에 있어서,
    상기 기준곡선을 기준으로 하는 상기 외치의 양 편위 이동궤적 중 상기 기준곡선의 정점 위에 위치한 양 편위 이동궤적이 나타내는 제1 곡선을 상기 제2 상사곡선 상에 배치된 임의의 근사 기준점에 근사되도록 확대하여 제2 곡선을 생성하고,
    상기 제2 곡선을 외치의 이끝 치형으로 하는 하모닉 드라이브 기어.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 내치의 이뿌리 치형은 상기 제1 곡선을 확대하여 생성된 제3 곡선으로 하는 하모닉 드라이브 기어.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 곡선은 상기 제1 곡선을 N배 확대하여 생성하고,
    상기 제3 곡선은 상기 제1 곡선을 (N+1)배 확대하여 생성하는 하모닉 드라이브 기어.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 곡선과 상기 제1 상사곡선은, 미리 설정된 압력각 직선과 상기 제3 곡선의 제1 교점과 상기 압력각 직선과 상기 제1 상사곡선의 제2 교점을 잇는 직선으로 연결되고,
    상기 직선을 상기 내치의 이뿌리 치형과 상기 내치의 이끝 치형을 연결하는 직선치형으로 하는 하모닉 드라이브 기어.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 상사곡선은 상기 기준곡선의 끝점을 기준으로 λ(0< λ <1)배로 상사변환하여 생성되고,
    상기 제2 상사곡선은 상기 제1 상사곡선의 끝점을 중심으로 상기 제1 상사곡선을 180°회전하여 (1-λ)/ λ배로 상사변화하여 생성되는 하모닉 드라이브 기어.
  6. 제1 항에 있어서
    y축 기준으로, 상기 제2 곡선은 정점은 상기 기준곡선의 정점보다 원점에 가깝게 배치되는 하모닉 드라이브 기어.
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