WO2022114773A1 - 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법 - Google Patents

변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법 Download PDF

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WO2022114773A1
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WO
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gear
theoretical
circle radius
external gear
design
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오종선
강철용
조수봉
김재승
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주식회사 디아이씨
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Definitions

  • the present invention relates to a method for designing a tooth shape of a cycloidal gear in a shift actuator device used in a vehicle or the like.
  • FIG. 1 is a plan view showing the meshing range of the internal gear and the external gear when the design eccentricity of the external gear in the cycloidal gear of the conventional shift actuator is equal to the theoretical eccentricity
  • FIG. 2 is the design of the external gear in the cycloidal gear of the conventional shift actuator. This is a plan view showing the meshing range between the internal gear and the external gear, in which the eccentricity is set to be larger than the theoretical eccentricity.
  • the design eccentricity (e1) of the eccentric part is designed to be larger than the theoretical eccentricity (e) to narrow the meshing range of the cycloid gears, thereby reducing the shear loss of the rotational force. there was.
  • the shape of the outer tooth rolling circle of the external gear 20 using an arbitrary formula is designed to have a height lower than the epicycloid curve, and the tooth outer diameter rolling circle and the internal tooth of the external gear 20 are designed to be lower than the epicycloid curve.
  • the present invention has been devised to solve the problems described above, and an object of the present invention is to take the backlash by changing the rolling circle radius of the internal gear or external gear tooth shape of the cycloid gear, so that the meshing range of the internal gear and the external gear It is to provide a cycloidal gear tooth design method of a variable speed actuator that has excellent durability and can reduce power loss.
  • the cycloidal gear tooth shape design method of the variable speed actuator of the present invention for achieving the above object is the internal gear of the cycloidal gear of the variable speed actuator in which an external gear is provided inside the internal gear, and the internal gear and the external gear are engaged with each other and rotated
  • the design pitch circle radius (Ri1) of the external gear is obtained by subtracting a preset backlash (x) from the theoretical pitch circle radius (Ri) of the external gear
  • the design of the external gear The design rolling circle radius ri1 of the external gear can be obtained using the pitch circle radius Ri1.
  • the design rolling circle radius ri1 of the external gear may be smaller than the theoretical rolling circle radius ri of the external gear.
  • the internal gear may be designed with a theoretical pitch circle radius (Ro) and a theoretical rolling circle radius (ro).
  • eccentricity of the external gear may be designed to be the same as the theoretical eccentricity (e).
  • the design clearance amount (T1) which is an interval between the outer diameter of the rolling circle of the internal gear and the outer diameter of the rolling circle of the external gear, may be greater than the theoretical clearance amount (T).
  • the method of designing the tooth shape of the cycloid gear of the variable speed actuator of the present invention is a method of designing the tooth shape of the cycloid gear of the variable speed actuator in which an external gear is provided inside the internal gear, and the internal gear and the external gear are rotated by meshing with each other.
  • the design pitch circle radius (Ro1) of the internal gear is obtained by adding a preset backlash (x) to the theoretical pitch circle radius (Ro) of the internal gear, and the design pitch circle radius (Ro1) of the internal gear is used
  • the design rolling circle radius (ro1) of the internal gear can be obtained.
  • design rolling circle radius (ro1) of the internal gear may be greater than the theoretical rolling circle radius (ro) of the internal gear.
  • the external gear may be designed with a theoretical pitch circle radius (Ri) and a theoretical rolling circle radius (ri).
  • eccentricity of the external gear may be designed to be the same as the theoretical eccentricity (e).
  • the design clearance amount (T1) which is an interval between the outer diameter of the rolling circle of the internal gear and the outer diameter of the rolling circle of the external gear, may be greater than the theoretical clearance amount (T).
  • the cycloid gear of the shift actuator of the present invention may be manufactured by the cycloid gear tooth shape design method of the shift actuator, so that there is a preset backlash between the internal gear and the external gear.
