KR101212278B1 - 굴삭기 선회용 다단 감속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기 선회용 다단 감속장치에 있어서, 특히 상부 선회체를 수평회전시에 감속용 기어부와 싸이클로이드 디스크 및 링기어부를 통해 다단으로 감속시켜 구조가 단순화되고 감속효율이 극대화된 다단 감속장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 선회용 다단 감속장치에 관한 것으로,
상부 회전체에 부착되어 있으며 외부에서 전기를 공급받아 일정속도로 회전하는 선회모터와; 상기 선회모터에 축 결합되며 외주연에 기어가 형성되어 이루어지는 동력 전달용 기어부와; 상기 동력전달용 기어부에 기어 결합되며 외주연에 동력전달용 기어부에 비해서 더 많은 갯수의 기어가 구비되어 동력전달용 기어부의 기어에 맞물려 회전하면서 선회모터의 구동속도를 1차 감속시키며 자체 자전 운동을 하고 동시에 공전운동이 이루어지는 감속용 기어부와; 상기 감속용 기어부의 중심에 축 결합되며 몸체에 다단 편심캠이 형성되어 이루어지며 감속용 기어부의 자전 운동 및 공전 운동에 상응하여 자체 자전 운동 및 공전운동이 이루어지는 감속용 기어부 샤프트와; 내측에 결합홀을 형성하고 외측에 기어를 형성하여 감속용 기어부 샤프트를 내측에 결합하되 편심캠의 회전작용으로 편심캠의 회전속도보다 저감된 속도로 회전하는 싸이클로이드 디스크를 포함하여 이루어짐이 특징이다.

Description

굴삭기 선회용 다단 감속장치{A Stepping Reduction Gear Unit of a Excavator}

본 발명은 굴삭기 선회용 다단 감속장치에 관한 것으로, 특히 상부 선회체를 수평회전시에 감속용 기어부와 싸이클로이드 디스크 및 링기어부를 통해 다단으로 감속시켜 구조가 단순화되고 감속효율이 극대화된 다단 감속장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 선회용 다단 감속장치에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기는 유압을 이용하여 유압 실린더가 부움과 아암을 펼치거나, 오므리게 작동시킴으로써, 땅을 파거나 흙등을 임시 나르기에 적합하도록 설계된 중장비로서, 각종 토목, 건축 공사 등에 효율적으로 활용되고 있다.

상기한 굴삭기는 그 작업효율과 사용상의 편의를 증대시키기 위해 도 1에서 도시된 바와 같이 주행장치가 구비된 하부 주행체(101)와 부움(102)과 버킷(103) 등의 작업장치가 구비된 상부 선회체(103)로 구성되면서, 이 상부 선회체(104)는 선회 모터(105)와 감속기(106)를 통해 하부 주행체(101)에 대해 선회작동할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 하부 주행체에 대해 상부 주행체를 선회시키기 위한 선회 모터의 감속기를 도시한 것으로, 감속기(106)는 하우징(107) 내에 통상 2단 유성기어 형식으로 각단마다 3개의 유성기어(108)와 1개의 선기어(109), 출력축(110)으로 구성되어 있고, 상기 출력축(110)은 피니언기어(111)와 스프라인으로 연결되어 모터(105)의 회전수를 감속시킨 후 최종적으로 상기 피니언기어(111)에 동력을 전달하여 상부 회전체(104)를 선회할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 상기 유성기어의 조합만으로는 효율적인 감속이 이루어지지 못하고 유성 감속기의 다단 배치로 감속기 내부 구조가 복잡해지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로,

모터를 1차 감속시키는 감속기어와 상기 감속기어에 축 결합되어 자전 및 공전하는 감속기어 샤프트와, 상기 감속기어 샤프트를 내측에 결합하고 링기어에 내접되어 회전하면서 2차 감속시키는 싸이클로이드 디스크를 조합하여 효율성이 극대화된 굴삭기용 감속장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 상부 회전체에 부착되어 있으며 외부에서 전기를 공급받아 일정속도로 회전하는 선회모터를 갖는 굴삭기 선회용 다단 감속장치에 있어서,

상기 선회모터에 축 결합되며 외주연에 기어가 형성되어 이루어지는 동력 전달용 기어부(20)와;

상기 동력전달용 기어부에 기어 결합되며 외주연에 동력전달용 기어부에 비해서 더 많은 갯수의 기어가 구비되어 동력전달용 기어부의 기어에 맞물려 회전하면서 선회모터의 구동속도를 1차 감속시키며 자체 자전 운동을 하고 동시에 공전운동이 이루어지는 감속용 기어부(30)와;

