KR101164644B1 - 중공형 싸이클로이드 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부 공간부를 갖는 인풋 기어와 인풋 기어 잇수보다 작은 기엇 잇수를 갖는 스퍼기어를 이용하여 1차 증속시키고, 싸이클로이드 기어를 통해 2차 감속시키는 구조로 구성하여 원하는 감속비율로 감속시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 중공형 싸이클로이드 감속기에 관한 것으로,
내부에 공간부를 갖는 원통형으로 이루어지고 외주연에 기어가 형성되어 이루어지며 외부 구동모터의 동력에 의해서 회전되는 동력 전달용 인풋 기어부와; 상기 동력전달용 인풋 기어부의 기어에 기어 결합하되, 외주연에 동력전달용 기어부에 비해서 더 적은 갯수의 기어가 구비되어 동력전달용 기어부의 기어에 맞물려 회전하면서 동력전달용 인풋 기어부의 구동속도를 1차 증가시키는 스퍼 기어부와; 상기 스퍼 기어부의 중심에 축 결합되며 몸체에 다단 편심캠이 형성되어 이루어지며 스퍼 기어부의 회전에 상응하여 회전이 이루어지는 크랭크 샤프트와; 내측에 결합홀을 형성하고 외측에 기어를 형성하여 상기 크랭크 샤프트를 내측에 결합하되 편심캠의 회전작용으로 편심캠의 회전속도보다 저감된 속도로 회전하는 싸이클로이드 디스크와; 상기 싸이클로이드 디스크의 외측기어가 결합되는 링기어를 설치하여 동력전달용 인풋 기어부의 구동속도를 2차 감속시키는 링기어부를 포함하여 이루어짐이 특징이다.

Description

중공형 싸이클로이드 감속기{A Reduction Gear of Cycloid}

본 발명은 중공형 싸이클로이드 감속기에 관한 것으로, 특히 내부 공간부를 갖는 인풋 기어와 인풋 기어 잇수보다 작은 기엇 잇수를 갖는 스퍼기어를 이용하여 1차 증속시키고, 싸이클로이드 기어를 통해 2차 감속시키는 구조로 구성하여 원하는 감속비율로 감속시킴은 물론 인풋 기어의 공간부를 통해 각종 전원라인 및 제어라인이 통과할 수 있는 구조로 구성한 것을 특징으로 하는 중공형 싸이클로이드 감속기에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 싸이클로이드 감속기는 다양한 감속비와 고 감속비를 얻기 위하여 도 1에서 도시된 바와 같이 싸이클로이드 감속기의 구조가 2단형으로 구성되었다.

즉, 종래의 싸이클로이드 감속기는 케이스(37) 일측면에 내부에 오일시일(32)이 끼워진 앤드 캡(33)을 장착하고, 상기 앤드 캡(33) 중앙부를 관통하여 상기 케이스(37) 내부에 삽입된 슬로우 스피드 축(35)을 구비한다.

상기 슬로우 스피드 축(35) 일측 끝단에 키(31)가 장착되며 상기 슬로우 스피드 축(35)의 양측은 베어링(34)(36)으로 지지된다.

상기 케이스(37) 일측면에 링 기어 하우징(44)이 장착된다. 상기 링 기어 하우징(44) 내부에 다수개의 링 기어 핀(45)이 장착되며, 상기 링 기어 핀(45)과 맞물리도록 상기 링 기어 하우징(44) 내부에 복수개의 싸이클로이드 디스크(41)를 구비한다.

상기 싸이클로이드 디스크(41)를 관통하여 상기 슬로우 스피드 축(35)에 축 핀(39)의 일측 끝단이 삽입되어 상기 싸이클로이드 디스크와 슬로우 스피드 축(35)을 연결하며, 상기 축 핀(39) 외주면에는 슬로우축 롤러(42)가 끼워지고, 상기 복수개의 싸이클로이드 디스크(41) 사이에는 스페이서 링(43)이 삽입되며, 상기 싸이클로이드 디스크(41) 중앙부에는 편심 베어링(40)이 끼워진다. 상기 링 기어 하우징(44) 일측면에 중간 커버(46)가 장착된다. 상기 중간 커버(46)를 관통하여 상기 편심 베어링(40)의 내륜에 일측이 삽입되어 양측단이 베어링(38)(51)으로 지지된 중간축(53)을 구비한다.