  • the shift actuator of the present invention may include a cycloid gear of the shift actuator, and may include an input shaft coupled to any one of the internal gear and the external gear and an output shaft coupled to the other one.
  • the cycloidal gear tooth design method of the variable speed actuator of the present invention has the advantage that smooth meshing of the internal gear and the external gear is possible, the meshing range between the internal gear and the external gear is reduced, the durability is excellent, and the power loss can be reduced.
  • the shape of the gear can be machined using the general cycloid gear machining method, making it easy to manufacture and improve machining precision.
  • 1 is a plan view showing the meshing range of the internal gear and the external gear when the design eccentricity of the external gear in the cycloid gear of the conventional shift actuator is equal to the theoretical eccentricity.
  • Figure 2 is a plan view showing the meshing range of the external gear and the internal gear set larger than the theoretical eccentricity of the design eccentricity of the external gear in the cycloidal gear of the conventional shift actuator.
  • 3A and 3B are plan cross-sectional views illustrating a cycloid gear to which an arbitrary formula is applied to a tooth shape design of an external gear in a cycloid gear of a conventional speed change actuator.
  • 5A and 5B are plan views showing a cycloid gear designed by applying a basic formula (theoretical formula) of a cycloid gear of a conventional shift actuator.
  • 6, 7A, and 7B are plan views illustrating a cycloid gear designed by applying a tooth shape design method of a cycloid gear of a speed change actuator according to an embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are plan views showing a cycloid gear designed by applying a basic formula (theoretical formula) of a cycloid gear of a conventional shift actuator.
  • the basic formula (theoretical formula) for designing the tooth shape of the cycloid gear of the conventional shift actuator is as follows.
  • the cycloid gear designed by applying the basic formula (theoretical formula) of the cycloid gear of the conventional shift actuator is provided with an external gear 20 inside the internal gear 10, and the internal gear 10 It is designed so that the center of the external gear 20 is eccentric by the theoretical amount of eccentricity (e) to one side from the center of the. And in a state where the distance between the internal gear 10 and the external gear 20 is close, the teeth of the gears have a specific theoretical clearance amount T and are spaced apart from each other by a specific angular range (gear engagement range) so that they can be rotated.
  • the distance between the internal gear 10 and the external gear 20 is farther away, the teeth of the gears are in a state in which they are spaced apart with a specific theoretical clearance amount (T), and may be in a state in which they do not mesh with each other.
  • T specific theoretical clearance amount
  • 6, 7A and 7B are plan views illustrating a cycloid gear designed by applying the tooth shape design method of the cycloid gear of the shift actuator according to an embodiment of the present invention.
  • the formula for designing the tooth shape of the cycloidal gear of the shift actuator according to an embodiment of the present invention is as follows.
  • the internal gear 100 may be designed with a theoretical pitch circle radius (Ro) and a theoretical rolling circle radius (ro), and an external gear ( 200) may be designed to be the same as the theoretical eccentricity e1.
  • the cycloid gear designed by applying the tooth shape design method of the cycloid gear of the shift actuator of the present invention is provided with an external gear 200 on the inside of the internal gear 100, and the The center of the external gear 200 from the center may be designed to be eccentric by the theoretical eccentricity (e) to one side.
  • the teeth of the gears have a specific design gap T1 and are spaced apart from each other by a specific angular range (gear engagement range) so that they can be rotated
  • the teeth of the gears have a specific design gap T1 and are spaced apart from each other, and may not be engaged with each other.
  • the gear meshing range of the present invention is significantly reduced than the gear meshing range of the cycloid gear designed by applying the basic formula.