상기 감속용 기어부의 중심에 축 결합되며 몸체에 다단 편심캠이 형성되어 이루어지며 감속용 기어부의 자전 운동 및 공전 운동에 상응하여 자체 자전 운동 및 공전운동이 이루어지는 감속용 기어부 샤프트(40)와;

내측에 결합홀을 형성하고 외측에 기어를 형성하여 감속용 기어부 샤프트를 내측에 결합하되 편심캠의 회전작용으로 편심캠의 회전속도보다 저감된 속도로 회전하는 싸이클로이드 디스크(50)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 선회모터의 구동속도를 2차 감속시키는 링기어부(60)와;

상기 싸이클로이드 디스크에 결합되며 싸이클로이드 디스크의 회전에 따라서 동일한 속도로 회전하는 출력축(70)과;

상기 출력축에 결합되어 출력축의 속도에 맞추어 회전되며 하부 주행체의 기어부에 맞물려 회전하면서 상부 회전체가 하부 주행체를 중심으로 회전운동을 하도록 하는 피니언 기어(80)를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.

또한, 상기 감속용 기어부(30)는, 2개 2조로 이루어지되 2개는 동력전달용 기어부에 맞물리되 마주보면서 동일 수평선상으로 위치되고 다른 2개는 이보다 더 낮은 위치에서 동력전달용 기어부에 맞물리되 마주보면서 동일 수평선상에 위치하는 것이 특징이다.

또한, 상기 싸이클로이드 디스크(50)는, 2개가 나란한 수평선상에 설치되며 내측에 결합홀을 형성하고, 상기 결합홀에 감속용 기어부 샤프트가 결합되어 이루어지는 것이 특징이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 모터를 1차 감속시키는 감속기어와 상기 감속기어에 축 결합되어 자전 및 공전하는 감속기어 샤프트와, 상기 감속기어 샤프트를 내측에 결합하고 링기어에 내접되어 회전하면서 2차 감속시키는 싸이클로이드 디스크를 조합하여 굴삭기의 감속 효율을 극대화시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 굴삭기를 도시한 일부 절개 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 굴삭기용 상부 선회체 감속기 구성 단면도.
도 3은 본 발명의 굴삭기 개념도.
도 4는 본 발명의 굴삭기용 감속장치 사시도.
도 5는 본 발명의 굴삭기용 감속장치의 일부 절개 단면도.
도 6은 본 발명의 굴삭기용 감속장치의 전체 단면도.
도 7은 도 4의 우측에서 바라본 동작설명을 위한 도면.
도 8은 본 발명의 굴삭기용 감속장치의 부분 절개 사시도.

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 3은 본 발명의 굴삭기 개념도.

도 4는 본 발명의 굴삭기용 감속장치 사시도.

도 5는 본 발명의 굴삭기용 감속장치의 일부 절개 단면도.

도 6은 본 발명의 굴삭기용 감속장치의 전체 단면도.

도 7은 도 4의 우측에서 바라본 동작설명을 위한 도면.

도 8은 본 발명의 굴삭기용 감속장치의 부분 절개 사시도로서,

본 발명의 구성요소는 크게 선회모터(10)와, 동력 전달용 기어부(20)와, 감속용 기어부(30)와, 감속용 기어부 샤프트(40)와, 싸이클로이드 디스크(50)와, 링기어부(60)와, 출력축(70)과, 피니언 기어(80)로 이루어진다.

상기 선회모터(10)는 상부 회전체에 부착되어 있으며 외부에서 전기를 공급받아 일정속도로 회전된다. 즉, 선회모터(10)는 상부 회전체 일측에 부착되어지는 것으로서 자체 베터리 또는 외부로부터 공급되는 전기 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 모터의 정격 속도로 회전이 이루어지는 것이다.

상기 동력 전달용 기어부(20)는 선회모터(10)에 축 결합되며 외주연에 기어가 형성되어 이루어진다. 즉, 동력 전달용 기어부(20)는 선회모터(10)에 축 결합되기 때문에 선회모터의 회전속도와 동일한 속도로 회전하게 된다.

상기 감속용 기어부(30)는 동력전달용 기어부(20)에 기어 결합되며 외주연에 동력전달용 기어부에 비해서 더 많은 갯수의 기어가 구비되어 동력전달용 기어부(20)의 기어에 맞물려 회전하면서 선회모터(10)의 구동속도를 1차 감속시킨다. 상기 감속용 기어부(30)는 2개 2조로 이루어지는바, 2개의 감속용 기어부(30a)는 동력전달용 기어부(20는 상호 맞물리되 마주보면서 동일 수평선상으로 위치되고 다른 2개의 감속용 기어부(30b)는 보다 더 낮은 위치에서 동력전달용 기어부(20)에 맞물리되 마주보면서 동일 수평선상에 위치한다. 이때 감속용 기어부(30)는 자전운동이 이루어짐과 동시에 후술하는 싸이클로이드 디스크(50)의 작용으로 공전운동이 이루어진다.