상기 중간 커버(46) 일측면에 링 기어 하우징(54)을 장착하며, 상기 링 기어 하우징(54) 내부에 다수개의 링 기어 핀(48)을 구비한다. 상기 링 기어 핀(48)과 맞물리도록 상기 링 기어 하우징(54) 내부에 복수개 의 싸이클로이드 디스크(55)를 구비한다. 상기 싸이클로이드 디스크(55)를 관통하여 상기 중간 축(53)의 일측면에 축 핀(47)의 일측 끝단이 삽입되어 상기 중간축(53)과 싸이클로이드 디스크(55)를 연결한다.

상기 싸이클로이드 디스크(55) 중앙부에 편심 베어링(56)이 삽입되고 상기 링 기어 하우징(54) 일측면에 내부에 오일시일(57)이 삽입된 플랜지(50)가 장착된다. 상기 플랜지(50)를 관통하여 일측이 상기 편심베어링(56)의 내륜에 삽입되며 양측단이 베어링(49)(52)으로 지지된 중공 입력 축(58)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 싸이클로이드 감속기는 중공 입력 축(58)에 연결된 싸이클로이드 디스크(55)가 상기 중공 입력축(58)에 장착된 편심 베어링(56)에 의해 링 기어 하우징(54) 내부에서 편심회전을 함으로써 1차 감속을 하며, 상기에서 1차 감속된 동력은 축 핀(47)에 의해 싸이클로이드 디스크(55)와 연결된 중간축(53)에 전달되며, 상기 중간축(53)에 전달된 동력은 중간축(53)에 연결된 또 다른 싸이클로이드 디스크(41)에 전달되어 상기 싸이클로이드 디스크(41)가 편심회전을 함으로써 2차 감속을 하여 상기 싸이클로이드 디스크(41)와 축 핀(39)에 의해 연결된 슬로우 스피드 축(35)에 최종 감속된 동력이 전달되어 출력된다.

그러나, 상기와 같이 2단형으로 구성된 싸이클로이드 감속기는 조립되는 부품이 많음으로 인하여 구조가 복잡하고, 제품의 크기가 커지며, 제조 원가가 높아지는 문제점이 있었다.

아울러, 감속기를 로봇 등에 적용하였을 경우 각종 전원라인과 센서라인 및 제어라인등이 설치되어야 하는바 이들 전선라인이 통과되는 공간부가 없기 때문에 감속기의 이용효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 감속기를 구성하는 입력 기어부에 공간부를 형성하여 공간부를 통해 각종 라인 용이하게 통과되도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 입력 기어부 및 스퍼기어를 이용한 1차 증속과 싸이클로이드 기어를 이용한 2차 감속을 통해서 감속비율을 용이하게 조절토록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 외주연에 기어(11)가 형성된 전달용 인풋 기어부(10)와; 상기 동력전달용 인풋 기어부의 기어에 결합하되, 외주연에 동력전달용 기어부에 비해서 더 적은 갯수의 기어가 구비되어 동력전달용 기어부의 기어에 맞물려 회전하면서 동력전달용 인풋 기어부의 구동속도를 1차 증가시키는 스퍼 기어부(20)와; 상기 스퍼 기어부의 중심에 축 결합되며 몸체에 다단 편심캠이 형성되어 이루어지며 스퍼 기어부의 회전에 상응하여 회전이 이루어지는 크랭크 샤프트(30)와; 내측에 결합홀을 형성하고 외측에 기어를 형성하여 상기 크랭크 샤프트를 내측에 결합하되 편심캠의 회전작용으로 편심캠의 회전속도보다 저감된 속도로 회전하는 싸이클로이드 디스크(40)와; 상기 싸이클로이드 디스크의 외측기어가 결합되는 링기어를 설치하되 싸이클로이드 디스크의 기어 갯수보다 더 많은 갯수로 형성하여 링기어를 따라 싸이클로이드 디스크가 회전시에 감속용 기어부 샤프트의 회전 속도를 감속시켜 동력전달용 인풋 기어부의 구동속도를 2차 감속시키는 링기어부(50)를 포함하여 이루어짐이 특징이다.