  • the design pitch circle radius (Ri1) of the external gear is designed to be smaller than the theoretical pitch circle radius (Ri) of the external gear. And accordingly, the design rolling circle radius (ri1) of the external gear becomes smaller than the theoretical rolling circle radius (ri) of the external gear. That is, the present invention applies the backlash to form the pitch circle radius of the external gear 200 smaller than the theoretical value so that the design rolling circle radius ri1 of the external gear is formed smaller than the theoretical value, and the tooth surface of the gears by the amount of backlash It is possible to design a cycloidal gear with excellent durability and high efficiency (reducing power loss) by maintaining an oil film between them.
  • the shape of the gear can be machined using a general cycloid gear processing method. There is this.
  • the cycloid gear designed by applying the tooth shape design method of the cycloid gear of the variable speed actuator of the present invention has a design rolling circle radius (ri1) of the external gear formed smaller than the theoretical value, so the internal gear 100
  • the design clearance amount (T1) which is an interval between the outer diameter of the rolling circle of the outer gear 200 and the outer diameter of the rolling circle of the external gear 200, may be formed to be larger than the theoretical clearance amount (T).
  • the external gear 200 may be designed with a theoretical pitch circle radius (Ri) and a theoretical rolling circle radius (ri), and the external gear ( 200) may be designed to be the same as the theoretical eccentricity e1.
  • the cycloid gear designed by applying the tooth shape design method of the cycloid gear of the shift actuator of the present invention is provided with an external gear 200 on the inside of the internal gear 100, and the The center of the external gear 200 from the center may be designed to be eccentric by the theoretical eccentricity (e) to one side.
  • the teeth of the gears have a specific design gap T1 and are spaced apart from each other by a specific angular range (gear engagement range) so that they can be rotated
  • the teeth of the gears have a specific design clearance amount T1 and are spaced apart from each other, and may be in a state in which they are not meshed with each other.
  • the gear meshing range of the present invention is significantly reduced than the gear meshing range of the cycloid gear designed by applying the basic formula.
  • the design pitch circle radius Ro1 of the internal gear is designed to be larger than the theoretical pitch circle radius Ro of the internal gear.
  • the design rolling circle radius (ro1) of the internal gear becomes larger than the theoretical rolling circle radius (ro) of the internal gear. That is, the present invention applies the backlash to make the pitch circle radius of the internal gear 100 larger than the theoretical value, so that the design rolling circle radius (ro1) of the internal gear is formed larger than the theoretical value, so that the tooth surface of the gears by the amount of backlash It is possible to design a cycloidal gear with excellent durability and high efficiency (reducing power loss) by maintaining an oil film between them.
  • the shape of the gear can be machined using a general cycloid gear processing method. There is this.
  • the design rolling circle radius (ro1) of the internal gear is formed larger than the theoretical value, so the internal gear 100 ), the design clearance amount T1, which is the interval between the outer diameter of the rolling circle of the external gear 200 and the outer diameter of the rolling circle of the external gear 200, may be formed to be larger than the theoretical clearance amount T.
  • an oil film can be maintained in the gap between the tooth surfaces of the internal gear 100 and the external gear 200, and the contact area between the tooth surfaces of the gears is reduced, thereby reducing power loss while providing excellent durability.
  • the cycloid gear of the shift actuator of the present invention is manufactured after being designed by the cycloid gear tooth shape design method of the shift actuator as described above, and is formed so that there is a preset backlash between the internal gear 100 and the external gear 200.
  • the shift actuator of the present invention may include the cycloid gear described above, and may include an input shaft coupled to any one of the internal gear 100 or the external gear 200 and an output shaft coupled to the other.

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Abstract

본 발명은 사이클로이드 기어의 내치기어 또는 외치기어 치형의 구름원 반경 변경을 통해 백래시를 가져가도록 설계함으로서, 내치기어와 외치기어의 매끄러운 맞물림이 가능하고 내치기어와 외치기어의 맞물림 범위가 줄어들어 내구성이 우수하며 동력 손실을 줄일 수 있으며, 일반적인 사이클로이드 기어 가공 방식을 이용해 기어의 형상을 가공할 수 있으므로 제작이 용이하고 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법에 관한 것이다.