상기 감속용 기어부 샤프트(40)는 감속용 기어부(30)의 중심에 축 결합되며 몸체에 다단 편심캠(40a)이 형성되어 이루어지며 감속용 기어부(30)의 회전에 상응하여 회전이 이루어진다. 본 발명에서는 총 4개의 감속용 기어부(30)가 설치되므로 이에 접속되는 4개의 감속용 기어부 샤프트(40)가 존재한다.

상기 싸이클로이드 디스크(50)는 내측에 결합홀을 형성하고 외측에 기어를 형성하여 감속용 기어부 샤프트(40)를 내측에 결합하되 편심캠(40a)의 회전작용으로 편심캠의 회전속도보다 저감된 속도로 회전한다. 본 발명에서 싸이클로이드 디스크는 총 2개가 설치되며 내측 결합홀에 총 4개의 감속용 기어부 샤프트(40)가 결합되어 이루어진다. 이때 감속용 기어부 샤프트(40)는 싸이클로이드 디스크(50)의 회전에 따라서 공전운동이 이루어지며, 결국 감속용 기어부 샤프트(40)는 자전운동 및 공전운동이 동시에 이루어지게 되고, 이에 따라서 감속용 기어부(30) 역시 자동으로 공전운동이 이루어져 결국 감속용 기어부(30) 역시 자전운동 및 공전운동이 동시에 이루어지게 된다.

상기 링기어부(60)는 싸이클로이드 디스크(50)의 외측기어가 결합되는 링기어(60a)를 설치하되 싸이클로이드 디스크(50)의 기어 갯수보다 더 많은 갯수로 형성하여 링기어(60a)를 따라 싸이클로이드 디스크(50)가 회전시에 감속용 기어부 샤프트(40)의 회전 속도를 감속시켜 선회모터(10)의 구동속도를 2차 감속시키는 역할을 한다. 즉, 링기어부(60)는 링하우징(60b)과 링기어(60a)로 이루어지는바, 링기어(60a)의 갯수가 싸이클로이드 디스크(50)의 갯수보다 더 많게 형성되기 때문에 링기어에 싸이클로이드 디스크(50)의 기어가 맞물릴때 한개 적게 맞물리게 되어 이 피치만큼의 비율로 감속이 이루어지게 된다.

즉, 상기 감속용 기어부 샤프트(40)의 회전으로 편심캠(40a)이 회전시에 360도 회전하면 싸이클로이드 디스크(50)가 회전하게 되며, 이때 링기어부(60)의 기어에 싸이클로이드 디스크(50)의 기어가 순차적으로 맞물리면서 결과적으로 1기어 갯수만큼 차이가 있다면 1기어 피치만큼 역회전하게 되는 것이다.

상기 출력축(70)은 싸이클로이드 디스크(50)에 결합되며 싸이클로이드 디스크(50)의 회전에 따라서 동일한 속도로 회전한다.

상기 피니언 기어(80)는 출력축(70)에 결합되어 출력축의 속도에 맞추어 회전되며 하부 주행체의 기어부에 맞물려 회전하면서 상부 회전체가 하부 주행체를 중심으로 회전운동을 하도록 한다.

이하에서 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상부 회전체에 부착되어 있는 선회모터(10)에 전기적 신호를 인가하면 일정 속도로 회전한다.

상기 선회모터(10)가 회전하면 선회모터에 결합된 동력 전달용 기어부(20)가 선회모터(10)의 회전 속도와 동일한 속도로 회전하게 된다.

그리고, 동력 전달용 기어부(20)가 회전하게 되면 동력전달용 기어부의 기어에 맞물려 회전하는 감속용 기어부(30)가 회전하게 되며, 이때 감속용 기어부(30)는 동력 전달용 기어부(20)의 기어 갯수에 비해서 더 많기 때문에 동력전달용 기어 갯수/감속용 기어부의 기어 갯수 만큼 저감된 속도로 회전하게 된다.

즉, 동력전달용 기어 갯수가 10개이고 감속용 기어부의 기어 갯수가 40개 라면 1/4의 속도로 저감되어 회전하게 되고, 이에 따라 선회모터의 회전력은 1/4만큼의 비율로 저감된 속도로 회전하게 되는 것이다.