또한, 상기 동력 전달용 인풋 기어부(10)는, 내부에 공간부를 갖는 원통형 형상으로 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 싸이클로이드 디스크(40)는, 상기 싸이클로이드 디스크에 형성된 홀에 축 결합되어 싸이클로이드에 의해서 감속된 회전 속도를 외부로 출력하는 출력부(60)와; 상기 출력부에 볼트로 결합되어 감속된 회전을 다른 수단으로 전달하는 어뎁터 샤프트(70)를 더 포함하여 이루어짐이 특징이다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 감속기를 구성하는 입력 기어부에 공간부를 형성하여 공간부를 통해 각종 라인 용이하게 통과되도록 하여 전원라인과 제어라인의 정렬이 용이한 효과가 있다.

또한, 입력 기어부 및 스퍼기어를 이용한 1차 증속과 싸이클로이드 기어를 이용한 2차 감속을 통해서 감속비율을 용이하게 조절하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 다단 감속기의 구성도.
도 2는 본 발명의 중공형 감속기 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 중공형 감속기 결합 단면도.
도 4는 본 발명의 중공형 감속기의 동력전달용 인풋 기어부와 스퍼 기어부 연결 상태도.
도 5는 본 발명의 동력전달용 인풋 기어부와 스퍼 기어부의 동작 상태도.
도 6은 본 발명의 스퍼 기어부와 크랭크 샤프트의 동작 상태도.
도 7은 본 발명의 전체 동작 상태도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 중공형 감속기 분해 사시도.

도 3은 본 발명의 중공형 감속기 결합 단면도.

도 4는 본 발명의 중공형 감속기의 동력전달용 인풋 기어부와 스퍼 기어부 연결 상태도.

도 5는 본 발명의 동력전달용 인풋 기어부와 스퍼 기어부의 동작 상태도.

도 6은 본 발명의 스퍼 기어부와 크랭크 샤프트의 동작 상태도.

도 7은 본 발명의 전체 동작 상태도로서,

본 발명의 중공형 감속기의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

동력전달용 인풋 기어부(10)와, 스퍼 기어부(20)와, 크랭크 샤프트(30)와, 싸이클로이드 디스크(40)와, 링기어부(50)와, 출력축(60)과, 어뎁터 샤프트(70)로 이루어진다.

상기 동력 전달용 인풋 기어부(10)는 내부에 공간부를 갖는 원통형으로 이루어지며 외주연에 기어(11)가 형성되어 이루어진다. 즉, 동력 전달용 인풋 기어부(10)는 외부에서 동력을 전달해주는 구동모터(도시하지 않음)로부터 동력을 전달받아 구동모터의 회전속도와 동일한 속도로 회전한다. 아울러 동력 전달용 인풋 기어부(10)는 원통형으로 제작되기 때문에 공간부 내부를 이용하여 각종 전원라인과 제어라인등의 전선을 통과시킬 수 있게 된다.

상기 스퍼 기어부(20)는 동력전달용 인풋 기어부(10)에 기어 결합되며 외주연에 동력전달용 기어부(10)에 비해서 더 적은 갯수의 기어(21)가 구비되어 동력전달용 인풋 기어부(10)의 기어(11)에 맞물려 회전하면서 동력전달용 인풋 기어부(10)의 속도를 증속시킨다. 본 발명에서는 총 3개의 스퍼 기어부가 동력 전달용 인풋 기어부(10)의 기어에 맞물려 인풋 기어의 회전에 상응하여 회전하되 기어 잇수 비율에 따라 증가된 속도로 회전한다.

상기 크랭크 샤프트(30)는 스퍼 기어부의 중심에 축 결합되며 몸체에 다단 편심캠(32)이 형성되어 이루어지며 스퍼 기어부의 회전에 상응하여 회전이 이루어진다.

상기 싸이클로이드 디스크(40)는 내측에 결합홀을 형성하고 외측에 기어를 형성하여 크랭크 샤프트(30)를 베어링(31)을 통해 결합하되 편심캠의 회전작용으로 편심캠(32)의 회전속도보다 저감된 속도로 회전한다. 이때 크랭크 샤프트(30)는 싸이클로이드 디스크(40)의 회전에 따라서 공전운동이 이루어지며, 결국 샤프트(30)는 자전운동 및 공전운동이 동시에 이루어지게 된다.