Description

변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법
본 발명은 자동차 등에 사용되는 변속 액추에이터 장치에서 사이클로이드 기어의 치형 설계 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사이클로이드 기어의 이론적인 설계 방법은 내치기어와 외치기어의 제로 백래시를 기준으로 설계하므로, 정밀한 가공이 수반되지 않으면 사이클로이드 기어의 원활한 구동이 되지 않음은 물론이며 소음 및 내구 수명에 악영향을 가져옴으로 정밀한 가공이 필요하다.
도 1은 종래의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어에서 외치기어의 설계 편심량이 이론 편심량과 같을 때 내치기어와 외치기어의 맞물림 범위를 나타낸 평면도이며, 도 2는 종래의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어에서 외치기어의 설계 편심량이 이론 편심량보다 크게 설정된 내치기어와 외치기어의 맞물림 범위를 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이를 해결하기 위해 종래에는 자동차용 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어를 설계함에 있어서, 도 2와 같이 사이클로이드 기어들의 매끄러운 맞물림 회전을 위해 내치기어(10)에 맞물려 회전되는 외치기어(20)의 편심부의 설계 편심량(e1)을 이론 편심량(e) 보다 크게 설계하여 사이클로이드 기어들의 맞물림 범위를 좁힘으로서 회전력의 전단 손실을 작게 함으로써 동력 전달 효율의 저하를 억제 가능한 설계 방법을 적용한 기술이 있었다.
또는 종래에는 도 3a 및 도 3b와 같이 임의의 수식을 이용한 외치기어(20)의 치 외경 구름원의 형상을 에피사이클로이드 곡선보다 높이가 낮게 설계하여, 외치기어(20)의 치 외경 구름원과 내치기어(10)의 치 내경 구름원이 서로 정확하게 맞물리지 않게 형성하여 사이클로이드 기어들의 접촉을 억제함으로써 동력 전달 효율의 저하를 억제 가능한 설계 방법을 적용한 기술이 있었다.
그러나 종래기술과 같이 편심량의 변경 또는 외치기어의 임의의 수식을 적용한 외치기어 외경 형상 변경을 통해 동력 전달 효율을 높일 수는 있으나, 사이클로이드 기어의 일반적인 구름원 설계에 벗어난 설계이므로 일반적인 사이클로이드 기어 가공 방식을 이용해 호 형상이 아닌 임의의 외치기어 형상을 가공해야 한다. 그러므로 원하는 가공 정밀도를 얻기 어려워 가공 정밀도가 떨어지므로 가공 정밀도 저하로 인해 작동 시 소음이 증가하고 내구 수명이 저하될 수 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
1) JP 2005-076716 A (2005.03.24.)
2) JP 2016-065579 A (2016.04.28.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 사이클로이드 기어의 내치기어 또는 외치기어 치형의 구름원 반경 변경을 통해 백래시를 가져감으로써 내치기어와 외치기어의 맞물림 범위를 좁혀서, 내구성이 우수하며 동력 손실을 줄일 수 있는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법은, 내치기어의 내부에 외치기어가 구비되고, 상기 내치기어와 외치기어가 서로 맞물려 회전되는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 내치기어 및 외치기어 치형을 설계하는 방법에 있어서, 상기 외치기어의 이론 피치원 반지름(Ri)에서 미리 설정된 백래시(x)를 빼서 상기 외치기어의 설계 피치원 반지름(Ri1)을 구하고, 상기 외치기어의 설계 피치원 반지름(Ri1)을 이용해 상기 외치기어의 설계 구름원 반지름(ri1)을 구할 수 있다.
또한, 상기 외치기어의 설계 구름원 반지름(ri1)은 상기 외치기어의 이론 구름원 반지름(ri)보다 작을 수 있다.
또한, 상기 내치기어는 이론 피치원 반지름(Ro) 및 이론 구름원 반지름(ro)으로 설계될 수 있다.