상기 감속용 기어부(30)가 회전하게 되면 감속용 기어부(30)의 중심축에 축 결합된 감속용 기어부 샤프트(40)가 회전하게 되며, 이때 감속용 기어부 샤프트는 감속용 기어부의 회전 속도와 동일한 속도로 회전하게 된다.

한편, 상기 감속용 기어부 샤프트(40)는 몸체에 다단 편심캠(40a)이 형성되어 있고, 상기 몸체는 싸이클로이드 디스크(50)의 내측 결합홀에 삽입 결합되어 회전하게 된다.

이때, 싸이클로이드 디스크(50)의 기어(50a)는 링기어부(60)의 링기어(60a)에 일측이 맞물리도록 설계되어 있으므로 감속용 기어부(30)의 샤프트(40)가 회전하면서 싸이클로이드 디스크(50)는 링기어부(60)에 맞물리면서 회전하게 되며, 싸이클로이드 디스크(50)의 기어 갯수에 비해서 링기어부의 기어 갯수가 더 많도록 설계되기 때문에 (링기어의 개수 - 디스크 기어의 개수) / 디스크 기어 개수의 비율로 속도가 저감된다.

즉, 싸이클로이드 디스크의 기어 갯수가 12개이고 링기어의 갯수가 13개이면 1/12의 비율로 속도가 저감된다.

결국, 링기어(60a)를 따라 싸이클로이드 디스크(50)가 회전시에 감속용 기어부 샤프트(40)의 회전 속도를 감속시켜 선회모터(10)의 구동속도를 2차 감속시키게 되는 것이다.

상기 출력축(70)은 싸이클로이드 디스크(50)에 결합되며 싸이클로이드 디스크(50)의 회전에 따라서 동일한 속도로 회전하기 때문에 선회모터(10)의 속도에 비해 2차로 저감된 속도로 회전하게 되며, 상기 피니언 기어(80)는 출력축(70)에 결합되어 출력축(70)의 속도에 맞추어 회전하기 때문에 하부 주행체는 선회모터(10)의 속도에 비해 2차로 저감된 속도로 서서히 회전하게 된다.

10: 선회모터
20: 동력 전달용 기어부
30: 감속용 기어부
40: 감속용 기어부 샤프트
50: 싸이클로이드 디스크
60: 링기어부
70: 출력축
80: 피니언 기어

Claims (3)

1. 상부 회전체에 부착되어 있으며 외부에서 전기를 공급받아 일정속도로 회전하는 선회모터에 축 결합되며 외주연에 기어가 형성되어 이루어지는 동력 전달용 기어부(20)와; 상기 동력전달용 기어부에 기어 결합되며 외주연에 동력전달용 기어부에 비해서 더 많은 갯수의 기어가 구비되어 동력전달용 기어부의 기어에 맞물려 회전하면서 선회모터의 구동속도를 1차 감속시키며 자체 자전 운동을 하고 동시에 공전운동이 이루어지는 감속용 기어부(30)와; 상기 감속용 기어부의 중심에 축 결합되며 몸체에 다단 편심캠이 형성되어 이루어지며 감속용 기어부의 자전 운동 및 공전 운동에 상응하여 자체 자전 운동 및 공전운동이 이루어지는 감속용 기어부 샤프트(40)와; 내측에 결합홀을 형성하고 외측에 기어를 형성하여 감속용 기어부 샤프트를 내측에 결합하되 편심캠의 회전작용으로 편심캠의 회전속도보다 저감된 속도로 회전하는 싸이클로이드 디스크(50)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 선회모터의 구동속도를 2차 감속시키는 링기어부(60)와; 상기 싸이클로이드 디스크에 결합되며 싸이클로이드 디스크의 회전에 따라서 동일한 속도로 회전하는 출력축(70)과; 상기 출력축에 결합되어 출력축의 속도에 맞추어 회전되며 하부 주행체의 기어부에 맞물려 회전하면서 상부 회전체가 하부 주행체를 중심으로 회전운동을 하도록 하는 피니언 기어(80)를 포함하는 굴삭기 선회용 다단 감속장치에 있어서,
   상기 감속용 기어부(30)는,
   2개 2조로 이루어지되 2개는 동력전달용 기어부에 맞물리되 마주보면서 동일 수평선상으로 위치되고 다른 2개는 이보다 더 낮은 위치에서 동력전달용 기어부에 맞물리되 마주보면서 동일 수평선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 굴삭기 선회용 다단 감속장치.
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