상기 크랭크 샤프트(30)의 회전으로 편심캠(32)이 회전시에 360도 회전하면 싸이클로이드 디스크(40)가 링기어부(50)의 기어에 맞물리면서 1기어 피치만큼 역회전한다.

상기 링기어부(50)는 싸이클로이드 디스크(40)의 외측기어가 결합되는 링기어를 설치하되 싸이클로이드 디스크(40)의 기어 갯수보다 한개 더 많은 갯수로 형성하여 링기어를 따라 싸이클로이드 디스크(40)가 회전시에 크랭크 샤프트(30)의 회전 속도를 감속시켜 동력 전달용 인풋 기어부(10)의 구동속도를 2차 감속시키는 기능을 한다.

즉, 링기어부(50)의 갯수가 싸이클로이드 디스크(40)의 갯수보다 한개 더 많게 형성되기 때문에 링기어부(50)에 싸이클로이드 디스크(40)의 기어가 맞물릴때 한개 적게 맞물리게 되어 결과적으로 싸이클로이드 디스크(40)가 링기어부(50)에 역회전이 이루어지면서 이 피치만큼의 비율로 감속이 이루어지게 된다.

즉, 상기 크랭크 샤프트(30)의 회전으로 편심캠(32)이 회전시에 360도 회전하면 싸이클로이드 디스크(40)가 회전하게 되며, 이때 링기어부(50)의 기어에 싸이클로이드 디스크(40)의 기어가 순차적으로 맞물리면서 결과적으로 1기어 갯수만큼 차이가 있다면 1기어 피치만큼 역회전하게 되는 것이다.

출력부(60)는 싸이클로이드 디스크(40)에 형성된 홀에 축 결합되어 싸이클로이드에 의해서 감속된 회전 속도를 외부로 출력한다.

어뎁터 샤프트(70)는 출력부(60)에 볼트로 결합되어 감속된 회전을 다른 수단으로 전달한다.

이하에서 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

외부에서 동력을 제공받아 동력전달용 인풋 기어부(10)가 회전하면 상기 동력 전달용 인풋 기어부(10)의 외주연에 기어 결합된 스퍼 기어부(20)가 회전하며, 이때 스퍼 기어부(20)가 동력전달용 기어부(10)에 비해서 더 적은 갯수의 기어가 구비되어 동력전달용 기어부(10)의 기어에 맞물려 회전하면서 동력전달용 인풋 기어부(10)의 구동속도를 1차 증속시킨다.

즉, 동력 전달용 기어부(10)의 기어 갯수에 비해서 스퍼 기어부(20)의 기어 갯수가 더 적기 때문에 스퍼기어부는 동력전달용 기어 갯수/ 스퍼 기어부의 기어 갯수 만큼 증가된 속도로 회전하게 된다.

만약에 동력전달용 인풋 기어부(10)의 기어 갯수가 40개이고 스퍼 기어부(20)의 기어 갯수가 20개라면 스퍼 기어부가 2배 속도로 증감되어 회전하게 되고, 이에 따라 스퍼 기어부(20)는 동력전달용 인풋 기어부(10)의 회전속도에 비해 2배 속도로 증가되어 회전하게 되는 것이다.

이후의 동작을 살펴보면, 상기 스퍼 기어부(20)가 회전하게 되면 스퍼 기어부(20)의 중심축에 축 결합된 크랭크 샤프트(30)가 회전하게 되며, 이때 크랭크 샤프트(30)는 스퍼 기어부(20)의 회전 속도와 동일한 속도로 회전하게 된다.

한편, 크랭크 샤프트(30)는 몸체에 다단 편심캠(32)이 형성되어 있고, 상기 몸체는 싸이클로이드 디스크(40)의 내측 결합홀에 베어링(31)을 통해 삽입 결합되어 회전하게 된다.

이때, 싸이클로이드 디스크(40)의 기어는 링기어부(50)의 기어에 일측이 맞물리도록 설계되어 있으므로 샤프트(30)가 회전하면서 싸이클로이드 디스크(40)는 링기어부(50)에 맞물리면서 회전하게 되며, 싸이클로이드 디스크(40)의 기어 갯수에 비해서 링기어부(50)의 기어 갯수가 한개 더 많도록 설계되기 때문에 '(링기어의 갯수-싸이클로이드 기어의 갯수)/싸이클로이드 기어의 갯수'의 비율로 속도가 저감된다.