또한, 상기 외치기어의 편심량은 이론 편심량(e)과 동일하게 설계될 수 있다.
또한, 상기 내치기어의 구름원 외경과 외치기어의 구름원 외경 사이의 간격인 설계 틈새량(T1)은 이론 틈새량(T)보다 클 수 있다.
그리고 본 발명의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법은, 내치기어의 내부에 외치기어가 구비되고, 상기 내치기어와 외치기어가 서로 맞물려 회전되는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 내치기어 및 외치기어 치형을 설계하는 방법에 있어서, 상기 내치기어의 이론 피치원 반지름(Ro)에 미리 설정된 백래시(x)를 더하여 상기 내치기어의 설계 피치원 반지름(Ro1)을 구하고, 상기 내치기어의 설계 피치원 반지름(Ro1)을 이용해 상기 내치기어의 설계 구름원 반지름(ro1)을 구할 수 있다.
또한, 상기 내치기어의 설계 구름원 반지름(ro1)은 상기 내치기어의 이론 구름원 반지름(ro)보다 클 수 있다.
또한, 상기 외치기어는 이론 피치원 반지름(Ri) 및 이론 구름원 반지름(ri)으로 설계될 수 있다.
또한, 상기 외치기어의 편심량은 이론 편심량(e)과 동일하게 설계될 수 있다.
또한, 상기 내치기어의 구름원 외경과 외치기어의 구름원 외경 사이의 간격인 설계 틈새량(T1)은 이론 틈새량(T)보다 클 수 있다.
또한, 본 발명의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어는 상기 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법에 의해 제조되어, 상기 내치기어와 외치기어 간에 미리 설정된 백래시가 있도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 변속 액추에이터는 상기 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어를 포함하며, 상기 내치기어 및 외치기어 중 어느 하나에 결합된 입력축 및 다른 하나에 결합된 출력축을 포함할 수 있다.
본 발명의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법은, 내치기어와 외치기어의 매끄러운 맞물림이 가능하고 내치기어와 외치기어의 맞물림 범위가 줄어들어 내구성이 우수하며 동력 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 사이클로이드 기어의 내치기어 또는 외치기어 치형의 구름원 반경 변경을 통해 백래시를 가져가도록 설계되므로, 일반적인 사이클로이드 기어 가공 방식을 이용해 기어의 형상을 가공할 수 있으므로 제작이 용이하고 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어에서 외치기어의 설계 편심량이 이론 편심량과 같을 때 내치기어와 외치기어의 맞물림 범위를 나타낸 평면도이다.
도 2는 종래의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어에서 외치기어의 설계 편심량이 이론 편심량보다 크게 설정된 내치기어와 외치기어의 맞물림 범위를 나타낸 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 종래의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어에서 외치기어의 치형 설계에 임의의 수식을 적용한 사이클로이드 기어를 나타낸 평면 단면도이다.
도 4, 도 5a 및 도 5b는 종래의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 기본 수식(이론 수식)을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어를 나타낸 평면도이다.
도 6, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형 설계 방법을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어를 나타낸 평면도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 본 발명의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 4, 도 5a 및 도 5b는 종래의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 기본 수식(이론 수식)을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어를 나타낸 평면도이다.
우선, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 종래의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형을 설계하는 기본 수식(이론 수식)은 아래와 같다.
