논 백래시를 실현하는 볼 감속기에 대해 기술 해설

기어식 감속기의 문제점

감속기란?

감속기란 모터 등의 동력원으로부터 얻은 동력(토크)·회전속도를 잇수의 다른 기어등을 조합함으로써 감속하여 출력하는 장치이며, 감속의 대해 반비례한 예제 토크를 출력할 수 있습니다.

일정 속도로 회전하고 있는 모터로부터 필요한 회전 속도·토크를 얻기 위해서, 감속기에 의해 회전 속도를 감속시킴으로써 속도의 조정과 모터 토크 이상의 보다 큰 토크의 염출을 수행하고 있습니다.

또한 감속기구는 잇수가 다른 평기어를 조합하는 것으로 비교적 용이하게 실현할 수 있지만, 감속기로 장치화되어 있는 기어(헬리컬, 베벨 기어, 하이포이드) 감속기, 유성 감속기, 사이클로 감속기, 파동감속기, 볼감속기 등을 이용하는 방법이 일반적입니다.

백래시의 존재

감속기가 인벌류트 기어 기구를 기본으로 하고 있는 경우, 백래시(틈새)는 동작을 하는데 있어서 필요 불가결한 존재입니다.

논백래시를 실현하기 위해서는 감속기를 구성하는 부재간에 조금의 틈도 없어야 하며 상시 접촉이 필수 조건이 됩니다.

백래시 발생으로 인한 단점 및 문제점

정지 정밀도의 악화
기어 맞물림에 의한 소음·진동
맞물림부의 마모·발진

기계장치의 고정밀도·고성능화에 대해 감속기에도 다양한 성능이 요구되고 있다

최근 기계장치의 고정밀도·고성능화에 대해 감속기에도 다음과 같은 성능이 요구되고 있습니다.

정밀 이송이나 정밀 위치 결정이 요구되는 현대의 서보 모터 제어 기계에는 필수 조건이 되었습니다.

논백래시
소형, 콤팩트, 공간 절약
높은 각도 전달 정확도
고효율
저소음
저진동
저관성
고강성

볼 감속기
박형 차동 감속기

볼 감속기-BR 시리즈・JFR 시리즈・SFP 시리즈

볼 감속기란?

볼 감속기란, 기어로 구성되는 감속기의 문제점을 해결한 논백래시 기구를 사용하는 감속기입니다.

기어 대신에 전동체인 스틸볼을 개재시켜, 상시 구름 접촉에 의해 동력을 전달한다.
동력 전달부(맞물림부)에 예압을 가함으로써 백래시를 제로로 한다.

라는 구조를 실현한 것입니다.

스틸볼에 의한 전달은 백래시를 제로로 해, 마찰이 증대하지 않고 경쾌하게 동력 전달을 할 수 있는 구조입니다.

기본적인 이 사고방식은 볼베어링이나 볼스크류, 혹은 리니어 가이드 등에서도 효과를 발휘하고 있습니다.

볼 감속기의 구조

볼 감속기의 구조로서는 내외 기어에 의한 차동 기어 기구의 일종에 속합니다만, 기어의 치부에 의한 동력 전달과는 달리, 스틸 볼의 전동을 통해 동력을 전달하기 때문에 마찰이 적고 원활하게 작동합니다.

또 거의 모든 볼이 운동 전달에 관여하고 있기 때문에 전달 효율이 좋고, 맞물림부에 예압을 가함으로써 틈새를 없애 논백래시를 가능하게 하고 있습니다.

볼 감속기의 작동 원리

볼 감속기는 사이클로이드 곡선을 응용한 감속 기구입니다.

그림 1과 같이 2장의 원판에 볼을 끼우고, 한쪽을 고정, 다른 쪽에 편심량 e의 공전을 주면, 볼은 서로의 원판 위에 직경 e의 원궤적을 그리며 구르게 됩니다.

또한, 그림 2와 같이 공전 원판의 1공전에 대해 θ도의 자전을 주면서 공전을 주면, 볼의 궤적은 고정 원판에 대하여 진폭 e의 에피(외전) 사이클로이드, 공전 원판에 대해 같은 진폭의 하이포(내전) 사이클로이드 곡선을 그리게 됩니다(혹은 트로코이드 곡선).

여기서 역발상을 하면 그림 3과 같이 됩니다. 즉 한쪽에 에피사이클로이드 곡선, 다른쪽에 하이포사이클로이드 곡선을 중심 궤적으로 한 볼 홈이 있는 원판을, 전동체인 볼을 통해 마주하고, 한쪽을 고정, 다른쪽에 공전을 주면, 공전 원판에 2개의 원판의 파동수의 차이에 비례한 자전이 발생합니다.

그리고 이 자전을, 그림 1의 원환 홈을 가지는 2개의 정동판에서 꺼내는 기구로, 기본적으로는 크고 작은 원의 구름 운동에서 발생하는 자전 공전 운동과 완전히 등가가 됩니다.

맞물림은 그림 4에 나타난 바와 같이 각각의 곡선 사이에 여러 접점이 생기고 거기에 볼이 위치하기 때문에, 모든 볼이 홈에 의해 필연적으로 위치 구속(물림)되고, 또한 구름 접촉에 의해 전동 및 토크 전달하게 됩니다.