즉, 싸이클로이드 디스크(40)의 기어 갯수가 100개이고 링기어(90)의 기어 갯수가 101개이면 '(링기어의 기어 갯수(101)- 싸이클로이드 디스크의 기어갯수 (100))/ 싸이클로이드 디스크의 기어 갯수(100)'이 되어 결국 1/100의 비율로 속도가 저감된다.

결국, 링기어부(50)를 따라 싸이클로이드 디스크(40)가 회전시에 샤프트(30)의 회전 속도를 감속시켜 동력 전달용 인풋 기어부(10)의 구동속도를 2차 속도변환이 이루어지게 되는 것이다.

이에 따라 동력 전달용 인풋 기어부의 속도가 스퍼 기어부를 거치면서 1차 증가되고 싸이클로이드 디스크 및 링기어부를 거치면서 2차 감속이 이루어지기 때문에, 만약에 동력전달용 인풋 기어부(10)의 기어 갯수가 40개이고 스퍼 기어부(20)의 기어 갯수가 20개이며, 싸이클로이드 기어 갯수가 100개이고, 링기어의 기어 갯수가 101개이면 초기에는 스퍼 기어부에서 2배 속도로 증감되어 회전하게 되고, 이후 싸이클로이드 디스크 및 링기어부를 거치면서 100배로 저감되어 결국 동력전달용 인풋 기어부의 회전속도에 비해 50배 감속된 속도가 최종 출력되게 된다.

이후 동작을 살펴보면, 싸이클로이드 디스크에 출력부의 출력축이 끼움결합되어 있으므로 싸이클로이드 디스크가 회전하면 출력부의 출력축이 맞물려 회전하게 되고, 또한 출력부에는 어뎁터 샤프트가 결합되어 있으므로 출력부가 회전하면 어뎁터 샤프트가 회전하며, 어뎁터 샤프트는 다른 모터의 축과 연결되어 최초 동력전달용 인풋 기어부를 통해 입력된 속도에 비해서 감속된 동력이 출력되어 전달된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아니라 설명하기 위한 것이기 때문에 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위의 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 동력 전달용 기어부
20: 스퍼 기어부
30: 크랭크 샤프트
40: 싸이클로이드 디스크
50: 링기어부
60: 출력부
70: 어뎁터 샤프트

Claims (3)

1. 내부에 공간부를 갖는 원통형 형상으로 이루어지고 외주연에 기어(11)가 형성된 동력전달용 인풋 기어부(10)와;
   상기 동력전달용 인풋 기어부의 기어에 결합하되, 외주연에 동력전달용 기어부에 비해서 더 적은 갯수의 기어가 구비되어 동력전달용 기어부의 기어에 맞물려 회전하면서 동력전달용 인풋 기어부의 구동속도를 1차 증가시키는 스퍼 기어부(20)와;
   상기 스퍼 기어부의 중심에 축 결합되며 몸체에 다단 편심캠이 형성되어 이루어지며 스퍼 기어부의 회전에 상응하여 회전이 이루어지는 크랭크 샤프트(30)와;
   내측에 결합홀을 형성하고 외측에 기어를 형성하여 상기 크랭크 샤프트를 내측에 결합하되 편심캠의 회전작용으로 편심캠의 회전속도보다 저감된 속도로 회전하는싸이클로이드 디스크에 형성된 홀에 축 결합되어 싸이클로이드에 의해서 감속된 회전 속도를 외부로 출력하는 출력부(60)와;
   상기 출력부에 볼트로 결합되어 감속된 회전을 다른 수단으로 전달하는 어뎁터 샤프트(70)를 더 포함하여 싸이클로이드 디스크(40)와;
   상기 싸이클로이드 디스크의 외측기어가 결합되는 링기어를 설치하되 싸이클로이드 디스크의 기어 갯수보다 더 많은 갯수로 형성하여 링기어를 따라 싸이클로이드 디스크가 회전시에 감속용 기어부 샤프트의 회전 속도를 감속시켜 동력전달용 인풋 기어부의 구동속도를 2차 감속시키는 링기어부(50)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 중공형 싸이클로이드 감속기.
   
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