<수식 1> 내치기어의 이론 피치원 반지름(Ro) = {사이클로이드 모듈(M)×내치기어 잇수(No)}/2
<수식 2> 내치기어의 이론 구름원 반지름(ro) = {내치기어의 이론 피치원 반지름(Ro)/내치기어 잇수(No)}/2
<수식 3> 외치기어의 이론 피치원 반지름(Ri) = {사이클로이드 모듈(M)×외치기어 잇수(Ni)}/2
<수식 4> 외치기어의 이론 구름원 반지름(ri) = {외치기어의 이론 피치원 반지름(Ri)/외치기어 잇수(Ni)}/2
상기한 바와 같이 종래의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 기본 수식(이론 수식)을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어는, 내치기어(10)의 내측에 외치기어(20)가 구비되어 있고, 내치기어(10)의 중심으로부터 외치기어(20)의 중심이 일측으로 이론 편심량(e)만큼 편심되어 있도록 설계된다. 그리고 내치기어(10)와 외치기어(20)간의 거리가 가까운쪽에서 기어들의 치형들이 특정한 이론 틈새량(T)을 갖고 이격되어 있는 상태로 특정한 각도범위만큼(기어 물림 범위) 서로 맞물려 회전될 수 있도록 구성되며, 내치기어(10)와 외치기어(20) 간의 거리가 먼쪽에서는 기어들의 치형들이 특정한 이론 틈새량(T)을 갖고 이격되어 있는 상태이며 서로 맞물리지 않은 상태가 될 수 있다.
그리고 도 6, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형 설계 방법을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어를 나타낸 평면도이다.
도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형을 설계하는 수식은 아래와 같다.
<수식 5> 외치기어의 설계 피치원 반지름(Ri1) = {사이클로이드 모듈(M)×외치기어 잇수(Ni)}/2 － 백래시(x)
<수식 6> 외치기어의 설계 구름원 반지름(ri1) = {외치기어의 설계 피치원 반지름(Ri1)/외치기어 잇수(Ni)}/2
여기에서 본 발명의 일실시예에 따른 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형 설계방법에서 내치기어(100)는 이론 피치원 반지름(Ro) 및 이론 구름원 반지름(ro)으로 설계될 수 있으며, 외치기어(200)의 편심량(e1)은 이론 편심량(e)과 동일하게 설계될 수 있다.
그리하여 상기한 바와 같이 본 발명의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형 설계방법을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어는, 내치기어(100)의 내측에 외치기어(200)가 구비되어 있고, 내치기어(100)의 중심으로부터 외치기어(200)의 중심이 일측으로 이론 편심량(e) 만큼 편심되어 있도록 설계될 수 있다. 그리고 내치기어(100)와 외치기어(200)간의 거리가 가까운쪽에서 기어들의 치형들이 특정한 설계 틈새량(T1)을 갖고 이격되어 있는 상태로 특정한 각도범위만큼(기어 물림 범위) 서로 맞물려 회전될 수 있도록 구성되며, 내치기어(100)와 외치기어(200) 간의 거리가 먼쪽에서는 기어들의 치형들이 특정한 설계 틈새량(T1)을 갖고 이격되어 있는 상태이며 서로 맞물리지 않은 상태가 될 수 있다. 이때, 도시된 바와 같이 본 발명의 기어 물림 범위는 기본 수식을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어의 기어 물림 범위보다 현저하게 줄어든 것을 알 수 있다.
여기에서 본 발명에 따른 외치기어(200)는 미리 설정된 백래시값(x)이 적용되어 있으므로, 외치기어의 설계 피치원 반지름(Ri1)이 외치기어의 이론 피치원 반지름(Ri)보다 작게 설계된다. 그리고 이에 따라 외치기어의 설계 구름원 반지름(ri1)이 외치기어의 이론 구름원 반지름(ri)보다 작아지게 된다. 즉, 본 발명은 백래시를 적용하여 외치기어(200)의 피치원 반지름을 이론값보다 작게 형성함으로써 외치기어의 설계 구름원 반지름(ri1)이 이론값보다 작게 형성되도록 하여, 백래시량만큼 기어들의 치면 사이에 유막을 유지할 수 있어 내구성이 우수하면서도 효율성이 높은(동력 손실이 감소) 사이클로이드 기어를 설계할 수 있다. 또한, 사이클로이드 곡선 형태에서 임의로 변형된 형태가 아니라 이론적인 사이클로이드 곡선 형태로 외치기어가 설계되므로, 일반적인 사이클로이드 기어 가공 방식을 이용해 기어의 형상을 가공할 수 있으므로 제작이 용이하고 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 도시된 바와 같이 본 발명의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형 설계방법을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어는, 외치기어의 설계 구름원 반지름(ri1)이 이론값보다 작게 형성되므로, 내치기어(100)의 구름원 외경과 외치기어(200)의 구름원 외경 사이의 간격인 설계 틈새량(T1)이 이론 틈새량(T)보다 크게 형성될 수 있다. 그리하여 내치기어(100)와 외치기어(200)의 치면 사이의 틈새에 유막을 유지할 수 있고 기어들의 치면간 접촉 면적이 줄어들어 내구성이 우수하면서도 동력 손실을 줄일 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형을 설계하는 수식은 아래와 같다.
<수식 7> 내치기어의 설계 피치원 반지름(Ro1) = {사이클로이드 모듈(M)×내치기어 잇수(No)}/2 + 백래시(x)
<수식 8> 내치기어의 설계 구름원 반지름(ro1) = {내치기어의 설계 피치원 반지름(Ro1)/내치기어 잇수(No)}/2
여기에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형 설계방법에서 외치기어(200)는 이론 피치원 반지름(Ri) 및 이론 구름원 반지름(ri)으로 설계될 수 있으며, 외치기어(200)의 편심량(e1)은 이론 편심량(e)과 동일하게 설계될 수 있다.
그리하여 상기한 바와 같이 본 발명의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형 설계방법을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어는, 내치기어(100)의 내측에 외치기어(200)가 구비되어 있고, 내치기어(100)의 중심으로부터 외치기어(200)의 중심이 일측으로 이론 편심량(e) 만큼 편심되어 있도록 설계될 수 있다. 그리고 내치기어(100)와 외치기어(200)간의 거리가 가까운쪽에서 기어들의 치형들이 특정한 설계 틈새량(T1)을 갖고 이격되어 있는 상태로 특정한 각도범위만큼(기어 물림 범위) 서로 맞물려 회전될 수 있도록 구성되며, 내치기어(100)와 외치기어(200)간의 거리가 먼쪽에서는 기어들의 치형들이 특정한 설계 틈새량(T1)을 갖고 이격되어 있는 상태이며 서로 맞물리지 않은 상태가 될 수 있다. 이때에도, 본 발명의 기어 물림 범위는 기본 수식을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어의 기어 물림 범위보다 현저하게 줄어들게 된다.
여기에서 본 발명에 따른 내치기어(100)는 미리 설정된 백래시값(x)이 적용되어 있으므로, 내치기어의 설계 피치원 반지름(Ro1)이 내치기어의 이론 피치원 반지름(Ro)보다 크게 설계된다. 그리고 이에 따라 내치기어의 설계 구름원 반지름(ro1)이 내치기어의 이론 구름원 반지름(ro)보다 커지게 된다. 즉, 본 발명은 백래시를 적용하여 내치기어(100)의 피치원 반지름을 이론값보다 크게 형성함으로써 내치기어의 설계 구름원 반지름(ro1)이 이론값보다 크게 형성되도록 하여, 백래시량만큼 기어들의 치면 사이에 유막을 유지할 수 있어 내구성이 우수하면서도 효율성이 높은(동력 손실이 감소) 사이클로이드 기어를 설계할 수 있다. 또한, 사이클로이드 곡선 형태에서 임의로 변형된 형태가 아니라 이론적인 사이클로이드 곡선 형태로 외치기어가 설계되므로, 일반적인 사이클로이드 기어 가공 방식을 이용해 기어의 형상을 가공할 수 있으므로 제작이 용이하고 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 치형 설계방법을 적용하여 설계한 사이클로이드 기어는, 내치기어의 설계 구름원 반지름(ro1)이 이론값보다 크게 형성되므로, 내치기어(100)의 구름원 외경과 외치기어(200)의 구름원 외경 사이의 간격인 설계 틈새량(T1)이 이론 틈새량(T)보다 크게 형성될 수 있다. 그리하여 내치기어(100)와 외치기어(200)의 치면 사이의 틈새에 유막을 유지할 수 있고 기어들의 치면간 접촉 면적이 줄어들어 내구성이 우수하면서도 동력 손실을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어는, 상기한 바와 같은 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법에 의해 설계된 후 제조되어, 내치기어(100)와 외치기어(200) 간에 미리 설정된 백래시가 있도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 변속 액추에이터는 상기한 사이클로이드 기어를 포함하며, 내치기어(100) 또는 외치기어(200) 중 어느 하나에 결합된 입력축 및 다른 하나에 결합된 출력축을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
[부호의 설명]
100 : 내치기어, 200 : 외치기어
Ro : 내치기어의 이론 피치원 반지름
ro : 내치기어의 이론 구름원 반지름
Ro1 : 내치기어의 설계 피치원 반지름
ro1 : 내치기어의 설계 구름원 반지름
Ri : 외치기어의 이론 피치원 반지름
ri : 외치기어의 이론 구름원 반지름
Ri1 : 외치기어의 설계 피치원 반지름
ri1 : 외치기어의 설계 구름원 반지름

Claims (12)

  1. 내치기어의 내부에 외치기어가 구비되고, 상기 내치기어와 외치기어가 서로 맞물려 회전되는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 내치기어 및 외치기어 치형을 설계하는 방법에 있어서,
    상기 외치기어의 이론 피치원 반지름(Ri)에서 미리 설정된 백래시(x)를 빼서 상기 외치기어의 설계 피치원 반지름(Ri1)을 구하고, 상기 외치기어의 설계 피치원 반지름(Ri1)을 이용해 상기 외치기어의 설계 구름원 반지름(ri1)을 구하는 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외치기어의 설계 구름원 반지름(ri1)은 상기 외치기어의 이론 구름원 반지름(ri)보다 작은 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내치기어는 이론 피치원 반지름(Ro) 및 이론 구름원 반지름(ro)으로 설계되는 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외치기어의 편심량은 이론 편심량(e)과 동일하게 설계되는 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내치기어의 구름원 외경과 외치기어의 구름원 외경 사이의 간격인 설계 틈새량(T1)은 이론 틈새량(T)보다 큰 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  6. 내치기어의 내부에 외치기어가 구비되고, 상기 내치기어와 외치기어가 서로 맞물려 회전되는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어의 내치기어 및 외치기어 치형을 설계하는 방법에 있어서,
    상기 내치기어의 이론 피치원 반지름(Ro)에 미리 설정된 백래시(x)를 더하여 상기 내치기어의 설계 피치원 반지름(Ro1)을 구하고, 상기 내치기어의 설계 피치원 반지름(Ro1)을 이용해 상기 내치기어의 설계 구름원 반지름(ro1)을 구하는 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내치기어의 설계 구름원 반지름(ro1)은 상기 내치기어의 이론 구름원 반지름(ro)보다 큰 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 외치기어는 이론 피치원 반지름(Ri) 및 이론 구름원 반지름(ri)으로 설계되는 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 외치기어의 편심량은 이론 편심량(e)과 동일하게 설계되는 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 내치기어의 구름원 외경과 외치기어의 구름원 외경 사이의 간격인 설계 틈새량(T1)은 이론 틈새량(T)보다 큰 것을 특징으로 하는 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어 치형 설계 방법에 의해 제조되어,
    상기 내치기어와 외치기어 간에 미리 설정된 백래시가 있도록 형성된 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어.
  12. 제11항의 변속 액추에이터의 사이클로이드 기어를 포함하며,
    상기 내치기어 및 외치기어 중 어느 하나에 결합된 입력축 및 다른 하나에 결합된 출력축을 포함한 변속 액추에이터.
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